Ánh sáng tự nhiên được cho là đóng vai trò quan trọng nhất để kiểm soát nhịp sinh học của chúng ta. Do đó, ánh sáng ban ngày là một yếu tố đóng góp quan trọng cho sức khỏe của chúng ta. Các bước sóng trắng mát trong ánh sáng ức chế bài tiết melatonin.

Hệ thống thị giác và nội tiết tố của con người. Ánh sáng đi vào mắt và các tín hiệu được gửi từ võng mạc đến trung tâm thị giác của não và nhân siêu âm. Góc tiếp xúc với ánh sáng hiệu quả nhất để kích hoạt tế bào hạch tối đa là từ phía trên đường chân trời.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu tác động sinh học của ánh sáng trong nhiều thập kỷ. Nhưng mãi đến năm 2002, họ mới phát hiện ra các tế bào hạch trong võng mạc không dùng để nhìn. Các tế bào mới được xác định phản ứng nhạy cảm nhất với ánh sáng xanh nhìn thấy được và thiết lập đồng hồ sinh học đồng bộ hóa cơ thể chúng ta với chu kỳ ngày và đêm bên ngoài.

Võng mạc của mắt người chứa ba tế bào cảm quang: hình nón nhạy cảm với màu sắc, tế bào hình que nhạy cảm với ánh sáng mờ và tế bào hạch nhạy cảm với ánh sáng xanh.

Một đầu ra chính của hệ thống đồng hồ sinh học là sản xuất hormone melatonin – “hormone giấc ngủ”. Việc sản xuất hormone này trong tuyến tùng thay đổi theo thời gian trong ngày. Melatonin được tiết ra vào ban đêm và có mức tối thiểu vào ban ngày. Tăng cường ức chế melatonin được kích hoạt khi tiếp xúc với ánh sáng thường trùng với cảm giác tỉnh táo tăng lên và khả năng chú ý lâu dài cao hơn.

Tạo xung nội tiết tố

Các tế bào hạch gửi tín hiệu đến não và điều chỉnh việc sản xuất hormone. Ba hormone quan trọng nhất kiểm soát nhịp điệu sinh học là:

1. Melatonin – nó khiến bạn mệt mỏi, làm chậm các chức năng của cơ thể và giảm hoạt động để nhanh chóng đưa cơ thể vào thời gian nghỉ ngơi.
2. Cortisol – mặt khác, đây là một loại hormone gây căng thẳng được sản xuất từ khoảng 3 giờ sáng. Nó kích thích quá trình trao đổi chất và lập trình cơ thể cho chế độ ban ngày.
3. Serotonin – hormone này hoạt động như một chất kích thích và động lực. Trong khi mức cortisol trong máu giảm xuống suốt cả ngày và do đó hoạt động ngược chu kỳ với mức melatonin, serotonin giúp nâng cao mức năng lượng.

Thông số hướng dẫn cho Human Centric Lighting

Để cài đặt và lập trình giải pháp Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm hiệu quả, bốn tham số cần được chú ý cẩn thận: quang phổ, cường độ, thời gian & thời lượng và tỷ lệ phân bổ. Mỗi tham số có thể được thay đổi miễn là một hoặc nhiều tham số khác được điều chỉnh tương ứng.

Quang phổ

Hiểu về ảnh hưởng của nhiệt độ màu

Ánh sáng là bức xạ mà mắt người có thể nhìn thấy trong phạm vi 380–780 nanomet. Kích thích quang học được ghi nhận trong mắt người bởi ba tế bào hình nón khác nhau, phản ứng nhạy cảm với bức xạ đỏ, lục hoặc lam. Nhưng chúng ta không cảm nhận màu sắc sáng như nhau. Các màu trong quang phổ màu vàng lục ở bước sóng 555 nanomet được coi là sáng nhất. Các tế bào que cho phép chúng ta nhìn thấy trong ánh sáng mờ. Tuy nhiên, chúng không thể phân biệt màu sắc. Phạm vi hiệu quả về mặt sinh học là phổ màu xanh lam trong khoảng 460-500 nanomet.

