Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung

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1 Informationen der Strahlenschutzkommission (SSK) des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Nummer 4 (1998) Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Empfehlungen und Stellungnahmen der Strahlenschutzkommission

2 II Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung

3 Vorwort III Vorwort Die Strahlenschutzkommission (SSK) hat sich bereits in den Jahren 1990 und 1993 unter dem Eindruck der durch ultraviolette Strahlen verursachten, steigenden Inzidenz von Hautkrebserkrankungen in Form zweier ausführlicher Informationen zum Schutz des Menschen vor UV-Strahlung geäußert. Im Jahr 1996 befaßte sich die SSK im Rahmen ihrer jährlichen Klausurtagung, die als internationaler Kongreß durchgeführt wurde, mit dem Thema Environmental UV- Radiation, Risk of Skin Cancer and Primary Prevention. Auf der Grundlage der bei diesem Kongreß erzielten Ergebnisse, die als Manuskripte und aus Sicht der Kommission formulierte Zusammenfassung und Bewertung im Band 34 der Reihe Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission vorliegen, wurden die vorgenannten Informationen aus den Jahren 1990/1993, soweit sie die ultraviolette Strahlung der Sonne betreffen, aktualisiert und als neue SSK-Empfehlung verabschiedet. Diese Empfehlung Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung wird gemeinsam mit einer umfangreichen wissenschaftlichen Begründung hiermit als Heft 4 der Reihe Informationen der Strahlenschutzkommission vorgestellt. Die Kommission ist derzeit damit befaßt, entsprechende Informationen auch für künstliche UV-Strahlen, wie sie in Solarien und in der Medizin angewandt werden, zu erarbeiten. Um das Bewußtsein der Bevölkerung gegenüber den Risiken der Sonnenstrahlung zu schärfen und um auch bei Reisen ins Ausland einen einheitlichen Bewertungsmaßstab zu schaffen, hat die SSK 1995 die Einführung des einheitlichen internationalen solaren UV-Index auch in der Bundesrepublik befürwortet. Sie hat darüberhinaus zu dessen praktischer Anwendung im darauffolgenden Jahr eine Empfehlung verabschiedet und Hinweise zur Unterrichtung der Bevölkerung über die gesundheitlichen Auswirkungen / Risiken der solaren UV- Strahlung gegeben. Auch diese Empfehlungen und Hinweise sind Bestandteil des vorliegenden Heftes 4 der SSK-Informationsreihe. Zur Vervollständigung sei darauf hingewiesen, daß der UV-Index den täglichen Spitzenwert der sonnenbrandwirksamen UV-Strahlung am Erdboden beschreibt. Mit der Vorhersage des UV-Index informieren in Deutschland das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS), das Umweltbundesamt (UBA) und der Deutsche Wet- SSK-Informationen Nummer 4

4 IV Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung terdienst (DWD) die Bevölkerung über das Sonnenbrandrisiko der nächsten Tage. In den Sommermonaten werden die täglich aktualisierten Vorhersagen an die Medien weitergegeben, sie können auch z.b. über die Internet-Seiten des BfS ( abgerufen werden. Die Strahlenschutzkommission hofft, mit den hier gegebenen Informationen einen Beitrag zur Verbesserung der Aufklärung der Öffentlichkeit hinsichtlich eines verantwortungsvollen Umgangs mit der Sonnenstrahlung leisten zu können. Bonn, im März 1998 Prof. Dr. Chr. Reiners Vorsitzender der Strahlenschutzkommission Prof. Dr. E.W. Breitbart Vorsitzender der Ausschusses Nichtionisierende Strahlen der SSK

5 V Inhaltsverzeichnis Teil I: Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung I.1: Empfehlung der Strahlenschutzkommission vom 27. Februar I.2: Wissenschaftliche Begründung zur gleichnamigen Empfehlung der Strahlenschutzkommission...9 Teil II: UV-Index II.1: Einführung eines internationalen solaren UV-Index Stellungnahme der Strahlenschutzkommission vom 16. Februar II.2: Praktische Anwendung des UV-Index Empfehlung der Strahlenschutzkommission vom 25./26. April II.3: Unterrichtung der Bevölkerung über die gesundheitlichen Auswirkungen/Risiken der solaren UV-Strahlung. Anhang zur SSK-Empfehlung Praktische Anwendung des UV-Index SSK-Informationen Nummer 4

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7 Teil I.1: Empfehlung der Strahlenschutzkommission 1 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Empfehlung der Strahlenschutzkommission Verabschiedet in der 144. Sitzung am 27. Februar 1997 Erstveröffentlichung: Bundesanzeiger Nr. 98, SSK-Informationen Nummer 4

8 2 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung

9 Teil I.1: Empfehlung der Strahlenschutzkommission 3 Es ist allgemein bekannt, daß es ohne die Energie der Sonne kein Leben auf unserer Erde gäbe. Darüber hinaus liefern die Sonnenstrahlen einen wichtigen Beitrag zur Gesundheit von Körper und Seele. Es ist weit weniger bekannt, daß zuviel Sonnenbestrahlung aber genau das Gegenteil bewirken kann. Gesundheitsgefahren durch übermäßige und unbedachte Sonnenexposition gilt es zu vermeiden. Die nachstehenden praktischen Verhaltensempfehlungen zum Schutz vor der ultravioletten Strahlung der Sonne sollen nicht das maßvolle Sonnenbaden einschränken. Die Strahlenschutzkommission will damit vielmehr Hinweise zu einem sinnvollen und verantwortungsbewußten Umgang mit der Sonnenbestrahlung geben. Die Empfindlichkeit der menschlichen Haut gegenüber ultravioletter (UV-)Strahlung ist individuell verschieden. Entsprechend der Reaktion auf natürliche Sonnenbestrahlung unterscheidet man derzeit folgende Hauttypen: Hauttyp I: Immer Sonnenbrand, kaum Bräunung auch nach wiederholten Bestrahlungen Hauttyp II: Fast immer Sonnenbrand, mäßige Bräunung nach wiederholten Bestrahlungen Hauttyp III: Mäßig oft Sonnenbrand, fortschreitende Bräunung nach wiederholten Bestrahlungen Hauttyp IV: Selten Sonnenbrand, schnell einsetzende Bräunung. Prinzipiell läßt sich auch die kindliche Haut in die vorgenannten Hauttypen einteilen. Aufgrund der besonderen Empfindlichkeit der noch nicht vollständig entwickelten Haut erscheint es jedoch angebracht, diese gesondert zu behandeln. Die Haut sollte langsam an die Sonnenbestrahlung gewöhnt werden. In den ersten Urlaubstagen den Schatten aufsuchen In den Mittagsstunden (11-15 Uhr) sich nicht in der Sonne aufhalten SSK-Informationen Nummer 4

