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Mineralischer oder chemischer UV-Filter: wie sie wirken

Mineralische Filter lassen die Sonne nicht einfach abprallen. Gemessen in einer optischen Ulbricht-Kugel reflektieren Zinkoxid und Titandioxid im Durchschnitt 4 bis 5 Prozent des auftreffenden ultravioletten Lichts, weniger als ein LSF von 2, und absorbieren fast den gesamten Rest. Die Unterschiede, die zählen, liegen woanders: Die europäische Liste erlaubt etwa 30 Filtersubstanzen mit Grenzwerten von 3 bis 25 Prozent, die amerikanische Monografie führt 16, und nur die organischen Filter wurden in den Blutstudien der FDA gemessen.

Was ein Filter mit einem Photon macht

Sonnenschutzfilter gibt es in zwei Familien. Die organischen, meist chemisch genannt, sind kohlenstoffbasierte Moleküle, deren Ringsysteme ein ultraviolettes Photon aufnehmen und die Energie größtenteils als Wärme abgeben. Die anorganischen sind zwei Metalloxide, Zinkoxid und Titandioxid, die als physikalische oder mineralische Filter verkauft werden, die angeblich an der Oberfläche liegen und die Sonne abprallen lassen.

Diese Behauptung wurde gemessen. In einer Ulbricht-Kugel, die das in alle Richtungen austretende Licht einer Probe erfasst, lag die durchschnittliche Reflexion von Zinkoxid und Titandioxid über den gesamten UV-Bereich bei 4 bis 5 Prozent, weniger als ein LSF von 2. Der Rest stammte aus der Halbleiter-Bandlücken-Absorption: Das Oxid nimmt das Photon auf, genau wie ein organischer Filter.

Reflexion ist real, aber am falschen Ende des Spektrums. Jenseits der Bandlücken-Wellenlänge, im langwelligen UVA- und sichtbaren Bereich, hören die Oxide auf zu absorbieren und reflektieren bis zu 60 Prozent des Lichts, das ist die Physik hinter dem weißen Schleier. Deshalb umfasst die amerikanische Definition eines Sonnenschutzwirkstoffs auch Absorption, Reflexion und Streuung über den Bereich von 290 bis 400 nm.

Zwei Regelwerke und zwei Listen

Europa und die Vereinigten Staaten behandeln Filter als unterschiedliche Produktarten. Anhang VI der EU-Kosmetikverordnung reicht bis Eintrag 34 und erlaubt etwa 30 Substanzen, von denen vier doppelt erscheinen, weil die Nanomaterial-Form eigene Bedingungen trägt. Die Grenzwerte reichen von 3 Prozent am unteren Ende der Liste bis 25 Prozent für beide Oxide, mit Avobenzon bei 5 Prozent, Ethylhexylmethoxycinnamat bei 10 Prozent, Octocrylen bei 10 Prozent (9 Prozent in Treibgas-Sprays) und Drometrizoltrisiloxan bei 15 Prozent.

Zwei Änderungen von 2022 verschärften die älteren organischen Filter auf Empfehlung des Verbrauchersicherheitsausschusses der Kommission. Benzophenon-3, in Amerika als Oxybenzon bekannt, wurde auf 6 Prozent in Gesichts-, Hand- und Lippenprodukten, 2,2 Prozent in Körperprodukten und 0,5 Prozent überall sonst gesenkt. Homosalat wurde auf 7,34 Prozent und auf Gesichtsprodukte außer Treibgas-Sprays beschränkt, wobei nicht konforme Bestände ab dem 1. Januar 2025 vom EU-Markt und ab dem 1. Juli 2025 aus den Regalen mussten.

