Farbfilter und polarisierende Filter beim Schneesport

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1 24 Farbfilter und polarisierende Filter beim Schneesport Einleitung Nur selten wird man auf alpinen Skipisten Skifahrer oder Snowboarder ohne eine Sportoder Sonnenbrille beziehungsweise Skibrille antreffen. Denn zu groß sind die spürbaren Beeinträchtigungen durch Fahrtwind und Blendung. Jedoch wird von den Sportlern nur selten ein Zusammenhang zwischen gutem Sehen und der Sportausübung hergestellt. Gutes Sehen ist wesentliche Voraussetzung für sicheres, erfolgreiches und freudvolles Sporttreiben. In vielen Sportarten ist reaktives und antizipatives, also vorausschauendes Handeln auf der Basis von Informationen, die über die Augen aufgenommen werden, von Bedeutung. 1 Outdoor-Sportarten, wie zum Beispiel Skifahren, sind ohne Kontrolle durch das Sehsystem (Beobachtung der Fahrspur, Erkennen von Gefahrenstellen und Gefahrensituationen auf der Piste etc.) gar nicht oder nur sehr eingeschränkt auszuüben. Plötzlich wechselnde Schnee- oder Lichtverhältnisse sowie kontrastarme Sichtbedingungen wie zum Beispiel bei Nebel, bei Schneefall oder in der Dämmerung, stellen sehr hohe Anforderungen an die visuelle Leistungsfähigkeit und die Aufmerksamkeit. Neben einer sicheren Fahrtechnik ist deshalb gutes Sehen beim Skifahren eine wichtige Voraussetzung, um frühzeitig Gefahrenstellen und -situationen zu erkennen und Fahrfehler zu vermeiden. 5,7 Bestandsaufnahmen zur Fehlsichtigkeit im Sport zeigen, dass circa 30 Prozent aller Sporttreibenden ihren Sport fehlsichtig (d.h. ohne eigentlich erforderliche Sehhilfe oder aber mit unzureichender Korrektion) ausüben. Etwa 50 Prozent der Sportler, die im Alltag mit Fernbrille korrigiert sind, verwenden keine Korrektion bei Ausübung ihrer Sportart. Als Grund wird häufig angegeben, die Sehhilfe sei unnötig ; andere verzichten darauf, weil sie unbequem ist oder beschädigt werden könnte oder beim Sport treiben beschlägt. 3,6 Auf der anderen Seite verwenden circa 95 Prozent der Kontaktlinsenträger ihre Linsen auch beim Sport. 6 Diese hohe Compliance spricht folglich für die Kontakt linse als Korrektionsmethode der Wahl im Sport. Auch aus unfallprophylaktischer Sicht ist die Versorgung mit Kontaktlinsen sofern möglich die optimale Korrekturmethode. Diese können unter jeder Sport- und Schnee-/Skibrille problemlos g etragen werden und beschlagen bei normaler Tränenbefeuchtung nicht. Neben optimaler optischer Korrektion beim Sport kann die Wahrnehmungsleistung gerade beim Schneesport zusätzlich auch durch (Farb-)Filter-Einsatz optimiert werden. Die Farbe von Schnee Welche Farbe hat eigentlich der Schnee? Physikalisch gesehen ist die Farbe von Schnee eher Blau als Weiß. Aber Schnee wird immer als Weiß wahrgenommen. Der Schnee im Schatten reflektiert nur das blaue Himmelslicht. Im Spektrum des blauen Himmelslichts konzentriert sich die meiste Energie natürlich im kurzwelligen blauen Bereich, also in den Wellenlängen von 380 nm bis etwa 500 nm (Abb. 1a). Es ist also kein Wunder, dass auch im Spektrum von Schnee die höchsten Werte im blauen Bereich gefunden werden (Abb. 1b). Durch den hohen relativen Blauanteil des Lichtes ( Streulicht ) werden Informa tionen maskiert beziehungs weise reduziert. In einer natür lichen Umgebung werden alle Farben in Richtung Blau ver schoben. Die Farben werden entsättigt. Ein blauabschwächender Filter macht diesen Vorgang rückgängig. Farben werden wieder gesättigt. Heutzutage haben sich Blauabschwächer (sog. Blueattenuator) als kontrastverstärkende Filter im Schneesport durchgesetzt. 8-11,14,16 Diese Blauabschwächer können folglich beim Abb. 1a: Spektrale Strahlungsleistungsdichte des Himmelsblau. Abb. 1b: Spektrale Strahlungsleistungsdichte von Schnee. Abb. 2: Chromatische Aberration. Skisport bei ungünstigen, kontrastarmen Sichtverhältnissen (hoher Blaulichtanteil, Nebel, Dämmerung, diffuses Licht etc.) die Wahrnehmungsleistung verbessern, da sie den unter den oben genannten Bedingungen sehr hohen Blauanteil des Lichtes ( Streulicht ) reduzieren (vgl. Abb. 2). Blueattenuator wirken im Schnee kontrastverstärkend. Das optische System des Auges zeigt eine gewaltige chromatische Aberration (Abb. 3). Jede Farbe hat ihren eigenen Focus: kurzwelliges blaues Licht wird im dioptrischen Apparat stärker gebrochen als langwelliges Jendrusch (9) Foto: Jendrusch

2 25 Abb. 3: Transmissionskurven verschiedener Filtertypen. Die Messung der Transmissionskurven eines Brillenglases/Filters ermittelt die Lichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Durch einen Graufilter werden alle Farben gleichmäßig abgedunkelt (geringe Transmission über alle Wellenlängen). Wie auch bei den anderen gezeigten Filtern wird UV-Licht (unter 400 nm) komplett herausgefiltert. Blueattenuator oder Blauabschwächer lassen vergleichsweise wenig Blau, dafür aber mehr Grün, Gelb und Rot durch. Sie heben die warmen Farben hervor und verstärken das Kontrastempfinden (optimal zum Skifahren). Blueblocker filtern den Blauanteil vollständig heraus und heben Grün, Gelb und Rot hervor. Sie verstärken die Kontraste, können aber das im Sport wichtige periphere Sehen beeinträchtigen. rotes Licht, das heißt, Blau wird vor der Netzhaut fokussiert und Rot dahinter (Abb. 3). Der Unterschied zwischen Rot und Blau beträgt bis zu circa 3 dpt. Normalerweise wird auf Gelb akkommodiert ( scharf gestellt ). Wenn die Schneeober fläche anvisiert wird, dann breitet sich zusätzlich ein blauer Schleier ( blauer Vorhang ) auf der Netzhaut aus und setzt den Kontrast herab. Sogenannte Blueblocker (Kantenfilter; Abb. 3), die den Blauanteil des Spektrums vollständig eliminieren, sind trotz ihrer kontraststeigernden Wirkung für den Sport aber nicht zu empfehlen, da das visuelle System offensichtlich etwas Blauinformation, besonders im peripheren Sehen, benötigt. Das periphere Sehen ist gerade im Sport sehr wichtig, zum Beispiel für die Orientierung im Raum, die Gleichgewichtsregulation und die Bewegungswahrnehmung. 3,12,15 Physiologische Aspekte In der Netzhaut gibt es für das Tagessehen drei verschiedene Rezeptortypen. Sie werden S-, M- oder L-Zapfen genannt, entsprechend den Bereichen, in denen sie Licht absorbieren (Abb. 3). S steht für Short-, M für Middle- und L für Long-Wavelength. Einfacher, aber nicht ganz richtig, wird auch R, G und B verwendet. R steht für Rot, G für Grün und B für Blau. Die verschiedenen Rezeptorenarten sind nicht gleichmäßig über die Netzhaut verteilt. Die Fovea (Stelle des schärfsten Sehens) ist blaublind. Die Rezeptoren zeigen eine ausgedehnte Breitbandcharakteristik. Zum Beispiel kann der Grün-Rezeptor Licht von circa 420 bis etwa 650 nm aufnehmen und wird doch immer nur die gleiche Information weitergeben, nämlich dass er Licht eingefangen hat (Abb. 3). Sowohl der Rot- als auch der Grün- Rezeptor reagieren auf kurzwelliges Licht. Dadurch wird der Kontrast herab gesetzt: Denn Unterschiede in Objekten werden nur erkannt, wenn die Belichtungen der Rezeptoren hinreichend unterschiedlich sind. Blaues Streulicht stört also beim Farbkontrast. Das Standardfiltermaterial im Skisport ist ein Polycarbonat. Da Skibrillen in hohem Maße der UV-Strahlung ausgesetzt sind, muss ihnen ein UV-Absorber zugesetzt werden. Anderenfalls würde der Kunststoff bald eine Gelbtönung erhalten. Standardmäßig eliminiert der UV-Absorber heute alle Strahlung unterhalb von 400 nm. Die spektrale Transmission der Filter ist bis 400 nm gleich Null (Abb. 2). Neben dem rein physikalischen Effekt der Streulichtreduzierung wird die subjektiv erlebte kontraststeigernde beziehungs weise aufhellende Wirkung der Blueattenuator sowie besonders der Blueblocker aber auch dadurch verursacht, dass die oben genannten Filter die Wahrnehmung in den Gelb- Bereich des Wellenlängenspektrums verlagern. In diesem normalerweise für das Tagessehen typischen Bereich ist das Farbunterscheidungsvermögen besonders hoch. Das Gehirn verbindet mit einem hohen Gelbanteil erfahrungsgemäß optimale Wahrnehmungsbedingungen und Helligkeit. Aus der Farbverschiebung durch den Filter resultiert somit auch der subjektive Eindruck einer Aufhellung und Kontrastverstärkung, obwohl aufgrund der Lichtabsorption durch den Filter (im Vergleich ohne Filterglas) etwas weniger Licht auf die Netzhaut gelangt. Polarisierende Filter Polarisierende Filter werden bisher hauptsächlich beim Autofahren und in der Fotografie aber auch bei verschiedenen Wassersportarten, zum Beispiel beim Segeln 1 eingesetzt, um störende Reflexionen durch Sonnenlicht auszublenden. Auf der anderen Seite konnten Reichow, Citek, Erickson et al. 10 zeigen, dass der Einsatz von polarisierenden Filtern (im Vergleich zu nicht polarisierenden) keine nachweisbaren Voroder Nachteile, zum Beispiel beim Putten im Golfsport bringt. In jüngster Zeit werden nun auch im Sportfachhandel polarisierende Schnee-/Skibrillen beworben. Doch bringen diese wirklich die versprochenen (zum Teil beim Verkauf im Laden mit Hilfe von attraktiven Bildern künstlich demonstrierten) Vorteile? In einer natürlichen Umgebung gibt es zwei Möglichkeiten, polarisiertes Licht zu erhalten: a) Das Himmelslicht ist teilweise polarisiert und b) an einer Oberfläche reflektiertes Licht kann zum Teil oder sogar vollständig polarisiert sein. Schneekristalle haben normalerweise zufällig orientierte Oberflächen. Deshalb sind die notwendigen Voraussetzungen für polarisiertes Licht im Allgemeinen nicht erfüllt. Obwohl das gestreute Himmelslicht teilweise polarisiert ist, wird der Polarisationsgrad des vom Schnee reflektierten Lichtes vermindert. Eine ganz andere Situati- Fortsetzung auf Seite 26.

3 26. Fortsetzung von Seite 25 on entsteht, sobald die Schneekristalle zu einer homogenen Oberfläche verbunden sind, wie zum Beispiel bei festgefahrenen Spuren im Schnee oder bei Eisplatten/vereisten Abschnitten. Der Schnee kann dann wie ein Spiegel wirken und das Licht polarisieren. Im Allgemeinen sind Skipisten kontrastarm. Deshalb sucht das visuelle System ständig nach irgendwelchen Irregularitäten auf der Piste, die eine Orientierungshilfe darstellen könnten, wie zum Beispiel Fahrspuren oder Eisflächen. In Richtung der Sonneneinstrahlung sind beispielsweise Reflexionen vereister Pistenabschnitte gut wahrnehmbar (Abb. 5a). In Gegenrichtung also mit der Sonne im Rücken verschwinden diese Reflexionen beziehungsweise sind zumindest visuell nicht mehr wahrnehmbar (Abb. 5b). Nur bei Blickrichtung gegen die Sonne weisen die(se) Reflexionen zum Beispiel auf eisige Abschnitte als mögliche Gefahrenstellen auf der Piste hin. Das Blendlicht, das hier wichtige Informationen über das Vorhandensein von Gefahrenstellen liefert, ist stark horizontal polarisiert. Da aber die vertikale Komponente des Himmelslichts gewöhnlich stärker ist als die horizontale, wird dieser Effekt reduziert/maskiert. Die Reflexion der horizontalen Komponente würde folglich stärker sein, wenn das Himmelslicht nicht polarisiert wäre. Bei der Abfahrt auf einer Piste (vgl. Abb. 5b) sind dementsprechend die Bedingungen für polarisiertes Licht kaum erfüllt, die meisten Eisspuren bleiben verborgen. Wenn sie erkennbar sind, wäre das Licht horizontal polarisiert. Eine Ski-/Sportbrille mit einem vertikalen Polarisator würde diese Information herausfiltern/maskieren. Abb. 4: Relative Empfindlichkeit der Short- (Blau), Middle- (Grün) und Long- Wavelength- (Rot) Cones (Rezeptoren). Unterhalb von 420 nm ist die Empfindlichkeit der M- und L-Zapfen nahe bei Null. In den meisten Fällen wird ein Polarisationsfilter kaum das Erscheinungsbild der Piste ändern, da das Licht kaum polarisiert ist. Nur unter ganz bestimmten Bedingungen reduziert der Polarisationsfilter das Licht. Aber genau dann verliert der Skifahrer gegebenenfalls sogar sicherheitsrelevante Information. Ohne Pol filter sind die Spuren im Schnee oder auf Eis flächen ein wenig heller oder glitzern im direkten Sonnenlicht. Mit einem Polarisationsfilter können diese sogar unsichtbar werden. Ein Polarisationsfilter kann die Umgebung kontrastreicher erscheinen lassen, aber auf der Skipiste kann alles noch kontrastärmer werden. 11 Allerdings haben einige neue Polarisationsskibrillen einen Trick parat: Sie polarisieren im Spektrum nur bis zum Anfang des roten Bereiches, also bis etwa 600 nm. Normalerweise wird der starke horizontal polarisierte Reflex einer Eisplatte von der vertikal polarisierenden Skibrille nicht durchgelassen. Wenn aber die Skibrille im langwelligen roten Bereich selbst keine Polarisationswirkung hat, dann kann auch das horizontal polarisierte rote Licht der Eisplatte durch den Filter hindurch. Die Eisplatte erscheint rot. Aber dafür muss sie schon sehr stark reflektieren. Allgemein gilt aber dennoch: Auf der Skipiste könnte ein Polarisator eher als Schlechtwettersimulator eingesetzt werden. Diskussion/Fazit Grundsätzlich sollte der hohe Blauanteil im natürlichen Spektrum für optimales Ski- und Snowboardfahren reduziert werden. Blauabschwächer reduzieren das blaue Licht und Rottöne werden hervorgehoben. Blueblocker, die den Blauanteil des Spektrums total eliminieren, sind allerdings nicht zu empfehlen, da das visuelle System offensichtlich etwas Blauinformation, besonders im peripheren Sehen, braucht auch für die Gleichgewichtsregulation/Bewegungskoordination. Ein zusätzlicher Polarisationsfilter kann zwar die Umgebung kontrastreicher erscheinen lassen, aber auf der Skipiste kann alles noch kontrastärmer werden (sicherheitsrelevante Informationen können sogar maskiert werden). Ferner zeigt die nach wie vor hohe Quote von fehlsichtig beziehungsweise unkorrigiert Abb. 5a: Bergauf-Blick gegen die Sonne Das polarisierte Licht der vereisten Pistenabschnitte ist sichtbar. Abb. 5b: Bergab-Blick (zur gleichen Zeit wie bei Abbildung 5a) hangabwärts mit der Sonne. Kein polarisiertes Licht, nur sehr geringe Kontraste auf der Piste.

4 fahrer muss beispiels weise Bodenunebenheiten wie Buckel oder Mulden oder schwierige Pistenverhältnisse auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit rechtzeitig erkennen, um ski fahrerisch richtig reagieren zu können. Heutzutage haben sich im Ski-/Schneebrillenmarkt Blauab schwächer (sog. Blueattenuator) als kontrast verstärkende Filter durchgesetzt. Graufilter werden als Sonnen-/Blendschutzfilter bei starker Helligkeit eingesetzt. Die Blau abschwächer können bei ungünstigen, kontrastarmen Sichtverhältnissen (hoher Blaulicht anteil, Nebel, Dämmerung, diffuses Licht etc.) die Wahrnehmungsleistung verbessern, da sie den unter den oben genannten Bedingungen sehr hohen Blauanteil des Lichtes (Streu licht) reduzieren. Sogenannte Blueblocker, die den Blauanteil des S p e k t r u m s vollständig elimi- Fortsetzung auf Seite 28..com anderen wissen viele (Ski-)Sportler, die Kontaktlinsen ablehnen, anscheinend (noch) nicht, dass auch (stärker) gebogene Sport brillen heute optisch korrigiert werden können. Bei fehlsichtigen Sportlern gehören die optisch korrigierende Sportbrille beziehungsweise die (Sport-)Kontaktlinsen, letztere bei Freiluftsportarten wie Skifahren oder Radfahren in Kombination mit einer Sportbrille (UV-Schutz; Farbfilterwirkung), so selbstverständlich zur Ausrüstung wie Sportschuhe, Sportbekleidung oder Protektoren. Diese Einsicht manchmal leider auch erst durch schmerzliche Selbsterfahrung zum Beispiel nach einem Sportunfall muss durch eine konzeptionelle und organisierte Aufklärungsarbeit zur Notwendigkeit guten Sehens beim (Schnee-)Sport durch verantwortungsbewusste Sportoptiker und Sportophthalmologen, SportwissenAbb. 6: Spektraler Transmissionsgrad (horizontal und schaftler und Sportmediziner sowie die vertikal) von Skibrillen mit polarisierendem Filter.5 Sportfachverbände zum Sportler weiter getragen werden. Sporttreibenden, dass vermehrt AufklärungsDie Arbeitsgemeinschaft Sicherheit im arbeit zum Zusammenhang zwischen der Seh- Sport (ASiS) hat sich genau diese Themen auf leistung, der Sicherheit beim Sport und der die Fahne geschrieben. Mit ihrer aktuellen Inisportlichen Leistung notwendig ist. tiative Gutes Sehen im Sport versucht sie Dass circa 50 Prozent der Sportler, die im All- beim Endverbraucher (dem Sportler) aber auch tag mit Fernbrille korrigiert sind, bei Aus- bei Trainern und Sportfunktioübung ihrer Sportart keine Korrektion verwen- nären sowie bei (Sport-)Optiden (gleiches gilt für ca. 35 % der Gleitsicht kern und (Sport-)Ophthalmologen brillenträger), wohingegen rund 95,0 Prozent Aufklärungsarbeit zu leisten. der Kontaktlinsenträger ihre Linsen auch beim Infos zur ASiS gibt es im Internet auf www. Sport nutzen, hat für den Ski-/Schneesport sicherheitimsport.de zweierlei Konsequenzen: Zum einen sind sicherlich für fehlsichtige Skisportler die Kon- Zusammenfassung taktlinsen schon aufgrund ihrer Kombinier- Optimale Sehleistung und Kontrastwahrnehbarkeit mit Sport-/Skibrille oder Skigoggle in mung sind im Schneesport leistungsbeeinflusder Regel die optimale Korrekturmethode. Zum send und dienen der Unfallverhütung. Der Ski- 27 gra dt Foto lia

5 28. Fortsetzung von Seite 27 nieren, sind trotz ihrer kontraststeigernden Wirkung für den Sport aber nicht zu empfehlen, da das visuelle System offensichtlich etwas Blau information, besonders im peripheren Sehen, benötigt. Polarisationsfilter ändern in den meisten Fällen kaum das Erscheinungsbild der Piste, da das Licht kaum polarisiert ist beziehungsweise partiell in der gleichen Richtung, die der Polarisator durchlässt. Nur unter ganz wenigen Bedingungen reduziert der Polarisationsfilter das Licht. Aber genau dann verliert der Skifahrer Information. Ohne Polfilter sind die Spuren im Schnee ein klein wenig heller oder glitzern im direkten Sonnenlicht. Mit Filter können sie sogar unsichtbar werden. Ein Polarisations filter kann zwar die Umgebung kontrast reicher erscheinen lassen, aber auf der Skipiste kann alles noch kontrastärmer werden. Autoren: Dr. rer. nat. Gernot Jendrusch Lehrstuhl für Sportmedizin und Sporternährung, Ruhr-Universität Bochum Overbergstr. 19, Bochum Prof. Dr. rer. nat. Bernd Lingelbach Institut für Augenoptik Aalen (Leinroden) Untere Gasse 17, Abtsgmünd Literatur 1. Charman WN, MacEwen CJ. Light and Lighting. In Loran DFC & MacEwen CJ (Eds.), Sports Vision (pp ) Oxford: Butterworth-Heinemann. 2. Jendrusch G. Leistungen des visuellen Systems im Sport. Zeitschrift für Praktische Augenheilkunde & Augenärztliche Fortbildung (ZPA) 2008;29(6): Jendrusch G, Bartmus U (2002). Sinnesorgane und körperliche Aktivität. In de Marées H (Hrsg.), Sportphysiologie (Kapitel 4). 9., vollst. überarb. und erweit. Aufl., Bearb.: Heck H & Bartmus U (S ). Köln: Sport & Buch Strauß. 4. Jendrusch G, Ehrenstein WH. Antizipatives Sehverhalten: Experimentelle Zugänge und sportwissenschaftliche Perspektiven. Zeitschrift für Praktische Augenheilkunde & Augenärztliche Fortbildung (ZPA) 2008;29(10): Jendrusch G, Ilg A, Lingelbach B. 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Ophthalmic & Physiological Optics 1984;4(3): *** Gemeinsame Tagung des Thüringer Sportärztebundes und des Berufsverbandes der AugenärzteThüringen *** Sportophthalmologie Kompaktseminar Auge und Sport für (Sport-) Ärzte und (Sport-) Ophthalmologen Sehr geehrter Herr Kollege! Wir möchten Sie herzlich zu einer gemeinsamen Veranstaltung des Berufsverbandes der Augenärzte und des Thüringer Sportärztebundes nach Weimar einladen. Diese Veranstaltung möchte sich mit den Problemen des Auges und des Sehens im Sport beschäftigen und mit Ihnen zu dieser The matik in die Diskussion kommen. Dabei werden zum Beispiel die besonderen klimatischen Bedingungsgefüge bei kalter, trockener Luft in Eishallen (Ski, Schlittschuh) und im Winter als auch die Besonderheiten der Sportaus übungen und der Visuskorrektur unter speziellen Bedingungen angesprochen. Dies reicht vom alpinen Skisport bis zur Versorgung mit Kontaktlinsen bei Spitzen- und Freizeitsportlern. Auch das Thema Sporttreiben mit Sehbehinderungen wird Bestandteil dieser Fortbildungsveranstaltung sein und über die üblichen Hinweise zur Sportausübung hinaus spezielle Themen bei Sehbehinderten behandeln. Auch Sport unter besonderen Bedingungen wird ein Schwerpunkt der Veranstaltung sein: Tauchen, Überdruck und Unterdruck mit adäquater Korrektur von Fehlsichtigkeiten. Die Veranstaltung wird genug Freiraum bieten, um Ihre Fragen und Diskussionswünsche zu berücksichtigen. Hierzu werden auch in den Pausen die Referenten gerne zur Verfügung stehen. Ziel dieser Veranstaltung ist es, die sportmedizinischen Kollegen, welche vor Ort tagtäglich Sportler in einer Vielzahl von Sportarten betreuen, in Kontakt mit sportmedizinisch interessierten Augenärzten zu bringen und den gemeinsamen Erfahrungsaustausch anzuregen. Ziel sollte eine handicapfreie Sport ausübung für die Leistungssportler ebenso wie die sportmedizinische Beratung und Betreuung von sehbehinderten Freizeitsportlern sein. Wir würden uns freuen, Sie in Weimar zu dieser Veranstaltung begrüßen zu dürfen und einen intensiven, anregenden Erfahrungsaustausch in Gang zu bringen. Die Teilnahmemöglichkeit ist leider zahlenmäßig begrenzt. Aus diesem Grunde bitten wir um rechtzeitige Anmeldung zu dieser Veranstaltung. Mit sportlichen Grüßen Prof. Dr. E. J. Seidel, Dr. D. Schnell