Lenka Maierová: Skutečný vliv světla na zdraví člověka

Ing. arch. Lenka Maierová, Ph.D.
vědecko-výzkumný pracovník

• Vystudovala fakultu architektury ČVUT v Praze
• Doktorské studium absolvovala na Fakultě stavební, katedře TZB se specializací na kvalitu světelného prostředí v budovách
• Během doktorského studia strávila 21 měsíců prováděním chronobiologického experimentu na EPFL v Lausanne ve Švýcarsku
• V Laboratoři kvality vnitřního prostředí UCEE B zastřešuje výzkumné aktivity týkající se kvality světelného prostředí
• Vyučuje předmět Stavební fyzika – osvětlení na FSv ČVUT v Praze a FUA TU v Liberci
• Je členem mezinárodní Společnosti pro světelnou terapii a biologické rytmy (SLT BR), Daylight Academy a České normalizační komise pro osvětlení
• Úzce spolupracuje s Národním ústavem duševního zdraví

Co si mám představit pod pojmem světelná hygiena?

Naše současná legislativa určuje, jaké osvětlení v budovách je třeba pro zajištění dostatečného zrakového komfortu, který je nezbytný pro dobrou funkci prostoru. Byl však také prokázán vliv světelného prostředí, a zejména pravidelného střídání dne a noci, na cirkadiánní rytmus, tedy, zjednodušeně řečeno, na regulaci spánku a bdění i na řadu dalších fyziologických procesů v organismu člověka.

Celý systém je označován jako nevizuální (neobrazové) vnímání světla. Zajišťuje synchronizaci biologických procesů v těle s vnějším světem a tím potenciálně ovlivňuje naši výkonnost, náladu, vnitřní pohodu a při dlouhodobém působení i zdraví a celkovou kvalitu života. Z těchto důvodů je třeba při navrhování světelného prostředí zohlednit nejen požadavky architektury a stavebnictví, osvětlovací techniky a optiky, ale je nutné vzít v potaz i poznatky z biologie a v současné době i z velmi progresivního oboru chronobiologie, přestože tyto prozatím nejsou součástí platných norem.

Z celospolečenského pohledu a z pohledu každého jednotlivce stojí za zvážení udržitelnost současného životního stylu moderní společnosti. Faktory jako omezená doba pobytu na denním světle, rozšířená práce v noci, všeobecně (alespoň z biologického pohledu) nízká hladina osvětlenosti v budovách, a naopak všudypřítomnost elektrického světla v noční době, to vše lze shrnout do pojmu „světelná hygiena".

K jakým problémům může špatná světelná hygiena vést?

Její nedodržování se může projevit zvýšením výskytu poruch vnitřní časové synchronizace, například problémy se spánkem, sezonními depresemi i jinými psychickými, a nejen psychickými onemocněními. Světlo je pro přírodu i člověka totiž velmi důležitá biologická informace. Propisuje se do funkce buňky, orgánů i do naší psychiky. Každá buňka v těle má v sobě vnitřní hodiny, které tikají a určují, kdy má být aktivní a kdy má odpočívat. Buňky tvoří orgány a ty zase kooperují mezi sebou.

Střídání dne a noci na planetě je zásadní, a tak stabilní signál, že si jen těžko můžeme myslet, že by na něj organismus v nějakém ohledu nereagoval. Naše tělo je jako velký orchestr, kde centrální biologické hodiny jsou dirigentem, jehož úkolem je zajistit, aby spolu všechny buňky a orgány spolupracovaly a výsledný tón nebyl disharmonický. Každý orgán dokáže hrát sám o sobě, ale ve chvíli, kdy hraje v jiném rytmu nebo má jiné noty než dirigent, začíná problém. A denní světlo je těmi notami.

Denní světlo je naprosto dokonalé, na něj jsme přizpůsobiví a dělá s námi přesně to, co dělat má. Denní světlo nejde ničím nahradit.

