Proyecto ‘MELIDOS’: experiencia de campo con los protocolos de trabajo y los dosímetros de luz visible

David Baeza Moyano₁, Fabien Eloi₂, Sofía Melero Tur₃, Maria Concepción Pérez Gutiérrez₃
1Departamento de Química y Bioquímica, Facultad de Farmacia, Universidad San Pablo-CEU, CEU Universities. Urbanización Montepríncipe, 28668 Alcorcón, Madrid, Spain.
2 Scientific and Industrial Metrology Centre, Photonics Department, Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE), Trappes, France
3Departamento de arquitectura, Escuela Politécnica Superior, Universidad San Pablo-CEU, CEU Universities. Urbanización Montepríncipe, 28668 Alcorcón, Madrid, Spain.

1. Introducción

La luz ha estado asociada a la función de la visión y la iluminación interior. Se ha medido con unidades como ellux, el lumen y otras derivadas de nuestra sensibilidad visual a la radiación visible. A comienzos del siglo XXI se descubrió que la luz que entra por nuestros ojos influye en nuestra salud, nuestra psicología y nuestro comportamiento, incluidos los ritmos circadianos, los ciclos de sueño-vigilia, las funciones cognitivas y el equilibrio neuroendocrino [1]. En torno al cambio de milenio se descubrieron en el ojo humano fotorreceptores hasta entonces desconocidos, que no intervienen en la visión, las llamadas células ganglionares de la retina, intrínsecamente fotosensibles (ipRGCs), que corroboran este hallazgo. La luz es un estímulo multidimensional complejo. Las respuestas provocadas por la exposición a la luz natural o artificial dependen de muchos factores, como la composición espectral, la intensidad, la distribución espacial, la duración y la dinámica temporal, así como del momento y de factores individuales como el historial lumínico, la edad y el estado de salud [2].

Desde el invento hace alrededor de 150 años de la luz eléctrica, las personas pasan gran parte de su tiempo en interiores en los que la intensidad de la iluminación no se corresponde con la del exterior y, debido a las características de las luminarias, la distribución espectral que se recibe de dichas fuentes de iluminación de interiores no reproduce de manera completa la del sol [3]. La ausencia de un suficiente estímulo de luz en el momento adecuado del día puede dar lugar a una disrupción de los ciclos circadianos, la cornodisrupción. El trabajo por turnos, el jetlag, la obesidad, la diabetes, los trastornos afectivos, la demencia y las enfermedades cardiovasculares se han relacionado con los ritmos circadianos o con su alteración, en estudios epidemiológicos y en modelos animales experimentales [4].

Aunque el estudio de las fuentes de luz puede realizarse en laboratorios, en condiciones controladas, la luz que reciben los seres humanos en condiciones ambientales reales es muy diferente. Esta diferencia, debido por ejemplo, a la ubicación de luminarias, ventanas, cuadros, mobiliario, o distinción entre las condiciones de laboratorio y las reales, es también un problema para las mediciones de la radiación UV solar, la cual es un riesgo creciente para la salud, ya que las personas pasan más tiempo al aire libre, debido al aumento de los días más calurosos y soleados a causa del cambio climático. Aunque la medición de la dosis de UV es un campo más maduro, la caracterización adecuada y coherente de los dosímetros de UV solar basados en optoelectrónica sigue siendo un problema.

2. Proyecto de medición de la luz

La creciente disponibilidad de registradores de luz portátiles ha abierto la posibilidad de estudiar la exposición personal a la luz en condiciones de vida libre, en las que las personas realizan actividades cotidianas, lo que ha dado lugar a hallazgos que asocian aspectos de la exposición a la luz con resultados de salud, apoyando la importancia de una exposición adecuada a la luz en momentos apropiados, para la salud humana. Sin embargo, en la actualidad se carece de protocolos exhaustivos que capturen los factores ambientales (por ejemplo, la ubicación geográfica, la estación, el clima, el fotoperiodo) e individuales (por ejemplo, la cultura, los hábitos personales, el comportamiento, el tipo de desplazamiento, la profesión) que contribuyen a la exposición a la luz medida.

