UV-Strahlung in Deutschland: Einflüsse des Ozonabbaus und des Klimawandels sowie Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung

Der Klimawandel stellt die Gesellschaft vor große Herausforderungen. Zum einen sind Anstrengungen notwendig, das Fortschreiten des Klimawandels einzudämmen. Zum anderen erfordern die Folgen des Klimawandels wirkungsvolle Anpassungsstrategien – vor allem auch im Hinblick auf die Gesundheit und eine intakte Umwelt. In diesem Zusammenhang sind auch mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Belastung durch ultraviolette Strahlung (UV-Exposition) zu betrachten, da diese Einfluss auf die Gesundheit des Menschen und auf die Umwelt (Landwirtschaft, biologische Vielfalt und Wasserqualität) hat. Die Auswirkungen von UV-Strahlung auf die Umwelt werden hier nicht näher betrachtet.

UV-Strahlung führt zu zahlreichen sofortigen sowie später im Leben auftretenden Erkrankungen an Haut und Auge [1]. Neben diesen negativen Wirkungen hat die UV-Strahlung auch eine gesundheitsfördernde Wirkung: Durch UV-B-Strahlung wird die körpereigene Vitamin-D-Synthese angestoßen. Diese Wirkung wird bereits bei sehr geringen UV-B-Bestrahlungsintensitäten weit vor Ausbildung eines Sonnenbrandes erreicht [2, 3]. Bei Betrachtung der Wirkung hoher UV-Exposition und den dafür zu ergreifenden Schutzmaßnahmen spielt dementsprechend die Thematik „Vitamin D“ keine Rolle.

UV-Strahlung ist krebserregend [4] und Hauptursache für Hautkrebserkrankungen [1]. Maligne Neubildungen der Haut zählen zu den weltweit am häufigsten auftretenden Krebsarten. Unter dem Begriff Hautkrebs werden verschiedene Krebserkrankungen – das Basalzellkarzinom und das Plattenepithelkarzinom (helle Hautkrebsentitäten) sowie der schwarze Hautkrebs (malignes Melanom) – zusammengefasst.

Auch am Auge können UV-bedingte Krebserkrankungen auftreten. Dies sind in erster Linie Hautkrebserkrankungen der Augenlider und Plattenepithelkarzinome der Bindehaut. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse weisen darauf hin, dass UV-Strahlung auch das Risiko für schwarzen Hautkrebs (Melanom) der Augenbindehaut erhöht [5]. Bei Betrachtung der gesundheitlichen Belastung durch UV-bedingte Erkrankungen spielt bei den Augen aber die UV-bedingte Kataraktbildung (grauer Star) eine bedeutendere Rolle [1].

Die Anzahl an Hautkrebsneuerkrankungen (Inzidenz) in Deutschland stieg in den letzten Jahrzehnten um ein Vielfaches. Hochrechnungen auf Basis der Daten des Krebsregisters Schleswig-Holstein von 2018 [6] zeigen, dass 2015 in Deutschland 293.285 Menschen neu an Hautkrebs erkrankten, davon 257.790 an Hautkrebs vom „hellen“ Typ (158.840 an einem Basalzellkarzinom, 98.950 an einem Plattenepithelkarzinom) und 35.495 am „schwarzen“ Hautkrebs, dem Melanom. Damit lag die Anzahl an Neuerkrankungen in Deutschland 2015 um 10 % höher als in 2013. Insgesamt hat sich seit dem Jahr 2000 die Hautkrebsneuerkrankungszahl in Deutschland mehr als verdoppelt [7].

Die metastasierenden Hautkrebsarten, der schwarze Hautkrebs und teilweise auch das Plattenepithelkarzinom können tödlich verlaufen. Statistische Hochrechnungen für Deutschland zeigen, dass in Deutschland die altersstandardisierte Mortalitätsrate 2015 für den schwarzen Hautkrebs bei 2,8 für Männer und bei 1,6 für Frauen pro 100.000 Einwohner und für helle Hautkrebserkrankungen bei 0,7 für Männer und 0,3 für Frauen pro 100.000 Einwohner lag. Demnach versterben jährlich insgesamt knapp 4000 Menschen in Deutschland an den Folgen UV-induzierter Hautkrebserkrankungen, davon rund 3100 Menschen am schwarzen Hautkrebs und 800 Menschen an hellen Hautkrebserkrankungen [7].

