Endogene Photoprotektion

Durch verschiedene endogene Photoprotektionsmechanismen ist die Haut in der Lage sich gegenüber den Wirkungen von UV Strahlen zu schützen. Eine der wirksamsten Schutzreaktionen besteht in der Bildung von Melanin. Dieses schützt durch Absorption, Reflexion und Streuung und wirkt als Radikalfänger. Durch wiederholte UV Expositionen bildet sich durch Verdickung des Stratum corneum die so genannte Lichtschwiele aus. Ferner wirken verschiedene Enzyme und die Urokaninsäure (entsteht aus Histidin und gelangt mit dem Schweiss an die Hautoberfläche) ebenfalls photoprotektiv. Reichen die Schutzmechanismen nicht aus, erlauben zelluläre, enzymatisch gesteuerte Reparaturmechanismen die Entfernung von DNA-Schäden. Von großem Interesse ist zurzeit der systemische Sonnenschutz, der den gleichmässigen, verlustfreien Schutz des ganzen Körpers zum Ziel hat. Antioxidantien, reparaturinduzierende, UV absorbierende oder Zellantwort unterdrückende Substanzen kommen zum Einsatz. Die Datenlage ist allerdings widersprüchlich und von einem etablierten systemischen Schutzkonzept sind wir heute weit entfernt.

Kleidung als sicherer Schutz – es gibt auch Ausnahmen!

Das Tragen geeigneter Kleidung bietet einen relativ sicheren Schutz. Insbesondere auf eine Kopfbedeckung, vornehmlich mit breiter Krempe, sollte geachtet werden. Allerdings garantiert nicht jedes Kleidungsstück ausreichenden Schutz. Bei typischer Sommerbekleidung aus leichten, hellfarbigen Stoffen ist der Schutz reduziert. Bei hellen Baumwoll-T-Shirts gelangen bis zu 20 Prozent der UV Strahlung auf die Haut. Im nassen Zustand erhöht sich die Durchlässigkeit nochmals deutlich auf bis zu 50 Prozent. Je dichter ein Stoff gewoben und je dunkler seine Farbe ist, desto besser ist seine UV Schutzleistung. Für Textilien sind - ähnlich wie für Lichtschutzprodukte - Schutzfaktoren definiert (Ultraviolet Protection Factor, UPF). Diese werden gelegentlich auf Kleidungsstücken deklariert.

Lichtschutzfilter - chemisch oder physikalisch?

Heute stehen für die exogene Photoprotektion rund 20 von Behörden zugelassene Lichtschutzfilter zur Verfügung die in einer Vielzahl unterschiedlicher Formulierungen angeboten werden. Lichtschutzpräparate enthalten physikalische und/oder chemische UV Filter.

Die Wirksamkeit physikalischer Filter beruht in erster Linie auf der Reflexion und Streuung sowie auf Absorption des Lichtes durch kleine fein disperse Titandioxid- oder Zinkoxidpartikel. Bis vor kurzem genossen diese aufgrund des kosmetisch störenden „Weisseleffekts“ eine mässige Akzeptanz. Durch Verkleinerung der Teilchen auf 20 bis 50 nm werden sichtbare Strahlen nicht mehr gestreut und das Produkt verliert den „Weisseleffekt“. Viele der heute zur Verfügung stehenden Lichtschutzprodukte mit physikalischen Filtern sind unterdessen kosmetisch akzeptabel.

Wegen der Verkleinerung der Partikel in den Nanobereich (<100nm) sind in der jüngsten Vergangenheit allerdings auch Bedenken betreffend Sicherheit geäussert worden. Nationale und internationale Kommissionen (EU, Bundesinstitut für Risikobewertung und Australian Therapeutic Goods Administration) haben diese Bedenken überprüft und kein öffentliches Gesundheitsrisiko festgestellt. In zahlreichen wissenschaftlichen Untersuchen wurde belegt, dass Titandioxid- oder Zinkoxidnanopartikel auf der Hautoberfläche verbleiben und die Haut nicht durchdringen. Wegen ihres enormen Nutzens wäre ein Verzicht auf diese Filter absolut unverantwortlich.

Die Wirksamkeit chemischer Filter beruht auf der Absorption von UV Strahlung durch konjugierte Doppelbindungen. Die aufgenommene Energie wird in Form von Wärme und Fluoreszenzlicht wieder frei gegeben. Je nach Absorptionsspektrum der Filter spricht man von UVA-, UVB- oder Breitbandfiltern. Lichtschutz muss sich über die gesamte Breite der relevanten Wellenlängen (290-400nm) erstrecken. Daher werden meist mehrere UV Filter mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima kombiniert.

