En el mes de septiembre de 2020, 27 expertos en tecnología de iluminación y respuestas fisiológicas humanas a la luz se reunieron por invitación del Departamento de Energía de EE.UU (DOE) para ayudar a identificar áreas temáticas de I+D críticas en el campo de la iluminación circadiana. Estos encuentros de debate, en pequeños grupos de expertos, son una herramienta que utiliza el DOE para identificar las áreas claves que posteriormente serán incorporadas en las hojas de rutas técnicas que elabora el organismo.
Entre los participantes del encuentro, que este año por la pandemia se realizó por primera vez de forma virtual, se encuentran expertos invitados en disciplinas científicas y tecnologías relacionadas con la iluminación, procedentes del mundo académico, la industria y de laboratorios.
Los debates que surgieron a raíz de las presentaciones de cada uno de los expertos ofrecieron una variedad de valiosos conocimientos sobre los últimos avances relacionados con las respuestas fisiológicas humanas a la luz; sin embargo, hubo algunos temas recurrentes que se posicionaron como las áreas más relevantes y de mayor interés en este ámbito:
- Medición y caracterización de las respuestas fisiológicas y del estímulo luminoso
- Guía de diseño de iluminación para los impactos fisiológicos
- Aplicación e impactos en entornos reales
Medición y caracterización de las respuestas fisiológicas al estímulo luminoso
Con el fin de crear diseños de iluminación basados en la evidencia científica en relación a la salud y el bienestar humano, es esencial poder cuantificar de forma fidedigna las respuestas no visuales y obtener un enfoque estándar para informar de las propiedades del estímulo de iluminación. Los participantes estuvieron de acuerdo en que un marco común para informar sobre las condiciones de iluminación y cuantificar las respuestas fisiológicas es fundamental para comprender mejor el impacto de la iluminación y proporcionar niveles de umbrales recomendados.
Muchos señalaron la norma CIE S 026/E:2018, que define funciones, cantidades y métricas de sensibilidad espectral para describir la capacidad de la radiación óptica para estimular cada uno de los cinco tipos de fotorreceptores que pueden contribuir, a través de las células ganglionares de retina intrínsecamente fotosensibles que contienen melanopsina (ipRGC), a los efectos no visuales de la luz mediados por la retina en los seres humanos. También se citó la publicación “How to Report Light Exposure in Human Chronobiology and Sleep Research Experiments” como documento de referencia en este ámbito. Los participantes estuvieron de acuerdo en que ambos marcos son un buen comienzo para caracterizar los estímulos lumínicos para los impactos fisiológicos y deberían ser utilizados por los investigadores.
Esto también llevó a un debate sobre cuáles son los puntos finales correctos para medir la comprensión y la predicción de las respuestas fisiológicas humanas (por ejemplo, el cambio de fase, el estado de ánimo, el estado de alerta). Se dialogó sobre cómo la comprensión actual de la composición espectral de la luz y su impacto en las respuestas fisiológicas humanas se limita principalmente a la supresión de la melatonina, pero hay múltiples respuestas fisiológicas humanas no visuales mediadas por el ojo al estímulo de la luz que deben ser consideradas. Entre ellas se encuentran los efectos directos de alerta, los impactos en el estado de ánimo, los cambios circadianos y los efectos posteriores sobre la salud derivados de estas respuestas fisiológicas. Varios parámetros que se promueven para orientar el diseño de la iluminación, por ejemplo, el estímulo circadiano (CS) o el lux melanópico equivalente (EML) o la iluminancia diurna melanópica equivalente (EDI melanópica), se basan en el papel principal de la melanopsina (supresión de melatonina), que puede no ser un factor clave para evaluar otros impactos no visuales de la luz. Los participantes estuvieron de acuerdo en que es vital caracterizar y cuantificar los puntos finales correctos para que las normas de iluminación que se desarrollen sean las más adecuadas para predecir el bienestar humano en el espacio y para evitar normas incorrectas que retrasen nuestra capacidad de mejorar la iluminación en los espacios construidos
Asimismo, mientras que muchos de los participantes en la reunión apoyaron las normas internacionales como el mejor camino para proporcionar una orientación práctica, algunos expresaron sus reticencias al estimar que es demasiado pronto como para tener un conjunto maduro de normas a aplicar en relación con las respuestas fisiológicas de la luz. Se necesitaría más I+D para entender las respuestas fisiológicas no visuales de interés y si pueden medirse directamente o requieren una medición indirecta para desarrollar la orientación. Los participantes sugirieron seguir utilizando la supresión de la melatonina como herramienta para desentrañar la fisiología mientras se siguen explorando y comprendiendo todas las demás respuestas fisiológicas a la luz.
