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Wenn es um den Schutz unserer Augen geht, lohnt sich der Blick in die Forschung. Deshalb haben wir Dipl.-Ing. Dr. Helmut Walter um eine fachliche Einschätzung gebeten. Als Professor an der Höheren Technischen Lehr- und Versuchsanstalt Waidhofen beschäftigte er sich im Forschungslabor für Biomedizinische Technik über viele Jahren mit Photobiologie – den Auswirkungen von Licht auf unsere Gesundheit.
In seiner Zusammenfassung erklärt Dr. Walter, warum blaues Licht belastend ist, insbesondere für das empfindliche Gewebe im Auge. Er fasst zusammen, welche Lichtquellen problematisch sein können – und wie man sich schützen kann. Wir haben die Inhalte in leicht verständlichen Abschnitten aufbereitet. Wenn Sie es ganz genau wissen möchten, können Sie unter jedem Abschnitt den Originaltext des Autors ausklappen und nachlesen. Die komplette Stellungnahme und alle verwendeten Quellen finden sie am Fuß des Artikels als letzten Ausklapptext.
Blaues Licht ist ein natürlicher Bestandteil des Tageslichts – allerdings steckt es auch in vielen künstlichen Lichtquellen. Der blaue Anteil reicht von etwa 400 bis 480 Nanometern und ist besonders energiereich. Genau das macht ihn biologisch wirksam – aber eben auch potenziell gefährlich. In der Photobiologie spricht man von HEVL (high energy visible light – hoch energetisches sichtbares Licht).
Denn im Unterschied zu sanftem, langwelligem Licht transportiert Blaulicht hohe Energiemengen tief ins Auge. Es trifft dort auf Zellen, die empfindlich auf Strahlung reagieren – besonders in der Netzhaut, dem Ort des schärfsten Sehens. Dort kann es langfristig Schaden anrichten, wenn die Belastung zu hoch ist.
Licht als der sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung erstreckt sich von 380 nm im blauvioletten energiereicheren Wellenlängenbereich bis hin zu 780 nm im weniger energetischen Roten bzw. Nahen Infraroten. Alle anderen Farben liegen zwischen diesen Bereichen.
Klinische und Laborstudien zeigen, dass blaues Licht (400 – 480 nm) die Netzhaut (Retina), besonders das Pigmentepithel, schädigt.
Unsere Augen sind Hochleistungsorgane – und darauf angewiesen, dass Zellprozesse reibungslos funktionieren. Zu viel blaues Licht kann diesen Ablauf empfindlich stören. Besonders kritisch ist das für die sogenannten Mitochondrien, die „Energiekraftwerke“ der Zellen. Werden sie geschädigt, droht langfristig sogar der Zelltod.
Blaues Licht kann oxidativen Stress im empfindlichen Gewebe der Netzhaut auslösen und Studien weisen darauf hin, dass es das Risiko für verschiedene Erkrankungen des Auges erhöht. Die Forschung zeigt: Je stärker die Belastung durch Blaulicht, desto größer das Risiko für dauerhafte Schäden.
Klinische und Laborstudien zeigen, dass blaues Licht (400 – 480 nm) die Netzhaut (Retina), besonders das Pigmentepithel, schädigt. Durch die Absorption dieser Strahlung durch Flavine und Cytochrome in den Proteinkomplexen der Atmungskette in den Mitochondrien (Energiekraftwerke) der Zellen kommt es zur Reduktion der Energieerzeugung bzw. zu ATP-Mangel. Gleichzeitig werden verstärkt freie Sauerstoffradikale gebildet (Oxidativer Stress!), die die Mitochondrien zerstören und den Zelltod auslösen. Das führt einerseits zu der allseits gefürchteten Makuladegeneration (Makula oder Gelber Fleck ist der Ort des schärfsten Sehens in der Netzhaut) bis hin zum totalen Sehverlust [1] und andererseits wenn hauptsächlich die retinalen Ganglienzellen betroffen sind, zur Erhöhung des Augeninnendrucks (Glaukom auch „Grüner Star“ genannt) wodurch der Sehnerv geschädigt wird und ebenfalls Erblindung droht [2].
Hintergründe der Blaulichtschädigung
Das retinale Pigmentepithel ist durch Melanin, das redoxaktive Metalle bindet, vor oxidativen Angriffen geschützt, es wirkt antioxidativ und photoprotektiv. Mit zunehmendem Alter nimmt der Anteil an Melanin aufgrund photooxidativer Prozesse ab und der Gehalt an Melanolipofuscin zu. Für blaues Licht wirkt Lipofuscin als Photosensitizer und damit photooxidativ bzw. phototoxisch und erhöht zusätzlich den oxidativen Stress [3]. Dadurch werden die Membranen der Lysosomen zerstört und deren Inhalt (lysosomale Enzyme) in das Cytosol freigesetzt, wo sie dann über die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms eine starke Entzündungsreaktion auslösen [4].