La recopilación de datos de exposición personal a la luz, junto con sus factores asociados, puede llevarse a cabo en entornos cotidianos. El siguiente paso consiste en establecer un gran conjunto de datos multicéntrico e intercultural que capture la exposición personal a la luz en todo el mundo. La falta de protocolos estandarizados que tengan en cuenta la variabilidad cultural (p. ej., hábitos, costumbres, celebraciones y normas sociales) y ambiental (p. ej., ubicación geográfica, horas de luz solar, clima, temperatura y fotoperiodo) sigue siendo un obstáculo significativo para la realización de estudios interculturales a gran escala. Las encuestas son una parte importante de esta investigación. Su uso de manera simultánea en seis países diferentes en cuanto a costumbres y lengua es un desafío significativo. Se ha desarrollado una colección estandarizada de cuestionarios multilingües, a fin de permitir una evaluación precisa de los patrones individuales de exposición a la luz en diversos entornos socioculturales. Este recurso apoyará a los investigadores en la identificación de factores de estilo de vida que promuevan una exposición saludable a la luz, lo que en última instancia guiará las iniciativas de salud pública destinadas a mejorar la salud circadiana en todo el mundo.

El consorcio del proyecto, formado por 18 entidades de 12 países, dedicadas a la investigación y el desarrollo, ha creado el proyecto de Metrología para registradores de Luz portátiles y Dosímetros de radiación óptica (MeLiDos), apoyado por EURAMED (European Alliance for Medical Radiation Protection Research) y cofinanciado por la Unión Europea a través del programa de I+D en metrología de EURAMET (The European Association of National Metrology Institutes).

El proyecto MeLiDos (22NRM05) aborda la necesidad de metodologías estandarizadas en la investigación de la exposición personal a la luz [5]. Este proyecto busca establecer protocolos para el uso de registradores de luz portátiles, armonizar los métodos de recopilación de datos y garantizar que los datos se ajusten a los principios FAIR de Facilidad de búsqueda, Accesibilidad, Interoperabilidad y Reutilización (https://www.melidos.eu/).

Los miembros del consorcio se reparten en tres grupos de trabajo con diferentes funciones del proyecto:

Grupo de trabajo 1 (WP1): Caracterización metodológica e índices de calidad.

El WP1 tiene la función de estudiar los dosímetros existentes, medidores de luz visible y UV. Para ello se han adquirido y distribuido entre los socios tres modelos diferentes de dosímetros UV solares y cuatro modelos de registradores de luz portátiles. Se han realizado pruebas iniciales sobre la respuesta espectral y direccional, la linealidad y el límite de detección, que han revelado diferencias significativas entre los modelos.

Grupo de trabajo 2 (WP2): Recomendaciones para los dosímetros de luz visible portátiles basados en estudios de casos de uso y su usabilidad.

La principal función del WP2 es la recolección de datos de campo de los dosímetros de luz visible elegidos por el WP1, junto con las encuestas que han de rellenar los participantes. Con dicha información se intentará asociar las características de intensidad y distribución espectral de la luz natural y/o artificial recibida por los participantes en cada momento del día y de la noche, con su actividad física y estado de ánimo.

Grupo de trabajo 3 (WP3): Recomendaciones para futuros desarrollos tecnológicos.

Con la información aportada por WP1 y WP2, junto con sus propias investigaciones, se identificarán los problemas de los dosímetros existentes y se realizarán recomendaciones para la caracterización de nuevos prototipos.

3. Objetivos del proyecto MeLiDos

El proyecto busca desarrollar métodos avanzados para la caracterización precisa de la radiación óptica y crear estándares para dispositivos de medición portátiles, mejorando la interpretación de la luz interior y la protección UV para el bienestar circadiano, además de redactar guías prácticas para facilitar a diversos sectores el uso correcto de la iluminación en función de la salud humana.

