Minder blauw in led-licht

Smartphones en andere apparaten zouden beter voor je ogen zijn als er minder blauw in led-licht zou zijn. Is dat echt belangrijk of gewoon een marketingding?

Het feit dat je met de jaren slechter gaat zien, is een van de dingen waar de meeste mensen niet naar uitkijken. Onderzoek wijst uit dat moderne lichtbronnen en de schermen van computers, smartphones en tablets de ogen echter voortijdig laten verouderen. Blauw licht verstoort ons bioritme, hoor je keer op keer. En: blauw licht beschadigt lichtgevoelige cellen. Maar kun je je een voorstelling maken van de manier waarop dat gebeurt? Beide effecten spelen zich af op verschillende gebieden, maar hebben wel te maken met dezelfde: licht als energiedrager.

Bij het vak natuurkunde op de middelbare school heb je het waarschijnlijk al geleerd: in de elektrodynamica kan licht worden omschreven als een hoogfrequente elektromagnetische golf. Als de golflengte tussen 380 en 780 nanometer ligt, ziet het menselijk oog dat als licht van verschillende kleuren. Licht met golflengten tussen 650 en 750 nanometer wordt waargenomen als rood, met kortere golflengten als oranje, en vervolgens gele en groene tinten. Aan het einde volgen blauw (420 tot 490 nm) en violet (380 tot 420 nm). De kleuren die niet onder die zogenaamde spectrale kleuren vallen, zijn mengkleuren van verschillende golflengten, bijvoorbeeld bruintinten.

Voorbij het kortgolvige violette licht ligt het ultraviolette licht, kortweg UV-licht. Hoewel wij dat niet meer kunnen zien, zijn we ons bewust van de schadelijke effecten die UV-licht kan hebben op huid en ogen. Daarom beschermen we onszelf met zonnebrandcrème en een zonnebril.

In principe geldt: hoe korter de golflengte van het licht, des te meer energie de straling bevat en des te groter de kans op schade vervolgens is. De limiet waarbij de ogen het zwaar krijgen, ligt op ongeveer 450 nanometer. Het voorste deel van het oog kan bepaalde lichtgolven wel filteren, maar lichtgolven tussen de 400 en 480 nanometer treffen het netvlies bijna ongefilterd. Het hoornvlies filtert de kortgolvige UV-C- en UV-B-stralen eruit, de lens de UV-B en UV-A-stralen.

Wat overblijft, komt vrijwel ongehinderd op het netvlies terecht, met name op het punt van het scherpste zicht, de zogeheten gele vlek. Het violetblauwe licht in het nog zichtbare gebied ligt al onder die limiet.

Bij jongere mensen bereikt ook het blauwe licht in het golflengtebereik van zo’n 430 tot 510 nanometer nog bijna volledig het netvlies. Volgens experimentele en epidemiologische studies is het dan ook, naast hoogenergetische UV-straling, een belangrijke factor bij het ontstaan van ooglens- en netvliesveranderingen.

Het voor mensen zichtbare licht vormt slechts een klein deel van het hele spectrum van elektromagnetische golven.

Toen de EU besloot om de oude vertrouwde gloeilampen vanaf 2012 af te schaffen, werden ze op veel gebieden vervangen door ledlampen. Ledlampen verbruiken minder energie, gaan lang mee en zijn goedkoop te produceren. In woonkamers en kantoren worden ze graag toegepast vanwege hun heldere, bijna daglichtwitte licht, dat echter veel blauw licht bevat.

Het ANSES, het Franse instituut voor voedselveiligheid, milieubescherming en veiligheid op het werk, heeft al meermaals gewaarschuwd voor mogelijke schade aan de gezondheid, maar eerst nog daar zonder al te veel details over te publiceren. Sinds de eerste verklaring in 2010 heeft het ANSES gegevens verzameld, studies gefinancierd en volgens eigen zeggen meer dan 600 wetenschappelijke publicaties geanalyseerd.

Het ANSES geeft warmwit ledlicht het groene licht, omdat dat zich volgens de onderzoekers qua fototoxiciteit niet onderscheidt van gewoon daglicht. In een in het voorjaar van 2019 gepubliceerd artikel heeft het ANSES ook de toxiciteit van blauw licht voor het oog aangetoond. Blauw licht kan tot visuele stoornissen leiden. Volgens het ANSES vertoont blauw licht kortdurende fototoxische effecten bij acute blootstelling en langdurige effecten bij chronische blootstelling, en die zouden het risico op leeftijdsgebonden macula-degeneratie verhogen voor mensen die worden blootgesteld aan zeer hoge lichtsterkten.