Wann ist Sonnenexposition besonders gefährlich?

In unseren gemäßigten Zonen gilt als Faustregel, dass 50 Prozent der UVB-Strahlung ca. 1,5 Stunden vor und 1,5 Stunden nach Sonnenhöchststand einwirkt. Aufgrund von Zeitzonen sowie Sommer- und Winterzeit kann der Sonnenhöchststand beträchtlich von der gesetzlichen Uhrzeit (12:00) abweichen. Trotz des symmetrischen Tagesgangs der erythemwirksamen Bestrahlungsstärke ist die Gefahr, einen Sonnenbrand zu erleiden, vormittags und nachmittags in der Praxis nicht gleich, wie es eigentlich aus dem Verlauf der Bestrahlungsstärke anzunehmen wäre.

Die minimale Erythemdosis (MED) für die sonnengewohnte Haut des Hauttyps II (250 J/m2) ist nach etwa 50 Minuten erreicht. Diese Dosis ist durch die dunkelgrüne Fläche in der Abbildung 1 dargestellt. Die sich anschließenden hellgrünen, gelben, orangen und roten Flächen stellen das Vielfache der MED dar. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Zeiten, bis jeweils eine weitere Erythemdosis empfangen ist, gegen Mittag immer kürzer werden. Am Nachmittag verhalten sich die Dinge dagegen gerade umgekehrt. Begibt sich der Urlauber nach dem Mittagessen in die Sonne, so wird er die erste MED in sehr kurzer Zeit empfangen haben. Da jedoch die hautwirksame Bestrahlungsstärke mit der Zeit schnell abnimmt, werden die Zeiten, in denen weitere Vielfache der MED akquiriert werden, zunehmend länger. Daraus ergibt sich klar, dass die Sonnenexposition am Vormittag weit mehr Gefahren birgt als am Nachmittag.

Lichtschutzfaktoren – welche Bedeutung haben sie wirklich?

Die Schutzleistung von Lichtschutzprodukten ist dem Konsumenten von heute vor allem über den auf der Packung angegebenen Licht- oder Sonnenschutzfaktor (LSF, SSF, SPF) bekannt und bezieht sich ausschließlich auf die Schutzleistung gegen UVB-Strahlen. Er gibt an, wie viel mal länger man mit einem bestimmten Lichtschutzmittel an der Sonne bleiben kann bevor ein Sonnenbrand entsteht, als ohne Lichtschutzmittel. Trotz der Einfachheit dieser Definition schleichen sich nicht selten fehlleitende Erklärungen ein. So wird häufig angenommen, dass sich die Lichtschutzleistung von 15 auf 30 bzw. 60 nicht verdoppelt bzw. vervierfacht da der prozentuale Anteil an herausfiltrierter UV Strahlung lediglich um 5 Prozent steigt. Daraus wird geschlossen, dass die Schutzleistung bei steigendem Lichtschutzfaktor unwesentlich steigt. Entscheidend für die Schutzleistung ist jedoch nicht die herausfiltrierte Strahlung sondern die Strahlung die die Epidermis/Dermis erreicht. Bei LSF 15 erreichen ca. 6.7 Prozent, bei LSF 30 ca. 3.3 Prozent und bei LSF 60 rund 1.7 Prozent der UV Strahlung die Epidermis/Dermis – dies entspricht einer Verdoppelung bzw. Vervierfachung der Lichtschutzleistung. Die Abbildung 2 zeigt, dass bei der Anwendung eines Lichtschutzproduktes mit SPF 10 von 100 Photonen exemplarisch vereinfacht nur 10 die Epidermis/Dermis erreichen. Wird der SPF auf 50 erhöht erreichen lediglich 2 Photonen die Epidermis/Dermis. Die Schutzleistung wurde in diesem Beispiel also verfünffacht.

Durch die Entwicklung neuer UV Filter und neuer galenischer Formulierungen wurde es möglich Produkte mit extrem hohen Lichtschutzfaktoren zu entwickeln. Um die Schutzleistung für den Konsumenten verständlicher zu machen und die werberische Phantasie der Anbieter zu mäßigen, wurde durch die EU eine einfache Kategorisierung vorgeschlagen. So sollte heute nur noch zwischen niedrigem (bis LSF 15), mittlerem (LSF 15 bis 30), hohem (LSF 30 bis 60) und sehr hohem (LSF grösser 60) Schutz unterschieden werden. Es wird allerdings noch Jahre dauern, bis diese EU Empfehlung verstanden und umgesetzt worden ist

Und wie steht es mit dem UV-A Schutz?