Die Mitochondrien in den inneren Segmenten der Photorezeptoren (Stäbchen für Helligkeit- und Zapfen für die Farbwahrnehmung) sind aber nicht die alleinige Quelle für freie Sauerstoffradikale: Eine Arbeitsgruppe um Dr. Cora Röhlecke und Prof. Richard Funk vom Anatomieinstitut der TU-Dresden entdeckten, dass die äußeren Segmente der Photorezeptoren unter Einwirkung von blauem Licht große Mengen an Sauerstoffradikalen erzeugen und zwar deutlich mehr als die Mitochondrien. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ihrer Arbeiten war die Bestätigung der Mitochondrien-ähnlichen Aktivität der äußeren Segmente [5]. Im Vergleich zu anderen Geweben ist die Netzhaut aufgrund des sehr hohen Sauerstoffgehalts der Aderhaut und der außerordentlich hohen Stoffwechselrate besonders anfällig für die Sauerstoffradikalbildung!
[1] Kasun Ratnayake et al.,
“Blue light excited retinal intercepts cellular signaling”, Scientific Reports (2018) 8:10207, DOI:10.1038/s41598-018-28254-8
[2] Neville N. Osborne et al.,
„Visual light effects on mitochondria: The potential implications in relation to glaucoma”, Mitichondrion 36 (2017) 29-35
[3] Sally M. Yacout et al.,
“Characterization of Retinal Pigment Epithelial Melanin and Degraded Synthetic Melanin Using Mass Spectrometry and In Vitro Biochemical Diagnostics”, Photochemistry and Photobiology, 2019, 95: 183-191
[4] Carolina Brandstetter et al.,
“Inflammasome priming increases retinal pigment epithelial cell susceptibility to lipofuscin phototoxicity by changing the cell death mechanism from apoptosis to pyroptosis”, Journal of Photochemistry and Photobiology, B: Biology, 161 (2016) 177-183
[5] Cora Roehlecke et al,
“Stress reaction in outer segments of photoreceptors after blue light irradiation”, PLoS ONE 8(9). E71570
Im Vergleich zu anderen Geweben ist die Netzhaut aufgrund des sehr hohen Sauerstoffgehalts der Aderhaut und der außerordentlich hohen Stoffwechselrate besonders anfällig für die Sauerstoffradikalbildung!
Während blaues Licht die Zellfunktion belastet, zeigt die photobiologische Forschung im roten Bereich das Gegenteil: Licht mit längerer Wellenlänge (630 bis 800 nm) kann die Energieproduktion der Zellen sogar anregen. Das wirkt unterstützend – und fördert natürliche Reparaturmechanismen im Auge.
Deshalb kommt es auf das richtige Verhältnis an. Ein ausgewogenes Lichtspektrum mit ausreichend Rotanteil ist gut verträglich. Problematisch wird es, wenn dieser Anteil fehlt – wie es bei vielen künstlichen Lichtquellen der Fall ist.
Ganz anders ist die Lichtwirkung im roten langwelligen Bereich von 630 bis 800 nm: Hier kommt es zu einer Stimulierung der Atmungskette und einer verstärkten ATP-Bildung. Auch hier entstehen freie Sauerstoffradikale, aber nur in einem sehr geringen, für die Aufrechterhaltung wichtiger Signalwege erforderlichen Ausmaß. Gleichzeitig werden dabei Reparaturprozesse in Gang gesetzt, die Schäden von blauer Strahlung wieder reparieren [6].
[6] Boris T. Ivandic et al.,
“Low-Level Laser Therapy improves Vision in Patients with Age-Related Macular Degeneration”, Photomedicine and Laser Surgery”, Vol. 26, no. 3, 2008
Licht ist nicht gleich Licht. Während klassische Glühbirnen oder Sonnenlicht ein durchgehendes Spektrum mit vielen Rotanteilen liefern, sieht es bei modernen Leuchtmitteln anders aus. LEDs und Energiesparlampen erzeugen oft einzelne, besonders intensive Lichtspitzen – vor allem im blauen Bereich.
Diese technisch erzeugten Lichtmischungen sind für das Auge deutlich schwerer zu verarbeiten. Vor allem dann, wenn sie ständig präsent sind – wie bei der Bildschirmarbeit. Hier fehlt der ausgleichende Rotanteil, der bei natürlichem Licht für Balance sorgt.
