Wirkung optischer Strahlung im Gewebe

OS2	Wirkung optischer Strahlung im Gewebe	Lernziele
	Betroffene Organe: Haut und Augen; Übersicht anatomischer Aufbau	Die Teilnehmer*innen kennen den anatomischen Aufbau der Haut und des Auges. Sie können die wesentlichen Strukturen benennen.
	Optische Eigenschaften der menschlichen Haut (Reflexion, Streuung, Absorption, Transmission)	Die Teilnehmer*innen verstehen das Prinzip von Reflexion, Streuung, Transmission und Absorption in der menschlichen Haut.
	Eindringtiefen unterschiedlicher Wellenlängen in Auge und Haut	Die Teilnehmer*innen wissen, welche Wellenlängen welche Strukturen a) in der Haut, b) im Auge erreichen.
	Thermische, photochemische, mechanische Wirkungen, direkt, indirekt, DNA-Schädigung durch UV-Strahlung	Die Teilnehmer*innen verstehen, wie optische Strahlung im Gewebe wirkt. Sie können die unterschiedlichen Wirkungen (UV vs. sichtbares Licht vs. Infrarot-Strahlung) an Haut und Auge benennen und erläutern.
	Chromophore (Melanin, Hämoglobin, Farbstoffe)	Die Teilnehmer*innen können die für die Anwendung optischer Strahlung wichtigsten Chromophore benennen. Sie verstehen, dass sie zentral für Energieaufnahme und – übertragung im Gewebe sind.
	Prinzip der „selektiven Photothermolyse“ (am Beispiel der dauerhaften Haarentfernung)	Die Teilnehmer*innen verstehen das Prinzip der selektiven Photothermolyse und können es in eigenen Worten erklären.
	Typischerweise für verschiedene Anwendungen eingesetzte Wellenlängen/Wellenlängenbereiche	Die Teilnehmer*innen wissen, welche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche typischerweise für kosmetische Anwendungen genutzt werden und können dies begründen.

Die Haut ist mit rund 2m² das größte und Organ des Menschen. Sie schützt die inneren Organe vor äußerem Einfluss, ist am Stoffwechsel und an der Wärmeregulation wesentlich beteiligt und ist Sinn- und Warnesorgan verantwortlich für die sinnliche Wahrnehmung, Schmerz.

Die Haut besteht aus drei Hauptschichten, wobei diese in weitere Unterschichten unterteilt sind. Für die decorative Kosmetik ist die Epidermis von besonderem Interesse, für apparative Kosmetik die Dermis.

Der Augapfel wird aus drei unterschiedlichen Schichten umgeben: der inneren, mittleren und äußeren Augenhaut. Der Innenraum des Auges hingegen besteht aus der Linse und der Augenkammer im vorderen Teil der Augen und dem Glaskörper im hinteren Teil. Die innere Augenhaut bezeichnet genauer die Netzhaut (Retina).

Epidermis

Die Oberhaut ist ein dünnes zelluläres Gewebe, wird den Epithelgeweben zugerechnet und ist 0,03- 0,04 mm dick. Sie enthält keine Blutgefäße und bildet sich aus eiwww.springerpflege.denem mehrschichtigen Plattenepithel von innen nach außen aus der:

Basalzellschicht (Stratum basale)

Stachelzellschicht (Stratum spinosum)

Körnerzellschicht (Stratum granulosum)

Glanzschicht (Stratum lucidum)

Hornzellschicht (Stratum corneum).

Basalmembran

    Sie stellt die Grenze zur Dermis dar und dient der Verzahnung mit der Dermis über Anker- und Mikrofibrillen, Bildung von Keratinozytennachschub.

  Stratum spinosum, Stachelzellschicht

    stachlige Verbindungen zu den umgebenden Zellen über die Desmosomen, an die die Keratinfilamente anknüpfen.

   Stratum granulosum, Körnerschicht:

   Diese Schicht von ein bis drei Zelllagen ist von größter Bedeutung für den Schutzmantel unserer Haut.

Die Basalmembran ist eine spezialisierte extrazelluläre Matrix, die zur Stabilisation der aufliegenden Epithel- bzw. Endothel-Zellschicht dient. Sie ist die räumliche Leitstruktur des Zellverbunds und dient seiner Fixierung und Begrenzung.

Darüber hinaus stellt die Basalmembran eine mechanische Barriere dar, die innerhalb gewisser Grenzen verhindert, dass Krankheitserreger und maligne transfomierte Zellen in tiefere Gewebsschichten vorstoßen können. Ein vom Epithel ausgehendes Karzinom, das die Basalmembran noch nicht durchbrochen hat, wird Carcinoma in situ genannt. Das Durchbrechen der Basalmembran ist ein Kriterium für die beginnende Invasion eines epithelialen Tumors.

Die Lederhaut, auch Dermis oder Cutis gennant setzt sich aus Fasern zusammen, die aus Bindgewebe bestehen. Zudem kommen in der Dermis kleinere Blutgefäße, Lymphgefäße, Schweißdrüsen und Nerven vor.

Primäre Funktion der Dermis ist es, die Oberhaut zu ernähren und mit den darunterliegenden Hautschichten zu verbinden. Sie verleiht der gesamten Haut Stabilität, indem sie dafür sorgt, dass diese dehnbar ist und nicht reißen kann.

Die Lederhaut ist ein großes Sinnesorgan, mit dem wir Berührungen wahrnehmen, Temperaturen fühlen und Schmerz empfinden können.

Die Lederhaut lässt sich in zwei weitere Schichten unterteilen:

Papillarschicht (Stratum papillare)

Netzschicht (Stratum reticulare)

Die bei jedem Menschen vorhandene Fettschicht wird von Medizinern unterschiedlicher Fachrichtungen ebenso unterschiedlich betrachtet. Es ist die Rede von einer oberen und einer tief liegenden Fettschicht, einer weißen und einer braunen Fettschicht. Bei Neugeborenen nimmt das braune Fett etwa fünf Prozent des Körpergewichts ein und ist am Rücken und entlang der großen Blutgefäße im Brustkorb konzentriert. Säuglinge sind aus verschiedenen Gründen für Unterkühlungen empfindlicher bzw. können nicht wie Erwachsene mit Zittern der Skelettmuskulatur reagieren, so dass die Wärmeerzeugung im braunen Fett lebenswichtig sein kann. Beim Erwachsenen ist das braune Fett weitestgehend zurückgebildet, nur um die großen Arterien, im Mediastinum (Mittelfell, liegt senkrecht und ist eine Trennwand aus Bindegewebe in der Brusthöhle), an den Nieren und unter den Achseln können sich noch Reste finden.

