загар что вырабатывается в коже
Загар
Загар — это защитная реакция клеток кожи (меланоцитов), которые, чтобы оградиться от пагубного воздействия солнечных лучей, вырабатывают меланин. Именно поэтому наша кожа приобретает приятный шоколадный оттенок.
Сегодня мы вопринимаем Солнце не как божество, а как источник нескольких типов излучения. Некоторые из них мы воспринимаем в виде света, другие — в виде тепла. Ультрафиолетовое излучение мы не видим и не ощущаем. Земли достигают три типа ультрафиолетовых лучей. Длинноволновые лучи типа А (UV-A) составляют всего 3,5% от всего потока солнечного света, но именно они способны проникать в глубокие слои кожи и ускорять процессы старения, происходящие в коже. Под действием других, коротковолновых лучей типа B (UV-B) специальные клетки (меланоциты) вырабатывают пигмент, который называется меланин. Именно от количества меланина в клетках кожи и зависит оттенок загара.
На самом деле, выработка меланина — это защитная реакция клеток на солнечный ожог. Так что превосходный шоколадный загар — это скорее свидетельство тяжкой борьбы нашего организма с солнцем, чем расслабленного отдыха. Кстати, лучи в умеренных количествах способствуют выработке меланина, а в высоких дозах могут спровоцировать онкологические заболевания. Важно помнить, что меланина должно выделяться не больше, чем окисляться, иначе на коже появятся ожоги — эритемы.
Солнечные лучи содержат еще одни, так называемые лучи С (UV-C). Это гамма-излучение, весьма небезопасное для здоровья человека, однако оно практически не доходит до поверхности Земли благодаря наличию в атмосфере озонового слоя.
Еще не так давно в обществе ценилась бледная кожа (как свидетельство достатка и благополучия), а загорелая кожа была уделом работяг. Но пришла индустриальная революция, и все поменялось — загорелая кожа стала символом благополучия. Ведь работяги теперь все дни проводят в фабричных помещениях, а у человека, живущего в достатке, остается много времени для пребывания на свежем воздухе и солнце.
Загар прочно вошел в моду в 40х годах ХХ века — с подачи французской законодательницы мод Коко Шанель. Но связывать солнечный загар со здоровьем начали раньше, в начале 1900-х гг., когда предложили метод лечения солнечными лучами, названный «гелиотерапией», причем вплоть до 40-50-х гг. ХХ века искренне считали, что им можно лечить всех. В XX веке человечество изобрело солярий. И если раньше он был исключительно дорогостоящим удовольствием, то сейчас «искусственное солнце» стало общедоступным.
Преимущества загара
Солнечные лучи в умеренном количестве оказывают благоприятное действие при некоторых кожных заболеваниях (акне, псориаз, нейродермит, экзема и пр.), а также способствуют выработке витамина D3. Этот так называемый «солнечный гормон» обеспечивает нормальное усвоение кальция и фосфора, способствует укреплению мышц, костей, ускоряет заживление ран и повышает общий тонус организма. Кроме того, витамин D3 усиливает иммунитет и оказывает положительное влияние на кровообращение (улучшается циркуляция крови, нормализуется давление).
Недостатки загара
Чрезмерное пребывание на солнце губительно действует на кожу. Она преждевременно стареет, становится грубой, дряблой и морщинистой, а в последствии может даже развиться рак. Риск заболеть раком кожи удваивается, если в молодом возрасте человек получил два и более серьезных солнечных ожога.
В некоторых случаях, перед тем, как ехать отдыхать на море или идти в солярий, необходимо проконсультироваться с врачом:
При наличии воспалительных кожных заболеваний (дерматитов) желательно вообще не принимать солнечные ванны. Под действием УФ-лучей и без того обезвоженные участки тела еще больше высушиваются, что ухудшает состояние кожи и может привести к обострению болезни.
Загар в солярии
Отличие загара на солнце от искусственного (в солярии) состоит в строгой дозировке и оптимально отрегулированном соотношении ультрафиолетовых волн спектра А и спектра В, а также в исключении воздействия жестких С-волн. Интенсивность солнечных лучей сильно отличается в зависимости от времени суток, сезона, погодных условий и географии. В солярии же излучение можно контролировать в зависимости от индивидуальных свойств кожи.
Именно поэтому загар в солярии считается более безопасным. Если разумно подходить к дозировке сеансов, можно полностью исключить риск ожогов кожи.
Дополнительным преимуществом искусственного загара является тот факт, что посещение солярия легко вписывается в напряженный режим дня городских жителей, которым, по утверждению врачей, регулярные посещения солярия часто идут на пользу.
Загар: что это такое и насколько он опасен
Мы с нетерпением ждем лета, чтобы понежиться на солнце, а потом щеголять перед друзьями и коллегами красивым загаром. Однако многие ли знают, какие природные силы задействованы в приятном бронзовом потемнении под лучами солнца?
Загар — ответ организма на солнечный свет, точнее, защитная реакция на ультрафиолет, наиболее опасную часть солнечного излучения. В ответ на облучение ультрафиолетом меланоциты (клетки эпидермиса) вырабатывают пигмент меланин. Главная его функция — поглощение ультрафиолета. Количество меланоцитов у людей разных народов, от самых светлокожих европейцев до самых черных африканцев, примерно одинаково. Различие в том, что кожа европейцев вырабатывает меланин только под воздействием ультрафиолета, а у людей других рас его производство происходит непрерывно, поэтому их кожа всегда в какой-то степени пигментирована.
Если кожа европейца незагорелая, ее клетки не защищены от ультрафиолетового излучения. Поэтому вероятность обгореть и получить солнечные ожоги велика. Обычно солнечный ожог от чрезмерно долгого пребывания на солнце представляет собой болезненное покраснение кожи (ожог первой степени) или даже волдыри (ожог второй степени).
Что такое ультрафиолет
Спектр солнечного излучения достаточно широк — от радиоволн до гамма-излучения. Однако поверхности Земли достигают далеко не все диапазоны. Радиоволны и ИК-диапазон в контексте данной темы нас не интересуют, гамма- и рентгеновское излучение, к счастью, поглощается атмосферой (иначе на Земле вряд ли вообще выжили бы хоть какие-то живые существа). В данном случае нас интересует так называемое окно прозрачности атмосферы в области видимой части спектра и прилегающих к нему инфракрасного (ИК) и ультрафиолетового (УФ) диапазонов. Вот о последнем стоит поговорить подробно, поскольку именно он отвечает за потемнение кожи, то есть загар.
Спектр солнечного ультрафиолета (УФ) условно делят на три диапазона. Во-первых, это длинноволновая часть ближнего ультрафиолета (от 315 до 400 нм). Волны этого диапазона, который для краткости принято называть УФ-А, составляют значительную часть солнечного ультрафиолета и порождают загар, оберегающий наш организм от ожогов. Иногда этот диапазон называют также «черным светом» или «светом Вуда» (в честь американского физика Роберта Вуда) — он невидим для человеческого глаза, но под его воздействием многие вещества начинают светиться (флуоресцировать) в видимом диапазоне. Это свойство активно используется в криминалистике для обнаружения следов различных веществ, а также для защиты бланков ценных бумаг и денежных знаков (почти в каждой кассе есть УФ-лампа).
Вторая часть солнечного ультрафиолета — средний УФ, или УФ-В. Излучение с длинами волн 280−315 нм виновно в том, что мы покрываемся солнечными ожогами. Если кожа незагорелая, ее клетки не защищены от ультрафиолетового излучения. Поэтому вероятность обгореть и получить солнечные ожоги особенно велика в первые дни отпуска.
Третья часть — это коротковолновая часть УФ-диапазона, или УФ-С, наиболее жесткое излучение с длинами волн от 100 до 280 нм. УФ-излучение с длинами волн менее 200 нм называется вакуумным ультрафиолетом, поскольку оно может распространяться только в вакууме и полностью поглощается газами, входящими в состав земной атмосферы. Поэтому диапазон УФ-C, к счастью, практически не доходит до поверхности Земли. К счастью — потому что это излучение опасно для живых существ (оно поглощается молекулами ДНК и разрушает их). Однако нет худа без добра — лампы диапазона УФ-C активно применяются в промышленности и медицине в качестве эффективного и безопасного средства дезинфекции воздуха, воды
О пользе ультрафиолета
В XX веке загорелая кожа стала отличительной чертой элиты, бронзовый цвет считался признаком молодости, силы и активного образа жизни. Помимо чисто эстетического эффекта загар напрочь стирает с лица всякие следы усталости, удаляет бледность и придает обладателю кожи шоколадного оттенка жизнерадостный вид. Этому способствовали и научные данные. Действительно, сотни экспериментов убедительно доказали, что УФ-излучение с длиной волны 290—400 нм повышает тонус симпатико-адреналиновой системы, активирует защитные механизмы, увеличивает секрецию ряда гормонов. Под воздействием УФ образуются гистамин и подобные ему вещества, обладающие сосудорасширяющим действием и повышающие проницаемость кожных сосудов, улучшается углеводный и белковый обмен веществ в организме, увеличивается легочная вентиляция, повышается газообмен, потребление кислорода, активизируется деятельность эндокринной системы. Под действием УФ-лучeй значительно увеличивается содержание антител в крови, что и повышает иммунитет— сопротивляемость организма к инфекционным и вирусным заболеваниям. Зимой и весной, когда защитные функции организма ослаблены, УФ-лучи помогают бороться с простудными заболеваниями.
В начале ХХ века врачи с удивлением поняли, что важно не просто правильно питаться, но и подставлять себя солнечным лучам.
Самый детский витамин
Солнце и наша кожа. Мифы и факты о загаре.
Среда, 23 Июнь 2021
Жизнь на земле без солнечного света невозможна. В коже человека под действием солнечного света происходит множество полезных для организма процессов. Однако, длительное нахождение на солнце снижает иммунитет и создаёт условия для её преждевременного старения и образования на ней злокачественных опухолей кожи.
Загар – это защитная реакция кожи на повреждающее действие ультрафиолетового излучения. Механизм его образования следующий. В поверхностном слое кожи между плоскими чешуйчатыми клетками, которые постепенно отмирают и слущиваются, расположены клетки-меланоциты. В них в результате сложных превращений образуется пигмент меланин (от греч. «mеlas» — черный), который заполняет клетки наружного рогового слоя кожи, благодаря чему она изменяет цвет.
Меланин играет роль поглотителя UV лучей и создает защиту от солнечной радиации, это естественный фильтр. Однако меланин не может обеспечить полной защиты от ультрафиолетового излучения. Темный загар на белой коже эквивалентен фактору защиты SPF между 2 и 4. Чем больше меланина, тем смуглее кожа человека, тем выше степень защищенности от воздействия солнечных лучей. Поэтому люди со светлой кожей и светлыми волосами, т.е. с малым содержанием меланина в коже, более всего подвержены разрушающему воздействию солнца. Тем не менее даже темнокожие люди подвергаются солнечным ожогам.
Таким образом, якобы «здоровый» загорелый цвет кожи на самом деле означает, что коже нанесен значительный и невосполнимый ущерб.
Главная опасность
Клетки поверхностного слоя кожи постоянно обновляются за счет деления. В процессе регенерации участвуют и базальные клетки, лежащие ниже. Они не только воспроизводят себе подобных, но и участвуют в обновлении поверхностного слоя, превращаясь в чешуйчатые клетки или меланоциты. Весь процесс деления строго запрограммирован на уровне ДНК.
Если под воздействием интенсивного солнечного облучения происходит сбой этой четко отлаженной программы и образование новых клеток приобретает хаотичный характер, то велика вероятность развития раковой опухоли. Если теряется управление образованием меланоцитов, то они перерождаются в меланому, если базальными или чешуйчатыми клетками — то возникает не менее опасная карцинома.
Немеланомные раковые заболевания кожи
В отличие от меланомы, базальноклеточная и чешуйчатая карцинома обычно не приводят к летальному исходу, но их хирургическое удаление может быть болезненным и привести к образованию рубцов. Немеланомные раковые образования чаще всего располагаются на открытых солнцу частях тела, таких как уши, лицо, шея и предплечья. Обнаружено, что они более часто встречаются у рабочих, работающих вне помещений, чем у находящихся внутри помещений. Это дает основание полагать, что длительное накопление воздействия UV играет главную роль в развитии немеланомных раковых образований кожи.
Меланома
Меланома может возникнуть под видом новой родинки или как изменения цвета, формы, размера или изменения ощущений в уже существующих пятнах, веснушках или родинках. Меланомы обычно имеют неровный контур и неоднородную окраску. Зуд – еще один частый признак, но он также может встречаться при нормальных родинках. Если заболевание распознано и лечение проведено своевременно, прогноз для жизни благоприятный. При отсутствии лечения опухоль может быстро разрастаться и раковые клетки могут распространиться к другим частям тела.
Существуют ли благоприятные воздействия ультрафиолета?
Следовательно, для большинства людей дефицит витамина D маловероятен. Возможные исключения – это те, кто значительно ограничил свое пребывание на солнце: не покидающие своего дома престарелые люди или люди с сильно пигментированной кожей, которые проживают в странах с низким уровнем UV излучения. Учитывая потребность в витамине D, многие страны ввели добавки в наиболее часто употребляемые продукты, такие как мука, хлеб, молоко. Витамин D естественного происхождения очень редок в нашей пище, он присутствует главным образом в рыбьем жире и масле из печени трески.
Ультрафиолетовое излучение успешно используется при лечении множества заболеваний, включая рахит, псориаз, экзему и др. Это терапевтическое воздействие не исключает отрицательные побочные эффекты UV излучения, но оно проводится под медицинским наблюдением, чтобы гарантировать, что польза превышает риск.
Волчанка
Lupus vulgaris – волчанка, туберкулез кожи. Заболевание раньше часто встречалось в Северной Европе зимой. Заболевание проявляется большими язвами на лице и шее, которые трудно поддаются лечению и оставляют грубые рубцы. Датский доктор по имени Neils Finzen разработал лампу UVB, которая была настолько успешна в лечении этого заболевания, что способствовала получению им Нобелевской премии в 1903 году. Сегодня волчанка встречается редко и для ее лечения обычно успешно используются антибиотики.
Несмотря на значительную роль в медицине, негативные эффекты UV излучения обычно значительно перевешивают положительные. В дополнение к хорошо известным непосредственным эффектам избытка ультрафиолетового облучения, таким как ожоги или аллергические реакции, долгосрочные эффекты представляют опасность здоровью на протяжении всей жизни. Чрезмерный загар способствует поражению кожи, глаз и, вероятно, иммунной системы. Многие люди забывают о том, что UV радиация накапливается в течение всей жизни. Ваше отношение к загару сейчас определяет возможность развития у вас рака кожи или катаракты в дальнейшей жизни! Риск развития рака кожи напрямую связан с продолжительностью и частотой загара.
Мифы и факты о загаре
Миф: Загар, полученный в солярии, безопаснее, т.к. в нем не используются лучи UVB.
Xозяева салонов утверждают, что загар в солярии безопасен, так как лампы не производят лучей UVB, а значит не могут вызвать солнечный ожог. Хотя UVA-лучи действительно не вызывают ожога, они наносят огромный вред коже.
Лучи А способны проникать в глубокие слои кожи, повреждать ДНК и уменьшать ее синтез, нарушать соединительную ткань, коллагеновые и эластиновые волокна. Именно они вызывают так называемое фотостарение, выражающееся в снижении упругости кожи, ускоренном образовании морщин, пигментных пятен и веснушек. Высокая активность таких лучей провоцирует развитие рака кожи.
Миф: Постепенный загар предотвратит кожу от солнечных ожогов
Постепенный загар действительно немного повышает защиту и замедляет солнечный ожог. Но такая защита минимальна. Темный загар на светлой коже приблизительно равен SPF 4.
Миф: Моя кожа никогда не сгорает на солнце, значит УФ лучи для меня неопасны.
В течение жизни воздействие УФ-лучей накапливается, их эффект кумулятивный. Даже если кожа никогда не сгорает, она всё равно подвергается разрушительному воздействию. Некоторые исследования показывают, что пребывание на солнце в первые 15 лет жизни безо всякой защиты значительно увеличивает риск рака кожи в будущем.
Миф: Если пользоваться солнцезащитным средством, загар безопасен.
Любой загар небезопасен. Сам факт его получения означает только то, что ваша кожа была повреждена и попыталась защитить себя.
Миф: Если загорать в ранние утренние, либо вечерние часы, то вред от УФ минимален.
Количество UVB-лучей действительно меньше в это время. Однако интенсивность UVA-излучения не очень сильно меняется в течение дня, то есть лучи могут достаточно сильно повреждать глубокие слои кожи не только в дневные, но и в утренние и вечерние часы.
Миф: Ультрафиолетовые лучи не проходят сквозь обычное стекло.
Для UVA-излучения стекло не является препятствием.
