Hacia una iluminación saludable

La iluminación artificial puede detener nuestro sueño y enfermarnos. Necesitamos nuevas estrategias y tecnologías, argumenta Karolina M. Zielinska-Dabkowska

Milán visto desde el espacio. Credito: NASA/ESA/Samantha Cristoforetti

Articulo original publicado en la revista Nature Research

La vida en la Tierra evolucionó a partir del día y la noche. Plantas y animales, incluidos insectos como la mosca de la fruta, tienen un reloj biológico que controla sus ritmos circadianos; esto lo demostraron los ganadores del premio Nobel de Medicina. Sin embargo, la creciente dependencia del humano a la iluminación artificial ha modificado estos ritmos1.

Por más de un siglo, fuentes de luz incandescentes han sido útiles para el ser humano. Estas lámparas eran baratas de producir, eliminar y fáciles de atenuar. Su espectro continuo incluye la mayoría de colores del arco iris, lo que resulta muy parecido a una puesta de Sol. Pero, estas fuentes tuvieron sus problemas.

En la década de 1990, algunos investigadores culparon a la iluminación eléctrica de cambiar el ritmo natural de nuestros patrones de sueño: de dos fases de cuatro horas, interrumpidas por una hora de vigilia, a una sola de ocho horas cada noche. Cabe señalar que las lámparas incandescentes utilizan mucha energía y los políticos se preocuparon por cómo ello contribuye al calentamiento global. En 2005 dicha iluminación consumió alrededor de una quinta parte de la energía mundial.

Karolina M. Zielinska

Postgrado en Diseño de Iluminación Arquitectónica y Maestría en Arquitectura y Urbanismo por la Universidad Técnica de Gdansk,Polonia. Se ha desempeñado profesionalmente en despachos reconocidos como Fisher Marantz Stone y Speirs and Major Associates, con quienes ha participado en proyectos en Europa, Estados Unidos, Rusia y Medio Oriente. Es miembro profesional de PLDA, y promueve activamente la formación en DI a nivel universitario. Ha participado en varias conferencias internacionales y ha escrito artículos para publicaciones nacionales e internacionales.

En 2009 la Comisión Europea comenzó a retirar lámparas incandescentes de su mercado, a la iniciativa se sumaron otros países, desde Suiza y Australia hasta Rusia, Estados Unidos y China. Más tarde se promovió su reemplazo por fuentes de bajo consumo; primero por lámparas fluorescentes compactas y después por diodos emisores de luz (LED). Pero los riesgos que esta política representa para la salud de los seres humanos, animales y plantas, no se han evaluado a fondo.

Como investigadora y diseñadora de iluminación, estoy convencida que los costos de esa transición superan a los beneficios para la salud humana y el medio ambiente. Debido a que la población urbana en el mundo pasa más tiempo en interiores con luz artificial que en plena luz del día, los impactos a la salud ya son evidentes: alrededor de un billón de personas en el mundo presentan ausencia de vitamina D o no tienen la suficiente2; el trastorno afectivo estacional, que es un tipo de depresión que puede ocurrir en invierno cuando hay menos luz natural, está en aumento; los trabajadores nocturnos enfrentan mayores riesgos de cáncer3, obesidad4 y problemas de sueño5.

Se necesitan métodos biológicamente benignos de iluminación que incluyan el ahorro de energía; pido a los físicos, ingenieros, médicos, biólogos y diseñadores que los desarrollen. Asimismo, los encargados de formular políticas públicas, planificadores y reguladores deberían reconsiderar los estándares, alentar el uso de luz natural y aportar a la reducción de los impactos negativos de la iluminación artificial por la noche en lugares interiores o en el exterior.

Espectro “picudo”

Creo que existe suficiente evidencia para concluir que la primera generación de fuentes de luz de bajo consumo es dañina. Las lámparas fluorescentes compactas son más peligrosas ya que contienen mercurio, una neurotoxina. Además, no hay protocolos para reciclarlos o eliminarlos: el 80 por ciento se arroja al basurero. Por su parte, la luz ultravioleta puede escapar de los recubrimientos defectuosos de los tubos y quemar la piel o dañar la retina a corta distancia, la Administración de Alimentos y Fármacos de EE. UU. recomienda no permanecer a una distancia menor a 30 centímetros frente a una CFL por más de una hora al día.

