UV-Strahlung und Sonnenschutz

Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) ist elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 100 nm und 400 nm, also kürzer als die des sichtbaren Lichts, jedoch länger als die der Röntgenstrahlung. „Ultraviolett“ bedeutet „jenseits des Violetts“.

Spektrum:

• UVA: 315-400 nm (langwellig, energiearm)
• UVB: 280-315 nm (kurzwellig, energiereicher)
• UVC: 100-280 nm (sehr kurzwellige, stark energiehaltige Strahlung – durch die Ozonschicht absorbiert)

Auf die Erdoberfläche gelangen nahezu ausschließlich UVA- und UVB-Strahlen; etwa 95 % der natürlichen UV-Strahlung im Sonnenlicht sind UVA-Strahlen.

Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC, International Agency for Research on Cancer) ordnet die UV-Strahlung (UVA, UVB, UVC) der Gruppe 1 der Karzinogene (krebserzeugende Stoffe) zu – also der Gruppe mit gesicherter Kanzerogenität (Krebserzeugung) für den Menschen.

UV-Index (UVI) – Maß für die sonnenbrandwirksame Strahlung

Der UV-Index (UVI) ist ein standardisiertes Maß für die erythemerzeugende (sonnenbrandwirksame) solare Bestrahlungsstärke. Er gibt den Tageshöchstwert um die Mittagszeit an.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO, World Health Organization) empfiehlt, zwischen 11 und 15 Uhr den Aufenthalt im Freien zu vermeiden. Auch im Schatten sind ein sonnendichtes Oberteil, lange Hosen, Sonnencreme, Sonnenbrille und ein breitkrempiger Hut erforderlich.

Standort und Umweltfaktoren – Einfluss auf die UV-Intensität

Die Intensität der UV-Strahlung variiert je nach geographischem und klimatischem Umfeld:

• Breitengrad: Näher am Äquator – höhere Strahlungsintensität.
• Tageszeit: Höchste Werte um die Mittagszeit (Sonnenhöchststand).
• Höhenlage: Zunahme der UV-Strahlung um ca. 10-12 % pro 1000 m.
• Wetter: Starke Bewölkung kann bis zu zwei Drittel der Strahlung absorbieren.
• Reflexion durch Umgebung:
  • Wasser: ≈ 5 %
  • Sand: ≈ 17 %
  • Schnee: ≈ 85 %
  • Gras: ≈ 3 %
  • Durch Sonnenschirme dringen noch etwa 10-15 % der Strahlung.
• Luftfeuchtigkeit: Je trockener das Klima, desto intensiver die UV-Strahlung.

UVA-Strahlung – tief eindringende oxidative Zellschäden

• Wellenlänge: 320-400 nm
• Eigenschaften: langwellig, energiearm, dringt tief in die Lederhaut (Dermis) ein.
• Biologische Wirkung:
  • bewirkt rasche, aber kurzzeitige Bräunung (Oxidation bereits vorhandenen Melanins – brauner Hautfarbstoff),
  • verursacht oxidative DNA-Schäden (Erbsubstanzschäden) inkl. Doppelstrangbrüchen [2],
  • führt zu Kollagenabbau (strukturgebendes Eiweiß) und vorzeitiger Hautalterung (Photoaging),
  • erhöht das Hautkrebsrisiko (Basalzellkarzinom – Basaliom, Plattenepithelkarzinom, malignes Melanom).

Künstliche UVA-Quellen (Solarien, Hochleistungsstrahler) tragen ebenfalls zur Kanzerogenese (Krebserzeugung) bei. Die WHO und IARC stufen Solarien als karzinogen der Klasse 1 ein.

UVB-Strahlung – sonnenbrandwirksam und krebserregend

• Wellenlänge: 280-320 nm
• Eigenschaften: kurzwelliger, energiereicher als UVA; größtenteils Absorption in der Hornschicht (Stratum corneum).
• Biologische Wirkung:
  • bewirkt verzögerte Bräunung (neue Melaninbildung – Bildung des braunen Hautfarbstoffs),
  • löst Erythem (Sonnenbrand) aus,
  • verursacht direkte DNA-Schäden durch Pyrimidindimere (chemische Bindungen zwischen DNA-Basen) und Doppelstrangbrüche,
  • führt zu Mutationen in Tumorsuppressorgenen (z. B. p53 – Gen zur Krebshemmung),
  • erhöht das Risiko für aktinische Keratosen (Vorstufe von Hautkrebs), Plattenepithelkarzinome (Hautkrebs), Basalzellkarzinome (Basaliome) und maligne Melanome (schwarzer Hautkrebs).

