На главную

Мастерская Кирилла Недосекова

Разработка, производство, монтаж, обслуживание технологического оборудования для термической обработки, копчения и сушки пищевых продуктов.

Биологическое значение УФ-излучения

Характеристика диапазонов УФ-излучения

С момента зарождения жизни на Земле существование и развитие всех живых организмов, в том числе и человека, было связано и зависело от солнечного излучения.

В последние годы сформировались представления об отрицательном влиянии ультрафиолетовых лучей (УФ) солнечного света на кожу и организм человека. С целью защиты от вредного воздействия от солнечного излучения и замедления процессов фотостарения кожи широкое распространение приобретает косметика, содержащая солнцезащитные компоненты, в том числе - синтетические УФ-фильтры (СУФФ).

Однако, это направление развития косметологии и дерматологии находится в определённом противоречии как с фундаментальными знаниями о роли солнечного света в формировании и развитии живых организмов на Земле, так и с результатами современных токсикологических исследований.

Биологическое значение УФ-излучения

Энергия солнечного излучения при воздействии на кожу преобразуется в тепло или расходуется на фотохимические превращения биологических молекул. Чем длиннее волна солнечного света, тем больше составляющая тепловой энергии в солнечном излучении. В ходе фотохимических реакций в коже происходит образование свободных радикалов, перекисное окисление липидов, образование витамина D, формирование загара и другие биохимические процессы.

В зависимости от дозы УФ-воздействия (интенсивности, продолжительности, периодичности), а также от преобладания в солнечном излучении того или иного диапазона лучей физиологический эффект может быть как положительным (синтез витамина D) так и отрицательным (ожог, повреждение коллагеновых волокон и др.). Известно о влиянии УФ-лучей (при воздействии на кожу) на баланс мелатонина и серотонина - важнейших регуляторов эндокринной системы, медиаторов биоритмологических процессов [1].

Применение УФ-фильтров

УФ-фильтры косметических средств по физико-химическим свойствам подразделяются на:

  • неорганические фильтры (оксид титана, оксид цинка), которые выполняют функции экранирования и отражения лучей всего спектра,
  • синтетические (органические) фильтры (СУФФ), которые способны избирательно поглощать ультрафиолетовые лучи определенного спектра.

В зависимости от длины поглощаемой волны, СУФФ делятся на:

  • УФА-фильтры (поглощение в диапазоне 400-320нм),
  • УФВ-фильтры (320-280 нм),
  • УФС-фильтры (менее 280 нм).

Показатель солнцезащитной активности средства выражается в, определяемой по специальной методике, величине - SPF (sun protect factor). Чем выше показатель, тем выше степень защиты, т.е. тем продолжительней сохраняется блокирование проникновения лучей определенного спектра в кожу.

Изначально СУФФ вводились только в состав специальных солнцезащитных средств с целью защиты кожи от агрессивного воздействия УФ-излучения в южных регионах. В последствии СУФФ постепенно стали использоваться гораздо шире - в составе косметических средств различного назначения, для различных регионов (в том числе северных), для различных категорий населения (в том числе для детей).

Например, СУФФ используются в составе косметических средств (кремы, лосьоны, декоративная косметика, средства по уходу за волосами и др.) с целью предохранения самого препарата от разрушения и разложения на свету. Кроме того, СУФФ часто используют для расширения рекламируемых характеристик косметики - обеспечение солнцезащитных свойств средствам для повседневного ухода, защита кожи от фотостарения и т.п. В настоящее время в связи с маркетинговыми успехами, особенно на фоне мощной рекламной программы, применение СУФФ в составе косметических средств стало носить порой неоправданно широкий и масштабный характер.

Крайне трудно найти объяснение для необходимости защиты от «агрессии» солнца в средних и северных широтах особенно в зимнее время, или - за чем нужны солнцезащитные СУФФ в составе ночных косметических кремов (Eveline laboratories и др.).

Процессы D - витаминного обмена

Обеспечение организма животных и человека витамином D происходит двумя путями: за счёт эндогенного образования в коже под воздействием УФ-лучей и за счёт усвоения экзогенного витамина D в кишечнике из пищи.