Como lo muestra la siguiente imagen, las lámparas fluorescentes compactas tienen espectros ¨puntiagudos¨ en lugar de lisos y emiten únicamente ciertas frecuencias azules, verdes, y naranja-rojas. Su parpadeo de 100 a 120 hertzios puede causar dolores de cabeza y fatiga ocular6. Por su parte, el ahorro de energía puede sobreestimarse, las lámparas fluorescentes compactas tardan algunos minutos en calentarse, por lo que es probable que se dejen encendidas por más tiempo. Además, al encenderse y apagarse muchas veces, fallan rápidamente.

Fuente: K. M. Zielinska-Dabkowska/Asensetek Lighting Passport Pro Standard Spectrometer

La iluminación en estado sólido de los LEDs es más prometedora, éstos no contienen mercurio y producen únicamente una pequeña cantidad de rayos UV, a comparación con CFLs o incluso lámparas incandescentes. Además, son más eficientes energéticamente, más brillantes y tienen mayor tiempo de vida que los CFLs. A diferencia de las lámparas fluorescentes compactas, pueden atenuarse o ajustarse y reproducir bien los colores.

Sin embargo, también los LEDs tienen inconvenientes7. Algunos contienen metales pesados como el niquel, plomo, cobre y venenos como el arsénico. Una vez más, no hay programas especiales para reciclarlos o deshacerse de ellos. Los LEDs de baja calidad pueden parpadear y producir efectos estroboscópicos como rastros de luces que pueden confundir a peatones, ciclistas y automovilistas.

La industria de la iluminación está comenzando a enfocarse en la falta de la luz natural en espacios interiores. En años recientes, se ha promovido una iluminación artificial biológicamente efectiva en entornos de oficinas y hogares, mejor conocida como iluminación circadiana o centrada en el ser humano. Esto promete ajustar los ritmos diarios de las personas en espacios interiores con el uso de cambios en el color que imitan la luz del día según la hora que sea.

No obstante, la “German Commission for Occupational Health and Safety and Standardization” (KAN) ha expresado inquietudes respecto a estas prácticas. Los riesgos de los efectos adversos permanecen debido a que hay poca comprensión entre el vínculo de los estímulos de luz y las respuestas no visuales. Se necesita investigación para averiguar más y consolidar estándares en consecuencia.

Problema azul

Mientras tanto, en mi opinión, la iluminación artificial comienza a ser un peligro para la salud pública. CFLs y los LEDs emiten más luz azul de longitudes de onda cortas, tal como como la puesta del Sol o lámparas incandescentes (ver imagen). La mayoría de lámparas de LED blancas son hechas mediante un revestimiento azul y a veces violetas, o con pigmentos amarillos, generalmente de fósforo.

El sistema circadiano humano es exquisitamente sensible al espectro de luz visible para el ojo, especialmente a longitudes de onda azules, y a su cantidad e intensidad. (Ver luz y el reloj corporal). Además de los receptores de conos y bastones utilizados en la visión, el ojo contiene también células llamadas ¨células ganglionares retinales intrínsicamente fotosensibles¨ (ipRGCs). Eéstas envían señales al cerebro que hacen que el cuerpo produzca o no neurotransmisores y hormonas durante el día8. La sensibilidad espectral de melanopsina, que es el pigmento de ipRGCs, alcanza la absorbancia máxima cerca de los 480 nanómetros (nm), que iguala el color de un cielo azul al mediodía.

Claire Welsh/Nature

En la mañana, el despertar es favorecido por longitudes de onda de luz natural azul que desencadenan la liberación de neurotransmisores como la serotonina y dopamina, además de la hormona cortisol. Por la noche, los niveles naturales de luz disminuyen y son remplazados por una tenue luz roja, entonces se produce la hormona melatonina y ésta nos ayuda a conciliar el sueño. Se requiere una oscuridad completa por la noche para iniciar el proceso de renovación celular.

