In den letzten Jahren haben Forscher auf die potenzielle Retinotoxizität von blauem Licht hingewiesen, das von weißen LEDs bei Beleuchtungsstärken, die als „häuslich“ eingestuft werden, emittiert wird, was bei Verbrauchern und Lichtprofis große Besorgnis ausgelöst hat. Im Jahr 2017 haben wir gezeigt, dass diese Schlussfolgerungen aus Experimenten an Nagetieren mit äußerster Vorsicht zu betrachten sind, dass es immer noch keine Beweise dafür gibt, dass das von weißen LEDs erzeugte Licht im häuslichen Bereich gefährlich sein könnte, und dass es daher nicht gerechtfertigt ist, eine Revision der Expositionsgrenzwerte für die allgemeine Bevölkerung[1] zu fordern. Diese Ansicht wird von SCHEER-Experten [EU Scientific Committee on Health, Environment and Emerging Risks] geteilt, die in einem im Juli 2018 veröffentlichten Bericht[2] zu dem Schluss kommen, dass es keine Hinweise auf schädliche Wirkungen von LEDs bei normalem Gebrauch gibt, wobei jedoch weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die Wirkung von blauem Licht auf bestimmte empfindlichere Gruppen, wie z.B. kleine Kinder, zu untersuchen, bei denen die größere Transparenz der Augenlinse bei kurzen Wellenlängen[3] darauf schließen lässt, dass LEDs schädlicher sein könnten als andere Arten von künstlichen Lampen.
In diesem Zusammenhang haben wir uns mit der Problematik[4] der sehr kleinen Kinder (unter einem Jahr) beschäftigt, mit dem Ziel, den Einfluss der spezifischen Biometrie ihrer Augen und der größeren Transparenz ihrer Augenlinse auf die Angemessenheit der aktuellen Expositionsgrenzwerte im Hinblick auf die für den Verbraucher zugänglichen Hauptlampentechnologien (LED-Lampen, Wolfram-Halogen-Lampen und Leuchtstofflampen) zu verstehen.
Blaues Licht und Retinotoxizität: Was ist das Problem?
In der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts haben die Forscher die Möglichkeit von photochemischen Schäden bei Rhesusaffen unter der Einwirkung von hochintensivem blauem Licht für einen relativ kurzen Zeitraum (von einigen Sekunden bis zu einigen Stunden) hervorgehoben, der durch die Zerstörung von Photorezeptoren und retinal pigmentiertem Epithel (RPE) gekennzeichnet ist. Diese Art der Verletzung ist athermisch und durch oxidativen Stress gekennzeichnet: Blaues Licht, das auf die stark vaskularisierte und mit Sauerstoff angereicherte Netzhaut gerichtet ist, verbraucht seine Energie für die Bildung von reaktivem Sauerstoff, der zur Lipidperoxidation der Netzhautzellmembranen führen kann. Diesen zellulären Zerstörungsmechanismen wird durch die schützende Wirkung der in der Netzhaut vorhandenen Antioxidantien und die ständige Erneuerung des äußeren Teils der Photorezeptoren durch Phagozytose im RPE auf natürliche Weise entgegengewirkt.
Die potenzielle Retinotoxizität von blauem Licht wird bei der Entwicklung von Lampen und Kunstlichtgeräten berücksichtigt, und wenn Hersteller ihre Produkte auf den europäischen Markt bringen, müssen sie die Einhaltung der photobiologischen Sicherheitsstandards sicherstellen. Diese Standards konzentrieren sich auf ein Wirkungsspektrum[5], das die Wirksamkeit beschreibt, mit der kurze Wellenlängen zum oxidativen Stress der Netzhaut beitragen können. Dieses Wirkungsspektrum gilt für einen erwachsenen Menschen. Die Beziehung zwischen Netzhautbeleuchtungsstärke und Lichtquellenleistung wird an einem Augenmodell anhand von Pupillen- und Brennweitenwerten konstruiert, die auch für das erwachsene Auge typisch sind.
Schädliche Wellenlängen nicht auf dem LED-Spektrum
Beim Menschen ist das Augenwachstum im ersten Lebensjahr rasant: Pupillendurchmesser und Brennweite der Augen sehr kleiner Kinder unterscheiden sich von denen eines Erwachsenen. Die Analyse der verfügbaren Literatur hat es ermöglicht, ein Augenmodell vorzuschlagen, das auf typischen Pupillen- und Brennweitenwerten für ein sehr junges Kinderauge basiert: Es kann dann gezeigt werden, dass die als sicher geltende Netzhautbeleuchtung von Quellen erzeugt wird, die fast dreimal weniger stark sind als die, die für die gleiche Beleuchtung auf einer erwachsenen Netzhaut benötigt werden.
