Licht für Gesundheit

CyberLux

Einfluss der Arbeitsplatzbeleuchtung auf asthenopische Beschwerden


Autor:

Christoph Schierz


Kurzfassung

In den letzten Jahren diskutiert auch die Lichttechnik in zunehmendem Mass unspezifische biologische Lichtwirkungen, welche nicht durch den für das Sehen verantwortlichen spezifischen neuronalen Pfad vermittelt werden. So erlangt die in den 50er Jahren entdeckte retino-hypothalamische Bahn derzeit erneut die Aufmerksamkeit von Lichtplanern und Arbeitswissenschaftlern. Es zeigte sich, dass diese Lichtwirkungen wichtige biologische Vorgänge im Menschen vermitteln. Es seien namentlich die zeitliche Positionierung der circadianen Rhythmik, der Abbau von Melatonin in der Nacht sowie die Steigerung des Wachheitsgrades und der Körpertemperatur genannt. Saisonale Depressionen können mit Licht behandelt werden.
Die neuesten Untersuchungen am Menschen lassen vermuten, dass neben der Wirkung von Licht auf die Sehleistung neue Überlegungen zu den unspezifischen Lichtwirkungen in die Lehrbücher einfliessen müssen. Bisher ging man davon aus, dass hohe Beleuchtungsstärken von 2500 lx und mehr für diese Wirkungen notwendig seien. Inzwischen ergeben neueste Untersuchungen aber, dass die 50%-Wirkungsschwellen für unspezifische Lichtwirkungen wie Melatoninabbau, Verschiebung der circadianen Rhythmik und Steigerung des subjektiv und physiologisch bestimmten Wachheitsgrads zwischen 90 und 180 lx vertikaler Beleuchtungsstärke am Auge liegen. Das bedeutet, dass bereits heutige Lichtgebungen biologisch wirksam sind.
Des weiteren deuten Forschungsresultate darauf hin, dass die spektrale Empfindlichkeit der unspezifischen biologischen Wirkungen stark von der bekannten spektralen Hellempfindlichkeit V-Lambda abweicht. Zudem erwies sich intermittierendes Licht als viel effektiver im Verschieben der circadianen Rhythmik im Vergleich zu kontinuierlichem Licht gleicher Dosis. In Anbetracht dessen, dass wir durch ständige Augenbewegungen zum Beispiel zwischen Fenster, Raumbegrenzungsflächen und Arbeitsfläche eine ständig sich ändernde Lichtmenge auf der Netzhaut erzeugen, ist auch dieses Ergebnis von grosser Bedeutung für eine zukünftige Leuchtdichte- und Kontrastplanung.
In diesem Beitrag werden die neuesten wissenschaftliche Erkenntnisse zusammengefasst vorgestellt und es werden einige Implikationen für die zukünftige Licht- und Beleuchtungsforschung bzw. -planung diskutiert.

Asthenopische Beschwerden sind Augenbeschwerden, welche nach Erbringen hoher Sehleistungen auftreten. Sie wurden bereits in den 1950er Jahren im Zusammenhang mit der Verbreitung der Leuchtstofflampe diskutiert. Auch die Einführung von Bildschirmgeräten im Büro in den 1980er Jahren führte zu einer Zunahme von Klagen über Augenbeschwerden. Diese sind in der Folge bis heute Thema wissenschaftlicher Untersuchungen geworden. In diesem Beitrag werden Ergebnisse solcher Untersuchungen diskutiert, soweit sie im Zusammenhang mit der Beleuchtung am Arbeitsplatz stehen.

Asthenopische Beschwerden lassen sich einteilen in:

a)    Augenreizung: Augenbrennen, Augenrötung, Gefühl von Sand in den Augen, trockene oder tränende Augen
b)    Sehbeschwerden: erhöhte Licht- und Flimmerempfindlichkeit, verschwommenes und doppeltes Sehen, Schleiersehen
c)    Cerebrale Beschwerden: Kopfschmerzen, Ermüdung, Schwindelgefühl

Die Häufigkeit solcher Anzeichen für eine Überforderung der Augen werden teils subjektiv mit Fragebogen erfasst, teils wurden Versuche unternommen, diese durch physiologische Messungen zu objektivieren. So konnten etwa eine reduzierte Akkommodationsbreite und -geschwindigkeit mit einer Zunahme asthenopischer Symptome assoziiert werden. Aber auch psychologische Faktoren wie das soziale Klima und die Zufriedenheit zeigten eine moderierende Wirkung auf die Wahrnehmung der Beschwerden.

