Übersicht

Das UV-Spektrum

UV spectrum

 

Die ultraviolette Strahlung tritt im unsichtbaren Lichtspektrum von 100 bis 400 nm auf und wird je nach den biologischen Effekten in die drei – nicht eindeutig festgelegten – Bereiche UVA, UVB und UVC unterteilt.1

 

 

 

 

Arten von UV-Strahlen

Um die UV-bedingten Schäden am Auge besser zu verstehen, ist es hilfreich, den Zusammenhang von UV-Arten und unterschiedlichen Erkrankungen sowie die Folgen der UV-Strahlung für Zellen und Auge näher zu betrachten.

 

UVA

  • UVA ist die Ursache für Hautbräunung und -alterung.
  • Die Wellenlänge von UVA-Strahlen beträgt 315 bis 400 nm.2
  • 95% der von der Sonne abgegebenen UV-Energie, die auf den Äquator trifft, sind UVA-Strahlen.2
  • UVA-Strahlung verschärft die durch UVB-Strahlung verursachten Augenschäden.3
 

UVB

  • UVB schädigt DNS und Gewebe und bewirkt Sonnenbrand.
  • Die Wellenlänge von UVB-Strahlen beträgt 280 bis 315 nm.2
  • 5% der von der Sonne abgegebenen UV-Energie, die auf den Äquator trifft, sind UVB-Strahlen.2
  • UVB weist eine weitaus stärkere biologische Aktivität als UVA auf.4
 

UVC

  • Von den drei genannten Arten weisen UVC-Strahlen den toxischsten Wellenbereich auf. Der größte Teil dieser Strahlen wird jedoch von der Atmosphäre absorbiert.
  • Die Wellenlänge von UVC-Strahlen beträgt 100 bis 280 nm.2
  • UVC-Strahlung wirkt keimtötend.

 

UV-Strahlung: Quellen, Risiken und wie Kontaktlinsen schützen können

 

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UV-Strahlung und das Auge UV

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1. Parrish JA, Anderson RR, Urbach F, et al. UV-A: Biological Effects of Ultraviolet Radiation with Emphasis on Human Responses to Longwave Ultraviolet. New York, NY: Plenum Press; 1978: chap 1.
2. Ultraviolet (UV) Radiation, Broad Spectrum and UVA, UVB, and UVC. Updated May 25, 2005. Accessed December 5, 2007.
3. Sheedy J, Edlich RF. Ultraviolet eye radiation: the problem and solutions. J Long Term Eff Med Implants. 2004;14(1):67–71.
4. Fishman GA. Ocular phototoxicity: guidelines for selecting sunglasses. Surv Ophthalmol.1986:31:119–24.

 

 

Zellschädigung

Wie schädigt UV-Strahlung Zellen und Gewebe?

 

Schäden durch UV-Strahlung

UV-Energie wird schnell von Nukleinsäuren, Proteinen, Lipiden und sonstigen Molekülen im Zellinneren absorbiert.1 Der Großteil dieser Energie löst sich auf, doch die verbleibenden Strahlen können die Struktur der Moleküle verändern. Ein beschädigtes Molekül wiederum reagiert möglicherweise mit anderen Molekülen im Inneren der Zelle.2 Zu den dokumentierten Zellveränderungen aufgrund von UV-Exposition zählen Punktmutationen der DNS3, 4, Denaturierung von Proteinen sowie Zelltod.3, 6, 7

 