Эндогенное образование витамина D3 это достаточно сложный процесс, состоящий из нескольких стадий:

  • биосинтез скволена и холестерина;
  • превращение холестерина в провитамин D3: 7-дегидрохолестерин (7-ДГХ);
  • образование превитамина D3 в ходе неферментативной, зависимой от УФ-света фотохимической реакции;
  • термическая трансформация превитамина D3 в витамин D3.

Затем эндогенный витамин D3 (и его метаболиты) из кожи и (или) поступивший с пищей витамин D3 с помощью D-связывающего белка, выполняющего транспортную функцию, поступает на последующие этапы в печень, почки, где происходит синтез гормона кальцитриола (1,25-(ОН)2 - D3). Кальцитриол выполняет целый ряд функций, основные из которых связаны с усвоением кальция, с формированием и регуляцией минерализации костной ткани.

При достаточной и регулярной инсоляции потребность человека в витамине D полностью обеспечивается фотохимическим синтезом в коже. Вот почему витамин D3 называют «солнечным витамином». Именно фотохимические стадии во многих аспектах являются определяющими и лимитирующими в деятельности D-гормональной системы. Пищевой источник витамина D выполняет лишь компенсирующую роль в случаях дефицита эндогенного витамина.

Активность фотохимических стадий синтеза витамина D3 находится в прямой зависимости от интенсивности, а также спектрального состава УФ-облучения и в обратной - от степени пигментации (загара) кожи. Наличие пигмента при сформированном загаре существенно увеличивает время достижения максимума накопления превитамина D3 в коже, вместо 15 мин - 3 часа

Летний загар и зимняя депигментация людей в северных широтах позволяют регулировать интенсивность образования витамина D3 в коже.

Одна из версий развития цивилизации (с юга на север, от чёрного цвета кожи к белому) говорит, что естественный отбор по цвету кожи способствовал образованию белой расы. На севере селекция шла в направлении белого цвета кожи в связи с необходимостью компенсации недостатка солнечного излучения и дефицита витамина, что могло быть причиной рахита и других заболеваний. А в южных широтах тёмный цвет кожи был необходим для защиты от избытка УФ-лучей [4, стр. 33-8].

Особенности фотохимического процесса образования витамина D3

Фотохимический процесс синтеза витамина D3 происходит только под воздействием на кожу световой и тепловой энергии с определёнными характеристиками. Реакции данного процесса являются неферментативными, т.е. абсолютно не зависят от присутствия и активности ферментов. Исходным субстратом реакции синтеза витамина D3 является провитамин D3. Более 80% продукции витамина D3 в коже происходит в эпидермисе, а остальное количество в дерме. Снижение синтеза витамина D3 в коже с возрастом, вероятно, является результатом локального дефицита субстрата. Концентрация 7-дегидрохолестерола в эпидермисе в возрастном интервале от 20 до 80 лет снижается приблизительно на 50% [5], что отрицательно сказывается на балансе кальция и других функциональных свойствах D-гормональной системы.

синтеза витамина D3

Процесс синтеза витамина D3 в коже принято делить на две стадии (схема 1):

  • 1. Образование провитамина D3 из провитамина D3.
  • 2. Образование витамина D3 из провитамина D3.

Первая стадия этого процесса (Про D3 > Про D3) происходит при воздействии световой энергии УФВ-лучей на провитамин D3. Наиболее оптимальным излучением для синтеза провитамина D3 являются лучи с длиной волны 290-300 нм (средняя часть УФВ-лучей). Провитамин D3 является достаточно неустойчивым соединением, из которого под воздействием различных факторов могут образоваться различные соединения:

  • Витамин D3 - в процессе термической изомеризации при температуре около 37°С (без участия дальнейшего облучения);
  • Люмистерин - при воздействии светового излучения с длиной волны более 290 нм;
  • Тахистерин - при воздействии светового излучения с длиной волны менее 290 нм; при этом чем короче длина волны (область УФС), тем более интенсивно происходит синтез тахистерина (схема 2).