10 4 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Die Sonnenbrandwirksamkeit der Mittagssonne ist mehrfach höher als die der Vormittags- bzw. Nachmittagssonne. Beispielsweise beträgt die Zeit bis zum Erreichen der Hautrötung der ungeschützten und nicht lichtgewöhnten Haut beim Hauttyp II im Sommer in Mitteleuropa um die Mittagszeit ungefähr 20 Minuten (im Mittelmeerraum deutlich weniger). Die Bräunungswirksamkeit der indirekten, gestreuten und reflektierten ultravioletten Strahlung - beispielsweise im Schatten - ist zur Mittagszeit so groß, daß eine Bräunung auch ohne eine direkte Sonnenbestrahlung erreicht wird. Beim Sonnenbaden sowie bei sportlichen und beruflichen Aktivitäten im Freien sollten sich etwaige Schutzmaßnahmen nach der aktuellen Sonneneinstrahlung (UV-Index) richten. Zur Einschätzung der Sonnenbrandwirksamkeit kann der sogenannte UV-Index herangezogen werden, der in den Sommermonaten regelmäßig über die Medien verbreitet wird. Dieser Index spiegelt die höchste am Boden zu erwartende sonnenbrandwirksame Bestrahlungsstärke eines Tages wider. Ein hoher UV-Index besagt eine hohe Sonnenbrandwirksamkeit der Sonnenstrahlung. Das Sonnenbrandrisiko ist außerdem vom Hauttyp abhängig. Die zu ergreifenden Schutzmaßnahmen sollten vom aktuellen UV-Index abhängig gemacht werden. Es ist außerdem zu beachten, daß insbesondere beim Winterurlaub im verschneiten Gebirge das Sonnenbrandrisiko durch Strahlungsreflexion erhöht sein kann. Der beste Sonnenschutz ist mit Kleidung, Hut und Sonnenbrille zu erreichen. Diesem textilen Sonnenschutz ist vor allen anderen der Vorzug zu geben. Durch sommerliche Textilien (z. B. T-Shirts aus Baumwoll- oder Baumwollmischgewebe) können hohe Lichtschutzfaktoren erreicht werden, abhängig vor allem von der Webdichte der Stoffe. Nasses Gewebe ergibt nur noch einen etwa auf die Hälfte reduzierten Lichtschutz. In einigen Fällen werden bereits Textilien angeboten, die durch eine spezielle Ausrüstung mit UV-Filtern bei hohem Tragekomfort maximalen Schutz gegen Sonnenbrand gewährleisten.

11 Teil I.1: Empfehlung der Strahlenschutzkommission 5 Die sogenannten Sonnenterrassen des Körpers (Glatze, Nasenrücken, Ohren, Unterlippe, Kinn, Schultern, Rücken, Brüste, Gesäß und Fußrücken) sind extrem sonnenbrandgefährdet und sollten daher besonders geschützt werden. Auch der Schutz der Augen ist von großer Wichtigkeit, da eine erhöhte UV-Exposition zu Augenschäden, wie z. B. Linsentrübung oder Schädigung der Netzhaut, führen kann. Die von Kleidung nicht bedeckten Hautpartien sollten mit Sonnenschutzmitteln, die im UV-A- und UV-B-Bereich filtern, geschützt werden. Die Benutzung eines Sonnenschutzmittels ist kein Freibrief für eine exzessive Besonnung. Sonnenschutzmittel sollten mindestens 30 Minuten vor der Besonnung aufgetragen werden. Für nicht lichtgewöhnte Haut sollten Mittel mit Lichtschutzfaktoren von 15 und mehr Verwendung finden. Auch beim Baden sollten Textilien oder wasserfeste Lichtschutzmittel verwendet werden, da Wasser keinen UV-Schutz bietet. Aus Sicherheitsgründen sollten nach dem Baden auch sog. wasserfeste Lichtschutzmittel erneut aufgetragen werden. Da Sonnenschutzmittel zum Schutz empfindlicher Haut entwickelt wurden, macht der Gebrauch von Sonnenschutzmitteln allein zur Verlängerung der Aufenthaltszeit in der Sonne die Vorteile der Anwendung dieser Mittel wieder zunichte. Zwar filtern alle Sonnenschutzmittel den kurzwelligen UV-B-Bereich, aber nicht alle Sonnenschutzmittel bieten einen ausreichenden Schutz vor der langwelligen UV-A- Strahlung. Als Faustregel gilt, daß der Wert des Lichtschutzfaktors doppelt so hoch sein sollte wie der UV-Index. Es sollten nur Lichtschutzmittel mit einer vollständigen Angabe der Inhaltsstoffe und der herausgefilterten UV-Bereiche (UV-A bzw. UV-B) verwendet werden. Es kann beim Gebrauch von Lichtschutzmitteln zu allergischen Reaktionen (mit und ohne Lichteinfluß) kommen. Derartige Produkte sollten dann von einer betroffenen Person nicht weiter verwendet werden. SSK-Informationen Nummer 4

12 6 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Beim Sonnenbaden sollte auf die Verwendung von Parfüms, Deodorants und Kosmetika verzichtet werden. Auch bei der Anwendung von Parfüms, Deodorants und Kosmetika kann es in Verbindung mit UV-Strahlung zu allergischen Reaktionen kommen. Eine weitere mögliche Folge sind bleibende, fleckige Pigmentierungen. Wer Medikamente einnimmt, sollte vor dem Sonnenbaden den behandelnden Arzt befragen. Bestimmte Medikamente erhöhen die Lichtempfindlichkeit der Haut, die zu starken Haut- und Allgemeinreaktionen führen kann. Ein Sonnenbrand sollte stets vermieden werden. Insbesondere für Kinder und Jugendliche ist die Vermeidung von Sonnenbränden (durch intensiven, am besten textilen Sonnenschutz) wichtig. Selbst die leichteste Form des Sonnenbrandes, eine schmerzlose Hautrötung, kann die Ursache für spätere Hautschäden sein. Die Anzahl der jährlichen Sonnenbäder sollte begrenzt werden. Um das Risiko zu minimieren, sollte sie etwa 50 pro Jahr nicht überschreiten. Unter einem Sonnenbad wird hier eine UV-Bestrahlung größerer Körperflächen in der Freizeit und bei beruflicher Tätigkeit mit einer Dauer und Intensität verstanden, bei der eine sichtbare Hautrötung gerade nicht auftritt. Es wird emp-

13 Teil I.1: Empfehlung der Strahlenschutzkommission 7 fohlen, sich nicht häufiger als etwa 50 mal pro Jahr einer solchen UV- Bestrahlung auszusetzen (Bestrahlung durch Sonne und Solarien zusammengezählt). Bei entsprechend kürzeren Bestrahlungszeiten sind häufigere Besonnungen akzeptabel. Eine sogenannte Vorbräunung durch UV-A-Bestrahlungsgeräte in Solarien bietet keinen Schutz vor einem Sonnenbrand durch natürliches Sonnenlicht. SSK-Informationen Nummer 4

14 8 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung

15 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 9 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Wissenschaftliche Begründung zur gleichnamigen Empfehlung der Strahlenschutzkommission Stellungnahme der Strahlenschutzkommission Verabschiedet in der 145. Sitzung am 24. April 1997 SSK-Informationen Nummer 4

16 10 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung

17 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 11 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Solare UV-Strahlung in der Atmosphäre Wege der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre Sonnenhöhe Ozon Wolken Aerosole Albedo Variabilität der UV-Strahlung Zeitliche Variabilität Höhenabhängigkeit der UV-Bestrahlung Globale Unterschiede UV-Strahlung unter Wasser Meßgeräte Biologische Wirkungen von UV-Strahlung DNA-Schäden Wirkung auf Proteine Apoptose (programmierter Zelltod) Durchblutung Pigmentierung Gesundheitliche Wirkungen von UV-Strahlung Positive Wirkungen von UV-Strahlung Wirkungen auf die Haut Akute Wirkungen Chronische Wirkungen Wirkungen auf das Immunsystem Wirkungen auf das Auge...33 SSK-Informationen Nummer 4