Objetivo 1: Desarrollar y validar nuevos métodos de caracterización y definir un conjunto validado de índices de calidad para dosímetros de radiación óptica portátiles, con enfoque en rangos.

Objetivo 2: Desarrollar métodos de análisis de datos para verificar y aumentar la calidad de los datos, así como establecer la correlación entre diferentes conjuntos de datos para mejorar la reproducibilidad y hacer más confiables las comparaciones entre dispositivos.

Objetivo 3: Analizar casos de uso de registradores de luz portátiles en función de las necesidades del usuario final y, a su vez, establecer unas recomendaciones basadas en esas necesidades sobre:

1. Modelo de (meta)datos y formatos de datos, métricas resumidas.
2. El uso práctico de registradores de luz, incluyendo la colocación del dispositivo, el cumplimiento y el control de calidad.

Objetivo 4: Evaluar el rendimiento de los dispositivos portátiles nuevos, que midan cantidades fotobiológicas resueltas espacialmente y compararlas con dispositivos de promediado espacial, para determinar su relevancia según el caso de uso.

Objetivo 5: Creación de guías de buenas prácticas de la luz buscando facilitar a múltiples sectores la evaluación sencilla de la luz interior, asegurando que cumple con los requisitos para el correcto funcionamiento circadiano. También se promoverán mejoras en la protección.

4. Proceso de desarrollo de las mediciones de luz visible

El grupo de trabajo 2 (WP2) se centra en generar recomendaciones para el uso de registradores de luz portátiles basadas en diversos casos prácticos. Esto incluye protocolos para la recopilación, verificación, análisis y cálculo de métricas de resumen de datos, a fin de facilitar la comparabilidad entre estudios y mejorar la calidad de la investigación en diversos contextos.

Para desarrollar un protocolo estandarizado que registre la exposición personal a la luz, el consorcio MeLiDos recopila datos multicéntricos y evalúa el uso óptimo de registradores de luz portátiles en diferentes posiciones corporales (p. ej., gafas, pecho, muñeca, etc.) para registrar con precisión la exposición retiniana a la luz, la principal medida de la exposición real a la luz en humanos.

El tamaño de muestra objetivo es de un mínimo de 15 participantes por centro, con el objetivo de alcanzar 30 por centro, lo que da lugar a un mínimo combinado de 90 y un objetivo de 180 participantes en todas las ubicaciones.

Todos los datos de los participantes se recopilan en el idioma original de cada país, para garantizar la relevancia cultural y la precisión de los autoinformes. El Comité de Ética Médica de la Universidad Técnica de Múnich otorgó la aprobación ética para este protocolo de investigación (2023-115-S-KK), y se obtuvieron aprobaciones éticas adicionales de cada institución local, de conformidad con los requisitos regionales.

Los meses previos a la realización de las mediciones, el objetivo principal del equipo de trabajo 2 ha sido encontrar una manera de procesar los datos de registro de luz de los sensores matriciales sin infringir, ni aparente ni realmente, la privacidad de los datos. Se han investigado varios casos de uso similares, como las cámaras para salpicadero y la visión artificial.

Todos los miembros del consorcio han adquirido los dosímetros ActLumus de Condor Instruments, seleccionados para esta campaña de recopilación de datos tras una cuidadosa evaluación. Se han impreso en 3D monturas de gafas en dos tamaños, para que los sujetos de prueba las usen y recopilen datos a la altura de los ojos.

En el período de octubre de 2024 a mayo de 2025 se han realizado las mediciones de campo de luz visible de manera simultánea en Alemania, España, Ghana, Holanda, Suecia y Turquía. Los protocolos de trabajo han sido publicados en un artículo almacenado en Medrxiv₁.

