D. UhlSonnenbaden ohne Reue? – Was Sonnenschut

Die elektromagnetische Strahlung der Sonne umfasst ein breites Spektrum, ausgehend vom infraroten Bereich über das sichtbare Licht bis hin zum ultravioletten Bereich. Für die Haut kann vor allem die ultraviolette Strahlung gefährlich werden. Denn mit abnehmender Wellenlänge steigt die Gefahr von Ionisationen und photochemischen Reaktionen.

Die UV-C-Strahlung der Sonne wird schon in der Stratosphäre fast vollständig resorbiert und erreicht somit nicht die Erdoberfläche. Die Ozonschicht lässt keine Strahlung unterhalb von 290 nm durch und absorbiert zudem den größten Teil der UV-B-Strahlung. Eine Abnahme der Ozonschicht führt so zwangsläufig zu einer Erhöhung der UV-B-Strahlung auf der Erdoberfläche. Die UV-A-Strahlung gelangt weitgehend ungehindert auf die Erdoberfläche (Abb. 1).

Die Intensität der UV-Strahlung variiert im Tagesverlauf und erreicht ihr Maximum zwischen 10 und 14 Uhr Ortszeit (Zeit der Sonnenuhr; die offizielle Uhrzeit weicht davon z.T. erheblich ab). Ein Sonnenbad in der Mittagszeit ist daher für die Haut besonders gefährlich. Die UV-B-Strahlen werden von der Haut sehr stark absorbiert und dringen nur bis zur Basalzellschicht der Epidermis vor. Die UV-A-Strahlung hingegen gelangt mühelos in die darunter liegende Lederhaut, da sie von der Epidermis so gut wie nicht absorbiert wird (Abb. 2).

Akute und langfristige Sonnenschäden

Ein Sonnenbrand (Erythem) ist die akute Reaktion der Haut auf übermäßiges Sonnenlicht, wobei UV-B-Strahlen der Wellenlänge 290 bis 298 nm am wirkungsvollsten sind. Intensive Sonneneinstrahlung schädigt die Haut auch langfristig:

• Sie schwächt das Immunsystem und begünstigt dadurch die Entstehung von Hauttumoren, zu denen neben dem malignen Melanom (Schwarzer Hautkrebs) das Spinaliom (Stachelzellkrebs) und das Basaliom (Basalzellkrebs) zählen.
• Sie verursacht Punktmutationen, z. B. beim Tumorsuppressor-Gen p53, das für die Reparatur geschädigter DNA zuständig ist und bei irreversibler Zellschädigung die Apoptose induzieren kann. Punktmutationen von p53 spielen insbesondere bei Spinaliom und Basaliom eine Rolle.
• Sie lässt die Haut vorzeitig altern. Dafür ist vor allem die tief in die Lederhaut eindringende UV-A-Strahlung verantwortlich. Sie wird – im Gegensatz zur UV-B-Strahlung – nicht von der DNA absorbiert, sondern von bisher noch nicht identifizierten körper-
• eigenen Photosensibilisatoren; diese Substanzen reagieren im elektronischen Grundzustand nicht mit Substanzen der Haut, werden aber von der UV-A-Strahlung in einen elektronisch angeregten Zustand versetzt und lösen dann zytotoxische und allergische Reaktionen aus (Abb. 3).

Wie die Haut sich schützt

Die Haut ist den schädlichen Einflüssen des Sonnenlichts nicht völlig schutzlos ausgesetzt. Durch Pigmentierung der Basalzellen mit Melanin verstärkt sie die Absorption der Strahlung. Zudem verdickt sie durch die vermehrte Teilung der Basalzellen die Hornschicht und bildet eine Lichtschwiele. Hat die Strahlung DNA-Schäden verursacht, können Reparaturenzyme die veränderten Sequenzen erkennen, herausschneiden und durch intakte Sequenzen ersetzen oder – bei sehr starker Schädigung – eine Apoptose induzieren.

Unter Sonneneinstrahlung entstehende freie Radikale werden in begrenztem Umfang durch körpereigene Redoxsysteme abgefangen. Zu diesen Redoxsystemen zählen Ubichinon, Glutathion und a-Liponsäure. Umstritten ist, ob die aus Histidin gebildete Urocaninsäure eine Schutzwirkung hat. Sie ist in der Lage, UV-A-Strahlung unter trans-cis-Isomerisierung zu absorbieren. Da ihre cis-Form immunsuppressiv wirkt, darf sie in der EU jedoch nicht in Kosmetika verwendet werden.