Hinweis:
Sonnenschutz dient der Prävention folgender Erkrankungen:

• Aktinische Keratose (Vorstufe von Hautkrebs)
• Plattenepithelkarzinom (Hautkrebs)
• Basalzellkarzinom (Basaliom; etwa 10-mal häufiger als das maligne Melanom)
• Malignes Melanom (schwarzer Hautkrebs)

UVB-Strahlung und Vitamin-D-Synthese

Eine biologische Funktion der UVB-Strahlung ist die endogene Bildung von Vitamin D3 (Cholecalciferol) aus 7-Dehydrocholesterol in der Haut. Dieses wird über eine Zwischenstufe in der Leber und Niere zu Calcitriol (1,25-Dihydroxycholecalciferol) umgewandelt – dem biologisch aktiven Hormon.

Physiologische Effekte des Vitamin-D-Systems:

• Regulation der Calcium- und Phosphathomöostase (Gleichgewicht)
• Steuerung der Zelldifferenzierung und Zellvermehrung
• Induktion der Apoptose (programmierter Zelltod)
• Immunmodulation (Beeinflussung des Immunsystems)
• Interaktion mit anderen hormonellen Systemen

Vitamin-D-Mangel – unabhängiger Risikofaktor für:

• Autoimmunerkrankungen (z. B. Diabetes mellitus Typ 1, Morbus Crohn, Multiple Sklerose, systemischer Lupus erythematodes)
• Hautkrankheiten (z. B. Schuppenflechte – Psoriasis)
• Infektionskrankheiten (z. B. Tuberkulose)
• Arterielle Hypertonie (Bluthochdruck)

Ferner gibt es Hinweise auf einen protektiven Effekt von Vitamin D und Calcium gegenüber Kolonkarzinomen (Darmkrebs) [1].

UVC-Strahlung – theoretisch hochenergetisch, praktisch irrelevant

• Wellenlänge: 200-280 nm
• Wird vollständig durch die Atmosphäre absorbiert.
• In experimentellen Modellen: ausgeprägte DNA-Schäden (Erbsubstanzschäden) durch Pyrimidindimere.
• Biologisch in vivo unter natürlichen Bedingungen bedeutungslos, aber bei künstlicher Exposition (z. B. Desinfektionslampen) potenziell gefährlich.

Evidenzbasierte Schutzmaßnahmen

• Sonnenexposition vermeiden: insbesondere zwischen 11 und 15 Uhr
• Kleidung: dicht gewebte Textilien, lange Ärmel und Hosen
• Kopfbedeckung: breitkrempiger Hut
• Sonnenbrille: UV-Filter 400
• Sonnenschutzmittel:
  • Breitbandfilter (UVA + UVB), Lichtschutzfaktor ≥ 30, ideal ≥ 50
  • Auftragsmenge: ca. 2 mg/cm² (entspricht ≈ 30 mL pro Anwendung für Erwachsene)
  • Wiederholtes Auftragen nach 2 h, sowie nach Schwitzen oder Baden
  • Wasserfeste Produkte bei sportlicher Aktivität
• Kinder, immunsupprimierte oder hautkrebsgefährdete Personen: physikalische Filter (Zinkoxid, Titandioxid) bevorzugen
• Solarien: konsequent meiden – gesicherte Kanzerogenität

Fazit

UV-Strahlung besitzt sowohl nützliche (Vitamin-D-Synthese) als auch schädliche Wirkungen (Photokarzinogenese – Entstehung von Hautkrebs, Photoaging – Hautalterung). Der konsequente Sonnenschutz bleibt die wichtigste Präventionsmaßnahme zur Reduktion des Hautkrebsrisikos. Vitamin D sollte bei unzureichender UV-Exposition über Ernährung oder Supplemente sichergestellt werden.

Literatur

1. Park SY, Murphy SP, Wilkens LR, Nomura AM, Henderson BE, Kolonel LN: Calcium and vitamin D intake and risk of colorectal cancer: the Multiethnic Cohort Study. Am J Epidemiol. 2007 Apr 1;165(7):784-93. Epub 2007 Jan 10
2. Greinert R, Volkmer B, Henning S, Breitbart EW, Greulich KO, Cardoso MC, Rapp A: UVA-induced DNA double-strand breaks result from the repair of clustered oxidative DNA damages. Nucleic Acids Res. 2012 Aug 30. doi: 10.1093/nar/gks824.