Các đường cong độ nhạy trong điều kiện ánh sáng ban ngày v(λ), ban đêm v'(λ) và đối với hiệu ứng sinh học c(λ)

Các tế bào hạch nhạy cảm nhất với ánh sáng ở 480 nanomet (1). Điều này tương ứng với ánh sáng xanh. Do đó, ánh sáng trắng tương đương sẽ chứa một phần lớn bước sóng xanh và do đó được gọi là ánh sáng trắng mát, với nhiệt độ màu từ 5-6000 Kelvin trở lên. Nghiên cứu (2) đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với ánh sáng ở phần màu xanh lam của quang phổ dẫn đến việc tiết melatonin thấp hơn. Nói tóm lại, chúng ta có thể nói rằng ánh sáng trắng mát mà chúng ta tìm thấy nhiều trong ánh sáng mặt trời và trong một số nguồn sáng nhất định giúp điều chỉnh pha sinh học và mang lại sự tỉnh táo chủ quan, nhiệt độ cơ thể và nhịp tim cao hơn (3). Các đặc điểm độ nhạy quang phổ được xác định trong các tài liệu như CIE S 026.

Sự phân bố quang phổ của các nguồn sáng khác nhau.

Ánh sáng LED trắng mát có lượng bước sóng xanh lam cao hơn, do đó hiệu quả hơn khi điều chỉnh nhịp sinh học.

Nguồn

1. Bailes, HJ và Lucas, RJ (2013) Melanopsin của con người tạo thành một sắc tố cực kỳ nhạy cảm với ánh sáng xanh lam (lmax _479 nm) hỗ trợ kích hoạt các tầng tín hiệu Gq/11 và Gi/o. Proc. sinh học. Khoa học. 280, 20122987
2. Brainard và cộng sự, 2001 Phổ hành động đối với quy định melatonin ở người: bằng chứng cho một cơ quan cảm quang sinh học mới. Tạp chí Khoa học thần kinh, 21, 6405-6412.; Thapan và cộng sự, 2001 Một quang phổ hành động để ức chế melatonin: bằng chứng cho một hệ thống tế bào cảm quang không hình que, không hình nón mới ở người. Tạp chí Sinh lý học, 535, 261-267.
3. Cajohen và cộng sự, 2005 Độ nhạy cao của melatonin, sự tỉnh táo, điều hòa nhiệt độ và nhịp tim của con người đối với ánh sáng bước sóng ngắn. Tạp chí Nội tiết lâm sàng & Chuyển hóa, 90, 1311-1316.

Cường độ

Tìm hiểu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng

Sự ức chế melatonin bắt đầu ở mức 30 lux và bão hòa ở khoảng 1000 lux ngang tầm mắt. Biết rằng mức melatonin bão hòa trên 1000 lux ngang tầm mắt có thể được sử dụng làm hướng dẫn về mức tối đa. Điều này có nghĩa là độ rọi thẳng đứng (E_v) hoặc độ rọi hình trụ (E_z), 1000 lux. (Người già thị lực giảm sẽ cần độ chiếu sáng cao hơn). Vào năm 2019, Underwriters Laboratories (UL) đã đưa ra các khuyến nghị mới về mức độ lux để đạt được sự ức chế melatonin. Khuyến nghị dành cho mắt là 254 lux (được đo theo chiều dọc), có điều kiện sử dụng ánh sáng gián tiếp và nhiệt độ màu là 5000 Kelvin. Nếu nhiệt độ màu hoặc sự phân bố ánh sáng bị thay đổi, thì mức lux được khuyến nghị cũng sẽ thay đổi. Next Home sử dụng điều này làm cơ sở khi chúng tôi tùy chỉnh các giải pháp Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm của mình.

Phòng thí nghiệm Underwriters (UL) khuyến nghị 254 lux ngang tầm mắt, có điều kiện sử dụng ánh sáng gián tiếp và nhiệt độ màu 5000 Kelvin.

