Stanovisko CIE k neobrazovým účinkům světla
9. 3. 2020 | Ing. Vladimír Dvořáček | ČNK CIE | www.svetlo.info
Doporučení správného světla ve správný čas 2. vydání1)
Úvod
Světlo je definováno jako elektromagnetické záření, které vyvolává zrakový vjem přímou interakcí s fotoreceptory sítnice zrakového systému. Tyto fotoreceptory vedle schopnosti umožnit vidění rovněž řídí biologické procesy, které velmi účinně ovlivňují lidské zdraví, pracovní výkonnost a psychickou pohodu. Světlo je hlavním synchronizátorem našich vnitřních biologických hodin. Může posouvat fázi cirkadiánního rytmu a může regulovat načasování a kvalitu našeho spánku. Světlo večer a v noci může rušit spánek a může způsobit zásadní potlačení noční tvorby hormonu melatoninu. V odborných publikacích je také popsáno, jak světlo může zvýšit srdeční tep, zlepšit bdělost, zmírnit sezonní i jiné typy depresí, ovlivnit termoregulaci a řídit mozkovou aktivitu, což bylo změřeno pomocí encefalografu (EEG). Expozice světlu ale také vyvolává rychlou odezvu (řádově milisekundy až sekundy) v řízení velikosti zřítelnice oka (tzv. pupilární reflex) a aktivity mozku. S cílem zdůraznit jejich odlišnost od obrazového vnímání jsou tyto účinky definovány jako odezvy na světlo nevytvářející obraz (non-image- -forming (NIF)) nebo nevizuální (non-visual (NV)) odezvy. V posledních několika letech se objevily různé marketingové termíny, které se týkají těchto jevů, jako „osvětlení pro člověka“ (human-centric lighting (HCL)), „cirkadiánní osvětlení“ (circadian lighting) a „biodynamické osvětlení“ (biodynamic lighting), používané při projektování osvětlení a osvětlovacích soustav. V aktuálním, druhém vydání Mezinárodního světelnětechnického slovníku CIE, který je v současné době k dispozici jako návrh mezinárodní normy CIE 2016 (DIS CIE 2016), je jako oficiální termín pro osvětlení, které speciálně zahrnuje vědecky podložené obrazové i neobrazové parametry mající fyziologický a psychologický vliv na člověka, uveden termín „integrativní osvětlení“ (integrative lighting).
Uvedené biologické jevy jsou vyvolány stimulací zrakových receptorů. Klasické receptory vidění, tyčinky a čípky, jsou poměrně dobře prostudovány a popsány v existujících publikacích CIE. Průkopnická práce během minulých 25 let odhalila, že v oku se nacházejí další druhy fotoreceptorů, které hrají důležitou úlohu v neobrazových účincích světla a mají maximum citlivosti v krátkovlnné části viditelného spektra. Tyto fotoreceptory jsou známy jako vnitřně světlocitlivé gangliové buňky sítnice (intrinsically-photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs)) a jejich vnitřní citlivost na světlo je dána fotopigmentem melanopsinem.
Na základě výsledků nezávislého workshopu předních vědců v oblasti hodnocení neobrazových účinků v Manchesteru v roce 2013 (viz CIE TN 003:2015) vydala CIE mezinárodní normu CIE S 026:2018, která definuje metrologii optického záření pro světlem indukované procesy, které jsou vyvolány odezvami vnitřně světlocitlivých gangliových buněk sítnice (ipRGC-influenced light (IIL) responses).
Legislativa a osvětlovací praxe se ještě často soustřeďují jen na hledisko obrazového vidění a na energetickou účinnost světla, zatímco pouze malá nebo žádná pozornost se věnuje odezvám vnitřně světlocitlivých gangliových buněk sítnice. Naproti tomu na trh dnes přichází celá řada světelnětechnických výrobků, které jsou prvoplánově míněny pro ovlivnění ILL bez potřebného zvážení dalších významných aspektů kvality osvětlení. Nesprávná rovnováha mezi těmito dvěma přístupy může vést k podmínkám osvětlení, které ohrožují lidskou pohodu, zdraví a (tělesné) funkce a které selhávají z hlediska celkové kvality osvětlení. Od doby prvního vydání zmiňovaného stanoviska v roce 2015 vydala CIE významné publikace a angažovala se v mnoha významných aktivitách zaměřených na podporu výzkumu a aplikací spojených s těmito vzrušujícími aspekty osvětlení a osvětlovacích soustav.