Die amerikanische Liste ist kürzer. 16 Wirkstoffe stehen in der seit 1999 ausgesetzten Monografie, und die Aufnahme in diese war ursprünglich auf Inhaltsstoffe beschränkt, die bereits verkauft wurden, als die Überprüfung 1972 begann, weshalb seit den späten 1990er-Jahren kein neuer Filter mehr auf die Liste gekommen ist. Im Februar 2019 schlug die FDA vor, dass nur Zinkoxid und Titandioxid mit bis zu 25 Prozent allgemein als sicher und wirksam anerkannt sind, dass Aminobenzoesäure und Trolamin-Salicylat es nicht sind, wegen allergischer Reaktionen beziehungsweise der gerinnungshemmenden Wirkung von Salicylsäure, und dass die übrigen 12, darunter Avobenzon und Oxybenzon, weitere Daten benötigen. Dasselbe Dokument schlug vor, die Kennzeichnung auf LSF 60+ zu begrenzen, bei einer Formulierung bis LSF 80.

Die UVA-Hälfte des Etiketts

UVB, 290 bis 320 nm, verursacht das meiste Verbrennen und ist das, was der LSF misst, während UVA bis 400 nm reicht, tiefer eindringt und Pigmentveränderung sowie Lichtalterung antreibt. Ein LSF von 50 sagt nichts über diese längere Hälfte aus, weshalb beide Systeme ein zweites Maß hinzufügen.

In den Vereinigten Staaten wird die Bezeichnung Breitband durch eine kritische Wellenlänge von 370 nm oder mehr erreicht, den Punkt, an dem 90 Prozent der Fläche unter der Absorptionskurve erreicht sind. Der Vorschlag von 2019 würde ein Verhältnis von UVA I zu Gesamt-UV von 0,7 oder höher hinzufügen, weil ein Produkt den 370-nm-Test bestehen und dennoch stark auf UVB ausgerichtet sein kann. Europas Version ist eine Empfehlung, keine Vorschrift: Die Empfehlung der Kommission von 2006 verlangt einen UVA-Schutzfaktor von mindestens einem Drittel des angegebenen LSF und eine kritische Wellenlänge von mindestens 370 nm, und die Buchstaben UVA im Kreis sind das Branchenzeichen dafür, gemessen in vitro nach ISO 24443.

Avobenzon ist der einzige starke UVA-I-Absorber in der amerikanischen Monografie, und es baut sich im Sonnenlicht ab und verliert nach 60 Minuten 50 bis 90 Prozent seiner Wirkung, weshalb es mit einem Photostabilisator kombiniert werden muss. Die europäische Liste führt photostabile Alternativen, die die Monografie nicht kennt: Bemotrizinol und Bisoctrizol mit bis zu 10 Prozent, Drometrizoltrisiloxan mit 15 Prozent. Zinkoxid deckt UVA allein ab, liefert aber wenig LSF pro eingesetztem Prozent, weshalb mineralische Formulierungen nahe an der 25-Prozent-Obergrenze liegen.

Was die Bluttests zeigten

Zwei im Auftrag der FDA durchgeführte Studien maßen die Aufnahme von Sonnenschutzmitteln. Die Pilotstudie von 2019 gab 24 Freiwilligen 4 Produkte mit 2 mg pro Quadratzentimeter über 75 Prozent des Körpers, 4 Mal täglich über 4 Tage, mit 30 Blutproben über 7 Tage. Jedes Produkt überschritt nach vier Anwendungen am ersten Tag die Behördenschwelle von 0,5 Nanogramm pro Milliliter Plasma, und Oxybenzon erreichte einen geometrischen Mittelwert-Höchstwert von 209,6 ng/ml.

Die 2020 veröffentlichte Folgestudie randomisierte 48 Teilnehmende auf 4 Formulierungen und verfolgte 6 Filter, 44 beendeten die Studie. Alle 6 überschritten nach einmaliger Anwendung bei derselben Dosis 0,5 ng/ml, mit 34 Blutproben über 21 Tage. Oxybenzon erreichte 258,1 ng/ml aus der Lotion und 180,1 aus dem Spray, Homosalat 13,9 bis 23,1, Octinoxat 5,2 bis 7,9, Octocrylen 6,6 bis 7,8, Avobenzon 3,3 bis 7,1 und Octisalat 4,6 bis 5,8.

