Studie über den Einfluss von künstlichem Licht auf Wechselschichtarbeiter

Rund 6 Millionen Menschen arbeiten in Deutschland im Schichtsystem – Tendenz steigend. Das stresst den Körper. Die Folgen sind vielfältig und reichen von Schlafproblemen, Herz-, Kreislauf- bis zu Magen-Darm-Erkrankungen. Meist leiden das Sozialleben und das psychische Wohlbefinden. "Machen wir die Nacht zum Tag, gerät unsere innere Uhr aus dem Takt, denn unser natürlicher Schlaf-Wach-Rhythmus orientiert sich am Verlauf der Sonne", wissen Ilights-Gesamtprojektleiter Rasit Özgüc, Abteilung Photonik und Umwelt beim Fraunhofer Umsicht, und Projektpartner Dr. Alfred Wiater, Schlafmediziner im Krankenhaus Porz am Rhein.
Aber nicht nur die Sonne allein übt Einfluss auf uns aus. Die Forschung zeigt, dass auch Kunstlicht – wie es z. B. in der Schichtarbeit vorkommt – eine nicht-visuelle Wirkung auf den Körper hat. Im Jahr 2002 entdeckten Forschende neben den bereits bekannten Stäbchen und Zapfen einen dritten Photorezeptor: die intrinsisch photosensitiven retinalen Ganglienzellen. Ihre höchste Sensitivität liegt im blauen Bereich des Lichtspektrums.
  • Doch inwieweit und in welcher Form wirkt Kunstlicht auf Psyche und Physis?
  • Welche Beleuchtungsparameter sind für welchen Anwendungsbereich ideal?
  • Welches Licht steigert die Zufriedenheit von Mitarbeitern?

Bei der Beantwortung dieser Fragen steht die Forschung noch am Anfang: Es fehlen Daten und experimentelle Methoden, um die komplexen Interaktionen zwischen Arbeitnehmer, Arbeitsaufgabe und Beleuchtungssituation unter Realbedingungen zu untersuchen. Gezielte Auswahl von Lichtszenarien
Hier setzt das Projekt Ilights an: In einem Studienzeitraum von 6 Monaten und einem Gesamtprojektzeitraum von 30 Monaten haben Forschende vom Fraunhofer Umsicht und Schlafforscher des Krankenhaus Porz am Rhein den nicht-visuellen Nutzen von LED-Technologie mit dem Ziel untersucht, die Beleuchtungssituation für Arbeitnehmer mit Wechselschicht zu verbessern. Zu den untersuchten Parametern zählten u. a. das Schlafverhalten, die kognitive Leistungsfähigkeit sowie die Tagesschläfrigkeit. Im BMW-Werk München wurde ein Produktionsabschnitt mit einem eigens entwickelten Lichtsystem ausgestattet. Das neuartige LED-Experimentalsystem ermöglicht unter anderem, die Beleuchtung dynamisch zu steuern.
"Neben der Lichtintensität sind einzelne Wellenlängenbereiche des Vollspektrums präzise regulierbar", erklärt Özgüc.
Schlafforscher des Krankenhaus Porz am Rhein untersuchten die schlafassoziierten Parameter der Schichtarbeiter im Werk. Sie haben die Auswirkungen von fünf Lichtphasen mit unterschiedlichen Einstellungen der Farbtemperatur, melanopischen und visuellen Beleuchtungsstärke berücksichtigt (melanopische Beleuchtungsstärke = mit einem biologischen Wirkungsspektrum Smel bewertete spektrale Beleuchtungsstärke mit einer maximalen Empfindlichkeit im blauen Bereich, bei einer Wellenlänge von λP=480 nm). Für die Erfassung des Schlaf-Wach-Verhaltens wurden insgesamt 83 BMW-Mitarbeitende mit einem Fitnesstracker ausgestattet.
Die Auswertung der Zufriedenheit mit der mit dem Experimentalsystem nachgestellten bisherigen Beleuchtungssituation (Baseline) zeigte, dass diese bei den Teilnehmenden bei warmweißem und dynamischem Licht am geringsten war. Das generelle Wohlbefinden fiel unter kaltweißem Licht mit hoher visueller und melanopischer Beleuchtungsstärke am positivsten aus. Bei Konzentrationstest und Messung der Tagesschläfrigkeit mittels Pupillographen zeigten die Teilnehmenden in den Lichtphasen mit dynamischem und neutralweißem Licht bessere Ergebnisse als in der Ausgangssituation vor Lichtinstallation und bei warmweißem Licht.
"Der positive Effekt im Konzentrationstest kann jedoch auch nur ein Übungseffekt sein", merkt Prof. Andrea Rodenbeck, Biologin und Schlafforscherin, an. Hier bedarf es weiterer Tests. Bei Betrachtung der Subgruppe von Teilnehmenden mit erhöhtem Wert auf der Epworth Sleepiness Scale – einem Fragebogen zur Erfassung von Tagesschläfrigkeit – zeigte sich eine klinisch bedeutsame Verbesserung der Tagesschläfrigkeit sowie eine subjektive Verbesserung des Allgemeinzustands. Bei einer gezielten Betrachtung einiger Teilnehmenden mit einem geringeren Gesamtschlaf in Baseline verlängerte sich der Schlaf deutlich.
Wie von den Forschenden erwartet, zeigte die statistische Untersuchung der durch die Fitnesstracker erfassten Daten zum Schlaf-Wach-Verhalten keine signifikanten Veränderungen der Parameter in der Frühschicht. In der Spätschicht zeichnete sich jedoch der Trend ab, dass sich kaltweißes bis neutralweißes Licht positiv auf den Rhythmus auswirkt.
"Die einzelnen Lichtphasen dauerten durchschnittlich vier Wochen an. Jetzt gilt es zu untersuchen, wie sich die Effekte in Langzeitstudien verhalten", so Monika Owczarek, Psychologin und Teammitglied von Özgüc. Zudem müsse in Zukunft mittels einer "Licht-Historie" auch der individuelle Lichtkonsum außerhalb der Arbeitsstätte berücksichtigt werden. Gesamtlichtkonzept der Produktionsbereiche
Özgüc gibt einen Ausblick: "Bei der Abschlusspräsentation des Projekts waren sich alle einig. Sowohl Elisabeth Wolf, die die Teilprojektleitung für BMW übernahm, als auch Gabriele Klyszcz, leitende Sicherheitsingenieurin von BMW, regten tiefergehende Studien an.
"Dies sei auch sinnvoll, weil die Ergebnisse zwar signifikant sind, aber eine hohe Standardabweichung haben. Özgüc weiter: "Potenzial könnte ein biodynamisches Licht mit Einbeziehung von Lichtkomponenten aus den Lichtphasen mit neutral- und kaltweißem Licht bei moderater bis hoher melanopischer und visueller Beleuchtungsstärke haben. Gemeinsam mit dem Projektteam von BMW haben wir angeregt, die Ergebnisse in ein Gesamtlichtkonzept der Produktionsbereiche zu überführen und umzusetzen; idealerweise mit einer anschließenden Evaluierung mit höheren Fallzahlen und längerem Zeitraum als bei Ilights."
Weitere Ergebnissen werden am 11. April 2019 im Rahmen des Workshops "Umsicht: zur Sache!" beim Fraunhofer Umsicht in Oberhausen präsentiert. Das Thema: "Licht und Gesundheit".
Das Verbundprojekt "Ilights" lief von Mitte 2016 bis Ende 2018 und wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative "Intelligente Beleuchtung" finanziell unterstützt.
Fraunhofer Umsicht - www.umsicht.fraunhofer.de
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