1. Jak charakterizovat světlo s ohledem na jeho neobrazové účinky: CIE S 026:2018 Systém CIE pro metrologii optického záření pro odezvy ipRGC vyvolané světlem
Mezinárodní norma CIE S026:2018 (CIE 2018) definuje funkce spektrální citlivosti, veličiny a metriky pro popis schopnosti optického záření stimulovat každý z pěti α-opických2) (α-opic) typů fotoreceptorů, které mohou přispět prostřednictvím vnitřně světlocitlivých gangliových buněk sítnice obsahujících melanopsin k neobrazovým účinkům světla na člověka zprostředkovaným sítnicí3). Jednotky těchto α-opických veličin jsou v souladu s Mezinárodní soustavou jednotek (SI) (BIPM 2019a, 2019 b), která je podstatná pro realizaci metrologicky návazných měření a tvorbu a implementaci mezinárodně uznávaných směrnic.
Popis optického záření pouze podle fotopického aktinického spektra není pro účinky světla nevytvářejícího obraz (NIF) postačující. Stejně tak neexistuje pouze jediné aktinické spektrum nebo jeho náhrada, které by komplexně popisovaly neobrazové odezvy na světlo zprostředkované lidským okem. Tento vliv je vždy produktem společného působení všech pěti typů receptorů (Lucas a kol. 2014). Poměrný příspěvek jednotlivého typu fotoreceptoru se může měnit v závislosti na specifické odezvě a na vlastnostech působícího světla, jakými jsou intenzita, spektrum, doba působení, načasování (externí a interní/cirkadiánní), předchozí světelná historie jedince, a jeho spánkového deficitu. Je užitečné poznamenat, že v mnoha případech je expozice světlu pro odezvy IIL a pro účely stanovení α-opické ozářenosti (nebo α-opické ozářenosti ekvivalentním denním světlem (D 65) (α-opic EDI)) lépe prezentována pomocí vertikálního záznamu o měření než pomocí horizontálního záznamu.
2. Identifikace správného světla ve správný čas
Toto zůstává klíčovou otázkou pro mnoho lidí. Ve stanovisku CIE z roku 2015 bylo zdůrazněno, že se CIE společně s mezinárodním společenstvím aktivně angažuje v projektech směřujících k vytvoření směrnice založené na striktně vědeckých poznatcích a dohodách. CIE a ISO/TC 274 připravují první mezinárodně odsouhlasenou technickou zprávu zabývající se integrativním osvětlením (dokument ISO/CIE TR 21783, v současnosti ve fázi přípravy), v níž jsou uvedeny přínosy i možná rizika, kterým je nutné se vyhnout. Kromě toho se v Manchesteru v srpnu 2019 konal druhý nezávislý workshop předních vědců daného oboru, na němž diskutovali o způsobu, jak mohou být poznatky získané v dané oblasti zahrnuty do směrnic a vzorců zdravé denní expozice světlu. Účastníci workshopu společně připravují schválenou publikaci o jeho závěrech, která bude detailně publikována jako technická zpráva CIE.
CIE uznává, že venkovní pobyt po odpovídající dobu během dne přispívá k lepšímu zdraví a pohodě a že expozice přírodnímu světlu je významnou součástí těchto jevů. Rovněž doporučuje zbytečně neomezovat denní světlo ve vnitřním prostředí.
Pro dvě důležité a dobře prostudované neobrazové odezvy člověka na světlo (potlačení melatoninu a regulace velikosti zřítelnice) přibývají důkazy, že celková citlivost na světlo těchto fyziologických procesů je převážně řízena fotorecepcí danou melanopsinem (Nowozin a kol., 2017, Souman a kol. 2018, Prayag a kol. 2019, Spitschan 2019). S cílem poskytnout některá prvotní doporučení v dané oblasti – do doby, než se zveřejní další poznatky a dohody účastníků workshopu ze srpna 2019 v Manchesteru, CIE doporučuje zacházet s fotorecepcí danou melanopsinem jako s užitečnou strategií pro řízení celkového působení světla na neobrazové odezvy. To znamená, že specifikace ve smyslu melanopické EDI představují rozumnou cestu pro poskytnutí prvotního návodu, jak upravovat (polychromatické) světelné prostředí v typickém každodenním životě z hlediska optimální neobrazové odezvy u lidí s pravidelným denním režimem (pouze nebudou-li tyto specifikace na úkor celkové zrakové/vizuální pohody a celkových vizuálních parametrů osvětlovacích systémů):
– Vysoká melanopická EDI během dne zpravidla podporuje bdělost, cirkadiánní rytmus a dobrý noční spánek.
– Nízká melanopická EDI večer a v noci usnadňuje usínání a odpočinek.
Vhodný světelný režim pro pracovníky v nočních směnách je složitější, protože závisí na specifickém časovém rozvrhu.