Glühlampen
Bei Lichtquellen, bei denen es sich um Temperaturstrahler handelt, das heißt, wenn ein „schwarzer Körper“ (bei Glühlampen und Halogenlampen die Glühwendel aus Wolframdraht) auf hohe Temperatur gebracht wird, entsteht eine Strahlung, die viel rotes und IR-Licht emittiert und nur wenig blaues Licht enthält. Ganz wichtig ist, dass dabei ein kontinuierliches Spektrum entsteht, d. h. es sind alle!! Wellenlängenanteile enthalten, nicht nur einzelne (diskrete) Spektrallinien. Bei solchen Lichtquellen und der Sonnenstrahlung außerhalb der Mittagszeit im Sommer gibt es keinerlei Gefährdung für das Auge und es sind keinerlei Schutzbrillen erforderlich. Photobiologisch werden etwaige kleine Schäden durch die geringen, vernachlässigbaren Blauanteile durch die überproportionalen Rotanteile sofort repariert oder entstehen erst gar nicht. Gegen die hohe Leuchtdichte (Blendung) der Sonne oder von Halogenlampen schützt sich der Körper selbst durch Schließen der Augen. Mögliche Überdosierungen spüren wir anhand der begleitenden Wärme.
Gasentladungslampen und LED Licht
Ganz anders liegt die Situation bei Gasentladungslampen, zu denen die „Leuchtstoffröhren“ bzw. „Energiesparlampen“ zählen, und bei den Leuchtdioden (LED). Hier wird jeweils eine sehr schmale Spektrallinie sehr hoher Intensität erzeugt (bei Leuchtstofflampen die UV-Linie mit 254 nm und bei der „weißen“ LED die blaue Linie mit etwa 450 nm) die dann durch Leuchtstoffe (Phosphore) in sichtbare Strahlung umgewandelt wird. Bei Leuchtstofflampen können das bis zu 8 Leuchtstoffe sein, um einem kontinuierlichen Spektrum so nahe wie möglich zu kommen, man spricht dann von 8-Banden-Lampen. Bei den meisten bisher eingesetzten weißen LED wird nur eine Phosphorschicht eingesetzt, die blaues in gelbes Licht umwandelt. Viel blaues und mäßig viel gelbes Licht gibt das allseits bekannte „kalte“ LED-Licht.
Mittlerweile versucht die Industrie unter dem Schlagwort HCL (Human Centric Lighting) ein Sonnenlicht-ähnliches „weißes“ Licht zu erzeugen und zwar entweder durch Erzeugung von starker Violettstrahlung, die mit jeweils einem Phosphor in Blau, Grün, und Rot umgewandelt wird, oder durch die Verwendung diskreter blauer, grüner und roter LEDs in einem gemeinsamen Gehäuse. Egal welche Technologie hier auch immer angewendet wird, diese Lichtquellen kommen derzeit nicht an die Qualität des Lichtes von Temperaturstrahlern heran, bei denen die Intensität der Spektrallinien mit zunehmender Wellenlänge steigt.
Der gezielte Schutz vor blauem Licht ist heute wichtiger denn je – vor allem am Arbeitsplatz oder im Alltag mit digitalen Geräten. Spezielle Filterbrillen können den problematischen Wellenlängenbereich zuverlässig herausfiltern und das Auge entlasten, ohne dabei die Wahrnehmung zu stark zu verfälschen.
Entscheidend ist dabei die Qualität. Nur geprüfte Brillen, die den photobiologisch relevanten Bereich zwischen 400 und 500 nm wirksam abdecken, bieten zuverlässigen Schutz. Gute Modelle verbessern nebenbei auch Kontrastsehen und Schärfentiefe – ein echter Vorteil bei langen Bildschirmzeiten.
Die meisten „Blaulichtschutzbrillen“ auf dem Markt bieten höchstens eine Blaulichtreduktion. Die PRiSMA BlulightProtect Modelle setzen auf den von Dr. Walter angesprochenen, umfassenden Schutz im kompletten Blaubereich.
Schutz vor überproportionalem Blauanteil
Das bedeutet, dass aufgrund der weiten Verbreitung von Leuchtstofflampen und LED (z.B. als Hintergrundbeleuchtung bei PC- und TV Flachbildschirmen) zum Schutz der Augengesundheit der überproportionale Blauanteil im Emissionsspektrum durch amberfarbige Schutzbrillen herausgefiltert werden muss [7]. Solche Schutzbrillen müssen hochwertig und vor allem geprüft sein, dass sie den Wellenlängenbereich von 400-500 nm zuverlässig herausfiltern bzw. die erforderlichen Spezifikationen einhalten. Hier bietet die Fa. „INOVATIVE EYEWEAR“ eine große Palette von CE-spezifizierten Brillen der Marke PRiSMA® an, wo man wählen kann, wie stark die Filterung des Blauanteils und die noch erreichbare Farbwahrnehmung ist. Es gibt sogar eine zertifizierte Schutzbrille für nächtliches Autofahren. Zusätzlich ermöglicht eine solche Brille das bessere Erkennen von Konturen und Kontrasten und erhöht die Schärfentiefe. Eine gute Referenz dieser Firma ist zusätzlich auch die langjährige Zusammenarbeit mit Dr. Alexander Wunsch [8], einem ausgewiesenen Experten für Augengesundheit.
