Melanopische Lichtwirkung – die nicht visuelle Wirkung des Lichts auf Menschen

Bei der nichtvisuellen physiologischen Wirkung des Lichts auf Menschen liegt das Maximum der melanopischen Wirkungen ebenfalls beim Blauanteil von 490 nm Wellenlänge. Die Melanopische Wirkung wird fplgendermassen definiert (Quelle: DIN SPEC 5031-100:2015-08):

«Licht, das über das Auge wirkt, löst unterschiedliche nichtvisuelle Wirkungen … aus. … Dazu können z. B. eine Unterdrückung der Melatoninausschüttung, eine Veränderung der Herzrate, Einflüsse auf die Thermoregulation, die Wachheit, Veränderungen der Frequenz im Elektroenzephalogramm und eine Verschiebung der Phase des circadianen Systems gehören. Darüber hinaus sind Reaktionen innerhalb einiger Sekunden bis Minuten auf kurzwelliges Licht wie z. B. die Regulation der Pupillenweite oder Veränderungen der Hirnaktivität möglich.
Diese Wirkungen werden häufig als „biologische“ Wirkungen des Lichts bezeichnet, um sie von den visuellen Wirkungen zu unterscheiden. Jedoch ist dieser Begriff missverständlich, da alle Wirkungen auf den Menschen biologischer Natur sind. Es wird daher … der Begriff melanopische Lichtwirkung eingeführt.»

Diese DIN-Spezifikation unterteilt die Lichtwirkung in sechs unterschiedliche Wirkungsweisen:

1. Suppression von Melatonin in der Nacht
2. Verschiebung der circadianen Phasen («Biorhythmus»)
3. Änderung der circadianen Amplitude
4. Aktivierung mit Licht
5. Steuerung des Pupillenreflexes
6. Behandlung saisonal abhängiger Depression (SAD)

Nach heutigem Verständnis werden diese melanopischen Lichtwirkungen durch melanopsinhaltige retinale Ganglienzellen vermittelt. Die Wirkungen treten zwar zu verschiedenen Zeiten, unter verschiedenen Randbedingungen und in Abhängigkeit von anderen physiologischen Parametern auf. Es ist aber davon auszugehen, dass das Wirkungsspektrum nicht von diesen anderen Parametern abhängt und damit für alle genannten Wirkungen gleichermassen gültig ist.»

Zwei Grafiken mögen die recht umständlich beschriebenen Zusammenhänge zwischen «Blauanteil» und «biologischer Lichtwirkung» etwas verdeutlichen.
Die erste Grafik zeigt die relative Empfindlichkeit der menschlichen Netzhaut für die visuelle Wahrnehmung am Tag V(λ) bei 555 nm und in der Nacht V'(λ) bei 507 nm und für die nicht visuelle Wahrnehmung S_mel(λ) 490 nm. Es ist wichtig zu verstehen, dass «weisses» LED-Licht auf Konversionsbasis immer einen mehr oder weniger grossen Blauanteil enthält – auch wenn wir ihn nicht als «blaues» Licht wahrnehmen.

 
Grafik © Bodenmann | Quellen: Handbuch für Lichtgestaltung, Bartenbach et al, 2009; DIN SPEC 5031-100:2015

Die zweite Grafik zeigt den Zusammenhang von Farbtemperatur und melanopischer Lichtwirkung. Diese ist bei 4’000 Kelvin («Neutralweiss») rund 15% stärker als bei 3’000 Kelvin («Warmweiss»).

Grafik © Bodenmann | Quelle: Bundesamt für Energie (BFE), Faktenblatt LED-Lampen (2016) – gemessen wurden die Farbtemperatur von 34 verschiedener LED’s.