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

Sonnenlicht wird seit Jahrzehnten vor allem mit Sonnenbrand und Hautkrebs in Verbindung gebracht. Das Risiko ist real. Gleichzeitig zeigt die Forschung, dass Sonnenlicht im Körper weit mehr auslöst als die Bildung von Vitamin D: UVB, UVA, sichtbares Licht und Infrarot wirken auf Haut, Gefäße, Immunsystem und Mitochondrien. Hier erfährst du, was über die einzelnen Bestandteile des Sonnenlichts bekannt ist und wo die Daten Grenzen haben.

Zu wenig Sonne als Thema für die öffentliche Gesundheit

Die meisten Menschen verbringen heute einen Großteil des Tages in Innenräumen. Eine internationale Gruppe von Fachleuten (Alfredsson 2020) argumentiert, dass zu wenig Sonne inzwischen ein eigenes Problem für die öffentliche Gesundheit ist. Sie plädiert dafür, die bisherigen Empfehlungen zur Sonne zu überdenken und Nutzen und Risiken ausgewogener zu vermitteln.

Was Beobachtungsstudien zeigen

Viele Zusammenhänge zwischen Sonne und Gesundheit stammen aus Beobachtungsstudien. Sie zeigen, was gemeinsam auftritt, aber nicht, was Ursache ist. Die Übersichtsarbeit von Holick (2016) fasst unter anderem zusammen:

• Sterblichkeit: Niedrige Vitamin-D-Spiegel gehen mit einer höheren Gesamtsterblichkeit einher. Hochrechnungen ordnen 12,8 % der Todesfälle in den USA und 9,4 % in Europa einem Vitamin-D-Mangel zu. Solche Schätzungen setzen voraus, dass der Zusammenhang ursächlich ist, was nicht belegt ist.
• Herz und Kreislauf: In nördlichen Breiten und im Winter ist die Herz-Kreislauf-Sterblichkeit höher.
• Autoimmunerkrankungen: MS und Typ-1-Diabetes sind weiter entfernt vom Äquator häufiger.
• Atemwege und Allergien: Mehr Sonne und höhere Vitamin-D-Spiegel gehen in Studien mit seltenerem Asthma und weniger Atemwegsinfekten einher.
• Augen: Kinder, die mehr Zeit im Freien verbringen, werden seltener kurzsichtig.
• Krebs: Für einige Krebsarten fanden Beobachtungsstudien Zusammenhänge mit Breitengrad und Vitamin-D-Spiegel. Randomisierte Studien mit Vitamin-D-Präparaten haben das nicht klar bestätigt.

Wie Sonnenlicht in die Haut eindringt

Die Erde ist seit über 3 Milliarden Jahren dem Sonnenlicht ausgesetzt. Frühe Lebewesen nutzten es zur Energiegewinnung, mussten sich aber auch vor Schäden schützen, denn UVB kann Proteine, RNA und DNA verändern. So entstanden Reparaturmechanismen und Pigmente wie Melanin.

Die einzelnen Wellenlängen dringen unterschiedlich tief ein. Das energiereiche UVB wird größtenteils in der Oberhaut aufgenommen. UVA und sichtbares Licht reichen tiefer, Infrarot am tiefsten. Unter Sonne verdickt sich die Hornschicht, und Melanozyten bilden mehr Melanin, das Strahlung aufnimmt und die Zellen schützt.

Infrarotlicht dringt am tiefsten in die Haut ein, UV-Strahlung nur wenig.

Sonnenlicht, Hautkrebs und Immunsystem

DNA nimmt UV-Strahlung auf. Werden die Schäden nicht repariert, können aktinische Keratosen, eine Vorstufe von Hautkrebs, oder Hautkrebs entstehen. Sonnenbrände erhöhen das Risiko deutlich. Auffällig ist, dass das Melanom, der gefährlichste Hautkrebs, häufig an wenig sonnenexponierten Körperstellen auftritt und dass regelmäßige berufliche Sonne in einigen Studien mit einem geringeren Melanomrisiko verbunden war. Die Ursachen dafür sind nicht geklärt.

Vitamin D: wichtig, aber nicht die ganze Erklärung

Unter UVB bildet die Haut Vitamin D3. Leber und Nieren wandeln es in die aktive Form Calcitriol (1,25-Dihydroxyvitamin D3) um. Über den Vitamin-D-Rezeptor reguliert Calcitriol zahlreiche Gene, unter anderem für Zellwachstum, DNA-Reparatur und Immunabwehr.

Im 18. und 19. Jahrhundert entwickelten viele Kinder in den Städten Europas Rachitis, eine Knochenerkrankung durch Vitamin-D-Mangel. Sonnenlicht erwies sich als entscheidender Faktor. Der Arzt Niels Finsen erhielt 1903 den Nobelpreis für die Lichtbehandlung des Lupus vulgaris, einer Tuberkulose der Haut.

Beobachtungsstudien finden niedrige Vitamin-D-Spiegel bei vielen Erkrankungen, etwa Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes. Randomisierte kontrollierte Studien und genetische Analysen (Mendelsche Randomisierung) konnten jedoch keinen großen Nutzen von Vitamin-D-Präparaten nachweisen. Eine Übersichtsarbeit (Theodoratou 2014) fand trotz Hunderter Reviews und Meta-Analysen keinen überzeugenden Beleg für einen Gesundheitseffekt von Vitamin D bei irgendeiner Erkrankung, auch wenn einzelne Zusammenhänge wahrscheinlich sind.

Daraus ergibt sich eine interessante Möglichkeit: Vielleicht ist Vitamin D vor allem ein Marker dafür, wie viel Sonne ein Mensch abbekommt, und andere Bestandteile des Sonnenlichts tragen zu den beobachteten Zusammenhängen bei (Heiskanen 2020).

Stickstoffmonoxid und Gefäße

UVA-Licht setzt in der Haut Stickstoffmonoxid (NO) frei. NO weitet die Blutgefäße. In kleinen Studien sank der Blutdruck unter UV-Bestrahlung dadurch leicht. Auch Cholesterinwerte und das Herz-Kreislauf-Risiko wurden in Beobachtungsstudien mit Sonnenlicht in Verbindung gebracht.

Rotes und nahinfrarotes Licht: Photobiomodulation

Ein großer Teil der Sonnenenergie liegt im roten und nahinfraroten Bereich (NIR). Die Bestrahlung mit diesem Licht wird als Photobiomodulation (PBM) erforscht. Als ein Mechanismus gilt die Wirkung auf die Cytochrom-c-Oxidase in der Atmungskette der Mitochondrien (Hamblin 2017).

In Tiermodellen chronischer Erkrankungen zeigten sich positive Effekte. Erste klinische Studien deuten auf einen möglichen Nutzen hin. Viele weitere Studien laufen, die genaue Rolle beim Menschen ist noch offen.

Mechanismen, die für rotes und nahinfrarotes Licht in Labor- und Tierstudien beschrieben werden, etwa mehr Durchblutung, mehr Wachstumsfaktoren für Nervenzellen, weniger Entzündung und eine veränderte Aktivität der Mitochondrien.

Melatonin und die Optik des Körpers

Melatonin ist vor allem als Hormon der Dunkelheit bekannt, das die Zirbeldrüse nachts ausschüttet. Darauf baut ein großer Teil der Forschung zu Beleuchtung, Bildschirmen und Architektur auf. Zimmerman und Reiter (2019) weisen darauf hin, dass Mitochondrien in vielen Zellen selbst Melatonin bilden, in deutlich größeren Mengen als die Zirbeldrüse. Dieses Melatonin wirkt als Antioxidans direkt in der Zelle und schwankt nicht unbedingt mit dem Tagesrhythmus.

Die Autoren vermuten, dass die Bildung dieses Melatonins durch nahinfrarotes Licht angeregt wird, das tief in Gewebe eindringt. Während das Melatonin aus der Zirbeldrüse das Hormon der Dunkelheit ist, könnte das Melatonin in den Zellen ein Hormon des Tageslichts sein. Das ist eine Hypothese, die weiter geprüft werden muss.

Nahinfrarotes Licht durchdringt Augenlid und Lederhaut ebenso wie die Bauchdecke einer Schwangeren. Das Fruchtwasser nimmt NIR besonders stark auf und verteilt es gleichmäßig um das Kind.

Einordnung

Sonnenlicht ist mehr als eine Vitamin-D-Quelle. Es wirkt über mehrere Wellenlängen auf Haut, Gefäße, Immunsystem und Mitochondrien. Viele Zusammenhänge stammen aus Beobachtungsstudien und Tierversuchen, und Vitamin-D-Präparate bilden die Effekte von Sonnenlicht offenbar nicht vollständig ab. Gleichzeitig bleibt der Schutz vor Sonnenbrand wichtig. Die Forschung sucht nach dem Gleichgewicht zwischen beidem.

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.

Heiskanen V, Pfiffner M, Partonen T. Sunlight and health: shifting the focus from vitamin D3 to photobiomodulation by red and near-infrared light. Ageing Research Reviews (2020). https://doi.org/10.1016/j.arr.2020.101089

Zimmerman S, Reiter RJ. (2019). Melatonin and the Optics of the Human Body. Melatonin Research, 2, 138-160. 10.32794/mr11250016.

Alfredsson L, Armstrong BK, Butterfield DA, et al. Insufficient Sun Exposure Has Become a Real Public Health Problem. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(14):5014. doi: 10.3390/ijerph17145014. PMID: 32668607.