[7] Kaho Hiromoto et al.,
“Colored lenses suppress blue light-emitting diode light-induced damage in photoreceptor-derived cells”, Journal of Biomedical Optics 21 (3) 035004 March 2016
[8] A. Wunsch, “Licht ist Leben- aber falsches Licht kann krank machen!”, AUGENBLICK Ausgabe 12, Mai 2012
Die natürliche Augenlinse vergilbt im Laufe des Lebens und schützt die Netzhaut zunehmend vor blauer Strahlung.
Mit zunehmendem Alter vergilbt die natürliche Augenlinse – und übernimmt damit eine wichtige Schutzfunktion. Das gelbliche Pigment filtert Blauanteile aus dem Licht und reduziert so die Belastung der Netzhaut. Bei Operationen am Grauen Star wird deshalb heute oft eine leicht getönte Kunstlinse eingesetzt – mit gutem Grund.
Was die Natur vorsieht, lässt sich also auch technisch umsetzen. Wer seine Augen frühzeitig entlastet, kann langfristig profitieren.
Die Sinnhaftigkeit der Verwendung solcher Schutzbrillen sieht man daran, dass die Natur auf gleiche Weise für den Schutz des Auges sorgt: die natürliche Augenlinse vergilbt im Laufe des Lebens und schützt die Netzhaut zunehmend vor blauer Strahlung. Eine enorm wichtige Erkenntnis für „Graue Star“ – Operationen, wo man mittlerweile gelb gefärbte Kunstlinsen einsetzt nachdem man festgestellt hatte, dass bei Verwendung ungetönter Linsen die Patienten nach erfolgreicher OP sehr schnell eine Makuladegeneration entwickelten.
Wer stundenlang auf einen Bildschirm blickt, kennt das Problem: Die Augen werden trocken, beginnen zu brennen oder zu tränen. Das liegt daran, dass beim konzentrierten Arbeiten seltener geblinzelt wird – und die Befeuchtung der Augenoberfläche nachlässt.
Wenn dann noch stark blauhaltiges Licht dazukommt, ist die Reizung vorprogrammiert. Denn trockene Augen sind anfälliger für Schäden durch Lichtstress. Auch deshalb ist es so wichtig, die Bildschirmarbeit bewusst zu gestalten – mit Pausen, guter Luft und dem richtigen Lichtschutz.
Mehrfachschädigung bei Bildschirmarbeit
Blaues Licht schädigt aber nicht nur die Netzhaut sondern auch die Hornhaut, die Bindehaut und die Augenlinse als vorderste Barriere des Auges. Besonders interessant ist dabei, dass die Schädigung umso stärker ist, je trockener das Auge ist [9]. Hier zeigt sich die Mehrfachschädigung des Auges bei Bildschirmarbeit: Durch den starren Blick auf den Bildschirm wird die Lidschlagfrequenz herabgesetzt, die Oberfläche des Auges wird dann, insbesondere bei niedriger Raumluftfeuchte und falsch eingestellter Bildschirmhöhe, nicht mehr ausreichend mit Flüssigkeit versorgt, ein Zustand der als „Office Eye“ oder „Sicca Syndrom“ bezeichnet wird und der Schädigung durch den hohen Blauanteil des Bildschirms weiter Vorschub leistet.
[9] Veronika Marek et al.,
„Blue light phototoxity toward human corneal and conjunctival epithelial cells in basal and hyperosmolar conditions“, Free Radical Biology and Medicine 126 (2018) 27-40
Blaues Licht ist ein starkes Signal für den Körper – vor allem, wenn es zur falschen Zeit kommt. In den Abendstunden hemmt es die Produktion von Melatonin, dem Hormon, das uns müde macht. Gerade diese Wirkung von Licht ist ein häufiger Forschungsgegenstand der Photobiologie. Licht kann die innere Uhr aus dem Takt bringen; Einschlafprobleme und unruhiger Schlaf sind häufig die Folge.
Doch damit nicht genug : Melatonin ist auch wichtig, um oxidative Schäden im Gehirn zu neutralisieren. Wer dauerhaft zu viel Licht am Abend abbekommt, schwächt also nicht nur seinen Schlaf, sondern auch den Schutz wichtiger Nervenzellen.
Beeinträchtigung des Hormonhaushaltes
Der Vollständigkeit halber muss hier erwähnt werden, dass blaues Licht massiv in den Hormonhaushalt eingreift: Zuviel blaues Licht in den Abendstunden verhindert die Produktion des Schlafhormons Melatonin und stört endogene Circadiane Rhythmen. Damit wird zum einen der Nachtschlaf, der dringend zur Regeneration des Körpers benötigt wird, gestört und zum anderen fehlt im Gehirn das zur Neutralisation von Sauerstoffradikalen bzw. zur neurologischen
Tumorprophylaxe benötigte Melatonin.