Миф: Защитный крем с SPF 30 предлагает в 2 раза больше защиты, чем с SPF 15.
Это не так, эти цифры не прямо пропорциональны защите. Например:
SPF 15 фильтрует 93.3% UVB лучей,
SPF 30 фильтрует 96.7% UVB лучей,
SPF 50 фильтрует 98%,
SPF 100 фильтрует 99%,
Если выпустят SPF 200, то такой отфильтрует 99.5%.
Миф: Чем выше SPF, тем полнее защита.
SPF на солнцезащитном креме отражает номер защиты только от UVB-лучей. Солнцезащитные крема, которые следует использовать, должны предлагать защиту как от лучей Б, так и А.
Советы пациентам для обязательного посещения врача при наличии:
— ощущение дискомфорта в пигментном пятне (зуд, жжение, болезненность, распирание, неудобство);
— появление мокнущих корок на образовании без его повреждения;
— травма родинки, постоянное механическое повреждение бельём;
— появление новых пигментных пятен (родинок) более 6 мм у лиц старше 18 лет лет и их быстрое увеличение;
— когда одна половина пигментного пятна не похожа на другую (ассиметрия);
— изменение окраски (беспорядочное расположение коричневых, черных, серых, розовых и белых участков на родинке);
— появление припухлого розоватого венчика вокруг пигментного образования.
При своевременном обращении проводится удаление образования. После проведенного лечения наступает выздоровление.
ЗАГАР (ХИМИЯ ЗАГАРА)
ЗАГАР (ХИМИЯ ЗАГАРА) – это потемнение кожи, вызванное особым веществом темного цвета – меланином. На самом деле меланин – не отдельное вещество, а аморфная смесь полимерных соединений, а само слово происходит от греческого melas – черный. Меланинами окрашены ткани животных, растений, грибов и даже микроорганизмов. У животных ими окрашены шерсть и перья, а у людей – волосы, кожа и радужная оболочка глаз. Образование меланина в коже является защитной реакцией организма на солнечное ультрафиолетовое излучение, недаром особенно много меланина в коже африканцев.
Строение меланина сложное, если вывести его усредненную брутто-формулу, то состав получится таким: C77H98O33N14S. Необычным оказалось наличие в меланине неспаренных электронов, что придает этому веществу свойства стабильных свободных радикалов. Неспаренные электроны способствуют более эффективному поглощению солнечной радиации. Кроме того, они легко захватывают и обезвреживают опасные для клеток высокоактивные свободные радикалы, которые могут образоваться, например, при действии радиоактивного излучения. Таким образом, меланин выполняет сразу две защитные функции – ультрафиолетового фильтра и антиоксиданта.
Механизм образования меланина окончательно не выяснен. Известно, что процесс происходит в особых клетках кожи – меланоцитах. Меланоциты в ходе развития организма образуются из нервных клеток и подобно им имеют множество отростков – дендритов. Образование меланина начинается в этих клетках с окисления аминокислоты тирозина. Эта реакция катализируется специальным ферментом – тирозиназой. Тирозин (гидроксифенилаланин), который по строению очень близок к другой аминокислоте – фенилаланину, входит в состав белков, поэтому в организме всегда есть его запас. При окислении тирозина сначала образуется дигидроксифенилаланин (ДОФА). Эта аминокислота очень важна для организма; она, например, является предшественником адреналина. В меланоцитах же молекулы ДОФА окисляются, а затем после ряда сложных превращений полимеризуются с образованием меланина. Весь процесс регулируется особыми гормонами, которые вырабатываются в гипофизе и называются меланоцитстимулирующими.
Связанный с молекулой белка меланин образует в коже темные зернышки размером от 0,1 до 2 мкм. Меланоциты через свои отростки как бы впрыскивают эти зернышки в клетки верхних слоев кожи, и постепенно почти весь меланин оказывается в наружном роговом слое. Однако так происходит не всегда. Среди людей, как и среди животных и птиц, изредка встречаются альбиносы (от латинского albus – белый), отличаются они только тем, что меланин у них вовсе не синтезируется из-за отсутствия активной формы тирозиназы. Кожа у альбиносов всегда белая, и даже радужная оболочка глаз не имеет окраски. В ряде исследований было обнаружено, что процесс образования меланина можно стимулировать природными или синтетическими препаратами. Любопытно, что один из таких синтетических препаратов похож на гормон, который образуется в организме некоторых животных, обладающих способностью менять цвет кожи, например, хамелеона.
Меланин в коже – прекрасный фильтр; он задерживает более 90% ультрафиолетового излучения. Однако образование меланина – не единственный природный механизм защиты кожи. При сильном солнечном облучении и просто загорелый человек, и даже африканец, попавшие на жаркое солнце после долгого перерыва, не застрахованы от солнечного ожога. Вместе с тем альбиносы, совсем не имеющие меланина, вырабатывают некоторую устойчивость к ультрафиолету. Среди дополнительных механизмов защиты самый действенный – образование на поверхности кожи толстого рогового слоя из мертвых клеток. Когда облучение повторяется, роговой слой становится еще толще. Поэтому загоревшая кожа более грубая и шершавая, чем была до загара.
Другой защитный агент – урокановая кислота, присутствующая в наружных слоях кожи. В ее молекуле есть система сопряженных связей C=N–C=C–C=C, эффективно поглощающая свет, при этом изменяется форма молекулы: транс-форма переходит в цис-форму, а в темноте идет обратная реакция. Таким образом урокановая кислота превращает ультрафиолетовую радиацию просто в теплоту, которая рассеивается в окружающую среду.
Источники ультрафиолета.
Известно, что для загара необходимы ультрафиолетовые (УФ) лучи – естественные или искусственные. Их можно получить разными способами. Любое нагретое твердое тело излучает непрерывный спектр электромагнитных волн, в том числе и ультрафиолетовых. К ультрафиолетовым относятся лучи с длиной волны менее 400 нм (нанометр – единица длины, равная 10 –9 м или 0,001 мкм). Более длинноволновое излучение относится уже к видимому свету. Условно УФ-излучение разделяют на три области. Границы этих областей были обозначены в 1963 году Международной комиссией по освещению. Комиссия постановила считать интервал от 315 до 400 нм областью мягкого или ближнего ультрафиолета (так называемая область УФ-А), от 280 до 315 нм – областью среднего ультрафиолета (УФ-В) и от 100 до 280 нм – областью жесткого или дальнего ультрафиолета (УФ-С).
Доля ультрафиолета в общем потоке излучения нагретого тела сильно зависит от его температуры. В обычных лампах, спираль которых редко нагревается выше 2600° C, практически все излучение приходится на видимую и инфракрасную (тепловую) области спектра, а на ультрафиолет – всего лишь около 0,1%. В так называемых галогенных лампах спираль можно нагреть сильнее, примерно до 3000° C, что в несколько раз увеличивает долю ультрафиолета в общем световом потоке, но все равно она остается весьма малой. Температура поверхности Солнца близка к 6000° C, поэтому УФ-излучение Солнца довольно значительно.
Итак, получать УФ-лучи накаливанием твердых тел – практически напрасная трата энергии, так как почти все излучение приходится на видимую и инфракрасную области. Более эффективный способ – возбуждение электрического разряда в газах и парах. Спектр излучения при этом получается линейчатым, в отличие от сплошного спектра раскаленных тел. Это означает, что испускаются не все длины волн, а только некоторые. Чаще всего применяют разряд в парах ртути
Ультрафиолет и кожа.
Проведя в первый же жаркий день значительное время под солнцем, особенно южным, человек обнаруживает, что его кожа стала розовой и горячей. Эти признаки быстро проходят после окончания солнечной ванны. Но через несколько часов кожа вновь сильно краснеет, как будто она обожжена, а в более тяжелых случаях образуются волдыри. Общее самочувствие тоже неважное. Все это – последствия ультрафиолетовой эритемы, которая может длиться от десяти часов до нескольких дней. Эритема означает по-гречески «краснота». По существу, это воспалительная реакция, ожог кожи. Когда эритема проходит, кожа темнеет, шелушится, и на ней, наконец, появляется загар. Все эти стадии едва ли не каждый испытал на себе – в большей или меньшей степени, и редко кому загар доставался совсем безболезненно. И все же: обязательно ли, чтобы загореть, кожа должна сначала слезть? Можно ли загореть, вовсе избежав ожога? Каков тот минимум облучения, который необходим для загара? Чтобы ответить на эти вопросы, надо было изучить, как действует на кожу свет с различной длиной волны и, следовательно, с разной энергией. Оказалось, что при облучении в коже происходит множество биологических, химических и физических процессов, изучением которых занимались многие ученые – химики, физики биологи, медики.
Действие света на различные химические соединения сильно зависит от длины волны. Кожа человека в этом отношении не составляет исключения. Экспериментально чувствительность кожи определяют по времени, которое необходимо для появления первых признаков эритемы. Зависимость чувствительности кожи от длины волны не плавная – на ней имеются два «горба» с максимумами в областях УФ-В и УФ-С. Это связано с тем, что лучи с определенными длинами волн поглощаются роговым слоем кожи, а также присутствующими в клетках кожи белками. Действие света в области этих максимумов различно. Так, при облучении в области УФ-С намного меньше пороговая доза, т.е. минимальная доза, которая вызывает покраснение кожи. Последействие при этом тоже меньше – покраснение быстро появляется, но зато быстро исчезает. Поэтому облучение в области УФ-С (такой свет дают ртутные лампы низкого давления) легко вызывает эритему, но она не слишком болезненна, так как для чувствительного ожога нужна очень большая доза. Исключение составляют глаза – для них опасны даже малые дозы ультрафиолета, они вызывают через некоторое время нестерпимую боль, а ощущение такое, как будто в глаза попал песок. Повторные облучения могут даже привести к катаракте. Поэтому в высокогорье, где доля ультрафиолета больше, нужно защищать глаза темными очками. В средней полосе и даже на черноморском пляже жесткого ультрафиолета (область С) в солнечном излучении нет – его могут дать только искусственные источники. Эритема кожи вызывается, в основном, лучами в области УФ-В, а они уже при небольшой передозировке вызывают ожог.
Загар в естественных условиях, как правило, связан с эритемой: сначала кожа краснеет, и лишь потом загорает. Однако для того, чтобы загореть, совсем не обязательно сначала «обгореть». Если облучение происходит малыми дозами (ниже пороговых) в течение многих дней, можно вовсе не довести кожу до покраснения и все же загореть. Важно, что организм привыкает к солнечной радиации, так что биодоза – минимальное облучение, вызывающее легкое и безболезненное покраснение кожи, постепенно увеличивается изо дня в день. Защитная реакция кожи настолько велика, что время появления эритемы может увеличиться от одной минуты до нескольких часов; отмечались даже случаи тысячекратного снижения чувствительности к УФ-излучению
Есть и еще одна возможность загореть без ожога – это действие мягкого ультрафиолета в области УФ-А. Раньше считалось, что такие лучи не могут вызвать загар, но это не совсем верно. В коже всегда есть бесцветная, восстановленная форма меланина. Под действием ультрафиолета, даже мягкого, происходит окисление этой формы и кожа слегка темнеет: это так называемая непосредственная пигментация. Однако ее эффективность мала – намного ниже, чем в области эритемной чувствительности кожи (ее максимум приходится на 297 нм, т.е. лежит в области УФ-В). Низкая эффективность мягкого ультрафиолета объясняется прежде всего тем, что под действием УФ-А новые пигменты в коже не образуются, а только усиливается окраска уже имеющихся. Значит, нужна некоторая загарная «затравка», образовавшаяся с участием тирозиназы. Если кожа заранее хотя бы слегка загорела, то пигментация под действием лучей УФ-А резко усиливается.
Спектральный максимум загара в области УФ-А приходится на 340 нм и не совпадает с максимумами эритемной чувствительности. Однако свет с длиной волны 340 нм уже проходит через обычное оконное стекло. Некоторые исследователи утверждают, что непосредственную пигментацию могут вызвать лучи даже в видимой области спектра – вплоть до 450 нм. Непосредственная пигментация, в отличие от эритемной, возникает практически без скрытого периода и достигает максимума примерно через час после начала облучения. У загара, вызванного мягким ультрафиолетом, несколько иной оттенок – красновато-коричневый, такой загар весьма устойчив и держится дольше, чем шоколадный южный загар, который довольно быстро «смывается».
Лампы для искусственного загара (они называются эритемными) должны давать много мягкого ультрафиолета. Они устроены примерно так же, как обычные люминесцентные лампы, но сделаны из стекла, прозрачного для мягкого ультрафиолета. На внутреннюю поверхность этих ламп нанесены специальные люминофоры, например, силикаты и фосфаты металлов второй группы, активированные тяжелыми металлами. Максимум излучения у таких ламп находится в области УФ-А, а жесткого ультрафиолета они совсем не излучают. Эритемная лампа дает примерно 45% излучения в области УФ-А, 35% – в области УФ-В, остальное – видимый свет. Эритемные лампы выгодно отличаются от ртутно-кварцевых тем, что при их работе в воздухе не образуются вредные оксиды азота и озон.
Другой источник мягкого ультрафиолета – это наше Солнце. Солнце испускает в значительных количествах и самые жесткие УФ-лучи, которые убивают все живое. Защищает нас земная атмосфера. В результате до земной поверхности никогда не доходят лучи с длиной волны меньше 286 нм. Реально же в умеренных широтах поверхности Земли не достигает свет с длиной волны менее 295 нм (в Москве – менее 301 нм). Так что для получения хорошего и безболезненного загара не нужно ездить на юг из средней полосы. Ведь в умеренных широтах доля мягкого солнечного ультрафиолета значительно выше, чем где-нибудь на Кавказе. Потому-то здесь редко бывают солнечные ожоги. Правда, для загара требуется долгое время, но зато он гораздо дольше держится, чем бронзовый, южный.
В горах при подъеме на каждые 100 м интенсивность суммарной УФ-радиации возрастает на 3–4%, причем, главным образом, за счет жесткого излучения. Поэтому солнечное излучение на больших высотах опасно, и прежде всего страдают глаза: они особенно чувствительны к ультрафиолету, который в тяжелых случая может даже привести к слепоте. Другая крайность – в северных районах, например, уже на широте Петербурга с 15 октября по 15 марта – «биологическая ночь»: лучи, способные вызвать эритему, в этот период вообще не достигают Земли. Москвичи лишены естественного ультрафиолета два зимних месяца. В тропиках проблема другая – защититься от вредного избыточного действия УФ-лучей.
Если уровень УФ-радиации высок (например, в яркий летний солнечный день), непосредственная пигментация (под действием УФ-А) не успевает защитить кожу, поэтому активируется фермент тирозиназа, которая «запускает» другой, биохимический механизм пигментации (под действием УФ-В), эффективность которого значительно выше.
Ультрафиолет и здоровье.
Общеизвестно, что УФ-лучи полезны, более того, необходимы для человека хотя бы потому, что под их действием в организме образуется витамин D (при длине волны 280–320 нм). Менее известно, что ультрафиолет в разумных дозах помогает организму подавлять простудные, инфекционные и аллергические заболевания, улучшает кроветворение, улучшает питание и кровоснабжение кожи, способствует нормализации обмена веществ, благотворно действует на аппетит и сон. Для химиков особенно важно то, что ультрафиолет повышает устойчивость ко многим вредным веществам, включая свинец, ртуть, кадмий, бензол, тетрахлорид углерода и сероуглерод. Однако здесь поджидает опасность, связанная с явлением сенсибилизации: под действием определенных химических соединений-сенсибилизаторов может значительно возрасти чувствительность к ультрафиолетовому и даже видимому свету. Такие соединения могут попасть в кожу и при непосредственном контакте, и при приеме внутрь. Известно довольно много сенсибилизаторов загара; среди них различные смолы, желчь, хинин, краситель метиленовый синий, эозин и даже мука, которая вызывает так называемую «гречишную» болезнь. Сенсибилизаторами могут быть и некоторые лекарства, например сульфаниламиды. При лечении такими препаратами следует избегать длительного пребывания на солнце.
Специально синтезированы соединения из группы фурокумаринов, обладающие особенно сильным фотосенсибилизирующим действием. Первое из подобных соединений – псорален было выделено в 1933 индийскими химиками из растительного сырья. Эти вещества используются в медицинской практике для получения лечебного загара, например, при псориазе (так называемая ПУВА-терапия; название происходит от сочетания «псорален – УФ-А» в английской транскрипции). В день облучения пациент глотает таблетку и через два часа его облучают эритемной лампой. Вскоре появляется сильный загар, который усиливается в течение ближайших недель без всякого покраснения кожи. В ходе лечения чувствительность к свету повышается настолько, что после приема лекарства необходимо в течение 6–8 часов носить темные очки, а летом защищать от света и лицо.
Избыток ультрафиолета угнетает защитные силы организма, вызывает нарушение обменных процессов, функций эндокринной системы. Неблагоприятно сказывается чрезмерное облучение на центральной нервной системе: появляются различные невротические реакции, вялость, а интенсивное облучение в интервале 270–334 нм может даже вызвать рак кожи, наиболее опасны лучи от 301 до 303 нм, т.е. как раз в той области, где самая высокая чувствительность к ожогу. Канцерогенная доза намного превосходит пороговую эритемную: рак возникает лишь при тысячекратном превышении пороговой дозы.
Чувствительность к ультрафиолету у разных людей различна. И для одного человека чувствительность зависит от состояния организма, тренированности, влажности кожи, приема лекарств. Спортсмены, например, менее чувствительны к УФ-лучам. Большое значение имеет и время года: наивысшая чувствительность обычно бывает в апреле – мае, после зимнего «солнечного голодания».
У большинства людей эритема закономерно переходит в загар, а при облучении мягким ультрафиолетом происходит непосредственная пигментация. Таких людей примерно 75%; при известной осторожности они могут загореть, не получив ожога. Другая группа (около 10%) – люди с повышенной чувствительностью к солнечным лучам. Обычно у них бледная кожа, часто с веснушками. Пороговое время появления эритемы для них очень мало, следовательно, загорать им трудно. Наконец, к третьей группе (примерно 15%) относятся люди с сильно пигментированной кожей. Они могут не опасаться особенно солнечного ожога, так как кожа у них пигментируется вовсе без покраснения.
Вот наилучшая схема для загара: начинать надо примерно с 1/4 – 1/2 биодозы, а затем постепенно увеличивать время пребывания на солнце до 2 – 4 биодоз. В средней полосе в ясный безоблачный день загорающий человек получает одну биодозу примерно за один час при высоте солнца над горизонтом 54°. А вот в Ялте или Новороссийске при высоте солнца 62–63° это время сокращается до 20 минут. Следует учесть, что биодоза для каждого человека индивидуальна. При желании ее несложно определить экспериментально. Это время, необходимое для появления легкой красноты; она зависит от местности, погоды и времени суток.
Загар возможен и при рассеянном излучении. Голубой цвет неба и красное солнце на закате объясняются рассеянием солнечного света в атмосфере, причем чем меньше длина волны, тем рассеяние сильнее. Самым сильным оно будет именно для ультрафиолетовых лучей. Когда солнце поднимается над горизонтом не выше 54°, в рассеянном солнечном излучении больше ультрафиолета, чем в прямых лучах. Утром и вечером, весною и осенью в северных районах полезный ультрафиолет доходит почти исключительно благодаря рассеянному излучению небесной сферы. Облака задерживают только прямые лучи. Рассеянная радиация проходит сквозь них почти беспрепятственно. Поэтому чтобы получать минимально необходимую для здоровья дозу ультрафиолета, надо побольше находиться на свежем воздухе, не заботясь особенно о том, попадет ли на кожу прямой солнечный свет.
Но и для получения загара совсем не обязательно лезть в пекло, под жаркие лучи солнца, вполне достаточно, если значительная часть небесной сферы не загорожена, например, домами или густым лесом. Идеальные условия – тень от одиноко стоящего дерева на открытом месте в ясный летний день (или тень от маленького тента на солнечном пляже) – в этих условиях биодоза увеличивается в 2–3 раза, соответственно удлиняется и время загара, зато он будет безболезненным.
Защита от ультрафиолета.
От интенсивной солнечной радиации надо защищаться.
Обычно те материалы, которые задерживают видимый свет, непрозрачны и для УФ-лучей. Обратное утверждение часто бывает неверным: вещество может быть совершенно прозрачным на вид и в то же время полностью задерживать УФ-лучи. При этом очень важна толщина материала. Например, обычное оконное стекло толщиной 0,1 мм весьма прозрачно во всей УФ-области, но то же стекло толщиной 3 мм пропускает свет уже только в области УФ-А. Так что теоретически, вопреки распространенному мнению, можно загореть и под стеклянной крышей. Но только теоретически, так как интенсивность мягкого ультрафиолета очень мала, и время загара должно быть велико.
Частично пропускает ультрафиолет и легкая одежда; наиболее прозрачны ткани редкого плетения из тонких волокон типа капрона. Из полимерных материалов самый прозрачный – полиэтилен: изготовленная из него пленка незначительно ослабляет УФ-радиацию Солнца.
Чтобы обезопасить кожу при длительном пребывании на солнце, используют специальные солнцезащитные кремы. Раньше их состав подбирали чисто эмпирически, не имея представления о том, какие химические реакции происходят в коже под действием света и какими свойствами должны обладать компоненты кремов. Так, в рецептурном справочнике, изданном с США в 1930-е, в состав солнцезащитных кремов рекомендовалось вводить различные экзотические вещества (трагант, миндальное масло, сосновое масло, китайское коричное масло и т.п.), а также различные сомнительные соединения, например, борную кислоту, буру, фенол.
Сейчас солнцезащитные кремы составляют на основании хорошо изученных процессов, происходящих в молекулах под действием света. В общем виде схему фотохимических процессов предложил в 1935 польский физик Александр Яблонский (1898–1980). Когда началась Вторая мировая война, Яблонский был призван в армию, в 1940 попал в плен Красной Армии, но ему повезло: в отличие от многих других польских офицеров, он не был расстрелян в Катыни и после войны смог вернуться на родину, отказавшись от предложения выдающегося советского оптика, президента Академии наук, С.И.Вавилова работать в СССР.