Weit weniger stringent ist die Situation bezüglich des UVA Schutzes. Dies obwohl die schädigende Wirkung auch dieser UV Strahlen eindeutig belegt ist. Die Orientierung des Konsumenten war in der Vergangenheit erschwert, da die Ermittlung der Höhe des UVA Schutzes und die dazugehörigen Deklaration nicht einheitlich geregelt war. Darüber hinaus war nicht zwangsläufig sichergestellt, dass bei steigendem UVB Schutz auch die UVA Schutzleistung gesteigert wurde. Heute kann die UVA Schutzleistung entweder nach einer in vitro Methode (DIN Norm) oder einer in vivo Methode (Persistent Pigment Darkening, PPD) bestimmt werden und sollte in einer definierten Beziehung zur UVB Schutzleistung stehen. Wird dieser Wert erreicht, darf das Produkt mit dem UVA Schutz Signet gekennzeichnet werden.

Und wie genau sind die Messmethoden?

Trotz der Tatsache, dass die Schutzleistung der Sonnenschutzprodukte im UV A und B Bereich mit genau standardisierten Methoden bestimmt wird, sind große Schwankungen der Schutzleistung zwischen den einzelnen Probanden und den Prüfzentren feststellbar und in der wissenschaftlichen Literatur dokumentiert. Vor diesem Hintergrund kommt es mit unter bei abweichenden Nachmessungen durch Konsumentenorganisationen oder Mitbewerbern häufig zu unglücklichen Diskursen die den Konsumenten mehr verunsichern als ihn in seiner Anwendungsbereitschaft oder Anwendungstreue zu unterstützen.

Ergänzende Ingredienzien

Neben den UV Filtern enthalten Lichtschutzprodukte auch verschiedene zusätzliche Wirkstoffe, die eine über den UV Schutz hinausgehenden Nutzen bieten. Dazu gehören die Antioxidantien (Vitamine) die die reaktiven Sauerstoffradikale neutralisieren, Reparaturenzyme die die Regeneration von geschädigten Zellen beschleunigen und hautpflegende und -beruhigende Wirkstoffe (Dexpanthenol, Glycerin) die die Epithelisierung fördern oder die Haut befeuchten.

Die richtige Kombination aus Vehikel und Filter

Moderne Lichtschutzprodukte bestehen aus einer galenischen Grundlage und verschiedenen Lichtschutzfiltern, deren Gesamtkonzentration zwischen 4 und 30 Prozent schwanken kann. Je höher der angestrebte Lichtschutzfaktor ist desto höher sind die Konzentrationen der Lichtschutzfilter in einer Formulierung. Für Produkte mit einem LSF > 50 sind nicht selten Filterkonzentrationen von mehr als 20 Prozent notwendig. Dies beeinträchtigt gelegentlich die kosmetische Akzeptanz und kann vereinzelt zu jucken oder brennen führen.

Galenische Grundlagen – was gilt es zu beachten?

Mit der galenischen Grundlage wird versucht mit einer eleganten Formulierung für verschiedene Körperpartien (Lippen, Gesicht, behaarte Haut etc.) eine hohe kosmetische Akzeptanz bei gleichzeitiger Stabilität der Filter zu erreichen. Die Sensorik der Formulierungen werden durch die eingesetzten Ingredienzien bestimmt. Mit modernen Technologien wird versucht die Verteilung auf der Haut zu optimieren (z. B. liposomale Formulierungen), die Stabilität der Schutzfilter zu erhöhen oder die Permeation der Filter durch die Haut zu vermindern (z. B. Solid Lipid Nanoparticles). Die angenehme Sensorik des Produktes sowie eine geeignete Primärverpackung (Handlichkeit, Dosiermöglichkeit, etc.) sind für die Compliance und damit für den Erfolg des UV Schutzes von entscheidender Bedeutung.

Wasserfest – und auch abreibbeständig?

Die Beständigkeit der Schutzleistung eines Lichtschutzproduktes nach Wasserkontakt ist von großer Bedeutung. Ein Produkt darf als „wasserfest“ bzw. „extra wasserfest“ bezeichnet werden, wenn die Schutzleistung nach bewegtem Wasserkontakt von 2-mal 20 Min. bzw. 4-mal 20 Min. noch mindestens 50 Prozent des Ausgangswertes beträgt. Diese Prüfung erlaubt jedoch keine Aussage bezüglich der alltagsrelevanten Abreibfestigkeit eines Produkts. Dies ist ein wichtiger Aspekt, da durch Abtrocknen nach einem Bad oder nach dem Wegwischen von Schweiß ein Teil des Produkts von der Haut entfernt werden kann. Es ist deshalb empfehlenswert nach dem Schwimmen und Abtrocknen Lichtschutzprodukt erneut aufzutragen.