Das weiße Fettgewebe erfüllt drei verschiedene Funktionen:

Speicher- oder Depotfett: Lipide sind energiereiche Verbindungen. Durch den hohen Fettanteil des Körpers hat der Mensch Reserven, um bis zu 40 Tage ohne Nahrungszufuhr auszukommen. Je nach Geschlecht und Ernährungszustand kommen wir beim Depotfett auf 10 % (Sportler, extrem schlanke Menschen), über 15-25 % (Normalgewicht) bis weit über 50 % (fettleibige Menschen) des Körpergewichtes. Die Funktion als Depotfett erfüllt vor allem das Fettgewebe in der Unterhaut (Subkutis), hier hauptsächlich die Speckschicht am Bauch und den Gesäßbacken (ausgeprägte Fettdepots), und am Bauchfell. Darüber hinaus dient auch das Viszeralfett (das vom Körper in der freien Bauchhöhle eingelagerte Fett) als wichtiger Energiespeicher, auf den der Körper bei Nahrungsmangel zurückgreifen kann.
Isolierfett: Da Fett ein schlechterer Wärmeleiter als andere Gewebe ist, schützt vor allem auch das Fett (Speckschicht) in der Unterhaut (subkutanes Fett) vor zu schnellem Wärmeverlust. In der Unterhaut liegen etwa 65 % des Gesamtfettes vor, der Rest liegt im Bauchraum.

Baufett: Fettgewebe dient an bestimmten Stellen auch als mechanischer Schutz in Form eines druckelastischen Polsters (Fettpolster), so unter der Fußsohle, an Gelenken und Gesäß, sowie als Organlager, so im Nierenlager, bei den Herzkranzgefäßen und unter dem Augapfel. Das Baufett wird im Falle des Nahrungsmangels immer als letzte Reserve mobilisiert, hierher rühren die tiefen, eingefallenen Augen von Menschen bei Hungerkatastrophen.

Bei übergewichtigen (adipösen) Menschen nimmt die weiße Fettschicht deutlich zu (hypertrophieren = Hypertrophie = übersetzt Zunahme der Zellgröße). Geschlechtsspezifisch und von Mensch zu Mensch sind diese tiefen Fettpolster unterschiedlich ausgeprägt.

Diätresistentes Fett: Fettpolster, die Diäten und sportlicher Aktivität trotzen sind unser Thema. Diese Fettzellen sitzen beim weiblichen Geschlecht meist in den unteren Körperregionen. Sie sind deshalb so lästig, weil sie dem heutigen ästhetischen Bild widersprechen. Nimmt Frau ab, dann meist an Oberkörper und Brust, an Po und an den Oberschenkeln bleiben die Fettzellen gefüllt. Die Relationen verschieben sich immer ungünstiger, der Grad der Unzufriedenheit mit dem eigenen Körper steigt. Die Ursache der diätresistenten Fettpolster liegt in der Anatomie der Fettzellen, die wir im nächsten Abschnitt untersuchen.

Die Fettzelle

Adipozyten werden diese Zellen genannt. Das Unterhautfettgewebe des Menschen besteht aus solchen Zellen. In ihnen liegt das Geheimnis der Macht des Fettes begründet. Jede dieser Zellen ist umgeben von dünnen kollagenen Mikrofibrillen, die sich wie Stränge verbinden und so zu den Fibrillen werden, sowie von einem Netz von Kapillaren. Die Zellorganellen sind in der dünnen Zytoplasmaschicht der Fettzelle enthalten. Der Fetttransport in die Zelle erfolgt durch die so genannte Mikropinozytose.

In einem ausgewachsenen Menschenkörper finden sich etwa 80 Milliarden Adipozyten. Nahrungsfette, die verdaut und mehrfach umgebaut über den Blutstrom transportiert werden, finden hier ihren Zielort. Fettmoleküle (Triglyceride genannt) werden in den Adipozyten, die auf Speicherung programmiert sind, abgelagert. Die Adipozyten blähen sich auf u

Abbildung 3: Adipozyt

nd können so zu den größten Zellen des Körpers heranwachsen.

Abbildung 4: Makroskopische Sicht auf ein Fettzellenkollektiv

Abbildung 5: Eine histologische lichtmikroskopische Aufnahme der Fettzellen.

 

Links Fettzellen, dazwischen Bindegewebe mit einer Kapillare (K). Links unten, schräg bis rechts oben deutlich sichtbare Arteriole, die das Fettgewebe durchzieht.

Rechts eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Fettzelle mit dem Zellkern (unten). Oben rechts sichtbar eine Blutkapillare.

Bei den Menschen, die zu viel essen, also mehr als sie verbrauchen, vergrößert sich die Zelle zunächst allmählich. Hat der Fettgehalt des Körpers einen Grenzwert erreicht, beginnt der Organismus neue Zellen zu produzieren (dies ist also durchaus möglich, wenn auch unter dem Gesichtspunkt „Übergewicht“), um den Überschuss ebenfalls speichern zu können.

