Natur der ultravioletten Strahlung und ihre Quellen
Ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als die von sichtbarem Licht. Nach ihrem Ursprung unterscheidet man zwischen natürlicher und künstlicher ultravioletter Strahlung. Die natürliche Quelle ist die Sonne, von der die UV-A- und UV-B-Bereiche die Erdoberfläche erreichen, während der kurzwelligste und biologisch aggressivste UV-C-Bereich normalerweise vollständig von der Ozonschicht der Stratosphäre absorbiert wird.
Künstliche UV-Strahlung wird durch spezielle Anlagen erzeugt – Keimlampen, Quarzstrahler, phototherapeutische Geräte – und findet breite Anwendung in der Medizin, Industrie und im Hygienewesen. Sowohl ein Übermaß als auch ein Mangel an ultravioletter Strahlung sind ungünstig für den Organismus: Ersteres führt zu Gewebeschäden, Letzteres zu UV-Mangel (Rachitis, Vitamin-D-Hypovitaminose, verminderte Immunresistenz).
Ozonbildende und germizide Effekte
Der ozonbildende Effekt besteht darin, dass ultraviolette Strahlung als Katalysator für die Reaktion zur Bildung von Ozon aus molekularem Sauerstoff wirkt. Das gewonnene Ozon wird zur Desinfektion von Trink- und Abwasser sowie zur Entkeimung und Sterilisation medizinischer Instrumente verwendet.
Der germizide Effekt ist die Fähigkeit der UV-Strahlung, Mikroorganismen abzutöten. Dabei wird unterschieden zwischen:
- bakterizider Wirkung – vollständige Abtötung von Bakterienzellen;
- bakteriostatischer Wirkung – Hemmung der Vermehrung von Mikroorganismen ohne deren vollständigen Tod.
Der Mechanismus beruht auf der Schädigung von Proteinstrukturen und genetischem Material (DNA) der mikrobiellen Zelle: Die Bildung von Pyrimidindimeren blockiert die Replikation und Transkription, was zum Tod oder zum Stopp der Zellteilung des Erregers führt.
Pigmentbildende und erythembildende Effekte
Der pigmentbildende Effekt äußert sich in der Synthese von Melanin und der Bräunung der Haut. Man unterscheidet zwei Formen:
- Direkte (primäre) Pigmentogenese – sofortige Bräunung der Haut ohne vorheriges Erythem. Dies ist ein ungünstiges Zeichen: Es bedeutet, dass die körpereigenen Propigmente nicht ausreichen, und zeugt de facto von einer Photoshädigung und einem Sonnenbrand der Haut.
- Indirekte Pigmentogenese – physiologische Bräunung, die einige Stunden nach der Bestrahlung, nach dem Stadium des Erythems, auftritt. In dieser Zeit haben die Melanozyten Zeit, Propigmente zu synthetisieren, die eine schützende Bräune bilden.
Der erythembildende Effekt – Hautrötung infolge von Gefässerweiterung und verbesserter Durchblutung im bestrahlten Bereich und im umliegenden Gewebe. In der medizinischen Praxis wird er unabhängig von der Pigmentogenese zur Behandlung von entzündlichen, neurologischen und trophischen Erkrankungen eingesetzt (UV-Therapie in suberythematösen und erythematösen Dosen).
Vitaminsynthetisierende und bilirubinoide Effekte
Die vitaminsynthetisierende Wirkung ist die photochemische Umwandlung von 7-Dehydrocholesterin in der Haut in Vitamin D unter dem Einfluss von UV-B. Vitamin D ist praktisch das einzige Vitamin, dessen endogene Synthese einen wesentlichen Beitrag zu seinem täglichen Bedarf leistet; sein Mangel führt zu Rachitis bei Kindern und Osteomalazie bei Erwachsenen.
Der bilirubinoide Effekt besteht in der Umwandlung von toxischem unkonjugiertem Bilirubin in Lumirubin – eine wasserlösliche Form, die leicht über Urin und Galle ohne Beteiligung der Glukuronidierung in der Leber ausgeschieden wird. Darauf basiert die Phototherapie bei physiologischer und pathologischer Hyperbilirubinämie von Neugeborenen: Das Kind wird unter ultraviolette oder kombinierte Lampen gelegt, was eine Senkung des Bilirubinspiegels und die Beseitigung der gelben Gewebeverfärbung bewirkt.
Schädliche Wirkungen der UV-Strahlung
Eine übermäßige Einwirkung von ultravioletter Strahlung geht mit einer Reihe pathologischer Effekte einher.
- Kazerogener Effekt – Induktion von bösartigen Neoplasmen in den bestrahlten Geweben. Zielorgane sind die Haut (Plattenepithelkarzinom, Basalzellkarzinom, Melanom) und das Sehorgan.
- Keratischer Effekt – Entzündung der Hornhaut (Photokeratitis, „Elektroophthalmie“), die bei der Arbeit mit Schweißgeräten, im Hochgebirge oder im Schnee auftritt. Das Sehorgan gehört zu den am stärksten durch UV-Strahlung gefährdeten Strukturen.
- Hautphotoalterung, Immunsuppression, Verschlimmerung von Photodermatosen.
Die Prävention umfasst die Dosierung der ultravioletten Bestrahlung, die Verwendung von Schutzbrillen, Lichtschutzmitteln und die Einhaltung hygienischer Normen bei der Arbeit mit künstlichen UV-Quellen.
Schlüsselpunkte
- UV-C wird vollständig durch die Ozonschicht zurückgehalten; UV-A und UV-B erreichen die Erdoberfläche.
- UV-Strahlung katalysiert die Ozonbildung, die zur Desinfektion von Wasser und Instrumenten genutzt wird.
- Der germizide Effekt wird über die Schädigung von DNA und Proteinen von Mikroorganismen realisiert und in bakterizid und bakteriostatisch unterteilt.
- Die direkte Pigmentogenese ohne Erythem ist ein Zeichen eines Photosonnenbrands; die physiologische Bräune entwickelt sich einige Stunden nach dem Erythem.
- Der erythembildende Effekt wird in der Physiotherapie zur Verbesserung der lokalen Durchblutung eingesetzt.
- UV-B gewährleistet die Synthese von Vitamin D aus 7-Dehydrocholesterin in der Haut.
- Der bilirubinoide Effekt bildet die Grundlage der Phototherapie bei Neugeborenenikterus durch die Bildung von Lumirubin.
- Ein Überschuss an UV-Strahlung wirkt kazerogen auf die Haut (Melanom) und verursacht Keratitis des Sehorgans.