你做的防曬,防曬了嗎?

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身體細胞受到傷害之後會產生防禦機制,外界的傷害通常會由身體的第一道屏障 – 肌膚來防禦,諸如物理、化學、生物傷害等:物理的傷害有如風吹、日曬、雨淋等;化學的有如酸鹼傷害;而生物的傷害如微生物感染等。大部分的物理傷害都屬於接觸型,如刀傷、凍傷燙傷等,相對地,日曬的傷害屬於非接觸的物理傷害,主要是由太陽散發出來的電磁輻射引起。

我們可由上圖明顯看出,電磁輻射頻率由高到低包含有 γ 輻射 (γ ray)、X 光 (X ray)、紫外線 (UV,Ultra Violet)、可見光 (Visible Light)、紅外線 (Infrared)、微波 (Microwav)等,隨著頻率越高,其能量越強,傷害也越大,而太陽的電磁輻射中可見光線波段約佔 50%, 其他則為紫外線約佔 5-7%,紅外線約佔 43-45%。還好,地球擁有的臭氧層 (Ozonosphere) 可以幫助我們擋掉絕大多數的高頻 (短波) 輻射。

紫外線依其波長由短至長又分為 UV-C (100-280 nm)、UV-B (280-315 nm)、 UV-A (315-400 nm) 3 種。平流層中氧氣分子吸收波長小於 240 nm 的紫外線 (UV-C) 而進行光分解反應產生兩個氧原子自由基,隨後氧原子再與氧分子結合生成臭氧分子。臭氧分子吸收波長 200-310 nm 的紫外線 (UV-C和UV-B) 而分解成氧分子與氧原子,而新產生的氧原子又與氧分子作用產生臭氧分子,且由於臭氧屬於高能態,所以臭氧會自動變成氧氣和氧原子,於是臭氧、氧氣和氧原子在臭氧層中維持一個動態平衡 (圖 2)。

 

那麼,究竟沒有被臭氧層過濾掉的紫外線
會對我們的身體產生什麼影響呢?

一般而言,不同波長的紫外線可以穿透至肌膚的不同深度,並引起發炎反應,UV-B (280-315 nm) 只會到達皮膚表皮層、UV-A (315-400 nm) 則可到達真皮層,如右圖。肌膚接受到紫外線會開始一連串的反應,包含發炎反應、產生氧化自由基引起光老化 (圖 4)、黑色素生成反應 (圖 5) 等,如果要把這所有的機制詳細地解說,恐怕得上好幾個小時的生化課了。

話又說回來,如果這些紫外線沒有被擋下來,又或者沒有被黑色素攔住,直接穿透進入了細胞當中,研究顯示,波長 260 nm 左右的紫外線可以被 DNA 上的鹼基對 (Base Pair) 吸收,造成細胞的病變,甚至是癌化的現象。所以照射到太陽光而產生肌膚變黑的黑色素生成反應,實際上是為了避免肌膚再遇到過量的紫外線而產生癌化病變的防護作用呢!這也就是為什麼普遍來說膚色較淺的白人罹患皮膚病的機率高於膚色較深的人種的原因。

另外,值得注意的是,我們可以發現在 (圖 3) 中,可見光中的藍光是會穿透到皮下組織的。藍光,或稱高能可見光 (High Energy Visible Light,HEV),是在可見光光譜 (400-700 nm 左右) 當中,相當接近紫外光的部分,波長約為 400-500 nm,如前所述,日光中有約為 5% 是紫外線,而 50% 為可見光,而從 (圖 6) 上方圖中,我們可以發現藍光佔了約 1/3 左右,換算回日光當中,約有18~20% 是高能可見光,目前也有部分研究也發現高能可見光可能會對人體產生一些傷害 (表 1),加上近年來科技發達,如手機、電腦等電子設備的螢幕,都會在散發出藍光 (圖 6 下方),因此,在未來的保養中,我們也不得不思索在保養品中加強對於藍光的防護。

 

對付日益劇增的紫外線,我們的防曬夠了嗎?

在考慮藍光的問題之前,先讓我們回到日常的防曬來看看,究竟我們做的日常防曬夠不夠防護日益劇增的紫外線,又或者是能不能也防禦到藍光呢?