Weshalb aber bei dem einen die Fettschicht immer voluminöser anschwillt und bei dem anderen nicht, das gehört zu den spannendsten Fragen der Fettforschung. Hierzu gibt es viele Thesen. Zu den üblichen Verdächtigen gehören auch hier die Gene. Etwa 50 Erbanlagen sind in der Diskussion, Menschen mehr oder weniger anfällig zu machen für Korpulenz oder Magerkeit. Erhebliche Unterschiede bei der Gewichtszunahme bei verschiedenen Studien weisen darauf hin, dass es schlechte und gute Futterverwerter gibt. Einhellig betonen alle an solchen Studien beteiligten Wissenschaftler, dass der Einfluss der Gene nur etwa 30 % ausmache. Vererbung sei lediglich fördernd, ohne entsprechende Beeinflussung wird kein Übergewicht erzwungen. Tierexperimente belegen, dass Fettzellen mit dem Gehirn kommunizieren. Das Hormon namens Leptin, erst vor wenigen Jahren entdeckt, ist ein im Fettgewebe produziertes Eiweiß, das das Gehirn z.B. nach Schlemmereien anregt, den Hunger zurückzuschrauben und gelagertes Fett abzubauen. Es wird angenommen, dass ein ähnlicher Mechanismus auch beim Menschen wirkt. Wer sich gelegentlich zu viel des Guten gönnt, dessen Fettzellen produzieren Leptin, so dass der Körper alles versucht, zu seinem ursprünglichen Gewicht zurückzukehren. „Du bist satt“ ist das nun folgende Signal. Allerdings ist diese Signalübertragung bei übergewichtigen Personen gestört und so vermuten die Wissenschaftler wird daher vom Organismus nicht mehr ausgesandt. Dem gesunden Körper widerspricht jede Veränderung und so gehen einige Wissenschaftler davon aus, dass hier das gestörte Signal mitverantwortlich ist. Neben dem seelischen Druck birgt Übergewicht und/ oder Fettleibigkeit für die Betroffenen erhebliche Risiken für das physische Befinden: Atemnot, erhöhter Blutdruck, rasche Ermüdbarkeit, Schlafstörungen, Lungenembolien, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Gallen- und Venenleiden, degenerative Gelenkerkrankungen und vor allem Diabetes. Fettleibigkeit wird zudem mit Darmkrebs in Zusammenhang gebracht.

In Bezug auf die Fettzelle müssen wir auch wissen, dass in den weiblichen Fettzellen wesentlich mehr Nährstoffreserven angelegt und gespeichert werden. Vor allem während einer Schwangerschaft vergrößern sich diese Fettzellen und sind dann in stark ausgeprägter Form an Oberschenkeln, Oberarmen, Bauch- und Poregion sowie an der Brust zu finden. Deshalb hat ein Teil der Frauen erst nach einer oder mehreren Schwangerschaften Probleme mit Übergewicht, schwachem Bindegewebe und oder Cellulite. Energiereiche Depotfette werden allerdings schon während der Pubertät durch die Produktion weiblicher Geschlechtshormone (Östrogene) angelegt. In der heutigen Zeit sind Verhütungsmittel an der Tagesordnung, auch schon bei sehr jungen Frauen. Durch die „Pille“ mit hohem Östrogengehalt wird das Anlegen von Depotfetten in den Unterhautfettzellen zusätzlich begünstigt. Auch Frauen in den Wechseljahren haben mit den weiblichen Hormonen in den Fettzellen zu kämpfen. Das Gleichgewicht zwischen Progesteron und Östrogen ist nicht mehr gegeben und so geht der Kampf mit dem Gewicht spätestens in diesem Alter durch die veränderte Stoffwechselsituation auch in den Fettzellen los.

An der Oberfläche der Fettzelle befinden sich Bindungsstellen (Rezeptoren) für verschiedene Hormone. Nach Bindung dieser Hormone an ihre Rezeptoren werden in der Zelle bestimmte biochemische Prozesse ausgelöst. Beim Vorhandensein von Insulin werden die Fettzellen für die Aufnahme von Fettsäuren aktiviert. Ist ein Hormon namens Glukagon im Blut, so wird die hormonempfindliche Lipase aktiviert, die aus Triglyceriden Fettsäuren abspaltet. Diese können dann aus den Zellen ausgeschleust werden und in die Blutbahn abgegeben werden. Sie gelangen z. B. zur Leber, wo sie zur Energiegewinnung verwendet oder in die Very-low-density-Lipoproteine (VLDL) eingebaut werden können und mit diesen wiederum in die Blutbahn abgegeben werden. Über die VLDL werden die Fettsäuren wieder an die Gewebe des menschlichen Körpers, auch an das Fettgewebe verteilt.   1  http://www.aerzteblatt.de/v4/news/news.asp?id=32264

Das Auge selbst besteht aus mehreren anatomischen Strukturen, die jeweils eigene Aufgaben übernehmen.

Dies ermöglicht die komplexe Funktionalität dieses Sinnesorgans.

Anatomische Strukturen des Auge

Hornhaut

Lederhaut

Regenbogenhaut (Iris)

Pupille

Linse

Der Glaskörper

Die Netzhaut

Die Aufhängebänder der Linse (Zonulafasern)

Strahlenkörper (Ziliarkörper)

Augenkammern

Der gelbe Fleck

Die Aderhaut

Der Sehnerv

Hornhaut

Die Hornhaut (lat.: Cornea) ist quasi das Fenster des Auges: Durch sie fällt das Licht hinein.

Sie besteht aus Kollagenfasern

Die Hornhaut bündelt eintretende Lichtstrahlen mit einer Brechkraft von 43 Dioptrien und ist deshalb sehr wichtig, um auf der Netzhaut ein Bild zu erzeugen. So können wir mit dem Auge sehen.

 Lederhaut

Die Lederhaut (lat.: Sclera) – das Weiße im Auge – ist sehr kräftig und schützt das Auge vor Verletzungen.

Sie umschließt den Augapfel fast vollständig

Der von außen sichtbare Teil der Lederhaut ist mit durchsichtiger Bindehaut überzogen. Somit ist das Auge gut geschützt.

Regenbogenhaut (Iris)

Die Regenbogenhaut, auch Iris genannt, ist die farbige Blende des menschlichen Auges.

In der Iris verlaufen zwei Muskeln, welche die Pupille je nach Lichtverhältnissen vergrößern oder verkleinern.

Die Farbpigmente dichten die Iris gegen eindringendes Licht ab, damit das Licht nur durch die Pupille in das Auge fällt.

Pupille

Als Pupille bezeichnet man die Öffnung in der Mitte der Iris. Sie stellt sich immer auf die jeweiligen Lichtverhältnisse ein: Bei Helligkeit ist die Pupille nur eine winzige Öffnung.

Bei Dunkelheit dagegen weitet sie sich, um möglichst viel Licht hindurchzulassen.

Linse

  Bei der Augenlinse (lat.: Lens crystallina) handelt es sich um eine Sammellinse. Sie bündelt das durch die Pupille eintretende Licht, sodass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entsteht.

  Die Linse ist elastisch und kann ihre Brechkraft ändern, um sowohl weit entfernte als auch nahe Gegenstände zu fokussieren.