18 12 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung 5 Hautkrebserkrankungen Malignes Melanom Basalzellkarzinom und Plattenepithelkarzinom UV-Index Anforderungen an den Sonnenschutz Verhaltensanpassung Kleidung, Hut und Brille Chemische Sonnenschutzmittel Literatur Anhang Stoffe und Arzneimittel, die die Lichtempfindlichkeit der Haut erhöhen und phototoxische bzw. photoallergische Reaktionen auslösen können (Auswahl) Immunsuppressive Wirkung von UV-Strahlung Ätiologie von Hautkrebs...66

19 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 13 1 Einleitung Die Strahlenschutzkommission beobachtet mit Sorge die durch ultraviolette Strahlung, kurz UV-Strahlung, verursachte Zunahme akuter und chronischer Hautschäden, insbesondere die Zunahme von Hautkrebserkrankungen. Ultraviolette Strahlung ist wie die sichtbare Strahlung Teil des elektromagnetischen Spektrums. Entsprechend der Wellenlänge wird die UV-Strahlung in die Bereiche UV-A, UV-B und UV-C unterteilt (vgl. Abb. 1-1). Die UV-C-Strahlung wird vollständig durch den in der Atmosphäre vorhandenen Sauerstoff und durch Ozon absorbiert, während die UV-B-Strahlung weniger effektiv und die UV-A- Strahlung in noch geringerem Maße von der Atmosphäre zurückgehalten werden (vgl. Abb. 1-2). Abb. 1-1: Spektrale Zusammensetzung der UV-Strahlung des Sonnenlichts; Wellenlängen in Nanometer (nm) Ein Teil der in den letzten Jahrzehnten zu beobachtenden dramatischen Zunahme der Hautkrebserkrankungen ist durch die erhöhte UV-Exposition erklärbar, die auf ein geändertes Freizeit- und Sozialverhalten großer Teile der Bevölkerung zurückzuführen ist. Hierbei kommt der weitverbreiteten Auffassung, daß braun mit schön und gesund gleichzusetzen sei, eine besondere Rolle zu. Dieses derzeitige Schönheitsideal führt zu gezielter, ausgiebiger Sonnenexposition ( Sonnenbaden ) nicht nur in der Freizeit, sondern in noch stärkerem Maße während der Urlaubszeit. Andererseits soll die positive Wirkung der Sonne auf den Körper (z.b. die Notwendigkeit von Sonnenbestrahlung für die Vitamin SSK-Informationen Nummer 4

20 14 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Abb. 1-2: Wege der UV-Strahlung von der Sonne bis zur Haut D3-Bildung, für die schon eine zehnminütige Sonnenexposition pro Tag ausreicht) und auf die Seele des Menschen nicht vergessen werden. Für einen sinnvollen Umgang mit der Sonne, der es der Bevölkerung ermöglicht, diese positiven Eigenschaften zu nutzen, ohne sich einem erhöhten Hautkrebsrisiko auszu-

21 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 15 setzen, ist es daher notwendig, die Tatsache der biologischen Wirksamkeit und die infolgedessen bestehenden Risiken der Sonnenbestrahlung zu kennen. Da in der Bevölkerung ein großes Informationsdefizit hinsichtlich des Schutzes der Haut vor UV-Bestrahlung durch die Sonne besteht, hat die Strahlenschutzkommission bereits in den Jahren 1990 und 1993 ausführliche Informationen zum Schutz des Menschen vor UV-Strahlung herausgegeben [SSK 90, 93]. Diese Empfehlungen werden hiermit in vervollständigter und überarbeiteter Fassung aktualisiert. Um der Bevölkerung eine genauere Einschätzung der aktuellen UV- Belastung zu ermöglichen, wird inzwischen über die Medien ein vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS), vom Deutschen Wetterdienst (DWD) und vom Umweltbundesamt (UBA) ermittelter UV-Index verbreitet, der ein Maß für die Sonnenbrandwirksamkeit der auf die Erde gelangenden UV-Strahlung darstellt. In die praktischen Hinweise zu Vorsorgemaßnahmen wurde daher die Nutzung des UV-Index mit einbezogen. Der nachfolgende Dokumentationsteil faßt die wissenschaftlichen Erkenntnisse über die Wirkung der UV-Strahlung auf die Haut einschließlich der Risiken und Ursachen der Hautkrebsentstehung zusammen und begründet damit die Schutzempfehlungen. Berücksichtigt ist auch die in den letzten Jahrzehnten beobachtete Abnahme der Ozonschicht. Aus langjährigen Meßreihen ist bekannt, daß das Gesamtozon über Deutschland zwischen 1979 und 1994 durchschnittlich um 0,5% pro Jahr abgenommen hat. Eine besonders starke Reduktion wird seit 1992 beobachtet. Die dadurch zu erwartende Zunahme von UV-B- und UV-A- Strahlung an der Erdoberfläche kann sich schädigend auf Menschen, Tiere und Pflanzen auswirken. 2 Solare UV-Strahlung in der Atmosphäre 2.1 Wege der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre Im Prinzip sind die physikalischen Wechselwirkungsprozesse, die den Durchgang der UV-Strahlung in der Atmosphäre bestimmen, bekannt. Die von der Sonne ausgesandte UV-Strahlung unterliegt vielfältigen Absorptions- und Streuprozessen, bevor sie die Erdoberfläche erreicht. Abb. 2-1 stellt schematisch die wichtigsten Prozesse dar, die den Strahlungstransfer in der Atmosphäre bestim- SSK-Informationen Nummer 4

22 16 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung men. Die Bedeutung dieser Prozesse hängt von der Wellenlänge ab. Man unterscheidet 3 Bereiche (vgl. auch Abb. 1-1): UV-C: nm, UV-B: nm, UV-A: nm. UV-B-Strahlung, wie auch geringe Teile der UV-A-Strahlung, werden durch stratosphärisches und troposphärisches Ozon teilweise absorbiert. Außerdem wird die UV-Strahlung von Schwebeteilchen in der Luft (Aerosolen) und Wolken gestreut oder absorbiert sowie an Luftteilchen gestreut; durch die Streuung wird die UV-Strahlung zum Teil in den Weltraum reflektiert. Infolge der großen natürlichen Variabilität dieser Prozesse ergibt sich auch eine große Variabilität der UV-Strahlung an der Erdoberfläche. Kenntnisse über die spektrale Bestrahlungsstärke im UV-Bereich und ihre Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie Sonnenhöhe, Ozonkonzentration, Wolken, Aerosole und Albedo (Reflexion an der Erdoberfläche) sind daher unabdingbare Voraussetzung, um die Wirkung auf die Biosphäre, und damit auch auf den Menschen, verstehen und die Folgen einer Zunahme der UV-Strahlung quantitativ abschätzen zu können. Abb. 2-1: Wege der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre (exemplarisch für den Raum Garmisch-Partenkirchen)

