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StartseiteForschung aktuellFarbwechsel kann Schichtarbeiter unterstützen25.04.2019

Künstliche BeleuchtungFarbwechsel kann Schichtarbeiter unterstützen

Menschen im Schichtdienst arbeiten gegen ihre innere Uhr. Die Folgen: zu wenig Tageslicht und Schlafstörungen. Forscher des Fraunhofer-Instituts haben untersucht, ob Schichtarbeiter mit speziell gefärbtem Kunstlicht unterstützt werden können.

Von Nina Rink

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Ein Mitarbeiter arbeitet in der Karosseriebauhalle des BMW-Werkes Leipzig. Die herkömmlichen Roboter im Hintergrund sind durch ein Schutzgitter von den Arbeitern getrennt (Zentralbild / dpa picture alliance / Peter Endig)
Speziell gefärbtes Kunstlicht kann die Gesundheit von Schichtarbeitern verbessern. Das haben Forscher des Frauenhofer-Instituts herausgefunden (Zentralbild / dpa picture alliance / Peter Endig)
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"Jetzt messen wir mal das Mittagslicht. Alle Farben sind in ähnlicher Stärke vorhanden. Und wenn wir uns jetzt die Beleuchtungsstärke nochmal anschauen, 11.000 LUX hat man nirgendwo in geschlossenen Räumen."

Rasit Özgüc steht auf dem Hof des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen, in der Hand ein Spektrometer. Der Elektro-Ingenieur beschäftigt sich unter anderem mit der Wirkung von Licht auf den menschlichen Körper. Genauer gesagt, auf den Körper von Schichtarbeitern, die während der Arbeit nicht in den Genuss von Tageslicht kommen.

Arbeiten gegen die innere Uhr

Etwa sechs Millionen Menschen arbeiten im Schichtdienst – und damit gegen ihre innere Uhr. Die Folge: Jeder zweite von ihnen leidet unter Schlafproblemen, die wiederum das Risiko für Folgeerkrankungen erhöhen. Hier setzte das Projekt ILIGHTS an, das Rasit Özgüc leitete. Die Forscher wollten herausfinden, ob speziell gefärbtes Kunstlicht den Schichtarbeitern helfen könnte.

"Das Ziel war, die physiologischen und kognitiven Effekte zu untersuchen - unter welcher Lichtbedingung ist die Konzentrationsleistung während der Arbeit am Besten - aber auch das Schlaf-Wach-Verhalten zu untersuchen. Wie sieht es aus nach einer Spätschicht, nachdem die Teilnehmer die ganze Zeit dem künstlichen Licht ausgesetzt waren? Wie kann man das Schlaf-Wach-Verhalten positiv beeinflussen?"

Dazu arbeiteten die Fraunhofer-Forscher eng mit Schlafmedizinern im Krankenhaus Köln-Porz zusammen und führten eine umfassende Feldstudie im BMW-Montagewerk in München durch. Die knapp 80 Fließbandarbeiter, die teilnahmen, trugen in der Fabrik Base-Caps mit Sensoren, die genau registrierten, wie viel Licht welcher Farbe sie während ihrer Schicht abbekamen. Zusätzlich erfassten Fitnesstracker ihr Schlaf-Wach-Verhalten vor und nach der Arbeit. Außerdem wurde ihr Chronotyp bestimmt und weitere Faktoren miteinbezogen – zum Beispiel ihre Fahrtzeiten zum Werk oder ihr Kaffee-Konsum.

Das Spiel mit den Blauanteilen

Im Verlauf des Feldversuchs wurden die Probanden an einem Bandabschnitt im Werk fünf verschiedenen Lichtszenarien ausgesetzt. Erzeugt wurden sie über ein eigens entwickeltes LED-Lichtsystem, bei dem die Intensität einzelner Wellenlängen des Lichtspektrums präzise per Software steuerbar ist. 