Ein dritter Parameter unterscheidet das kindliche Auge vom erwachsenen Auge: die Transparenz der Augenlinse. Die Augenlinse ist eine flexible, transparente, bikonvexe Linse, die sich hinter der Iris befindet und eine Fokussierung ermöglicht. Bei sehr kleinen Kindern ist die Augenlinse bei kurzen Wellenlängen viel transparenter als im Erwachsenenalter. Um diesem Phänomen bei der Beurteilung des photobiologischen Risikos einer Lichtquelle Rechnung zu tragen, empfiehlt die ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) die Anwendung eines spezifischen Wirkungsspektrums, des aphaken Auges[6]. Wir haben die von drei spektralen Leistungsverteilungen erzeugte Netzhautbeleuchtung, die jeweils mit weißen Phosphor-LEDs, Wolfram-Halogenlampen und Leuchtstofflampen verbunden ist, unter Berücksichtigung des aphakischen Wirkungsspektrums verglichen. Es scheint, dass die Anwendung dieses Aktionsspektrums die Netzhautbeleuchtung in blauem Licht, das von der getesteten weißen LED erzeugt wird, nicht erhöht, aber die Menge an potenziell schädlichem Licht von der Leuchtstofflampe oder der Wolfram-Halogenlampe um 40% bzw. 35% erhöht wird: die größere Transparenz des Kinderauges, modelliert durch das Aktionsspektrum des aphakischen Auges, begünstigt die Übertragung von violetten Wellenlängen, die natürlich im weißen LED-Spektrum fehlen, aber im Spektrum der Wolfram-Halogen- und Leuchtstofflampen vorhanden sind.
Anforderungen sollten qualifiziert sein
Aufgrund seiner spezifischen Biometrie sammelt das Auge eines sehr kleinen Kindes mehr Licht als das erwachsene Auge; die Netzhautbeleuchtung für eine bestimmte Quelle, unabhängig von der Technologie, könnte bis zu dreimal höher sein als für einen Erwachsenen, was die Einführung spezifischer Expositionsgrenzwerte für bestimmte Anwendungen, wie zum Beispiel Nachtlicht oder Spielzeug, rechtfertigen würde. Unsere Beobachtungen unterstützen auch die Notwendigkeit photobiologischer Sicherheitsstandards, um der größeren Transparenz der Augenlinse bei sehr kleinen Kindern Rechnung zu tragen, die die Übertragung von violettem Licht fördert, das insbesondere von Leuchtstofflampen auf Quecksilberbasis oder von Wolfram-Halogen-Lampen erzeugt wird, aber im Spektrum der weißen LEDs fehlt.
Aus rein spektraler Sicht erscheinen LEDs daher weniger gefährlich als ältere Technologien, wodurch es möglich ist, bestimmte Anforderungen an ihr Verbot nach dem Vorsorgeprinzip zu qualifizieren. In der Realität, und wie es bei technischen Geräten oft der Fall ist, wird das Risiko bereits in der Nutzungsphase erkannt. LEDs finden sich in Anwendungen, in denen keine Halogenglühlampen und Leuchtstofflampen verwendet werden. Es gibt viele handelsübliche Spielzeuge mit leistungsstarken weißen LEDs, die in der Nähe von Kleinkindern platziert werden können, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Entfernung oder der Belichtungszeit. Eltern sollten daher besonderes Augenmerk auf die Lichtverhältnisse ihrer Kleinkinder legen, indem sie den engen und langen Kontakt mit Lampen, unabhängig von der Technologie, einschränken und dabei beachten, dass kurzwelliges Licht nicht aus ihrer Lichtumgebung entfernt werden sollte, da es zum normalen Prozess des Augenwachstums beiträgt.
[1] https://www.europeanscientist.com/en/features/shouldnt-afraid-leds/
[2]https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/consultations/public_consultations/scheer_consultation_05_en
[3] Kurzwellige Strahlung ist hier als sichtbare Strahlung unter 500 nm definiert, einschließlich blauem und violettem Licht.
[4] Point S., Blue Light Hazard: are exposure limit values protective enough for newborn infants? Radioprotection (2018). https://doi.org/10.1051/radiopro/2018025
[5] Das Wirkungsspektrum von blauem Licht beschreibt, inwieweit unterschiedliche „blaue“ Längen oxidativen Stress in der Netzhaut verursachen können.
[6] Auge ohne Augenlinse
This post is also available in: EN (EN)FR (FR)