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Entspannter Fliegen durch biologisch wirksames Licht

11.12.2012
Partner aus Wissenschaft und Industrie erforschen Grundlagen für die nächste Generation der Kabinenbeleuchtung

Sanfte Übergänge zwischen Tag und Nacht sind inzwischen an Bord von modernen Verkehrsflugzeugen Standard. Wie sich das Szenario aus Farben und Helligkeit mit Blick auf das Wohlbefinden der Passagiere durch den Einsatz von neuem chronobiologisch angepasstem Licht noch weiter verbessern lässt, haben die Bergische Universität Wuppertal, das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Airbus, Diehl Aerospace und Osram in einem gemeinsamen Projekt erforscht.

Das Ergebnis: Chronobiologisch angepasste Beleuchtung basierend auf Leuchtdioden (LED) führt insbesondere bei Langstreckenflügen über Nacht für Reisende medizinisch messbar zu besserem Schlaf, einer Steigerung des Wohlbefindens und höherer Aktiviertheit am Zielort.

Das Modell einer Flugzeugkabine am Diehl-Standort Nürnberg wurde für die Tests flugrealistisch ausgestattet. Innerhalb von sechs Tagen erlebten 32 Probanden an Bord eines Simulators je drei detailgetreu nachgestellte Nachtlangstreckenflüge.

Ergebnisse der Flugtests

Der Einsatz aktivierender Beleuchtungssysteme auf LED-Basis verbessert Erholungs- und Komfortwerte für Passagiere auf Langstreckenflügen. Warmes, weißes Licht zu Beginn eines Nachtfluges trägt zur Behaglichkeit und Entspannung bei, regt die Melatoninproduktion an, sorgt für eine ruhigere Herzfrequenz und macht somit den Flugverlauf für den Passagier durch einen besseren Schlaf entspannter. Kaltes, weißes Licht (hoher Blauanteil) am Morgen nach der Nachtruhe wirkt hingegen aktivierend und lässt den Fluggast durch die Unterdrückung der Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin (Melatoninsuppression) das Ziel aktivierter erreichen. Dies soll zum Beispiel bei Geschäftsleuten zu einer besseren Leistungsfähigkeit beim ersten Business-Meeting am Morgen nach dem Flug oder bei Touristen zu einem erholten Start in den Urlaub führen.
Regulierung der inneren Uhr durch Licht

Licht ist der primäre Stimulus für die Regulierung der inneren Uhr des Menschen und kann somit Einfluss auf die Erholung nehmen. Während der Flüge wurde daher die Beleuchtung mit Hilfe von LED und intelligenten Licht-Management-Systemen auf die jeweiligen Flugphasen und -zeiten abgestimmt. Neben der Lichtintensität wurden die Farbspektren, entsprechend der Tageszeit ausgewählt, um den circadianen Rhythmus zu unterstützen. Psychologische und physiologische Reaktionen der Probanden, u.a. Müdigkeit, Schlafqualität, Stress, Wohlbefinden und Aktiviertheit, wurden dabei auch erstmals im Flugzeug durch verschiedene medizinische Instrumente gemessen und ausgewertet. Neben Selbst- und Fremdeinschätzungen anhand von Fragebögen, wurden außerdem EKG-Messungen zur Bestimmung der Herzratenvariabilität an jedem Probanden durchgeführt, Speichelproben entnommen, um den Spiegel des Schlafhormons Melatonin und des Stresshormons Cortisol zu erfassen sowie Bewegungssensoren an den Testpersonen eingesetzt.

Licht als Zeitgeber

Licht steuert wichtige Körperfunktionen, unter anderem den Schlaf-Wach-Rhythmus, die Körpertemperatur und die Hormonproduktion; das Schlafhormon Melatonin fördert den Schlaf und das Stresshormon Cortisol unterstützt die Aktiviertheit. Halten wir uns vorwiegend draußen auf, hilft uns vor allem das Licht des Himmels bei der Synchronisierung der „inneren Uhr“. Verbringen wir dagegen zu viel Zeit in Räumen mit schlechter Beleuchtung oder überspringen wir Zeitzonen – zum Beispiel durch einen Langstreckenflug – kommt der Lauf der inneren Uhr durcheinander. Intelligente Lichtlösungen sollen daher zukünftig auch Jet-Lag oder Erschöpfung durch lange Flüge verringern und schneller überwinden lassen.

Glossar

Circadianer Rhythmus: Biologischer Rhythmus mit einer Periode von etwa 24 Stunden (Lateinisch: circa = ungefähr; dies = Tag), wie zum Beispiel der Schlaf-/ Wach-Rhythmus des Menschen. Licht ist der wichtigste Zeitgeber für den circadianen Rhythmus. (vgl. Lichtwissen 19 – S.42)

Biologische Lichtwirkung auf den Menschen: Licht ist für das menschliche Auge sichtbare elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 380 bis 780 Nanometer. Den Lichtreiz nimmt das Auge mit drei unterschiedlichen Sinneszellentypen wahr, die auf verschiedene Wellenlängen reagieren. Neben den Zapfen für das Farbsehen am Tag tragen die Stäbchen zum Sehen bei niedrigen Lichtstärken bei. Allerdings können sie keine Farben unterscheiden. Ein dritter, erst kürzlich entdeckter Sinneszelltyp, ist biologisch wirksam und steuert den circadianen Rhythmus und die Wachheit des Menschen. Diese Sinneszellen reagieren auf den blauen Wellenlängenbereich um 460 Nanometer. (vgl. Lichtwissen 19 - S.16)

Die Aufgaben des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP konzentrieren sich auf Forschung, Entwicklung, Prüfung, Demonstration und Beratung auf den Gebieten der Bauphysik. Dazu zählen z. B. der Schutz gegen Lärm und Schallschutzmaßnahmen in Gebäuden, die Optimierung der Akustik in Räumen, Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und Optimierung der Lichttechnik, Fragen des Raumklimas, der Hygiene, des Gesundheitsschutzes und der Baustoffemissionen sowie die Aspekte des Wärme-, Feuchte- und Witterungsschutzes, der Bausubstanzerhaltung und der Denkmalpflege. Über eine ganzheitliche Bilanzierung werden Produkte, Prozesse und Dienstleistungen unter ökologischen, sozialen und technischen Gesichtspunkten analysiert, um damit die Nachhaltigkeit, die nachhaltige Optimierung und die Förderung von Innovationsprozessen zu bewerten. Die Forschungsfelder Bauchemie, Baubiologie und Hygiene sowie das Arbeitsgebiet Betontechnologie komplettieren das bauphysikalische Leistungsspektrum des Instituts. Der Standort Kassel verstärkt die traditionellen Aktivitäten auf den Gebieten der rationellen Energieverwendung und bündelt die Entwicklung von anlagentechnischen Komponenten.

Weitere Ansprechpartner

Dr.-Ing. Gunnar Grün
Telefon +49 8024 643-228
gunnar.gruen@ibp.fraunhofer.de

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Dipl.-Journ. Janis Eitner
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Janis Eitner | Fraunhofer-Institut
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