Die Schutzmöglichkeiten der Haut sind begrenzt und teilweise völlig unzureichend, insbesondere bei Europäern: Bei sehr hellem Hauttyp (rötliche bis rotblonde Haare) reicht der eigene Schutz nur 5 bis 10 Minuten lang. Am größten ist der Eigenschutz bei vorgebräunter oder dunkelbrauner Haut; hier dauert er über 45 Minuten lang (Tab. 1). Längere Aufenthalte in der Sonne erfordern also weitergehende Schutzmaßnahmen, zu denen neben entsprechender Kleidung vor allem Sonnenschutzmittel zählen.

Pigmente: ein effektiver, aber kein absoluter Lichtschutz

Mit Pigmenten lässt sich ein effektiver Lichtschutz auf physikalischer Ebene erzielen. Pigmente reflektieren, streuen, brechen und absorbieren das UV-Licht. Dabei hängt der Effekt sowohl von ihrer Partikelgröße (üblich von 10 bis 20 nm) als auch von der Wellenlänge der Strahlung ab. Zu den wichtigsten Pigmenten zählen Titandioxid, das im UV-Bereich von 250 bis 340 nm wirksam ist, und Zinkoxid mit einem Wirksamkeitsbereich von 250 bis 380 nm. Da die UV-A-Strahlung nicht vollständig abgeblockt wird, ist es irreführend, pigmenthaltige Sonnenschutzmittel als "Blocker" zu bezeichnen.

Der Vorteil der Pigmente ist, dass sie unlöslich sind und daher die Haut so gut wie nicht durchdringen können. Mit allergischen oder entzündlichen Reaktionen muss nicht gerechnet werden. Zwar können Titandioxid und Zinkoxid beispielsweise in wässriger Lösung unter Lichteinfluss hochreaktive Hydroxylradikale und Wasserstoffperoxid bilden, die potenziell zytotoxisch sind. Damit zytotoxische Reaktionen in der Haut ablaufen können, müssten die Pigmente aber in tiefere Hautschichten gelangen, was unwahrscheinlich ist. Um einen potenziell schädlichen Einfluss auf die Haut trotzdem zu verringern, wird die Oberflächenaktivität der Pigmente durch Behandlung mit anorganischen oder organischen Substanzen reduziert.

Ein sicherer Lichtschutz mit Pigmenten allein ist nur zu erreichen, wenn das pigmenthaltige Sonnenschutzmittel in ausreichender Dosierung aufgetragen werden wird. Das scheitert oft an der schlechten kosmetischen Akzeptanz. Häufig werden Pigmente mit chemischen Filtersubstanzen kombiniert.

Chemische Filtersubstanzen

Chemische Filtersubstanzen sind organische Verbindungen mit einer chromophoren Struktur, die die UV-Strahlung jeweils in einem Teilbereich zwischen 250 und 350 nm absorbieren. Zurzeit sind in der EU 25 chemischen Filtersubstanzen zur Verwendung in Sonnenschutzmitteln zugelassen (Tab. 2). Sie unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihres Absorptionsspektrums. Wasserlöslichkeit, toxikologische Eigenschaften, Photostabilität, photosensibilisierende Eigenschaften und allergenes Potenzial sind weitere für ihre Verwendung entscheidende Merkmale.

Problem Photostabilität

Lange Zeit stand als UV-A-Filter nur das Butyl Methoxydibenzoylmethane (BMDBM) zur Verfügung. Allerdings besitzt diese Substanz eine sehr geringe Photostabilität. Unter Einfluss von Sonnenlicht verliert sie innerhalb einer Stunde 50 bis 90% ihrer Aktivität. Durch Kombination mit stabileren Filtersubstanzen wie mit den UV-B-Filtern Octocrylene oder 4-Methylbenzylidene Camphor (s. u.) lässt sich die Photostabilität erhöhen.

Inzwischen sind weitere UV-A-Filtersubstanzen mit höherer Photostabilität entwickelt worden. Hierzu zählen Terephthalidene Dicamphor Sulfonic Acid (TDS), Disodium Phenyl Dibenzimidazole Tetrasulfonate (DPDT) und Diethylamino Hydroxybenzoyl Hexyl Benzoate (DHHB); die beiden letzteren sind alllerdings nicht in der EU zugelassen.

Unter den UV-B-Filtern zeigen die Salicylate Ethylhexyl Salicylate und Homosalate eine hohe Photostabilität. Sie sind gut verträglich, allerdings sind für einen ausreichenden Schutz hohe Konzentrationen erforderlich. Campherderivate sind ebenfalls sehr photostabil. Wegen ihrer hohen Extinktionskoeffizienten lässt sich mit ihnen bereits in geringen Konzentrationen ein ausreichender Lichtschutz erzielen.