Als Ursache asthenopischer Beschwerden kommen neben Schwierigkeit und Dauer der Sehaufgabe und individuellen Faktoren wie z.B. Sehfehler auch Aspekte der Beleuchtung in Frage. Diskutiert werden das Beleuchtungsniveau, hohe Kontraste im Gesichtsfeld sowie das Flimmern und die spektrale Verteilung des Lichts. Ein erhöhtes Beleuchtungsniveau kann die Sehleistung erhöhen und es vergrössert über eine Reduktion des Pupillendurchmessers die Schärfentiefe. Dadurch wird defokussiertes Sehen weniger belastend. Es zeigten sich Assoziationen zwischen hohen Kontrasten im Gesichtsfeld, vermehrten Sehbeschwerden und einer verstärkten Myopisierung. Letzteres möglicherweise weil Blicke in die Ferne im Umfeld der Sehaufgabe vermehrt gemieden werden. Auch flimmerndes Licht zeigte einen deutlichen Einfluss auf Augenbeschwerden, welche aber mit der Verbreitung elektronischer Vorschaltgeräte (EVG) in Zukunft von geringerer Bedeutung sein dürften. Hypothetische Zusammenhänge zwischen Lichtspektrum und Beschwerden konnten in eigenen Untersuchungen widerlegt werden. Da die visuelle Gestaltung eines Raumes auch die Zufriedenheit beeinflusst, sollte auch eine indirekte Wirkung der Beleuchtung auf die Wahrnehmung der Beschwerden zu erwarten sein.

Beitrag

1. EINLEITUNG

Asthenopische Beschwerden sind Augenbeschwerden, die nach Erbringen hoher Sehleistungen auftreten. Gehen sie einher mit einer Störung des Sehvorgangs, spricht man auch von visueller Ermüdung. Die durch Sehaufgaben hervorgerufene psychische und physische Beanspruchung zeigt sich in einer verminderten Wirksamkeit der für die Aufnahme, Verarbeitung und Umsetzung visueller Information verantwortlichen Prozesse. Als Ursache kommen neben Schwierigkeit und Dauer der Sehaufgabe und individuellen Faktoren wie z.B. Sehfehlern auch Aspekte der Beleuchtung in Frage. Diskutiert werden das Beleuchtungsniveau, hohe Kontraste im Gesichtsfeld, Kontrastminderung bei der Sehaufgabe sowie Flimmern und spektrale Verteilung des Lichts.

Asthenopische Beschwerden werden seit den 1950er Jahren mit der Verbreitung der Leuchtstofflampen diskutiert. Viele Studien suchten ein einfach anzuwendendes objektives Maß, welches zum einen mit dem subjektiven Erleben der Beschwerden assoziiert ist. Zum andern sollte visuelle Ermüdung von allgemeiner Ermüdung und von Adaptationsvorgängen zu trennen sein. Untersucht wurden visuelle Funktionen wie Flimmerverschmelzungsfrequenz, Kontrastdetektion, Sehleistung (Geschwindigkeit, Genauigkeit) und elektro-optische Sensitivität (Phosphene), sowie physiologische Funktionen wie Muskeltonus, und -tremor der Finger, Hörschwelle, Augenbewegungen, Lidschlagrate, Pupillendurchmesser sowie Ausmaß und Dauer der Augenfokussierung (Akkommodation). 1970 konstatierten Hopkinson und Collins, dass sich auch nach einer langen, intensiven Forschungsperiode keine Methode abzeichnete, die valide und sensitiv genug war, um als objektiven Ersatz für subjektive Aussagen dienen zu können. Viele der erfolgversprechenden Ansätze konnten in Folgestudien nicht bestätigt werden.

Mit Aufkommen der Bildschirme im Büro in den 1980er Jahren häuften sich die Klagen über Augenbeschwerden. Sie sind bis heute Thema wissenschaftlicher Untersuchungen. Neuere Erkenntnisse beruhen daher zumeist auf Studien über Bildschirmarbeit. Asthenopische Beschwerden lassen sich einteilen in:

a)    Augenreizung: Augenbrennen, Augenrötung, Gefühl von Sand in den Augen, trockene oder tränende Augen
b)    Sehbeschwerden: erhöhte Licht- und Flimmerempfindlichkeit, verschwommenes und doppeltes Sehen, Schleiersehen
c)    Cerebrale Beschwerden: Kopfschmerzen, Ermüdung, Schwindelgefühl

Augenreizung

Eine direkte Reizung der Augen mit Licht ist bei erhöhtem UV-Anteil denkbar. Entzündungen der Hornhaut und der Bindehaut sind die Folge. Untersuchungen der UV-Anteile bei handelsüblichen Lichtquellen ergeben aber Werte weit unterhalb internationaler Grenzwerte.