Menge und Verteilung

Die - gemäß COLIPA-Richtlinie - zur Bestimmung des Lichtschutzfaktors eingesetzte Menge an Lichtschutzprodukt beträgt 2 mg/cm². Die in der Praxis eingesetzte Menge ist häufig deutlich niedriger (0.5-1 mg/cm²) und die Lichtschutzwirkung damit um den Faktor 2 bis 4 reduziert. Diesem Umstand ist im Alltag Rechnung zu tragen indem die Aufenthaltszeit an der Sonne verkürzt wird oder man sich 2-mal - idealerweise ein erstes Mal 30 Minuten und ein zweites Mal unmittelbar vor der geplanten Sonnenexposition - mit Sonnenschutzprodukt behandelt.

Die Güte der Verteilung eines Lichtschutzproduktes ist durch den Anwender schlecht überprüfbar und die Verteilung auf gewissen Körperstellen erfordert die Hilfe von Dritten. Nicht selten erhalten besonders Sonne exponierte Stellen wie Stirn, Ohren, Nacken oder Handrücken sowie Rücken keinen ausreichenden Schutz.

Sonne und Vitamin D

Der biologisch wichtigste - positive - Effekt der UVB-Strahlung besteht in der Umwandlung von Provitamin D₂/D₃ in der Oberhaut zu den entsprechenden Prävitaminen die anschließend zu den eigentlichen Vitaminen D₂/D₃ isomerisieren. Obwohl experimentell gezeigt wurde, dass die Anwendung von Lichtschutzprodukten die Vitamin D Umwandlung drosselt, ist nicht davon auszugehen, dass es bei der Anwendung von Sonnenschutzprodukten während Freizeitaktivitäten und Ferien zu klinisch relevanten Vitamin-D Mangelerscheinungen kommt. Es wird heute angenommen, dass 2 bis 3 Sonnenexpositionen von Händen, Armen und Gesicht pro Woche mit einer Dosis von 1/3 bis ½ MED Vitamin-D Mangelerscheinungen verhindern. Auf Lichtschutz zu Gunsten der Vitamin D Produktion zu verzichten ist aufgrund der Bedeutung des Sonnenlichts bei der Karzinogenese auf keinen Fall angezeigt zumal Vitamin D einfach supplementiert werden kann.

Infrarot (IR) Strahlung – eine NEUE Gefahr?

Seit Kurzem wird auch die schädigende Wirkung von den im Sonnenlicht enthaltenen kurzwelligen Infrarot-Strahlen (IRA) (760-1400nm) diskutiert. Es wird vermutet, dass der hervorgerufene oxidative Stress zur frühzeitigen Alterung der Haut beiträgt. Ein Schutzkonzept wie er für UV Strahlung besteht (Absorption der Strahlung), existiert heute nicht. Indirekt kann der Schädigung entgegengewirkt werden indem der Haut Antioxidantien zugeführt werden.

Akute Lichtschäden - mehr als Sonnenbrand

Die größte Gruppe lichtbedingter Hauterkrankungen stellt die Polymorphe Lichtdermatose (PLD) dar. Lupus erythematodes, Lichturtikaria, Xeroderm pigmentosum, Vitiligo, Herpes simplex - Infektionen u.v.m. sind Krankheitsbilder, die durch Sonnenlicht negativ beeinflusst werden. In all diesen Fällen sind Lichtschutzprodukte mit hohem bis sehr hohem Lichtschutzfaktor zu verwenden. Häufig werden die oben erwähnten Krankheiten durch UVA Strahlung und teilweise sichtbares Licht hervorgerufen. Daher sollten Lichtschutzpräparate mit adäquatem UVA Schutz verwendet werden.

Verschiedene Arzneimittel - Retinoide, Tetrazykline, Johanniskraut, Neuroleptika - sowie spezielle kosmetische Maßnahmen - Anwendung von Peeling Produkten - können zur erhöhten Lichtempfindlichkeit führen. Es sollten auch hier Lichtschutzprodukte mit ausreichendem UVB und UVA Schutz verwendet werden. Die Mallorca Akne (Akne aestivalis) wird bei entsprechend disponierten Personen durch Peroxide bei gleichzeitiger UV Bestrahlung ausgelöst (phototoxisch-chemotoxische Hautreaktion). Durch die Verwendung von Lichtschutzprodukten, die frei von Peroxid bildenden Inhaltsstoffen (bestimmte Fette oder Emulgatoren) sind, lässt sich in 90 Prozent der Fälle das Auftreten der Hauterscheinung vermeiden.