синтез тахистерина

По-видимому, люмистерин и тахистерин можно рассматривать и как побочные продукты биосинтеза витамина D3 и как факторы регуляции, тормозящие избыточное образование витамина D3, т.е. как факторы защиты организма от гипервитаминоза.

Известно, что тахистерин является токсичным и легко окисляемым соединением, а люмистерин не обладает D-витаминной активностью, но способствует проявлению физиологической активности витамина D3. Кроме того, при избыточном УФ-облучении (особенно коротковолновой частью УФ-спектра) на разных этапах могут образовываться, так называемые, побочные продукты переоблучения (или деградации): из провитамина D3 - токсистерины и бихолестадиенолы, а из самого витамина D3 - супрастерины и другие соединения.

Теоретически процесс образования витамина D3 в естественных условиях можно представить следующим образом: из провитамина D3 под воздействием УФВ-лучей образуется превитамин D3, который превращается в витамин D3 при температуре 370С; и только по мере накопления витамина D3 (как конечного продукта реакции пре. D3 > вит. D3) происходит образование побочных продуктов люмистерина и тахистерина с относительным преобладанием первого, что связано с соответствующим преобладанием длинноволнового излучения (УФА и УФВ) над коротковолновым (УФС) в естественном солнечном свете.

Остаётся только невыясненным вопрос: откуда может появиться достаточная тепловая энергия для стадии про D3 > вит. D3? Поскольку температура в базальном слое эпидермиса, где происходит этот процесс, значительно ниже требуемой, по-видимому, можно определить несколько источников тепла для этой реакции. Во-первых, это энергия самого света, тепловая составляющая которой растёт по мере увеличения длины волны. Во-вторых, это разогрев кожи при интенсивной физической нагрузке. В-третьих, это гипертермия кожи, которая сопровождает воспалительную эритемную реакцию кожи на воздействие УФВ-лучей.

Из всех перечисленных источников, только эритема является местным и обязательным процессом, происходящим параллельно со стадиями фотохимического синтеза в ответ на УФВ-излучение. Следовательно, если объединить представления о эритемном воздействии УФВ-лучей, о синтезе меланина и о фотохимических процессах образования витамина D3 можно нарисовать следующую картину: УФВ-излучение инициирует образование превитамина D3 из провитамина D3, запускает процессы эритемного ответа организма. При этом эритемная воспалительная реакция необходима для синтеза меланина [9], а гипертермия эритемы способствует активизации химической трансформации превитамина D3 в витамин D3. В качестве примера для подтверждения этой гипотезы можно привести следующие данные: кратковременное (в течение 10-30 мин.) солнечное облучение лица и открытых участков рук эквивалентно приёму примерно 200 МЕ витамина D, тогда как повторное пребывание на солнце, сопровождающееся появлением умеренной кожной эритемы, вызывает повышение уровня выше наблюдаемого при многократном введении в дозе 10000МЕ.

Можно предположить, что эритема является естественной физиологической реакцией организма необходимой одновременно для создания защиты кожи от последующих доз УФ-излучения (образование загара) и для энергообеспечения процессов синтеза витамина D3. Образовавшийся меланин загара, являясь естественным фотофильтром, задерживает УФ-лучи, защищает от эритемы и от избыточного синтеза витамина D3. И лишь чрезмерное облучение (в зависимости от наличия загара и фоточувствительности кожи) способно вывести эритему за границы естественной физиологической реакции до острых проявлений фотоожога.

Подсчитано, что количество витамина D3, образующегося в коже под воздействием УФ-лучей, может составлять около 0,4-1 МЕ/см2 в сутки или до 17000 МЕ на всю поверхность тела взрослого человека (при рекомендуемом суточном потреблении витамина D3 c пищей для взрослых 200 МЕ). На образцах кожи человека in vitro показано, что уже через 15 минут после УФ-облучения количество превитамина достигает максимума, а при продолжении экспозиции его количество остаётся постоянным, но накапливается люмистерин и тахистерин (до 50% от исходной концентрации 7-ДГХ) [4, стр. 36]. Эти данные говорят о том, что для полноценного обеспечения суточной потребности организма в эндогенном витамине D3 (для молодых и людей среднего возраста) достаточно 10-20-ти минутного пребывания под открытым солнечным светом, содержащем УФВ-лучи.