Vorteile des Blaulichtschutzes in einer Arbeitsumgebung
Menschen, die nie richtig ausgeschlafen sind, sind wesentlich weniger leistungsfähig am Arbeitsplatz, was zu einer deutlich reduzierten Produktivität führt, wodurch es Arbeitgebern dringend zu empfehlen wäre, ihren Angestellten solche Brillen zur Verfügung zu stellen
Gerade bei Kindern, wo die Augenlinse noch farblos transparent ist, wird blaues Licht ungefiltert durchgelassen und ihre Makula stark belastet.
Kinder sehen die Welt mit klaren Augen – im wahrsten Sinne des Wortes. Ihre Augenlinsen sind noch völlig transparent und lassen Blaulicht und sogar UV-Licht ungefiltert bis zur empfindlichen Netzhaut durch. Das macht Kinderaugen besonders anfällig für Lichtstress.
Besonders im ersten Lebensjahrzehnt ist der Schutz entscheidend: In dieser Phase entstehen viele der lichtbedingten Ablagerungen, die später Probleme bereiten können. Wer früh mit geeigneten Schutzmaßnahmen beginnt, legt den Grundstein für dauerhaft gesunde Augen.
Früher Start für optimalen Schutz
Wichtig beim Augenschutz ist auch, dass man rechtzeitig, also schon im Kindesalter, damit beginnt, denn Augenerkrankungen entwickeln sich sehr langsam, wenn man sie bemerkt, ist es meistens schon zu spät. Gerade bei Kindern, wo die Augenlinse noch farblos transparent ist, wird blaues Licht ungefiltert durchgelassen und ihre Makula stark belastet.
Hinzu kommt noch eine Anomalie, die nur bei Kindern auftritt: Normalerweise wird UV-Strahlung vom vorderen Teil des Auges (Hornhaut, Bindehaut, Linse) absorbiert (was unter anderem die Entstehung von Linsentrübung bzw. von Grauem Star erklärt), sodass nur sichtbare Strahlung, inklusive blauem Licht, bis zur Retina vordringen kann. Im ersten Lebensjahrzehnt besteht aber ein Transmissionsfenster im vorderen Augenteil bei 320 nm, wodurch es zu starker Lipofuszinbildung kommt, wenn das Kinderauge dieser UV-Strahlung ausgesetzt ist. Aus Studien weiß man, dass etwa 30 – 40 % der Lipofuszinmenge einer 90-jährigen Lebensspanne in diesem ersten Jahrzehnt entsteht. Im zweiten Jahrzehnt schließt sich dieses Fenster zwar wieder, aber das Risiko einer Makulaschädigung durch blaues Licht ist aufgrund der oben beschriebenen photooxidativen Wirkung von Lipofuszin dauerhaft erhöht [10]!
Auch hier ist es von Vorteil, eine Schutzbrille von PRiSMA® zu verwenden, weil bei diesen auch der UV-Schutz zertifiziert ist.
[10] Elizabeth R. Gaillard et al.,
“Transmission of Light to the young Primate Retina: Possible Implications for the Formation of Lipofuscin”, Photochemistry and Photobiology, 2011, 87: 18-21
Unsere Augen leisten Tag für Tag Erstaunliches – und sind dabei oft enormen Belastungen ausgesetzt. Künstliches Licht, digitale Geräte, lange Bildschirmzeiten: All das hat Einfluss auf die Gesundheit der Netzhaut und den gesamten Organismus. Die Photobiologie erforscht systematisch diese Wirkungen und kann klare Zusammenhänge erkennen.
Ein gezielter Schutz vor blauem Licht kann helfen, Erkrankungen vorzubeugen, den Schlaf zu verbessern und die Sehkraft lange zu erhalten. Je früher man damit beginnt, desto besser. Und: Auch im Erwachsenenalter lohnt sich jeder Schritt in Richtung Augengesundheit.
Der Schutz vor blauem Licht auf Basis photobiologischer Forschung
Grundlegende Forschungsergebnisse
Licht als der sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung erstreckt sich von 380 nm im blauvioletten energiereicheren Wellenlängenbereich bis hin zu 780 nm im weniger energetischen Roten bzw. Nahen Infraroten. Alle anderen Farben liegen zwischen diesen Bereichen.
Klinische und Laborstudien zeigen, dass blaues Licht (400 – 480 nm) die Netzhaut (Retina), besonders das Pigmentepithel, schädigt. Durch die Absorption dieser Strahlung durch Flavine und Cytochrome in den Proteinkomplexen der Atmungskette in den Mitochondrien (Energiekraftwerke) der Zellen kommt es zur Reduktion der Energieerzeugung bzw. zu ATP-Mangel. Gleichzeitig werden verstärkt freie Sauerstoffradikale gebildet (Oxidativer Stress!), die die Mitochondrien zerstören und den Zelltod auslösen. Das führt einerseits zu der allseits gefürchteten Makuladegeneration (Makula oder Gelber Fleck ist der Ort des schärfsten Sehens in der Netzhaut) bis hin zum totalen Sehverlust [1] und andererseits wenn hauptsächlich die retinalen Ganglienzellen betroffen sind, zur Erhöhung des Augeninnendrucks (Glaukom auch „Grüner Star“ genannt) wodurch der Sehnerv geschädigt wird und ebenfalls Erblindung droht [2].