Der Glaskörper

Der Glaskörper (lat.: Corpus vitreum) füllt das Augeninnere zwischen Linse und Netzhaut aus. Er ist durchsichtig und von gelartiger Substanz, die zu 98 Prozent aus Wasser und zu 2 Prozent aus Hyaluronsäure (Zucker und Eiweiß) und Kollagenfasern besteht.

Die Netzhaut

   Die extrem lichtempfindliche Innenauskleidung des Auges nennt man Netzhaut (lat.: Retina).

   Sie ist mit etwa 127 Millionen Lichtrezeptoren besetzt: Diese wandeln das Licht in Nervenimpulse um, nachdem es Hornhaut, Linse und Glaskörper durchquert hat.

   Für das Farbsehen sind Zapfen-Rezeptoren zuständig, für das Hell-Dunkel-Sehen dagegen Stäbchen.

Der Sehnerv

Der Sehnerv (lat.: Nervus opticus) leitet die Informationen von der Netzhaut an das Gehirn weiter. Er ist ein gewaltiges Bündel aus Nervenfasern und einen halben Zentimeter dick.

Seine Austrittsstelle aus der Netzhaut ist die so genannte Papille, auch als der blinde Fleck bekannt.

An dieser Stelle der Netzhaut sitzen keine Lichtrezeptoren. Deshalb fehlt in dem Bild, das das Gehirn wahrnimmt, immer ein kleines Stück.

Davon bemerkt man im Normalfall aber nichts. Wie auch die Netzhaut ist der Sehnerv Teil des Gehirns.

Natürliche wie künstliche UV-Strahlung wirkt auf unseren Körper ein.

In erster Linie sind davon unsere Augen und unsere Haut betroffen.

Die kritischen Organe für die Einwirkung optischer Strahlung auf den Menschen sind die Augen und die Haut. Optische Strahlung dringt in menschliches Gewebe nur oberflächlich ein; die inneren Organe werden nicht erreicht. Die Eindringtiefe ist von der Wellenlänge abhängig. Während kurzwellige UV-Strahlung und langwellige IR-Strahlung bereits an der Oberfläche absorbiert werden, dringt Strahlung im sichtbaren und nahen infraroten Bereich tiefer ein. Entsprechend hängt der Ort der Wirkung im Auge und in der Haut von der Wellenlänge ab. Auch sind Art und Schwere eines durch optische Strahlung hervorgerufenen Effektes von der Intensität der Strahlung und von ihrer Dosis abhängig. Es kann sowohl zu positiven als auch zu negativen Wirkungen kommen.

Während kurzwellige UV-Strahlung und langwellige IR-Strahlung bereits an der Oberfläche absorbiert werden, dringt Strahlung im sichtbaren und nahen infraroten Bereich tiefer ein. Entsprechend hängt der Ort der Wirkung im Auge und in der Haut von der Wellenlänge ab. Auch sind Art und Schwere eines durch optische Strahlung hervorgerufenen Effektes von der Intensität der Strahlung und von ihrer Dosis abhängig. Es kann sowohl zu positiven als auch zu negativen Wirkungen kommen.

Negative Wirkungen

Schädliche Wirkungen durch UV-Strahlung auf die Haut:

Sonnenbrand (Erythem): Entzündliche Rötung der Haut, die nach einigen Tagen heilt. Es kommt zu einer Pigmentierung (Bräunung) und Verdickung der Hornschicht, wodurch die Betroffenen eine erhöhte Widerstandskraft gegenüber einem erneuten Sonnenbrand erhalten.

Hautalterung: Bei häufig wiederholter und bei langfristiger Exposition gegenüber UV-Strahlung kann die Haut trocken, lederig, grob und schlaff werden und Falten bekommen.

Hautkrebs: Durch übermäßige und durch langfristige UV-Strahlungseinwirkung kann Hautkrebs ausgelöst werden. Es werden drei verschiedeneHautkrebsarten (Basaliom, Spinaliom und malignes Melanom) unterschieden, die in unterschiedlichen Schichten der Haut auftreten und deren Krankheitsverlauf unterschiedlich ist.

Phototoxische Reaktionen, Photoallergien: Durch das Zusammenwirken von UV-Strahlung mit chemischen Stoffen (z.B. bestimmten Medikamenten und Kosmetika) sind toxische Reaktionen möglich. Auch können Allergien ausgelöst werden.

Es gibt jedoch auch positive Wirkungen:

An positiven Wirkungen sind zu nennen: die Bildung von Vitamin D3, das zur Vorsorge gegen Rachitis gebraucht wird, durch UV-Strahlung; durch mäßige UV-Einwirkung der Aufbau eines Lichtschutzes, der vor Sonnenbrand schützen kann. Positive Wirkungen werden Licht und UV-Strahlung auch bei therapeutischen Anwendungen, z.B. zur Behandlung von Hautkrankheiten, zugeschrieben. Daneben ist für viele Menschen die erwünschte Bräunung der Haut durch UV-Strahlung von hohem subjektiven Wert (Selbstwertgefühl, Modebewusstsein). Die sichtbare Strahlung ermöglicht dem Menschen das Sehen und damit das Erkennen der Umgebung. Das Sehen ist für die Meisten der wichtigste Sinneseindruck. Infrarotstrahlung kann eine angenehme Wärmewirkung erzeugen. Wärmestrahlung und Licht können zum physischen und psychischen Wohlbefinden beitragen.

Schädliche Wirkungen durch sichtbare und infrarote Strahlung auf die Haut:

Verbrennung der Haut durch hohe Strahlungsintensität (z.B. durch Laser oder IPL).

Künstlich erzeugte UV-Strahlung unterscheidet sich in ihrer Wirkungsweise nicht von der natürlichen UV-Strahlung.

Künstlich erzeugte UV-Strahlung findet in Alltag, Technik, Medizin und Wellness (zum Beispiel in Solarien) Anwendung.

Die ultraviolette (UV-) Strahlung, die den Wellenlängenbereich von 100 Nanometer (nm) bis 400 nm umfasst, ist der energiereichste Teil der optischen Strahlung.

Die UV-Strahlung ist für den Menschen nicht sichtbar und kann auch nicht mit anderen Sinnesorganen wahrgenommen werden.

Aufgrund ihrer physikalischen und biologischen Eigenschaften wird die UV-Strahlung nochmals unterteilt in

UV-A-Strahlung (Wellenlänge 400 – 315 nm)

UV-B-Strahlung (Wellenlänge 315 – 280 nm) und

UV-C-Strahlung (Wellenlänge 280 – 100 nm).

UV-A-Strahlung schließt sich direkt an das sichtbare Licht an. 

UV-C-Strahlung grenzt unmittelbar an den Bereich der ionisierenden Strahlung an.

Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher ist die Strahlung, und umso schädigender wirkt sie.

UV-Strahlung der Sonne

Die UV-Strahlung der Sonne ist die so genannte “natürliche” oder “solare” UV-Strahlung. UV-Strahlung dringt wellenlängenabhängig unterschiedlich weit bis zur Erdoberfläche vor.

UV-C: Die besonders energiereiche UV-C-Strahlung wird von der Erdatmosphäre in den oberen Atmosphärenschichten vollständig ausgefiltert, so dass natürliche UV-C-Strahlung die Erdoberfläche nicht mehr erreicht.

UV-B: Die energiereiche UV-B-Strahlung wird abhängig vom Zustand der Ozonschicht ebenfalls durch die Atmosphäre ausgefiltert. Aber nicht vollständig: etwa bis zu zehn Prozent der UV-B-Strahlung erreichen noch die Erdoberfläche. Bei Störungen der Ozonschicht vergrößert sich der auf die Erdoberfläche treffende UV-B-Anteil.

UV-A: Die längerwellige UV-A-Strahlung erreicht im Gegensatz zu UV-B- und UV-C-Strahlung weitgehend unbehindert die Erde.

Ultraviolette Strahlung (UVC) Wellenlänge = 200-290 nm 1)

  UVC:  Physikalische Eigenschaften

Komplette Absorption in der Stratosphäre (Ozon), erreicht die Erdoberfläche nicht

 Artifiziell erzeugt durch Xenon- und Quecksilber-Dampf- Lampen 2)

Biologische Wirkung: Industrieller Einsatz wegen seiner bakteriziden Eigenschaften

UVB: Ultraviolette Strahlung (UVB) Wellenlänge = 280-320 nm

Physikalische Eigenschaften

 Eindringtiefe in die Haut = 50-100 µm (Epidermis)  Dringt nicht durch Fensterglas

 Biologische Wirkung, Verdickung des Stratum corneum (Lichtschwiele), Vitamin D3 Synthese, Lokale Immunsuppression,Verzögerte Pigmentierung (2-3 Tage nach Exposition) durch Neusynthese von Melanin, Erythem (Sonnenbrand), Karzinogenese durch direkte DNA-Schädigung

UVA: Ultraviolette Strahlung (UVA) Wellenlänge = 320-400 nm 1)

Physikalische Eigenschaften

 Einteilung in UVA2 (l = 320-340 nm) und UVA1 (l = 340-400 nm) 

Eindringtiefe in die Haut = 3-4 mm (Dermis)

 Dringt durch Fensterglas 2) Biologische Wirkung  Lokale Immunsuppression, Sofort-Pigmentierung (2-6 h nach Exposition) durch Photooxidation von vorhandenem Melanin, Degeneration des dermalen Bindegewebes (Elastose), Karzinogenese (< UVB)

Übermass an optischer Strahlung schädigt haut und

Augen sowohl durch optische Strahlung natürliche

Ursprung als auch für künstlich erzeugte Strahlung.

Art und Ausmaß der Schädigung hängt ab von:

Wellenlänge der Bestrahlung

Der Dauer der Bestrahlung

Von der Bestrahlungsstärke

Wie tief UV-Strahlung in Auge und Haut eindringt, ist von der Wellenlänge abhängig: UV-A mit längeren Wellenlängen von 315 Nanometer bis 400 Nanometer dringt tiefer in Auge und Haut ein als die kurzwelligere UV-B-Strahlung mit Wellenlängen von 280 Nanometer bis 315 Nanometer.

In den Zellen des Auges und der Haut wird UV-Strahlung aufgenommen (absorbiert) und bewirkt dort unterschiedliche Veränderungen. Die wichtigste Veränderung ist die Schädigung des Erbguts (DNA),

UV-Strahlung schädigt auch in geringer Dosis die Erbsubstanz in den Hautzellen – weit bevor ein Sonnenbrand entsteht.

Reparatursysteme in den Zellen beseitigen die Schäden am Erbgut in aller Regel wieder.

Häufige,lang anhaltende und intensive UV-Bestrahlungen sowie Sonnenbrände überbelasten diese Systeme.

Die gesetzten Schäden werden dann nicht mehr vollständig beziehungsweise nicht fehlerfrei repariert und können zu bleibenden Erbgutveränderungen (Mutationen) werden. Damit steigt das Risiko für Hautkrebs.

Nur UV-B-Strahlung ermöglicht die Vitamin-D-Bildung

Für die körpereigene Vitamin-D-Bildung ist die UV-B-Strahlungsintensität ausschlaggebend: bei zu niedrigen UV-B-Strahlungsintensitäten kommt die körpereigene Vitamin-D-Bildung zum Erliegen. Dies ist in Deutschland im Winter der Fall. Bei hohen UV-B-Strahlungsintensitäten – im Frühjahr, Sommer und Herbst – wird dagegen in kurzer Zeit eine ausreichende Menge an Vitamin D gebildet.

Solariennutzung trägt kaum zur Bildung von Vitamin D bei

   Im Vergleich zur Sonne herrschen in Solarien andere UV-Bestrahlungsstärken. Im UV-A-Bereich kann die Bestrahlungsstärke im Solarium bis zu sechsmal, bei Gesichtsbräunern sogar bis zu zehnmal stärker sein als die der Sonne. UV-A-Strahlung trägt nicht zur körpereigenen Vitamin-D-Bildung bei, jedoch zur Erhöhung des Hautkrebsrisikos.

Es lassen sich kurzfristige (akute) und langfristige (chronische) Wirkungen unterscheiden. Erstere treten unmittelbar oder Minuten, Stunden und Tage nach UV-Belastung auf, während letztere als Spätfolgen nach Jahren beziehungsweise Jahrzehnten sichtbar werden.

Bei einer phototoxischen Reaktion zeigen sich an Hautstellen, die einer UV-Strahlung ausgesetzt waren, verschiedene Hautveränderungen:

 Rötung

 starkes Jucken

 Knötchen, Bläschen oder Blasen

Die Symptome ähneln einem Kontaktekzem.

Was kann man bei einer phototoxischen Reaktion tun und wie beugt man vor?

Maßnahmen, wie kühlen, kortisonhaltige Cremes oder Antihistaminika helfen gegen die akuten Symptome.

Letztendlich sollten die auslösenden Substanzen möglichst gemieden werden.

Kann man die auslösende Substanz nicht meiden, beispielsweise, weil der Arznei-Wirkstoff unverzichtbar und ein Wechsel des Medikamentes nicht möglich ist, muss man die Haut ganz besonders sorgfältig vor Sonnenlicht schützen.

Zu den photosensibilisierenden Medikamenten zählen:

Antidepressiva (Amitriptylin, Clomiramin, Desipramin, Doxepin, Imipramin, Nortriptylin, Trimipramin)

Antiepileptika (Carbamazepin, Lamotrigin, Phenobarbital, Phenytoin, Topiramat, Valproinsäure)

Antihistaminika (Cyproheptadin, Diphehydramin, Loratadin)

Antimikrobielle Substanzen (Ciprofloxacin, Doxycyclin, Enoxacin, Gentamycin, Griseofulvin, Isoniazid, Lomefloxacin, Minocyclin, Nitrofurantoin, Norfloxacin, Ofloxacin, Oxytetracyclin, Sulfamethoxazol/Trimethoprim, Sulfasalazin)

Antipsychotika (Chlorpromazin, Chlorprothixen, Fluphenazin, Haloperidol, Perazin, Promethazin, Promazin, Thioridazin)

Diuretika (Amilorid, Bendroflumethiazid, Etycrynsäure, Furosemid, Hydrochlorothiazid, Spironolacton, Triamteren, Xipamid)

Goldsalze

Hämatoporphyrin

Hormone (Corticosteroide, Östrogene, Progesterone, Spironolacton)

Kardiovaskulär wirksame Substanzen (Amiodaron, Captopril, Chinidin, Disopyramid, Enalapril, Fosinopril, Hydralazin, Nifedipin, Ramipril, Simvastatin)

Nichtsteroidale Antirheumatika (Diclofenac, Ibuprofen, Indometacin, Ketoprofen, Mefenaminsäure, Naproxen, Phenylbutazon, Tiaprofensäure)

Protonenpumpenhemmer (Esomeprazol, Lansoprazol, Omeprazol, Pantoprazol, Rabeprazol)

Substanzen gegen Malaria (Chinin, Chloroquin, Hydroxychloroquin, Mefloquin, Pyrimethamin)

Systemische Dermatika (Isotretinoin, Methoxsalen)

Zytotoxische Substanzen (Azathioprin, Dacarbazin, Fluorouracil, Methotrexat, Procarbazin, Vinblastin)

UV-Strahlung ist krebserregend, Ursache für sofortige und langfristige Wirkungen an Haut und Augen der Menschen und ein wichtiger Umweltparameter. Darum wird die Intensität der UV-Strahlung weltweit ständig überwacht und als UV-Index veröffentlicht.

Die individuelle Belastung durch natürliche UV-Strahlung und die damit verbundene gesundheitliche Gefährdung für den Menschen werden durch das eigene Verhalten bestimmt und sind somit individuell kontrollierbar. Entsprechende Schutzmaßnahmen sollten bei jeder Tätigkeit im Freien und besonders auch im Urlaub berücksichtigt werden.

Tipps zum UV-Schutz:

Starke Sonne meiden!

Anziehen!

Augen schützen!

 Eincremen!

Schutz beim Baden!

Keine Medikamente, Kosmetika und Sonne!

 Keine Solarien!

Schutz für Kinder!

Schädliche Wirkungen von UV-Strahlung auf die Augen:

Hornhautentzündung (Keratitis), Bindehautentzündung (Konjunktivitis): Durch UV-Strahlung werden die äußersten Zellen der Hornhaut und der Bindehaut zerstört. Diese Erkrankung ist bei Bergsteigern als „Schneeblindheit und bei Schweißern als Verblitzen bekannt. Die Schädigung macht sich 6 – 8 Stunden nach der Exposition durch starke Augenschmerzen bemerkbar. Nach 1 2 Tagen tritt eine vollständige Heilung ein. Trübung der Augenlinse: Neben anderen Ursachen kann eine langjährige UV-Strahleneinwirkung auf die Augen zu einer irreversiblen Trübung der Augenlinse führen. Von dieser Erkrankung sind vor allem ältere Menschen („Altersstar) sowie Personen betroffen, die sich häufig im Freien aufhalten (Landwirte, Seeleute). Schädliche Wirkungen durch sichtbare und infrarote Strahlung auf die Haut: Verbrennung der Haut durch hohe Strahlungsintensität (z.B. an Schmelzöfen oder durch Laser). Schädliche Wirkungen durch sichtbare und infrarote Strahlung auf das Auge: Verbrennung der Netzhaut (Thermischer Schaden) durch Einwirkung von Strahlung hoher Intensität (z.B. Laser, Sonne). Die so genannte Blaulichtgefährdung ist eine photochemische Schädigung der Netzhaut. Trübung der Augenlinse: Auch eine langjährige IR-Strahleneinwirkung kann zu einer Trübung der Augenlinse (Grauer Star, Katarakt) führen. Diese Einwirkung kann z.B. an Arbeitsplätzen von Glasbläsern auftreten. Blendung: Die Blendung ist zwar keine direkte Schädigung des Auges, sie kann jedoch das Sehen und Erkennen beeinträchtigen und damit Folgeschäden (z.B. Unfälle im Straßenverkehr) hervorrufen.

Schädliche Wirkungen durch sichtbare und infrarote Strahlung auf das Auge: Verbrennung der Netzhaut (Thermischer Schaden) durch Einwirkung von Strahlung hoher Intensität (z.B. Laser, Sonne). Die so genannte Blaulichtgefährdung ist eine photochemische Schädigung der Netzhaut. Trübung der Augenlinse: Auch eine langjährige IR-Strahleneinwirkung kann zu einer Trübung der Augenlinse (Grauer Star, Katarakt) führen. Diese Einwirkung kann z.B. an Arbeitsplätzen von Glasbläsern auftreten. Blendung: Die Blendung ist zwar keine direkte Schädigung des Auges, sie kann jedoch das Sehen und Erkennen beeinträchtigen und damit Folgeschäden (z.B. Unfälle im Straßenverkehr) hervorrufen.