Таким образом, основными условиями для синтеза витамина D3 в коже является:

  • 1. Наличие исходного субстрата - провитамина D3 (7-ДГХ).
  • 2. Воздействие реакционных факторов:
    • светового излучения диапазона УФВ с оптимальной длиной волны 290 - 300 нм.
    • теплового излучения, способного обеспечить местную температуру около 370 С.

Роль витамина D и D-гормональной системы

В последние десятилетия сформировались представления о витамине D не столько как о собственно витамине в классическом понимании этого термина, а как о стероидном прегормоне, образующемся в коже и превращающимся в организме в результате двух последовательных реакций гидроксилирования в активные гормональные формы.

Первая реакция гидроксилирования осуществляется преимущественно в печени при участии фермента 25-гидроксилазы с образованием промежуточной малоактивной транспортной формы - 25-OHD3 (кальцидиола).

Последующая реакция 1 a-гидроксилирования 25-OHD3 протекает, в основном, в клетках проксимальных отделов канальцев коры почек при участии фермента 1 a-гидроксилазы. В результате образуется D-гормон: 1a, 25-дигидроксивитамин D3 (кальцитриол).

Уровень образования D-гормона в организме взрослого человека составляет 0,3 - 1,0 мкг/сутки. Возможно также образование депо (запасов) промежуточных продуктов: витамина D3 в форме эфиров с жирными кислотами и транспортной формы 25-OHD3 в жировой и мышечной ткани.

Доказана принципиальная роль D-гормона не только в основных процессах, определяющих состояние костной ткани, а также в воздействии на целый ряд систем (иммунная, кроветворная) и на регулирование роста и дифференцировку клеток организма. Молекулярный механизм действия D-гормона аналогичен другим стероидным гормонам и заключается во взаимодействии в тканях со специфическими рецепторами, получившими название витамин D-рецепторов - VDR (vitamin D receptors). Эти рецепторы представлены во многих органах и тканях (табл.1), что является доказательством огромного спектра D-гормонального влияния.

Табл. 1. Тканевая и клеточная локализация витамин D-рецепторов.
CистемаТкань/ клетки
Желудочно-кишечный трактПищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, ободочная кишка
ПеченьКлетки паренхимы
МочевыделительнаяПочки, мочеточники
Сердечно-сосудистаяСердечная мышца
ЭндокриннаяГипофиз, щитовидная и паращитовидная железы, надпочечники
Экзокринные железыОколоушная, сальные
Репродуктивные органыЯички, яичники, плацента, матка, эндометрий
ИммуннаяТимус, костный мозг, В- и Т-лимфоциты
ДыхательнаяАльвеолярные клетки лёгких
Мышечно-скелетнаяОстеобласты, остеоциты, хондроциты, поперечно-полосатая мускулатура
Эпидермис и его производныеКожа (кератиноциты), молочные железы, волосяные фолликулы
Центральная нервная системаМозговые нейроны
Соединительная тканьФибробласты, клетки стромы

D-гормон, по аналогии с другими стероидными гормонами, реализует свои функции двумя путями - за счёт взаимодействия с VDR, локализованными в клеточном ядре; и за счёт связывания со специфическими рецепторами клеточных мембран. Через внеядерные мембранные рецепторы регулируются «быстрые» (в течение минут) биохимические реакции, в т.ч. стимуляция транспорта кальция в клетках кишечника и других тканях.

А через ядерные VDR, осуществляются «медленные» (в течение часов, суток) геномные процессы модуляции транскрипции генов в клетках-мишенях. Эти эффекты D-гормона вызывают изменение синтеза белковых молекул, которые, в свою очередь, реализуют соответствующие биохимические и физиологические функции, определяют состояние и активность тканей, органов.

Следует подчеркнуть, что D-гормональная система является практически универсальной и характерна для большинства живых организмов (рыбы, птицы, беспозвоночные и т.д.). Различия заключаются лишь в способах и местах образования, в путях восполнений дефицитов и возможностях образования резервов функциональных соединений этой системы.