Hintergründe der Blaulichtschädigung
Das retinale Pigmentepithel ist durch Melanin, das redoxaktive Metalle bindet, vor oxidativen Angriffen geschützt, es wirkt antioxidativ und photoprotektiv. Mit zunehmendem Alter nimmt der Anteil an Melanin aufgrund photooxidativer Prozesse ab und der Gehalt an Melanolipofuscin zu. Für blaues Licht wirkt Lipofuscin als Photosensitizer und damit photooxidativ bzw. phototoxisch und erhöht zusätzlich den oxidativen Stress [3]. Dadurch werden die Membranen der Lysosomen zerstört und deren Inhalt (lysosomale Enzyme) in das Cytosol freigesetzt, wo sie dann über die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms eine starke Entzündungsreaktion auslösen [4].
Die Mitochondrien in den inneren Segmenten der Photorezeptoren (Stäbchen für Helligkeit- und Zapfen für die Farbwahrnehmung) sind aber nicht die alleinige Quelle für freie Sauerstoffradikale: Eine Arbeitsgruppe um Dr. Cora Röhlecke und Prof. Richard Funk vom Anatomieinstitut der TU-Dresden entdeckten, dass die äußeren Segmente der Photorezeptoren unter Einwirkung von blauem Licht große Mengen an Sauerstoffradikalen erzeugen und zwar deutlich mehr als die Mitochondrien. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ihrer Arbeiten war die Bestätigung der Mitochondrien-ähnlichen Aktivität der äußeren Segmente [5]. Im Vergleich zu anderen Geweben ist die Netzhaut aufgrund des sehr hohen Sauerstoffgehalts der Aderhaut und der außerordentlich hohen Stoffwechselrate besonders anfällig für die Sauerstoffradikalbildung!
Zum Vergleich: die Wirkung von rotem Licht
Ganz anders ist die Lichtwirkung im roten langwelligen Bereich von 630 bis 800 nm: Hier kommt es zu einer Stimulierung der Atmungskette und einer verstärkten ATP-Bildung. Auch hier entstehen freie Sauerstoffradikale, aber nur in einem sehr geringen, für die Aufrechterhaltung wichtiger Signalwege erforderlichen Ausmaß. Gleichzeitig werden dabei Reparaturprozesse in Gang gesetzt, die Schäden von blauer Strahlung wieder reparieren [6].
Was heißt das nun für den Augenschutz?
Glühlampen
Bei Lichtquellen, bei denen es sich um Temperaturstrahler handelt, das heißt, wenn ein „schwarzer Körper“ (bei Glühlampen und Halogenlampen die Glühwendel aus Wolframdraht) auf hohe Temperatur gebracht wird, entsteht eine Strahlung, die viel rotes und IR-Licht emittiert und nur wenig blaues Licht enthält. Ganz wichtig ist, dass dabei ein kontinuierliches Spektrum entsteht, d. h. es sind alle!! Wellenlängenanteile enthalten, nicht nur einzelne (diskrete) Spektrallinien. Bei solchen Lichtquellen und der Sonnenstrahlung außerhalb der Mittagszeit im Sommer gibt es keinerlei Gefährdung für das Auge und es sind keinerlei Schutzbrillen erforderlich. Photobiologisch werden etwaige kleine Schäden durch die geringen, vernachlässigbaren Blauanteile durch die überproportionalen Rotanteile sofort repariert oder entstehen erst gar nicht. Gegen die hohe Leuchtdichte (Blendung) der Sonne oder von Halogenlampen schützt sich der Körper selbst durch Schließen der Augen. Mögliche Überdosierungen spüren wir anhand der begleitenden Wärme.
Gasentladungslampen und LED Licht
Ganz anders liegt die Situation bei Gasentladungslampen, zu denen die „Leuchtstoffröhren bzw. Energiesparlampen“ zählen, und bei den Leuchtdioden (LED). Hier wird jeweils eine sehr schmale Spektrallinie sehr hoher Intensität erzeugt (bei Leuchtstofflampen die UV-Linie mit 254 nm und bei der „weißen“ LED die blaue Linie mit etwa 450 nm) die dann durch Leuchtstoffe (Phosphore) in sichtbare Strahlung umgewandelt wird. Bei Leuchtstofflampen können das bis zu 8 Leuchtstoffe sein, um einem kontinuierlichen Spektrum so nahe wie möglich zu kommen, man spricht dann von 8-Banden-Lampen. Bei den meisten bisher eingesetzten weißen LED wird nur eine Phosphorschicht eingestzt, die blaues in gelbes Licht umwandelt. Viel blaues und mäßig viel gelbes Licht gibt das allseits bekannte „kalte“ LED-Licht.
