UV-Strahlung nützlich oder schädlich

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1 Aufgabenblatt UV-Strahlung nützlich oder schädlich Eure Gruppe hat den Auftrag, die UV-Strahlung zu erkunden. Dazu bearbeitet folgende Aufgaben und präsentiert Eure Arbeitsergebnisse. 1 Eigenschaften und Wirkungen der UV-Strahlung Erstellt gemeinsam ein Plakat mit den für euch interessantesten Informationen zur UV- Strahlung. Nutzt dazu einen oder mehrere Texte des Materials 1. 2 Vor Sonnenbrand schützen Erstellt mithilfe des Materials 2 ein Flyer mit wichtigen Regeln, um sich vor Sonnenbrand zu schützen. Wendet diese Regeln auf ein Mitglied eurer Arbeitsgruppe an. 3 Wird man hinter Fensterscheiben braun? Mitunter hört man, dass man im Auto oder im Wintergarten noch so lange in der Sonne sitzen kann, aber man wird nicht braun, weil das Glas die UV-Strahlung absorbiert. Zur Überprüfung dieses Phänomens soll untersucht werden, wie die Absorption der Sonnenstrahlung von der Glasdicke abhängt. a) Beschreibt, wie man dieses Experiment durchführen könnte. b) In einem solchen Experiment wurden folgende Werte gemessen: Dicke der Scheibe d in mm Stärke der Strahlung hinter der Scheibe I in Skt ,3 3,1 1,6 0,8 Stellt die Messwerte in einem I(d)-Diagramm dar. Zieht aus dem Diagramm eine Schlussfolgerung hinsichtlich der Fragestellung. 4 Sonnenbrillentestgerät Sonnenbrillen sollen u. a. vor der UV-Strahlung schützen. Doch nicht jede hält, was die Reklame verspricht. Entwickelt eine Versuchsanordnung (beschriftete Skizze), mit der die Sonnenbrillen getestet werden können. Euch stehen u. a. ein UV-Messgerät und verschiedene Sonnenbrillen zur Verfügung. Baut eurer Testgerät auf und testet die Sonnenbrillen. 1

2 Material 1a Biologische Wirkung der UV-Strahlung Um die biologischen und physiologischen Vorgänge von UV- Strahlung in der Haut zu verstehen, sind einige Kenntnisse über deren Anatomie von Nutzen. Die Haut ist das größte Organ des Menschen. Beim Erwachsenen bedeckt sie eine Fläche von ca. 1,6 m 2 und macht etwa 16 Prozent des Körpergewichts des Menschen aus. Zusammen mit den Hautanhangsgebilden wie Haaren, Nägeln, Schweiß- und Talgdrüsen prägt die Haut das genetisch bedingt einzigartige Erscheinungsbild des Menschen und erfüllt außerdem eine Vielzahl von Aufgaben, die hier kurz aufgezählt werden sollen: Schutzfunktion, Abschirmen des Körperinneren als mechanische und chemische Barriere Temperaturregulation, z. B. durch Verengung oder Erweiterung der Blutgefäße Regulierung des Wasserhaushaltes, z. B. durch Abgabe von Flüssigkeit und Salzen (Schwitzen) Sinnesfunktion, z. B. Wahrnehmung von thermischen Reizen, Berührungen, Schmerzen Immunfunktion, z. B. im Rahmen von Infektionserkrankungen und Allergien Kommunikation, z. B. durch Erröten oder Erblassen Die Haut des Menschen besteht aus der Oberhaut (Epidermis) und der Lederhaut (Dermis). Unter der Haut liegt die Unterhaut, die Subcutis. Zu den so genannten Hautanhangsgebilden zählen: Haare, Nägel und Drüsen, wie z. B. die Schweißdrüsen. Die Quelle für die natürliche UV-Strahlung ist die Sonne. Auf künstlichem Wege kann UV- Strahlung mit Hilfe spezieller UV-Lampen, z. B. zur Desinfektion in der Medizin oder zur Bräunung in Sonnenbänken, erzeugt werden. Leider strahlen auch Halogen-Lampen UV- Strahlung ab. Wegen der geringen Eindringtiefe von UV-Strahlung in den menschlichen Organismus sind praktisch nur das Auge und die Haut und das Immunsystem betroffen. Dabei müssen akute und chronische unterschieden werden. Aber UV-Strahlung ist für das menschliche Leben auch notwendig und besitzt eine Reihe positiver Wirkungen. Positive Wirkungen In vernünftigen Mengen besitzt die UV-Strahlung eine Reihe notwendiger und positiver Effekte. So ist UV-Strahlung für die Bildung von Vitamin D in der Haut erforderlich. Allerdings reicht hierfür bereits eine 10-minütige Sonneneinwirkung pro Tag aus. Dabei entsteht das Vitamin D, welches eine wesentliche Rolle für den Kalzium-Stoffwechsel spielt. Außerdem stimuliert das Sonnenlicht das Immunsystem und fördert das allgemeine Wohlbefinden. In der medizinischen Therapie wird UV-Strahlung u. a. zur Behandlung verschiedener Hautkrankheiten sowie zum Abbau bestimmter Empfindlichkeitsstörungen verwendet. Lichttherapie wird bei Depressionen und gestörtem Schlaf-Wach-Rhythmus angewandt. Schädigende Wirkungen - Akute Folgen Die akuten Folgen einer zu starken UV-Strahlung können eine Bindehaut- oder Hornhautentzündung des Auges sowie ein Sonnenbrand der Haut sein. Bei stärkerer UV- Strahlung kommt es auf der Haut zur Blasenbildung bis hin zum Absterben von Hautgewebe - Chronische Folgen, Spätfolgen Nach jahrelanger intensiver Einwirkung von UV-Strahlung kann es zu den folgenden dauerhaften und nicht heilbarer Schäden kommen: 2

3 Auge: Haut: Linsentrübungen, nicht heilbare Veränderungen der Bindehaut frühzeitige Alterung, Faltenbildung. Diese als Alterung der Haut bezeichneten Veränderungen bestehen u. a. in Porenerweiterungen, Mitessern, Gefäßerweiterungen, Bindegewebsschäden und Zerstörung der elastischen Fasern. Weiterhin kann Hautkrebs entstehen, z. B. ein Melanom (schwarzer Hautkrebs). Immunsystem: Häufigere Infektionskrankheiten wie Herpes oder Tuberkulose. Weiterhin besteht eine negative Wirkung bei der Krebsentstehung, z. B. durch eine Schwächung des Immunsystems. Mutationen: Eine der wesentlichen Wirkungen der UV-Strahlung besteht in der Veränderung der DNA. Dabei werden durch Basen der DNA Verbindungen gebildet, die in der Zelle zu Störungen bei der Zellvermehrung führen. Außerdem können DNA-Strangbrüche die Folge sein. Derartige ständig - auch bei normaler UV-Strahlung - stattfindende Veränderungen werden mittels spezieller Reparaturmechanismen repariert. Bei zu hohen UV-Strahlendosen, die die Haut treffen, wird die normale Funktion der Reparaturmechanismen überfordert, so dass u. a. Krebs die Folge sein kann. (Quelle: 28, ) 3

4 Material 1b Schutz vor UV-Strahlung Natürlich besteht der einfachste Schutz vor UV-Strahlung darin, sie möglichst zu meiden. Aber das ist nur begrenzt möglich, da die meisten Menschen sich oft im Freien aufhalten. Es ist außerdem zu bedenken, dass man auch im Schatten aufgrund von Reflexionen UV- Strahlung ausgesetzt ist und dies vor allem auf dem Wasser oder im Schnee. Die Augen werden sehr gut durch Sonnenbrillen geschützt. Dabei allerdings ist dringend darauf zu achten, dass die Gläser auch tatsächlich UV-A und UV-B-Strahlung absorbieren und groß genug sind. Dunkle Gläser ohne ausreichenden UV-Schutz bewirken nämlich das Gegenteil, da durch die erweiterte Pupille mehr UV-Licht eindringt als beim ungeschützten Auge. Bei Gletscherbegehungen z. B. ist unbedingt eine Gletscherbrille zu verwenden, da ansonsten schwerste Augenschäden die Folge sein können. Die Haut ist entweder durch Kleidung oder - sofern dies nicht möglich ist, wie z. B. beim Gesicht oder in der Freizeit - durch Sonnenschutzcremes bzw. -milch zu schützen. Die Anzahl an Sonnenbädern, bei denen eine Hautrötung gerade noch nicht auftritt, sollte nach einer Empfehlung des Bundesamts für Strahlenschutz die Anzahl 50 pro Jahr nicht übersteigen. Sonnenbrände, also Rötungen der Haut, sollten möglichst völlig vermieden werden. Dies kann durch Meiden der Sonnenstrahlung oder durch entsprechende Sonnenschutzmittel erreicht werden. Textilien Es ist sehr wichtig zu bedenken, dass Kleidungsstücke teilweise nur einen begrenzten Schutz vor der UV-Strahlung bieten. So absorbiert beispielsweise Baumwolle den UV-B- Anteil sehr schlecht, während z. B. Gewebe aus Polyester einen relativ guten Schutz bieten. Es wurden sogar preiswerte T-Shirts mit einem Sonnenschutzfaktor (UV-Schutzfaktor) unter 5 gefunden. Insgesamt hatten rund 30 Prozent aller ausgemessenen Kleidungsstücke einen Schutzfaktor unter 30! Das Waschen von Kleidung mit Waschmitteln, die über so genannte optische Aufheller verfügen, hat sich dabei als sehr günstig erwiesen, da diese Substanzen über eine gute UV-Absorption verfügen. Derzeit existieren leider noch keine für die Hersteller verbindlichen Normen. Dennoch geben viele Hersteller, vor allem bei Kinderkleidung, den Sonnenschutzfaktor ihrer Produkte in Form eines Aufdrucks auf den Kleidungsstücken an. Die folgende Tabelle gibt für Sommerbekleidung ermittelte Durchschnittswerte an: Material Baumwolle Leinen Polyester Mischstoffe Sonnenschutzfaktor Schutz bei Kindern Der kindliche Organismus und damit auch die Haut sind besonders empfindlich gegen Umwelteinflüsse. So ist die Haut von Säuglingen nur 1/10 so dick wie bei Erwachsenen. Kinder unter 5 Jahren sollten daher ganz besonders vor jeder Art eines Sonnenbrandes geschützt werden, da jeder Sonnenbrand in diesem Alter u. a. das Hautkrebs-Risiko erhöht. Aus diesem Grund sollten Kinder, die der Sonne ausgesetzt sind, also z. B. beim Spielen, mindestens mit einer Sonnenschutzcreme mit dem Schutzfaktor 15 geschützt werden. Sonnenschutzmittel Jede Sonnenschutzmittel (Creme, Öl, Milch)besitzt einen Sonnenschutzfaktor (UV- Schutzfaktor), der auf die Verpackung (Dose, Flasche oder Tube) aufgedruckt ist. Der Faktor wird als ganze Zahl angegeben. Die Sonnenschutzfaktoren reichen dabei von 1 bis mittlerweile 30. Ein Faktor 30 gilt als Sonnenblocker. Der Faktor gibt dabei an, wie viel mal länger man sich nach Auftragen des Sonnenschutzmittels in der Sonne aufhalten kann wie ohne den Schutz, um dieselbe Wirkung zu erreichen. Ein Sonnenschutzfaktor von 5 bedeutete demnach, dass die Wirkung 4

5 der UV-Strahlung nach 5 Stunden Aufenthalt dieselbe ist wie bei einem Aufenthalt von 1 Stunde ohne Schutz. Bei blonden hellhäutigen Menschen sollte der Sonnenschutzfaktor etwa den doppelten Wert des UV-Index besitzen. Die sonnenschutzaktiven Substanzen in den Sonnenschutzmitteln lassen sich in physikalische und chemische Substanzen unterteilen. Die chemischen Substanzen absorbieren dabei das UV-Licht und wandeln es über so genannte angeregte Zustände bestimmter Molekülgruppen in unschädliche Strahlung mit anderen Frequenzen, wie sichtbares Licht oder Wärmestrahlung, um. Dabei ist zu berücksichtigen, dass einige dieser etwa 20 verschiedenen in der EU zugelassenen Substanzen nicht lichtstabil sind. Sie zersetzen sich also unter dem Einfluss des Sonnenlichts nach 5-10 Stunden, was erstens zu einer Verringerung des Sonnenschutzes führt und zweitens zu Allergie auslösenden Abbauprodukten führen kann. Die physikalischen Substanzen dagegen reflektieren oder streuen das auffallende UV- Licht. Sie sind chemisch stabil und bestehen aus kleinsten speziell aufbereiteten Teilchen von Titandioxid oder auch Zinkoxid. Neuere Entwicklungen, die jedoch noch nicht auf dem Markt sind, verwenden so genannte Lipidnanopartikel, die aus Mischungen von Lipiden, also Fetten, mit Wasser bestehen und mit chemischen Absorbern im Inneren angereichert, hervorragende UV-Filterwirkungen besitzen. Dabei werden die chemischen Substanzen von den Lipidpartikeln so umhüllt, dass ein Hautkontakt mit den daraus resultierenden möglichen allergischen Reaktionen verhindert werden kann. Diese Lipidpartikel haben außerdem den großen Vorteil, dass sie für eine ausreichende Feuchtigkeit der Haut sorgen und damit zusätzlich der Hautpflege dienen. Weitere Entwicklungen gehen dahin, etwa 1 µm (µm = 1 millionstel Meter bzw. 1 tausendstel Millimeter) große Siliziumglaspartikel mit eingeschlossenen chemischen UV-Filtern zu entwickeln, die als eine Art Schutzschirm auf der Haut aufliegen, ohne in sie einzudringen. Bei starker Sonnenstrahlung ist zum Schutz des Kopfes und des Nackens zusätzlich zu allen Sonnenschutzmitteln eine den Nacken einschließende Kopfbedeckung zu empfehlen. (Quelle: 28, ) 5

6 Material 1c Sonnenstudios und Solarien In Sonnenstudios wird mit Hilfe geeigneter Lampen UV-Licht künstlich erzeugt. Dabei gibt es Ganzkörperanlagen und solche, die vor allem der Gesichtsbräunung dienen. Mit Hilfe geeigneter Filter kann das Verhältnis von UV-A- zu UV-B- Strahlung festgelegt werden. In der Regel wird in den Sonnenstudios überwiegend UV-A-Strahlung zur Bräunung eingesetzt. Auf diese Weise sollen Sonnenbrände vermieden werden. Dadurch geht aber auch der länger anhaltende Bräunungseffekt zurück, so dass die UV-A-Strahlung mit größerer Intensität verabreicht werden muss. Dadurch wird eine Bräunung (Sofortpigmentierung) erzielt. Dies hat aber auch eine Erhöhung der schädigenden Wirkung der Strahlung zur Folge. Außerdem bildet sich nicht die hautschützende Lichtschwiele (verdickte Hornhaut) aus, die nur über UV-B- Strahlung erzielt werden kann. Es gibt Untersuchungen, nach denen bei bestimmten Personen, das Hautkrebs-Risiko erhöht sein kann. Dies ist vor allem bei Personen mit heller Haut oder mit vielen Muttermalen der Fall. Gefährdet sind außerdem Personen, die in ihrer Kindheit unter Sonnenbränden zu leiden hatten. Besonders gefährdet sind Kinder unter 5 Jahren, aber auch für Jugendliche bis zum 18. Lebensjahr besteht ein erhöhtes Risiko. Als Regel gilt, dass pro Jahr nicht mehr als 50 Sonnenbäder ohne Hautrötung genossen werden sollen. Sonnenbäder mit Hautrötung sollten völlig vermieden werden. Diese Zahl gilt für Solarien und für natürliche Sonnenbäder zusammen. In jüngster Zeit warnte das Bundesamt für Strahlenschutz, die Deutsche Krebs-Hilfe und die Arbeitsgemeinschaft Dermatologische Prävention e.v. vor den Risiken einer freizügigen Nutzung von Solarien und Heimsonnen. Gesunde Bräune ist im Solarium nicht zu haben! Um gesundheitliche Risiken zu vermeiden, sollte künstliche UV-Strahlung in Solarien zu rein kosmetischen Zwecken, zur Steigerung des allgemeinen Wohlbefindens oder zur Gesundheitsprophylaxe grundsätzlich nicht genutzt werden, so der Präsident des Bundesamtes für Strahlenschutz Wolfram König. Wer dennoch Solarien aufsuchen will, sollte zumindest wichtige Verhaltensempfehlungen berücksichtigen: Das gesundheitliche Risiko lässt sich mindern, wenn nur Solarien aufgesucht werden, die den Anforderungen der Strahlenschutzkommission entsprechen. Hautrötungen sollten verhindert werden, indem die Bestrahlungsdauer begrenzt wird. Auf Sonnenschutzmittel sollte verzichtet werden. Kosmetika und Parfüm während des Sonnenbades machen die Haut empfindlicher für die UV-Strahlung und sollen deshalb weggelassen werden. Während der Bestrahlung im Solarium sollte eine Schutzbrille getragen werden. Vorbräunung in Solarien, z. B. vor einem Urlaub, ist nicht sinnvoll. Bestimmte Medikamente erhöhen die UV-Empfindlichkeit. Bei Einnahme von Medikamenten sollte entweder ganz auf Sonnenbäder verzichtet werden oder aber zumindest vorher ein Arzt konsultiert werden. Menschen, auf die folgendes zutrifft, sollten auf keinen Fall ein Solarium aufsuchen: besonders helle und empfindliche Haut, auffällige oder besonders zahlreiche Pigmentmale, Sommersprossen, wenn eine Hautkrebs-Erkrankung besteht oder eine familiäre Veranlagung zu Hautkrebs vorliegt, Kinder und Jugendliche im Alter unter 18 Jahren. (Quelle: html, ) 6

7 Material 2: Die verschiedenen Hauttypen Das Risiko, einen Sonnenbrand zu erleiden, hängt wesentlich vom Hauttyp des Menschen und vom gewählten Sonnenschutz ab. Außerdem spielen die Aufenthaltsdauer im Freien, die Körperhaltung sowie die Lichtgewöhnung der Haut eine Rolle. Wiederholte Bestrahlungen führen zu Hautverdickungen, sogenannten Lichtschwielen, die einen gewissen Sonnenschutz darstellen. Aus der gemessenen UV-Belastung werden Schutzempfehlungen und Zeiten bis zum Beginn einer Hautrötung abgeleitet. Diese orientieren sich an der Empfindlichkeit eines hellhäutigen Menschen, der die Sonne nicht gewöhnt ist (Hauttyp II). Bei dunkelhäutigen Menschen oder bereits sonnengewöhnter Haut können sich diese Zeiten mehr als verdoppeln. Für Hauttyp I sind die Zeiten kürzer. Hauttyp I hat auffallend helle Haut mit Sommersprossen, blaue Augen und rötliche Haare. Im Hochsommer bekommt er während der Mittagszeit bereits nach 5 bis 10 Minuten einen Sonnenbrand; braun wird er niemals. Hauttyp II hat blonde Haare, graue, blaue oder grüne Augen. Zwar rötet sich seine Haut nach 10 bis 20 Minuten, wenn sie Sonne nicht gewöhnt ist, mit der Zeit wird er aber mäßig braun Hauttyp III hat dunkelblonde Haare, graue oder braune Augen. Er kann sich ungebräunt 20 bis 30 Minuten in der Sonne aufhalten, bevor ein Sonnenbrand einsetzt. Nach wiederholten Bestrahlungen wird er fortschreitend braun. Hauttyp IV bleibt mit seiner hellbraunen Haut weitgehend vom Sonnenbrand verschont. Er hat meist dunkle Haare und braune Augen. Wenn seine Haut nicht sonnengewöhnt ist, rötet sie sich frühestens nach 40 Minute UVI 1 UV-Belastung Sonnenbrand möglich Schutzmaßnahmen zur Vermeidung eines Sonnenbrandes 8 sehr hoch in weniger als 20 Minuten unbedingt erforderlich 5 7 hoch ab 20 Minuten erforderlich 2 4 mittel ab 30 Minuten empfehlenswert 0 1 niedrig unwahrscheinlich nicht erforderlich 1) UVI UV-Index Der UV-Index entspricht dem Vierzigfachen täglichen Spitzenwert der sonnenbrandwirksamen Bestrahlungsstärke am Erdboden. (Quelle: ) 7