1. Molho-Pessach V, Lotem M. Ultraviolet radiation and cutaneous carcinogenesis. Curr Probl Dermatol. 2007;35:14–27.
2. Taylor HR. Ultraviolet radiation and the eye: an epidemiologic study. Tr Am Ophth Soc. 1989;87:802–53.
3. Rünger TM. How different wavelengths of the ultraviolet spectrum contribute to skin carcinogenesis: the role of cellular damage responses. J Invest Dermatol. 2007;127(9):2236-44.
4. Allan J. Ultraviolet radiation: how it affects life on earth. Published September 6, 2001. Accessed December 5, 2007.
5. Mutations: what they are, their causes and effects – an overview. Updated November 27, 2007. Accessed December 6, 2007.
6. Berneburg M, Gattermann N, Stege H, Grewe M, Vogelsang K, Ruzika T, et al. J. Chronically ultraviolet-exposed human skin shows a higher mutation frequency of mitochondrial DNA as compared to unexposed skin and the hematopoietic system. Photochem Photobiol. 1997;66(2):271-5.
7. Apoptosis. Published November 30, 2007.Accessed December 6, 2007.

 

 

Augenschäden

Schädigungen durch UV-Strahlung sind kumulativ und irreversibel. Neben der Hornhaut können Linse, Iris, Netzhaut sowie Epithel- und Bindehautgewebe in Mitleidenschaft gezogen werden. Die Schäden der vier wichtigen Bereiche Hornhaut, Linse, Netzhaut und Bindehaut sind umfassend dokumentiert.1

 

Bindehaut

Die Bindehaut wird sehr schnell durch UV-Strahlung geschädigt. UV-Licht setzt eine komplizierte Abfolge oxidativer Reaktionen in Gang und führt auf unterschiedliche Weise zum Tod von Zellen.2

Ocular damage

 

Hornhaut

Sowohl das Epithel als auch das Endothel (welches sich nicht regenerieren kann) sind anfällig. Verstärkte UVB-Exposition führt zu einer erheblichen Schädigung des antioxidativen Schutzmechanismus für die Hornhaut, sodass diese sowie weitere Bereiche des Auges verletzt werden.3

Eine beträchtliche Menge an UV-Strahlen wird vom Hornhautstroma absorbiert. Wird dieses Gewebe aufgrund einer Hornhautverformung (Keratokonus) oder eines refraktiven Eingriffs dünner, dringen mehr UV-Strahlen zur Linse vor. Da die refraktive Chirurgie ein relativ neues Feld darstellt, werden erst in einigen Jahren Erkenntnisse dazu vorliegen, ob das chirurgische Abtragen des Stromas das Risiko einer frühzeitigen Erkrankung an grauem Star erhöht.4

 

Augenlinse

Im Lauf der Zeit erhält die Augenlinse eine gelbliche Färbung und verliert an Transparenz. Der Hauptgrund dafür sind irreversible Veränderungen in den Proteinen der Linse5, die durch Alterungsprozesse, Vererbung und UV-Strahlung verursacht werden.6

 

Netzhaut

Im Allgemeinen ist die Netzhaut vor UV-Strahlung geschützt, da die Augenlinse einfallende Strahlen absorbiert. Durch die transparenteren Augenlinsen von Kinderaugen dringen UV-Strahlen jedoch in stärkerem Ausmaß ein, deshalb ist in ihrem Fall ein angemessener UV-Schutz für die Augen sogar noch wichtiger.

 

Studie: Bulbus-Oberfläche reflektiert UV-Strahlen auf seitlichen Nasenbereich

Australische Forscher haben herausgefunden, dass Basalzellenkrebs (weißer Hautkrebs) weitaus häufiger an den seitlichen Nasenbereichen auftritt als in anderen Bereichen des Gesichts, die direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Die Wissenschaftler setzten dazu ein Modell ein, bei dem per Simulation Lichtstrahlen von der gewölbten Oberfläche des Augapfels in mehreren Winkeln reflektiert wurden. So entdeckten sie, dass die gewölbte Form des Augapfels eine Art Reflexion hervorrief und einen Fokussierungseffekt an den Seitenflächen der Nase erzeugte. Dr. Benjamin Birt, Leiter der Forschungsgruppe, kam zu dem Schluss: „Gute Panorama-Sonnenbrillen reduzieren die Menge an UV-Strahlen, die aus verschiedenen Winkeln auf das Auge treffen.“ 7

 