Se ha realizado una traducción simultánea en cada país, con dos empresas de traducción, realizando una comparación final entre las mismas. Cada centro investigador ha tenido que aprobar un protocolo ético por parte de la entidad a la que representa antes de comenzar el proceso de medición con los participantes. Quince es el número mínimo de participantes en cada país. Hay cuestionarios que se rellenan por los participantes en la aplicación MyCap₂ al comenzar el proceso, otros se rellenan todos los días que dura el experimento y otros al finalizar.

El período de investigación con cada participante tiene una duración de siete días. Cada uno de los participantes porta tres dosímetros; uno sujeto a la montura de una gafa, otro colgando sobre el pecho y un tercero sujeto en la muñeca. El dosímetro de la gafa es el más importante para la toma de datos de referencia, al ser el que está más cerca de la córnea. El de la muñeca es útil para obtener datos de la temperatura de la piel y la actividad motora. Los participantes seleccionados por la entidad CEU San Pablo tienen en su mayoría un mismo horario de trabajo, en el mismo edificio y con condiciones de iluminación natural parecidas. Las edades están principalmente entre los 40 y los 50 años.

5. Protocolo para la realización de encuestas

El protocolo para evaluar la exposición personal a la luz está constituido por una serie de cuestionarios [6]. Unos se rellenan el primer día del proceso de medición y en ellos se intenta analizar los hábitos diurnos y de descanso de cada participante. Todos los días se han de rellenar cuestionarios al levantarse, antes de acostarse y en otros cuatro momentos del día. Un tercer grupo de cuestionarios se rellena el último día, para valorar la experiencia personal y recabar opiniones para mejoras en futuros proyectos.

1. Evaluaciones únicas (realizadas una vez durante el estudio)
   1. Encuestas de detección
      • Cuestionario de demografía y salud: cuestionario personalizado y específico para el estudio
   2. Encuestas de admisión
      • Cuestionario de Cronotipo de Múnich (MCTQ) [7]
      • Cuestionario de mañana y tarde (MEQ) [8]
   3. Estudios de descarga
      • Evaluación del comportamiento ante la exposición a la luz (LEBA) [9]
      • Cuestionario de sensibilidad visual a la luz (VLSQ-8) [10]
      • Evaluación del entorno del sueño (ASE) [11]
      • Aceptabilidad de gafas ligeras: basado en un marco teórico de aceptabilidad (TFA) modificado [12]
      • Evaluación de gafas de luz: preguntas abiertas personalizadas y específicas del estudio
2. Evaluaciones diarias (realizadas una vez al día)
   1. Diario matutino
      • Diario de Sueño por Consenso (DSC) [13]
   2. Diarios de la tarde
      • Diario de ejercicios: cuestionario personalizado y específico del estudio sobre actividades de ejercicio diarias.
      • Diario de Bienestar: Índice de Bienestar de la OMS-5 (OMS-5) [14]
      • Diario de exposición a la luz: Cuestionario de evaluación de la exposición a la luz de Harvard modificado (mHLEA) [15]
3. A lo largo del día (según sea necesario o en momentos específicos)
   1. Condiciones actuales
      • Condiciones de luz actuales: Cuestionario de evaluación de la exposición a la luz de Harvard modificado (mHLEA) [16]
      • Estado de alerta: Escala de somnolencia de Karolinska (KSS) [17]
      • Estado de ánimo: MoodZoom [18]
   2. Registro de desgaste: cuestionario personalizado y específico del estudio sobre el uso de dispositivos portátiles.
   3. Registro de experiencias: cuestionario personalizado y específico del estudio, que captura experiencias positivas y negativas relacionadas con el protocolo.

Al traducir el contenido de la encuesta, surgieron múltiples factores lingüísticos y culturales que afectaban a la claridad de las preguntas y a la idoneidad de las opciones de respuesta. Para abordar estos desafíos, se permitió a los traductores la flexibilidad de añadir explicaciones culturalmente relevantes, para aquellos términos que pudieran carecer de equivalentes directos en otras lenguas, y se aclararon algunos términos clave en cada idioma.