Theo quy luật vật lý, độ rọi theo phương ngang trên bề mặt làm việc (ở độ cao 0,75 m so với mặt sàn) sẽ cao gấp 2, thậm chí 3 lần so với tầm mắt. Điều đó một lần nữa có thể đặt ra những thách thức lớn về độ chói và mức tiêu thụ năng lượng. Do đó, khuyến nghị của chúng tôi là giảm mức ánh sáng xuống tối đa 250-350 lux ngang tầm mắt (tương ứng với khoảng 750-1000 lux trên mặt phẳng làm việc) và kéo dài thời gian phơi sáng hơn. Điều này không nhất thiết làm giảm mức tiêu thụ năng lượng, nhưng sẽ có lợi cho điều kiện chiếu sáng.

EN 12464-1 (2021)

Tiêu chuẩn EN 12464-1 (2021) mới bao gồm Phụ lục B, Thông tin bổ sung về các hiệu ứng ánh sáng trực quan và không trực quan (không tạo hình ảnh). Phụ lục nêu rõ tầm quan trọng của việc xem xét các hiệu ứng không nhìn thấy được của ánh sáng khi lập kế hoạch lắp đặt đèn. Tiêu chuẩn mới hiện đề cập đến hai mức độ chiếu sáng theo chiều ngang – một mức yêu cầu và một mức sửa đổi. Đối với môi trường làm việc điển hình – chẳng hạn như văn phòng – giá trị bắt buộc là Ē_m, 500 lx và giá trị được sửa đổi là Ē_m, 1000 lx. Điều này, trong số những thứ khác, tạo cơ hội để có được hệ thống chiếu sáng thay đổi cường độ ánh sáng trong ngày để nâng cao sức khỏe của mọi người và ổn định nhịp sinh học của con người.

Độ rọi hình trụ là gì?

EN 12464-1 yêu cầu nhiều ánh sáng hơn trên khuôn mặt của mọi người để cải thiện điều kiện giao tiếp bằng hình ảnh. Ở những khu vực cần giao tiếp bằng hình ảnh tốt, đặc biệt là trong văn phòng, khu vực hội họp và giảng dạy, Ē_z, nên có giá trị không nhỏ hơn 150 lx với U0 ≥ 0,10. Hình dung đầu người là hình trụ, độ rọi hình trụ là giá trị trung bình của tất cả ánh sáng (đo bằng lux) chiếu vào hình trụ.

Độ rọi hình trụ (Ē_z) là giá trị trung bình của tất cả ánh sáng thẳng đứng chiếu vào một hình trụ tưởng tượng.

Ē_z, có lẽ không phải là đại diện chính xác nhất cho độ rọi ngang tầm mắt, nơi chúng ta muốn ánh sáng chiếu vào, nhưng đó là một cách tiếp cận thực tế với nhiều ưu điểm – ưu điểm số một là đây là số liệu mà người lập kế hoạch chiếu sáng đã hiểu và sử dụng, và đó là một giá trị được đề cập trong EN 12464-1. Nhưng chúng ta cũng nên sử dụng các mức ánh sáng dọc (Ē_v) làm hệ số và ưu điểm của việc sử dụng Ē_v là các mức ánh sáng này có thể được xác minh thông qua phép đo. Ē_v cũng đề cập đến ánh sáng chiếu vào mắt theo hướng nhìn. Mối quan hệ giữa Ē_v/ Ē_z, được đo hoặc tính toán trong mặt phẳng hoạt động 1,2 m so với sàn dành cho người ngồi và độ rọi của khu vực làm việc Ē_m, tại 0,75 m là giữa 1:2 hoặc 1:3. Do đó, ánh sáng ngang tầm mắt trong hầu hết các trường hợp thấp hơn ánh sáng trên bề mặt làm việc.

Khả năng suy giảm của bóng đèn.