Ein möglicher und den bisherigen Erkenntnissen entsprechend sehr wahrscheinlicher Grund für die stetig steigende Zahl von Hautkrebsneuerkrankungen wird vor allem auch in einer zu hohen UV-Exposition des Menschen in seiner Freizeit und am Arbeitsplatz gesehen. Zu lange Aufenthalte in der Sonne ohne entsprechenden Sonnenschutz bedeuten eine übermäßige, gesundheitsschädliche UV-Exposition. Kinder sind dabei besonders gefährdet [1].

Bei der Betrachtung der möglichen Konsequenzen des Klimawandels auf die UV-Exposition und des damit verbundenen Erkrankungsrisikos der Bevölkerung ist es wichtig, sich auch Gedanken über die Risikofaktoren zu machen, die zur Entstehung einer UV-bedingten Hautkrebserkrankung beitragen. Die Risikofaktoren für den Hautkrebs sind in der onkologischen S3-Leitlinie „Prävention von Hautkrebs“ detailliert beschrieben ([8]; Abb. 1).

Hinsichtlich der Überlegungen zu Klimawandel, UV-Strahlung und möglichen gesundheitlichen Konsequenzen ist der evidenzbasiert ermittelte Risikofaktor „UV-Expositionsmuster“, also wie lange und auf welche Weise man sich UV-Strahlung aussetzt, bedeutend. Laut S3-Leitlinie korreliert die Wahrscheinlichkeit, an einem Plattenepithelkarzinom zu erkranken, mit der UV-Dosis, der ein Mensch während seines Lebens ausgesetzt war (kumulative Dosis). Für das Basalzellkarzinom scheint die kumulative UV-Exposition von untergeordneter Bedeutung zu sein. Hier sind intermittierende UV-Expositionen, also zeitweilige, mit Unterbrechungen erfolgende UV-Belastung nicht an UV-Strahlung gewöhnter Haut, und Sonnenbrände ausschlaggebend. Für das maligne Melanom sind intermittierende UV-Expositionen und Sonnenbrände von großer Bedeutung. Sonnenbrände in jedem Alter erhöhen das Risiko für ein malignes Melanom um das ca. 2-Fache. Schwere Sonnenbrände in der Kindheit erhöhen das Risiko für das maligne Melanom um das 2‑ bis 3‑Fache. Das Expositionsmuster hängt stark vom individuellen Verhalten ab. Das individuelle Verhalten wiederum wird unter anderem durch äußere Umstände, wie beispielsweise die Lufttemperatur, beeinflusst.

Die Intensität der UV-Strahlung an der Erdoberfläche hängt von unterschiedlichen Faktoren wie stratosphärischem Ozon, Sonnenstand, Bewölkung, Höhenlage, Aerosolen und Albedo-Eigenschaften von Oberflächen (z. B. Schnee) ab [5, 9]. Die Modellierung der UV-Bestrahlungsstärke am Erdboden ist darum sehr komplex. Für aussagekräftige Daten zur UV-Exposition der Bevölkerung sind neben Modellen daher auch Messungen der erdbodennahen UV-Bestrahlungsstärke unerlässlich [9].

In Deutschland wird im Rahmen des solaren UV-Messnetzes [10] die erdbodennahe UV-Bestrahlungsstärke kontinuierlich von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang spektral aufgelöst gemessen. Aus den erfassten UV-Spektren wird der UV-Index (UVI; [11]) abgeleitet und veröffentlicht [12]. Er ist das weltweit einheitliche Maß für den Tageshöchstwert (30-Minuten-Mittelwert) der sonnenbrandwirksamen (erythemwirksamen) UV-Bestrahlungsstärke bezogen auf eine horizontale Fläche [13].