在市售的商品當中,我們可以發現有一些防曬標示,例如 SPF 值、PA 值、PPD 值等等,經常看得大家眼花撩亂,不知道這些標示有什麼意義,這些標示在各國的法規 (表2) 也都不一樣,大家可以參考下面滿滿的表格大~平~台~~因此我們替大家整理了常見的防曬標示 (表3) 所代表的意思,另外,如果想要詳細了解這些標示的意思,也可以參考【MedPartner 美的好朋友】寫的一篇【有效防曬指標一篇完全搞懂!除了 SPF 跟 PA 你還至少該懂這些!防曬全攻略2

 

如何選擇適當的防曬產品

在了解了這些標示的意思之後,我們可以發現要選擇良好的防曬,不只要注意 UVB(SPF 值)、更要注意 UVA (PA值/PPD值/防曬星級),美的好朋友也有將邱品齊醫師的建議整理成如下方的表格,供大家選擇防曬產品時可以參考,透過表格我們可以發現防曬除 UVA、UVB 外還可以注意產品的抗水性和臨界波長等參考數值,而其中,臨界波長的概念其實就是指看防曬產品可以防範到多長的電磁波,接下來我們就要進入比較艱深的地方了。

 

(注意!! 前方高能!!!)

 

常見的防曬劑的吸收波長是多少?

由下 (圖 7) 可以看到各種常見的防曬劑,該圖取自於 DSM 研討會資料,其相對防曬劑的 INCI 及吸收波長如 (表5),我們可以發現,各種紫外線吸收劑對於紫外線的吸收波常不一樣,有些是針對 UV-B 的,例如 Ethylhexyl Triazone (Octyl Triazone)、Parsol® 5000 (Enzacamene)、 Parsol® HS (Ensulizole)、 Parsol® MCX (Octinoxate)、 Parsol® EHS (Octisalate) 等;而針對 UV-A 的防曬劑則有 Parsol® 1789 (Avobenzone),兩邊的防禦力都差不多的則有 Parsol® Max (Bisoctrizole) 和 Parsol® Shield (Bemotrizinol)。

唯 Parsol® Max 對紫外線的吸收值不高,而 Parsol® Shield 對 300 nm 之前的防禦力較差,可能需要搭配其他防曬劑使用,不過值得注意的是 Parsol® Max 有部分跨越到了 400 nm 以上,表示它對於藍光也有些許的防禦力,這是其他防曬劑沒有的,另外,雞姊將各常見防曬劑的紫外光吸收波長等資訊補充在下表。

 

保養品研發 (配方師) 該如何選配防曬劑?

至於保養品的研發在製作防曬產品的時候,該如何在眾多的防曬劑裡面挑選呢?首先,我們會建議在選用防曬劑的搭配上,無論是物理或是化學,必須至少要覆蓋 UV-B 到 UV-A 的波長,也就是至少要覆蓋到 280-400 nm, 搭配 2-3 支防曬劑,以達到互相增幅的效果,另外可以推薦給各位研發一個很棒的防曬模擬器網站 ,它可以模擬計算防曬劑配比後理論上可得出的防曬值,而且還有提供各大法規區域對於防曬的限量,如 (圖 8)。但是,除了選用的防曬劑搭配之外,配方師還需要考慮到各種防曬劑的溶解力、法規限量、配方對於防曬劑的分散力,以及輔助防曬的光保護劑等,只有完整地考慮了這些才能真正地做好一支有效的防曬產品。

 

光保護劑是什麼?為什麼使用防曬還要用光保護劑呢?

防曬劑有分成物理和化學防曬劑兩種,物理防曬劑主要是利用其本身顆粒特性將紫外線反射、折射或是散射掉,不使其直接照射皮膚;而化學防曬劑則是利用其本身會吸收特定波長的特性,將紫外線吸收,進而轉化成較低能階的能量散出 (圖 9),在這裡我們可以發現化學防曬劑會做所謂的能階轉換,那麼,什麼是能階轉換呢?

能階轉換是指物質受到如 UV 等能量激發時,從低能量的基礎態躍遷到高能量的激發態,或者相反,從高能量的激發態,以光或熱釋放能量,回到低能量的基礎態的過程。我們使用化學性防曬劑的原因就是因為他們可以吸收特定波長的紫外線,我們可以想像,這些紫外線吸收劑在吸收了紫外線的能量之後,這些化學分子會變得不穩定,進而產生光化學結構上的扭轉或分解,變得不再能吸收原本能吸收的紫外線,致使防曬效能減低,如 (圖 10),而這樣的過程我們稱為光分解 (Photodegrade)。