Hệ số duy trì quang thông của đèn (Lamp lumen maintenance factor – LLMF) đối với các giải pháp Chiếu sáng lấy con người làm trung tâm nên được giữ ở mức 1.0. Điều này là do việc lắp đặt hệ thống chiếu sáng có kích thước bằng Ē_v / Ē_z , 250-300 lux sẽ có đủ ánh sáng để đáp ứng các yêu cầu cho cả ánh sáng tác vụ thị giác và các hiệu ứng sinh học mong muốn. Theo thời gian, lượng quang thông sẽ giảm đi nhưng vẫn đủ để thực hiện các tác vụ hình ảnh. Tuy nhiên, hậu quả là thời gian tiếp xúc với ánh sáng hiệu quả theo nhịp sinh học phải được kéo dài để có được các hiệu ứng giống như lúc ban đầu. Vì không có hướng dẫn rõ ràng về mức độ duy trì quang thông hoặc khoảng thời gian, chúng tôi khuyên bạn nên đặt LLMF càng cao càng tốt.

Thời gian và thời lượng

Tác động của thời gian và thời lượng thích hợp

Hiệu ứng phi thị giác của ánh sáng bị ảnh hưởng bởi thời gian trong ngày.

Sáng sớm là hiệu quả nhất. Nó nói với đồng hồ sinh học của chúng ta rằng ngày mới đã bắt đầu và các chức năng cơ thể cần được kích hoạt. Ngược lại, tiếp xúc với ánh sáng vào buổi tối sẽ khiến quá trình sản xuất melatonin bị ức chế và khiến bạn khó đi vào giấc ngủ hơn. Tiếp xúc vào ban đêm, trước thời điểm mà nhiệt độ trung tâm cơ thể đạt mức tối thiểu (nadir) có thể dẫn đến hiện tượng trễ pha, trong khi việc tiếp xúc vào sáng sớm (after nadir) có thể gây ra hiện tượng trễ pha. Tuy nhiên, những tác động cấp tính đối với sự tỉnh táo không phụ thuộc vào thời gian trong ngày. Ảnh hưởng đến sự chú ý lâu dài chỉ đáng kể vào buổi sáng (1).

Phụ lục B, Thông tin bổ sung về hiệu ứng ánh sáng trực quan và không trực quan (không tạo hình ảnh) trong EN12464-1 (2021) nêu rõ tầm quan trọng của mô hình chu kỳ sáng/tối hàng ngày, đặc biệt là xung quanh và trong thời gian ngủ. Nó cũng nói rằng một sự thay đổi nhất định đối với sự cân bằng của quang phổ ánh sáng có thể hữu ích trong việc ổn định nhịp sinh học vào các thời điểm khác nhau trong ngày.

Tâm lý con người cũng đóng một vai trò liên quan đến thời gian thay đổi nhiệt độ màu. Cài đặt ánh sáng ưu tiên có thể thay đổi theo thời gian trong ngày. Do đó, người dùng nên có cơ hội tự điều chỉnh màu sắc, tốt nhất là khi nguy cơ trễ hoặc tăng pha thấp hơn.

Một nguyên tắc chung là thời gian phơi sáng càng lớn thì độ lệch pha càng lớn (2). Nhưng mối quan hệ này không nhất thiết là tuyến tính. Có thể mọi người nhạy cảm hơn với ánh sáng trong phần đầu tiên của quá trình tiếp xúc với ánh sáng (3). Thời gian tiếp xúc với ánh sáng mạnh trong thời gian ngắn cũng có thể gây ra sự lệch pha trong nhịp sinh học. Tuy nhiên, tác động tức thời của ánh sáng chói lên sự tỉnh táo chủ quan có thể không phụ thuộc vào thời gian phơi sáng. Thay vào đó, cần phải phơi sáng liên tục hoặc lặp lại khi có kế hoạch cụ thể (4).