Mittlerweile versucht die Industrie unter dem Schlagwort HCL (Human Centric Lighting) ein Sonnenlicht-ähnliches „weißes“ Licht zu erzeugen und zwar entweder durch Erzeugung von starker Violettstrahlung, die mit jeweils einem Phosphor in Blau, Grün, und Rot umgewandelt wird, oder durch die Verwendung diskreter blauer, grüner und roter LEDs in einem gemeinsamen Gehäuse. Egal welche Technologie hier auch immer angewendet wird, diese Lichtquellen kommen derzeit nicht an die Qualität des Lichtes von Temperaturstrahlern heran, bei denen die Intensität der Spektrallinien mit zunehmender Wellenlänge steigt.
Schutz vor überproportionalem Blauanteil
Das bedeutet, dass aufgrund der weiten Verbreitung von Leuchtstofflampen und LED (z.B. als Hintergrundbeleuchtung bei PC- und TV Flachbildschirmen) zum Schutz der Augengesundheit der überproportionale Blauanteil im Emissionsspektrum durch amberfarbige Schutzbrillen herausgefiltert werden muss [7]. Solche Schutzbrillen müssen hochwertig und vor allem geprüft sein, dass sie den Wellenlängenbereich von 400- 500 nm zuverlässig herausfiltern bzw. die erforderlichen Spezifikationen einhalten. Hier bietet die Fa. „INOVATIVE EYEWEAR“ eine große Palette von CE-spezifizierten Brillen der Marke PRiSMA® an, wo man wählen kann, wie stark die Filterung des Blauanteils und die noch erreichbare Farbwahrnehmung ist. Es gibt sogar eine zertifizierte Schutzbrille für nächtliches Autofahren. Zusätzlich ermöglicht eine solche Brille das bessere Erkennen von Konturen und Kontrasten und erhöht die Schärfentiefe. Eine gute Referenz dieser Firma ist zusätzlich auch die langjährige Zusammenarbeit mit Dr. Alexander Wunsch [8], einem ausgewiesenen Experten für Augengesundheit.
Die Natur als Vorbild
Die Sinnhaftigkeit der Verwendung solcher Schutzbrillen sieht man daran, dass die Natur auf gleiche Weise für den Schutz des Auges sorgt: die natürliche Augenlinse vergilbt im Laufe des Lebens und schützt die Netzhaut zunehmend vor blauer Strahlung. Eine enorm wichtige Erkenntnis für „Graue Star“-Operationen, wo man mittlerweile gelb gefärbte Kunstlinsen einsetzt nachdem man festgestellt hatte, dass bei Verwendung ungetönter Linsen die Patienten nach erfolgreicher OP sehr schnell eine Makuladegeneration entwickelten.
Mehrfachschädigung bei Bildschirmarbeit
Blaues Licht schädigt aber nicht nur die Netzhaut sondern auch die Hornhaut, die Bindehaut und die Augenlinse als vorderste Barriere des Auges. Besonders interessant ist dabei, dass die Schädigung umso stärker ist, je trockener das Auge ist [9]. Hier zeigt sich die Mehrfachschädigung des Auges bei Bildschirmarbeit: Durch den starren Blick auf den Bildschirm wird die Lidschlagfrequenz herabgesetzt, die Oberfläche des Auges wird dann, insbesondere bei niedriger Raumluftfeuchte und falsch eingestellter Bildschirmhöhe, nicht mehr ausreichend mit Flüssigkeit versorgt, ein Zustand der als „Office Eye“ oder „Sicca Syndrom“ bezeichnet wird und der Schädigung durch den hohen Blauanteil des Bildschirms weiter Vorschub leistet.
Beeinträchtigung des Hormonhaushaltes
Der Vollständigkeit halber muss hier erwähnt werden, dass blaues Licht massiv in den Hormonhaushalt eingreift: Zuviel blaues Licht in den Abendstunden verhindert die Produktion des Schlafhormons Melatonin und stört endogene Circadiane Rhythmen. Damit wird zum einen der Nachtschlaf, der dringend zur Regeneration des Körpers benötigt wird, gestört und zum anderen fehlt im Gehirn das zur Neutralisation von Sauerstoffradikalen bzw. zur neurologischen Tumorprophylaxe benötigte Melatonin.
Vorteile des Blaulichtschutzes in einer Arbeitsumgebung
Menschen, die nie richtig ausgeschlafen sind, sind wesentlich weniger leistungsfähig am Arbeitsplatz, was zu einer deutlich reduzierten Produktivität führt, wodurch es Arbeitgebern dringend zu empfehlen wäre, ihren Angestellten solche Brillen zur Verfügung zu stellen
Früher Start für optimalen Schutz
Wichtig beim Augenschutz ist auch, dass man rechtzeitig, also schon im Kindesalter, damit beginnt, denn Augenerkrankungen entwickeln sich sehr langsam, wenn man sie bemerkt, ist es meistens schon zu spät. Gerade bei Kindern, wo die Augenlinse noch farblos transparent ist, wird blaues Licht ungefiltert durchgelassen und ihre Makula stark belastet.