Einen hohen Extinktionskoeffizienten in geringen Konzentrationen bei guter Photostabilität zeichnet auch Ethylhexyl Triazone aus. Seine hohe Affinität zu Keratin führt zudem zu einer guten Wasserfestigkeit. Die gute Photostabilität des UV-B-Filters Octocrylene lässt sich, wie schon im Zusammenhang mit BMDBM erwähnt, zur Erhöhung der Photostabilität anderer UV-Filter nutzen.

Um einen möglichst umfassenden Sonnenschutz zu gewährleisten, werden vermehrt UV-A/UV-B-Breitbandfilter vom Benzophenon- und Benzotriazoltyp eingesetzt. Oxybenzon (Benzophenone-3) weist eine hohe Photostabilität auf, kann allerdings in angeregtem Zustand als Photosensibilisator wirken. Benzophenone-4 ist weniger photostabil als Oxybenzon. Sehr photostabil sind die Benzotriazole Drometrizole Trisiloxane und Methylene Bis-Benzotriazolyl Tetramethylbutylphenol.

Problem Allergien

Einige der zugelassenen chemischen Filtersubstanzen können direkt Allergien auslösen oder photosensibilisierend wirken. Zu nennen ist hier zuerst die 4-Aminobenzoesäure (PABA), die allerdings kaum noch als Sonnenschutzmittel eingesetzt wird. Allergien, Kreuzsensibilisierung und Photosensibilisierung können auch nach Anwendung von Ethylhexyl Methoxycinnamate auftreten; es handelt sich hierbei um den zurzeit in Europa am häufigsten verwendeten UV-B-Filter. Ein hohes allergisches Potenzial hat der Breitbandfilter Oxybenzon; für ihn besteht Deklarationspflicht bei Konzentrationen über 0,5%.

Wenn allergische Reaktionen nach Verwendung von Sonnenschutzmitteln auftreten, sind oft nicht die Filtersubstanzen dafür verantwortlich, sondern andere Inhaltsstoffe wie Parfümöle, Konservierungsmittel und Emulgatoren. So wird die "Mallorca-Akne" durch Lipide und Emulgatoren der Sonnenschutzmittel ausgelöst. Hoch allergen wirken Polyethylenglykol-Emulgatoren wie Stearylalkoholpolyglykolether.

Problem hormonaktive Wirkungen

Im Jahr 2001 hat das Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Zürich erstmals Arbeiten zu potenziell hormonaktiven Wirkungen von häufig verwendeten UV-Filtern veröffentlich. Neun Filtersubstanzen waren im Tierversuch auf ihre Steroidrezeptor-aktivierende oder -blockierende Wirkung hin untersucht worden. Acht der neun getesteten Substanzen waren östrogenaktiv, von diesen acht Substanzen besaßen zwei zusätzlich antiandrogene Eigenschaften. Die neunte Substanz, für die sich keine hormonaktive Wirkung nachweisen ließ, war der UV-A-Filter Butyl Methoxydibenzoylmethane (BMDBM).

Studien mit 4-Methylbenzylidene Camphor (4-MBC) und 3-Benzylidene Camphor signalisieren, dass diese Substanzen sowohl im Reproduktionssystem als auch im Zentralnervensystem Veränderungen auslösen können. Da ihre östrogenartige Wirkung auch an Fischen beobachtet wurde, wird befürchtet, dass diese Substanzen sich in Zukunft verstärkt in der Nahrungskette anreichern und langfristig zu noch nicht abzuschätzenden Schäden führen werden.

Das Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin hat bislang keine Änderung der gesetzlichen Regelungen für UV-Filtersubstanzen empfohlen. Hier geht man davon aus, dass die in Sonnenschutzmitteln verwendeten Konzentrationen für hormonartige Wirkungen zu gering seien und vor Eintreten der endokrinen Wirkungen mit anderen toxischen Wirkungen zu rechnen sei.

Antioxidanzien – eine sinnvolle Ergänzung

Filtersubstanzen sind nicht in der Lage, schädliche UV-Einflüsse komplett auszuschalten. Das gilt insbesondere für die UV-induzierte Radikalbildung, die entscheidend an der Entstehung von Hautkrebs, an der Hautalterung und an der Auslösung von Photodermatosen beteiligt ist. Antioxidanzien können die körpereigenen Radikalfängersysteme unterstützen und die durch UV-Strahlung induzierten photochemischen Reaktionsketten unterbrechen. Sie ergänzen damit die Wirkung der Filtersubstanzen.

