Una apuesta de futuro: iluminaci贸n y salud

Dr. Josep Carreras - IREC

Es bien conocido que el o铆do humano tiene una doble funci贸n. La m谩s obvia, o铆r: captar y enviar los sonidos del ambiente al cerebro para su posterior procesado y toma de decisiones. Otra, no tan conocida, consiste en informar al cerebro de la posici贸n de nuestro cuerpo respecto a la gravedad terrestre.

De manera an谩loga, el sistema visual humano cumple con  otra doble misi贸n. No s贸lo nos proporciona el sentido de la vista a trav茅s de unas c茅lulas encargadas de transformar la luz visible en se帽ales el茅ctricas (los conos y los bastones) sino que adem谩s posee otras c茅lulas especializadas en proporcionar informaci贸n sobre la cantidad de luz natural que hay en nuestro entorno en cada instante, sincronizando as铆 nuestro organismo con un ciclo vital de veinticuatro horas.

El caballo de batalla de este mecanismo es una hormona extremadamente sensible a la luz, la melatonina.

Un grupo de c茅lulas separadas de la visi贸n (c茅lulas ganglionares o ipRGC) son las encargadas de recoger esta informaci贸n, y en funci贸n de la cantidad y tipo de luz presente, activar un mecanismo de inhibici贸n de la secreci贸n de melatonina. Estudios recientes demuestran que esta inhibici贸n es extremadamente sensible en un rango muy estrecho de longitudes de onda, entre 459 y 485 nm. Por lo tanto, la luz (y en particular la luz azul) tiene un papel dominante en el control de nuestro reloj biol贸gico (o m谩s correctamente, ritmos circadianos).

En condiciones normales, y si todos vivi茅ramos expuestos a los patrones de radiaci贸n solar a lo largo del d铆a, estos mecanismos de regulaci贸n interna estar铆an en consonancia con el proceso de evoluci贸n que ha sufrido el ser humano a lo largo de miles de a帽os. Sin embargo, hoy en d铆a, la mayor铆a de trabajos se desarrollan en espacios cerrados, y  son raras las ocasiones en las que nos exponemos a la luz solar de manera prolongada. Resulta m谩s com煤n encontrarse en la oficina expuesto a fuentes fluorescentes u otras formas de iluminaci贸n artificial.

Los cient铆ficos est谩n empezando a comprender las posibles consecuencias para la salud que una exposici贸n prolongada a una iluminaci贸n no respetuosa con nuestra biolog铆a podr铆a tener. La alteraci贸n de los ciclos circadianos no s贸lo puede perjudicar nuestro sue帽o, sino que tambi茅n existen indicios de que puede estar relacionada con el origen de varias enfermedades. Seg煤n George Brainard, neur贸logo de la universidad Thomas Jefferson de Philadelphia y uno del los principales investigadores que estudian los efectos de la luz en las hormonas humanas y en los ritmos circadianos, 鈥渓a luz act煤a, sin serlo, como una droga en nuestro organismo鈥.

Otro equipo de cient铆ficos, liderado por Christian Cajochen de la universidad de Basel en Suiza, realizaron el siguiente experimento. Expusieron durante dos semanas a 13 sujetos sin ninguna alteraci贸n previa conocida del sue帽o a cinco horas de trabajo con ordenador antes de acostarse.

Durante la primera semana, se utilizaron monitores antiguos que funcionan con luz fluorescente, mientras que en la segunda semana se utilizaron monitores de 煤ltima generaci贸n LED, que conten铆an el doble de energ铆a en el rango de longitudes de onda azules.

鈥淧ara nuestra sorpresa, las diferencias fueron abismales鈥, afirma Christian Cajochen, director del Centro de Cronobiolog铆a de la universidad de Basel. Los niveles de melatonina en los voluntarios que hab铆an sido expuestos a las pantallas LED necesitaron mucho m谩s tiempo para alcanzar un nivel aceptable de esta hormona durante la noche (a modo de recordatorio, la secreci贸n de melatonina es necesaria para estimular el sue帽o), comparados con los voluntarios que trabajaron con pantallas que emit铆an menos luz azul, y adem谩s, este d茅ficit, persisti贸 durante toda la tarde.

Sin embargo, los voluntarios expuestos a pantallas LED, obtuvieron mejores puntuaciones en los test de memoria y cognici贸n (70% de aciertos, en contraposici贸n a un 50% de aciertos en los sujetos que fueron expuestos a la luz emitida por pantallas de luz fluorescente).

Las conclusiones de este estudio sugieren que una exposici贸n a una simple pantalla antes de ir a dormir proporciona 鈥渦nos niveles extra de alerta en un momento en el que la habilidad para conciliar el sue帽o se ver谩 probablemente frustrada鈥, seg煤n el Dr. Brainard. Adem谩s, el apagar la pantalla no implica en absoluto que el estado de alerta vaya a desaparecer instant谩neamente, sino que requiere de un proceso bastante lento hasta que se recuperan los niveles normales.

No debemos olvidar que todos estos estudios est谩n en su etapa inicial, pero todo parece indicar que existe una relaci贸n ineludible entre luz y salud humana que no se puede obviar, lo que ha generado la aparici贸n de los movimientos conocidos como Human-Centric Lighting (o iluminaci贸n centrada en los humanos), que est谩 llegando con retraso a Europa, pero que cuenta ya con numerosos adeptos en EEUU y Asia.

Ritmos circadianos


En un sujeto aislado sensorialmente de influencias naturales externas tales como la luz del Sol, los ritmos circadianos se desestabilizan y se crea una ligera deriva de 24,25 horas de media. Una posterior exposici贸n a los ciclos normales d铆a/noche hace que esta deriva se reajuste al valor normal de un ciclo de 24h, como si hici茅ramos un 鈥渞eset鈥 de nuestro reloj interno.

Durante muchos a帽os se ha pensado que eran las interacciones sociales las que ten铆an un mayor peso a la hora de sincronizar nuestro reloj interno. En este sentido, se cre铆a que los humanos 茅ramos relativamente insensibles a los cambios de luz. En un estudio liderado por Jurgen Aschoff y R眉tger Wever, investigadores del Max Planck Institute construyeron un b煤nker bajo tierra con el objetivo de aislar a los sujetos del estudio de cualquier est铆mulo exterior (lum铆nico, sonoro, electromagn茅tico, etc.) que pudiera dar una pista sobre la hora solar que se estaba viviendo fuera. Bajo estas circunstancias, se controlaron las horas exactas en las que los sujetos se acostaban y se despertaban siguiendo sus propias intuiciones de cuando deb铆an dormir o permanecer despiertos.  Los sujetos com铆an y encend铆an o apagaban las luces a placer. Sorprendentemente, sus relojes internos se adaptaron a un ciclo superior a las 24h, de manera que cuando hab铆an pasado realmente 77 d铆as, ellos s贸lo hab铆an contado 74; su d铆a se hab铆a dilatado. Pasado este tiempo los cient铆ficos permitieron que entrara informaci贸n del mundo exterior, proveyendo de luz natural al b煤nker, y los sujetos de manera casi autom谩tica sincronizaron sus relojes internos a un ciclo de 24h.

A d铆a de hoy, los cient铆ficos tienen evidencias de que unos ritmos circadianos con deriva respecto a los establecidos por el d铆a solar representan una amenaza para la salud de los humanos: 鈥淢antener los ritmos circadianos sincronizados es importante para la salud y para el bienestar鈥, asegura Dieter Kunz, director del Centro de investigaci贸n del sue帽o y cronobiolog铆a cl铆nica de Charit茅鈥揢niversit盲tsmedizin de Berl铆n. 鈥淓xiste una evidencia creciente de que una desincronizaci贸n de los ritmos circadianos es un factor de riesgo en varias enfermedades tumorales, diabetes, obesidad y depresi贸n鈥, sostiene.

La gente que ejerce su jornada laboral por turnos, a quienes Kunz tilda de 鈥渕odelo de desincronizaci贸n interna鈥, experimentan mayor 铆ndice de morbidez y mortalidad asociados a una variedad de problemas, incluyendo enfermedades cardiovasculares y c谩ncer. De hecho, en 2007, la Organizaci贸n Mundial de la Salud (OMS) estableci贸 que el trabajo por turnos es un factor de riesgo del c谩ncer de mama, y en la misma l铆nea, en 2009, el gobierno dan茅s decidi贸 compensar econ贸micamente a mujeres que hab铆an sufrido c谩ncer de mama tras haber ejercido un trabajado por turnos.

