Světlo má vliv na zdraví i na kvalitu studijních výsledků

Úvodem jen ve zkratce pár základních informací o samotném světle. Viditelné světlo je ve skutečnosti elektromagnetické vlnění v rozsahu vlnových délek 380–780 nm, přičemž důležitá je jeho frekvence, měřená v hertzích (Hz), a vlnová délka, uváděná v metrech či častěji v nanometrech (nm).

Různé frekvence vidí člověk jako barvy – od fialové s nejvyšší frekvencí a nejkratší vlnovou délkou po červenou s nejnižší frekvencí a nejdelší vlnovou délkou. Ne všechny barvy světla však lidské oko zachytí, patří mezi ně například ultrafialové záření (UV) nebo infračervené záření.

U světelných zdrojů se také rozlišuje různá barevná teplota neboli teplota chromatičnosti, udávaná v kelvinech (K). Čím je teplota nižší, tím se více blíží k teplým barvám (červená, oranžová, žlutá), čím je vyšší, tím jsou barvy studenější (bílá, modrá).

Právě chromatická teplota má pro lidský organismus velký význam, protože na jejím základě je řízen cirkadiánní rytmus v těle, tedy základ biologických hodin člověka s 24hodinovým cyklem. Podle něj je v lidském těle načasována bdělost, nastavena tělesná teplota, vylučují se hormony a spouští se spánkový proces, včetně duševní a fyzické regenerace a imunitních procesů.

Naše oko se vyvíjelo po miliony let pod holým nebe ma podle něj je náš cirkadiánní rytmus slunečním zářením přirozeně synchronizován. Během dne na nás svítí slunce vyrovnaným spektrem s obsahem všech vlnových délek viditelného spektra, tj. všech barev. Je to právě zastoupení modré a zelené složky (vlnové délky cca pod 550 nm), které je pro nás signálem, že je den, tj. čas na aktivitu. Takové světlo v těle aktivuje produkci hormonu serotoninu, který nám pomáhá k plné bdělosti a soustředění, zrychluje naše reakce a zvyšuje rychlost a kvalitu ukládání do krátkodobé paměti i vyvolávání z ní, a dokonce způsobuje dobrou náladu. S nadcházejícím západem slunce se ale mění poměr zastoupení vlnových délek tohoto světla, protože v něm ubývají krátké modré a zelené vlnové délky – jsou totiž atmosférou filtrovány, a světlo se tak stává více teplým a červeným. Během západu sluneční záření již neobsahuje modré a zelené vlnové délky. Absence těchto vlnových délek je pro nás signálem, že přichází noc, čas odpočinku, a zhruba 90 minut od zachycení posledního paprsku modrého světa naším okem se začne do krve vylučovat melatonin – spánkový hormon, jenž reguluje spánkový cyklus a chová se jako antioxidant (Mills a kol., 2005), přispívající k regeneraci buněk, imunitě i konsolidaci paměti.

Oheň, kterým naši předci večer a v noci svítili, také neobsahoval tyto vlnové délky – byl to až vynález žárovky, který náš přirozený cirkadiánní rytmus narušil. Světlo z neztlumených žárovek vyzařuje totiž všechny vlnové délky viditelného spektra, včetně modré a zelené, a tak je pro náš systém permanentním signálem, že je den. To také platí pro běžné LED žárovky, zářivky a displeje na mobilech a počítačích (pro srovnání světelného spektra různých osvětlení viz obrázek 2 níže). Tak je náš cirkadiální systém maten a místo přípravy na odpočinek je nesprávně buzen k plné aktivitě.

Výše popsaný optimální průběh je umožněn přirozeným světlem od slunce. Umělé zdroje, které nabývají různých hodnot chromatičnosti, mají na lidský organismus vliv odlišný.