23 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 17 Zur Abschätzung der Wirkung der UV-Strahlung wird meistens die Bestrahlungsstärke, bezogen auf eine ebene Fläche, verwendet. Für viele Anwendungsfälle reicht die Kenntnis der Bestrahlungsstärke (von Sonne und Himmel) aus. Menschen, Tiere und Pflanzen besitzen allerdings teilweise eine kompliziertere Empfangsgeometrie, die durch die Bestimmung der Bestrahlungsstärke auf eine nach oben gerichtete ebene Fläche oft nur unzureichend erfaßt wird (z. B. bei Schnee). Die Streuung der UV-Strahlen an Luftteilchen (sog. Rayleighstreuung) bewirkt, daß der (nicht gestreute) Direktanteil der UV-B-Strahlung höchstens 50% beträgt; in den Vormittags- und Nachmittagsstunden ist der Direktanteil sogar noch wesentlich geringer. Das bedeutet, daß der Großteil der UV-Strahlung als Himmelsstrahlung (indirekte Bestrahlung) auftritt. Daraus ergibt sich u.a., daß eine Bräunung auch im Schatten möglich ist Sonnenhöhe Die wichtigste Einflußgröße auf die UV-Bestrahlung ist die Sonnenhöhe [Iqb 86]. Allgemein gilt, daß die spektrale Bestrahlungsstärke (Summe aus direkter Strahlung und Himmelstrahlung) mit zunehmender Sonnenhöhe stark zunimmt. Aufgrund der Abhängigkeit von der Sonnenhöhe ändert sich die spektrale Bestrahlungsstärke im UV-Bereich auch mit der Tageszeit, der Jahreszeit und der geographischen Länge und Breite. Ihre Zunahme mit der Sonnenhöhe ist wellenlängenabhängig und um so größer, je kürzer die Wellenlänge ist. Dies bedeutet, daß die UV-B-Strahlung mit zunehmender Sonnenhöhe gegenüber der sichtbaren Strahlung überproportional ansteigt. Der Einfluß der Sonnenhöhe auf die UV-Bestrahlung ist so stark, daß man mindestens 60% der UV-Tagesdosis vermeidet, wenn man sich zwischen 11 und 15 Uhr nicht der Sonnenstrahlung aussetzt Ozon Die an der Erdoberfläche ankommende UV-Strahlung fällt aufgrund der Absorption der UV-Strahlung durch das atmosphärische Ozon zu kurzen Wellenlängen hin stark ab. Die UV-C-Strahlung wird vom Sauerstoff und vom Ozon nahezu vollständig absorbiert, während die UV-A-Strahlung fast nicht vom Ozon beeinflußt wird. Hinsichtlich der solaren UV-Strahlung und der Ozonabsorpti- SSK-Informationen Nummer 4

24 18 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung on ist vor allem das Gesamtozon, also die Menge des Ozons in einer vertikalen Luftsäule, entscheidend. Das stratosphärische Ozon besitzt eine charakteristische, jahreszeitliche und breitenabhängige Verteilung [Har 95]. Aufgrund des höheren Gesamtozons im Frühjahr ist im allgemeinen bei gleicher Sonnenhöhe in dieser Jahreszeit eine geringere UV-Bestrahlung zu erwarten als im Sommer. Die starken Ozonverluste, insbesondere über der Antarktis, führen allerdings inzwischen zu signifikanten Abweichungen von dieser Regel [Sec 95]. Die Bestrahlungsstärke im UV-B-Bereich ist auch bei gleicher Sonnenhöhe breitenabhängig, da das Gesamtozon zum Äquator hin stark abnimmt Wolken Ein wichtiger und vielfach in der Bedeutung unterschätzter Faktor für die solare UV-Bestrahlung ist die Bewölkung. Dabei hängt die spektrale Bestrahlungsstärke vom Wolkentyp ab. In der Regel führt die Anwesenheit von Wolken zu einer Abnahme der spektralen Bestrahlungsstärke am Boden [Bai 93]. Durch die Reflexion von Sonnenstrahlung an Wolken können bei teilweise bewölktem Himmel höhere Bestrahlungsstärken auftreten als bei wolkenlosem Himmel Aerosole Feinste Schwebeteilchen in der Luft (Aerosole) können die UV-Bestrahlungsstärke reduzieren. Es ist bekannt, daß Aerosole im UV-Bereich stark auf die direkte Sonnenstrahlung wirken. Die Reduktion der UV-B-Strahlung durch Aerosole liegt nach Modellrechnungen je nach Beschaffenheit (insbesondere Rußanteil), Größenverteilung und Menge zwischen 5 % und 18 % [Mad 91, Sec 93] Albedo Die Reflexion der Strahlung an der Erdoberfläche (Albedo) und die nochmalige Streuung der rückreflektierten Strahlung an den darüberliegenden Luftmassen führt zu einer Erhöhung der Bestrahlungsstärke am Erdboden. Die Albedo ist im UV-B-Bereich für die meisten Oberflächen eher gering [Ben 72, Blu 88]. Im Fall von schneebedeckten Oberflächen kann die auf einen Menschen einfallende UV-Dosis jedoch um ein Vielfaches erhöht werden. Besonders beachtet wer-

25 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 19 den muß daher die UV-Exposition im Frühjahr und Sommer im Hochgebirge, da hier eine Kombination aus großer Sonnenhöhe und Albedo die individuelle Exposition drastisch verstärken kann. Durch eine Reflexion der UV-Strahlen an Wasseroberflächen kann es zu einer Erhöhung der UV-Exposition (z. B. am Strand) kommen. Diese ist jedoch klein gegenüber der Überhöhung durch Schnee. Die Erhöhung der UV-Strahlung an Wasserflächen ist dennoch zu beachten, da sich insbesondere in den Sommermonaten, in denen die solare UV-Bestrahlung besonders hoch ist, viele Menschen in ihrer Freizeit am Wasser aufhalten. 2.2 Variabilität der UV-Strahlung Für viele Studien über die Wirkung der UV-Strahlung auf den Menschen (aber auch auf Tier und Pflanze) werden Informationen über die geographische Verteilung der UV-Strahlung am Erdboden und deren zeitliche Variabilität benötigt. Obwohl in den letzten Jahren neue Erkenntnisse über die Variabilität der UV-Strahlung gesammelt werden konnten, sind die bisherigen Messungen zu kurz und wurden noch nicht mit einer ausreichend dichten räumlichen Überdekkung durchgeführt, um eine allgemeine und weltweite UV-Klimatologie zu ermöglichen Zeitliche Variabilität Die zeitliche Variabilität der UV-Strahlung wird bestimmt durch die Variabilität der wesentlichen Einflußparameter: Sonnenhöhe, stratosphärische und troposphärische Ozonkonzentration, Wolken und Aerosole. Die bisherigen Meßreihen sind jedoch immer noch viel zu kurz, um einen Trend der UV-Strahlung ableiten zu können [Sec 97]. Viele Meteorologen gehen davon aus, daß zur Ableitung dieses Trends ein Meßzeitraum von mindestens 30 Jahren benötigt wird. Um Änderungen der UV-Bestrahlung zu ermitteln, kann man jedoch die Bestrahlungen einzelner Jahre miteinander vergleichen [Sec 94]. Basierend auf dieser Methode zeigt das Jahr 1993 für Deutschland eine deutliche Zunahme der UV-Bestrahlung gegenüber 1992; dies gilt auch für die Folgejahre. Diese Zunahme ging mit einer gleichzeitig gemessenen Ozonreduktion einher [Boj 93]. SSK-Informationen Nummer 4