Zkuste uvést nějaký konkrétní případ

Dobře je to vidět třeba na jevu zvaném jetlag, když změníte časové pásmo a biologické hodiny se musejí vyrovnat s jiným světelným režimem. Fyzicky se s tím tělo vyrovnává dva, tři dny, ale biologicky i týdny.

Pak je tu sociální jetlag, kdy vás někdo nutí být aktivní v jiném čase, než vám říkají biologické hodiny. To zažívají lidé, a především teenageři ve dnech, kdy vstávají do zaměstnání nebo do školy. Zejména v období dospívání, v rané dospělosti a u některých jedinců označovaných jako takzvané „sovy" i déle, má organismus tendenci k pozdějšímu nástupu spánku. Zejména tito lidé jsou proto velmi citliví na dodržování světelné hygieny.

Všichni víme, jak jsou dnešní mladí lidé velice ovlivněni možnostmi techniky (televize, počítače, mobily) a sociálních sítí. Podle našich studií například poslední věcí, kterou tito lidé udělají, než jdou spát, je, že se podívají na mobil. To je zdroj studeného světla s poměrně silným zastoupením modré složky, sledujeme jej z velké blízkosti, navíc nabízí možnost komunikace, čímž aktivuje mozek. Je to daleko silnější stimulátor než televize, která je pasivní, a ještě dále od očí.

Večerní práce na počítači nebo chatování s kamarády dlouho do noci může již tak pozdní počátek spánku dále odsunout do té míry, že zbyde jen několik málo hodin do zazvonění budíku. Takto vytvořený spánkový deficit snižuje schopnost soustředění, učení se. Fyzicky sice dítě přijde do školy, ale mentálně tam není, protože spí. Světelné prostředí v učebnách navíc často neodpovídá biologickým potřebám. Aby byla dobrá čitelnost projektoru či interaktivní světelné tabule, je třeba často stínit okna tmavými žaluziemi. Děti se pak učí v takzvaném biologickém šeru, jejich organismus dostává pouze chabý světelný signál, nedostatečný k dobré synchronizaci biologických hodin.

O víkendu naopak, aby dohnaly spánkový deficit, prospí děti třeba celý den. Tato nepravidelnost rozhodně zdravá není. Jiným příkladem jsou třeba Skandinávci a jejich sklon k depresím nebo alkoholismu v období zimy, která je prakticky bez denního světla. Nebo práce na směny; tu dokonce Světová zdravotnická organizace klasifikovala jako pravděpodobně karcinogenní kvůli narušení normálních spánkových rutin.

Kolik denního světla a v jaké intenzitě tedy člověk potřebuje, aby si nezahrával se zdravím?

To je velký požadavek inženýrů, kteří projektují budovy a potřebují čísla. Ale chronobiolog, který se zabývá biorytmy ve vztahu k času, na to nedokáže odpovědět. Záleží na konkrétním člověku. Roli hraje i to, jak máte biologické hodiny nastavené, jakou vykonáváte aktivitu a mnoho dalších vlivů. Je důležité si uvědomit, že první vědomosti o tom, jak probíhá synchronizace našeho vnitřního času s vnějším časem v našem okolí a že čidlem této synchronizace je oko, máme pouhých dvacet let. To je velmi krátká doba na to, aby se vše propsalo do činností a předpisů souvisejících s bydlením. Je to vlastně velmi nový poznatek. Stále není zcela zmapováno, do jakých všech oblastí mozku a těla – paralelně se synchronizací cirkadiálního rytmu – informace o přítomnosti a nepřítomnosti světla v našem okolí zasahuje.

V architektonické praxi proto stále převažuje navrhování světelného prostředí výhradně podle požadavků zrakového komfortu. Hodnotí se, jak jsou osvětlené povrchy kolem nás, kolik světla dopadá na předměty, které potřebujeme vidět, aby náš mozek dokázal vytvořit kvalitní obraz okolního prostředí. Co způsobuje světlo na biologické úrovni, to prozatím moc neřešíme. Snažíme se sice v maximální míře umožnit přístup přirozeného denního světla do budov, což přispívá ke zvýšení kvality vnitřního prostředí také z pohledu chronobiologie, ale specifické požadavky na zdravé osvětlení stanoveny nejsou.

