Эритремы, болезненные покраснения кожи, волдыри и прочие спутники неосмотрительных пляжников − далеко небезобидные явления. Все это − острая токсическая реакция, вызванная повреждением кожи ультрафиолетовым излучением Солнца. Механизмы ее развития изучены далеко не во всех деталях, однако в общих чертах губительное действие солнечного света на наши клетки известно.
Осажденный город
Ультрафиолетовое излучение имеет более короткую длину волны, чем видимое. Его фотоны несут большую кинетическую энергию, и их столкновение с биомолекулами в живых организмах повреждает их без разбора, примерно так же, как хаотичный обстрел тяжелыми пушечными ядрами разрушает осажденный город. Глубокое разрушение молекул в близких к поверхности клетках кожи может привести к их полной гибели, что наглядно проявляется в отшелушивании мертвой ткани.
Но опаснее всего повреждение «информационного центра» клетки, ДНК в ее ядре и митохондриях. В основном, поглощение ультрафиолета ДНК ведется азотистыми основаниями нуклеотидов, которые, поглощая УФ-фотоны, приходят в возбужденное состояние и могут вступать в разнообразные реакции, создавая необратимые повреждения ДНК. Случайные мутации могут спровоцировать не только гибель отдельной клетки, что для организма может пройти почти незамеченным, но и ее перерождение в опухолевую.
Отдельной мишенью УФ волн являются мембраны клеток. Входящие в их состав полиненасыщенные жирные кислоты особенно чувствительны к их воздействию и под таким опасным влиянием образуют нестабильные и активные гидропероксиды − причем, эти гидропероксиды по механизму положительной обратной связи катализируют окисление все новых жирных кислот. Это цепная реакция, так что на каждый поглощенный УФ фотон приходится далеко не одна разрушенная липидная молекула мембраны. Так облучение приводит к изменению ионной проницаемости клеточных мембран, что вызывает нарушение водносолевого (осмотического) баланса − проще говоря, клетки разбухают и лопаются.
Цепную реакцию фотоокисления липидов можно прервать действием ингибиторов, молекул, которые перехватывают свободные радикалы и обрывают развитие цепи. Ингибиторы окисления называются антиоксидантами − и самые мощные из них содержатся далеко не в рекламируемых продуктах. К антиоксидантам относятся витамин Е и пигмент меланин.
Впрочем, если продолжить сравнение клетки с осажденным городом, то это город, который привык воевать. В нем существует огромное количество спасательных и экстренных служб − систем, заботящихся о защите и о восстановлении разрушенного. Так, повреждение ДНК запускает в действие целый ряд механизмов, в числе которых активный синтез определенных белков и сигнальных соединений.
Скажем, липидные молекулы простагландины и пептидные цитокины вырабатываются и накапливаются в кожной ткани в течение 4-6 часов после получения «солнечного ожога». Они вызывают расширение капилляров кожной ткани и привлекают в нее кровяные клетки, участвующие в развитии воспалительных процессов. Именно так возникают и покраснение, и боль «сгоревшей» на солнце кожи, и именно поэтому проблемы появляются не сразу на пляже, а обычно к вечеру, когда отдыхающие добираются до своих постелей.
©Alamy
Противники: три вида ультрафиолета
Не стоит считать УФ лучи абсолютным злом: в небольших количествах они абсолютно необходимы для нашего здоровья, хотя бы потому, что под их действием происходит синтез витамина D. Однако в «пляжных» дозах ультрафиолет, конечно, опасен.
Для удобства весь УФ-спектр разделяют на три области. Волны А (UV-A) имеют самую большую (от 320 до 400 нм) длину и минимальную (для ультрафиолета) энергию фотонов. Теоретически, они наименее опасны, однако именно благодаря большой длине волны они свободно проходят и сквозь озоновый слой в верхних слоях земной атмосферы, и даже сквозь стекло, которое для остальной части УФ волн почти непроницаемо. UV-A проникает и глубже под поверхность нашей кожи, и достаточно интенсивное воздействие этих лучей приводит к появлению на ней пигментных пятен и морщин. Впрочем, UV-A считается «мягким» ультрафиолетом.
Самое коротковолновое излучение UV-C (100-290 нм) − самое опасное, ведь его фотоны несут больше всего энергии. Однако проблемы с УФ волнами UV-C могут возникнуть только при посещении высокогорной местности или низкопробных соляриев − впрочем, это уже совсем другая история. В обычных же условиях поверхности Земли солнечный ультрафиолет этих длин волн не достигает: он почти полностью поглощается озоновым слоем.
УФ излучение в области В (UV-B) с промежуточной длиной волны (от 290 до 320 нм) частично рассеивается озоновым слоем, а сквозь стекло неспособно пройти вовсе. Именно UV-B является обычной причиной «обгорания» кожи, и именно на защиту от него направлено использование почти всех средств от загара и солнцезащитных очков. Отметим, что существуют и средства широкого действия, блокирующие также и UV-A лучи.