26 20 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Höhenabhängigkeit der UV-Bestrahlung Neuere Untersuchungen zeigen, daß die Zunahme der Bestrahlungsstärke mit der Höhe eine große Variabilität aufweist, die hauptsächlich durch Bewölkung und troposphärische Ozonkonzentration verursacht wird. Diese Messungen ergaben, im Einklang mit vorliegenden Modellrechnungen, daß die erythemwirksame Bestrahlung im Bereich zwischen 10 und 40 % pro 1000 Höhenmeter zunehmen kann [Sec 97]. Trotz der bisher nur für relativ kurze Beobachtungszeiträume vorliegenden Daten kann man schließen, daß die Zunahme der spektralen UV-Bestrahlung mit der Höhe nicht mit einer einfachen Faustregel beschrieben werden kann Globale Unterschiede In vergleichbaren Breiten der Südhalbkugel ist UV-Bestrahlung wesentlich höher als auf der Nordhalbkugel. Dafür ist im wesentlichen der Unterschied in der Gesamtozonsäule verantwortlich [Sec 92]. Man kann davon ausgehen, daß die Luftverschmutzung zu einer wesentlichen Reduktion der UV-Bestrahlung in Deutschland führt. Es wurde außerdem festgestellt, daß die mittlere erythemwirksame UV-Bestrahlung im Sommer auf der Südhalbkugel bei vergleichbarer Breite ca. 40% über der in Deutschland liegt. Die Veränderungen der Ozonschicht ( Ozonloch ) haben dazu geführt, daß selbst am Südpol die mittlere UV-Bestrahlung in den Sommermonaten inzwischen höher als in Deutschland ist UV-Strahlung unter Wasser Es ist ein weit verbreiteter Irrtum, daß die UV-Strahlung nicht in Wasser eindringen kann. Sauberes Wasser ist im Gegenteil für die solare UV-Strahlung sehr durchlässig. Dennoch ergibt sich unter Wasser meist eine Verminderung der UV-Exposition. Dies liegt in erster Linie daran, daß die Wasseroberfläche die UV-Strahlung insbesondere bei flachen Einfallswinkeln stark reflektiert. Erhebliche Verminderungen der UV-Bestrahlung können auch in stark getrübtem Wasser (z.b. in einem Moorweiher) auftreten. Aus diesen Gründen ist die Frage, wie stark die Schwächung der UV-Strahlung unter Wasser ist, nicht allgemein beantwortbar [Boo 96]. Vielmehr hängt die tatsächliche Schwächung sowohl von den geometrischen Faktoren (z. B. Son-

27 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 21 nenstand und Wellengeometrie) als auch von der Gewässerzusammensetzung (z. B. organischem Material) ab. Darüberhinaus ist die Eindringtiefe (z. B. beschrieben durch die Tiefe, nach der die UV-Bestrahlung um 90% abgeschwächt ist) stark von der Wellenlänge abhängig. Die in der Literatur angegebenen Werte für die Eindringtiefe bei 310 nm reichen von 8 cm bis 20 m. Die meisten Messungen ergaben weit größere Eindringtiefen für den UV-A-Bereich (bis zu 100 Meter). 2.3 Meßgeräte Die wesentlichen Gründe, warum Messungen der UV-Bestrahlungsstärke durchgeführt werden, sind die Bestimmung von langjährigen Trends, die Information der Bevölkerung über aktuelle Meßwerte, die Erarbeitung einer UV-Klimatologie (Abhängigkeit der Bestrahlungsstärke vom Ort und deren natürliche Variation an diesem Ort) und die Überprüfung von Strahlungsmodellen. Um genaue Messungen der solaren UV-Strahlung durchführen zu können, müssen Meßgeräte hohen Anforderungen genügen. Es existieren derzeit noch keine geeigneten UV-Meßgeräte zur individuellen Anwendung, die eine zuverlässige Bestimmung der UV-Strahlung und ihrer biologischen Wirksamkeit ermöglichen. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Instrumentenklassen, mit denen biologisch wirksame solare UV-Strahlung bestimmt werden kann. Das sind zum einen breitbandig messende Geräte, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit eine der biologischen Wirkungsfunktionen nachahmen, zum anderen spektral hochauflösende Spektralradiometer. 3 Biologische Wirkungen von UV-Strahlung Wenn UV-Strahlung auf die Körperoberfläche trifft, so dringt diese in die Haut ein. Hier ergeben sich Wechselwirkungen mit der Haut und ihren photosensiblen Bestandteilen (DNA, Proteine, Melanin und andere photosensible Moleküle), die zu einer Abschwächung der Strahlung führen. Diese Wechselwirkungen tragen nach einer Reihe photophysikalischer und photochemischer Reaktionen zu einer Veränderung der biologischen Eigenschaften relevanter Moleküle bei. SSK-Informationen Nummer 4

28 22 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Die biologische Wirkung der UV-Strahlung nimmt mit zunehmender Eindringtiefe in die Haut aufgrund spezifischer, von der Wellenlänge der Strahlung abhängiger Interaktionen ab (Abb. 2-1, 3-1). Die kurzwellige UV-B-Strahlung ( nm) wird stärker abgeschwächt als die längerwellige UV-A-Strahlung ( nm). Abb. 3-1: Wirkung der UV-Strahlung auf die Haut

29 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung DNA-Schäden Die UV-Strahlung des Sonnenlichts kann von der Erbinformation tragenden Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Hautzellen direkt absorbiert werden (hauptsächlich UV-B, zu geringen Anteilen UV-A). Sie kann ihren Einfluß aber auch indirekt über UV-A-erzeugte molekulare Spezies (wie z.b. reaktive Sauerstoffverbindungen, O 2 * ausüben, die dann ihrerseits mit dem DNA-Molekül interagieren. Die hierbei hervorgerufene Ausbildung unspezifischer chemischer Bindungen oder die Entstehung von DNA-Strangbrüchen stellen die Grundlage für gravierende Schäden in der Erbinformation der Zelle dar (vgl. Abb. 3-2). Neue- Abb. 3-2: DNA-Schäden durch UV-Strahlung SSK-Informationen Nummer 4

30 24 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung ste Erkenntnisse zeigen, daß die Wirksamkeit von UV-A-Strahlung für die Induktion mutagener Schäden an der DNA bisher deutlich unterschätzt wurde [Sag 96]. Die Zelle besitzt molekulare Reparatursysteme, die darauf gerichtet sind, u.a. UV-induzierte DNA-Schäden in der Zelle beseitigen. Diese arbeiten jedoch nicht immer fehlerfrei oder sind durch angeborene genetische Faktoren fehlreguliert. Durch fehlerhaft reparierte oder irreparable UV-induzierte DNA-Schäden in speziellen Genen kann es daher auch zu einer UV-induzierten Mutation der Erbinformation kommen. Hieraus können dauerhafte Schäden resultieren, die dazu beitragen, daß im Laufe des Lebens das Risiko für die Ausbildung einer Hautkrebserkrankung (Basalzellkarzinom, Plattenepithelkarzinom, malignes Melanom) zunimmt. Verantwortlich für die Karzinomentstehung sind, nach dem heutigen Stand der Erkenntnis, vor allen Dingen Mutationen in solchen Genen, die die Zellteilung regulieren (s. Anhang 9.3). 3.2 Wirkung auf Proteine Die Absorption von UV-Licht durch Proteine kann von erheblicher Bedeutung für die Regulation zellulärer Prozesse in den Zellen der Haut sein. Hierbei spielen vor allen Dingen solche Proteine in der Zellmembran eine Rolle, von denen angenommen wird, daß ihre (teilweise noch unbekannte) UV-induzierte Modifizierung zu schnellen Veränderungen der Signaltransduktion in die Zelle führt. Durch diese Signale können andere wichtige intrazelluläre Proteine (wie z. B. Transkriptionsfaktoren) in ihrer Funktion reguliert werden, so daß es zu einer UV-gesteuerten Produktion bestimmter (oft für die Zellteilung) wichtiger zellulärer Faktoren kommt [Rah 94]. Im Fall der UV-Wechselwirkung mit Bindegewebszellen (Fibroblasten) kommt es zu bestimmten Beeinflussungen, die zu einer verminderten Neubildung und einem vermehrten Abbau von Kollagenfasern der Haut führen. Diese Vorgänge führen zu der bekannten schnelleren Hautalterung mit Hautverdünnung und Faltenbildung, sie kann von UV-B- und UV-A-Strahlung ausgelöst werden.