Víme však, že optimální množství denního světla ve správné denní době nám zajišťuje přírodní prostředí. Denní světlo mezi ranním východem a večerním západem slunce dodává potřebnou informaci pro naše vnitřní biologické hodiny. Právě naprostá spolehlivost tohoto přírodního signálu je zřejmě důvodem, proč nedokážeme vědomě řádně vyhodnotit, zda má náš organismus dostatek světla. Na přemíru či nedostatek světla tělo nereaguje stejně jako třeba žaludek, který vám dá signál, když má hlad nebo je přeplněný. Mozek nás neupozorní, že máme málo, nebo hodně světla. Moderní způsob života, v prostředí s umělým osvětlením, bez kontaktu s přirozeným denním světlem může způsobit, že naše biologické hodiny plíživě ztratí krok, nebo se předejdou a organismus ztratí harmonii.

Jak tělo pozná, že jde o denní světlo? Nemůžeme ho případně nějak nahradit?

Denního světla ve venkovním prostředí je výrazně více, než kolik ho dokážeme přivést nebo vytvořit v interiéru budov. Takové konstelace nelze v budově prakticky dosáhnout. V kontrolních bodech obytných místností požadují platné normy zajištění v průměru 0,9 procenta denního světla. Tedy méně, než jedno procento světla je požadavek na místnost, kde setrvává člověk poměrně dlouhý čas, například senioři nebo rodiče s malými dětmi třeba i celý den. A ani tohoto mizivého procenta není snadné v některých prostorách dosáhnout.

Nahradit denní světlo umělým osvětlením technicky lze, ale je to velice náročné nejen investičně a energeticky, ale i kvalitativně. Světelné zdroje se zastoupením všech vlnových délek, které denní světlo obsahuje, jsou stále těžko dostupné. Také je těžké dosáhnout u elektrického světla rovnoměrného rozložení v prostoru, srovnatelné s distribucí denního světla. Právě rovnoměrná distribuce je významná pro zajištění biologických efektů.

Lze zajistit intenzitu světla pro tělo biologicky potřebnou instalací velkého prosklení domu, respektive velkých oken?

Samozřejmě, čím větší plocha oken, tím větší procento denního světla dovnitř dostaneme. Pro kvalitní prosvětlení hraje roli i umístění a proporce oken. Se stejnou plochou zasklení lze vytvořit malou přesvětlenou zónu ve tmavé místnosti, nebo získat dobře, rovnoměrně prosvětlenou místnost. Přesto se i při splnění normových požadavků biologického optima dosahuje velice těžko a v zimní sezóně toho prakticky nelze dosáhnout vůbec.

Za velmi slunečného letního dne je venku intenzita světla nějaký sto tisíc luxů, tedy ono jedno procento v domě bude jen tisíc luxů. To je biologicky aktivující světlo, s intenzitou srovnatelnou s venkovním prostředím ve chvíli, kdy se slunce vyhoupne nad horizont. V zimě může být venku nějakých 40 000 luxů, při zatažené obloze v pošmourných dnech kolem deseti tisíc. Uvnitř domu je pak v tom horším případě v přepočtu 100 luxů. To je velmi málo na to, aby organismus správně fungoval.

Je tedy řešením trávit co nejvíce času venku?

Pokud jsme žili v přírodě, s rozbřeskem dostalo tělo informaci, že je den, a automaticky se probudilo. Světlo je náš přirozený budík. Večer zase naopak. Přitom člověk vnímal ještě sezónnost – kratší a delší den, což je pro přírodu velmi důležité. Na přirozené rytmy přírody jsme nastaveni i my lidé. Takže pobytem venku si hodně pomůžeme. Ideální je ranní synchronizace světlem; probouzet se přirozeně, jít do práce pěšky, na kole, snídat na terase, v zahradě. Tělo tak dostane informaci, že začal den, že se má připravit na aktivitu.