In Deutschland liegt der UV-Index von April bis Oktober im Durchschnitt über UVI 3 – ein Wert, ab dem die erythemwirksame UV-Bestrahlungsstärke bereits so hoch ist, dass Sonnenschutzmaßnahmen erforderlich sind [13]. In den Sommermonaten Juni, Juli und August werden in Deutschland die höchsten UV-Index-Werte erreicht. Diese liegen im Tal oder Flachland abhängig vom Standort bei UVI 6 bis UVI 9, in hohen Gebirgslagen bis zu UVI 11 (beispielsweise 2018 am Schneefernerhaus (2666 m ü. N.N.) unterhalb der Zugspitze [14]). Laut den Messergebnissen des UV-Messnetzes liegen an wolkenlosen Tagen in den Sommermonaten die UV-Index-Werte auf der Zugspitze insgesamt um etwa 30 % höher als in München/Neuherberg (495 m ü. N.N.).

Die individuelle UV-Exposition lässt sich nicht direkt vom UV-Index ableiten, da unter anderem das individuelle Verhalten (das Expositionsmuster) die Höhe der UV-Dosis für ein Individuum beeinflusst. Daher weisen Angaben zur UV-Exposition bzw. zur erhaltenen UV-Dosis eine große Variationsbreite auf. Für den durchschnittlichen Jahresmittelwert der UV-Dosis der deutschen Bevölkerung geben Studien Werte zwischen 130 SED (standardisierte erythemwirksame UV-Dosis; [15]) und 200 SED [16] an. Die UV-Exposition von Menschen, die im Freien tätig sind, kann die durchschnittlichen Expositionswerte der deutschen Bevölkerung um ein Vielfaches übersteigen [17].

Der Ozonabbau und die globale Erwärmung (Klimawandel) können auf unterschiedliche Weise die UV-Exposition der Bevölkerung beeinflussen:

Für die UV-Exposition in Deutschland sind die Vorgänge in der stratosphärischen Ozonschicht der mittleren Breitengrade der nördlichen Hemisphäre und der Arktis von Bedeutung. Der durch den Ozonabbau verursachte Anstieg der erythemwirksamen UV-Strahlung (UV-B-Strahlung) wurde Ende der 1990er-Jahre für die mittleren Breitengrade der nördlichen Hemisphäre auf ca. 7 % im Winter/Frühling und ca. 4 % im Sommer/Herbst, für die Arktis ein Anstieg um ca. 22 % im Frühjahr geschätzt [28]. Sowohl Modellierungen als auch Messungen der erythemwirksamen UV-Bestrahlungsstärke bestätigten diese Annahmen [9].

Laut dem UN-Report „Scientific Assessment of Ozone Depletion 2018“ liegt die Gesamtozonsäule zum heutigen Zeitpunkt (2014–2017) in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre (35° N–60° N) etwa 3 % niedriger als im Zeitraum von 1964 bis 1980, was aus boden- und weltraumgestützten Beobachtungen geschlossen wird [22]. In den mittleren Breitengraden fallen die Auswirkungen des Rückgangs des stratosphärischen Ozons dementsprechend schwach aus.

Wie bereits beschrieben können aber in Deutschland und anderen Ländern der nördlichen Hemisphäre als Folge des Ozonabbaus über der Arktis Niedrigozonereignisse registriert werden. Ein solches wurde beispielweise 2011 verzeichnet [29, 30]. Laut den Messdaten des solaren UV-Messnetzes wurde als Folge davon am 02.04.2011 in München der UV-Index-Wert 6 erreicht, und dies nur 8 Tage nachdem der bis dahin maximal ermittelte Tageshöchstwert des UV-Index an diesem Standort noch bei UVI 4 lag. Solche Ereignisse sind von gesundheitlicher Bedeutung, da die nicht an diese UV-Bestrahlungsstärken adaptierte Haut des Menschen plötzlich hoch belastet wird.