31 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung Apoptose (programmierter Zelltod) Unter bestimmten Umständen, wie z.b. der Akkumulation UV-induzierter zellulärer Schäden, kann es für den Organismus von Vorteil sein, geschädigte Zellen aus dem Gewebe durch Zellabtötung zur entfernen. Dieser programmierte Zelltod (Apoptose) kann durch UV-Strahlung in einer komplizierten Abfolge genetischer Aktivierungsprozesse und über die Zellmembran vermittelter Signaltransduktion ausgelöst werden. Dabei spielen als initiierende Ereignisse UVinduzierte DNA-Schäden (z. B. DNA-Strangbrüche) und Proteinveränderungen eine besondere Rolle. Immunzellen der Haut (z. B. T-Zellen) reagieren besonders empfindlich auf UV- Strahlung. Im Gegensatz zu den Zellen, die die Haut in ihrer Struktur aufbauen (Keratinozyten, Fibroblasten), können T-Zellen daher schon nach UV-A- bzw. UV-B-Belastung unterhalb der Erythemschwelle apoptotisch sterben. Im Gegensatz zum nekrotischen (nicht programmierten) Zelltod beginnt die Apoptose mit einer spezifischen Fragmentierung der DNA im Zellkern, worauf eine Fragmentierung der gesamten Zelle bis hin zu kleinen (noch von Membranen umgebenen) Apoptose-Körperchen erfolgt, die dann von den Geweben rückstandsfrei entsorgt werden können (vgl. Abb. 3-3). Auf dieses Phänomen wird z. B. die bekannte entzündungshemmende Eigenschaft der UV-Strahlung zurückgeführt. Höhere UV-Strahlungsdosen führen auch in den Keratinozyten der Haut zum Auftreten apoptotischer Zellen, den sog. sunburn cells, die dann vom Organismus aus dem Gewebe entfernt werden können. Treten allerdings UV-induzierte Mutationen in bestimmten, für den programmierten Zelltod verantwortlichen Genen (z. B. p53, vgl. Anhang 9.3) auf, so entfällt die regulatorische Funktion der Apoptose (Entfernung schwer geschädigter Zellen) und mögliche weitere Zellteilungen können zu einer Akkumulation des genetischen Schadens und dem damit verbundenen erhöhten Hautkrebs-Risiko führen [Nat 95, Zie 94]. 3.4 Durchblutung Bei Überschreiten einer bestimmten individuellen UV-Bestrahlungsdosis entsteht eine Rötung der Haut (Erythem), die als Sonnenbrand bezeichnet wird. Diese Rötung ist auf eine gefäßerweiternde Wirkung der UV-Strahlung (UV-A SSK-Informationen Nummer 4

32 26 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Abb. 3-3: Apoptose durch UV-Strahlung

33 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 27 und UV-B) zurückzuführen. Der Mechanismus dieser Gefäßerweiterung ist bislang nicht ausreichend geklärt. Diskutiert werden vor allem eine verstärkte Histaminfreisetzung aus dermalen Mastzellen und eine direkte UV-bedingte Schädigung dermaler Gefäßendothelien. Weiterhin wurde eine Vielzahl von entzün- Abb. 3-4: Pigmentierung der Haut SSK-Informationen Nummer 4

34 28 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung dungsassoziierten Vorgängen beobachtet, deren Beteiligung an der Gefäßerweiterung noch weitgehend unklar ist. 3.5 Pigmentierung Nach UV-Exposition wird innerhalb von wenigen Stunden das vorhandene Pigment (Melanin) in den unteren Zellagen der Epidermis durch spezielle melaninbildende Zellen (Melanozyten) gebildet. Das Melanin wird in Melanosomen zu den Keratinozyten transportiert. Die darauf folgende Ausbildung der Melaninkappe über dem Zellkern stellt über die UV-Absorption des Melanins den Schutz der Erbinformation dar. Aus einer Verlagerung des vorhandenen Melanins von den Melanozyten in die Keratinozyten resultiert die, insbesondere bei leicht bräunenden Menschen erkennbare, Sofortpigmentierung. Gleichzeitig beginnt, bei wiederholter UV-Exposition verstärkt, eine Neubildung von Pigmenten, die zu einer langanhaltenden Pigmentierung der Haut führt (Spätpigmentierung). Als Bräunung stellt die Spätpigmentierung einen der wesentlichen Schutzmechanismen der Haut dar. Das Ausmaß der Pigmentierung ist sehr vom Hauttyp abhängig, so daß gering bräunende Menschen diesen natürlichen Schutz vor UV-Strahlung kaum entwickeln können. 4 Gesundheitliche Wirkungen von UV-Strahlung 4.1 Positive Wirkungen von UV-Strahlung Zu den positiven Wirkungen des Sonnenlichts auf den Menschen sind sicherlich die psychischen Einflüsse zu zählen. Hierbei wird das empfundene Wohlbefinden, das durch Wärme und Helligkeit hervorgerufen wird, allerdings nicht von der UV-Strahlung, sondern von Infrarotstrahlung und sichtbarem Licht vermittelt. Dieses Wohlbefinden und die damit zusammenhängenden psychosomatischen Veränderungen stehen im Mittelpunkt der positiven Wirkungen. Die UV-B-Strahlung des Sonnenlichts löst in der Haut die Produktion des Pro- Vitamin D3 aus, eine Vorstufe des Vitamin D3, welches eine essentielle Rolle

35 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 29 im Aufbau und Erhalt des Knochengewebes spielt und dessen Produktion in einigen Studien im Zusammenhang mit der Reduktion eines Risikos für Brust-, Darm- und Prostata-Krebs gesehen wird [Ain 93, Stu 95]. Allerdings reicht zur Produktion der notwendigen Mengen an Vitamin D3 schon eine Sonnenexposition von 10 Minuten pro Tag während der Alltagstätigkeiten aus. Natürliches Sonnenlicht und UV-Strahlung aus künstlichen Strahlungsquellen werden zur Behandlung von Hauterkrankungen eingesetzt. Die Abwägung des therapeutischen Nutzens und der möglichen Hautschädigung muß nach medizinischen Gesichtspunkten erfolgen. Neurodermitis und Schuppenflechte (Psoriasis) sind Hauterkrankungen, unter denen 10-20% bzw. 2-3% der deutschen Bevölkerung leiden. Diese Hauterkrankungen lassen sich vor allem mit natürlichem Sonnenlicht oder UV-B-Strahlung aus künstlichen Quellen behandeln. Die therapeutische Wirkung beruht auf der Verminderung von T-Zellen in der erkrankten Haut und einer nachfolgenden Normalisierung des gestörten Aufbaues von Epidermis und Hornschicht. Dies erklärt auch die Beobachtung, daß die meisten Menschen, die unter Neurodermitis oder Psoriasis leiden, normalerweise in den Sommermonaten weniger Hautveränderungen aufweisen als in den Wintermonaten. Für eine Vielzahl weiterer, meist entzündlicher oder juckender Erkrankungen der Haut wird vor allem die Behandlung mit Sonnenlicht oder UV-B-Strahlung genutzt. Einige Hauterkrankungen, die mit UV-B-Strahlung nicht ausreichend behandelt werden können (schwere Psoriasis, Hautlymphome u.a.), können sehr wirksam durch eine Kombination von Photochemotherapeutika (Psoralene) mit UV-A-Bestrahlung (PUVA) behandelt werden. 4.2 Wirkungen auf die Haut Akute Wirkungen Die UV-Strahlen entfalten an der Haut in Abhängigkeit von der Wellenlänge mit verschiedener Eindringtiefe unterschiedliche Wirkungen, die auf einer photochemischen Umwandlung der Strahlungsenergie beruhen. Die augenfälligste Reaktion der Haut auf UV-Bestrahlung ist die Pigmentierung. Diese Bräunung SSK-Informationen Nummer 4

