Optimización del campo lumínico para promover un adecuado ritmo circadiano en centros de trabajo de actividad continuada

• Autores: María Teresa Aguilar Carrasco
• Directores de la Tesis: Ignacio Javier Acosta García (dir. tes.), Samuel Domínguez Amarillo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 198
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    Los ritmos circadianos son ciclos biológicos diarios responsables de diferentes funciones del cuerpo humano como la temperatura corporal, el apetito, la secreción de hormonas o los patrones de sueño, siendo la melatonina la principal hormona encargada de este proceso. Su disrupción puede provocar una descoordinación de las funciones vitales, con la consecuente aparición de problemas de salud. La exposición a la luz, especialmente a la luz natural, es fundamental para regularlos. Sin embargo, las rutinas de vida actuales, caracterizadas por una estancia predominante en espacios interiores con iluminación eléctrica, puede provocar la interrupción de dichos ritmos. Esta problemática se acentúa en los espacios de trabajo de actividad continuada, donde los usuarios permanecen despiertos y expuestos a la luz artificial durante la noche. Llegados a este punto, surge la siguiente pregunta de investigación: ¿es posible diseñar un sistema que establezca las condiciones óptimas de iluminación natural y eléctrica en espacios de trabajo de actividad continuada, en los que se promueva un adecuado ritmo circadiano? Esta tesis parte de la hipótesis de que esto es posible, y su objetivo principal es demostrarlo mediante la optimización del campo lumínico en este tipo de entornos, promoviendo la mejora de la salud y confort de los usuarios. Para alcanzar este objetivo, se presenta una metodología dividida en tres etapas. La primera consiste en el diseño y validación de un método que permite analizar el efecto en la salud de la combinación de luz natural y eléctrica, teniendo en cuenta a su vez la influencia de las condiciones del espacio. La segunda consiste en el desarrollo de una nueva herramienta paramétrica en la que se integra este método validado. Se trata del desarrollo del plugin CircaLight, para el programa Grasshopper, que permite llevar a cabo la evaluación del efecto de la iluminación en los ritmos circadianos mediante el cálculo de diferentes métricas. Por último, la tercera lleva la teoría a la práctica para centrarse en la optimización de la iluminación eléctrica en entornos de trabajo continuo. Se han realizado ensayos reales en las UCI de Traumatología y Pediatría del Hospital Universitario Virgen del Rocío, contando con la participación del personal sanitario. En ellos se analiza el confort de los usuarios y el efecto en la salud de diferentes configuraciones de iluminación eléctrica, diseñadas mediante la herramienta CircaLight, creada en la segunda etapa. Estos ensayos estuvieron conformados tanto por test y cuestionarios, como por la medición de la melatonina, el cortisol y otros marcadores cronobiológicos. Finalmente, según los marcadores obtenidos, se pudo determinar la configuración óptima de la iluminación eléctrica, comparando los resultados de tres sistemas de iluminación: regulable, tunable white y multiespectral. Los resultados obtenidos muestran que existe una incompatibilidad entre los umbrales de iluminación adecuados para garantizar una buena visión y sincronización de los ritmos circadianos con las necesidades de los usuarios. En este sentido, los datos nos demuestran que no es necesario alcanzar en todo momento los niveles establecidos para lograr una respuesta positiva por parte de los usuarios. En cuanto a la optimización de la iluminación, los resultados muestran cómo la modificación del espectro provoca una mejora de los niveles de melatonina y cortisol, junto con un mayor confort visual, respecto al ajuste exclusivamente del flujo luminoso. Sin embargo, no se aprecia un cambio significativo entre la iluminación tunable white y la multiespectral. En conclusión, los resultados de cada etapa de la investigación tienen relevancia específica y contribuyen a la línea de investigación emergente de Arquitectura y Salud desde la iluminación. La validación del método, el desarrollo de CircaLight y los hallazgos sobre umbrales y condiciones óptimas de iluminación representan contribuciones valiosas a este campo.

  • English

    The circadian rhythms are the daily biological cycles through which humans have adapted to the light and darkness cycles caused by the Earth's rotation. These rhythms are responsible for controlling various functions of the human body, such as body temperature, appetite, hormone secretion, and sleep patterns. Melatonin, a hormone secreted by the pineal gland in our brain and coordinated by the suprachiasmatic nucleus, is the main regulator of this process. Disruption of circadian rhythms can lead to a coordination breakdown in vital functions, resulting in serious health problems, including obesity, diabetes, depression, coronary diseases, or an increased risk of cancer. The circadian rhythm is primarily regulated by perceived light, with natural light being optimal for adjustment due to its dynamic and cyclical nature. However, contemporary lifestyles often involve extended indoor stays where natural light is limited, requiring reliance on static electric lighting. Consequently, this reduced exposure to natural light disrupts circadian rhythms, especially in continuously active workspaces where individuals remain awake and exposed to artificial light during the night. Therefore, the appropriate design of both natural and electric lighting is crucial to ensuring the well-being of individuals exposed to these conditions. At this juncture, the question arises, which this research aims to address: Is it possible to design a system that establishes optimal conditions for natural and electric lighting in continuously active workspaces, promoting a proper circadian rhythm? This thesis hypothesizes that this is possible, and its main objective is to demonstrate it by optimizing the lighting field in such environments, thereby improving the health and comfort conditions of the occupants.