Bij macula-degeneratie gaan cellen in de zogenaamde gele vlek (macula) op het netvlies langzamerhand steeds slechter functioneren. We danken onze waarneming van kleur en scherpte aan de fotoreceptoren in het midden van de macula. Als je ouder wordt, verslechtert de stofwisseling. Het verwijderen van afbraakproducten gaat slechter en er ontstaan afzettingen die leeftijdsgebonden macula- degeneratie kunnen veroorzaken.

Volgens de Duitse Vereniging voor blinden en slechtzienden hebben meer dan 7 miljoen mensen in Duitsland daar last van. In geïndustrialiseerde landen is het de meest voorkomende oorzaak van ernstige visuele beperkingen bij mensen ouder dan 50 jaar. Het kan leiden tot volledige blindheid. In de laatste fase zien de getroffenen alleen een zwarte vlek in het centrale visuele gebied.

Volgens het ANSES gaat het daarbij ook om ook verblindingseffecten, bijvoorbeeld van tegemoetkomende auto’s met hun koplampen, die vooral verblindend zijn met ledlicht, maar ook van zaklampen en andere vormen van verlichting.

Het Franse instituut voor gezondheid en medisch onderzoek (het INSERM) heeft bij een dierproef het effect van verschillende lichtbronnen met verschillende sterkte onderzocht bij ratten. De onderzoekers constateerden dat bij een lichtsterkte van 500 lux, vergelijkbaar met normale kamerverlichting, alleen de ledlampen het netvlies beschadigden. Voor hen is dat bewijs dat de blauwe component van het ledlicht zelfs bij verlichting op huishoudsterkte het netvlies kan beschadigen.

Ajith Karunarathne in het Amerikaanse Toledo ontdekte samen met andere onderzoekers in een in-vitro-onderzoek dat langdurige blootstelling aan kortgolvig blauw licht in de lichtgevoelige cellen van het oog giftige moleculen laat ontstaan, die verantwoordelijk zijn voor macula-degeneratie. Simpel gezegd reageert het eiwit retinal, dat belangrijk is voor het gezichtsvermogen, anders dan normaal wanneer het netvlies wordt geraakt door kortgolvig blauw licht. In plaats van de oogzenuw te stimuleren, creëert het retinal dan giftige verbindingen die fotoreceptorcellen laten afsterven.

Hoewel de impact op macula-degeneratie bij mensen nog verder onderzocht wordt, geldt een ander gevolg van blauwe lichtgolven al als bewezen: slaapstoornissen.

Vergeleken met zonlicht is het licht van een koelwitte ledlamp minder gelijkmatig verdeeld over het spectrum. In plaats daarvan is het aandeel tussen de 400 en 480 nanometer bijzonder sterk.

Eén soort lichtreceptoren in het oog neemt de helderheid van het omgevingslicht waar. De melanopsine- cellen, die pas rond de millenniumwisseling ontdekt werden, spelen een belangrijke rol in het bio ritme van het lichaam, oftewel je interne klok. Ze worden hoofdzakelijk gereguleerd door het hormoon melatonine, dat voornamelijk ’s nachts in de pijnappelklier geproduceerd wordt. De productie wordt overdag verminderd – iets waar de melanopsine- cellen weer voor zorgen. Ze zijn direct betrokken bij het onderdrukken van de door licht veroorzaakte afgifte van melatonine.

Een korte blootstelling aan blauw licht is al genoeg om de gestarte melatonineproductie te stoppen. Andere lichtbronnen kunnen daar ook voor zorgen, maar de melanopsine bevattende fotoreceptoren worden het sterkst gestimuleerd door het blauwe licht, omdat hun maximale gevoeligheid nu net bij de golflengte 480 nm ligt, dus in het gebied van het blauwe licht. Vermoedelijk heeft dat als effect dat het slaapritme in de war raakt.

Een cross-overonderzoek van het nationale instituut van de VS voor hart-, long- en bloedziekten (NHLBI), moest in 2014 uitwijzen of dat ook klopt. Tijdens het onderzoek gingen twaalf deelnemers in twee groepen van dezelfde grootte elk een boek lezen voordat ze naar bed gingen. Een groep las op vijf opeenvolgende avonden een gewoon boek, dat bij gedimd licht gelezen werd. De andere zes deelnemers lazen een e-book, dat op een iPad gelezen werd. De iPad werd met de hoogste helderheid op 30 tot 40 centimeter voor de proefpersonen geplaatst.

Vervolgens verklaarden de proefpersonen dat ze langer wakker waren geweest en slechter sliepen na het lezen op de tablet. De uitgevoerde metingen lieten inderdaad een lagere concentratie van het hormoon melatonine zien dan normaal en een verschuiving in het bioritme. Die proefpersonen werden moeilijker wakker en het duurde langer om dezelfde mate van concentratie te bereiken dan de proefpersonen die de vorige avond het gedrukte boek gelezen hadden.