Přepokládejme ale, že půlku dne musím z nějakého důvodu trávit uvnitř domu. Existuje nějaká nápověda, jaké používat umělé osvětlení ideálně, v jaké intenzitě a barvě ho volit pro funkci v prostoru, například v ložnici, na pracovním stole, v kuchyni, v dětském pokoji ...?

Přes den bychom měli preferovat neutrální bílé světlo. Z mého pohledu jsou pro osvětlení během dne, v pracovním prostoru (kuchyně, pracovna a podobně) vhodná svítidla s teplotou chromatičnosti 4000–4500 stupňů Kelvina. Vzhledem k tomu, že mají doplnit denní světlo, je třeba vysoká osvětlenost. V pracovních prostorech norma doporučuje osvětlenost na pracovní ploše alespoň 500 luxů, z pohledu chronobiologie by bylo třeba ještě více, optimálně 1000 luxů a více.

Čím blíže k večeru, tím více lze intenzitu snižovat, používat teplejší světlo. Přibližně hodinu a půl náš organismus potřebuje, aby se připravil na spánek, tedy přešel z režimu dne do režimu noci. Doporučuje se tedy přibližně devět hodin předtím, než chcete vstávat (počítáme spánek 7,5 hodiny), ztlumit osvětlení na nejnižší možnou míru a používat teplé barvy. Jako noční orientační osvětlení, například pro nutné cesty na toaletu, lze instalovat tlumené světlo oranžových tónů, barevně připomínající sodíková svítidla veřejného osvětlení.

Co děti, které usínají s lampičkou?

Rozhodně to není dobré. Pokud to z nějakého důvodu musí být, pak by rodiče měli volit velmi tlumený zdroj, v odstínech oranžových a červených. Z hlediska biologie je tělo velice citlivé na modrou část světelného spektra, proto bych rozhodně nedoporučovala noční lampičky v zelených tónech nebo modrých tónech. Přestože jejich světlo se nám může zdát tlumené, pro naše tělo je velmi silné. I když použijeme bílé neutrální nebo studené LED zdroje, bude v něm zastoupena modrá.

Ve světle svíčky, ohně nebo žárovky, které modrou část spektra téměř neobsahují, je budivá informace pro naše tělo daleko méně intenzivní. Lze však říci, že dlouhodobě jakékoli světlo v noci může mít budivý účinek, odsouvá počátek spánku do pozdější doby, snižuje kvalitu spánku například tím, že omezí produkci hormonu melatoninu. Je proto lepší, pokud naučíte své dítě spát potmě. Je to pro jeho zdraví.

Hraje roli i to, zda je kužel světla ostrý, nebo rozptýlený?

Například pro čtení večer je možné použít světlo lokální, se stínidlem a ostře vymezeným kuželem. Osvětluje jen plochu nočního stolku nebo knížky, ale nedopadá přímo na sítnici oka. Fotoreceptor oka zachytí pouze paprsky odražené od osvětlované plochy, to znamená nutnou zrakovou informaci, ale ne přímé světlo ze zdroje. Tento způsob svícení je biologicky méně účinný, než když svítíme centrálním světlem, rozptýleným po celé místnosti. Během dne, kdy chceme biologickou účinnost světla maximalizovat, je naopak vhodné používat světlo rozptýlené, s prostorovou distribucí blízké světlu dennímu.

Vrátím se ještě k těm velkým oknům. Přes den jimi dodáváme maximum denního světla do interiéru. V noci ale do nich může svítit veřejné osvětlení, případně i noční osvětlení našeho či sousedova domu. Působí na nás rušivě i toto vzdálené světlo?

Samozřejmě. Chceme-li mít kvalitní spánek, odpočinek i produkci melatoninu, který má vliv na řadu fyziologických funkcí, je důležité toto světlo, zvláště je-li studené, zastínit roletou, žaluzií, závěsem. Tma ve správnou dobu je pro organismus stejně důležitá jako světlo. Je tu však jeden problém. Přes zatažená okna nás neprobudí přicházející den ve fázi lehkého spánku. Tělo nedostane čas na to, aby se probudilo přirozeně, příjemně a zdravě.