Чувствительность кожи от длины волны УФ излучения меняется не плавно: на ней имеются два пика с максимумами в областях UV-В и UV-С. Эффект воздействия излучения в этих областях различен. В UV-C меньше минимальная доза, которая вызывает покраснение кожи, но и меньше последствия: эритрема быстро возникает и быстро исчезает, не принося особенно болезненных последствий. «Обгорание» кожи связано, в основном, с лучами в области UV-В, и уже при небольшой передозировке они вызывают ожог.
Наши: меланин и другие
Вопреки широко распространенному мнению, смуглый цвет кожи вовсе не является спасением от вредного действия солнечных лучей. Действительно, меланины − пигменты, образующиеся в специальных клетках кожи, волос, радужки глаза − с одной стороны, определяют их темный цвет, а с другой, неспаренные электроны в их молекулах отлично поглощают фотоны УФ излучения. Неудивительно, что, реагируя на сильный солнечный жар, кожа загорает: меланоциты вырабатывают дополнительное количество защитного пигмента. Однако и насыщенная меланином смуглая кожа не защищена на все сто процентов.
По данным (PDF) Американского онкологического общества, ежегодно в США диагностируется более 2 млн случаев рака кожи, из которых около 76 тыс. − наиболее опасная проникающая (инвазивная) меланома, от которой за год в Америке умирает почти 10 тыс. пациентов. Цифры онкологов свидетельствуют, что риск погибнуть от этого заболевания существует у людей с любым цветом кожи.
Чувствительность к ультрафиолету − показатель индивидуальный и непостоянный даже для одного человека. Она меняется в зависимости от состояния организма, тренированности, влажности и жирности кожи, приема лекарств и других факторов. Немалое значение имеет и время года: у жителей северного полушария максимальная чувствительность кожи к УФ лучам обычно развивается в апреле и мае.
Еще один защитный агент нашего организма − урокановая кислота в наружных слоях кожи. Поглощая ультрафиолет, она меняет свою конфигурацию, переходя из транс- в цис-изомер. В темноте урокановая кислота возвращается к исходному состоянию, рассеивая полученную энергию в виде безобидного тепла.
Наконец, самый простой и действенный механизм защиты − образование на поверхности кожи толстого рогового слоя из мертвых клеток. Недаром загоревшая кожа более грубая и шершавая, чем была до загара.
©Alamy
Союзники: солнцезащита
Разнообразные косметические средства от загара содержат различные смеси органических и неорганических веществ, которые способны отражать, рассеивать или поглощать энергию ультрафиолетовых волн.
Классические примеры неорганических молекул, помогающих нам защититься от УФ-атаки, − оксид цинка (ZnO) и диоксид титана (TiO2), поглощающие фотоны с опасной длиной волны и рассеивающие их энергию в виде тепла. Кстати, эти соединения имеют белый цвет, отчего вплоть до недавнего времени почти все кремы от загара были белыми. Лишь несколько лет назад появились технологии, позволяющие измельчать микрочастицы этих оксидов до еще меньших размеров и делать их прозрачными без потерь в полезном действии.
Как правило, «в поддержку» этим неорганическим веществам придаются органические соединения, также рассеивающие энергию фотонов UV-B: эфиры коричной кислоты и их производные (среди которых и такой распространенный, как октилметоксилциннамат), пара-аминобензоевая кислота и дифенилкетоны. Вместе смесь таких соединений способна обеспечить нашей коже достойную защиту от атаки всех сил солнечного ультрафиолета.
Наносить крем от загара на кожу надо постоянно: если только вы не проспали весь день под пляжным зонтиком, вы смоете защитное средство при купании, сотрете его о песок, одежду или просто касаясь собственной кожи. Учитывайте и то, что, нанося меньшую дозу средства, чем рекомендуется производителем, вы снижаете эффективность в квадратичной пропорции – то есть, используя, скажем, вдвое меньше крема, получаете вчетверо меньше защиты.
Уровень защиты от УФ лучей оценивается по специальной шкале, как «фактор солнцезащиты» (Sun Protection Factor, SPF). Шкала SPF нелинейная: средство с цифрой 15 блокирует 93% УФ лучей, SPF 30 − 97%, а SPF 50 − 98%. Впрочем, действенность этих кремов удобно оценивать иначе.
©Getty
Допустим, чистая, открытая, ничем не защищенная кожа способна благополучно противостоять солнечному излучению 30 минут (это примерная цифра, у каждого этот срок разный и зависит от расовых, национальных и индивидуальных особенностей строения кожи и распределения пигментов в ней). Средство с SPF 10 позволит легко провести на солнце вдесятеро больший срок − то есть, в нашем примере, пять часов. Если ваше личное значение SPF − всего 15 минут, то SPF 10 даст вам два с небольшим часа.
Кстати, в нашей войне с ультрафиолетом существуют и не столь полезные союзники − облачность. Кажется, что если Солнце закрыто, то никакой опасности нет, однако облака блокируют не более 20% ультрафиолетового излучения. А во многих условиях − скажем, в покрытых белым снегом горах или на морском побережье − мы получаем УФ лучей куда больше просто из-за того, что они отражаются окружающим ландшафтом. В горах опасность выше еще и из-за меньшего слоя атмосферы, задерживающей фотоны УФ лучей. Словом, полагаться на облачную погоду не стоит.
Источник: С. Васильев naked-science.ru