Chronische Lichtschäden - Vorsicht auch vor weißem Hautkrebs

Unter dem Begriff - chronischen Lichtschäden - werden u. a. Zeichen der vorzeitigen Hautalterung, die aktinische Keratose, das Spinaliom, das Basaliom („weißer“ Hautkrebs, Non Melanoma Skin Cancer, NMSC) und das Melanom („schwarzer“ Hautkrebs) zusammengefasst. Die ätiologische Bedeutung des Sonnenlichts bei der Karzinogenese lässt sich durch verschiedene Beobachtungen belegen. Epitheliale Hauttumoren treten vorwiegend an chronisch Lichtexponierten Körperstellen auf, wobei suberythematogene Dosen auszureichen scheinen. Menschen mit fehlender oder geringer Pigmentierungsfähigkeit (Hauttyp I/II) zeigen dabei ein besonderes Risiko. Die Häufigkeit gewisser Tumorarten nimmt bei der weißen Bevölkerung mit abnehmender geographischer Breite zu.

Die meisten Beobachtungen weisen darauf hin, dass die Entstehung von Hauttumoren mit der kumulativen Dosis an UV Strahlung einhergeht. NMSC gilt im Vergleich zum malignen Melanom als weniger bedeutend, da die Mortalität deutlich geringer ist. Kürzlich publizierte Daten aus Deutschland zeigen jedoch ein neues differenzierteres Bild. Die altersspezifischen Hospitalisierungsraten lagen beim NMSC um das 1.8- bis 2.5-fache über den Raten für Melanome. Die geschätzten Spitalkosten pro Jahr beliefen sich beim malignen Melanom auf 50-60, beim NMSC auf 105 bis 130 Mio. Euro und lagen damit beim „weißen“ Hautkrebs etwa doppelt so hoch wie beim „schwarzen“. NMSC sind also ein kein zu vernachlässigendes Problem und verursachen starke, mit dem Lebensalter ansteigende Inanspruchnahme stationärer Leistungen mit entsprechend gravierenden persönlichen wie gesundheitsökonomischen Folgen.

Immunsupprimierte Patienten (speziell nach Transplantation) zeigen ein besonders stark erhöhtes Risiko Hauttumoren zu entwickeln. Vor diesem Hintergrund konnte bei einer kürzlich abgeschlossenen Studie gezeigt werden, dass die konsequente Anwendung eines Lichtschutzproduktes bei Immunsupprimierten nach Transplantation zur Reduktion von aktinischen Keratosen führte und die Entstehung neuer Spinaliome verhinderte.

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Fazit für die Praxis

Zur Vermeidung von akuten und chronischen Schäden durch UV Strahlen werden folgende Schutzmaßnahmen empfohlen.

• Meidung des Sonnenlichtes 1 bis 2 Stunden vor und nach Sonnenhöchststand insbesondere im Sommer
• Sonnenexpositionen sind vormittags mit einem höheren Sonnenbrandrisiko verbunden
• Meidung von künstlichen UV Quellen (Solarien), z. B. zur Erhaltung von Urlaubsbräune
• Tragen von lichtdichter Kleidung und Kopfbedeckungen mit breiter Krempe und UV absorbierenden Sonnenbrillen
• Konsequente Anwendung von Lichtschutzprodukten
  • Auftragen von ausreichenden Mengen an Lichtschutzprodukt auf alle nicht durch Kleidung geschützte Haut (Gesicht, Nacken, Ohren, Arme, Hände etc.)
  •  bei Aufenthalt im Freien (bei div. Freizeitaktivitäten) den Verhältnissen angepasster Schutz mit Produkten mit hohem bis sehr hohem Schutz (SPF 30 bis 50+)
• Kinder und Jugendliche sowie Personen mit erhöhtem Risiko Hautkrebs zu entwickeln sollten besonders auf einen konsequenten Lichtschutz achten
  • Immunsupprimierte (speziell Organtransplanierte) Patienten
  • Personen mit Hauttyp I/II
  • Säuglinge und Kleinkinder sollten generell nicht der Sonne ausgesetzt werden

Literatur

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Prof. Dr. phil.II Christian Surber

Dermatologische Universitätsklinik Basel, wissenschaftlicher Mitarbeiter Spirig Pharma AG, Egerkingen, Leiter Forschung und Entwicklung

Froschackerstrasse 6, CH-4622 Egerkingen

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