Дефицит D-гормона обычно представлен D-гиповитаминозом, либо D-витаминной недостаточностью. Этими терминами обозначают снижение образования кальцидиола и кальцитриола, а также нарушение рецепции последнего. Дефицит D-гормона проявляется в нарушении кальций-фосфорного обмена (формирование скелета, ремоделирование и минерализация костей) и нарушении функцианирования D-эндокринной системы. Дефицит D-гормона ведет к развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата - рахита у детей, остеопороза у взрослых. В настоящее время отмечается тенденция к неуклонному росту распространённости этих заболеваний. Различные степени нарушения минерализации костной ткани выявляются практически у половины населения многих стран (Россия, США и др.).

Влияние селекции УФ-излучения

Представим различные варианты D-витаминного обмена при исключении или изменении реакционных факторов процесса синтеза витамина D3.

Основным физиологическим предназначением меланина в коже человека является регуляция количества УФ-излучения, проникающего в кожу. При этом естественный загар, обусловленный увеличением содержания меланина, следует оценивать как мощный фотофильтр, который обеспечивает равномерную (неселективную, неизбирательную) задержку всего спектра солнечного излучения - видимого и УФ-диапазонов [14]. Следовательно, меланин создаёт не только надёжную защиту от повреждающего воздействия УФ-лучей солнца, но и естественным образом контролирует баланс фотохимических процессов в коже, в т.ч. синтеза продуктов D-витаминного обмена.

Теперь допустим, что произошло избирательное исключение УФВ-лучей из полного спектра солнечного света, например при использовании синтетического УФВ-фильтра. В этом случае, замедлится или прекратится синтез превитамина, будет происходить накопление продуктов переоблучения провитамина, а также образование люмистерина и токсичного тахистерина. Уменьшится эритемная реакция, следовательно, замедлится синтез меланина и будет блокирован синтез витамина D.

Если предположить исключение УФА-лучей из солнечного света (применение УФА-фильтра), то процессы будут развиваться по иному сценарию. Поскольку УФА-лучи практически не задействованы в синтезе витамина D3, то можно ожидать лишь некоторое замедление синтеза пигмента загара и незначительное уменьшение доли люмистерина.

Что может происходить при защите кожи одновременно от лучей УФВ- и УФА-спектров с помощью УФВ- и УФА-фильтров? В этом случае в УФ-спектре солнечного света может присутствовать лишь незначительное количество лучей короче 290 нм. Будет обеспечена надёжная защита от эритемы, но зато замедлится синтез превитамина D3. Но даже и это незначительное количество превитамина будет трансформироваться только в тахистерин, а также будут образовываться другие продукты переоблучения. Следует ожидать замедления формирования загара и временного прекращения синтеза витамина D3. Соответственно будут нарушены взаимосвязанные дальнейшие этапы обмена физиологически значимых стероидов эндокринной системы.

Следует предположить, что использование УФВ-фильтров и комбинации УФА- и УФВ-фильтров в составе косметических средств может изменить естественные фотохимические процессы синтеза витамина D3 в коже и, соответственно, оказывать дестабилизирующее влияние на эндокринную систему организма. Однако это влияние не будет существенным при ограниченном, кратковременном использовании защиты от этого спектра излучения у людей со сформированной и устойчивой эндокринной системой. С другой стороны, возможно повышение риска долгосрочных побочных эффектов у людей с формирующейся (лабильной) эндокринной системой (у детей, подростков), в периоды эндокринных изменений (климактерический период, беременность, преклонный возраст), при длительном воздействии средств особенно с высокими значениями SPF.

Применение же отдельно УФА-фильтров не должно оказывать существенного влияния на синтез витамина D3 и связанные с ним физиологические процессы.

В тоже время, равномерная защита от всего спектра УФ-излучения в случаях:

  • сформированного загара;
  • использования неорганических УФ-фильтров, рассеивающих, отражающих УФ-излучение;
  • экранирования и рассеивания прямых солнечных лучей (ношение солнцезащитных головных уборов, одежды, лёгкая тень деревьев и т.п.);
  • использование комбинации УФА, УФВ и УФС-фильтров в составе солнцезащитной косметики.