Guía de diseño de iluminación para impactos fisiológicos
Los participantes insistieron en la necesidad de prácticas de diseño de iluminación basadas en la evidencia para la salud y el bienestar humanos. Hasta la fecha, la orientación generalmente aceptada es más luz durante el día para favorecer el estado de alerta y el ritmo circadiano (luz EDI de longitud de onda corta/alta melanópica), menos luz por la noche para facilitar el inicio del sueño (luz EDI de longitud de onda más larga/baja melanópica), y oscuridad para dormir. Aunque estas directrices generales son un buen comienzo, el gran reto es definir los niveles de umbral de las métricas apropiadas para la orientación del diseño de la iluminación, y determinar si las métricas actualmente utilizadas de EML o CS son incluso las métricas apropiadas para informar sobre las respuestas fisiológicas de interés.
Otro reto al que se enfrentan los diseñadores de iluminación que implementan sistemas de iluminación circadiana es la multiplicidad de métricas utilizadas por diversas normas de construcción o recomendaciones de diseño. La guía de diseño UL 224803 para promover el arrastre circadiano con la luz para las personas activas durante el día utiliza la métrica CS, que tiene dos modelos: un modelo de luz cálida y un modelo de luz fría; la norma de construcción WELL utiliza EML; la norma internacional CIE S 026:2018 recomienda EDI melanópico (que es similar a EML). Los modelos actuales de CS y EML coinciden solo en los rangos de temperatura de color cálidos y divergen a 4000 K y más fríos. Se necesita más trabajo de I+D y análisis para confirmar un modelo que sea el mejor para predecir la supresión de la melatonina observada empíricamente, lo que permite un modelo unificado para la iluminación circadiana que puede fomentar aún más la adopción. Esto también ayudará a entender la implicación energética de la iluminación circadiana, ya que las diferentes métricas requieren diferentes niveles de iluminación, especialmente porque los modelos actuales (CS y EML) divergen a temperaturas de color más frías.
Otra complicación a la hora de definir orientaciones sobre iluminación circadiana es que la simple definición de los niveles umbrales dependen de un ciclo completo de 24 horas de consumo de luz para dictar las respuestas. Los participantes subrayaron la necesidad de considerar los perfiles de iluminación de 24 horas para aumentar o cambiar las respuestas fisiológicas y considerar el contenido de lo que los usuarios están haciendo con su «dieta de luz». El horario, la historia de luz y la ubicación del suministro de luz (distribución óptica) desempeñan un papel importante. Lo ideal sería que el sistema de iluminación se adaptara para acomodar a los individuos con diferentes horarios circadianos. Con una mejor comprensión de cómo gestionar un perfil de iluminación de 24 horas, se puede proporcionar una mejor orientación para el diseño de la iluminación circadiana para los edificios comerciales (que las personas ocupan durante 8-12 horas de su dieta de iluminación completa de 24 horas) y el entorno doméstico.
Aplicación e impactos en el mundo real
La investigación traslacional es esencial para comprender y validar las respuestas fisiológicas humanas a la luz en entornos y situaciones del mundo real, en lugar de la investigación controlada a escala de laboratorio. Los participantes debatieron sobre los retos que supone para los investigadores llevar a cabo estudios de traslación en el mundo real.
El reto más específico de los estudios de campo es que el impacto de la luz no se traduce en un gran cambio de comportamiento, sino en un efecto más sutil, lo que hace más difícil su seguimiento. Debido a los efectos más sutiles de la luz en campo, se necesitan grandes conjuntos de datos para evaluar los impactos de la iluminación a nivel de grupo; pero hay múltiples factores que compiten entre sí en los resultados que se miden, lo que complica la evaluación. Por ejemplo, el sueño de un participante se verá afectado por otros factores además de la iluminación que recibe en un entorno real. Por ello, es necesario estudiar los efectos a nivel de gran grupo, ya que pueden ser imperceptibles a nivel individual, pero observarse a escala, como una mejora de la productividad de una gran plantilla en un edificio.
Otro punto de debate es el valor de desarrollar puntos finales objetivos y fáciles de medir. Algunos ejemplos de resultados fáciles de medir son la regularidad y la variabilidad del sueño que disminuye con las condiciones de iluminación o la variabilidad con el tiempo de sueño. Los estudios de campo en colaboración con los fabricantes de iluminación y los investigadores académicos son esenciales para desarrollar la tecnología de iluminación y los sensores adecuados para los médicos que realizan el estudio.
También es importante tener en cuenta la cantidad de luz que llega al ojo (irradiancia retiniana) para generar la respuesta fisiológica. La distribución de la luz en la sala es un factor importante para proporcionar el estímulo lumínico, y no sólo los niveles globales de luz. Se debe ir más allá de proporcionar luz desde el techo y pasar a distribuciones ópticas que proporcionen el estímulo lumínico de forma más eficaz al ojo. Sin embargo, hay que tener cuidado, ya que una mayor iluminancia vertical crea problemas de deslumbramiento y de aceptabilidad de la iluminación.
En la actualidad, es un reto para los profesionales de la iluminación encontrar sistemas de iluminación que permitan una buena distribución óptica y una optimización espectral; a menudo se tiene que elegir entre la distribución óptica o el ajuste espectral. Los investigadores necesitan mejorar la funcionalidad de los sistemas de iluminación para llevar a cabo estos estudios de traslación; hay que desarrollar la distribución óptica sintonizable y la distribución de la potencia espectral en la iluminación para que sean ampliamente accesibles por los investigadores de traslación. La creación de sistemas de iluminación que puedan cambiar el contenido espectral, la distribución óptica y el nivel de luz permitirá ajustar los perfiles de iluminación cuando la orientación científica sea más clara. Estos tipos de sistemas pueden permitir una respuesta ágil para satisfacer los últimos conocimientos y proporcionar valor al entorno construido en términos de optimización de las respuestas fisiológicas y el uso de la energía.
Listado de participantes con ponencia:
- Mariana Figueiro, Universidad de Rutgers: Sensibilidad lumínica relativa de cuatro cuadrantes de la retina para suprimir la síntesis de melatonina por la noche
- Celine Vetter, Universidad de Colorado Boulder
- Timothy Brown, Universidad de Manchester: Predicción de las respuestas humanas no visuales a la luz
- John Hanifin, Universidad Thomas Jefferson: Regulación fótica de la fisiología en humanos: De los espectros de acción a la definición de la dosis relevante
- Jaime Zeitzer, Universidad de Stanford: Respuestas fisiológicas humanas a la luz
- Manuel Spitschan, Universidad de Oxford: Respuestas fisiológicas a los cambios paramétricos de la luz
- Satchin Panda, Instituto Salk: Las ipRGC humanas
- Sofia Axelrod, Universidad Rockefeller: El sueño en las moscas de la fruta y en los bebés
- Luc Schlangen, Universidad Tecnológica de Eindhoven, Director de la División 6 de la CIE: Iluminación para el sueño
- David Sliney, físico médico consultor independiente: Exposición de la retina: el aspecto espacial del campo visual
- Jennifer Veitch, Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Prioridades de investigación de CIE para una iluminación saludable
- Kevin Houser, Universidad Estatal de Oregón: Metamerismo neurológico, estudios de campo e iluminación diurna
- Erin Flynn-Evans, Centro de Investigación Ames de la NASA: Eficacia de la iluminación experimental para mejorar el estado de alerta y el rendimiento de los pilotos de líneas aéreas
- John Sammarco, Instituto Nacional de Seguridad y Salud Laboral: Estudio de campo en minas subterráneas para reducir la alteración circadiana
- Robert Soler, Iluminación del BIOS: Modelos actuales y recomendaciones
- Andrea Wilkerson, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico: Impactos energéticos
Puede consultar el documento completo de conclusiones (en ingles) en el siguiente enlace:
