La luz blanca sin azul rompe el paradigma de la iluminación circadiana

Los receptores no visuales en humanos son especialmente sensibles a la energía espectral azul, explica AURELIEN DAVID, y la última tecnología LED permite una luz blanca de alta calidad con un contenido azul reducido que puede mejorar la salud circadiana.

El impacto de la luz en nuestro ciclo de sueño y salud es un descubrimiento médico importante de las últimas dos décadas. La luz artificial, que es omnipresente en las sociedades modernas, puede influir en el ciclo circadiano al igual que la luz del día. Esta es una oportunidad emocionante para el sector de la iluminación de estado sólido (SSL) y un motivo de preocupación potencial. Discutamos lo que se sabe sobre los aspectos no visuales de la luz y consideremos cómo las fuentes basadas en LED pueden evolucionar para mejorar la salud y el bienestar humanos.

A principios de la década de 2000, basándose en una investigación seminal sobre la luz y el sueño, los investigadores identificaron receptores aún desconocidos en nuestras retinas: las llamadas células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC). Estos receptores son sensibles a la luz, pero en lugar de causar un estímulo visual (como los conocidos bastones y conos), se conectan directamente a la parte de nuestro cerebro que regula nuestros patrones de sueño & #8211; El ciclo circadiano. Para más información, vea un Revista LED entrevista que discute un artículo de académicos sobre el tema.

Lo más importante de estos receptores es su sensibilidad a la luz azul y #8211; su sensibilidad máxima está en una longitud de onda de aproximadamente 450-480 nm. Cuando se excitan con la luz, envían una señal de activación. Esta señal se observa en varias respuestas fisiológicas; por ejemplo, evita que nuestros cuerpos liberen la hormona melatonina, que se correlaciona fuertemente con nuestro ciclo circadiano. Esta máxima sensibilidad a la luz azul tiene sentido en relación con la luz solar natural: la radiación azul es más frecuente en la mañana, disminuye durante todo el día y está ausente por la noche; por lo tanto, nuestros cuerpos lo usan como una señal para sincronizar el reloj interno.

Oportunidades y desafíos.

Por un lado, es posible proporcionar luz adicional para ayudar a aquellos que no obtendrían suficiente de las condiciones naturales. Por ejemplo, una sacudida de luz azul en la mañana puede ayudar a aquellos que viven en lugares privados de sol o poblaciones cuyos ciclos circadianos están naturalmente menos regulados, como los adolescentes y los ancianos. Somos especialmente sensibles a la luz azul de la mañana, en las primeras una o dos horas de nuestro día.

Por otro lado, la exposición a la luz en la noche puede tener efectos no deseados. La investigación ha demostrado que las condiciones comunes de iluminación interior (100 lx y superiores) son suficientes para impactar significativamente el ciclo circadiano. Tales efectos persisten durante varias horas después de que se apaga la luz y, por lo tanto, pueden retrasar la aparición del sueño. Mostrar la luz de los teléfonos y tabletas es un motivo adicional de preocupación. Esta preocupación se ha agudizado aún más con la propagación de la iluminación LED, que utiliza LED de bomba azul cuya radiación azul intensa puede ser especialmente impactante.

El tema se ha vuelto lo suficientemente destacado como para desencadenar declaraciones de una variedad de autoridades, como la Asociación Médica Americana (AMA) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Revista LED, por ejemplo, ha publicado una serie de artículos centrados en las recientes recomendaciones de AMA para la iluminación exterior cálida CCT. Las compañías tecnológicas influyentes, así como los grandes actores en la industria de la iluminación, están tratando de abordar las preocupaciones sobre la luz azul en sus productos más recientes amigables con los circadianos, incluidas las pantallas y las fuentes de luz. Pero, ¿cuál es la tecnología subyacente y cuáles son sus limitaciones?

Espectros de sintonía para el ciclo circadiano

El arrastre circadiano es proporcional a la dosis total de luz azul, que es el producto de dos factores: la cantidad total de luz donde más luz provoca una mayor estimulación y la cantidad relativa de radiación azul en el espectro de la luz donde más radiación azul causa mayor estímulo. Para influir en el ciclo circadiano, se puede alterar el nivel de luz y el espectro.

Se han propuesto varias métricas para cuantificar la dosis total de luz azul, como el lux melanopico definido por Lucas. Su precisión aún se está evaluando & #8211; Una tarea complicada por nuestro conocimiento imperfecto del espectro de acción circadiano. Sin embargo, está bien aceptado que este espectro de acción tiene una sensibilidad máxima a aproximadamente 450-480 nm. Por lo tanto, modificar el espectro de luz en este rango brinda la mayor oportunidad de afectar el arrastre circadiano.