- по-видимому, способна достаточно равномерно замедлить образование всех продуктов реакций D-витаминного обмена в коже, но при этом не нарушать и не десинхронизировать эти процессы.

В любом случае следует признать, что для понимания фотохимических процессов в коже требуются дальнейшие детальные исследования и их систематизация, особенно на пересечении таких аспектов как: фотохимия витамина D3, фото - и биохимия пигментообразования, развитие эритемы, влияние селекции УФ-излучения, взаимодействие этих процессов с эндокринной системой.

Обобщая изложенный материал можно заключить, что спектральный состав солнечного света является первичным фактором определяющим D-гормональный статус живых организмов, а следовательно, - состояние и физиологическую активность эндокринной системы, различных органов и тканей.

Биоритмологические аспекты

Известно, что спектральный состав солнечного света зависит от географической широты и изменяется циклично в соответствии с сезонами года. Это явление связано с тем, что вращение Земли меняет угол и толщину атмосферного слоя, через который проходит солнечный луч. В связи с этим, существенно изменяется спектр солнечного излучения, в частности, по содержанию УФВ-лучей, которые необходимы для синтеза витамина D3.

Для средних широт в период весна-лето характерно появление и увеличение УФВ-составляющей в солнечном спектре, а в период осень-зима происходит снижение и последующее исчезновение УФВ-лучей в солнечном свете. Данные изменения соответствующим образом отражаются на синтезе витамина D3 и активности D-гормональной системы. Следовательно, небезосновательным может являться предположение, что одним из основных ритмоводителей цикличности годовых ритмов физиологической активности живых организмов может выступать годовая ритмичность изменений спектрального состава солнечного света, воздействующего на наружние ткани, ответственные за синтез витамина D3. Кроме того, годовая ритмичность дефицита УФВ-излучения может служить побудителем к сезонным миграциям животных, перелетам птиц, спячке животных и т.д.

Для жителей высоких широт характерно, что в зимнее время синтез витамина D3 в коже практически прекращается, и только в определённое время года солнечное воздействие способно эффективно обеспечивать потребности организма в этом витамине. Если популярно интерпретировать эти данные [2, 15] с учётом географического расположения России и Европы, то можно нарисовать следующую картину - солнечное излучение способно обеспечить образование витамина D3 в коже в течении:

  • всего года в зоне 34° с.ш. и ближе к экватору (таких зон на территории России нет);
  • около 7 месяцев в году (с марта по октябрь) для жителей в зоне 40-43° северной широты (Сочи, Владикавказ, Махачкала);
  • около 6 месяцев в году (с середины марта до середины сентября) в зоне около 45° с.ш. (Краснодарский край, Крым, Владивосток);
  • около 5 месяцев в году (с апреля по сентябрь) в зоне около 50° с.ш. (Волгоград, Воронеж, Саратов, Иркутск, Хабаровск, центральные регионы Украины);
  • около 4 месяцев в году (с середины апреля до середины августа) в зоне около 55° с.ш. (Москва, Нижний Новгород, Казань, Новосибирск, Екатеринбург, Томск, Белоруссия, страны Прибалтики);
  • около 3 месяцев и менее (с мая по июль) в зоне 60° с.ш. и севернее (Санкт-Петербург, Архангельск, Сургут, Сыктывкар, Скандинавские страны).

При этом следует учитывать, что за этот период определённое количество дней могут быть пасмурными, а также смог и пыль будут препятствием на пути солнечного света.

Таким образом, основная масса жителей России, центра и севера Европы испытывает скорее дефицит, чем избыток гормонотропного солнечного воздействия. Может быть, поэтому у жителей средней полосы и северных регионов так неистребима тяга к отдыху на южных морях в бархатный сезон. Опираясь на интуицию и опыт предыдущих поколений, они едут отдохнуть, а при этом ещё и восполнить необходимую порцию солнечного витамина, получить дополнительный гормональный подзаряд для полноценной жизнедеятельности в зимний период. Однако, для жителей северных регионов и людей, малоопытных или малоподготовленных к интенсивному солнечному воздействию, эта «южная» активность солнечного излучения (с иным пропорциональным составом лучей солнечного спектра) может вызывать не только ожоги, но и спровоцировать сильнейший иммунный и гормональный всплеск, что может существенно повысить риск онкологических и других заболеваний. В этом случае использование средств солнцезащитной косметики (особенно в первые дни адаптации и формирования загара) является несомненной необходимостью.

В тоже время, в условиях средних и высоких широт, дополнительная изоляция от солнечных лучей с помощью СУФФ (особенно в средствах декоративной косметики и для повседневного ухода) или избегание солнечного облучения способны только усугубить проблемы дефицита витамина D (рахит, остеопороз), дисбаланса гормональной и иммунной систем. В соответствии с этим, у проживающих в высоких северных широтах, у лиц избегающих солнца и у лиц постоянно использующих средства с УФ-фильтрами гораздо выше зависимость от пищевых и лекарственных источников витамина D.

Северные народы компенсируют недостаток солнечного воздействия потреблением в пищу морской рыбы, богатой витамином D. В современных условиях наиболее адекватным методом компенсации сезонного D-витаминного дефицита следует рассматривать дозированную инсоляцию с помощью искусственных источников света (ламп), излучение которых по спектральным характеристикам наиболее приближенно к естественному летнему солнечному свету.

Кроме того, с изменением активности солнечного излучения и его спектрального состава (в частности с содержанием гормонотропных УФВ-лучей) воздействующего на кожу можно связывать ускорение полового созревания детей от севера к югу (60-40° с.ш.), а также такие биоритмологические аспекты как - многолетние периоды акселерации и др.

Токсичность УФ-фильтров

Токсикологическая классификация УФ-фильтров, а также список разрешённых для применения УФ-фильтров и уровень допустимых концентраций значительно варьируют в разных странах. В США СУФФ отнесены к компонентам безрецептурных лекарственных средств, что говорит о достаточно высокой требовательности к этой категории средств и относительной контролируемости условий их оборота.

В Европе синтетические УФ-фильтры (СУФФ) используются в качестве косметических ингредиентов, широко применяются не только в составе специальной солнцезащитной косметики, но и в средствах повседневного ухода за кожей и волосами, в декоративной, детской косметике и др. С помощью стандартных методов изучения токсичности для СУФФ были установлены допустимые концентрации при их наружном применении.

До последнего времени считалось, что основная проблема, которая сопровождает использование солнцезащитной косметики, это относительно высокая вероятность индивидуальной непереносимости определённого УФ-фильтра, что выражается раздражением кожи, аллергией или другими реакциями.

Однако, исследования токсикологов, проведённые в последние годы, показали гораздо более сложную картину, заставляющую ещё раз оценить и взвесить все плюсы и минусы применения СУФФ. Эти исследования проводятся в связи с фактом биоаккумуляции СУФФ в природе, что требует изучения их влияния на организмы животных и человека при долговременном поступлении не только через кожу, но и с пищей.

На опытах in vitro на культурах тканей человека установлено подавляющее влияние некоторых СУФФ (ОD - РАВА) в составе солнцезащитного крема на цикл развития клеток. Кроме того, показано, что СУФФ (ОD - РАВА) в составе солнцезащитного крема при сочетании с солнечным светом способен избирательно повреждать меланоциты кожи.

Изучение эндокринной активности нескольких, наиболее часто используемых, СУФФ проводилось в ходе целой серии экспериментов в институте фармакологии и токсикологии Университета Цюриха. Результаты этих исследований, проведенных in vitro (на культурах тканей), in vivo (на крысах) можно обобщить следующим образом: практически все СУФФ обладают, в той или иной мере, пролиферативным эффектом, большинство проявили эстрогенную активность, а два показали антиандрогенные свойства. Иными словами, все изученные СУФФ (кроме одного) оказывали на клетки тканей и живой организм гормоноподобное действие, хотя сами при этом являлись соединениями с различным химическим строением.