36 30 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung der Haut kann, ebenso wie die Verdickung der Haut, die als Lichtschwiele nach einer UV-Bestrahlung auftritt, als Schutzmechanismus aufgefaßt werden. Überschreitet die Bestrahlung einen gewissen Grenzwert (die sogenannte Erythemschwelle), der individuell unterschiedlich hoch ist, so treten akute Schäden auf. Es kommt nach einer Latenzzeit von mehreren Stunden zur Rötung und Erythembildung der bestrahlten Haut. Wird die Erythemschwelle weiter überschritten, so entstehen Blasen und schließlich oberflächliche Hautnekrosen, d.h. das Gewebe stirbt ab. Die Wirksamkeit der UV-Strahlen nimmt in dieser Hinsicht zu kürzeren Wellenlängen hin zu und hat bei Wellenlängen unterhalb 300 nm ein Maximum, d.h. im UV-A-Bereich ist die Wirksamkeit geringer als im UV- B-Bereich. Diese Beobachtung führte zu einer Unterschätzung der Wirksamkeit von UV-A-Strahlen. In Abhängigkeit vom betrachteten Phänomen (Hautrötung, DNA-Schädigung, Mutationen etc.) kann sich das Wirkungsspektrum von UV-Strahlung verschieben. Neue Erkenntnisse zeigen, daß eine Bestrahlung im UV-A-Bereich ebenfalls zu strukturellen und genetischen Veränderungen führen kann, die sich wegen der größeren Eindringtiefe auch in den tieferen Hautschichten finden [Dro 95]. Die Empfindlichkeit der menschlichen Haut bezüglich der UV-Strahlung ist individuell verschieden. Entsprechend der Reaktion auf natürliche Sonnenbestrahlung wird in Anlehnung an FITZPATRICK [Pat 87] z. Zt. folgende Einteilung getroffen (festgelegt nach 30minütiger Exposition der ungeschützten Haut zur Mittagszeit an einem wolkenlosen Juni-Tag in Philadelphia): - Hauttyp I: immer Sonnenbrand, kaum Bräunung auch nach wiederholten Bestrahlungen - Hauttyp II: fast immer Sonnenbrand, mäßige Bräunung nach wiederholten Bestrahlungen - Hauttyp III: mäßig oft Sonnenbrand, fortschreitende Bräunung nach wiederholten Bestrahlungen - Hauttyp IV: selten Sonnenbrand, schnell einsetzende Bräunung. Neuere Daten machen es notwendig, daß der Schutz der kindlichen Haut besondere Berücksichtigung findet.

37 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 31 Weitere akute direkte Folgen einer UV-Bestrahlung können phototoxische oder photoallergische Hauterkrankungen sein. Bei der phototoxischen Dermatitis werden Substanzen unter Einwirkung von UV-Licht direkt zu entzündungsauslösenden Substanzen verändert. Bei photoallergischen Reaktionen wird eine Substanz durch UV-Strahlung chemisch aktiviert, bindet an ein Makromolekül und kann so eine Sensibilisierung hervorrufen. Hat eine Sensibilisierung stattgefunden, können allergische Reaktionen ablaufen. In beiden Fällen zeigen sich Hautveränderungen (Rötung, Schwellung, Nässen, Blasenbildung) in den belichteten Arealen. Eine Liste phototoxischer und photoallergischer Substanzen ist in Anhang 9.1 zu finden. Eine weitere direkte Folge von UV-Bestrahlung ist die polymorphe Lichtdermatose, fälschlicherweise als Sonnenallergie bezeichnet. Hierbei kommt es nach UV-Exposition im bestrahlten Areal zu verschiedenen Hautveränderungen (Rötung, Quaddeln, Papeln, Ekzeme, kleine punktförmige Einblutungen unter der Haut etc.) sowie quälendem Juckreiz. Diese Erscheinungen klingen nach Tagen bis Wochen allmählich wieder ab Chronische Wirkungen Nach jahrelanger Einwirkung von UV-Strahlen, z.b. bei beruflich stark sonnenexponierten Personen (outdoor workers), bei starker Sonnenexposition in der Freizeit, aber auch bei einer übermäßigen UV-Exposition in Solarien, kann es zu dauerhaften, irreversiblen Veränderungen und Spätfolgen an der Haut kommen. Die als chronische Lichtschäden oder auch vorzeitige Alterung der Haut bezeichneten Veränderungen erscheinen als Porenerweiterung (Follikelvergrößerung), Mitesser (Komedonen), bleibende Gefäßerweiterungen (Teleangiektasien) und Bindegewebsschädigungen mit vermehrter Faltenbildung (Atrophie) sowie Zerstörung der elastischen Fasern (solare Elastose). Zusätzlich können sonnenbedingte Verhornungsstörungen (solare Keratosen) auftreten, die als eine Vorstufe für das Plattenepithelkarzinom gewertet werden. Die Entstehung von Hautkrebs ist die weitaus schwerwiegendste Spätfolge der UV-Bestrahlung und beruht auf einer Veränderung des genetischen Materials in den Hautzellen Wirkungen auf das Immunsystem Die immunsuppressive Wirkung von UV-Strahlung ist ein seit langem bekanntes Phänomen (siehe Anhang 9.2). Untersuchungen an Probanden haben ge- SSK-Informationen Nummer 4

38 32 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung zeigt, daß vor allem kurzwellige UV-B-Strahlung immunsuppressive Wirkung haben kann [Noo 93, Goe 93]. In einzelnen Studien wurde aber auch bei langwelliger UV-A-Bestrahlung von einem negativen Einfluß auf das Immunsystem berichtet [Goe 93]. Minimale Sonnenexpositionen in der Größenordnung von 1 MED (minimale Erythemdosis; geringste Dosis, die nach ca. 8 Stunden eine Hautrötung bewirkt) können das Immunsystem nachweisbar beeinflussen und weitreichende Folgen haben. Erste Hinweise, daß das Immunsystem des Menschen eine bedeutende Rolle während der Induktion von Hauttumoren spielt, stammen aus Untersuchungen an (Organ-) Transplantations-Patienten, die Sonnenlicht in Kombination mit immunsupressiven Agenzien ausgesetzt waren [Pen 81, Hox 77]. Patienten, die eine solchen Behandlung erfahren, zeigen ein größeres Risiko für sonnenlichtinduzierte Hauterkrankungen [Boy 84, Bur 84] und weisen ein erhöhtes Risiko für die Ausbildung von Hautkrebs in UV-B-bestrahlten Hautregionen im Vergleich zu Kontroll-Gruppen auf [Slo 77]. Die Schwächung des Immunsystems kann sich besonders auf die Kanzerogenese auswirken, da auch Krebszellen nicht als entartet erkannt werden. Neben der Bedeutung der Immunsuppression für die UV-induzierte Kanzerogenese ist der Einfluß einer UV-vermittelten Schwächung des Immunsystems für die Ausbildung und Ausbreitung viral- und bakteriell-vermittelter Effekte von großem gesundheitspolitischem Interesse. In diesem Zusammenhang werden der Herpes simplex [Whe 75], die bakterielle Lepra-Infektion [Pat 91] und die Tuberkulose [Jee 89] diskutiert. Insbesondere kann der Verlauf erworbener Immunschwäche (AIDS) durch eine zusätzliche UV-vermittelte Immunschwäche verschlechtert werden [Fle 90, Zmu 90]. Die Weltgesundheits-Organisation WHO (World Health Organization) bewertet daher die Untersuchungen zur Aufklärung der Mechnismen der UV-induzierten Immunsuppression mit besonderem Gewicht [Kje 96, Rep 96a]. Trotz der Vielfalt gesammelter Daten sind die Befunde über immunsuppressive Effekte und vor allem über die zugrundeliegenden Mechanismen immer noch vorläufig und teilweise kontrovers (vgl. Anhang 9.2). Hier besteht wegen der weitreichenden gesundheitlichen und gesellschaftlichen Konsequenzen vermehrter Forschungsbedarf.