Cuando las personas son sometidas a luz blanca artificial rica en azul durante la noche, como la producida por pantallas o dispositivos electrónicos, las células ganglionares fotosensibles de la retina indican al cerebro que detenga la producción de melatonina. Tales perturbaciones pueden generar amplios efectos en ciclos de sueño y vigilia, patrones de alimentación, metabolismo, reproducción, estado de alerta mental, presión arterial y ritmos cardiacos, además de la producción de hormonas, temperatura, patrones de humor y sistema inmunológico.

Por las noches, la luz artificial afecta a otras especies. Polinizadores como polillas, moscas y escarabajos son atraídos por las luces en lugar de centrarse en su alimentación, apareamiento o reproducción9. Por su parte, los murciélagos alteran su comportamiento de alimentación; aves, peces y tortugas cambian sus rutas migratorias y el crecimiento de las plantas y árboles es afectado.

Límites de la ciudad

La escala de nuestra exposición a iluminación artificial aumenta a medida en que las ciudades cambian en sus calles las lámparas de sodio por LEDs. En Estados Unidos se sustituyó el 10 por ciento del alumbrado público; solamente en Nueva York se cambiaron cerca de 250 mil luminarias. Por otro lado, Milán Italia, fue la primer ciudad en Europa en hacerlo a escala y el resultado puede ser visto desde el espacio. Para 2015, la iluminación del centro de la ciudad era más brillante y azul que en los suburbios.

Un buen diseño de iluminación puede ayudar a reducir algunos problemas. Por ejemplo, para reducir la luz parásita que entra a salas y dormitorios se pueden diseñar equipos que dirijan su luz hacia abajo o bien utilizar “escudos” que impidan la entrada de los rayos desviados. También se pueden agregar sistemas de control con sensores en las luminarias de alumbrado público. Como hicieron en el pueblo de Van Gogh, municipio de Nuenen, Países Bajos: el alumbrado público reduce su intensidad cuando no hay actividad y se incrementa cuando se acercan peatones, ciclistas o vehículos. La iluminación inteligente es costosa al instalarse, pero la inversión regresa rápidamente: el sistema de Nuenen redujo costos de la energía y de mantenimiento un 62 por ciento.

Nuevos problemas que requieren regulación surgen a medida que el uso de LEDs se extiende. Por ejemplo, la radiación electromagnética de los controles de iluminación inalámbricos, letreros LED al aire libre y vallas publicitarias digitales pueden interferir con teléfonos móviles, torres de aviación y equipos médicos como audífonos o dispositivos cardiovasculares implantados10.

Estándares más estrictos

Hasta que las opciones de iluminación saludable se incentiven, los siguientes pasos necesitan ser considerados para reducir los impactos negativos en el reloj circadiano: En mi opinión, las CFLs deberían ser retirados de venta por la escasez de protocolos de eliminación y reciclaje, las fuentes LED deberían regularse estrictamente. En interiores yo recomiendo usar LEDs con luz blanca cálida a primera hora de la tarde, con temperaturas de color entre tres mil grados kelvin (K) y con la menor luz azul posible. Además, no debe haber exposición a la luz por la noche o únicamente luz con un espectro mayor a 600 nm con color ambar, rojo. La iluminación debería ser indirecta, sin parpadeos y regulable.

Más allá de la industria de la iluminación, se necesita investigación independiente acerca de los impactos en la salud y entornos con fuentes LED, incluidas aquellas con características espectrales ajustables, intensidad, tiempo y duración basada en el tiempo del día, tarde o noche. Se deben considerar las emisiones fuera del rango visible como la radiación infrarroja cercana a los 750 a 950 nm, que está presente en la luz del día y las lámparas incandescentes pero no en los LEDs. Investigaciones muestran que debe haber un equilibrio: el uso de esas frecuencias de luz pueden reparar las dañadas células de la retina11. Por otra parte, el uso de metales pesados en LEDs debería recudirse y establecerse un proceso de manejo de residuos. Podrían explorarse los impactos de la tecnología de control en espacios interiores y exteriores.