Al mismo tiempo, diversos grupos de investigaci贸n han demostrado en repetidas ocasiones que la luz tiene el poder de mitigar ciertas depresiones y enfermedades psiqui谩tricas. La literatura actual sugiere que los tratamientos con luz azul son especialmente eficientes para la atenuaci贸n de estas enfermedades.

Iluminaci贸n respetuosa con el ser humano

Estamos ante un tema de salud p煤blica y tambi茅n ante un modelo de negocio para el futuro nada despreciable. Las empresas l铆deres en el sector est谩n investigando fuertemente en el binomio luz y salud. Por ejemplo, Philips ha realizado numerosas investigaciones y proyectos piloto que involucran el uso de l谩mparas fluorescentes de CCT sintonizable con balastros electr贸nicos, que pueden proveer una gran variedad de tonalidades desde un blanco c谩lido hasta uno fr铆o (rico en componente azul). En uno de sus estudios (denominado HealWell), usaron este sistema de iluminaci贸n en habitaciones de hospitales, usando flujos luminosos altos y CCTs elevadas durante la ma帽ana y el mediod铆a. Los estudios concluyeron una mejora de la satisfacci贸n de los pacientes y un tiempo de recuperaci贸n m谩s r谩pido. En otro programa del mismo fabricante (SchoolVision program), se utiliz贸 una configuraci贸n de 12.000K en distintas escuelas europeas durante los 30 primeros minutos de la primera clase de la ma帽ana para activar as铆 el 鈥渃iclo de d铆a鈥 de los alumnos. 脡stos presentaron una atenci贸n superior, y puntuaron significativamente mejor en los test de prueba que aquellos que hab铆an sido sometidos a una iluminaci贸n convencional (puntuaciones un 33% superiores). Para mantener un buen nivel de aprovechamiento el resto del d铆a, CCTs entre 5.000 y 6.500K demostraron buenos resultados en este estudio. En periodos de descanso, y especialmente despu茅s de una actividad intelectual intensa, se utiliz贸 una CCT m谩s c谩lida, cerca de 2.700K, fomentando el juego, y una mayor relajaci贸n y sociabilizaci贸n de los alumnos durante su j煤bilo.

Tambi茅n se han desarrollado soluciones LED que persiguen este mismo objetivo. El mayor problema reside en los bajos 铆ndices de reproducci贸n crom谩tica que se obtienen entorno a los 12.000K. Sin embargo, una de las ventajas de los LED es que se puede mejorar la eficacia (lm/W) cuando se reduce el flujo luminoso. Para ello, es importante que los drivers sean de alta calidad, ofrezcan un buen factor de potencia y no presenten el molesto parpadeo o 鈥渇lickering鈥 cuando se reduce el flujo (lo que se conoce en la jerga como 鈥渄immerizar鈥). El cambio de CCT se realiza de manera relativamente f谩cil con tecnolog铆a LED, pues solo hace falta encontrar las intensidades relativas necesarias para los distintos canales LED RGB o incluso a trav茅s de LEDs blancos de CCTs diferentes.

Es ya una evidencia que existe una fuerte relaci贸n entre luz y estado emocional. Uno de los dise帽os m谩s imponentes que se han implementado para estudiar esta relaci贸n, es el que ha llevado a cabo el prestigioso instituto alem谩n Fraunhofer (LightFusion Lab) mediante la creaci贸n de un cielo virtual. Se trata de una oficina-laboratorio cuyo techo est谩 formado por una multitud de paneles de 50 cm2 que contienen 288 LEDs RGBW. Cada uno de estos LED puede reproducir hasta un total de 16 millones de tonos diferentes. Una delgada l谩mina mate act煤a como elemento difusor, suavizando los p铆xeles LED y presentado escenas de realismo extremo de un cielo azul y din谩mico por el que pasan nubes y en el que se dibujan una variedad de fen贸menos meteorol贸gicos.

