El estudio, financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, se ha llevado a cabo en un entorno de carretera realista utilizando las instalaciones de “Virginia Smart Roads”, para evaluar a tres grupos de participantes (peatones, conductores, y residentes) según las especificaciones de las carreteras actuales y sus escenarios de iluminación.
“Esta es la primera vez que se realiza una investigación como esta en un entorno realista. Nos ha permitido valorar uno de los puntos de incertidumbre que actualmente existen con la iluminación LED. Por ejemplo, a la Asociación Médica Estadounidense le preocupaba que la luz azul tuviera un impacto negativo en los seres humanos. En concreto, la asociación estaba preocupada por las alteraciones visuales debidas a la luz parásita y por el impacto negativo que la iluminación puede tener en el medio ambiente y en los ritmos circadianos humanos”, explica uno de los autores del estudio, Ron Gibbons, jefe de programa del grupo de sistemas de seguridad basados en infraestructuras del VTTI.
Experimentos en un entorno realista
La mayoría de la investigación existente en este campo proviene de experimentos realizados en laboratorios controlados. Para este estudio, el equipo probó el impacto de la iluminación vial en la melatonina en conductores de vehículos, peatones e individuos en un dormitorio cerca de la carretera. Estos experimentos se realizaron en un entorno naturalista para simular lo más cerca posible de un evento real.
Las instalaciones de “Virginia Smart Roads” son una compleja red de cuatros bancos de pruebas que recrean las condiciones cotidianas de la conducción en Estados Unidos. Para mejorar su investigación, el equipo planificó un sistema de pruebas que reproducen situaciones cotidianas. Para ello se utilizó la parte de autopista de las Smart Roads de Virginia, debido a su amplio sistema de iluminación que puede reproducir más del 95% de la iluminación de los sistemas de autopistas nacionales y a sus similitudes con una autopista real.
El equipo preparó tres escenarios de prueba. A los participantes peatones se les pidió que se sentaran en un espacio junto a la carretera. A los participantes que iban en un vehículo se les pidió que circularan por la parte de autopista de las Carreteras Inteligentes de Virginia bajo la iluminación de la calzada. Al último grupo de participantes, situados en el interior de un dormitorio simulado instalado en el lateral de la carretera, se les pidió que durmieran en una cama junto a una ventana para recoger datos sobre el paso de la luz. Se recogieron muestras de saliva a intervalos regulares y se analizaron comparándolas con un control para comprobar si los niveles de melatonina habían aumentado o disminuido tras la exposición a la luz.
Las variables independientes para cada uno de los experimentos fueron las condiciones de iluminación, en las que cada participante experimentó 5 composiciones espectrales de iluminación diferentes de Sodio de Alta Presión (HPS) y LED: (2100 K HPS, 2200 K LED, 3000 K LED, 4000 K LED y 5000 K LED) y una condición sin iluminación en carretera. En la siguiente figura se muestran los SPD de las luminarias de calzada y de la luz de exposición LED de 4.000 K utilizada para el acondicionamiento y el control positivo.
Hay que tener en cuenta que además de la temperatura de color TCC y la iluminancia fotópica, en esta evaluación se tuvo en cuenta el flujo alfa-ópico relativo de todas las luminarias frente a los cinco tipos principales de fotorreceptores que se encuentran en el ojo humano: cianópico, clorópico y eritrópico corresponden a los conos de longitud de onda corta (azul), media (verde) y larga (rojo), respectivamente. El rodópico está relacionado con la sensibilidad de los bastones, y el melanópico se refiere a la respuesta de melatonina ipRGC. Estos valores se expresan en EDI, que es la métrica aceptada por la Comisión Internacional de Iluminación (CIE), y define la cantidad de exposición a la luz diurna necesaria para provocar la misma respuesta de melanopsina que la fuente que se está evaluando. Como se muestra en la siguiente tabla, estos valores de lux alfa-ópico son relativos a una iluminancia fotópica de 1,5 lux de cada luminaria y representan la exposición experimentada por los participantes en el espacio de prueba.
Los resultados obtenidos, publicados en el journal “Clock & Sleep”, mostraron que en comparación con la ausencia de iluminación en las carreteras y la iluminación de sodio de alta presión, la iluminación LED no afectaba a los niveles de melatonina salival de los participantes.