Klimawandelbedingte, durch die globale Erwärmung hervorgerufene Veränderungen der UV-Strahlung über den mittleren Breitengraden der nördlichen Hemisphäre scheinen hauptsächlich durch Veränderungen der Bewölkungsszenarien hervorgerufen zu werden [5]. In Deutschland treten vermehrt wolkenlose, sonnige Tage auf. Laut den Auswertungen durch den Deutschen Wetterdienst hat sich die Sonnenscheindauer von 1951 bis 2018 um ca. 96 h erhöht (Abb. 2).

Eine Erhöhung der Sonnenscheindauer bedeutet in der Regel eine Erhöhung der Tagessummen der erythemwirksamen UV-Bestrahlungsstärke. Dies zeigen erste Auswertungen der Daten des UV-Messnetzes von 1999 bis einschließlich 2018 der Messstation Dortmund (Abb. 3) durch das Bundesamt für Strahlenschutz. Diese Messstation wird von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) betrieben. Es wurden Messwerte von 1,5 h nach Sonnenaufgang bis 1,5 h vor Sonnenuntergang in die Auswertung integriert. Deutlich ist zu erkennen, dass die aufsummierten Tagessummen für 2018 – ebenso wie für das Jahr 2003, das auch auffallend sonnig und heiß war [23] – deutlich höher als die Summen aller anderen Jahre liegen. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass eine steigende Anzahl an sonnigen Tagen und damit der Sonnenscheindauer über das Jahr direkt mit einem Anstieg der erythemwirksamen UV-Jahresdosis korreliert ist.

UV-bedingte Erkrankungen und die Vorbeugung solcher Erkrankungen sind an sich bereits ein wichtiges Gesundheitsthema. Aufgrund der Tatsache, dass der Klimawandel die UV-Exposition der Menschen und damit die Erkrankungshäufigkeit sowie Belastung des Gesundheitssystems und des Allgemeinwohls der Menschen noch weiter erhöhen kann, kommt dem Schutz vor hohen UV-Belastungen eine noch größere Bedeutung zu. Die Anpassungsstrategien eines Staates an die gesundheitlichen Folgen des Klimawandels sollten darum auch Strategien zur Reduzierung der UV-Exposition der Menschen beinhalten.

Allgemein umfassen Anpassungsstrategien an die gesundheitlichen Folgen des Klimawandels Instrumente, die zum einen auf eine gesundheitsorientierende Veränderung des Verhaltens und zum anderen auf die Anpassung der äußeren Gegebenheiten abzielen. In Bezug auf die Prävention UV-bedingter Erkrankungen ergaben Evaluierungen von verhaltensbezogenen Präventionskampagnen oder -interventionen, dass Bildungs- und Politikmaßnahmen in Grundschulen und Programme für Erwachsene in Freizeit- oder Tourismuseinrichtungen im Freien erfolgreich sind und nachhaltig gestaltet zu einer Verbesserung des risikobewussten Verhaltens führen können. Des Weiteren werden Multikomponentenprogramme, die unterschiedliche Aktivitäten wie Multiplikatorenschulungen, Training vor Ort, Einsatz von Multimedia etc. kombinieren, empfohlen. Dies alles immer unter der Prämisse, dass die jeweiligen Gegebenheiten vor Ort wie Anzahl hellhäutiger Personen, Hautkrebsinzidenz und -mortalität, vorherrschendes Klima oder die UV-Belastung die Ausrichtung der Kampagnen bestimmen [31].

Verhaltenspräventive Maßnahmen, wie zum Beispiel Informationskampagnen, Fortbildungen oder Arbeit mit Kindern und Jugendlichen, dienen dazu, das Bewusstsein des gesundheitlichen Risikos durch UV-Strahlung zu schärfen und ein gesundheitsförderliches Verhalten nachhaltig zu generieren. Solche Maßnahmen werden seit Jahrzehnten in Deutschland von unterschiedlichen Akteuren durchgeführt. Der Erfolg dieser Maßnahmen ist zum einen von der individuellen Bereitschaft zur Veränderung der eigenen Haltung, zum anderen aber auch von den gegebenen Lebensumständen abhängig. Verhaltenspräventive Ansätze laufen gezwungenermaßen ins Leere, wenn die äußeren Umstände, also die Verhältnisse, nicht stimmen – beispielsweise wenn man Schatten aufsuchen sollte, aber kein Schatten gegeben ist.

