Biologische Auswirkungen von Sonnenlicht, ultravioletter Strahlung, sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung und Vitamin D für die Gesundheit

Einleitung

Seit vielen Jahren wird Sonneneinstrahlung und vor allem UV-Strahlung primär mit einem erhöhten Risiko für Hautkrebs in Verbindung gebracht. In diesem Blogpost wollen wir jedoch einen Blick auf die vielen gesundheitlichen Vorteile werfen, die mit der Sonnenexposition und bestimmten Bestandteilen des Sonnenlichts, wie UVB- und UVA-Strahlung, sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung, verbunden sind.

Die Gesundheitsprobleme durch unzureichende Sonneneinstrahlung

Die moderne Lebensweise hat dazu geführt, dass wir zunehmend weniger Zeit im Freien verbringen und somit weniger Sonnenlicht abbekommen. Dieses veränderte Verhalten hat jedoch negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit. Eine wachsende Anzahl von Studien weist darauf hin, dass unzureichende Sonneneinstrahlung ein ernsthaftes öffentliches Gesundheitsproblem darstellt. Diese Erkenntnisse lassen darauf schließen, dass wir unsere derzeitige Sonneneinstrahlungsratschläge überdenken sollten und ein ausgewogeneres Verständnis der Vor- und Nachteile von Sonnenlicht vermitteln sollten.

Die gesundheitlichen Vorteile von Sonneneinstrahlung

Studien der letzten Jahre haben eine Vielzahl von gesundheitlichen Vorteilen von Sonneneinstrahlung aufgezeigt. Diese Vorteile umfassen unter anderem:

1. Verlängerung der Lebensdauer

Untersuchungen haben ergeben, dass ein niedriger Vitamin-D-Spiegel mit einer erhöhten Sterblichkeit in Verbindung gebracht werden kann. Menschen mit niedrigen Vitamin-D-Spiegeln haben ein höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und andere Todesursachen. Entsprechend könnten 12,8% aller Todesfälle in den USA (ca. 340.000 pro Jahr) und 9,4% aller Todesfälle in Europa (ca. 480.000 pro Jahr) auf einen Vitamin-D-Mangel zurückzuführen sein.

2. Reduzierung des Krebsrisikos

Verschiedene Arten von Krebs, wie Brustkrebs und Darmkrebs, werden mit einem niedrigen Vitamin-D-Spiegel in Verbindung gebracht. So zeigte sich beispielsweise eine 79%ige Risikoreduktion für den Tod an Brustkrebs bei Frauen mit hohem Vitamin-D-Spiegel im Vergleich zu Frauen mit niedrigem Spiegel. Auch das Risiko für Darmkrebs kann durch ausreichende Sonneneinstrahlung reduziert werden.

3. Verbesserung der Herz-Kreislauf-Gesundheit

Es gibt Hinweise darauf, dass Sonnenlicht eine positive Wirkung auf den Blutdruck hat und damit das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann. Das Sonnenlicht regt die Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) in der Haut an, das für die Weitung der Blutgefäße verantwortlich ist und damit den Blutdruck senkt.

4. Schutz vor neurologischen Erkrankungen

Eine ausreichende Sonnenlichtexposition kann das Risiko für neurologische Erkrankungen wie Alzheimer und Autismus verringern. Ein niedriger Vitamin-D-Spiegel ist mit einem erhöhten Risiko für diese Erkrankungen verbunden. Darüber hinaus können auch andere in der Haut erzeugte Substanzen wie Stickstoffmonoxid (NO) und die direkten Effekte von UV-Strahlung auf Blutzellen eine Rolle spielen.

5. Reduzierung des Risikos von Allergien und Atemwegserkrankungen

Studien deuten darauf hin, dass die Sonnenlichtexposition das Risiko von Asthma, Atemwegsinfektionen und Allergien reduzieren kann. Die Entstehung von Asthma wird oft von Atemwegsinfektionen bei Allergikern begleitet, kann aber auch durch Sonnenlicht reduziert werden. Vitamin-D-Supplementierung kann auch Asthmaanfälle reduzieren.

6. Prävention von Autoimmunerkrankungen

Sonnenlichtexposition und ein ausreichender Vitamin-D-Spiegel können das Risiko von Autoimmunerkrankungen wie Typ-1-Diabetes und Multipler Sklerose reduzieren.

7. Schutz vor Kurzsichtigkeit

Studien zeigen, dass längere Aufenthalte im Freien das Risiko von Kurzsichtigkeit, besonders im Kindesalter, reduzieren können.

Historischer Hintergrund

Die Erde existiert seit mehr als 3 Milliarden Jahren und war während dieser Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt. Das Sonnenlicht wurde von den frühen Lebewesen effizient genutzt, um Energie zu produzieren und zu überleben. Allerdings hatte die Sonnenexposition auch negative Auswirkungen auf die Zellen und ihre DNA, da die UVB-Strahlung Proteine, RNA und DNA schädigen konnte. Daher entwickelten Organismen, einschließlich der Menschen, Mechanismen zur Reparatur dieser Schäden und zur Verringerung der UVB-Strahlung, die die Zellen erreicht. Auch die Bildung von Pigmenten wie Melanin, das als Sonnenschutz dient, entwickelte sich als Anpassungsmechanismus.

Sonnenenergie und die Haut

Wenn die Haut dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, dringen unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich tief in die Haut ein. Die UVB-Strahlung mit höherer Energie wird hauptsächlich von den oberen Schichten der Haut, der Epidermis, absorbiert. Die UVA-Strahlung und sichtbares Licht hingegen dringen tiefer in die Haut ein und erreichen auch innere Organe. Die Sonnenexposition führt zu einer Verdickung der Hornschicht, der obersten Schicht der Epidermis, und regt Melanozyten dazu an, Melanin zu produzieren. Melanin absorbiert die Strahlung und schützt die Zellen vor Schäden.

Infrarotlicht durchdringt die Haut am tiefsten. UV-Strahlen haben keine grosse Penetrationstiefe.

Sonnenlicht, Hautkrebs und das Immunsystem

DNA nimmt UV-Strahlung auf und kann dadurch Veränderungen erfahren, die zu unrepariertem Zellwachstum führen können. Dies kann zu Aktinischer Keratose, einer Vorstufe von Hautkrebs, oder Hautkrebs selbst führen. Besonders Melanom, der gefährlichste Hautkrebs, wird oft an den wenigsten sonnenexponierten Stellen des Körpers gefunden. Der Schutz vor UV-Strahlung ist daher wichtig, um das Risiko für Hautkrebs zu verringern. Es ist jedoch interessant zu erwähnen, dass berufliche Sonnenexposition mit einem geringeren Risiko für Melanome in Verbindung gebracht wurde.

Infrarotstrahlen haben heilende Effekte und senken Blutdruck, erhöhen die Durchblutung, verbessern Gewebeheilung, verbessern Nervenwachstum, reduzieren Entzündung und aktivieren Mitochondrien.

Sonnenlichtentzug und Gesundheitsfolgen

In den Städten Europas im 18. Jahrhundert entwickelten viele Kinder Rachitis, eine Knochendeformität, die durch Vitamin-D-Mangel verursacht wird. Es stellte sich heraus, dass die Sonnenexposition ein wichtiger Faktor bei der Vorbeugung und Behandlung von Rachitis ist. Auch andere Krankheiten wie Tuberkulose und Lupus vulgaris wurden erfolgreich mit Sonnenlicht behandelt.

Sonnenlicht und Vitamin D

Die Hauptquelle für Vitamin D ist die Sonnenexposition. Während der Hautkontakt mit Sonnenlicht produziert die Haut Vitamin D3, das in der Leber und Nieren in die aktive Form 1,25-Dihydroxyvitamin D3 umgewandelt wird. Diese Form von Vitamin D reguliert eine Vielzahl von metabolischen Prozessen im Körper, darunter auch die Reparatur von DNA-Schäden und die Unterstützung des Immunsystems. Vitamin D-Mangel wurde mit vielen Krankheiten wie Herzerkrankungen, Autoimmunerkrankungen und Krebs in Verbindung gebracht.

Sonnenlicht und Herzgesundheit

Es gibt eine starke Assoziation zwischen Breitengrad und Herzsterblichkeit, mit erhöhten Raten im Winter. Sonnenlicht und Vitamin D wurden mit niedrigerem Cholesterinspiegel, niedrigerem Blutdruck und verringertem Risiko für Herzkrankheiten in Verbindung gebracht. Es wurde auch festgestellt, dass UVB-Bestrahlung zu einer Vasodilatation führt und den Kohlenmonoxidgehalt im Körper erhöht, was ebenfalls den Blutdruck senken kann.

Sonnenlicht, Autoimmunerkrankungen und Infektionskrankheiten

Die Prävalenz von Autoimmunerkrankungen wie Multipler Sklerose und Typ-1-Diabetes ist bei Menschen, die weiter vom Äquator entfernt leben, höher. In Studien wurde auch ein Zusammenhang zwischen Vitamin-D-Mangel und einem erhöhten Risiko für diese Krankheiten festgestellt. Es wurde gezeigt, dass UVB-Bestrahlung und Vitamin D das Risiko für solche Erkrankungen signifikant senken können.

Sonnenlicht und Krebs

Es wurde festgestellt, dass Menschen, die an Orten mit geringerer Sonnenexposition leben, ein höheres Risiko für verschiedene Krebsarten haben. Vitamin D kann eine wichtige Rolle bei der Prävention und Behandlung von Krebs spielen, da es die Expression von Genen reguliert, die das Zellwachstum, die DNA-Reparatur und den Schutz vor oxidativem Stress beeinflussen.

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Vitamin D ist nicht die Lösung – Sonnenlicht ist die Lösung!

Vitamin D wird in der Haut durch die Einwirkung von Ultraviolett-B-Strahlung (UVB) synthetisiert und anschließend im Körper zu seiner aktiven Form, dem Calcitriol, umgewandelt. Es wird angenommen, dass Vitamin D über seinen Rezeptor (VDR) zahlreiche Stoffwechsel- und entzündungshemmende Prozesse reguliert und dadurch positive Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.

Die Beziehung zwischen Vitamin D und Gesundheit wurde in epidemiologischen Studien ausführlich untersucht. Dabei wurden inverse Assoziationen zwischen einem niedrigen Vitamin-D-Spiegel und verschiedenen Krankheiten wie Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes festgestellt.

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse aus Beobachtungsstudien haben randomisierte kontrollierte Studien (RCTs) und Mendelschen Randomisierungsstudien keine eindeutigen Beweise für einen großen Nutzen von Vitamin-D-Supplementierung erbracht. In einer Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2014 wurde festgestellt, dass trotz mehrerer hundert systematischer Reviews und Meta-Analysen keine überzeugenden Beweise für positive Gesundheitseffekte von Vitamin D für irgendeinen Krankheitsverlauf vorliegen (Theodoratou et al., 2014).

Angesichts der widersprüchlichen Ergebnisse aus klinischen Studien und der begrenzten Evidenz aus Beobachtungsstudien ist es möglich, dass Vitamin D allein nicht die entscheidende Rolle bei den positiven Assoziationen zwischen Sonnenlichtexposition und besserem Gesundheitsstatus spielt.

In den letzten Jahren hat die Forschung vermehrt die gesundheitsfördernden Effekte von rotem und nahinfrarotem Licht, die beide Teil des Sonnenlichtspektrums sind, in den Fokus gerückt. Die Bestrahlung des Körpers mit rotem und nahinfrarotem Licht, auch als Photobiomodulation (PBM) bezeichnet, hat in Tiermodellen von chronischen Krankheiten positive Auswirkungen gezeigt. Vorläufige Ergebnisse aus klinischen Studien deuten ebenfalls auf einen möglichen klinischen Nutzen von PBM bei chronischen Erkrankungen hin. Es laufen derzeit viele klinische Studien, die weitere Erkenntnisse über die Rolle von rotem und nahinfrarotem Licht bei der Prävention und Behandlung von altersbedingten chronischen Erkrankungen liefern sollen.

Es ist wichtig anzumerken, dass Sonnenlicht nicht nur Vitamin D produziert, sondern auch andere Formen von Licht beinhaltet, die potenzielle gesundheitsfördernde Wirkungen haben könnten. Neben Vitamin D könnte rotes und nahinfrarotes Licht über andere Mechanismen positive Auswirkungen auf die Gesundheit haben, möglicherweise durch photobiomodulatorische Effekte auf den Energiestoffwechsel der Zellen und die Entzündungsreaktion (Hamblin, 2017). Es ist auch möglich, dass andere Wellenlängen von Sonnenlicht, wie UV-A-Strahlung, blaues Licht und ferninfrarote Strahlung, zur Gesundheit beitragen könnten, jedoch ist die Wirkung dieser Strahlungen noch nicht ausreichend erforscht.

Insgesamt deutet die vorliegende Evidenz darauf hin, dass die positiven Assoziationen zwischen Sonnenlichtexposition und besserem Gesundheitsstatus nicht ausschließlich auf Vitamin D zurückzuführen sind. Weitere Forschung ist erforderlich, um die genauen Mechanismen dieser Zusammenhänge zu verstehen und die potenziellen gesundheitsfördernden Eigenschaften von rotem und nahinfrarotem Licht in Bezug auf chronische Erkrankungen zu untersuchen.

Melatonin und die mitochondriale Optik

Das Hormon Melatonin spielt eine fundamentale Rolle in den Bereichen Beleuchtung, Bildschirme und Architektur, da es als Hauptmarker in der circadianen Theorie verwendet wird. Milliarden von Dollar werden für Forschung, Produktentwicklung und Marketing ausgegeben, basierend auf dem Einfluss von sichtbarem Licht auf das durch die Zirbeldrüse produzierte Melatonin. Es wurde nun gezeigt, dass die Mitochondrien Melatonin in vielen Zellen in wesentlich höheren Mengen produzieren als die Zirbeldrüse. Dieses subzelluläre Melatonin schwankt nicht zwangsläufig mit unserem circadianen Rhythmus oder wird in den Kreislauf abgegeben, sondern wird lokal als Antwort auf die Dichte der freien Radikale in jeder Zelle produziert, insbesondere als Reaktion auf die Nahinfrarot- (NIR) Exposition.

NIR-Transmissionfenster des Auges und des Mutterleibs. Das Auge ist optisch ein Bildgebungselement im sichtbaren Licht und ein nichtbildgebendes Element im NIR, wobei die Mehrzahl der Photonen, die auf die Netzhaut treffen, durch das Augenlid und die Sklera eintreten. Ebenso wird der Fötus von der Fruchtwassermenge umgeben, die eine Spitzenresorbtion im NIR-Bereich aufweist und eine dielektrisch gefüllte Integrationssphäre um den Fötus bildet, um eine gleichmäßige Exposition gegenüber NIR-Photonen zu gewährleisten, die auf den Bauch der Mutter treffen. Kurzum: Künstliches Licht nährt den Fötus nicht so umfassend wie Sonnenlicht das kann.

Subzelluläres Melatonin wird als Reaktion auf die NIR-Photonen produziert, die den Großteil des natürlichen Sonnenlichts ausmachen. Angesichts der Anzahl von Zellen und der Menge an subzellulärem Melatonin, die bisher identifiziert wurde, ist es vernünftig anzunehmen, dass der Körper ein Melatonin-Reservoir produziert und aufrechterhält, das vom zirkulatorischen Melatonin getrennt ist, das von der Zirbeldrüse erzeugt wird. Während das zirkulatorische Melatonin das “Hormon der Dunkelheit” sein kann, könnte das subzelluläre Melatonin das “Hormon des Tageslichts” sein.

Zusammenfassung

Sonnenlicht kann viele gesundheitliche Vorteile haben, darunter die Produktion von Vitamin D, die Regulation von Genen und die Verbesserung des Immunsystems. Trotz des Risikos für Hautkrebs ist es wichtig, eine angemessene Sonnenexposition zu haben und einen gesunden Vitamin-D-Spiegel aufrechtzuerhalten. Dies kann durch eine ausgewogene Ernährung, regelmäßige Bewegung im Freien und die Verwendung von Sonnenschutzmittel erreicht werden. Die individuellen Lebensentscheidungen jedes Einzelnen spielen eine wichtige Rolle bei der Prävention von Krankheiten und der Förderung von Gesundheit und Wohlbefinden.

Quellen

Holick, M.F. (2016). Biological Effects of Sunlight, Ultraviolet Radiation, Visible Light, Infrared Radiation and Vitamin D for Health. Anticancer Research, 36(4), 1345-1356.

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Zimmerman, Scott & Reiter, Russel.J.. (2019). Melatonin and the Optics of the Human Body. Melatonin Research. 2. 138-160. 10.32794/mr11250016.

Alfredsson L, Armstrong BK, Butterfield DA, Chowdhury R, de Gruijl FR, Feelisch M, Garland CF, Hart PH, Hoel DG, Jacobsen R, Lindqvist PG, Llewellyn DJ, Tiemeier H, Weller RB, Young AR. Insufficient Sun Exposure Has Become a Real Public Health Problem. Int J Environ Res Public Health. 2020 Jul 13;17(14):5014. doi: 10.3390/ijerph17145014. PMID: 32668607; PMCID: PMC7400257.

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  1. Guten Abend,
    mit großen Interesse habe ich Ihren Vortrag mit Mathias Berner gehört. Ja, ihre Ausführungen über Ernährung haben mich in meinem Gefühl, was ich esse und was mir gut tut, bestätigt,- entgegen z.B. veganer Modeerscheinungen. Jetzt habe hier auf der Website über das Sonnenlicht gelesen. “….Verwendung von Sonnenschutzmittel erreicht werden”, diesen Satz stelle ich in Frage: Sonnenschutzmittel, das auf der Basis von natürlichen Inhaltsstoffen den Schutzfaktor erreicht, ja. Alle chemischen Sonnenschutzmittel verhindern die Bildung von Pigmenten, soweit ich das durchschauen kann und verhindert die positive Wirkung auf den Körper. Es fühlt sich ganz anders an, ohne chemischen Sonnenschutz in der Sonne zu sein. Natürliche Hautpflege auf der Basis von Ölen birgt schon einen geringen Sonnenschutz in sich, ohne den positiven Prozeß zu verhindern. Ich halte es für den besten Umgang mit Sonnenlicht, den Körper und die Haut daran zu gewöhnen. In der Mittagszeit “brennt” die Sonne am stärksten, also kann ich Zeiten davor und danach wählen. Hat die Haut gelernt, mit dem Sonnenlicht umzugehen, dann entsteht auch kein Sonnenbrand mehr, solange ich mich bewege. Für rothaarige Menschen mag das schwieriger sein, oder es fordert eine genauere Wahl der Tageszeit. Und wenn es nur die Mittagspause als Zeit für draußen in der Sonne gibt, na dann eben erstmal nur kurz.