Beim Eintritt des Lichts ins Gewebe treten einige optischen Phänomene auf. In der Folie 67 sind die wichtigsten Phänomene dargestellt. Nur die Transmission, also der Teil des Lichts, der es ist bis in die Tiefe der Haut schafft ist an der Wirkung beteiligt. Ihr tiefer die Zielstrukturen sich unter der Haut befinden, desto höher muss die Leistung des Lichtes auf der Oberfläche sein. Laser haben eine höhere Eindringtiefe als IPL, weil die Transmission aus kollimierte Strahlung besteht.

Beim Auftreffen des Lichtes auf heller Haut wird ein Teil des Lichtes reflektiert. Je dunkler die Haut desto mehr Licht wird durch die Pigmente absorbiert. Die Absorption der Wellen wandelt die Lichtenergie in Wärmeenergie um. Da die Lichtstrahlen in  der Haut auf unterschiedliche Strukturen treffen., werden diese mehr oder weniger abgelenkt in ( Streuung ).

Die Absorptionskurven von Melanin, Hämoglobin und Wasser zeigen deutlich die Abgrenzung von Lasern zu IPL. Laser sind Werkzeuge, die für genau eine Aufgabe geeignet sind. IPL-Geräte nutzen ihr Lichtspektrum aus, um verschiedene Anwendungen möglich zu machen. Es ist darauf hinzuweisen, dass IPL-Geräte eine gewisse Leistung benötigen, um eine Wirkung zu erzielen. Auch werden durch die Filter und den inneren Aufbau Verluste wirksam, die nur durch eine hohe Leistung auszugleichen sind. Damit der Lichtblitz nicht zu intensiv wird, um seine Wirkung zu entfalten, ist man dazu übergegangen sog. Blitzzüge einzubauen. Unter einem Blitzzug versteht man das ein Einzelblitz in Sub-Blitze aufgeteilt wird. Seriöse Hersteller geben den Anwendern Einstellungstabellen mit, die je nach Hauttyp, Haarfarbe und Haardicke geeignete Voreinstellungen für eine Behandlung gewährleisten. 

Da jeder Hersteller seine individuelle Gerätekonstruktion favorisiert und das Zusammenspiel aller verbauten Komponenten Einfluss auf die Leistungsentwicklung haben, kann keine generelle Empfehlung für Behandlungswerte ausgesprochen werden.

Bei den IPL – Geräten werden Filter eingesetzt, um die schädliche  UV Strahlung  zu blockieren.

Im Gegensatz zum IPL verliert der Laser auf dem Weg in die Tiefe weniger Leistung. Man kann die Leistung der Transmission noch einmal steigern wenn man genau senkrecht das Laserhandstück  auf die Haut aufsetzt . Dadurch werden direkte Reflektionen vermieden.

Unter Absorption versteht man die Umwandlung der Lichtenergie in Wärmeenergie. Weisse Körper reflektieren das einfallende Licht zu 100%. Schwarze Körper absorbieren das einfallende Licht zu 100%. Zwischen Licht und einem weissen Körper gibt es keine Wechselwirkung. Ein schwarzer Körper wandelt das Licht zu 100% in Wärme um. Auch alle anderen Farben des Spektrums, ausser weiss, wandeln Lichtenergie in Wärme um. Dies macht man sich bei vielen Hautbehandlungen zunutze.

Die Grafik der Folie 83 ist so zu verstehen, dass bei niedriger Wellenlänge, also nahe dem UV-Bereich, die Melanin-Absorption am höchsten ist. Je weiter man in den Infrarotbereich kommt, desto niedriger ist die Melanin-Absorption.

Mit Wellenlängen zwischen 550-750 nm arbeiten IPL-Systeme für die dauerhafte Haarentfernung. Je nach Hauttyp werden hellere oder dunklere Filter eingesetzt. Dunklere Hauttypen lassen sich mit IPL nicht mehr wirksam behandeln, da die meiste Energie in die Erwärmung der Hautoberfläche fliesst. Man nutzt die höheren Wellenlängen, um die Wärme über das Körperwasser zu erreichen. Die Absorption über das Wasser wird ab 1000 Nanometern wirksam. Das Hämoglobin, dargestellt in der roten Kurve, hat einen Verlauf der sowohl mit IPL als auch mit verschiedenen Lasern gleichermassen gut erreicht werden kann.

Die wirksame Eindringtiefe wird reduziert wenn zu viele Faktoren, die eine Absorption des Lichtes durch Reflektion und Streuung den Weg in die Tiefe behindern. Wenn beispielsweise Haare nicht rasiert werden wird ein Großteil der Lichtenergie von den Haaren absorbiert. Diese erhöht die Gefahr von Verbrennungen und ist kontraproduktiv im Sinne von Energieausbeute.

In dem linken Bild ist dargestellt das die Transmission des Lichtes abhängig ist von der Wellenlänge . Niedrige Wellenlänge weisen eine geringe Transmission auf, höhere Wellenlängen weisen eine hohe Transmission auf. Unter Transmission wird der Teil der Lichtenergie verstanden der die obere Hautbarriere durchdringt.

Ist die Transmission höher, so ist auch die Eindringtiefe größer. Das rechte Bild zeigt wieviel Millimeter die verschiedenen Wellenlängen in die Haut eindringen können. 

Auf diesem Bild ist noch einmal idealisiert dargestellt wie tief das Licht eindringen kann. Am besten ist es Haare in der frühen Wachstumsphase zu epilieren,  weil  die Haarpapille , also der unterste Teil des Follikels noch gut vom Licht erreicht werden kann. In der späteren Wachstumsphase wächst das Haar in die Tiefe und ist somit vom IPL kaum noch erreichbar. 

Die Eindringtiefe wird im Bild als wirksame Eindringtiefe dargestellt. Die wirksame Eindringtiefe ist die Tiefe, in der noch eine Wirkung unter der Haut erzeugt werden kann. Es sind die Zielstrukturen wie Chromophoren, Blutgefässe an der Haarwurzel, sowie die Stammzellen in der Bulba (Haarzwiebel). Von einer wirksamen Eindringtiefe wird gesprochen, wenn noch 37% der auf der Haut abgegebenen Leistung in dieser Tiefe gemessen wird.