Nu kun je terecht tegenwerpen dat iemand die ’s avonds voor het slapengaan nog surft of leest, dat niet doet op de maximale helderheid. Een iPad haalt met gemak meer dan 200 cd/m², en wij geven mobiele apparaten altijd een lage score als ze niet lager dan 10 cd/m² kunnen, want dat is hinderlijk in donkere kamers. En bij het lezen van e-books wordt vaak een e-book-reader met e-ink met gedempte of zelfs geen achtergrondverlichting gebruikt, en geen tablet.

Veel andere onderzoeken, waarvan sommige wat alarmerend omschreven werden, worden uitgevoerd onder omstandigheden die verre van realistisch zijn. De Canadese wetenschapper Ian Ashdown heeft zich daar intensief mee bezig gehouden. In een blogpost genaamd ‘Blue Light Hazard … or Not?’ klaagde hij in 2014 over de duur en sterkte van de stralingsblootstelling en haalde hij ook voorbeelden aan van het materiaal dat eerder door het ANSES geanalyseerd was.

Zijn conclusie was: “Door zorgvuldig experimenteren werd ontdekt wat voor de hand ligt. Staar niet langer dan 100 seconden in de middagzon zonder te knipperen.” Met het oog op de relevantie voor mensen kijkt hij ook kritisch naar onderzoeken bij knaagdieren, waarvan het netvlies werd blootgesteld aan lichtsterkten die soms sterk afwijken van wat ze in de natuur ervaren.

In bijna alle onderzoeken staat het koelwitte ledlicht centraal. Koelwitte leds hebben een kleurtemperatuur van ongeveer 5300 Kelvin (K). Over het algemeen betekent een hogere kleurtemperatuur koeler aandoend licht en een hoger blauwlichtgehalte. Een led kan in principe veel verschillende kleuren produceren, waaronder ook warm overkomende wittinten. Bij woonverlichting worden tegenwoordig ook steeds meer warmwitte leds toegepast. Die werken met lagere kleurtemperaturen en geven minder blauw in led-licht af dan koelwitte leds.

In een smart-home kunnen ledlampen tegenwoordig op verzoek zelfs schakelen tussen warm en koel licht. Dezelfde lamp geeft dan in het ene geval licht met een hoog blauwaandeel en in het andere geval licht met weinig blauw erin.

Bovendien lijken lichtbronnen vaak alleen met elkaar te worden vergeleken, maar niet met daglicht.

Het gevaar voor blauw licht waar het hier over gaat heeft niets te maken met de techniek achter ledlicht. Afhankelijk van de kleurtemperatuur is het aandeel van de kortgolvige spectraalcomponenten hoger of lager, ongeacht of het licht afkomstig is van een gloeilamp, een ledlamp of van de zon.

De fysiologische effecten van licht met een hoger blauwaandeel van beeldschermen in smartphones, tablets en computermonitors zijn eenvoudig te verminderen door de kleurtemperatuur anders in te stellen. In welke mate je dat moet doen is ook afhankelijk van hoe gevoelig je daarvoor bent. In dat opzicht zijn blauwlichtfilters meer dan alleen een hype. Veel mobiele apparaten hebben tegenwoordig een automatische nachtstand, die minder blauw in led-licht van het display vanaf een bepaald moment op de avond vanzelf instellen – wat je daar aan kunt doen, lees je in ons webitem ‘Tips voor beter slapen’.

Krigel, Berdugo, Picard, Levy-Boukris, Jaadane, Jonet, Dernigoghossian, Andrieu-Soler, Torriglia, Behar-Cohen, Light-induced retinal damage using different light sources, protocols and rat strains reveals led phototoxicity

Kasun Ratnayake, John L. Payton, O. Harshana Lakmal & Ajith Karunarathne, Blue light excited retinal intercepts cellular signaling

Anne-Marie Chang, Daniel Aeschbach, Jeanne F. Duffy, and Charles A. Czeisler, Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness

Ian Ashdown, Blue Light Hazard … or Not?

Ratnayake, Kasun et al. “Blue light excited retinal intercepts cellular signaling.” Scientific reports vol. 8,1 10207. 5 Jul. 2018, doi:10.1038/s41598-018-28254-8

(Dit artikel is eerder verschenen in c’t 9/2020, p.136, met medewerking van Inge Schwabe en Noud van Kruysbergen)

Wil je op de hoogte blijven van het laatste IT-nieuws en de nieuwste online-artikelen? Meld je dan hier aan voor onze nieuwsbrief: