Denis Cohen-Tannoudji Vice president R&D Disruptive, Essilor International, Paris, Frankreich

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1 PERSONALISIERTE RISIKOPRÄVENTION ALS NEUE WISSENSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNG Licht steht im Verdacht, eine Rolle bei der Entstehung schwerer, visusbedrohender Augenerkrankungen zu spielen. Die Auswirkungen der Lichtexposition sind jedoch von Mensch zu Mensch verschieden, wobei das individuelle Risikoprofil durch zahlreiche komplexe Faktoren bestimmt wird. Die wissenschaftliche Forschung in bezug auf die Phototoxizität der Augen und individuelle Risikoprofile könnte eine Wende hin zu personalisierter Prävention einleiten WISSENSCHAFT Coralie Barrau Forschungsingenieurin für Optik und Photonik, Essilor International, Paris, Frankreich Coralie, seit 2011 Forschungsingenieurin für Optik bei Essilor, studierte am Institut d Optique Graduate School - ParisTech und erwarb zwei Master-Titel an der Université Paris-Sud Orsay mit Auszeichnung in der Grundlagenphysik und der Optik für neue Technologien. Schwerpunkt ihrer Forschungsarbeiten bildet die Photobiologie der Augen, die Photometrie sowie die Physik der Interferenzen mit Blick auf die Entwicklung neuer Brillenglaslösungen. Denis Cohen-Tannoudji Vice president R&D Disruptive, Essilor International, Paris, Frankreich Als Vice president R&D Disruptive bei Essilor legte Denis den Schwerpunkt seiner Arbeit auf Innovationen in zahlreichen technischen Bereichen, insbesondere im Rahmen von Universitätspartnerschaften. Mit einem Master in Quantenmechanik der Ecole Normale Supérieure und einem MBA des INSEAD trat Denis vor 10 Jahren in die Dienste von Essilor, nachdem er bereits 10 Jahre bei BCG gearbeitet hatte. Thierry Villette F&E-Direktor für sensorische Neurobiologie, Essilor International, Paris, Frankreich Thierry kam 2007 zu Essilor, um ein Modell biomedizinischer Verbundforschung zu entwickeln, insbesondere in Zusammenarbeit mit dem Institut de la Vision : Photobiologie, Low-Vision und visuelle Neurowissenschaften gehören zu seinen aktuellen Forschungsthemen. Nach seinem Abschluss als Ingenieur des ESPCI ParisTech hat sich Thierry auf die medizinische Chemie spezialisiert (Doktorarbeit an der Université Pierre-et- Marie-Curie, Paris). Thierry verfügt über 20 Jahre Berufserfahrung in der Pharmazie und Biotechnologie, wo er verschiedene Posten in der F&E sowie im Bereich Geschäftsentwicklung inne hatte; außerdem erwarb er einen MBA an der französischen Wirtschaftshochschule HEC. SCHLÜSSELWÖRTER Prävention, Augenphototoxizität, UV-Strahlung, blaues Licht, in vitro, in vivo, Katarakte, Pterygium, Konjunktivitis, Pinguecula, AMD, Retinitis pigmentosa, Glaukom, diabetische Retinopathie, oxidativer Stress, Photo-Alterung, Risikoprofil Points de Vue - nummer 71 - Herbst

2 WISSENSCHAFT J eden Tag absorbiert die Netzhaut Milliarden Photonen, und diese Zahl könnte sich aufgrund unserer zunehmenden Lichtexposition weiter erhöhen. Tag für Tag kann dieser intensive Photonenstrom zu irreversiblen Schädigungen des Auges führen und zum Auftreten oder zur Verschlimmerung von schwerwiegenden Augenerkrankungen beitragen. Dieses Phänomen wird durch die beschleunigte Alterung der Bevölkerung weltweit verstärkt, da der Alterungsprozess das Auge lichtempfindlicher macht und seine Abwehrmechanismen schwächt. Ein besseres Verständnis der Pathogenese visus-bedrohender Augenkrankheiten ist dringend erforderlich, um die Wechselwirkungen zwischen Licht und Auge genauer zu untersuchen und ein individuelles Risikoprofil zu erstellen, damit geeignete, personalisierte Lösungen zum Lichtschutz der Augen gefunden werden können, beginnend mit Brillen für eine effiziente Langzeitprävention. 1. PHOTOTOXIZITÄT DER AUGEN Obwohl Licht für visuelle und nicht visuelle Funktionen notwendig und nützlich ist, kann optische Strahlung für die Augen potenziell schädlich sein, wenn sie vom Augengewebe in Dosen aufgenommen und absorbiert wird, die ausreichen, um photomechanische, photothermische oder photochemische Reaktionen hervorzurufen. Einerseits kann eine kurze, intensive Exposition mit extrem hellem Licht rasch zu mechanischen oder thermischen Augenläsionen führen. Andererseits kann eine gemäßigte Lichtexposition über einen längeren Zeitraum zu progressiven biochemischen Veränderungen und letztlich zu irreversiblem Zelltod führen. Die Spezifizität des Lichtspektrums spielt eine wesentliche Rolle bei diesen chronischen, lebenslangen Augenschädigungen. Insbesondere UV-Strahlung und hochenergetisches sichtbares Licht gelten als risikobehaftete Spektralbänder für den vorderen Augenabschnitt und die Netzhaut. UV-Strahlung und vorderer Augenabschnitt Chronische UV-Lichtexposition der Augen wird zunehmend mit der Pathogenese zahlreicher Erkrankungen an Hornhaut und Augenlinse in Verbindung gebracht. Obschon zusätzliche photobiologische Studien relevant sein125 können, um den komplexen Zusammenhang zwischen UV-Strahlung und Auge zu analysieren, liefern genügend Daten aus In vitro-, In vivo- und epidemiologischen Studien den Beweis dafür, dass UV-Strahlung an zahlreichen Erkrankungen der vorderen Augenabschnitte beteiligt ist, namentlich Katarakt, Pterygium, Bindehautentzündung, Pinguecula, Tröpfchenkeratopathie, Neoplasie der Augenoberfläche usw. (Einzelheiten siehe Points de Vue Nr ). Schon 1956 fand Kerkenezov frühe klinische Hinweise auf die Rolle der UV-Strahlen beim Pterygium. 2 Später wies Minas Coroneo nach, dass seitlich einfallendes Licht, das vom vorderen Augenabschnitt auf die von Pterygium und Katarakt betroffenen Areale fokussiert wird, das Auftreten dieser Pathologien begünstigt. 3 Die Chesapeake Bay-Studie ermittelte einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem von der Tröpfchenkeratopathie betroffenen Bereich und der gemittelten jährlichen UV-Exposition. Corinne Dot et al. haben unlängst nachgewiesen, dass bei Bergführern ein höheres Risiko für Katarakt besteht. Die epidemiologischen Studien POLA, Beaver Dam Eye und Chesapeake Bay wiesen ein vermehrtes Auftreten kortikaler Katarakte bei Bevölkerungen nach, die in extrem sonnenexponierten Ebenen leben. Die Sensibilisierung der Öffentlichkeit in Bezug auf die UV-Strahlungsrisiken für Augen wird durch die Vielzahl von Normungsarbeiten und -bemühungen im Bereich Hautschutz (Lichtschutzfaktoren SPF) erleichtert. Blaulicht-Strahlung und die Netzhaut Da UV-Strahlung ab einem Alter von 20 Jahren von Hornhaut und Linse vollständig absorbiert wird, dringt blaues Licht als energiereichstes Licht bis zur Netzhaut vor. Die ersten photobiologischen Studien zu blaulicht-induzierten Augenschädigungen sind bereits ein halbes Jahrhundert alt und beruhen auf den wegweisenden Arbeiten von Noell, der auf die retinale Blaulicht-Toxizität bei mit weißen Leuchtstofflampen bestrahlten Nagetieren hinweist stellten Marshall, Mellerio und Palmer blaulicht-induzierte Schädigungen der Zapfen bei Tauben fest. 5 Seit der Einführung des Lasers schnellte die Zahl der photobiologischen Studien zum Thema Blaulicht nach oben. Auch Augenärzte fördern die Studien in Bezug auf Phototoxizität und patientenseitige Expositionsgrenzwerte bei laserchirurgischen Eingriffen (Netzhautchirurgie bzw. refraktive Chirurgie) sowie in Bezug auf ihre eigenen Expositionsgrenzwerte in Anbetracht der von ophthalmologischen Geräten (Spaltlampen usw.) abgestrahlten Lichtintensität. In den 1990er Jahren haben IOL-Hersteller Studien zum Thema Phototoxizität finanziert, um Nutzen und Schutzwirkung von im Rahmen von Staroperationen eingesetzten Blaulichtfilter-IOL s zu untermauern. In vivo-experimente ergaben, dass die photochemischen Netzhautschädigungen niedrigere Grenzwerte für blaues Licht als für grünes oder rotes Licht aufwei- Lichtschutz sollte Teil eines personalisierten Vorsorgeprogramms unter Anleitung von Augenoptikern sein 16 Points de Vue - nummer 71 - Herbst 2014

3 ABB. 1 Netzhautgewebe Bilder des Institut de la Vision Paris, aufgenommen mit einem Konfokalmikroskop. GCL = Schicht der Ganglienzellen der Netzhaut; IPL = innere plexiforme Schicht; INL = innere nukleäre Schicht; OPL = äußere plexiforme Schicht; ONL = äußere nukleäre Schicht; RPE = retinales Pigmentepithel Licht Light Light Licht GCL RGC IPL INL OPL ONL Zapfen RPE WISSENSCHAFT sen 6,wie Studien an Affen 7, 8, Ratten 9, 10, 11 und Kaninchen 12, 13, 14, 15, 16 belegen. Die Gefahren durch blaues Licht für die äußere Netzhaut (Photorezeptoren und retinales Pigmentepithel [RPE] [Abb. 1]) waren Gegenstand weiterer Untersuchungen an immortalisierten RPE-Zellen, die entweder mit oxidierten Photorezeptor-Außensegmenten 17, gereinigtem Lipofuszin 18 oder synthetisiertem A2E beladen wurden. 19, 20, 21, 22, 23 Die menschliche RPE-Exposition mit Lipofuszin über 48 Stunden ergab eine größere Toxizität des violett-blau-grünen Lichts (390 nm 550 nm, 2,8 mw/cm²) im Vergleich zum gelb-roten Licht (550 nm 800 nm, 2,8 mw/cm²). 18 Dieser Apoptosevermittelte Zelltod beinhaltet die Aktivierung der Caspasen 3 und des Proteins p-53. Viele dieser Studien haben jedoch nur beschränkte Aussagekraft, beispielsweise im Hinblick auf die mangelnde Präzision bei den emittierten Lichtdosen oder in Bezug auf die Abstrahlung hoher Lichtintensitäten, die eher akute lichttoxische Mechanismen denn eine kumulative Schädigung infolge lebenslanger Exposition auslösen. Die Erforschung der pathogenen Mechanismen der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) oder der diabetischen Retinopathie müsste auf der Grundlage moderaterer Bestrahlungsstärken und längerer Expositionen erfolgen. Forscher des Institut de la Vision in Paris und Essilor-Wissenschaftler haben sich unter der Aufsicht von Professor Sahel und Doktor Picaud zusammengeschlossen, um in puncto Photometrie einen Schritt weiter zu gehen. Anhand neu entwickelter Zellbeleuchtungsverfahren und -systeme haben wir die an der Pathogenese bestimmter schwerer visusbedrohender Augenerkrankungen (AMD, Retinitis pigmentosa, Glaukom etc.) beteiligten phototoxischen Wirkspektren untersucht. Beispielsweise erbrachten wir den Nachweis für das phototoxische Wirkspektrum des RPE im Spektralbereich Blau-Grün bei der physiologischen Exposition der Netzhaut mit Sonnenlicht an einem In-vitro- Modell der AMD.24 Der enge Spektralbereich von 415 nm nm wurde als der höchste phototoxische Risikofaktor für die RPE-Zellen identifiziert (Abb. 2). In-vitro- und In-vivo- Studien lieferten zunehmend eine solide wissenschaftliche Rationale für die Toxizität der kumulierten Blaulichtexposition der äußeren Netzhaut. Aus dem Verständnis der beteiligten Zellmechanismen ergaben sich wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Pathogenese von Erkrankungen der äußeren Netzhaut, namentlich die AMD. Zunächst einmal fördert die Blaulichtexposition die Akkumulation des All-trans- Retinal auf den Photorezeptor-Außensegmenten (POS). Das All-trans-Retinal interagiert mit blau-violettem Licht mit abnehmender Interaktionswirkung zwischen 400 und 450 nm. Seine Photo- Aktivierung durch blaues Licht führt zu oxidativem Stress innerhalb der OS. Dieser Stress wird normalerweise durch retinale Enzyme und Antioxidantien kompensiert. Doch mit zunehmendem Alter werden die antioxidativen Abwehrmechanismen geschwächt und können den oxidativen Stress nicht mehr ausgleichen. Die OS erfahren eine fortschreitende Oxidation und ihre Erneuerung im retinalen Pigmentepithel gestaltet sich schwieriger, da ihre Membranscheibchen vom RPE weniger effektiv abgebaut werden.. Die intrazelluläre Verdauung ist in diesem Fall unvollständig und führt zu einer Anhäufung von Lipofuszingranula im RPE. 25 Das Lipofuszin reagiert empfindlich auf das blau-violette Licht. Seine Photoaktivierung durch Blaulicht kann reaktive Sauerstoffspezies generieren. Wenn die Anzahl dieser Spezies das Abwehrvermögen der Zellen übersteigt, sterben die RPE-Zellen durch Apoptose ab. Die Photorezeptoren, die jetzt ihrer Stützzellen beraubt sind, werden ihrerseits geschädigt und tragen zum Sehverlust bei Patienten mit AMD bei. Die alters- und lichtbedingte Akkumulation von Lipofuszin im RPE spielt eine wichtige Rolle bei der Pathogenese dieser Krankheit. Zahlreiche epidemiologische Studien bestätigen den Zusammenhang zwischen Blaulichtexposition und 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 AMD. Points de Vue - nummer 71 - Herbst

4 WISSENSCHAFT ABB. 2 Phototoxisches Wirkspektrum der mit A2E beladenen RPE-Zellen A: Mit 0,20 oder 40 µm A2E beladene RPE-Zellen, die 18 Stunden lang einem auf 440 nm zentrierten 10 nm-lichtband oder der Dunkelheit ausgesetzt wurden. B: Apoptose von mit 0,20 oder 40 µm A2E beladenen RPE-Zellen, die 18 Stunden lang einem 10 nm-lichtband zentriert zwischen 390 und 520 nm und auf 630 nm ausgesetzt wurden. Die Werte wurden anhand von 4 Datenquellen für jedes Lichtband und jede A2E-Konzentration (n=4 bis 6) gemittelt und in Bezug auf den Vergleichswert in der Dunkelheit standardisiert. Die Apoptose wird als Verhältnis zwischen dem Aktivitätssignal von Caspase-3/7 und dem Zellviabilitätssignal (linke vertikale Achse) ausgedrückt. *p<0,05, **p<0,01 und ***p<0,001. Jede Belichtungsbedingung wird in den Grafiken durch ihre zentrale Wellenlänge in nm bezeichnet (die Bildunterschrift der Abzisse gibt jede zweite Wellenlänge zwischen 390 und 630 nm an). Die Vergleichszellen wurden im Dunkeln gehalten (linker Balken, D für Dark). Die rote Kurve repräsentiert die von den Zellen aufgenommenen mittleren Bestrahlungsstärken (mw/cm², rechte vertikale Achse). Licht: Ein Risikofaktor für schwere Augenerkrankungen Licht steht im Verdacht, eine Rolle bei der Entstehung zahlreicher schwerer Augenkrankheiten zu spielen. Im Fall der Katarakt und der AMD steht inzwischen fest, dass UV-Strahlung das Auftreten der Katarakt beschleunigt und Blauviolett-Licht-Exposition ein Beschleunigungsfaktor bei der Entwicklung einer AMD ist. Bei anderen Krankheiten, wie diabetische Retinopathie oder Glaukom, vermuten die Photobiologen, dass eine lebenslang kumulierte Blaulichtexposition zu oxidativen Stress spezieller Netzhautzellen beitragen könnte. In allen Fällen verstärkt sich der Einfluss von Licht mit zunehmendem Alter bzw. spätestens bei nachlassender Effizienz der Abwehrund Reparaturmechanismen gegen photochemische Schädi-gungen, was dann der Fall ist, wenn die Augenkrankheit bereits diagnostiziert wurde (z. B. verlieren die antioxidativen Enzyme wie SOD-2 oder Katalasen an Effizienz). Die EUREYE-Studie ergab einen signifikanten Zusammenhang zwischen Blaulicht-exposition und neovaskulärer AMD bei Personen mit niedrigstem Anteil an Antioxidantien. Die an 838 Seeleuten durchgeführte Chesapeake Bay-Studie hat gezeigt, dass AMD- Patienten (gegenüber gleichaltrigen Kontrollgruppen) über die letzten 20 Jahre stärker mit Blaulicht belastet wurden, aber gleiche UV-Exposition erlitten, was darauf hindeutet, dass Blaulichtexposition mit AMD zusammenhängt. Die Beaver Dam Eye-Studie wies auf eine Wechselbeziehung zwischen Sonnenstrahlung und Fortschreiten der AMD über einen Zeitraum von 5 Jahren hin. Die während der Jugend (13-19 Jahren) und in den Dreißigern (30-39 Jahre) im Freien insgesamt verbrachte Zeit trägt erheblich zum Risiko frühzeitiger Makulaveränderungen bei. Interessant ist außerdem eine Meta-Analyse, die kürzlich von Sui et al. durchgeführt wurde; sie ergab, dass Licht ein Risikofaktor für AMD darstellt. 33 Inzwischen sind die Photobiologen auch der Ansicht, dass das hochenergetische, sichtbare Licht nicht nur die äußere Netzhaut sondern auch die inneren Netzhautschichten wie beispielsweise die Ganglienzellen (GCL) beeinträchtigen könnte. Bestimmtes blaues Licht könnte teilweise von den in den Mitochondrien enthaltenen Chromophoren absorbiert werden. Da die Mitochondrien in den GCL im Überfluss vorhanden sind und diese Zellen beim degenerativen Glaukomerkrankungsprozess beteiligt sind, vermuten wir, dass blaues Licht ebenfalls ein Risikofaktor für das Glaukom ist. Im Fall einer alternden Netzhaut, bei der die funktionellen Mitochondrien sich nicht mehr in einem optimalen homeostatischen Zustand befinden 34, besteht die Gefahr, dass blaues Licht das Auftreten eines Glaukoms und anderer optischer Neuropathien erheblich beschleunigt. Es könnte sogar zu einer rascheren Entwicklung eines diagnostizierten Glaukoms 35, 36 beitragen. Normungsdaten Die europäischen Normen und ISO- Normen für Sonnenschutzgläser (EN 1836 und ISO ) und getönte Brillengläser (ISO ) verwenden seit Jahren die sog. relative spektrale Wirksamkeitsfunktion S (λ) zur näheren Bestimmung der UV-Risiken. Sie wurde erstmalig in den ICNIRP-Richtlinien von 1989 veröffentlicht und von einem Wirkspektrum für Hautrötung abgeleitet. Anschließend wurde eine verwandte Funktion im blauen Spektralbereich B(λ) gemäß den wegweisenden Arbeiten von Ham et al. vorgeschlagen, die sich mit den erhöhten Blaulicht-Risiken für die Augen linsenloser Affen befassten. B(λ) wurde durch Multiplikation der Spektralwerte von Ham et al. mit der spektralen Transmission der menschlichen Linse berechnet. Es gibt jedoch noch keine Norm zur Toxizität der kumulierten Blaulicht-Toxizität. Der neue Nachweis der phototoxischen Wirkspektren 24 sollte für die Generierung und/oder Überarbeitung der normativen Daten zum Thema Phototoxizität genutzt werden. 18 Points de Vue - nummer 71 - Herbst 2014

5 Von In vitro- und In vivo-daten zu klinischen Daten Die In vitro-phototoxizitätsstudien liefern wertvolle und verlässliche Informationen zu den Wirkspektren des Lichts sowie zu den lichtspezifischen Zell- und Krankheits- Biomarkern. Die von Essilor und dem Institut de la Vison in Paris durchgeführte Studie unter Einsatz von Beleuchtungen in Schritten von 10 nm ist ein gutes Beispiel dafür. Die Tiermodelle (in vivo) stellen lebende, integrative Modelle einer Krankheit dar. Sie ermöglichen die Untersuchung der Rolle eines spezifischen Gens (bei transgenen Knockout-Tieren), einer spezifischen Toxizitätsart (z. B. Entzündung, oxidativer Stress) oder eines Krankheitstargets. Sie sind unerlässlich, um die Krankheit in einen konkreten Zusammehang mit Bildgebung, biologischen Tests, Immunhistochemie oder Verhalten zu bringen. Sie weisen jedoch auch gewisse Einschränkungen auf: Die pathogenen Mechanismen können sich von denen des Menschen unterscheiden (z. B. Einsatz von Nagetieren in den AMD-Modellen, obwohl solche Tiere keine Makula aufweisen); die Lichtintensität ist stärker und von kürzerer Dauer als im wirklichen Leben6. In vitro- und in vivo-experimente können zwar das Verständnis der krankheitsspezifischen Wirkspektren des Lichts und der pathogenen Mechanismen verbessern, aber nur epidemiologische Längsschnittstudien sind in der Lage, echte klinische Nachweise für lichtbedingte Augenerkrankungen zu liefern. Für die Untersuchung der chronischen Phototoxizität der Augen im realen Leben ist es daher notwendig, lichtspezifische Marker für Frühzeichen und Fortschritt der Erkrankungen zu identifizieren. 2. INDIVIDUELLES RISIKOPROFIL Da die Katarakt in den östlichen und südlichen Ländern mittlerweile besser behandelbar ist, haben sich AMD, Glaukom und diabetische Retinopathie inzwischen zu den drei bedeutendsten, visusbedrohenden Pathologien entwickelt. Diese Gefahr Jeden Tag nimmt unsere Netzhaut mehrere Milliarden Photonen auf. nimmt durch die fortschreitende Überalterung der Weltbevölkerung und lebensstil-bedingte Risikofaktoren, wie z.b. antioxidantienarme Ernährung, deutlich zu. Aus gesundheitspolitischer Perspektive bedarf die Behandlung dieser drei Augenkrankheiten einer dringenden Optimierung. Folglich müsste alles getan werden, um die Öffentlichkeit, insbesondere die gefährdeten Bevölkerungsschichten, zu sensibilisieren und geeignete Tests für die Früherkennung dieser Krankheiten und deren Profilerstellung zu entwickeln und auszuwählen, um den Krankheitsverlauf verfolgen und den geeignetsten Therapieansatz anwenden zu können. Das klingt nahe liegend,, aber unserer Einschätzung nach haben wir nun ein tieferes Verständnis der pathogenen Mechanismen erreicht und verfügen gleichzeitig über neue Diagnoseinstrumente, einschließlich ophthalmologischer Bildgebung, biologischer Tests für Biomarker und psychophysischer Verfahren. Um eine multifaktorielle Krankheit besser behandeln zu können, müssen unbedingt Profile erstellt, die Krankheit verfolgt und vielfältige Therapieansätze geschaffen werden, ohne jedoch die Präventionsmaßnahmen zu vernachlässigen. Das individuelle Risikoprofil beruht auf der Wechselbeziehung zwischen verschiedenen komplexen Faktoren in Bezug auf Lichtquellen, Patient und seine Umgebung (Abb. 3). Individuelles Lichtexpositionsprofil Unser Lichtexpositionsprofil hängt von der Korrelation der Anzahl der Lichtquellen, ihrer Anordnung, ihrer räumlichen Verteilung, Strahlungsintensität, aber auch - und das ist ganz besonders wichtig - von ihrer spektralen Verteilung, der Expositionsdauer und ihrer Häufigkeit ab. Es besteht kein Zweifel daran, dass Sonnenstrahlung am gefährlichsten ist. Die Intensität des Sonnenlichts ist 100 Mal höher als die einer künstlichen Standardbeleuchtung37 und das Tageslicht weist einen großen Anteil an UV-Strahlen und blauem Licht auf. Aufgrund physikalischer Parameter (Bodenreflexionen, Höhenlage, Breitengrad etc.) verändert sich die vom Auge aufgenommene Lichtmenge erheblich. So erhöht sich die vom Auge aufgenommene Menge an UV-Strahlen alle 1000 Höhenmeter um 10 %. Während Sand ca. 10 % der UVB-Strahlen reflektiert, reflektiert Wasser 20 % und Schnee bis zu 80 %. Folglich weisen die Bevölkerungen, die starker Sonneneinstrahlung in Verbindung mit hoher Lichtreflexion (Bergführer etc.) ausgesetzt sind oder in sehr sonnigen Höhenlagen leben, ein größeres Risiko auf, ihre Augen durch UV-Strahlen und Blaulicht zu schädigen (einschließlich Katarakt und AMD). Sieht man von der Tageslicht- Exposition ab, kommt es zu einer schnell fortschreitenden und dramatischen Veränderung unseres Lichtexpositionsprofils durch unsere alternde und LED-dominierte vernetzte digitale Welt. Immer früher in unserem Leben werden unsere Augen längeren und gleichzeitigen Strahlenbelastungen ausgesetzt, und dies bei (im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen) immer geringer werdenden Abständen zu strahlungsund energieintensiveren Lichtquellen. Aufgrund ihres geringeren Energieverbrauchs beherrschen die neuen Festkörper-Lichtquellen zunehmend die Beleuchtung in unseren Haushalten. In Europa wird ab 2016 keine Glühbirne mehr erhältlich sein. Die europäische Beleuchtungsindustrie schätzt, dass bis 2020 mehr als WISSENSCHAFT Points de Vue - nummer 71 - Herbst

6 WISSENSCHAFT ABB. 3 Das individuelle Risikoprofil beruht auf dem Zusammenspiel zahlreicher Faktore Gene Lebensstil Geschlecht Morphologie Ethnie Alter Absorption durch das Auge Schutz-/Präventionsmaßnahmen Pupille/Augenlid Patient Lichtquelle Individuelles Risikoprofil Spektrum Umgebung Lichtintensität Ausrichtung Richtfaktor Jahreszeit Abstand zur Lichtquelle Tageszeit Dauer Reflexionen Höhe Breitengrad 90 % des internationalen Beleuchtungsmarktes auf LED- Produkten basieren wird.38 Über die Beleuchtung im Haushalt hinaus haben die Kompaktheit der LED und der von ihr abgedeckte, breite Spektralbereich (monochromatische LED) zu neuen Beleuchtungsanwendungen geführt, von der Hintergrundbeleuchtung für Smartphones und Tablet PC s bis hin zu Spielzeug und Bekleidung. Die neuen LED-basierten Lichtquellen strahlen mehr blaues Licht als Glühbirnen ab.39 Die gegenwärtig erhältlichen weißen LEDs kombinieren blaues LED-Licht mit Phosphor und emittieren bei höheren Wellenlängen. Für die Serienproduktion weißer LEDs werden blaue Dioden auf Basis von InGaN- oder GaN-Kristallen mit gelbem Phosphor beschichtet (YAG:Ce oder Ähnliches); sie erzeugen kaltes Weißlicht mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) größer oder gleich K39. Sie können bis zu 35 % blaues Licht im sichtbaren Bereich abstrahlen, das ist sehr viel mehr als bei den Glühbirnen (< 5 %). Um warmes Weißlicht mit einer CCT <3200 K und weniger als 10 % blauem Licht zu erzeugen, ist eine zusätzliche Rotlicht emittierende Phosphorschicht erforderlich, wodurch die Leuchtausbeute der LED allerdings eine deutliche Verringerung erfährt. Auf der Netzhaut verhält sich die aufgenommene Bestrahlungsstärke zur Intensität der Lichtquelle direkt proportional. Aufgrund ihrer geringen Lichtaustrittsfläche besitzen LEDs eine höhere Lichtintensität, wodurch ihre Strahlkraft auch bei gleicher Beleuchtungsdichte eine Zunahme erfährt. Auf internationaler Ebene wurden Initiativen zur Bewertung der Gesundheitsrisiken von LEDbasierten Systemen eingeleitet (ANSES, SCENIHR...). Nennenswert ist diesbezüglich die von ANSES (französische Behörde für Ernährung, Umwelt und Arbeitsschutz) im Jahre 2008 beauftragte Arbeitsgruppe. Diese kam zu dem Schluss, dass ein blaulicht-bedingtes photochemisches Risiko als Folge einer längeren Exposition mit Weißlicht-LEDs bestehen könnte. Lichtexpositions- Risikoprofile lassen sich ermitteln und mit Hochrisiko-Populationen in Beziehung setzen (Näheres vgl. Points de Vue Nr ): - tägliches Justieren und Testen von Hochleistungs-Weißlicht-LEDs durch Beleuchtungsinstallateure, Techniker in der Beleuchtungsindustrie, Theaterbeleuchter, Zahnärzte, Chirurgen etc. - Verwendung von LED-bestücktem Spielzeug in einem Kontext, in dem die Augenlinsen von Kindern für Blaulicht empfänglicher sind - dauerhafte Aktivierung von LED- Tagfahrlichtern in der Nähe von Kindern oder lichtempfindlichen Personen (aphake Augen, pseudophake Augen, Personen mit lichtempfindlichen Augen oder solche, die Medikamente einnehmen, welche Haut und Augen lichtempfindlicher machen etc.); - bestimmte Haushaltslampen mit gebündeltem Licht, die in einem Abstand von weniger oder gleich 20 cm benutzt werden - längere und wiederholte Nutzung weißlicht-emittierender LED-basierter Geräte durch Kinder oder Jugendliche, insbesondere am Abend etc. Individuelle Merkmale Jeder Mensch ist einzigartig. Wir reagieren auf die gleiche Lichtexposition nicht auf die gleiche Art und Weise. Genetik, Morphologie, Ethnie, Geschlecht, Alter, Lebensweise (Rauchen, Ernährung etc.), Augenblinzeln und Augenschutz (Brille, Schirmmütze, Nahrungsergänzungsmittel etc.) sind Faktoren, die zur Individualisierung des Risikoprofils beitragen. Das Alter ist beispielsweise an der zunehmenden Verschlechterung der Sehfunktionen, wie z.b. die Dunkeladaptation, weitgehend beteiligt. 41, 42, 43 Diese Erkenntnisse werden durch histologische Beobachtungen gestützt, die eine vorzeitige 20 Points de Vue - nummer 71 - Herbst 2014

7 Degeneration der Stäbchen sowohl im 44, 45 Alter als auch bei der AMD zeigen Mit zunehmendem Alter nimmt die Zahl der Photosensibilisatoren auf der Netzhaut rasch zu, insbesondere im RPE, wo sich das Alterspigment Lipofuszin mit der Zeit ablagert. Diese Erhöhung ist teilweise auf den durch Blaulicht hervorgerufenen Photoalterungsprozess zurückzuführen. Dabei kann das Alter in Kombination mit kumulativer Blaulicht-Exposition den herkömmlichen Sehzyklus in der äußeren Netzhaut irreversibel schädigen und langfristig zu AMD führen. Neue Mittel für die individuelle Frühdiagnose Erica Fletcher et al. haben neue Mittel zur Diagnose von AMD- Symptomen im Frühstadium untersucht 46, 47. Die AMD unterliegt genetischen und umweltabhängigen Risikofaktoren. Wir verfügen inzwischen über genetische Tests auf Basis einer Kombination von 16 Genen, um das Risikoprofil eines Menschen zu erstellen. Der Komplement Faktor H (CFH), dessen Mutationen eine Störung des Immunsystems bei AMD erklären, gehört zu den Genen, die mit einem erhöhten Risiko, an AMD zu erkranken, in Zusammenhang stehen. Bezüglich der retinalen Bildgebung haben Hogg et al. unlängst festgestellt, dass eine besondere Drusenform, die sog. retikulären Pseudodrusen, im subretinalen Bereich einen Risikofaktor für das Fortschreiten der Krankheit ins Spätstadium darstellt. 48 Niederländische Forscher haben eine Software zur Analyse von Fundus- Farbaufnahmen entwickelt, um die Drusen zu quantifizieren bzw. zu charakterisieren und das Risiko zu bewerten. Die Fundusautofluoreszenz (FAF) ermöglicht die Feststellung einer Funktionsstörung der RPE- Zellen durch eine Anhäufung von Lipofuszin. Nach Angaben der Wissenschaftler können bestimmte typische Muster der FAF-Bildgebung dazu beitragen, die Entwicklung der AMD zu einer choroiden Neovaskularisation in einem fortgeschrittenen Stadium vorherzusagen. «Les principales maladies oculaires ont un impact considérable sur la qualité de vie des patients.» Psychophysische Methoden können ebenfalls klären helfen, ob eine Person ein erhöhtes Risiko aufweist, an einer AMD zu erkranken oder später ein fortgeschrittenes Stadium zu entwickeln. Unter diesen Methoden ist die Störung der Dunkeladaptation ein Früherkennungsmarker der Krankheit. Anschließend wäre es sinnvoll, die Lichtexposition an Patienten-Kohorten zu verfolgen, um zu versuchen, einen Zusammenhang mit der Krankheitsentwicklung herzustellen. Eine umfassende klinische Bewertung und eingehende Analyse der Biomarker mit Fragebögen (familiärer Hintergrund, Lebensstil etc.), Augenuntersuchung, psychophysischen Methoden, Bildgebungsverfahren, genetischen Tests und Erstellung eines Lichtexpositionsprofils könnten dabei helfen, ein individuelles Risikoprofil zu erstellen und die AMD in einem frühen Stadium zu diagnostizieren und ihren weiteren Verlauf zu verfolgen. 3.PERSONALISIERTE PRÄVENTION Die komplette Bewertung des Risikoprofils einer bestimmten Krankheit ermöglicht nach eingehender Patientenaufklärung die Entwicklung einer Selbstüberwachungsstrategie mit häufigerer ärztlicher Betreuung, um das Auftreten und die Entwicklung der Krankheit möglichst früh zu erkennen und die entsprechenden personalisierten Präventionsmaßnahmen zu ergreifen. Lichtschutz sollte ein integrativer Bestandteil eines gemeinsam mit Augenspezialisten erarbeiteten, personalisierten Präventionsprogramms sein. Wird ein Patient aufgrund seines Profils als Risikopatient für eine visus-bedrohende Augenkrankheit eingestuft und Licht als Risikofaktor (wie blau-violettes Licht bei AMD) ermittelt, liegt es im Interesse des Patienten, sich gezielt zu schützen, vor allem dann, wenn ein Teil des sichtbaren Lichts im Rahmen einer Präventionsmaßnahme ausgeschaltet werden muss. Im Gegensatz zu den UV-Strahlen, die ohne Einschränkung des Sehvermögens vollständig absorbiert werden können, bedeutet das Filtern sichtbaren Lichts immer einen Kompromiss in Bezug auf Farbwahrnehmung und andere physiologische Funktionen, namentlich skotopisches Sehen oder Chronobiologie. Glücklicherweise hat die augenoptische Industrie in den letzten Jahren die Entwicklung neuer Schmalbandfilter-Technologien gefördert und jetzt damit begonnen, Filter mit selektivem Lichtschutz zu entwickeln. Diese neuen Brillengläser bieten den Augenärzten eine effiziente Ergänzung des ihren Patienten bereitgestellten Präventionslösungsangebots. 4. FAZIT Schwere Augenkrankheiten wie Katarakt, AMD, Glaukom oder diabetische Retinopathie haben nicht nur enorme Auswirkungen auf die Lebensqualität der Patienten, sondern auch auf die Kosten des Gesundheitssystems. Die Risiken verstärken sich mit der beschleunigten Alterung der Weltbevölkerung und der Änderung der umwelt- und verhaltensspezifischen Faktoren. Im Rahmen photobiologischer Forschung wurde Licht in zunehmendem Maße als als Risikofaktor für diese multifaktoriellen Pathologien identifiziert. Jetzt sind weitere photobiologische Studien in vitro und in vivo unter einwandfrei kalibrierten Lichtbedingungen sowie epidemiologische Studien mit richtiger Quantifizierung der Lichtexposition erforderlich, um die wichtigen Zusammenhänge zwi- WISSENSCHAFT Points de Vue - nummer 71 - Herbst

8 WISSENSCHAFT schen den Wirkspektren des Lichts und den pathogenen Mechanismen zu ermitteln. Analog zu den RPE- und GCL-Modellen setzen das Institut de la Vision in Paris und Essilor ihre Bemühungen fort, um präzise photometrische Tools (Geräte und Protokolle) für die kontrollierte Belichtung der Augenzellen zu entwickeln. Ein besseres Verständnis der Pathogenese der Augenkrankheiten würde eine bessere Behandlung der Krankheiten und die Erstellung individueller Risikoprofile ermöglichen. In einer digitalen Welt mit zahlreichen grafischen Analysetools und miniaturisierten Sensoren ist die personalisierte, frühzeitige Verlaufsbeobachtung einer wie auch immer gearteten Augenkrankheit jetzt möglich und ebnet den Weg für eine personalisierte Prävention. Bis es soweit ist, dürften neue Lösungen das Innovationsgeschehen der Augenoptik-Branche prägen, namentlich effiziente personalisierte Brillen mit selektivem Lichtschutz. DIE KERNPUNKTE Eine gemäßigte Lichtexposition über einen längeren Zeitraum kann zu irreversiblem Zelltod führen. Chronische UV-Exposition ist ein Risikofaktor für mehrere Augenkrankheiten: Katarakt, Pterygium, Pinguecula etc. LITERATURHINWEISE 1. Points de Vue, International Review of Ophthalmic Optics, No. 67, autumn Kerkenezov N. A ptergium survey of the far north coast of New South Wales. Trans Ophthalmol Soc Aust 1956; 16: Coroneo M. Ultraviolet radiation and the anterior eye. Eye & Contact Lens 2011; 0: Noell, W.K. et al. Retinal damage by light in rats. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1966; 5(5): Marshall J. et al. Damage to pigeon retinae by moderate illumination from fluorescent lamps. Exp. Eye Res. 1972; 14(2): Van Norren, D. and Gorgels T.G. The action spectrum of photochemical damage to the retina: a review of monochromatic threshold data. Photochem Photobiol, 2011; 87(4): Lawwill, T. 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