收稿日期:2001-01-02;修回日期:2001-03-12作者简介:涂国荣(1954-),女,高级工程师。

从事锕系元素的分离研究,近年来主要从事无机材料与天然功能材料的研究与应用。

紫外线对皮肤的光辐射损伤与防护研究涂国荣,王旭辉(西北核技术研究所,陕西 西安 710024)摘要:研究了阳光紫外线对皮肤造成的各种光辐射损伤,探讨了如何采取积极有效的防护措施、各类防晒剂的应用状况、以及防晒化妆品的发展趋势,并对此进行了详细的论述。

关键词:防晒化妆品;紫外线;光辐射;皮肤;损伤中图分类号:TQ 65812 文献标识码:A 文章编号:1001-1803(2002)01-0055-04人类赖以生存的地球,由于大气臭氧层的保护,阻挡了太阳光中99%的紫外线辐射,使地球上的万物生灵免受强紫外线的伤害,正是臭氧层这个大保护伞的保护,使地球这颗蓝色的星球,生机盎然,到处充满活力,臭氧层是人类和生物的天然保护屏障。

1985年首次报道南极臭氧空洞[1]以来,大气平流层臭氧耗损,已成为当今关注的全球性环境问题之一[2,3]。

臭氧层分布于10km~50km 平流层内,浓度的重心约在25km [4]处,等值平均厚度约013cm 左右[5],臭氧的大量耗损不仅导致太阳光中紫外线辐射通量增强,而且,对人类健康和生存环境也将造成难以估量的重大伤害。

研究紫外线对皮肤造成的光辐射损伤,采取积极有效的防护措施,对人体皮肤健康的保护具有重要意义。

1 紫外线辐射的物理和生物学特点紫外线是太阳光谱中波长200nm~400nm 部分,在太阳光中约占611%,见图1。

按波长长短,一般将紫外线分为三个区:C 区,短波紫外线200nm~280nm;B 区:中波紫外线280nm~320nm;A 区,长波紫外线320nm~400nm 。

太阳光中的短波紫外线由于波长短,基本上被大气臭氧层所吸收,不能到达地面。

对人体皮肤有生理作用的主要是B 区、A 区紫外线。

由图2[6]可以看出,B 区中波紫外线绝大部分被表皮吸收,少量透过真皮,被照射部位产生急性红斑效应。

A 区紫外线辐射占紫外线总能量的98%,绝大部分透过真皮,少量的透过真皮下的皮下组织,辐射穿透能力远远大于B 区紫外线,长期照射积累,易对皮肤造成严重的损伤。

2 紫外线对皮肤的光辐射损伤211紫外线辐射的急性损伤图1 太阳光线光谱Fi g.1 Sunlightspectrum图2 皮肤对光透过波长的依赖关系Fig.2 The dependence on solar wav eleng th penetrating the skin太阳光下,皮肤长时间受到强烈照射,若不采取任何保护措施,将导致皮肤的急性红班效应。

紫外线辐射数小时后皮肤变红,8h 达到高峰后慢慢减弱,这种情况称为日炙。

由太阳光引起日炙产生红班的最高波长域在300nm~310nm 范围,皮肤受到紫外线#55#第32卷第1期2002年2月日用化学工业China Surfactant D etergent &CosmeticsV o1.32N o.1Feb.2002照射后,被伤害的细胞产生炎症,使毛细血管亢进扩张,肉眼看到表皮皮肤潮红,皮肤晒后72h左右,开始逐渐变黑,由于黑色素细胞机能亢进,产生大量的黑色素,变为黝黑的皮肤,若恢复到原皮肤颜色需数月时间。

红斑效应严重者可伴有水肿、水疱、脱皮,全身症状可伴有寒颤、发烧、恶心等[7]。

212紫外线辐射导致的慢性光老化表1皮肤自然老化和光老化解剖学差别Tab11Differences in decrepi t dissection caused by light o f natural conditio ns项目光老化皮肤自然老化皮肤表皮皮肤变化表皮厚度表皮厚表皮薄表皮细胞细胞多样不定型细胞均一极性消失通常萎缩总是增生黑色素子体多样黑色素子体均匀分散角质层细胞增厚通常的细胞层多形态、多染色性的角质细胞大小均一角质细胞大小不同黑色素细胞细胞数增多细胞数减少细胞形态多样细胞均一黑色素子体产量增加黑色素子体产量不变胰细胞细胞数显著减少细胞数轻度减少细胞形态多样正常的细胞真皮皮肤变化黏性胶原蛋白显著增加轻微减少弹性纤维蛋白极大增加正常程度的增加形成变性无定性团块细胞规则地排列胶原蛋白纤维束和纤维明显减少纤维束增粗走向紊乱成纤维细胞增加,活性增强减少,不活化肥大细胞增加减少炎性细胞明显无炎性细胞毛细血管扩张无扩张淋巴管完全消失中等程度减少长波紫外线对皮肤的透射力强,可穿透表皮和大部分真皮层,破坏皮肤内的弹力纤维,使肌肉失去弹性,引起皮肤松弛,导致皮肤光老化。

皮肤的光老化和自然老化之间存在一定的相似之处,但在临床、组织病理学等方面有着明显的不同[8,10],表1为皮肤光老化与自然老化的解剖学差别[6]。

为了探讨紫外线对人体皮肤早期损伤的量效特性,刘扬等[10]通过对东北农林地区,对紫外线不同暴露水平人群中观察了470人次脸部皮肤与手部皮肤形态学的改变。

结果表明:紫外线对皮肤老化有明显的作用,低暴露组脸部皮肤老化从30岁开始,40岁皮肤老化占43%,60岁以上则为绝大部分;高暴露组脸部皮肤老化从20岁开始,50岁普遍老化:手部皮肤比脸部皮肤老化发生得更早,低暴露组20岁就有发生,40岁后占绝大多数,高暴露组人群较低暴露组人群老化提高约10年。

213紫外线辐射与皮肤肿瘤皮肤是一个非常重要的免疫器官,强紫外线照射,能抑制某些免疫反应的产生,造成免疫功能系统失衡,多途径诱发膜脂质过氧化链式反应,造成生物膜损伤,使皮肤产生变性变化[12]。

长期、大剂量紫外线照射对皮肤有直接破坏作用和光素作用,还可诱发基底细胞癌、鳞状细胞癌及黑色素瘤的发生。

美国在过去7年中黑色素瘤增加了83%[13],日本15年来增加了2倍[14]。

新西伯利亚城1993年以来,皮肤癌患者增加了50%[15],从1997年到1992年臭氧持续减少,引起低纬度地区(5b)基底细胞癌增加1%~ 2%,15b~25b地区增加8%~12%,55b~65b地区,北半球增加13%~15%,南半球增加20%~30%,磷状上皮癌增加的数量约是基底细胞癌的两倍,非黑色素瘤的发生随着紫外线暴露剂量增加而增加,并与紫外线辐射的累积照射剂量有相关性[13]。

预计在今后几十年,中纬度地区,皮肤癌患者将增加25% (每年增加30万病例),由白内障引起的眼损伤疾病增加70%(每年170万病例)[16]。

强紫外线对地球表面生物体的威胁日趋严重,不能不引起人们的高度重视。

3紫外线光辐射防护对太阳光中的紫外线辐射采取积极有效的防护措施,可预防和减轻皮肤的光辐射损伤,使皮肤在较短的时间内得到恢复,给皮肤造成的威胁将会大大减少[17]。

311国内紫外吸收剂和紫外散射剂使用状况近年来,人们的防晒意识,对皮肤的自我保护意识逐年增强,对保护有效的防晒化妆品的需求量越来越大。

每逢夏季各品牌防晒产品接联登台亮相,各知名品牌的防晒品更是如火如荼,以其强大的广告支持及稳定的消费群,力拢头筹。

近年来,北京日化研究所与国外有关公司合作,对国内市场上出售的60余种防晒产品进行了防晒成分的分析及测定[18]。

结果表明:95%的防晒产品添加有机吸收剂,70%的防晒产品加有无机粉体,85%的防晒产品中同时添加了2种或2种以上的有机吸收剂,配方中使用最多的防晒剂有5种之多。