Auf dem Weg von der Hautoberfläche in die Tiefe verhindern verschiedene Strukturen und optische Phänomene, dass 100% der abgegebenen Leistung die Tiefe erreicht. Licht wird auf der Hautoberfläche reflektiert, gestreut und in den Hautschichten absorbiert. Als Transmission wird der Teil der Strahlung bezeichnet, der noch In der Tiefe ankommt und dort messbar ist.

Der Diodenlaser mit 808 Nanometern erreicht mit seinen Lichtstrahlen die Subcutis. Deshalb wird der Diodenlaser auch bevorzugt bei der dauerhaften Haarentfernung eingesetzt.

Hier ist nochmal bildlich der Einfluss der Pigmentierung der Haut auf die Eindringtiefe für das Licht ist dargestellt. Dunkle Haut absorbiert einen Teil der Energie und lässt weniger Energie in die Zielstruktur.

Bei heller Haut ist der Wirkungsgrad höher denn nur ein kleiner Teil der Lichtenergie wird von der Haut absorbiert.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Haardicke bei der dauerhaften Haarentfernung. Weniger voluminöse Strukturen werden schneller erwärmt und kühlen schneller ab. Große Strukturen erwärmen sich langsamer und kühlen auch langsamer ab. Dies hat etwas mit der Oberfläche des Körpers zu tun. Bei einer Kugel ist es maximale Volumen in einer minimalen Oberfläche. Daher eignen sich für Laboruntersuchungen Kugeln um Abkühlungs- und Erwärmungsphänomene zu untersuchen.

Was für Laien sind die Erwärmungs- und Abkühlungsphänomene leicht zu erklären wenn man sich eine Tasse Espresso und eine Tasse Cappuccino vorstellt. Lässt man Beide einige Zeit stehen kühlt sich der Espresso in der kleinen Espressotasse viel schneller ab als der Cappuccino in der großen Kaffeetasse.

Hersteller von optischen Strahlungsgeräten kennen diese Zusammenhänge und bieten den Anwendern Voreinstellungen die die Haardicke berücksichtigt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Haardicke bei der dauerhaften Haarentfernung. Weniger voluminöse Strukturen werden schneller erwärmt und kühlen schneller ab. Große Strukturen erwärmen sich langsamer und kühlen auch langsamer ab. Dies hat etwas mit der Oberfläche des Körpers zu tun. Bei einer Kugel ist es maximale Volumen in einer minimalen Oberfläche. Daher eignen sich für Laboruntersuchungen Kugeln um Abkühlungs- und Erwärmungsphänomene zu untersuchen.

Was für Laien sind die Erwärmungs- und Abkühlungsphänomene leicht zu erklären wenn man sich eine Tasse Espresso und eine Tasse Cappuccino vorstellt. Lässt man Beide einige Zeit stehen kühlt sich der Espresso in der kleinen Espressotasse viel schneller ab als der Cappuccino in der großen Kaffeetasse.

Hersteller von optischen Strahlungsgeräten kennen diese Zusammenhänge und bieten den Anwendern Voreinstellungen die die Haardicke berücksichtigt.

In Laboruntersuchungen wurde die selektive Fotothermolyse untersucht und bestätigt Haare halten zirka 10 mal länger die Wärme als die Haut.

Bei IPL-Geräten macht man sich die selektive Photothermolyse zunutze. Die dauerhafte Haarentfernung ist aber auch immer eine Gratwanderung zwischen Verbrennen der Haut und effektiver Entfernung der Haare.

Um das Risiko der Hautverbrennung zu minimieren wurde ein technischer Trick angewendet. Anstatt einen Energieblitz mit der berechneten notwendigen Leistung abzugeben, wird die Energie durch Sub-Blitze abgegeben.

Je nach Hautpigmentierung, Haarfarbe und Haardicke lassen sich 1 – 5 Sub-Blitze von den Geräten erzeugen. Mit Sub-Blitzen kann man die Energieabgabe so steuern, dass die Energie unterhalb der Gefährdungsgrenze liegt. Somit ist das Verfahren der Sub-Blitze wirkungsvoller, bei gleichzeitig höherer Sicherheit im Vergleich zu dem Einzelblitz Verfahren.

Diese Grafik soll noch einmal zeigen, dass sich Haare schneller aufheizen und langsamer abkühlen als die Haut.

Die Haut bleibt geschont und das Haar wird zerstört.

Durch Sub-Blitze konnte auch insgesamt mehr Energie pro Behandlungsfläche abgegeben werden, weil sich die Haut nach jedem Sub-Blitz leicht abkühlt. 

Dieses Bild zeigt eine Einstellung der Subblitze eines typischen IPL-Geräts für die dauerhafte Haarentfernung. Es lassen sich die Pulsdauer und die Pulspause der Subblitze individuell einstellen.

Von diesem System ist auch der Name IPL abgeleitet, der auf Deutsch intensives Pulslicht genannt wird. 

Hier nochmal ein worauf es qualitativ ankommt: Dünne Strukturen brauchen kurze Pulse,  große Strukturen längere Impulse.

Um die Haare bei der optischen Epilation wirksam zu zerstören, reicht es nicht nur die Haare zu verbrennen. Muss die Haarpapille zerstört werden.

Wurde die Energie zu niedrig gewählt wird die Haarpille nur geschädigt. dann wächst in der nächsten Wachstumsphase ein dünneres helleres Haar, das schlechter zu epilieren ist.

Es ist wichtig auch die Haarzwiebel so aufzuheizen dass die Stammzellen zerstört werden. Die Stammzellen der Haarzwiebel sind adulte Stammzellen, die bereits die Information darüber besitzen neue Haare wachsen zu lassen.

Werden diese Stammzellen wegen zu niedriger Leistung nicht zerstört, kommen die Haare immer wieder. Daher muss eine genügend hohe Energie gewählt werden um auch diese Strukturen zu zerstören. Nur Wenn alle Strukturen zerstört sind kann von dauerhafter Haarentfernung gesprochen werden.

Hier ist noch einmal zusammenfassend dargestellt was die selektive Fotothermolyse bewirkt.

Nur die ausgewählten Strukturen wie Haarfolikel, Papille und Haarzwiebel werden mit so hoher Energie versorgt, dass diese zerstört werden und die restliche Haut unbeeinträchtigt bleibt.

Prüfungsvorbereitung