1. Sliney DH. How light reaches the eye and its components. Int J Toxicol. 2002;21(6):501–9.
2. Buron N, Micheau O, Cathelin E, Lafontaine PO, Creuzot-Garcher C, Solary E. Differential mechanisms of conjunctival cell death induction by ultraviolet irradiation and benzalkonium chloride. Inv Ophthalmol Vis Sci. 2006;47(10):4221–30.
3. Cejkova J, Stipek S, Crkovska J, Ardan T, Platenik J, Cejka C, Midelfart A. UV rays, the prooxidant/antioxidant imbalance in the cornea and oxidative eye damage. Physiol Res. 2004;53:1–10.
4. Cohen S. SOS: ultraviolet radiation and the eye. Rev Cornea Contact Lens. October 2007:28–33.
5. Taylor LM, Aquilina J, Jamie JF, Truscott RJ. UV filter instability: consequences for the human lens. Exp Eye Res. 2002;75(2):165–75.
6. Robman L, Taylor H. External factors in the development of the cataract. Eye. 2005;19(10):1074–82.
7. Birt B, Cowling I, Coyne S, Michael G. The effect of the eye’s surface topography on the total irradiance of ultraviolet radiation on the inner canthus. J Photochem Photobiol B. 2007;87(2)27–36.

 

 

UV-induzierte Augenerkrankungen

UV-Strahlung gilt als ein Risikofaktor bzw. als Grund für die Entstehung zahlreicher Augenerkrankungen.1-4 Zu diesen Krankheiten zählen UV-induzierte Keratokonjunctivitis (Horn- und Bindehautentzündung), Pterygium (Flügelfell), Pinguecula (Lidspaltenfleck), Katarakt (Grauer Star), Plattenepithelkarzinom (Stachelzellkrebs), Augenmelanom, aktinische Keratopathie (Schneeblindheit) sowie Makuladegeneration. Erfahren Sie im Folgenden mehr zu einigen der gängigsten durch UV-Strahlen hervorgerufenen Augenschäden:

Pinguecula close up

Pinguecula (Lidspaltenfleck)

  • Bei einer Pinguecula (Lidspaltenfleck)5,6 handelt es sich um eine gutartige erhabene und gelbe Schädigung, die meist im nasalen Limbusbereich auftritt.
  • Eine Pincuecula entwickelt sich über mehrere Jahre hinweg.
  • Dieser Schaden entsteht aufgrund einer Degeneration des Stromas der Bindehaut.
  • Sie tritt häufiger bei Menschen mit hoher Außenaktivität auf, in Gebieten mit erhöhter Sonneneinstrahlung sowie bei Umwelteinflüssen wie Wind und Staub.
  • Symptome sind unter anderem Augentrockenheit und leichte Schmerzen.
  • Frühe Anzeichen können bereits bei Kindern im Alter von neun Jahren auftreten.7

 

Pterygium grading scales

 

Pterygium

Pterygium (Flügelfell)

UV-Licht gilt als die Hauptursache für die Ausbildung von Pterygium (Flügelfell).8-11 Es tritt häufiger bei Personen auf, die in Äquatornähe leben, insbesondere im Alter von 20 bis 39, und/oder bei Personen, die viel Zeit im Freien verbringen (z. B. Surfer, Segler, Fischer). Pterygium wird in Verbindung gebracht mit erhöhter UV-Exposition bei jungen Menschen sowie mit Umwelteinflüssen wie Wind und Staub.12 Es kann die Sehqualität beeinträchtigen. 