Další strategie CIE
Dodání správného světla ve správný čas si vyžádá komplexní přístupy, které splní požadavky všech lidí v prostoru. Probíhající projekty v této oblasti zahrnují společné aktivity s ISO/TC 274 s cílem revidovat mezinárodní normu pro osvětlení vnitřních pracovních míst ISO 8995-1-2002/CIE S 008:2001 (ISO/CIE 2002). CIE se celou svou činností snaží poskytovat vědecky zdůvodněná doporučení a pomáhat vědě, která bude podporovat novou generaci norem. Vývoj striktně vědecky podložených doporučení stále vyžaduje cílené úsilí ve směru nového vědeckého výzkumu a CIE ve své Výzkumné strategii (CIE Research Strategy) vyzývá vědeckou komunitu k angažovanosti v získávání těchto znalostí. Pro podporu pracovníků takového výzkumu bude na webových stránkách CIE v blízké době k dispozici návod usnadňující používání normy CIE S 026:2018. Vědci se zájmem o vědeckou práci v oborech uvedených ve Výzkumné strategii mohou požádat CIE o písemné vyjádření podpory požadavkovým formulářem na ciecb@cie.co.at.
1) Toto vydání nahrazuje Stanovisko CIE z roku 2015 na stejné téma.
2) Termín α-opický se vztahuje k pojmům S-cone-opic, M-cone-opic, L-cone-opic, rhodopic a melanopic (S-cones (krátkovlnné čípky), M-cones (středněvlnné čípky), L-cones (dlouhovlnné čípky)).
3) Hodnoty spektrální citlivosti pěti tříd lidských α-opických fotoreceptorů (čípků S, M a L, tyčinek a vnitřně citlivých gangliových buněk sítnice (ipRGCs)) z normy CIE S 026 v podobě tabulek po 1 nm jsou k dispozici na http://files.cie.co.at/S026_Table2_Data.xlsx.
Literatura:
[1] BIPM. The International System of Units (SI) [online]. 9th Edition. 2019. [cit. 2019-10-03]. Dostupné z: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI--Brochure-9-EN.pdf
[2] BIPM. The International System of Units (SI). 9th Edition: Appendix 3: Units for photochemical and photobiological quantities [online]. 2019. [cit. 2019-10-03]. Dostupné z: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9-App3-EN.pdf
[3] CIE TN 003:2015. Report on the First International Workshop on Circadian and Neurophysiological Photometry, 2013 [online]. 2015. [cit. 2019-10-03]. Dostupné z: http://files.cie.co.at/785_CIE_TN_003-2015.pdf
[4] CIE DIS 017:2016. ILV: International Lighting Vocabulary. 2nd Edition. 2016.
[5] CIE S 026:2018. CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light. 2018.
[6] ISO 8995-1:2002/CIE S 008:2001. Lighting of Work Places – Part 1: Indoor. 2002.
[7] ISO/CIE TR 21783. Light and lighting – Integrative lighting – Non-visual effects (in preparation).
[8] LUCAS, R. J., S. N. PEIRSON, D. M. BERSON, T. M. BROWN, H. M. COOPER, C. A. CZEISLER, M. G. FIGUEIRO, P. D. GAMLIN, S. W. LOCKLEY, J. B. O‘HAGAN, L. L. PRICE, I. PROVENCIO, D. J. SKENE, a G. C. BRAINARD. Measuring and using light in the melanopsin age. Trends in Neuroscience. 2014, 37(1), 1–9.
[9] NOWOZIN, C., A. WAHNSCHAFFE, A. RODENBECK, J. de ZEEUW, S. HADEL, R. KOZAKOV, H. SCHOPP, M. MUNCH a D. KUNZ. Applying Melanopic Lux to Measure Biological Light Effects on Melatonin Suppression and Subjective Sleepiness. Curr Alzheimer Res. 2017, 14(10), 1042–1052.
[10] PRAYAG, A. S., R. P. NAJJAR a C. GRONFIER. Melatonin suppression is exquisitely sensitive to light and primarily driven by melanopsin in humans. Journal of Pineal Research. 2019. 0(ja), e12562.
[11] SOUMAN, J. L., T. BORRA, I. de GOIJER, L. J. M. SCHLANGEN, B. N. S. VLASKAMP a M. P. LUCASSEN. Spectral Tuning of White Light Allows for Strong Reduction in Melatonin Suppression without Changing Illumination Level or Color Temperature. Journal of Biological Rhythms. 2018, 33(4), 420–431.
[12] SPITSCHAN, M. Photoreceptor inputs to pupil control. Journal of Vision. 2019. 19(9), 5–5.
Překlad z angličtiny: Ing. Vladimír Dvořáček
Překladatel děkuje členům ČNK CIE za podnětné připomínky.
Vyšlo v časopise Světlo č. 2/2020 na straně 57.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.