Ideální by byl automatický stínicí systém, který by stínění nad ránem vytáhl. Současné automatické žaluzie s motory jsou ale bohužel hlučné, takže vás neprobudí světlo, ale hluk motorů. Lze si také pořídit světelný budík, který pozvolně rozsvítí biologicky účinné světlo krátce předtím, než plánujete vstávat, a tím přirozeně aktivuje organismus k probuzení a aktivitě.

obr.: Podle specialisty na spánkové poruchy Ondřeje Ludky z Fakultní nemocnice Brno je pro zdravý spánek důležité úplné zatemnění místnosti a pravidelný přísun čerstvého vzduchu. Foto: VELUX

Melatonin – hormon tmy

• Produkci spouští tma, světlo jeho sekreci potlačuje
• Čím více modré, tím slabší intenzita i délka působení světla stačí pro potlačení melatoninu
• Čím delší působení světla, tím slabší intenzita stačí pro potlačení melatoninu
• Čím silnější intenzita světla, tím kratší doba působení i obsahu modré složky stačí pro potlačení melatoninu
• Ovlivňuje oběh krve, krevní tlak, tělesnou teplotu, metabolismus cukrů, tuků i bílkovin, produkci pohlavních hormonů, imunologické reakce organismu
• Účastní se koordinace denních rytmů a spánku
• Jeden z nejúčinnějších antioxidantů
• Ovlivňuje stárnutí, reprodukci, imunitu
• Napomáhá energetické rovnováze

Existuje nějaké chytré osvětlení, které by měnilo barvu či intenzitu světla podle situace?

Existuje několik strategií, jak toho docílit. Velmi jednoduchou strategií je mít dva typy svítidel. Například v koupelně to funguje perfektně. Jako centrální světlo tam lze instalovat teplé světlo, může mít i nižší intenzitu, která bohatě stačí na večerní použití. Ráno jej doplníte dalším svítidlem například u zrcadla, kde je vhodné osadit neutrální bílé světlo, které je nejblíže světlu dennímu, protože potřebujete dobře vidět například při holení. Také líčení pod teplým světlem by posouvalo vnímání barev, venku na denním světle potom budete vypadat nepřirozeně bledě.

Druhou variantou je pořídit si svítidlo, do něhož jsou integrované oba typy. Existuje světelný zdroj, který zahrnuje dokonce tři druhy světla. Vypadá jako klasická žárovka, lze ho osadit do jakéhokoli svítidla a funguje přepínáním různých módů, od tlumeného oranžového světla, zcela bez modré a zelené spektrální složky, a tedy bezpečné pro přípravu organismu na spánek (90 minut před spaním), během noci a před východem slunce.

Druhý mód rozsvítí teplé, bílé světlo se sníženým podílem modré složky, světlo blízké klasické žárovce, vhodné pro večer. Třetí mód je bílé světlo s vysokým podílem modré složky, vhodné na práci, učení a další denní aktivity. Přepínání začíná na té nejnižší intenzitě a postupně stoupá, což je pro oko důležité. Kdyby to bylo opačně a rozsvítilo by se jako první intenzivní denní světlo, oko by se zbytečně adaptovalo na vysokou osvětlenost a už by nemělo tendenci pokračovat ke slabšímu módu, i kdyby k tomu byla denní doba vhodná.

Při navrhování těchto osvětlovacích systémů je třeba spojit znalosti biologické, technické, světelné, prostorové a mnoho dalších. V Univerzitním centru energeticky efektivních budov Českého učení technického za tím účelem vzniká Platforma pro zdravé osvětlování, jako místo pro mezioborovou diskusi a výzkum tohoto fenoménu.

Osvětlení by se mělo navrhovat podle toho, jakou pod ním děláte činnost a v jakou denní dobu ji děláte. „Chytré osvětlení" pozná den i noc a změní teplotu chromatičnosti.