"Wir haben mit den Blauanteilen gespielt – je nach Tageszeit dann auch entsprechend eingestellt. Aber zu allererst haben wir mal beide Extreme dargestellt, indem wir vier Wochen lang statisch sowohl die Früh- als auch die Spätschicht wenig blauhaltigem Licht ausgesetzt haben und vier Wochen lang extrem viel blauhaltigem Licht - und geguckt wie sich das auswirkt."

Eine Frau liegt im Bett und gähnt.  (imago stock&people)Wer im Schichtdienst arbeitet, leidet oft unter Schlafmangel (imago stock&people)

Seit 2002 ist bekannt, dass die Netzhaut im Auge Licht nicht nur durch die Stäbchen und Zäpfchen verarbeitet, sondern dass ein dritter Rezeptor im Spiel ist: Die melanopsinhaltigen Ganglienzellen, die im Körper als Taktgeber für den zirkadianen Rhythmus fungieren. Diese Zellen reagieren besonders empfindlich auf blaues Licht und verhindern, dass das Schlafhormon Melatonin ausgeschüttet wird. Mit Erhöhung des Blauanteils und der Beleuchtungsstärke in der Werkshalle verbesserte sich das Schlaf-Wach-Verhalten besonders der Arbeiter in der Spätschicht. Denn sie haben nach der Schicht häufiger mit Einschlafproblemen zu kämpfen und sind am nächsten Tag oft müde.

"Ein sehr schönes Ergebnis ist, dass es klinisch bedeutsame Verbesserungen bei Teilnehmern mit einer höheren Tagesschläfrigkeit gab. Und bei diesen Personen, mit hoher Tagesschläfrigkeit haben wir eine Verbesserung des Schlaf-Wach-Verhalten von ungefähr einer Stunde gemessen."

Gegenüber der ursprünglichen Beleuchtungssituation am Arbeitsplatz konnten die Spätschichtarbeiter Zuhause also bis zu einer Stunde länger schlafen. Die Probanden gaben zudem an, dass sich durch das blau angereicherte Licht in der Fabrikhalle ihr allgemeines Wohlbefinden steigerte. Die veränderte Beleuchtung führte zu höherer Vigilanz, also Wachheit, die mit einem Pupillografen gemessen wurde. Aus den Ergebnissen entwickelten die Forscher je ein Lichtszenario für die Früh- und die Spätschicht, das sich weitgehend am natürlichen Lichtspektrum während des Tagesverlaufs orientiert. 

"Grundsätzlich haben wir dann am Ende resümiert, die Frühschicht sollte, wie es auch die Natur uns vorgibt, mit einem kalten, also blau angereicherten Licht beginnen."

Denn ein hoher Blauanteil zu Beginn der Schicht steigert die Konzentration und damit die Produktivität.

"Und bei der Spätschicht beginnt man ähnlich mit einem kalt-weißen, blau angereichertem Licht, aber spätestens eine Stunde vor Schichtende sollte man den Blauanteil so stark wie möglich reduziert haben."

BMW reagiert auf Forschungsergebnisse

Das begünstigt die Freisetzung des Hormons Melatonin und erleichtert das Einschlafen nach der Arbeit. Bei BMW ist man zufrieden mit den Ergebnissen – und will die Beleuchtung in der Montagehalle entsprechend umstellen. Auch weitere Unternehmen mit Schichtarbeit hätten bereits Interesse angemeldet, berichtet Rasit Özgüc. Außerdem sei er bereits im Gespräch mit Lampenherstellern, um das Lichtsystem mit dynamischer Steuerung in größeren Stückzahlen herstellen zu können. Als Nächstes wären jetzt Langzeitstudien mit mehr Schichtarbeitern nötig. Sollten die ähnlich positiv verlaufen, stünde einer Umsetzung in die Praxis nichts im Wege, meint der Forscher.

"Und dann würde ich sagen: entweder das Schichtsystem abschaffen, oder solche dynamischen Steuerungen einsetzen."

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