39 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung Wirkungen auf das Auge Als akute Folge einer intensiven Sonnenstrahlung können Hornhautentzündung (Photokeratitis) und Bindehautentzündung (Photokonjunktivitis) auftreten. Besonders häufig werden diese klinischen Zeichen in stark reflektierender Umgebung, wie z.b. Schnee, beobachtet. Die schwersten Fälle der Sonneneinwirkung auf das Auge manifestieren sich als sog. Schneeblindheit. Ergebnisse aus Laboruntersuchungen und epidemiologischen Studien zeigen, daß UV-Strahlung auch an den Trübungen der Augenlinse (Katarakt) beim Menschen, die zu eingeschränktem Sehvermögen führen, beteiligt ist: Der kurzwellige Anteil der UV-A-Strahlung ( nm) scheint dabei besonders wirksam. Die Katarakt ist die häufigste Ursache von Erblindungen weltweit (12-15 Millionen Fälle pro Jahr). Abschätzungen der WHO ergaben, daß ca. 20% der Katarakte (also ca. 3 Millionen Fälle pro Jahr weltweit) auf eine UV-Belastung zurückzuführen sind [Rep 96b]. Epidemiologische Studien zur Aufklärung der Beziehung zwischen altersbedingter Katarakt und chronischer UV-Exposition haben jedoch bisher widersprüchliche Ergebnisse erbracht. Diese können auf die komplexe Bestrahlungssituation des Auges zurückzuführen sein. Sie wird kompliziert durch die Tatsache, daß die Bestrahlungsstärke auf ebenen Flächen die UV-Exposition des Auges nur unzureichend beschreibt. Auch spielt die Reflexion durch den Boden (insbesondere bei Schnee) bei der UV-Exposition der Augen eine wichtige Rolle. Bedingt durch den Blinzeleffekt kann die UV-Exposition der Hornhaut und der Linse an einem dunstigen oder teilweise bewölkten Tag größer sein als an einem strahlend sonnigen Tag. Blinzeln ist ein natürlicher Schutzmechanismus, der die Exposition der Augen begrenzt, generell aber unter Bedingungen extremer Bodenreflexion nicht wirksam wird, da der Lidschlußreflex nur effektiv bei von oben einfallendem Sonnenlicht wirkt, jedoch vom Boden nach oben reflektiertes Licht nicht abschirmt. Auf molekularer und zellulärer Ebene durchgeführte Untersuchungen (z.b. an Epithelzellen der menschlichen Augenlinse) zeigen, daß sowohl UV-B- als auch UV-A-induzierte Schäden im DNA-Molekül oder an den Membranen der Zellen für das Auftreten von Katarakten verantwortlich gemacht werden können [Zig 96]. SSK-Informationen Nummer 4

40 34 Schutz des Menschen vor solarer UV-Strahlung Weitere Augenerkrankungen, für die ein Zusammenhang zur solaren Exposition angenommen wird, sind eine degenerative Veränderung der Bindehaut (Pinguecula), vergleichbar mit der aktinischen Elastose der Haut, und eine dreieckförmige Bindehautwucherung (Pterygium), die sich über die Hornhaut schiebt. Für die Risikoabschätzung liegen bislang nur unzureichend Daten vor. Vor allem durch UV-A-Strahlung und durch sichtbares Licht kann eine akute solare, nichtentzündliche Netzhauterkrankung (Retinopathie) ausgelöst werden. Sie ist das Ergebnis einer photochemischen Zerstörung des Pigmentepithels und der Photorezeptoren. 5 Hautkrebserkrankungen Hautkrebserkrankungen finden in den letzten Jahren eine zunehmende medizinische wie auch öffentliche Beachtung, die angesichts der auffallend starken Zunahme der Häufigkeit dieser Erkrankung verständlich ist. Neben dem malignen Melanom der Haut (schwarzer Hautkrebs), das vor allem wegen seiner Bösartigkeit bedeutsam ist, sind hier in erster Linie das Basalzellkarzinom und das Plattenepithelkarzinom zu nennen, die insgesamt zu den häufigsten malignen Tumoren des Menschen zählen (s. Anhang 9.3). 5.1 Malignes Melanom Obwohl kein Zweifel darüber besteht, daß UV-Bestrahlung die Hauptursache für die Entstehung des malignen Melanoms darstellt, ist der Entstehungsmechanismus noch unklar. Es werden jedoch UV-induzierte Mutationen in bestimmten Genen, die für die Zellregulation von Bedeutung sind, sowie chromosomale Instabilitäten für die Entstehung des malignen Melanoms verantwortlich gemacht. Das maligne Melanom tritt im Gegensatz zu den anderen Hautkrebsarten auch häufig an bedeckten Körperstellen auf. Am malignen Melanom erkrankt man vergleichsweise früh, im 3. und 4. Lebensjahrzehnt, gelegentlich auch früher. Zur Zeit werden in Deutschland bei Frauen und Männern ca. 8 bis 10 Neuerkrankungen pro Einwohner pro Jahr registriert, die Melanominzidenz ist steigend (s. Abb. 5-1) [Saa 95]. Dies bedeutet, daß in Deutschland etwa jeder 150. Einwohner im Laufes seines Le-

41 Teil I.2: Wissenschaftliche Begründung 35 Abb. 5-1: Entwicklung der Melanominzidenz für die Bundesrepublik Deutschland (altersstandardisiert) [Saa 95] bens am malignen Melanom erkrankt. Etwa 20% der Erkrankten versterben, Rückfallrate bzw. Metastasenbildung liegen bei 20-30%. Der unterschiedlich schnell wachsende, teils fleckförmige, teils knotige, in der Regel pigmentierte Tumor (s. Abb. 5-2) ist bei Frühbehandlung überwiegend heilbar. Unter den Risikofaktoren für das maligne Melanom werden Dispositions- und Expositionsfaktoren unterschieden. Individuen mit hellem Hauttyp (insbesondere Hauttyp I und II), mit rötlichen bzw. blonden Haaren, mit Neigung zu Sommersprossen, mit Sonnenflecken (Lentigines) und/oder multiplen Pigmentma- SSK-Informationen Nummer 4