Respecto a la relaci贸n entre el tipo de iluminaci贸n (CCT) y productividad, hay que reconocer que no existe una m茅trica concluyente que establezca cu谩nto se puede ahorrar una empresa o empresario en salarios gracias a un cambio hacia una iluminaci贸n que fomente la productividad de sus trabajadores. Simplemente, demasiado dif铆cil de evaluar. Pero, siendo muy conservadores, podemos f谩cilmente creernos por un momento que podemos ahorrar 5 minutos de tiempo perdido al d铆a por trabajador, o lo que es lo mismo, un 1% de una jornada laboral de 8 horas. Suponiendo un salario de 30.000鈧, esto se traducir铆a en 300鈧 por trabajador y a帽o, una cantidad que hace parecer peque帽os otros ahorros por trabajador potenciales en electricidad o mantenimiento, preocupaciones mucho m谩s comunes entre los equipos directivos.

Finalmente, otro factor que entra en juego es la agudeza visual. Fuentes de luz cuyo espectro tiene mayores cantidades de energ铆a en el azul, estimulan de manera mucho m谩s eficiente los  fotoreceptores ipRGC, disminuyendo el tama帽o de la pupila. Esta disminuci贸n del tama帽o de la pupila tiene como consecuencia una mayor agudeza visual. El resultado final es que una persona bajo esta iluminaci贸n puede ver y distinguir con mayor claridad en relaci贸n con una fuente de luz que ofrece la misma CCT y niveles de iluminancia pero que tiene menos energ铆a concentrada en la zona azul.

La correlaci贸n entre la distribuci贸n espectral y el tama帽o de la pupila, queda bien descrita a trav茅s del ratio S/P [ratio de la energ铆a espectral en la zona escot贸pica (penumbra) y la energ铆a espectral en la zona fot贸pica (niveles de luz habituales)]. Niveles altos del ratio S/P indican que la fuente de luz tiene una alta proporci贸n de su energ铆a en la zona del azul.

 El incremento de agudeza visual para fuentes con un ratio S/P mayor puede ser usado de dos maneras diferentes.
 
La primera consiste en utilizar el argumento de que a igualdad de niveles de iluminaci贸n (igual consumo), podemos incrementar la agudeza visual de los trabajadores. Esto es especialmente 煤til en trabajos de inspecci贸n en f谩bricas.

De hecho, en una prueba piloto en una f谩brica de EEUU se instalaron l谩mparas de 8.000K en una peque帽a 谩rea donde ten铆a lugar el trabajo de inspecci贸n, en contraposici贸n a los 5.000K que hab铆a instalados en el resto de la f谩brica. En poco tiempo, la satisfacci贸n de los trabajadores de control de calidad fue tan grande que decidieron cambiar toda la f谩brica a 8.000K. Los trabajadores manifestaron una simplificaci贸n enorme en sus tareas de inspecci贸n porque, simplemente, pod铆an ver mejor. Adem谩s, el inspector de la ISO 9000 dio m谩xima puntuaci贸n al apartado de iluminaci贸n con referencias a la alta agudeza visual del sistema de iluminaci贸n.

La segunda manera consiste en reducir los niveles de iluminaci贸n (y consumo energ茅tico) preservando al mismo tiempo la agudeza visual. Por ejemplo, en muchas aplicaciones el uso de una l谩mpara de 5.000K puede ahorrar cerca de un 20% de energ铆a, si lo comparamos con su equivalente (en flujo luminoso) de 3.500K. Adem谩s, para el mismo resultado operativo, queda margen para reducir el flujo luminoso y ahorrar m谩s energ铆a, puesto que con 5.000K obtenemos mayor agudeza visual.

En definitiva, la flexibilidad de control que nos ofrece la tecnolog铆a LED, hace qu茅 nos planteemos d贸nde reside el concepto de eficiencia en iluminaci贸n. 驴En el sistema de iluminaci贸n?, 驴en los LEDs?. Es posible, pero los l铆mites de eficacia para tener una iluminaci贸n de calidad se alcanzar谩n pronto, sino se han alcanzado ya. Es en el conjunto formado por el sistema iluminaci贸n / usuario donde reside el concepto de eficiencia, y aqu铆 entran en juego par谩metros un tanto escurridizos como productividad o beneficios para la salud, que no por dif铆ciles de evaluar, dejan de existir y por lo tanto son, dignos de explorar.

Dr. Josep Carreras
Jefe del Grupo de Iluminaci贸n en IREC y
Presidente de LedMotive Technolgies S.L.

 
Comité Español de Iluminación