Was die Schwelle bedeutet, ist wichtiger als die Zahlen. 0,5 ng/ml ist der Gleichgewichtswert, unterhalb dessen die FDA erwartet, dass eine systemische Karzinogenitätsstudie entfallen kann, festgelegt, um näherungsweise das Niveau abzubilden, bei dem eine unbekannte Verbindung nach einer Dosis ein Krebsrisiko von unter 1 zu 100.000 tragen würde. Die Überschreitung erfordert weitere Toxikologie, sie ist kein Nachweis von Schaden. Kein Filter wurde vom Markt genommen: Die 12 amerikanischen Inhaltsstoffe blieben in der Kategorie mit Datenlücke im Verkauf, und die Autoren schrieben, ihre Ergebnisse würden nicht bedeuten, dass Menschen aufhören sollten, Sonnenschutz zu verwenden. 75 Prozent des Körpers 4 Mal täglich abzudecken ist zudem intensiver als die übliche Anwendung, und Hautausschlag war das häufigste unerwünschte Ereignis, bei 14 der 48 Teilnehmenden.

Weißer Schleier, Riffe und die richtige Wahl

Jenseits der Bandlücken-Wellenlänge reflektieren die Oxide bis zu 60 Prozent des sichtbaren Lichts, weshalb eine Formulierung mit relevanter Zinkoxidmenge auf der Haut sichtbar wird, am stärksten bei dunkleren Hauttönen. Feinere Partikel streuen weniger, weshalb es Nano-Qualitäten gibt: Die EU erlaubt Titandioxid (Nano) mit einer mittleren Partikelgröße von 30 nm oder mehr und Zinkoxid (Nano) über 30 nm, keines von beiden dort, wo es eingeatmet werden könnte, was beide aus Spraydosen heraushält.

Die Riff-Frage hat eine vorsichtigere Antwort, als beide Lager sie anbieten. Eine Übersichtsarbeit der National Academies von 2022 erfasste die 17 auf dem amerikanischen Markt vorhandenen Filter, 15 organische und 2 anorganische, und setzte die höchsten gemessenen Wasserkonzentrationen für fünf organische Filter zwischen 1 und 10 Mikrogramm pro Liter an, die meisten Messungen lagen unter 1 Mikrogramm pro Liter. Die Risikobewertung lag außerhalb des Auftrags des Ausschusses, weshalb er Sonnenschutzmittel weder verurteilte noch freisprach; er forderte die Umweltschutzbehörde zu einer vollständigen ökologischen Risikobewertung auf, beginnend bei flachen Riffen unter starker Freizeitnutzung, und benannte steigende Temperatur als eigenständigen bedeutenden Stressfaktor. Laborschäden zeigen sich meist unterhalb von 1.000 Mikrogramm pro Liter, dem Hundertfachen der Feldmessungen, und sie zeigen sich auch bei Zinkoxid und bei Titandioxid unter ultraviolettem Licht, weshalb der Wechsel zu den Oxiden nicht die eindeutige Lösung ist, für die er gehalten wird.

Derselbe Bericht wog die andere Seite ab: Die konsequente Verwendung eines Breitband-Produkts mit LSF 30 senkt Melanom, Plattenepithelkarzinom, Sonnenbrand und Lichtalterung mit hoher Sicherheit, dennoch verwendet nur etwa ein Drittel der amerikanischen Bevölkerung regelmäßig Sonnenschutz. Nehmen Sie also das Filtersystem, das Sie tatsächlich nachauftragen. Wenn Sie eine photoallergische Reaktion, Ekzeme oder Rosacea hatten, sind die beiden Metalloxide der ruhigere Einstieg, und ein 3- bis 5-tägiger Hauttest an der Innenseite des Unterarms lohnt die Wartezeit; gehen Sie zum Arzt, wenn ein Ausschlag jedes Mal wiederkehrt, sobald ein Produkt erneut aufgetragen wird. Menge schlägt Chemie, das behandelt der Dosierungs-Ratgeber, und der Sonnenschutz-Tagesplaner übernimmt das Nachauftragen.

