Künstliches Licht schädigt unsere Augen

Seit Anfang des Monats beschäftigen wir uns mit den ophthalmologischen Krankheitsbildern, die durch stundenlanges Arbeiten am Computer bzw. Beschäftigung mit dem Smartphone hervorgerufen werden können. Letztes Mal haben wir das hierdurch hervorgerufene Computer Vision Syndrom kennengelernt. Diese Woche schauen wir uns verschiedene wissenschaftliche Artikel an, die den Einfluss von künstlichem Licht auf neuronale Zellen untersuchen.

Seit Anfang des Monats beschäftigen wir uns mit den ophthalmologischen Krankheitsbildern, die durch stundenlanges Arbeiten am Computer bzw. Beschäftigung mit dem Smartphone hervorgerufen werden können. Letztes Mal haben wir das hierdurch hervorgerufene Computer Vision Syndrom kennengelernt. Diese Woche schauen wir uns verschiedene wissenschaftliche Artikel an, die den Einfluss von künstlichem Licht auf neuronale Zellen untersuchen. Wir lernen Möglichkeiten kennen, die uns helfen können unsere Retina und die des Patienten vor einer photochemischen Schädigung zu schützen.

Harvard hat uns gewarnt

Bereits 2012 wurden wir im “Harvard Health Letter“ über die dunkle Seite des blauen Lichts informiert. Seitdem wurden immer mehr wissenschaftliche Studien publiziert, die die Schädigung der Augen durch das blaue Licht bestätigen können. LED, die weißes Licht emittieren, enthalten einen hohen Anteil der Blaulicht-Komponente. Sie sind fast überall in unserer Umgebung anzutreffen.1

Ratten im LED-Scheinwerferlicht

Die erste Studie, mit der wir uns heute auseinandersetzen, wurde vor zwei Jahren veröffentlicht und untersucht den Einfluss von LED-Leuchtmitteln auf neuronale Zellen im Tiermodell. Die Sprague-Dawley-Ratten wurden je nach Versuchsgruppenzugehörigkeit blauen (460 nm), grünen (530 nm) oder roten LED-Leuchtmitteln (620 nm) ausgesetzt. Anschließend wurden die Augen der Versuchstiere mittels Elektroretinogramm (ERG) untersucht. Nach Enukleation der Bulbi erfolgte eine HE-Färbung (Hämotoxylin-Eosin), eine Beurteilung am TEM (Transmission Elektronenmikroskop), mit der TUNEL-Methode (terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling), eine immunhistochemische Färbung, Westernblot sowie der Nachweis von Superoxidanionen, Hydrogenperoxid und Eisen.2

Das Licht blauer LED-Leuchtmittel geht Hand in Hand mit der Nekrose der Photorezeptoren und des RPEs

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ermöglicht uns eine direkte Darstellung der Gewebeproben durch Verwendung von Elektronenstrahlen. Die TUNEL-Methode findet Anwendung bei der Darstellung von apoptotischen Zellkernen. Mit diesen beiden Verfahren, in Kombination mit der Beurteilung der HE- und der immunhistochemischen Färbung, konnte die Forschungsgruppe eine Apoptose und Nekrose der Photorezeptoren und des retinalen Pigmentepithels (RPE) nachweisen. Auch im ERG konnte gezeigt werden, dass der größte funktionelle Schaden von blauen LED-Leuchtmitteln ausgeht. Das Westernblot-Verfahren konnte aufzeigen, dass die Hochregulierung der Expression von defensiven Genen mit der Wellenlänge das LED-Licht korreliert. Diesen Ergebnissen könnte ein verstärkter photochemischer Schaden durch blaues Licht zugrunde liegen.2

Blaues Licht ist energiereicher und führt zur photochemischen Schädigung

Schaut man sich die Photonen verschiedener Wellenlängen an, so fällt auf, dass die Photonen des blauen Lichts energetischer sind als Photonen längerer Wellenlängen. In vitro und in vivo konnte nachgewiesen werden, dass blaues Licht in einem höheren Maß als Licht längerer Wellenlängen zu einer photochemischen Schädigung der Retina führt.3-16

Mikroglia- und Makrophagenaktivierung nach Einwirkung von blauem Licht

In retinalen Zellkulturen und im Tiermodell hat blaues Licht die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies innerhalb der Mitochondrien des RPEs induzieren können.17-21 Das Resultat war eine Apoptose der Netzhautzellen. Auf molekularer Ebene wird durch das blaue Licht eine Kette von Ereignissen in Gang gesetzt: Die Forschungsgruppen konnten eine Freisetzung von Botenstoffen aus den äußeren Netzhautschichten, eine oxidative Veränderung von Biomolekülen und eine Dysfunktion/Nekrose von Zellen der äußeren Netzhautschichten nachweisen. Die zuletzt genannten Ereignisse waren mit einer Aktivierung der ortsansässigen Mikrogliazellen assoziiert, die dann gemeinsam mit den Makrophagen phagozytotisch den Zellmüll entfernten.1-2, 22-28

Blaues Licht erhöht den oxidativen Stress durch Beeinflussung des Eisenstoffwechsels

Interessanterweise scheint der Eisengehalt der Netzhaut eine Rolle für das Ausmaß der photochemischen Schädigung durch blaues Licht zu spielen. Durch eine photochemische Schädigung der für den Eisenstoffwechsel verantwortlichen Gene konnte eine verminderte Eisenaufnahme beobachtet werden, die mit einer Steigerung des oxidativen Stresses innerhalb der Zellen vergesellschaftet war.2

Schädigung der Blut-Retina-Schranke durch blaues Licht

2017 wurde eine weitere Studie zur Schädigung der RPE-Zellen durch LED-Licht im Tiermodell publiziert. Die sechs Wochen alten Wistar-Ratten wurden in transparenten Käfigen für 4,75 bis 24 Stunden der LED-Lichtquelle ausgesetzt. Auch hier konnte in der immunhistochemischen Färbung der retinalen Flatmounts, in der TEM und im Westernblot eine Schädigung der RPE-Zellen nachgewiesen werden. Es kam zu einer Steigerung des oxidativen Stresses und zur vermehrten Zellnekrose. Bereits bei einer Lichtexposition von 4,75 Stunden konnte eine Disorganisation des Zytoskeletts beobachtet werden. Die Forschungsgruppe konnte eine Schädigung der Blut-Retina-Schranke nach LED-Lichteinwirkung nachweisen.29

Blaulichtfilter schützt im Tiermodell vor RPE-Zelluntergang

Eine weitere Studie aus dem Jahr 2018 hat ebenfalls die Phototoxizität des blauen Lichts untersucht. Ihr Studienziel war es herauszufinden, welcher Filter das blaue Licht daran hindern kann, die Netzhaut und das RPE zu erreichen. Hierfür wurden die Albinomäuse in drei Versuchsgruppen unterteilt. Die erste Versuchsgruppe wurde keiner Lichtquelle erhöhter Intensität (5000 lux) ausgesetzt, die zweite hingegen wurde ohne Schutz exponiert. Die dritte Versuchsgruppe wurde durch einen Blaulichtfilter vor der Lichtexposition geschützt. Der Blaulichtfilter konnte 94% der Blaulichtkomponente herausfiltern. Die Lichtexposition erfolgte für insgesamt sieben Tage. Anschließend wurden die Augen der Versuchstiere immunhistochemisch und mittels TUNEL-Methode untersucht. Funktionell und auch auf zellulärer Ebene zeigten die Augen der Albinoratten der dritten Versuchsgruppe (Blaulichtfilter) die besten Ergebnisse. Auch hinsichtlich des Zellüberlebens der RPE-Zellen schnitt die dritte Versuchsgruppe am besten ab. Die Forschungsgruppe schloss hieraus, dass ein optimaler Blaulichtfilter das RPE schützen kann.30

Schutz im Alltag durch Brille und Software

Mittlerweile stehen uns zum Schutz der Augen vor der Blaulichtkomponente in unserem technisierten Umfeld verschiedene Optionen zur Verfügung. Es gibt spezielle Brillen mit Blaulichtfilter und auch Computerprogramme, die automatisch das blaue Licht unserer Monitore und Displays herausfiltern können. Die Firma Iristech31 stellt eine benutzerfreundliche Software zur Verfügung und verweist auf ihrer Webseite auf wissenschaftliche Artikel über die schädigende Komponente des blauen Lichts. In der Forschungswelt gibt es verschiedene Studien zum Einsatz von Blaulichtfilterbrillen mit kontroversen Ergebnissen.32-35

Nächstes Mal erfahren wir, wie eine Augenuntersuchung Aufschlüsse über Morbus Alzheimer geben kann.

Referenzen:
1. https://www.health.harvard.edu/staying-healthy/blue-light-has-a-dark-side
2. Shang Y.-M. et al. (2017). Light-emitting-diode induced retinal damage and its wavelength dependency in vivo. Int J Ophthalmol. 2017; 10(2): 191–202.
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