Pterygium grading scales

 
 

Pterygium – Entstehung und Entwicklung

  • Das Stroma der Bindehaut wird abgebaut und durch eine dicke Gewebeschicht ersetzt. Auch das Hornhautstroma kann betroffen sein. In der Grafik ist der Beginn der Überwucherung der Hornhaut des linken Auges zu sehen. 
  • Unter Pterygium ist ein erhabenes, flügelförmiges Stückchen Gewebe (faseriges Zellgewebe, gefäßhaltiges Narbengewebe oder von Blutgefäßen durchzogenes Gewebe) zu verstehen. Meist tritt die Erkrankung am nasalen Augenwinkel auf. 
  • Patienten weisen oftmals keine Symptome auf, suchen jedoch aus kosmetischen Gründen einen Spezialisten auf. 
  • Die Behandlung eines  Pterygiums ist schwierig, und nicht immer führt ein operativer Eingriff zum gewünschten Erfolg.

 

UV-induzierte Keratokonjunctivitis (Horn- und Bindehautentzündung)

Akute Überdosierung mit Sonnenlicht kann zu UV-bedingter Keratokonjunctivitis (Horn- und Bindehautentzündung) führen.13 Die umgangssprachliche Bezeichnung „Schneeblindheit“  macht nicht deutlich, dass das UV-Licht die Schädigung hervorruft und dass die Bindehaut in Mitleidenschaft gezogen wird.

Krankheitsverlauf UV-bedingter Keratokonjunctivitis:

  • Die Epithelschicht wird gereizt und lockert sich. Die anschließende Entzündungsreaktion verursacht Wassereinlagerungen, Blutandrang und eine Tüpfelung der Hornhaut.
  • Unter Umständen sterben Epithelzellen ab, und es kann zu einer Sehschärfenminderung kommen. Nervenfasern bleiben jedoch unversehrt, sodass erhebliche Schmerzen auftreten können.
  • Außerdem wird die Bindehaut geschädigt. Die Verletzung manifestiert sich in einem Gefühl von Sand in den Augen.

 

Cataract

Katarakt (Grauer Star)

Katarakt (Grauer Star)2, 14, 15 ist weltweit die Hauptursache für Erblindung. In zahlreichen Ländern stellt die Entfernung des grauen Stars eine der am häufigsten durchgeführten Operationen dar. Er tritt ab einem Alter von etwa 40-50 Jahren auf und zeigt sich in Symptomen wie verschwommener Sicht, Lichthöfen und Blendeffekten, z. B. beim nächtlichen Autofahren.

 
 

Die Gründe für die Entstehung von Katarakt sind komplex

  • Lebensalter und erbliche Vorbelastung erweisen sich als die größten Risikofaktoren für die Ausbildung jeglicher Art von Katarakt.
  • Auch UV-Exposition begünstigt in bedeutendem Maß die Erkrankung und gilt als Grund für die frühe Entstehung von kortikalem Katarakt (Rindenstar). Obwohl der Zusammenhang zwischen UV-Strahlung und Katarakt anhand einer Reihe von Studien gründlich untermauert worden ist, besteht nach wie vor Unklarheit darüber, welche Rolle genau das UV-Licht bei der natürlichen Entwicklung dieser Krankheit spielt.
  • Weitere Risikofaktoren sind Rauchen und Medikamenteneinnahme,  außerdem sind der allgemeine Gesundheitszustand und die Ernährung relevant.
 
 

Linsenschädigung und potenzielle Entstehung von Katarakt durch UV-Strahlung: mögliche Ursachen

  • Veränderungen in den lichtempfindlichen Aminosäuren der Linsenproteine 
  • Kovalente Bindung zwischen UV-Filterkomponenten und Linsenproteinen 
  • Bildung reaktiver toxischer Oxidantien
  • Unmittelbare Schädigung der DNS im Hornhautepithel

 

Pterygium grading scales

 

Macular

Makuladegeneration

  • In Entwicklungsländern ist altersbedingte Makuladegeneration16-19 eine der Hauptursachen für irreversiblen zentralen Sehverlust.
  • Die Erkrankung an altersbedingter Makuladegeneration hängt von zahlreichen Faktoren ab.
  • Die Entstehung dieser Schädigung steht möglicherweise in Zusammenhang mit UV-Strahlung.20
  • Menschen mit einer höheren Pigmentdichte in der Makula scheinen seltener an altersbedingter Makuladegeneration zu erkranken. 
  • Kleine Kinder sind unter Umständen einer höheren UV-Belastung ausgesetzt, solange ihre Augenlinse noch eine hohe Durchlässigkeit für UV-Strahlen aufweist.21