Ein Sonnenschutz-Etikett richtig lesen

Häufig gefragt

Blockieren mineralische Filter UV wirklich durch Reflexion?

Nein. Messungen in der Ulbricht-Kugel setzten die durchschnittliche Reflexion von Zinkoxid und Titandioxid über den UV-Bereich bei 4 bis 5 Prozent an, was weniger wert ist als ein LSF von 2. Die übrigen etwa 95 Prozent ihrer Wirkung entstehen durch Absorption der Photonen über Halbleiter-Bandlücken-Absorption, dasselbe Endergebnis wie bei einem organischen Filter.

Werden chemische Filter vom Körper aufgenommen?

Ja. In einer Studie mit 48 Teilnehmenden überschritten alle 6 getesteten organischen Filter nach einmaliger Anwendung die FDA-Schwelle von 0,5 ng/ml im Plasma, und Oxybenzon erreichte 258,1 ng/ml. Diese Schwelle markiert den Punkt, an dem zusätzliche toxikologische Studien erwartet werden, nicht ein Niveau, das nachweislich Schaden verursacht, und kein Filter wurde deswegen vom Markt genommen.

Warum fühlen sich europäische und amerikanische Sonnenschutzmittel so unterschiedlich an?

Die EU erlaubt etwa 30 Filtersubstanzen, darunter photostabile Breitbandmoleküle mit bis zu 15 Prozent, während die amerikanische Monografie 16 Inhaltsstoffe enthält und seit den späten 1990er-Jahren keinen weiteren erhalten hat, weil die Aufnahme über eine Prüfung dessen lief, was 1972 bereits verkauft wurde. Formulierern in Europa stehen für denselben UVA-Schutz leichtere Texturen zur Verfügung.

Wie erkenne ich, ob ein Sonnenschutzmittel UVA abdeckt?

In Europa ist UVA im Kreis das Branchenzeichen für die Kriterien einer Kommissionsempfehlung von 2006: ein UVA-Schutzfaktor von mindestens einem Drittel des angegebenen LSF und eine kritische Wellenlänge von mindestens 370 nm, wobei der UVA-Faktor in vitro nach der Methode aus ISO 24443 gemessen wird. In den Vereinigten Staaten bedeutet die Bezeichnung Breitband, dass das Produkt eine kritische Wellenlänge von 370 nm oder mehr erreicht hat.

Hinterlässt ein mineralisches Sonnenschutzmittel immer einen weißen Schleier?

Ein gewisser Schleier ist unvermeidlich, weil die beiden Oxide jenseits ihrer Bandlücken-Wellenlänge bis zu 60 Prozent des sichtbaren Lichts reflektieren. Nano-Qualitäten, die die EU mit einer mittleren Partikelgröße von 30 nm oder mehr erlaubt, streuen weniger sichtbares Licht, und eine getönte Formulierung deckt den Rest ab.

Sollte ich bestimmte Filter wegen Korallenriffen meiden?

Die Übersichtsarbeit der National Academies von 2022 zu 17 UV-Filtern fand höchste Wasserkonzentrationen von 1 bis 10 Mikrogramm pro Liter, die meisten Messungen unter 1 Mikrogramm pro Liter, und verzichtete auf ein Risikourteil, sondern forderte stattdessen die Umweltschutzbehörde zu einer vollständigen ökologischen Risikobewertung auf. Derselbe Bericht warnte, dass eine Verringerung der Sonnenschutznutzung ihre eigenen Kosten hat, da die konsequente Verwendung von LSF 30 das Melanom- und Plattenepithelkarzinom-Risiko mit hoher Sicherheit senkt.

