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Optoelektronik

Lebenselixier Licht

15. April 2014, 9:17 Uhr | Nach Unterlagen von Philips

Licht ist für uns so elementar wie Wasser und Nahrung. Es steuert unsere Schlaf- und Wachphasen, aber auch Herzfrequenz, Blutdruck und Stimmung. Licht erhöht die Konzentrations- und Lernfähigkeit und ersetzt Tabletten bei Rückenschmerzen. Wie lassen sich diese und andere Erkenntnisse umsetzen?

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Wir nehmen Licht über die Haut und über das Auge auf. Aus dem UV-Licht bildet unsere Haut Vitamin D, das vor allem für die Knochen und unser Immunsystem wichtig ist. Erst im Jahr 2002 entdeckten Wissenschaftler in den Ganglienzellen unseres Auges neben Zapfen und Stäbchen einen dritten Fotorezeptor. Die Überraschung: Der Rezeptor erzeugt kein Bild im Gehirn, sondern löst Stoffwechsel- und Hormonreaktionen aus. Er trägt deshalb den Fachnamen NIF (Non-Image Forming).

Mit der Dämmerung schüttet die Zirbeldrüse, ein kirschkerngroßes Nervenbündel im Gehirn, Melatonin aus. Der Mensch fühlt sich schläfrig. Wenn aber Licht, insbesondere mit hohem Blauanteil, auf den NIF-Rezeptor trifft, dann regt dieser die Ausschüttung von Glücks- beziehungsweise Stresshormonen an. Serotonin und Cortisol senken den Melatoninspiegel und bringen den Körper auf Touren. Diesen Kreislauf nennen Biologen und Mediziner den circadianen Rhythmus. Wird er gestört, wie zum Beispiel durch Schichtarbeit, bringt das den Hormonhaushalt durcheinander.

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Licht in der klinischen Anwendung

Studien belegen, dass Patienten, die mehr Sonnenlicht erhalten, weniger Stress erfahren und geringere Mengen an Medikation benötigen. Künstliches Licht kann ähnliche Effekte erzeugen. Im Deutschen Herzzentrum in Berlin wurde eine dynamische Tageslichtbeleuchtung installiert, die den Verlauf der Sonne, den natürlichen Tageslichtverlauf nachahmt. Eine Studie mit dem Maastricht University Medical Center hat die Wirkung dieser Technik untersucht: Die Patienten schlafen schneller ein, die Schlafdauer erhöht sich, es gibt weniger Anzeichen für Depressionen.

Die schlafunterstützende Wirkung des Systems wird derzeit auch für den Einsatz bei der Behandlung von Demenzkranken getestet. Gerade diese Patienten leiden in besonderem Maße unter unregelmäßigem Schlaf, sie bleiben nachts oft wach oder schlafen tagsüber. Das belastet den Körper und stellt auch das Stationspersonal vor Herausforderungen.

Unter dem Stichwort »Parametrische (T)Raumgestaltung« erforscht die Berliner Charité die biologische und psychologische Wirkung von Licht auf Patienten in besonders kritischem Gesundheitszustand (Bild 1). Denn verschiedene Studien ergaben, dass fehlendes Tageslicht bei Schwerkranken schockartige Zustände begünstigen können. Die Charité hat deshalb zwei Räume ihrer Intensivstation mit großformatigen LED-Screens (Luminous Lighting) ausgestattet: Die rund sieben Meter langen und über zwei Meter breiten Screens können erstmals Tageslicht simulieren und gleichzeitig beruhigende mediale Inhalte abspielen. Beleuchtungsstärken von über 20 000 lx (Lux) ähneln dem Licht unter einem freien Sommerhimmel, beruhigen und nehmen Ängste. Jeder Patient erhält außerdem eine individuell auf seine Vitaldaten abgestimmte Licht- und Stimmungssituation.

Eine Untersuchung am Studiengang Medical Engineering der Hochschule Furtwangen unterstreicht die psychologische Bedeutung des Lichts für das Wohlbefinden im Krankenhaus. 70 Prozent der Befragten gaben an, dass atmosphärische beziehungsweise eine individuelle Beleuchtung beim angstbesetzten MRT für Beruhigung sorge. Hier setzt Philips mit dem »Ambient Experience«-Lichtsystem an (Bild 2), das inzwischen mehr als 650 Kliniken weltweit nutzen. Diese Kombination aus atmosphärischen Lichtstimmungen, entspannenden Bildprojektionen und Klängen ersetzt bei einigen Patienten sogar die sonst üblichen Beruhigungsmittel. Ambient Experience funktioniert auch deshalb so gut, weil es dem Patienten in einer Situation relativer Machtlosigkeit ein wenig Kontrolle zurückgibt. Beim Betreten des Diagnose- oder Warteraums, wird der Patient zuerst nach seiner gewünschten Lichtkomposition gefragt.

Besser lernen mit Licht

Aufmerksamkeit und Konzentration lassen sich mit gezieltem Einsatz des richtigen Lichts positiv beeinflussen, wie die Schulstudie von Philips und der Uniklinik Hamburg beweist. An dieser Langzeitstudie nahmen 166 Schüler im Alter von acht bis 16 Jahren teil. Philips installierte dazu ein dynamisches Beleuchtungssystem, bei dem die Lehrer per Fernbedienung die Beleuchtungsstärke und die Farbtemperatur dem jeweiligen Unterrichtsschwerpunkt anpassen konnten (Bild 3). Das Resultat: Die Lesegeschwindigkeit der Schülerinnen und Schüler stieg bei dynamischem Licht um 35 Prozent, bei Konzentrationstests reduzierte sich die Fehlerhäufigkeit um 45 Prozent.

Zu einer ebenfalls relativ neuen Entdeckung gehört, dass Licht eines ganz bestimmten Blautons (453 nm) Schmerzen und Verspannungen lindern kann: Das seit 2013 erhältliche Schmerzpflaster mit eingebauten Spezial-LEDs löst einen körpereigenen biochemischen Prozess aus, weil ihr Licht den Körper zur Produktion von Stickstoffmonoxid animiert (Bild 4). Dieses wirkt bei Muskelverspannungen schmerzlindernd. Damit hat das LED-Schmerzpflaster eine nachhaltigere Wirkung als Infrarotlampen, die in erster Linie nur Wärme erzeugen und dadurch die Durchblutung anregen. Blaues LED-Licht wird auch für verschiedene weitere medizinische Zwecke erprobt, zum Beispiel bei dermatologischen Therapien gegen Akne oder Schuppenflechte.

Licht macht auch schön: Mithilfe der IPL-Technologie (Intense Pulsed Light) lässt sich das Nachwachsen von Körperhaaren verhindern (Bild 5). Die Wirkung basiert auf dem Licht einer Xenon-Lampe, die auch im Frontscheinwerfer von Autos zum Einsatz kommt. Blitzlichter mit Wellenlängen zwischen 400 nm und 1500 nm werden vom Haar und der Haarwurzel absorbiert. Das Farbpigment Melanin wandelt die Lichtenergie in Wärmeenergie um, erhitzt und vaporisiert dabei das Haar an der Wurzel.

Philips hat die Technologie aus den professionellen Schönheitsstudios in einer erschwinglichen und einfach anzuwendenden Variante zu den Verbrauchern nach Hause gebracht.