Bei verhältnispräventiven Maßnahmen handelt es sich um so einfache Dinge wie die Einrichtung von UV-reduzierenden Schattenplätzen, zum Beispiel durch Bepflanzungen oder durch Aufspannen geeigneter Sonnensegel. Einmal eingerichtet, werden solche Maßnahmen auch angenommen. Beispielsweise liegt eine klare Evidenz für die Akzeptanz von Schattenplätzen bei Kindern und Jugendlichen vor, die sonst nur schwer durch verhaltenspräventive Maßnahmen erreicht werden [32]. Gerade die Einrichtung von Schattenplätzen in Kitas, Kindergärten und Schulen wird in der 2014 veröffentlichten S3-Leitlinie „Prävention von Hautkrebs“ [8] mit höchster Priorität empfohlen. Verhältnisprävention bedeutet auch, dass Tagesabläufe bzw. die Arbeitsorganisation in den Lebenswelten der Menschen derart gestaltet werden, dass belastender UV-Strahlung aus dem Weg gegangen werden kann. Hierzu ist es wichtig, die erythemwirksame UV-Bestrahlungsstärke zu kennen. Eine entsprechende Maßnahme ist darum die öffentliche Anzeige des UV-Index und die regelmäßige Berichterstattung darüber (siehe zum Beispiel [12] und [33]). Um das Thema Prävention UV-bedingter Erkrankungen, insbesondere des Hautkrebses, nachhaltig zu etablieren, ist auch die Verankerung des Themas „UV-Wirkungen und -Schutz“ in Schule, Lehre und Beruf durch Erweiterung und Anpassung der Ausbildungs- und Lehrpläne ein weiterer wichtiger Meilenstein. Eine Zusammenstellung dieser und weiterer Maßnahmen zur Etablierung verhältnispräventiver Maßnahmen findet sich in dem Grundsatzpapier des UV-Schutz-Bündnisses „Vorbeugung gesundheitlicher Schäden durch die Sonne – Verhältnisprävention in der Stadt und auf dem Land“ [34].

Hohe UV-Exposition kann ernste gesundheitliche Probleme nach sich ziehen. Der Rückgang des stratosphärischen Ozons und der Klimawandel (globale Erwärmung) können nachgewiesenermaßen zu einer Erhöhung der UV-Belastung auch in Deutschland beitragen. Anpassungsstrategien an die Folgen des Ozonabbaus und des Klimawandels sollten daher auch Maßnahmen zur Reduzierung der UV-Exposition beinhalten. In Deutschland wurde dahin gehend bereits reagiert. Anpassungsstrategien werden in Deutschland durch die im Bundeministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) verankerte „Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel“ (DAS; [35]) und das die DAS unterstützende „Kompetenzzentrum Klimafolgen und Anpassung“ (KomPass; [36]) erarbeitet. Hierzu gehört auch die Erstellung handlungsfeldübergreifender Vulnerabilitätsanalysen. Die nächste Analyse dieser Art wird 2021 erscheinen [37] und nun auch die gesundheitliche Belastung durch UV-Strahlung betrachten. Die zur Senkung der UV-Exposition der Bevölkerung anzuwendenden Anpassungsstrategien sollten sich auf verhältnispräventive Maßnahmen fokussieren, die verhaltenspräventive Maßnahmen sinnvoll ergänzen. Ein gewünschter Nebeneffekt verhältnispräventiver Maßnahmen zur Reduzierung der UV-Exposition der Bevölkerung ist, dass einige davon, wie zum Beispiel die Schaffung effektiver Schattenplätze, gleichzeitig zur Vorbeugung gesundheitsschädlicher Hitzebelastungen im Freien beitragen können [38]. Verhältnisprävention zur Vorbeugung UV-bedingter Erkrankungen hat darum auch das Potenzial, die gesundheitlichen Folgen einer sehr ernst zu nehmenden klimawandelbedingten Extremwettersituation, die eklatant erhöhte Hitzebelastung der Bevölkerung im Freien, zu lindern.