Sonnenschutzmitteln werden bevorzugt Vitamin E und Vitamin C zugesetzt. Die gleichzeitige Verwendung beider Vitamine hat den Vorteil, dass verbrauchtes Vitamin E wieder durch Vitamin C regeneriert werden kann. Allerdings sind sie in Sonnenschutzmitteln schwierig zu stabilisieren und müssen in hoher Konzentration eingesetzt werden. Fraglich ist auch, ob sie tatsächlich in die besonders von der Radikalbildung betroffenen tieferen Hautschichten gelangen. Vorteilhafter erscheint deshalb die orale Einnahme der genannten Vitamine sowie von Betacaroten.

Ein potentes Antioxidans ist das Flavonoid a-Glucosylrutin, das vor polymorpher Lichtdermatose und Mallorca-Akne schützen soll. Immer häufiger werden auch Grünteeextrakte in Sonnenschutzmitteln eingesetzt. Die darin enthaltenen Polyphenole sollen sowohl nach oraler als auch nach topischer Anwendung antioxidativ wirken und UV-B-bedingte Mutationen und Immunsuppressionen reduzieren.

After-sun-Präparate reparieren DNA-Schäden

Das zelleigene DNA-Reparatursystem kann, wie erwähnt, DNA-Schäden und damit falsche DNA-Sequenzen mit Hilfe von Reparaturenzymen herausschneiden und durch richtige Sequenzen ersetzen. Es beginnt allerdings erst 16 bis 24 Stunden nach einer übermäßigen Sonneneinstrahlung zu arbeiten und repariert DNA-Schäden nur sehr langsam. Deshalb bietet sich hier der Einsatz von Präparaten an, die das in dem Cyanobakterium Anacystis nidulans vorkommende DNA-Reparatur-Enzym Photolyase enthalten (Ladival med, Stada).

Die Photolyase schützt die unter der Wasseroberfläche lebenden Cyanobakterien vor UV-bedingten Zellschäden, indem sie die Dimerisierung von UV-B-induzierten Cyclobutanpyrimidin-Dimeren aufhebt (Abb. 4). Die Dimerisierung führt dazu, dass DNA-Stränge vernetzt werden und nicht mehr abgelesen werden können. Auch nach topischer Applikation auf menschlicher Haut soll die Photolyase UV-B-bedingte Dimerisierungen und damit DNA-Vernetzungen aufheben können.

In-vivo-Experimente mit in Liposomen eingebetteter Photolyase führten schon nach 30 Minuten zu einer Reduktion der UV-B-induzierten Cyclobutanpyrimidin-Dimerenbildung in einer Größenordnung von 40 bis 45%. Zudem soll das durch UV-Strahlung geschwächte Immunsystem durch die Photolyase wieder vollständig wiederhergestellt werden. Danach können Photolyase-haltige Sonnenschutzmittel und After-sun-Präparate das hauteigene Reparatursystem wirkungsvoll unterstützen.

Trotz allem – immer mehr Fälle von Hautkrebs

Sonnenschutzmittel, die Filtersubstanzen und Antioxidanzien kombiniert mit DNA-Reparatur-Enzymen enthalten, minimieren das Risiko von Hautschäden, können es aber nicht ausschließen. Vorsicht ist vor einer Überbewertung des Lichtschutzfaktors geboten, da dieser sich nur auf die erythemwirksame UV-B-Strahlung bezieht. Zur Bewertung des UV-A-Schutzes fehlen einheitliche Messverfahren. Probleme bereitet hier vor allem die Einschätzung der biologischen Relevanz des Schutzes, also wie gut vor Hautalterung, Immunsuppression oder Radikalbildung geschützt wird.

Nachdenklich muss stimmen, dass trotz immer besser werdender Sonnenschutzpräparate und steigendem Verbrauch die Zahl der Hautkrebserkrankungen (Abb. 5) kontinuierlich angestiegen ist. Eine Erklärung könnte sein, dass trotz eines effektiven UV-A-Filters nur ein schwacher Radikalschutzfaktor zu erzielen ist. Zudem werden die Sonnenschutzmittel meist nicht in ausreichender Schichtdicke aufgetragen. Die in Testsystemen verwendeten und empfohlenen Mengen liegen bei 2 mg/m² Haut.

Experten empfehlen daher dringend, längere und wiederholte Sonnenbäder zu meiden, auch dann, wenn Sonnenschutzpräparate verwendet werden. Zudem ist auf eine ausreichende Schichtdicke zu achten und darauf, dass das Präparat schon vor dem Sonnenbaden aufgetragen wird und mindestens alle zwei Stunden erneuert wird.