使用频率较高的防晒剂有:甲氧基肉桂酸辛酯、二苯甲酮-3、辛基二甲基PABA、TiO2和ZnO2、丁基甲氧基二苯甲酰甲烷(parsol1789)、二苯甲酮-4等。

由于技术上的原因,大部分的防晒剂还是用于中#56#专论与综述日用化学工业第32卷波紫外线的防护,对长波紫外线重视不够。

虽然, U VA照射到人体的能量占紫外线总能量的98%,对皮肤的穿透性远大于U VB,长期的UV A照射,将导致皮肤严重的损害而难以治疗。

312国外紫外吸收剂和紫外散射剂使用状况[18] 31211美国市场防晒剂使用状况据统计,近年来美国市场上使用频率较高的防晒剂依次是:甲氧基肉桂酸辛酯、二苯甲酮-4、二苯甲酮-3、辛基二甲基PABA、水杨酸辛酯和丁基甲氧基二苯甲酰甲烷(parsol1789)等。

31212欧洲市场防晒剂使用状况近年来,欧洲产品中使用较为频繁的防晒剂品种有:丁基甲氧基二苯甲酰甲烷、A-甲基亚卞基樟脑(parsol5000)、甲氧基肉桂酸辛酯、TiO2和辛基三嗪酮等。

垄断欧洲防晒品市场的L c Oreal、Beiersdorf、Sara Lee和Johnson&Johnson四大公司,在他们全部的防晒化妆品中均使用了防长波(V UA)紫外吸收剂par2 sol1789、parsol5000。

可见,欧洲化妆品市场对长波紫外线日常防护的重视程度。

31213日本市场防晒剂使用状况日本资生堂公司和综研化学公司共同开发成功防长波(UV A)、功能优良的树脂粉末[18],它是将高吸光系数的二苯甲酰甲烷紫外吸收剂包封在聚甲基丙烯酸甲酯内制成,包封量达10%(质量分数),防UV A 的能力较单纯品高3倍,配入化妆品中高017倍,在皮肤上分布均匀、附着性好,透明性高,显示皮肤的自然本色。

积水化成品工业公司和住友大阪水泥公司开发成功其内部单分散有超微粒子氧化锌的聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)球状微粒子[18],新开发的微粒子是将经过表面处理的超微粒子氧化锌单分散在PM M A球状微粒内部制成,其紫外线遮蔽性强,透明高度,氧化活性受到抑制,微粒子呈球状,润滑性好,由于超微粒子氧化锌包封在PM M A内,几乎不吸收波长在400nm以上的可见光,只吸收U VA、U VB宽波长范围的紫外线。

313纳米TiO2与防晒纳米TiO2作为性能优异的新型物理遮光剂,以它的安全性和有效性,使它的应用范围愈来愈广泛。

通过对日本销售的37种防晒化妆品的分析,其中大多数产品含有纳米级TiO2,日本每年作为物理防晒剂、化妆粉底所需要的纳米级TiO2需求量达1000t[19]之多。

TiO2的粒径愈小,紫外线透过率愈少,抗紫外线能力愈强,平均粒径为10nm的TiO2分散在水中,几乎是无色透明的,质量分数为5%时,防晒系数能达到15,含量为10%(质量分数),防晒系数可达30[20]。

作为理想的物理遮光剂,TiO2的粒径以30nm~50nm 的金红石型为佳[19]。

314天然防晒剂的光辐射防护自然界中许多中草药天然植物,在化妆品中不仅具有很好的吸收紫外线能力,还具有抗菌、增白、消炎等作用,它们广泛分布在植物的花、果、叶、和心材中。

31411有机酸类3141111异阿魏酸它是北升麻根茎、田旋花中的主要有效成分,紫外吸收特征波长325nm,对波长305nm~310nm范围内的紫外线有强烈吸收,该波段紫外线导致光敏性红斑生成,对阳光晒黑型皮肤有增白作用[21]。