Na jaké technologii jsou tyto světelné zdroje postavené?

Jde o LED technologii a o český výrobek od světlaře a designéra Hynka Medřického. Říká mu tříkroková DEN-Light, což je zkratka vyjadřující funkci – Day, Evening, Night. Přepíná se obyčejným vypínačem či jiným přerušením elektrického proudu. Nestmívatelná intenzita světla je odstupňovaná tak, aby vhodně ladila s barvou světla.

Dost lidí si myslí, že ledkové světlo je studené.

Je to otázka volby zdroje. Ledka jako taková se prosazuje, protože je energeticky daleko účinnější a nevyrábí tolik tepla jako klasická žárovka, nabízí však mnoho variant, v bílém světle od velmi teplých až po velmi studené zdroje, nehledě na zdroje barevné. Je tedy na nás, zda budeme volit neutrální ledky na denní svícení a večerní s menším podílem modré složky.

Na výrobku je obvykle uvedeno, zda se jedná o studenou bílou, neutrální bílou nebo teplou bílou. Najdeme tam i informaci o stupních Kelvina (čím vyšší je číslo, tím studenější světlo je). O teplém světle, tedy více méně světle na večer, mluvíme pod 3000 stupňů Kelvina. Ideální by bylo samozřejmě večer nesvítit vůbec.

Napadá mě, zda může umělé osvětlení v domě dosáhnout takové úrovně, že lze hovořit o smogu?

Když dnes měříme například intenzitu světla v ložnici, dostáváme se na hodnoty, které nikdy dříve v těchto prostorách nebyly a neměly by být. Když přidáme k osvětlení místnosti ještě modře podsvícené displeje domácích spotřebičů, nasvícení dekorací, orientační osvětlení schodů, zábradlí nebo klik, to všechno je velmi cool, a i když to funguje ve velice nízké světelné intenzitě, přesto výrazně rušivě působí na biologické pochody v těle. Takže ano, i v rodinném domě můžeme být zatíženi světelným smogem.

obr.: Celosvětový průzkum společnosti YouGov mezi 16 tisíci respondenty odhalil, že necelá pětina lidí (18 %) tráví denně uvnitř budov 21 až 24 hodin. V České republice si to uvědomuje jen přibližně 5 % oslovených Čechů. Více než polovina lidí (52 %) věří, že denní světlo ovlivňuje jejich spánek. Ve stejném průzkumu si téměř dvě třetiny dotázaných (63 %) myslí, že denní světlo ovlivňuje jejich produktivitu. Foto: VELUX

A co okolí domu? Často mají lidé nasvícenou fasádu nebo zbytečně bohaté osvětlení venkovního prostoru, které září celou noc.

Anebo vánoční stromek v zahradě ověnčený řetězem elektrických svíček, že? To všechno na nás samozřejmě působí a není to dobré. Ideální by bylo, kdyby v domě i kolem něj byla v noci opravdu tma. Člověk si může zatáhnout rolety, ale světlo působí dál na obyvatele zahrady i na rostliny. Když máte osvětlený dům zvenčí dlouho do noci, značně tím matete zvířata a rostliny.

Vánoční světelná výzdoba zahrady může zmást ptáky natolik, že si myslí, že se začíná prodlužovat den, tedy že se blíží jaro, a začnou se v lednu připravovat na hnízdění. Strom rostoucí v těsné blízkosti svítidla vůbec nezaznamená, že se zkracuje den a neshodí listy, nepřipraví se na zimu. A po několika letech oslaben uschne, zlomí se ve větru...

Příklady z přírody nám ukazují, jak nevhodné svícení v noci působí na živé organismy. U člověka máme zase o něco lépe zmapované, jak se předává informace o světelném prostředí, kterou zachytí naše oko. Sledujeme základní principy biorytmů. Co se ale děje dál, jak s informací mozek dále nakládá, to zatím víme jen omezeně. Nemůžeme proto ani vyloučit, že to s člověkem nedopadne stejně jako s tím stromem.