В соответствии со схемой Яблонского, молекула в основном синглетном состоянии (все электроны спарены) при поглощении кванта света переходит в возбужденное электронное состояние, тоже синглетное. Дальнейшая судьба молекулы может быть различной. Чаще всего она переходит в основное состояние (безызлучательный переход), а избыток энергии, принесенный квантом света, переходит в тепловую энергию, которая передается другим молекулам и рассеивается в окружающее пространство. Второй способ избавиться от энергии возбуждения – испустить квант света. Такое излучение называется флуоресценцией. Наконец, возбужденная молекула может вступить в ту или иную химическую реакцию. Существенно, что реакционная способность молекулы в возбужденном электронном состоянии обычно очень высока; единственное препятствие для нее вступить в химическую реакцию – малое время жизни: время перехода в основное электронное состояние исчисляется обычно миллиардными долями секунды.
При благоприятных условиях возбужденная молекула может изменить спиновое состояние, в результате образуется возбужденное триплетное состояние, в котором есть два неспаренных электрона. В этом состоянии молекула может находиться значительно дольше, чем в возбужденном синглетном. Потеря электронного возбуждения в триплетном состоянии может осуществляться разными путями: в результате безызлучательного перехода в основное состояние, путем испускания кванта света (такое излучение называется фосфоресценцией), в результате химической реакции.
Итак, у молекулы, поглотившей квант света, есть много путей дальнейшего превращения. Какой из них осуществится, зависит от относительной скорости каждого процесса: пойдет в основном самый быстрый. При облучении кожи ультрафиолетом вред приносят химические реакции возбужденных молекул. Так, фотохимические реакции молекул ДНК в клетках кожи могут вызвать различные повреждения, в том числе и канцерогенные. Основными поглощающими фрагментами молекул ДНК являются азотистые основания нуклеотидов – пиримидиновые и пуриновые. Под действием ультрафиолета пиримидиновые основания могут вступать в разнообразные реакции, из которых биологически наиболее существенны димеризация, гидратация и образование сшивок с белками. Это приводит к необратимым повреждениям молекул ДНК.
Пиримидиновые основания поглощают свет в области 200–300 нм. Однако деструкция ДНК может протекать и под действием света в области УФ-А. Поскольку это излучение не поглощается ДНК, в фотохимических процессах участвуют другие молекулы – сенсибилизаторы, передающие на ДНК энергию кванта света. К счастью, мягкий ультрафиолет действует сравнительно слабо: его вредное действие проявляется при интенсивности и дозе излучения на несколько порядков более высоких по сравнению с коротковолновым УФ-излучением.
Помимо ДНК, УФ-радиация действует и на белки. Их повреждение может приводить к тяжелым последствиям, поскольку к белкам относятся все ферменты. Из всех аминокислотных остатков белков повреждаются, в основном, триптофан и цистин, при этом триптофан ионизуется с образованием катион-радикала, обладающего очень высокой реакционной способностью. Так, он способен образовать сшивку с соседними группами полипептидной цепи белка. И если триптофан входит в состав активного центра фермента, его фотолиз неизбежно приведет к потере ферментативной активности. Выбитый из молекулы триптофана электрон также не приносит пользы клетке. Он может присоединиться к растворенному кислороду, образуя анион-радикал и далее, с участием ионов водорода, – активный гидропероксидный радикал НО2. Еще большее значение имеет непосредственное взаимодействие свободного электрона с аминокислотными остатками белковой молекулы, приводящее к их разрушению. Атаке подвергаются в основном молекулы цистина, содержащие серные мостики –S–S–. Присоединение электрона приводит к разрыву дисульфидных мостиков.
Солнцезащитные кремы должны помогать природным механизмам обезвреживать опасные кванты ультрафиолетового излучения. Эта помощь может быть чисто механической: такие соединения, как оксиды цинка или титана, образуют непрозрачный слой, который отражает и рассеивает ультрафиолетовое излучение. В состав кремов вводят также специально синтезированные органические соединения, которые поглощают солнечную радиацию в нужном диапазоне длин волн. При этом молекулы-защитники не должны сами испытывать фотохимических превращений с образованием вредных продуктов фотолиза, например, свободных радикалов. Возбужденные светом молекулы должны очень быстро возвращаться из возбужденного состояния в основное, после чего молекула вновь способна поглотить квант излучения и т.д. Конечно, к веществам в составе солнцезащитных кремов предъявляют и другие требования: они должны быть нетоксичными, не должны раздражать кожу.
Все соединения, удовлетворяющих указанным требованиям, содержат бензольные кольца, многие – сопряженные системы связей. Это обеспечивает высокую эффективность поглощения ультрафиолетового излучения. Первым из таких соединений, нашедших практическое применение, стала пара-аминобензойная кислота (ПАБК). Интересно, что она обладает и заметной биологической активностью – является фактором роста микроорганизмов, а также витаминоподобным веществом; одно из ее производных – фолиевая кислота (витамин Н). Сложные эфиры ПАБК (этиловый, пропиловый, изопропиловый) применяют в медицине в качестве местноанестезирующих средств. Одно из самых известных производных – новокаин.
Более эффективны эфиры коричной кислоты С6Н5–СН=СН–СООН и салициловой кислоты, производные бензофенона С6Н5–СО–С6Н5. Все эти соединения хорошо растворимы в неполярных средах и эффективно защищают кожу от ультрафиолетовой радиации, в том числе и области УФ-А. Другое важное свойство этих соединений – сильное поглощение света достигается при небольших концентрациях. Количественно защитное действие данного соединения или композиции выражается так называемым «защитным фактором». Он определяется отношением минимальной дозы радиации, вызывающей покраснение (эритему) защищенной кожи, к дозе излучения, вызвавшей такое же покраснения чистой кожи. Например, если эритема на чистой коже появилась через 10 минут облучения, а защищенной (в тех же точно условиях) – через час, то защитный фактор равен 6. Распространенный прием повышения защитного фактора – одновременное применение в одном креме двух или более различных соединений.