6. LightLogR

La invención de la iluminación eléctrica ha llevado a la gente a pasar más tiempo en interiores durante el día y a permanecer despiertos hasta más tarde por la noche. Sin embargo, la intensidad de la luz artificial es sólo una pequeña fracción de la luz diurna (una quinta parte en un cielo nublado y mucho menos del 1% en una tarde soleada), mientras que su composición espectral difiere principalmente en la proporción de luz azul. Medida verticalmente a la altura de los ojos, y con los efectos del párpado y la dimensión de la pupila, es aún más difícil de comparar con las mediciones habituales de la luz natural. Estos fotorreceptores recién descubiertos (ipRGC) contienen un fotopigmento llamado melanopsina, sensible principalmente a la parte azul-cian del espectro de luz visible. Las células envían señales a lugares específicos del cerebro para sincronizar el reloj maestro y ajustarlo al ciclo diario de 24 horas, que a su vez transmite esta información a todo el organismo. Las implicaciones para la salud y el bienestar son de gran alcance, desde la alteración del estado de ánimo y la vigilia hasta la privación del sueño y problemas de salud más graves como las cardiopatías, los trastornos psiquiátricos y el cáncer, que pueden estar asociados a la cronodisrupción, la alteración de nuestro equilibrio fisiológico debido a una recepción inadecuada de la luz.

El desarrollo del paquete de software LightLogR ha avanzado considerablemente. Un hito importante ha sido la inclusión de todas las métricas principales utilizadas para el análisis de la exposición personal a la luz, como el tiempo por encima del umbral, las horas más brillantes/más oscuras del día y muchas más, gracias a la colaboración de Steffen Hartmeyer, de la EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana). LightLogR está disponible en la versión 0.3.6 aquí. Además, LightLogR está archivado en Zenodo, lo que permite su cita mediante DOI (Digital Object Identifier)₃ , y figura en el Portal de Identificación de Recursos de Investigación (RRID).

Parámetro
mel EDI por primera vez por encima de 250 lx	09:40	13:05
Duración del mel EDIsuperior a 250 lx	08:15	04:15
mel EDI promedio	1 635 lx	334 lx
Exposición a la luz mel EDI	39 klxh	8 klxh
mel EDI promedio de las 10 h más brillantes	3 908 lx	791 lx
Punto central de las 10 h más brillantes	14:45	17:55

7. Investigación para el futuro

El equipo de trabajo 3 (WP3) ha finalizado su investigación sobre los problemas de privacidad que plantean los registradores de luz con resolución espacial. Este análisis se basó en varios casos de uso similares, como cámaras para salpicadero, sistemas de CCTV y Google Street View.

Las estrategias de mitigación propuestas incluyen minimizar la cantidad de datos recopilados, anonimizar las imágenes de alta resolución, proteger el almacenamiento y la transferencia de datos, y poner a disposición del público los métodos de procesamiento de datos y los detalles técnicos.

Además, el equipo formuló recomendaciones para la caracterización de dispositivos con resolución espacial, basándose en el informe técnico CIE 244:2021 [19] (Caracterización de dispositivos de medición de luminancia de imágenes) y su experiencia con registradores de luz convencionales. En el ámbito técnico, el equipo continúa desarrollando métodos de gestión de datos para dispositivos basados en cámaras, como la aplicación de una corrección de coseno a las imágenes adquiridas para extraer magnitudes fotométricas equivalentes, similares a las registradas por dispositivos de promediado espacial. Asimismo, siguen explorando nueva información accesible a través de la resolución espacial, como la evaluación de la homogeneidad distributiva y la caracterización de las fuentes de luz. En términos de desarrollo, el equipo consideró diversas posibilidades tecnológicas actuales para construir un registrador de luz con resolución espacial, trabajando hacia una prueba de concepto. Se obtuvieron valiosos conocimientos de las conversaciones con el desarrollador del αΩ-meter que, según el conocimiento del consorcio, es el único registrador de luz con resolución espacial desarrollado hasta la fecha. En los próximos meses, el equipo del WP3 se centrará en el prototipado y la caracterización de dispositivos con resolución espacial.