Do đó, rất khó để đưa ra các hướng dẫn rõ ràng về thời lượng. Một sự thỏa hiệp cần được thực hiện giữa sở thích cá nhân, hiệu ứng chuyển pha mong muốn và mức tiêu thụ năng lượng. Một giả thuyết khả thi cho việc lắp đặt Hệ thống chiếu sáng lấy con người làm trung tâm của chúng tôi là cung cấp ánh sáng sáng tăng cường theo pha, tăng cường màu xanh lam vào cuối buổi sáng để cho phép những người hay thức khuya vượt qua nhiệt độ cơ thể ở mức tối thiểu. Và chúng tôi khuyên bạn nên cấp cho người dùng quyền truy cập vào ánh sáng tăng cường sự tỉnh táo trong ngày làm việc, với thời lượng vừa phải. Điều này có thể được thực hiện bằng cách kết hợp chu trình chiếu sáng được lập trình sẵn với khả năng kiểm soát riêng đối với nhiệt độ màu và mức độ mờ của hệ thống chiếu sáng.

Nguồn

1. Smolders et al.2012 Độ sáng cao hơn gây ra sự tỉnh táo ngay cả trong giờ làm việc: phát hiện về các biện pháp chủ quan, hiệu suất nhiệm vụ và đo nhịp tim. Sinh lý học & Hành vi, 107, 7-16.
2. Chang et al., 2012 Phản ứng của con người với ánh sáng rực rỡ có thời lượng khác nhau. Tạp chí Sinh lý học, 590, 3102-3112.; Dewan và cộng sự, 2011 Những thay đổi do ánh sáng gây ra đối với đồng hồ sinh học của con người: Tăng thời lượng hiệu quả hơn là tăng cường độ ánh sáng. Ngủ, 34, 593-599.
3. St.Hilaire và cộng sự, 2012 Đường cong phản ứng pha của con người đối với xung ánh sáng trắng sáng 1 giờ. Tạp chí Sinh lý học, 590, 3035-3045 và Rimmer et al., 2000 Thiết lập lại động bộ tạo nhịp sinh học của con người bằng ánh sáng chói không liên tục. Tạp chí Sinh lý học Hoa Kỳ – Sinh lý học So sánh và Tích hợp Quy định, 279, 1574-1579.
4. Vandewalle và cộng sự, 2009 Ánh sáng như một bộ điều biến chức năng nhận thức của não bộ. Xu hướng Khoa học Nhận thức, 13, 429-438.

Phân phối ánh sáng

Tầm quan trọng của việc phân bố ánh sáng chính xác

Sự phân bố ánh sáng trong phòng là sự kết hợp giữa các thuộc tính của thiết bị chiếu sáng và vị trí bạn đặt chúng trong phòng.

Các tế bào hạch của tế bào cảm quang thứ ba nhạy cảm nhất ở vùng mũi và vùng dưới của võng mạc. Đôi mắt của chúng ta cần có khả năng cảm nhận các vùng sáng trong phòng một cách hiệu quả nhất có thể. Vì các thụ thể ảnh hưởng đến nhịp sinh học của chúng ta đặc biệt nhạy cảm ở phần dưới và mũi của mắt, nên nên chiếu sáng các bề mặt ở phần trên của trường nhìn. Chúng ta cần lấy sáng cho trần nhà và các bề mặt thẳng đứng trong phòng. Ánh sáng phát ra từ góc “đúng” không được coi là ánh sáng chói gây khó chịu. Điều này có thể được thực hiện với các bề mặt được chiếu sáng lớn trên trần kết hợp với đèn hắt tường hoặc với bộ đèn treo với ánh sáng gián tiếp.

Tiêu chuẩn EN 12464-1 (2021) sửa đổi mới đã bao gồm tầm quan trọng của độ sáng trong phòng trong các đề xuất để đảm bảo sức khỏe và sự tỉnh táo của người ở trong phòng. Hiện tại có các giá trị tối thiểu cho độ sáng của tường, trần và cả hình trụ trong tiêu chuẩn. Trong môi trường làm việc điển hình ở lớp học hoặc văn phòng, độ sáng tối thiểu (giá trị Ē_v) đối với tường phải là 150 lx và đối với trần nhà là 100 lx. Giá trị hình trụ tối thiểu (Ē_z) phải là 150 lx.