Quellen

• Regulation (EC) No 1223/2009 on cosmetic products, consolidated text of 1 January 2025, Annex VI: list of UV filters allowed in cosmetic products · Die EU-Liste selbst, in der konsolidierten Fassung gelesen. Quelle für die Zahl von etwa 30 erlaubten Substanzen über Einträge bis Nummer 34, die vier separaten Nanomaterial-Einträge sowie jeden hier zitierten EU-Höchstwert: 25 Prozent für Titandioxid und Zinkoxid, 5 Prozent Avobenzon, 5 Prozent Ethylhexylsalicylat, 10 Prozent Ethylhexylmethoxycinnamat, 10 Prozent Octocrylen mit 9 Prozent in Treibgas-Sprays, 15 Prozent Drometrizoltrisiloxan, 10 Prozent Bemotrizinol und Bisoctrizol, 10 Prozent Diethylamino-Hydroxybenzoyl-Hexylbenzoat, 3 Prozent für den niedrigsten Eintrag der Liste, 6 Prozent, 2,2 Prozent und 0,5 Prozent für Benzophenon-3 sowie 7,34 Prozent für Homosalat in Gesichtsprodukten mit den Stichtagen 1. Januar und 1. Juli 2025. Ebenso Quelle für die Nano-Partikelgrößenbedingungen (30 nm im Median für Titandioxid und Zinkoxid) sowie das Verbot von Nano-Qualitäten dort, wo eine Inhalation möglich wäre. Die beiden zitierten Änderungen sind Verordnung (EU) 2022/1176 vom 7. Juli 2022 und Verordnung (EU) 2022/2195 vom 10. November 2022, beide in der Änderungstabelle desselben Dokuments aufgeführt. Die im Text zitierten UVA-Kriterien stammen aus einem separaten Rechtsakt, der Empfehlung der Kommission 2006/647/EG, die dort genannt wird und nicht Teil dieses Anhangs ist.
• FDA, Sunscreen Drug Products for Over-the-Counter Human Use, proposed rule, Federal Register, 26 February 2019 · Der amerikanische Vorschlag, im vollständigen Text gelesen. Quelle für die 16 Wirkstoffe in der seit 1999 ausgesetzten Monografie mit ihren Höchstkonzentrationen (Avobenzon 3 Prozent, Homosalat 15 Prozent, Octinoxat 7,5 Prozent, Oxybenzon 6 Prozent, Octocrylen 10 Prozent, Titandioxid und Zinkoxid 25 Prozent), den Vorschlag, dass Zinkoxid und Titandioxid bis zu 25 Prozent sicher und wirksam sind, dass Aminobenzoesäure und Trolamin-Salicylat es nicht sind, und dass 12 Inhaltsstoffe weitere Daten benötigen. Ebenso Quelle für die Schwelle von 0,5 ng/ml und ihre Grundlage (ein Krebsrisiko von unter 1 zu 100.000 nach einer Einzeldosis), den Bereich von 290 bis 400 nm und das UVB-Band von 290 bis 320 nm, die Anforderung der kritischen Wellenlänge von 370 nm für die Breitband-Kennzeichnung und das vorgeschlagene Verhältnis von UVA I zu Gesamt-UV von 0,7, die vorgeschlagene Kennzeichnungsobergrenze von LSF 60+ bei einer Formulierung bis LSF 80, die ursprüngliche Zulassungsbedingung vor 1972 für die Monografie-Überprüfung sowie den Befund, dass Avobenzon nach 60 Minuten Sonnenlicht zwischen 50 und 90 Prozent seiner Wirkung verliert.
• Cole C, Shyr T, Ou-Yang H. Metal oxide sunscreens protect skin by absorption, not by reflection or scattering. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2016;32(1):5 to 10 · Abstract über den Europe-PMC-Eintrag zu diesem Artikel gelesen. Quelle für die Messung in der Ulbricht-Kugel, die eine durchschnittliche Reflexion von Zinkoxid und Titandioxid über den UV-Bereich von nur 4 bis 5 Prozent zeigt, in der Studie als weniger als LSF 2 beschrieben, für die Schlussfolgerung, dass der verbleibende Schutz Halbleiter-Bandlücken-Absorption ist, sowie für den Befund, dass die Oxide jenseits der Bandlücke, im langwelligen UVA- und sichtbaren Bereich, überwiegend Reflektoren mit bis zu 60 Prozent Reflexion sind.