Organismos gubernamentales y médicos requieren crear regulaciones estrictas y estándares para el uso de longitudes de onda cortas en iluminación nocturna. En junio de 2016, la American Medical Association emitió una política: la Orientación para Reducir el Daño de Luces de Calle de Alta Intensidad, para ayudar a comunidades a seleccionar entre distintas opciones de la iluminación con LEDs, ya que son necesarias las recomendaciones para la intensidad de la luz, el tiempo y la duración de ambientes interiores y exteriores por la noche. También, es esencial definir las características espectrales exactas de las fuentes de luz recomendadas en nanómetros, en lugar de únicamente las temperaturas de color correlacionadas (CCT) en grados Kelvin. Estas últimas son una medida aproximada y no pueden describir con precisión el espectro de luz.

Los legisladores deberían alentar a un mejor uso de la luz natural en interiores durante el día. La luz artificial debería usarse solamente cuando no es suficiente la luz natural especialmente en fábricas, hospitales, hogares para ancianos y oficinas, donde la gente pasa mucho tiempo. Las políticas de construcción deberían recompensar las prácticas y tecnologías que aprovechan la luz natural.

Los municipios deberían incorporar normas de iluminación nocturna sustentable y planes maestros de iluminación urbana. Una iluminación pública segura debería dirigirse desde abajo. Los niveles de luz para caminar, rodar en bici y conducir deberían ser los mínimamente aceptables. Tecnologías pasivas tendrían que ser exploradas, por ejemplo, las superficies que brillan en la oscuridad y que absorben la energía del Sol durante el día y la liberan por la noche podrían usarse en caminos y ciclovías: desde un ángulo bajo, la luz caería sobre la zona de la retina en la que el azul no tiene influencia biológica. Las luces en parques y bosques cercanos tendrían que apagarse o atenuarse por la tarde.

Las emisiones del campo electromagnético de anuncios con LED al aire libre, deberían ser controladas. Las pantallas digitales en fachadas no deberían ser más brillantes que la iluminación en calles, edificios y plazas cercanas. Las instalaciones deberían apagarse a última hora de la tarde para reducir la entrada de luz en construcciones residenciales.

Finalmente, la conciencia pública sobre las cuestiones de iluminación tendrían que plantearse. Investigadores y profesionales de iluminación necesitan comunicar los desafíos. “Un diseño de iluminación saludable se convierte en un importante problema ético que no puede ser ignorado”. Un mayor número de comunidades, como Monterey en California, están ganando demandas contra municipios por iluminación LED inapropiada en la ciudad.

Por todas estas razones, yo aún utilizo las antiguas fuentes incandescentes en mi casa, duermo en total oscuridad y paso por lo menos una hora cada mañana bajo el brillo de la luz natural para activar mi reloj circadiano, como lo hacen muchos diseñadores de iluminación, médicos y cronobiólogos. Es importante que regresemos al día brillante y al ciclo nocturno oscuro que la evolución grabó en nosotros.

Referencias.

1. Gaston, K. J., Visser, M. E., Hölker, F. Phil. Trans. R. Soc. B 370, 20140133 (2015).

2. Naeem, Z. Int. J. Health Sci. (Qassim) 4, 5–6 (2010).

3. James, P. et al. Environ. Health Perspect. 125, 087010 (2017).

4. Rybnikova, N. A., Haim, A. & Portnov, B. A. Int. J. Obes. 40, 815–823 (2016).

5. Cho, J. R., Joo, E. Y., Koo, D. L. & Hong, S. B. Sleep Med. 14, 1422–1425 (2013).

6. Wilkins, A. J., Nimmo-Smith, I., Slater, A. I. & Bedocs, L. Lighting Res. Technol. 21, 11–18 (1989).

7. Behar-Cohen, F. et al. Progr. Retinal Eye Res. 30, 239–257 (2011).

8. Lucas, R. J. et al. Trends Neurosci. 37, 1–9 (2014).

9. Knop, E. et al. Nature 548, 206–209 (2017).

10. de Sousa, M., Klein, G., Korte, T. & Niehaus, M. Indian Pacing Electrophysiol. J. 2, 79–84 (2002).

11. Eells, J. T. et al. Mitochondrion 4, 559–567 (2004).


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