От фотона до молекулы: ученые Пермского Политеха рассказали об ультрафиолетовых лучах и солнцезащитном креме
В теплое время года солнечная активность возрастает: повышается не только температура воздуха, но и интенсивность невидимого излучения. Именно оно способно проникать в дерму и влиять на ее состояние. Чтобы понять, как работает защита, надо знать, что чувствует наша кожа под солнцем.
Почему появляются покраснения и боль
Ультрафиолетовые лучи — это невидимые электромагнитные волны, которые, попадая в кожу, отдают клеткам своей энергии больше, чем те могут безвредно рассеять, буквально «встряхивая» их. Это похоже на микроскопический нагрев: сосуды расширяются, кровь приливает — и мы видим покраснение или даже ожог с волдырями.
— УФ-лучи состоят из фотонов с длиной волны от 100 до 400 нанометров. Глазом они не видны. Само излучение не делится на отдельные разновидности, но для удобства описания и стандартизации измерений Международная комиссия по освещению условно разграничивает ультрафиолет на три диапазона: ближний, называемый УФ-А, охватывает волны от 315 до 400 нанометров; средний, УФ-В — от 280 до 315; дальний, УФ-С — от 100 до 280 нанометров. Границы определены международным соглашением по различиям в биологическом действии лучей и их проникновении через атмосферу, — делится Андрей Затонский, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Автоматизации технологических процессов» Березниковского филиала Пермского Политеха.
Как продолжает эксперт, чем короче длина волны, тем излучение опаснее, но тем хуже проходит сквозь атмосферу. До Земли доходит порядка 10% космического ультрафиолета, и это преимущественно длинноволновая часть. Самый опасный дальний ультрафиолет (УФ-С) полностью задерживается озоновым слоем. УФ-В частично доходит до земли и вызывает ожоги верхних слоев кожи. А самый коварный — длинноволновый УФ-А — проходит почти без потерь, проникает глубоко в дерму и незаметно разрушает ее изнутри.
Обманчивая тень и двойной удар
Обгореть можно даже в тени или в пасмурную погоду. А в горах, например, излучение попадает на кожу дважды: напрямую с неба и отражением от снега и льда. Зимой, на горнолыжном курорте, риск ожога не меньше, чем на пляже, — потому что снежный покров работает как зеркало.
— Все дело в том, как ультрафиолет встречается с преградами: облака задерживают не более 40% излучения. Пляжный зонтик или крона дерева блокируют только прямые лучи, но пропускают те, что падают сбоку, а также отражающиеся от песка. А вот снег отражает до 85% ультрафиолета, что резко повышает риск ожога, особенно для лица, ушей, шеи и губ, если их не защитить, — объясняет Андрей Затонский.
Как понять, когда солнце опасно
Ученые придумали простую шкалу — ультрафиолетовый индекс. Значение меняется от 1 до 11+. Чем выше значение числа, тем больше риск обгореть. Именно на него стоит ориентироваться, выбирая крем.
— Ультрафиолетовый индекс — это условная суммарная интенсивность ближнего и среднего диапазонов солнечного излучения, то есть УФ-А и УФ-В, которые достигают поверхности Земли и воздействуют на кожу. Величина определяется высотой светила над горизонтом, облачностью, чистотой воздуха и отражающей способностью поверхности, — комментирует эксперт Пермского Политеха.
Солнцезащитный фактор (SPF) — это число, которое показывает, во сколько раз дольше можно находиться на солнце без риска покраснения. Например, если без крема кожа краснеет через 10 минут, то с SPF 30 — примерно через 300 минут. Но только при условии, что заранее нанесли густой слой.
— SPF — это коэффициент, указывающий, во сколько раз средство продлевает безопасное пребывание на солнце без покраснения. Для обеспечения защиты оно должно полностью впитаться до выхода на улицу, а эффективность определяется количеством нанесенного крема. При этом значение солнцезащитного фактора не зависит от угла падения лучей — меняется лишь соотношение поглощенной и отраженной энергии, — делится ученый ПНИПУ.
Что внутри тюбика
В составе любого солнцезащитного крема есть специальные молекулы-защитники — фильтры. Их задача — перехватить опасные лучи и превратить их в безопасное тепло.
— Любое такое средство состоит из двух частей. Первая — ультрафиолетовые фильтры, то есть активные компоненты, поглощающие излучение. Их концентрация и соотношение определяют уровень защиты. Вторая — база-носитель, включающая эмоленты, то есть жировые компоненты крема, а также увлажнители, антиоксиданты, консерванты. Она отвечает за комфорт нанесения и уход. Основные задачи первых — предотвращение от солнечных ожогов, которые провоцируют лучи типа B: они поражают верхние слои кожи. А также защита от фотостарения, которое вызывает УФ-А. Излучение с этой длиной волны проникает в дерму, разрушает коллаген, запускает меланогенез — избыточное образование пигмента меланина, который хотя и дает загар, но при этом неравномерно откладывается в виде пигментных пятен, снижает упругость кожи и вызывает морщины, — объясняет ученая Пермского Политеха Юлия Рожкова, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Минеральный щит: от отражения к теплу
Все фильтры делятся на два типа.
Первая группа — физические (минеральные) фильтры. Это порошки диоксида титана и оксида цинка. Долгое время считалось, что они работают как зеркальца: отражают лучи и не дают им проникнуть внутрь.