Se han adquirido y distribuido entre los socios tres modelos diferentes de dosímetros solares UV y cuatro modelos de registradores de luz portátiles. Se están realizando pruebas en diversos parámetros, como la respuesta direccional, el rendimiento en la medición de la irradiancia solar eritematosa ponderada, la linealidad y la robustez. Los desafíos incluyen variaciones en el tiempo de integración y el acceso restringido a datos en tiempo real. Los primeros resultados se compartieron con los colaboradores en la reunión de mitad de período, en noviembre de 2024, lo que generó valiosos comentarios y debates.
Tenemos grandes ideas en desarrollo para futuras funciones, pero también estamos muy interesados en conocer qué es importante para usted, lector, al analizar datos personales de exposición a la luz. Puede contribuir a definir el futuro de LightLogR y, de paso, tener la oportunidad de ganar un premio. Por ello, hemos preparado esta breve encuesta (de unos 15 minutos) para ayudarnos a decidir los aspectos más relevantes e impactantes en los que trabajaremos próximamente.

8. Conclusiones

A pesar de la aparente posibilidad de elección de diferentes modelos de dosímetros en el mercado, solo se ha encontrado uno que reuniera las características necesarias para el proyecto. La resistencia de los dosímetros al uso diario es bastante limitada. Es necesario el desarrollo de nuevos dosímetros que suplan las deficiencias encontradas en los dosímetros existentes.

Dependiendo del enfoque de la investigación, se pueden seleccionar resultados como el rendimiento cognitivo, la salud mental y las conductas objetivo, lo que puede contribuir a un conjunto de evidencias sobre los efectos de la luz. Se pueden incorporar capas o medidas adicionales, según corresponda, a esta estructura. Se recomienda traducir los cuestionarios a los idiomas locales originales para mejorar la accesibilidad y la relevancia cultural.

Los resultados de las encuestas proporcionan datos interesantes sobre el comportamiento humano y el estado anímico, en función de la luz recibida. Los cuestionarios deben cambiar aleatoriamente el orden de las preguntas, cada día, para que no se responda a ellas rápidamente y de la misma manera todos los días.

Se han de comprobar todos los cuestionarios para asegurarse de que han sido rellenados, y también los dosímetros para comprobar que han estado activos al menos un 80% del tiempo previsto.

Financiación

El proyecto (22NRM05 MeLiDos) ha recibido financiación del Partenariado Europeo en Metrología, cofinanciado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte Europa de la Unión Europea y por los Estados participantes.

The project (22NRM05 MeLiDos) has received funding from the European Partnership on Metrology, co-financed by the European Union’s Horizon Europe Research and Innovation Programme and by the Participating States.

Notas al pie

1. Servidor gratuito de archivo y distribución en línea de manuscritos completos pero aún no publicados (preimpresiones) en ciencias médicas, clínicas y otras relacionadas con la salud (https://www.medrxiv.org/content/about-medrxiv).
2. La aplicación MyCap permite capturar datos para muchos proyectos de investigación (https://projectmycap.org/)
3. Identificador único y permanente para un elemento digital, como un artículo de revista o un libro electrónico, utilizado principalmente en el ámbito académico y editorial para citar y compartir publicaciones científicas.

Referencias

[1] Brown TM, Brainard GC, Cajochen C, Czeisler CA, Hanifin JP, Lockley SW, et al. Recommendations for daytime, evening, and nighttime indoor light exposure to best support physiology, sleep, and wakefulness in healthy adults. PLOS Biology. 2022;20(3): e3001571.

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4] Erin L. Zelinski, Scott H. Deibel, Robert J. McDonald, The trouble with circadian clock dysfunction: multiple deleterious effects on the brain and body, Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 40, March 2014, 80 e101. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24468109.

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[19] CIE 244:2021. Caracterización de los dispositivos de medición de luminancia de imagen (ILMDs) Doi:10.25039/TR.244.2021.