Hinzu kommt noch eine Anomalie, die nur bei Kindern auftritt: Normalerweise wird UV-Strahlung vom vorderen Teil des Auges (Hornhaut, Bindehaut, Linse) absorbiert (was unter anderem die Entstehung von Linsentrübung bzw. von Grauem Star erklärt), sodass nur sichtbare Strahlung, inklusive blauem Licht, bis zur Retina vordringen kann. Im ersten Lebensjahrzehnt besteht aber ein Transmissionsfenster im vorderen Augenteil bei 320 nm, wodurch es zu starker Lipofuszinbildung kommt, wenn das Kinderauge dieser UV-Strahlung ausgesetzt ist. Aus Studien weiß man, dass etwa 30 – 40 % der Lipofuszinmenge einer 90-jährigen Lebensspanne in diesem ersten Jahrzehnt entsteht. Im zweiten Jahrzehnt schließt sich dieses Fenster zwar wieder, aber das Risiko einer Makulaschädigung durch blaues Licht ist aufgrund der oben beschriebenen photooxidativen Wirkung von Lipofuszin dauerhaft erhöht [10]!
Auch hier ist es von Vorteil, eine Schutzbrille von PRiSMA® zu verwenden, weil bei diesen auch der UV-Schutz zertifiziert ist.
Zusammenfassung
Bei konsequentem Tragen von Schutzbrillen, die unterhalb von 500 nm alle Spektrallinien herausfiltern, kann die Auswirkung von blauem Licht auf folgende Erkrankungen verhindert werden:
Dipl.-Ing. Dr. Helmut Walter
Prof. an der Höheren Technischen Lehr- und Versuchsanstalt Waidhofen
Forschungslabor für Biomedizinische Technik
Ferdinand Andristr. 2/3
A-3340 WAIDHOFEN
Literatur:
[1] Kasun Ratnayake et al., “Blue light excited retinal intercepts cellular signaling”, Scientific Reports (2018) 8:10207, DOI:10.1038/s41598-018-28254-8
[2] Neville N. Osborne et al., „Visual light effects on mitochondria: The potential implications in relation to glaucoma”, Mitichondrion 36 (2017) 29-35
[3] Sally M. Yacout et al., “Characterization of Retinal Pigment Epithelial Melanin and Degraded Synthetic Melanin Using Mass Spectrometry and In Vitro Biochemical Diagnostics”, Photochemistry and Photobiology, 2019, 95: 183-191
[4] Carolina Brandstetter et al., “Inflammasome priming increases retinal pigment epithelial cell susceptibility to lipofuscin phototoxicity by changing the cell death mechanism from apoptosis to pyroptosis”, Journal of Photochemistry and Photobiology, B: Biology, 161 (2016) 177-183
[5] Cora Roehlecke et al, “Stress reaction in outer segments of photoreceptors after blue light irradiation”, PLoS ONE 8(9). E71570
[6] Boris T. Ivandic et al., “Low-Level Laser Therapy improves Vision in Patients with Age-Related Macular Degeneration”, Photomedicine and Laser Surgery”, Vol. 26, no. 3, 2008
[7] Kaho Hiromoto et al., “Colored lenses suppress blue light-emitting diode light-induced damage in photoreceptor-derived cells”, Journal of Biomedical Optics 21 (3) 035004 March 2016
[8] A. Wunsch, “Licht ist Leben- aber falsches Licht kann krank machen!”, AUGENBLICK Ausgabe 12, Mai 2012
[9] Veronika Marek et al., „Blue light phototoxity toward human corneal and conjunctival epithelial cells in basal and hyperosmolar conditions“, Free Radical Biology and Medicine 126 (2018) 27-40
[10] Elizabeth R. Gaillard et al., “Transmission of Light to the young Primate Retina: Possible Implications for the Formation of Lipofuscin”, Photochemistry and Photobiology, 2011, 87: 18-21
Die langen Sommerabende sind vorbei und mit dem Herbst kommt auch die Zeit, in der zum Feierabend der Tag schon vorbei ist. Spätestens mit der
Ein neuer Tag beginnt. Der Bildschirm leuchtet, der Kalender ist voll, die To-do-Liste wartet. Alles scheint bereit für Konzentration, Fokus, Leistung. Und doch fehlt oft
Tagsüber sitzen wir vor Bildschirmen. Abends scrollen wir am Handy. Und zwischendurch scheint Sonnenlicht durch moderne Fenster, die nur einen Teil des Spektrums überhaupt ins
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