• Matta MK, Florian J, Zusterzeel R, et al. Effect of Sunscreen Application on Plasma Concentration of Sunscreen Active Ingredients: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2020;323(3):256 to 267 · Abstract über den Europe-PMC-Eintrag gelesen. Quelle für die 48 auf 4 Formulierungen randomisierten Teilnehmenden, von denen 44 die Studie beendeten, die 6 verfolgten Filter, die Anwendung von 2 mg pro Quadratzentimeter auf 75 Prozent der Körperoberfläche einmal am ersten Tag und 4 Mal täglich an den Tagen 2 bis 4, die 34 Blutproben über 21 Tage, das Überschreiten von 0,5 ng/ml durch alle 6 Filter nach einmaliger Anwendung, die genannten maximalen Plasmakonzentrationen (Oxybenzon 258,1 und 180,1, Homosalat 13,9 bis 23,1, Octinoxat 5,2 bis 7,9, Octocrylen 6,6 bis 7,8, Avobenzon 3,3 bis 7,1, Octisalat 4,6 bis 5,8 ng/ml), den Hautausschlag bei 14 Teilnehmenden sowie die Aussage der Autoren, dass die Ergebnisse nicht bedeuten, dass Personen auf Sonnenschutz verzichten sollten. Die im selben Abschnitt zitierte Pilotstudie von 2019 ist Matta MK, Zusterzeel R, Pilli NR, et al. JAMA. 2019;321(21):2082 bis 2091, deren Abstract über den Europe-PMC-Eintrag MED/31058986 gelesen wurde: 24 Freiwillige, 4 Produkte, 2 mg pro Quadratzentimeter auf 75 Prozent der Körperoberfläche 4 Mal täglich über 4 Tage, 30 Blutproben über 7 Tage, alle Produkte über 0,5 ng/ml am ersten Tag und Oxybenzon mit einem geometrischen Mittelwert-Höchstwert von 209,6 ng/ml.
• National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Review of Fate, Exposure, and Effects of Sunscreens in Aquatic Environments and Implications for Sunscreen Usage and Human Health. 2022, Summary · Zusammenfassendes Kapitel vollständig gelesen. Quelle für die 17 erfassten UV-Filter (2 anorganische Partikel und 15 organische Verbindungen, nämlich die 16 von der FDA erlaubten plus Ecamsule), die höchsten gemessenen Wasserkonzentrationen von 1 bis 10 Mikrogramm pro Liter für Oxybenzon, Octocrylen, Homosalat, Avobenzon und Octinoxat, wobei die meisten Messungen unter 1 Mikrogramm pro Liter lagen, die Beobachtungen und Schätzungen zur akuten Toxizität unterhalb von 1.000 Mikrogramm pro Liter mit den jeweils genannten Grenzwerten, die Aussage, dass die Risikocharakterisierung außerhalb des Auftrags des Ausschusses lag, die Empfehlung, dass die Umweltschutzbehörde eine ökologische Risikobewertung durchführen solle, beginnend bei flachen küstennahen Korallenriffen unter starker Freizeitnutzung, steigende Temperatur als eigenständigen bedeutenden Stressfaktor sowie die gesundheitlichen Schlussfolgerungen: Die Verwendung von Breitband-Produkten mit LSF 30 senkt Melanom, Plattenepithelkarzinom, Sonnenbrand und Lichtalterung mit hoher Sicherheit, wobei etwa ein Drittel der amerikanischen Bevölkerung regelmäßig Sonnenschutz verwendet und 70 bis 80 Prozent am Strand.

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