Los periodos de exposición nocturna probados a los niveles de exposición recomendados en carretera, en comparación con una condición sin iluminación en carretera, el espectro de la fuente de luz no tuvo ningún impacto en el nivel de melatonina salival en sujetos sanos. Esto incluye a todos los usuarios de la vía pública en los periodos de exposición probados: conductores (tiempo de exposición de 2 h: de 1 a 3 de la madrugada), peatones (tiempo de exposición de 4 h: de 10 de la noche a 2 de la madrugada) y los que sufren intrusión lumínica (tiempo de exposición de 2 h: de 12 a 2 de la madrugada).
Esto fue evidente tanto en los resultados basados en el tiempo como en los cálculos AUC del contenido total de melatonina. Debe recordarse que el impacto de la luz sobre la melatonina tiene cuatro componentes: espectro, nivel de iluminación, duración de la exposición y momento de la exposición. En cada rama de este estudio, el espectro se evaluó a los niveles de luz recomendados para la iluminación de autopistas, mientras que la luminancia de la luz, el momento de la exposición y la duración se mantuvieron constantes. En la siguiente tabla se puede ver las condiciones de exposición en función del tipo de experimento:
También hay que señalar que los resultados de esta investigación se basan en un enfoque para considerar el impacto de la luz en los niveles de melatonina salival en un entorno naturalista. Las actividades realizadas por los participantes eran realistas y específicas del contexto: los conductores conducían un vehículo real mientras realizaban una tarea de detección de objetos en una calzada iluminada, a los peatones se les permitió realizar actividades como leer y jugar tranquilamente bajo la iluminación de la calzada, y los participantes que traspasaron la luz estaban tumbados en la cama de un dormitorio adyacente a una calzada iluminada y podían cerrar los ojos si lo deseaban.
“Los resultados del experimento pueden aplicarse fácilmente a condiciones urbanas y suburbanas comparables. Esto demuestra que la exposición a la luz de cualquiera de las condiciones naturalistas de iluminación vial, al nivel más alto de 10 lux fotópicos (en la cohorte de peatones) no es lo suficientemente fuerte como para provocar una respuesta detectable de supresión de melatonina salival en participantes sanos”, señalan los investigadores en el paper.
Los investigadores también reconocen las limitaciones del estudio. La Smart Road no disponía de ninguna fuente de luz además de la iluminación aérea fija de la calzada. Además, el nivel de luz seleccionado para la calzada y para el traspaso en el presente estudio representaba el extremo superior de las especificaciones IES de luz. Sin embargo, en un entorno típico de carretera iluminada, las fuentes adicionales de iluminación, como la luz parásita de establecimientos comerciales, edificios de apartamentos, aparcamientos, faros de vehículos y similares, podrían aumentar la cantidad de luz que podría experimentar una persona. El uso exclusivo de iluminación superior fija en el presente estudio ayudó a aislar los efectos de la iluminación de la calzada en la supresión de la melatonina. Estos resultados son aplicables a zonas sin otras fuentes de luz exterior que la iluminación de la calzada, como las zonas rurales y las calles suburbanas. Futuras investigaciones deberían continuar evaluando la supresión de melatonina en entornos urbanos y suburbanos realistas.
Otra limitación es la elección de una exposición de 200 lux en la sala de acondicionamiento para controlar parcialmente los antecedentes de exposición a la luz. Se decidió que una condición previa a la prueba más naturalista sería la de un entorno interior iluminado, por lo que se seleccionó un nivel de 200 lux para representar un nivel de exposición de oficina o espacio residencial (basado en los niveles recomendados por IES RP-11, 2020para aplicaciones de oficina doméstica). Esto puede haber influido en los resultados, ya que la mayoría de los estudios de laboratorio controlados sobre los efectos neurofisiológicos de la luz se realizan con una condición previa de iluminación de fondo tenue u oscura.
Otro aspecto a tener en cuenta es que el impacto de la luz sobre la melatonina no es el único indicador de la salud humana. La medición de los efectos a más largo plazo sobre parámetros fisiológicos y de comportamiento como la eficiencia del sueño, el tiempo total de sueño, el inicio del sueño, el número de despertares y otros similares puede mostrar diferentes impactos de la iluminación de las carreteras.
Si bien este proyecto se centró específicamente en los impactos de la iluminación LED en los niveles de melatonina salival en los participantes futuras investigaciones podrían incluir:
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