從圖中我們可以發現,隨著 UV 照射的時間增加,Avobenzone 對於 UV 的吸收能力會逐漸下降,到了 10 分鐘後就只剩下原來的10% 效果,光穩定劑的作用 (圖 11) 就是將被激發到高能激發態的物質,透過將其能量導走的方式使之降回基礎態,延緩這些物質被分解的時間,以延長其效能。

其實,不只是化學防曬劑,所有具有光不穩定性的物質,例如白藜蘆醇等抗氧化劑,都會有類似的光分解的情況,從 (圖 12) 可以發現含有白藜蘆醇的配方,3 號是沒有加光保護劑 ,而 1 號及 2 號分別是加了 3% 和 1% 的 Avobrite 的配方, 3 號樣品在經過兩週陽光曝曬後產生明顯的顏色變化。

在產品的包裝上面我們可以透過不透光的紙盒或是瓶器來減少光照對於這些產品穩定性的影響,而且實際上在如防曬產品的光穩定性與否也確實不會反應在送檢的防曬係數上,因為這些產品剛做出就送檢,並不會經過陽光反覆照射,所以在光穩定劑的存在與否從防曬係數上面顯示不出明顯的差異,然而,但是對於研發和品牌來說,要開發確實有效的產品,就必須考慮到產品的光穩定性;再者,目前配方開發過程評估產品穩定性的加速試驗中,所使用的烘箱大多不會照光,對於這些光敏感物質的照光穩定性,可能就會反應在上架之後在櫃位上的變色問題上了,因此,也許我們需要在配方中考慮使用光穩定劑來維持這些光敏感物質的長期安定性。

 

對隱形傷害的防護

隨著 3C 產品 (尤其是我們使用手機的頻率) 使用的增加,我們可能會更長時間地暴露在一些近代未曾出現的風險之下,如手機、電腦螢幕的藍光,通訊設備的電磁波等等,這些都是看不見的,而在科技尚未如此發達時也不曾考慮過的風險,因此在下一代的產品中,這些勢必都是我們將要放進去考慮的新的防護概念,由於這篇主要是要談防曬,那電磁波的部份我們就先不談了,然而,對於藍光的防護我們可以切成幾塊來看:

其一是於配方當中增加防曬的波長範圍,就像是前面介紹的,其二則是在未使用這些防曬產品,躺在床上滑手機的時候,所受藍光照射而產生的影響,會建議大家:

減少手機使用的頻率!減少手機使用的頻率!減少手機使用的頻率!

很重要所以說三次!但是!由於沒辦法阻止大家 (包含我自己) 躺在床上滑手機,那麼,基於我是一個研發,只好建議大家在產品當中加入可以抵銷藍光傷害的成分,(表 1) 中也告訴了我們藍光可能帶來的傷害包含增加肌膚細胞自由基的產生、 細胞外基質的降解、引起色素沉著及光老化現象等。

因此,在對抗藍光防護的加強上面,仍然會建議大家加強抗氧化壓力、抗發炎的活性成分、並增加肌膚自身抵抗力,以排除增加的自由基等,聽起來很像對抗日光或是污染的方式。沒錯!肌膚變差的萬惡淵藪都來自發炎和自由基,因此,無論是防曬、抗污染、抗藍光等大多應對的方式都類似。

雖然相較於日光中藍光的含量,手機、3C 產品螢幕的藍光可說是微乎其微,但由於現代人使用科技產品的時間與日俱增,因此,仍然不可以小看這些光源對肌膚可能造成的傷害。

 

參考資料

  1. 中央氣象局 (http://www.cwb.gov.tw/V7/forecast/UVI/uviknowledge.pdf?)
  2. DSM. (2017) Blue Light Concept.迦威研討會
  3. MedPartner 美的好朋友 (https://www.medpartner.club)
  4. Natarajan V. T., Ganju P., Ramkumar A., Grover R., Gokhale R. S. (2014) Multifaceted pathways protect human skin from UV radiation. Nat. Chem. Biol., 10(7), 542- 551.
  5. Wasmeier C., Hume A. N., Bolasco G, Seabra M. C. (2008) Melanosomes at a glance. J. Cell Sci., 121, 3995-3999.
  6. BASF Sunscreen Simulator. (https://www.sunscreensimulator.basf.com/)
  7. DSM. (2017) Sun Care Trend From Global to Asia. 迦威研討會
  8. DSM. (2017) Hallstar Photoprotection Products Avobrite .迦威研討會
  9. Nobel Price.org