Většina umělých světelných zdrojů obsahuje krátkovlnné záření, tedy s podílem modré barvy, a ovlivňuje mozek natolik, že se mylně domnívá, že jde o přítomnost denního světla. Ve večerních a nočních hodinách je tak jeho přítomnost pro lidské tělo biologicky toxická, má negativní vliv na spánek a včas a v dostatečné míře se nezačne uvolňovat melatonin. Jeho nedostatek pak vede k nedostatečné regeneraci a reparaci buněk, v těle se hromadí odpadní látky a poškozené buňky. Opakuje-li se to, kromě negativního vlivu na bezprostřední fyzický i psychický stav a naši imunitu významně vzrůstá riziko rozvinutí hormonální rakoviny (Al-Naggar, Anil, 2016), tedy např. nádoru prsu (James a kol., 2017), prostaty či tlustého střeva (Schernhammer, 2003), poruch metabolismu, nespavosti, deprese (Walker, 2017), kardiovaskulárních chorob (Dominguez-Rodriguez a kol., 2010; Tengattini a kol., 2007) a dalších onemocnění.

Nedostatečná regenerace organismu má vedle zdraví přímý vliv také na fyzický a mentální výkon, což se pak negativně projevuje v práci i ve škole (Heschong Mahone Group, 2003; Heschong Mahone Group, 1999). Navíc jsou lidé během dospívání kvůli hormonálním změnám na světelnou hygienu nejcitlivější. Mezinárodní studie dokazují, že kvalita a zkracující se délka spánku dospívajících negativně ovlivňují jejich studijní výsledky (Walker, 2017; Frank, Issa, Stryker, 2001; Sarkar a kol., 2010). A podobně špatný dopad má na studenty i samotné prostředí tříd a jejich osvětlení.

Z výzkumu kalifornské vědecké skupiny Heschong Mahone, provedeném na 21 000 studentech v USA, vyplývá, že lepších výsledků dosahují ti, v jejichž třídách je dostatek denního světla (Heschong Mahone Group, 1999). Ve třídách, kde bylo světla nejvíce, byly zaznamenány o 7 až 18 % lepší známky než tam, kde denního světla příliš nebylo. V prosvětlených třídách byli studenti navíc ve vyplňování testů z matematiky a čtenářské gramotnosti až o čtvrtinu rychlejší než jejich spolužáci z nevhodně osvětlených tříd.

Optimálně by tak měly veškeré vzdělávací prostory v maximální míře využívat jako primární zdroj dostatečně intenzivní denní světlo a pouze v časech nedostatku ho nahrazovat či doplňovat světlem umělým. Nicméně i s umělým světlem je třeba zacházet obezřetně a důkladně zvažovat jeho kvality. Jak již v roce 1991 ukázala kanadská studie Školského úřadu státu Alberta, lepších výsledků dosahují ti studenti, kteří se učí pod umělým světlem podobajícím se svou kvalitou a spektrálním složením dennímu světlu. Takové světelné zdroje totiž disponují podobnou biologickou účinností jako přirozené světlo od slunce (viz obrázek 1 níže).

Účinnost takového osvětlení na studium dokazuje také probíhající experiment na pražském Gymnáziu Na Pražačce, kde se testuje tzv. biooptimalizované prokognitivní LED osvětlení, které má ve srovnání s běžně ve školách využívanými světelnými zdroji spektrální složení bližší dennímu světlu od slunce (viz srovnání na obrázku 2 níže).

Dosavadní výsledky ukázaly meziroční statisticky významné zlepšení prospěchu u žáků, kteří se pod ním učili. Snížil se také počet jejich pozdních příchodů. S pomocí psychologických testů byla prokázána i výrazně lepší kognitivní vytrvalost a výkon, lépe fungovala i krátkodobá paměť. Světelné zdroje napodobující přirozené denní světlo totiž v našem těle podporují silný časový systém a ten zachovává přirozený a nenarušený cirkadiánní rytmus. Plynoucím důsledkem jsou

Zdraví, kvalitu spánku i kognitivní schopnosti lze tedy výrazně podpořit světelnou hygienou. Zatímco před spaním je lepší si číst papírovou knihu než brouzdat na mobilním telefonu, ve škole se lze zamyslet nad kvalitou osvětlení. V příštím článku se seznámíme se stavem umělého osvětlení v našich školských zařízeních, potenciálem speciálních, biooptimalizovaných zdrojů světla a jejich specifickými benefity pro studenty a pedagogy.