— Раньше полагали, что они действуют за счет отражения и рассеивания. В основном в качестве минеральных фильтров применяли оксид цинка и диоксид титана. Со временем ученые обнаружили, что под действием солнца их крупные частицы запускали образование активных форм кислорода, что вредно для кожи. Сейчас технологи уменьшили частицы до микро- и наноразмера и модифицировали поверхность полимерами, благодаря чему они преимущественно конвертируют УФ в тепло. Способность отражать лучи осталась, но стала значительно слабее, при этом общая эффективность защиты не снизилась, а, наоборот, увеличилась, а вредное побочное действие исчезло, — объясняет ученая Пермского Политеха.
Главное преимущество современных минеральных фильтров в том, что они не проникают в дерму, начинают работать сразу после нанесения и редко вызывают раздражение. Именно поэтому их часто используют в кремах для детей и обладателей чувствительной кожи. В составе их легко узнать по названиям: titanium dioxide или zinc oxide.
Активные молекулы против лучей
Химические (органические) устроены иначе. При попадании солнечного фотона их молекулы приходят в активное состояние и трансформируют в тепловую энергию, не давая лучам пройти глубже. Такие кремы рекомендуется наносить за 15-20 минут до выхода на солнце.
— Самые передовые химические компоненты — это триазоны, триазины, бензотриазолы и другие их соединения. Они плохо проникают через кожу, защищают сразу от ожогов и старения и не разрушаются под солнцем. Даже в комбинации с солнцезащитными фильтрами старого поколения, которые добавляют, чтобы сделать текстуру приятнее или цену доступнее, такие продукты стабильны и эффективны, — отмечает Юлия Рожкова.
К наиболее эффективным и безопасным относятся: этилгексилтриазон (Ethylhexyl Triazone), диэтилгексилбутамидотриазон (Diethylhexyl Butamido Triazone), бис-этилгексилоксифенолметоксифенилтриазон (Tinosorb S, Bemotrizinol), трис-бифенилтриазин (Tris-biphenyl triazine nano, TBPT), дрометризолтрисилоксан (Drometrizole trisiloxane), метиленбис-бензотриазолилтетраметилбутилфенол (Tinosorb, Bisoctrizole).
Но есть фильтры старого поколения, которые требуют осторожности, — например, бензофеноны (бензофенон-3, -4, −8). Они могут проникать в кожу и вызывать раздражение или аллергию после пребывания на солнце. В списке ингредиентов такие фильтры часто скрываются за короткими словами «бензофенон» с цифрой. Людям с чувствительной кожей лучше присмотреться к другому продукту.
— Другие группы фильтров тоже заслуживают внимания. Бензимидазолы, главный представитель — энсулизол, достаточно фотостабильны, но качественный крем с ним не должен содержать крупинок. Среди бензоатов и бензоилметанов старый авобензон в смеси с октиноксатом и октокриленом малоэффективен, зато существуют более новые и фотостабильные представители.
По словам ученой, выделяют также циннаматы и салицилаты. Первые используются для снижения проникновения в организм, а вторые сами по себе малоэффективны, поэтому их применяют в сочетании с другими. Последними стоит назвать производные камфоры. Сегодня их стараются избегать из-за эндокринного действия. Наиболее безопасным представителем является Mexoryl SX, который не проникает в кожу.
— Несмотря на химические особенности, риск серьезных последствий от пребывания на солнце выше, чем от использования крема, поэтому защищаться необходимо. Чем больше в составе разных фильтров, которые легко узнать по сложным названиям, тем ниже концентрация каждого и меньше риск аллергии, — комментирует Юлия Рожкова.
Форма выпуска и правила использования
Помимо состава, важна форма средства: кремы лучше для лица, спреи удобны для спины, стики — для губ и век. Но главное правило одно: защиту нужно обновлять после каждого купания.
— Кремы обеспечивают наиболее равномерное нанесение и контроль количества, они идеальны для лица и чувствительных зон, лучше подходят для сухой кожи, но менее удобны для больших участков тела. Спреи быстро и комфортно наносятся на крупные зоны, особенно на спину, однако частая ошибка при их использовании — недостаточное количество. При применении следует избегать ветра и открытого огня, распылять средство до появления блеска на коже и затем обязательно втирать его пальцами, — делится ученый Пермского Политеха.
Как продолжает эксперт, стики — аккуратный формат, их удобно наносить вокруг глаз, на нос, губы и уши, удобно повторно использовать, но не всегда экономно. Лосьоны и флюиды — нечто среднее между кремом и спреем. Первые легко распределяются по большим поверхностям, быстро впитываются, оставляют минимальный белый след, отлично подходят для жирной кожи и тела. Вторые хороши для лица, так как не утяжеляют макияж.
Помимо выбора формы выпуска, важна маркировка водостойкости и способ удаления. Обычные водостойкие продукты сохраняют защиту в воде 40 минут, а усиленные — 80. Полностью несмываемых вариантов не существует. После купания или сильного потоотделения защиту необходимо обновлять.
Крем — это не роскошь, а необходимость
Одно из самых больших заблуждений — солнцезащитный крем не спасает от старения. На самом деле именно ежедневное воздействие ультрафиолета, особенно УФ-А, является главной причиной морщин, пигментации и потери упругости.
— Ультрафиолетовое излучение типа А проникает глубоко в дерму, разрушает коллаген и эластин, повреждает ДНК клеток. В отличие от УФ-B, вызывающих ожоги, УФ-А не дает немедленной реакции, поэтому вред замечают не сразу — морщины и пятна появляются спустя годы, но их источник — ежедневное облучение, — предупреждает ученая Пермского Политеха Юлия Рожкова.
Регулярное использование солнцезащитного крема с широким спектром защиты и правильно подобранным SPF — это не косметическая рекомендация, а необходимое условие сохранения здоровья и молодости кожи. Понимание природы ультрафиолета, состава фильтров и правил нанесения позволяет сделать защиту по-настоящему эффективной.