La tecnología LED hace posible dar forma a un espectro como se desee, y en particular reorganizar el espectro para agregar o eliminar la radiación azul, pero esto debe hacerse mientras se mantienen otras propiedades importantes de la luz. Un aspecto crucial es la cromaticidad de la luz misma, que debe permanecer blanca. Esta restricción no es trivial: si uno simplemente comienza desde una fuente de luz blanca y elimina toda la radiación azul (por ejemplo, con un filtro supresor de azul), la luz resultante sufre de un tinte muy amarillo verdoso que es demasiado desagradable para un uso práctico . Por lo tanto, la disminución de la estimulación circadiana de una fuente de luz no puede reducirse simplemente a eliminar la radiación azul.

Necesidades de mañana y tarde

La luz blanca se caracteriza por su temperatura de color correlacionada (CCT). Luz de alta temperatura y #8211; por ejemplo, la luz del día & #8211; contiene más radiación de longitud de onda corta, mientras que la luz de baja temperatura es más rica en radiación roja (Fig. 1). Esto lleva a una estrategia simple para sintonizar la estimulación circadiana de una fuente de luz ajustando su CCT e intensidad & #8211; más alto en la mañana y más bajo en la noche. El sistema de visión humana se adapta naturalmente a la luz de diferentes CCT a través del proceso de adaptación cromática, por lo que una amplia gama de CCT es aceptable para la iluminación general.

Este enfoque funciona bien para aumentar el arrastre circadiano por la mañana, al elevar el CCT a 4000-5000K y aumentar la intensidad de la luz a 1000 lx y más. Varios estudios médicos han confirmado que la luz rica en azul y alta CCT podría ayudar a sincronizar el horario de sueño, en particular para las poblaciones cuyo ciclo circadiano se ve alterado por una afección médica. En consecuencia, la industria de la iluminación adoptó este concepto e introdujo una serie de productos con radiación azul enriquecida por la mañana.

Por otro lado, es mucho más difícil crear una fuente con baja estimulación circadiana por la noche. Para reducir la dosis total de azul, se debe adaptar tanto la cantidad de luz como el espectro. La intensidad de la luz puede reducirse un poco, por ejemplo, desde un promedio de 100-300 lx hasta 30-50 lx, pero los valores más bajos se vuelven demasiado tenues para uso doméstico. Un desafío aún más serio surge cuando se trata de obtener un espectro con muy poca radiación azul, ya que la disminución de la temperatura de color alcanza un límite. Si el CCT va muy por debajo de 2700K y #8211; la temperatura de una bombilla incandescente & #8211; La adaptación cromática se vuelve imperfecta. La luz parece amarillenta a pesar de estar técnicamente caracterizada como luz blanca, ya que se encuentra en el locus del cuerpo negro. Un ejemplo es la luz producida por una vela; Con un CCT de 2000K, puede ser agradable en contextos específicos, pero parece demasiado amarillo para la mayoría de las actividades domésticas.


FIG. 1. The graph depicts chromaticities of various light sources. The black line shows the black-body locus of white light (sources far away from this line don't appear white). Removing blue radiation from an incandescent light makes it yellow-greenish. Candlelight, although technically classified as white light, has a pronounced yellow tint.

 

HIGO. 1. El gráfico representa las cromaticidades de varias fuentes de luz. La línea negra muestra el locus de luz blanca del cuerpo negro (las fuentes muy alejadas de esta línea no aparecen blancas). Al eliminar la radiación azul de una luz incandescente, se vuelve amarillo verdoso. La luz de las velas, aunque técnicamente clasificada como luz blanca, tiene un marcado tinte amarillo

 

 

Hoy en día, todas las bombillas comerciales que no dañan el sueño utilizan este enfoque de baja temperatura (con temperaturas en el rango de 2000-2300K) y, por lo tanto, sufren de un color de luz no natural. Debido a esta problemática calidad del color, los fabricantes sugieren que tales bombillas solo se usen en algunos accesorios de iluminación, por ejemplo, lámparas de noche. Vale la pena señalar que la efectividad de estos productos hasta ahora no ha sido confirmada por estudios clínicos.

Este mismo enfoque también se utiliza para pantallas: desde utilidades informáticas como f.lux hasta funciones de teléfonos inteligentes como Apple & #8217; s Nightshift, la cantidad de radiación azul se reduce al disminuir la temperatura de color de la pantalla por la noche. Aquí nuevamente, la temperatura solo se puede bajar a un cierto punto (aproximadamente 3500K) antes de que la pantalla se vea inaceptablemente amarillenta.

— Por Aurelien David ledsmagazine.com

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