 

1. Coroneo M. Sun, eye, the ophthalmohelioses and the contact lens. Eye Health Advisor, a magazine of Johnson & Johnson Vision Care, January 2006.
2. Young RW. The family of sunlight-related eye diseases. Optom Vis Sci. 1994;71(2):125–44.
3. Taylor HR, West S, Munoz B, Rosenthal FS, Bressler SB, Bressler NM. The long-term effects of visible light on the eye. Arch Ophthalmol. 1992;110(1):99–104.
4. Wittenberg S. Solar radiation and the eye: a review of knowledge relevant to eye care. Am J Optom Physiol Opt. 1986;63(8):676–89.
5. Perkins ES. The association between pinguecula, sunlight and cataract. Ophthalmic Res. 1985;17(6):325–30.
6. Lica L. Pinguecula and pterygium. Gale Encyclopedia of Medicine website, accessed via BNET Research Center Web site. Published 1999. Accessed December 7, 2007.
7. Ooi J-L et al. Ultraviolet fluorescence photography to detect early sun damage in the eyes of school-aged children. Amer J Ophthalmol 2006; 14(2): 294-298.
8. Saw SM, Tan D. Pterygium: prevalence, demography and risk factors. Ophthalmic Epidemiol. 1999;6(3):219–28.
9. Ang LP, Chua JL, Tan DT. Current concepts and techniques in pterygium treatment. Curr Opin Ophthalmol. 2007;18(4):308–13.
10. Mackenzie FD, Hirst LW, Battistutta D, Green A. Risk analysis in the development of pterygia. Ophthalmology. 1992;99(7):1056–61.
11. Nolan TM, DiGirolamo N, Sachdev NH, Hampartzoumian T, Coroneo MT, Wakefield D. The role of ultraviolet irradiation and heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor in the pathogenesis of pterygium. Am J Pathol. 2003;162:567–74.
12. McCarty et al. Epidemiology of pterygium in Victoria, Australia. Brit J Ophthalmol 2000; 84(3): 289-292.
13. Bergmanson JP. Corneal damage in photokeratitis—why is it so painful? Optom Vis Sci. 1990;67(6):407–13.
14. McCarty CA, Nanjan MB, Taylor HR. Attributable risk estimates for cataract to prioritise medical and public health action. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2000;41(12):3720-5.
15. Ellwein LB, Urato CJ. Use of eye care and associated charges among the Medicare population. Arch Ophthalmol. 2002;120(6):804-11.
16. Bialek-Szymanska A, Misiuk-Hojlo M, Witkowska D. Risk factor evaluation in age-related macular degeneration. Klin Oczna. 2007;109(4–6):127–30.
17. Loeffler KU, Sastry SM, McLean IW. Is age-related macular degeneration associated with pinguecula or scleral plaque formation? Curr Eye Res. 2001;23(1):33–7.
18. Cruickshanks KJ, Klein R, Klein BE, Nondahl DM. Sunlight and the 5-year incidence of early age-related maculopathy: the Beaver Dam Eye Study. Arch Ophthalmol. 2001;119(2):246–50.
19. Taylor HR, Munoz B, West S, Bressler NM, Bressler NM, Bressler SB, Rosenthal FS. Visible light and risk of age-related macular degeneration. Trans Am Ophthalmol Soc. 1990;88:163–73; discussion 173–8.
20. Chalam KV, Khetpal V, Rusovici R et al. A review: role of ultraviolet radiation in age-related macular degeneration. Eye & Contact Lens 2011; 37(4): 225-232.
21. Wagner R S. Why children must wear sunglasses. Contemp Pediatr, 1995, 12: 27-31.