In einer Studie über Bildschirmarbeit zeigte sich ein positiver Zusammenhang zwischen Lichtempfindlichkeit und der Aufstellhöhe des Bildschirms. Die Autoren vermuten, dass das Anheben der Blickrichtung die Anzahl Lidschläge reduziert und die freie Corneaoberfläche vergrößert. Dieses Ergebnis wäre auch für Lichtgebungen relevant, wenn sich zeigen sollte, dass die Beleuchtung Einfluss auf die Häufigkeit der Blickrichtungen nehmen kann. Denkbar wäre z.B. das Vermeiden von Blicken in Richtung zu dunkler oder zu heller Flächen, die eine starke Umadaptation verlangen. So waren inadäquate Beleuchtungsniveaus und zu hohe Leuchtdichtekontraste mit einer Zunahme von Augenreizungen und einer vorübergehenden Kurzsichtigkeit (Myopisierung) assoziiert . Die Myopisierung deutet darauf hin, dass die Blicke sich gehäuft auf den Bildschirm konzentrierten und ein entspannender Blick in andere Richtungen vermieden wurde. Auch in einer anderen Studie nahmen Augenreizungen mit zunehmendem Kontrast zwischen Bildschirm und Schreibvorlage zu. Die Frage, ob hier ein Zusammenhang mit dem Blickbewegungsmuster hergestellt werden kann, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten.

Sehbeschwerden – Beschwerden bei der Informationsaufnahme

Beschwerden bei der Informationsaufnahme sind weniger auf physiologische Ermüdung der Rezeptoren als vielmehr auf eine verminderte analytische Gegenstandserfassung zurückzuführen. Umadaptieren auf unterschiedliche Helligkeiten oder Farben führt nicht direkt zu visueller Ermüdung, da dabei nur chemische Gleichgewichtszustände verschoben werden. Die vorübergehend erhöhte neuronale Aktivität ist eher als Aktivierung denn als Ermüdung zu verstehen. Eine Ursache für Sehbeschwerden könnte hingegen in der erhöhten Aktivität innerer und äußerer Augenmuskeln zu finden sein. Nach zweistündiger Bildschirmarbeit wurden Geschwindigkeit, Amplitude und Entspannungsgeschwindigkeit der Akkommodation kleiner. Dieses Ergebnis unterstützt somit die Hypothese einer Ermüdung des Ziliarmuskels. Um ein Objekt in der Distanz OD deutlich sehen zu können, muss es mit einem ausreichend großen Kontrast auf der Netzhaut abgebildet werden. Dafür muss das Auge einen gewissen Akkommodationsaufwand AA erbringen, wobei die Schärfentiefe ST und die Akkommodationsruhelage AR unterstützend wirken. Dies lässt sich wie folgt formulieren:

OD [dpt] = 0.5 · ST [dpt] + AA [dpt] + AR [dpt]    (1)

Die AR wird vom Auge im Dunkeln bzw. in strukturloser Umgebung eingestellt. Sie stellt ein Gleichgewicht parasympathischer und sympathischer nervöser Erregung des Ziliarmuskels dar und gilt als die Distanzeinstellung geringster Beanspruchung. Ihr Wert von rund 1.5 dpt ist inter- und intraindividuell sehr variabel. Er vergrößert sich nach länger dauernder Nahakkommodation (Myopisierung) und bildet sich nach ca. 20 min oder nach wenigen Sekunden mit geschlossenen Augen wieder zurück. Das wäre bei einer echten Muskelermüdung nicht zu erwarten. Vielmehr hat die AR von Personen mit asthenopischen Beschwerden einen vergleichsweise geringen Dioptrienwert. Muskuläre Ermüdung ist somit eher bei AA zu suchen und muss umso größer sein, je kleiner AR und ST sind. Soll die muskuläre Dauerleistung nicht mehr als 15% der Maximalleistung betragen, können auf Dauer 30-jährige einen AA von 1.15 dpt und 50-jährige einen von 0.15 dpt leisten.

Zusammen mit der AR ergibt dies Distanzen von 38 cm bzw. 60 cm. Ist das Sehobjekt näher, muss die Person entweder durch Wechseln der Blickrichtung zwischen unterschiedlich entfernten Objekten vermehrt zu dynamischer Muskelarbeit übergehen oder die Beleuchtung ist so zu optimieren, dass ST möglichst groß wird. Ist umgekehrt die Sichtbarkeit (Größe, Kontrast) des Sehobjekts schlecht – z.B. wegen zu geringer Helligkeit oder wegen Spiegelungen auf der Sehaufgabe -, muss es näher zum Auge geführt werden und bewirkt eine erhöhte Beanspruchung des Ziliarmuskels. Die Schärfentiefe ST – die Toleranz für Defokussierung – hängt von der Pupillengröße des Auges ab: Mit kleiner Pupille wird der Kontrast auf der Netzhaut durch Defokussierung weniger gemindert, ST somit vergrößert. Eine kleine Pupille wird mit hohen Leuchtdichten im Gesichtsfeld erreicht. ST verringert sich für sehr fein strukturierte Objekte oder für z.B. durch Lichtspiegelung verminderte Kontraste. Eine zusätzliche Reduktion des Kontrasts auf der Netzhaut entsteht durch Streulicht im Auge (physiologische Blendung).

Die verminderte analytische Gegenstandserfassung zeigt sich nicht nur in der verminderten Detailerkennung, sondern auch in einer Verkleinerung des Gesichtsfeldes, einer Unsicherheit im Farbenerkennen und in einem verminderten Tiefensehen. Letzteres wird begleitet durch zunehmende Störungen der Fusion bis zur Tolerierung von Doppelbildern. Hypothetische Zusammenhänge zwischen Lichtspektrum und Beschwerden konnten in eigenen Untersuchungen widerlegt werden. Die chromatische Aberration bewirkt, dass das Auge im extremen Blau über 2 dpt kurzsichtig ist. Bei Licht für Beleuchtungszwecke beträgt der Unterschied zwischen tageslichtweiß und warmweiß aber nur noch rund 0.1 dpt und wird daher bedeutungslos. Auch flimmerndes Licht zeigte einen deutlichen Einfluss auf Augenbeschwerden. Eine Verminderung der Lichtwelligkeit führte zu einer Reduktion der subjektiven Ermüdung. Mit der Verbreitung hochfrequenter elektronischer Vorschaltgeräte (EVG) dürfte dieses Problem immer weniger von Bedeutung sein.

Cerebrale Beschwerden – Beschwerden bei der Informationsverarbeitung

Zunehmende Ermüdung bewirkt fehlerhafte Gedankenverknüpfungen von Reizmustern mit Begriffs- oder Verhaltensmustern. Außerdem laufen zusätzliche unspezifische Assoziationen in das Bewusstsein ein. Die Aufmerksamkeit wird zunehmend durch aufgabenfremde Inhalte oder sogar durch Fehlwahrnehmungen beansprucht. Daher muss eine fortwährende Selektion stattfinden, die sogar dazu führen kann, dass einzelne Denkoperationen wiederholt werden müssen. Starke Ermüdung macht sich durch Reaktionspausen und eine verzögerte Fehlerkorrektur bemerkbar. Außerdem wird eine mangelnde Disziplinierung der Person erkennbar. Die Kriterien der Informationsverarbeitung unterscheiden nicht zwischen visueller und allgemeiner Ermüdung. Zudem kann Licht eine unspezifische aktivierende Wirkung auf das Zentralnervensystem ausüben. Eine Abnahme zentralnervöser Funktionsbereitschaft kann in der Aktivität der Augenmuskulatur beobachtet werden. Es zeigt sich etwa mit der Ermüdung bei den Blickbewegungen eine Zunahme der Fixationszeiten und der Anzahl der Korrektursakkaden. Da dies die Informationsaufnahme zusätzlich stört, sollte es auch in den Themenkreis der visuellen Ermüdung eingeordnet werden.

Insbesondere bei subjektiven Erhebungsmethoden darf nicht vergessen werden, dass andere psychologische und emotionale Faktoren die Wahrnehmung der Beanspruchung moderieren. Unter Konstanz von Faktoren wie Beleuchtung und Arbeitslast konnten 30% der Variabilität in der visuellen Ermüdung mit Faktoren wie sozialem Klima, Selbstwertgefühl oder Arbeitszufriedenheit aufgeklärt werden. Da die visuelle Gestaltung eines Raums ebenfalls die Zufriedenheit beeinflusst, lässt auch diese eine indirekte Wirkung auf die Wahrnehmung von Beschwerden erwarten. Jedenfalls traten bereits bei Einführung der Fluoreszenzlampen visuelle Beschwerden dort gehäuft auf, wo die Belegschaft nicht beteiligt, sondern vor vollendete Tatsachen gestellt wurde.

Diskussion

Zur Vermeidung von Sehbeschwerden sollte die Beleuchtung:

a)    Wechsel der Blickrichtungen für dynamische Muskelarbeit nicht durch zu große Helligkeitsunterschiede zwischen Sehaufgabe und Umgebung behindern (Vermeiden von Blendquellen),
b)    mit genügend Licht im Raum eine kleine Pupillenweite und damit eine große Schärfentiefe ermöglichen (ausreichende Leuchtdichten der Raumbegrenzungsflächen und der Sehaufgabe),
c)    mit genügend Licht auf dem Sehobjekt eine hohe Sehschärfe und Kontrastempfindlichkeit ermöglichen (ausreichendes Beleuchtungsniveau bei der Sehaufgabe),
d)    Sehobjektkontraste nicht durch Spiegelung mindern,
e)    nicht mit zu vielen visuellen Distraktoren die Aufmerksamkeit auf sich ziehen.
Den gesamten illustrierten Beitrag können Sie hier als PDF-Datei einsehen.

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eingestellt in CyberLux: 6. Dezember 2002

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