В таблице 2 приведены обобщённые результаты этих токсикологических исследований. Анализ данных показывает, что отдельное использование УФА-фильтра не оказывает воздействие на гормональную систему, а фильтры УФВ-спектра, в той или иной мере, проявляют гормоноподобный эффект.

Таблица 2. Сопоставление физико-химических свойств и токсикологических характеристик УФ - фильтров.
УФ-фильтры (INCI NAME)Принятое сокращениеХимическое названиеТип фильтраМаксимум спектра по-глощения, нмНаличие токсико-биологического эффекта
Пролиферативный эффект (РЕ)Эстрагенная активностьАнтиандрогенная активность in vitro
in vitroin vitro per osin vitro трансдерм
ButylmethoxydibenzoylmethaneВМDМ1-(4-tret-Butylphenyl)-3-(4-methoxyphenyl)-propane-1,3-dioneУФА357-----
Benzophenone-3ВР-32-Hydroxy-4-methoxy-benzophenoneУФА УФВ321-324 286+++- +
HomosalateHMS3,3,5-Trimethylcyclohexyl salicylateУФВ305+ +--+
4-methylbenzylidene camphor4-МВС3-(4'-Methylbenzylidene) d-l-camphorУФВ299 ++++-
Octyl-dimethyl-p-aminobenzoate ОD-РАВА2-Ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoate УФВ310++---
OctylmethoxycinnamateОМС2-Ethylhexyl-p-methoxycinnamateУФВ307-308++++-
3-benzylidene camphor3-ВС3-Benzylidene-d-l-camphorУФВ300 + ++--

Примечание: колонки 1-5 справочные данные 1-6 по материалам публикаций

Обозначения: «+» - наличие эффекта, «-» - отсутствие эффекта

С точки зрения биохимии это трудно объяснимый феномен - как столь непохожие химические соединения могут быть столь схожи в своём влиянии на эндокринную систему организма. Однако, с точки зрения особенностей фотохимических процессов в коже, обобщённые результаты токсикологических исследований можно интерпретировать по иному:

УФА-фильтр не обладает воздействием на гормональную систему; т.к. не может оказывать существенного влияния на синтез витамина D3 в коже.

УФВ-фильтры при долговременном использовании оказывают влияние на гормональную систему, т.к. могут нарушать баланс естественных фотохимических процессов синтеза витамина D3 и связанную с этим деятельность D-гормональной системы.

Дальнейшее токсикологическое изучение СУФФ в ходе долгосрочных экспериментов на животных показало отсутствие токсических эффектов у взрослых особей и высокую степень токсического воздействия на процессы формирования, развития плода, полового созревания новорождённых.

При использовании 4-метилбензилиден-камфоры для изучения токсического воздействия в постнатальном периоде выявлено снижение массы тела и тимуса, замедление полового созревания, изменение морфологии сперматозоидов, изменение массы репродуктивных органов.

Однако эти данные, полученные при раздельном изучении СУФФ, не позволяют утверждать об обязательности аналогичных эффектов при использовании комбинаций УФВ-, УФА- и дополнительном применении УФС-фильтров, обладающих в данной комбинации широким диапазоном поглощения УФ-излучения.

Наиболее безвредными следует считать неорганические УФ-фильтры (высокодисперсные порошки оксиды цинка, титана), которые не обладают выраженной селективностью поглощения в отношении каких либо диапазонов солнечного излучения и отражают (рассеивают) весь спектр солнечного света. Хотя с использованием только этих компонентов сложно создать солнцезащитную косметику с высокими показателями SPF, однако лишь они представляются наиболее безопасными для развития этого направления косметических средств особенно для таких категорий потребителей как дети и беременные.

Экология и УФ-фильтры

Производство СУФФ достаточно внушительно и составляет тысячи тонн в год. СУФФ, как правило, липофильны (жирорастворимы), не подвергаются разрушению под действием природных факторов и ферментов микроорганизмов. Поэтому они могут накапливаться (биоаккумулироваться) в природе, и в том числе, в живой ткани. Уже сначала 90-х годов стали появляться публикации о накоплении различных УФ-фильтров в тканях рыб, обитающих в озёрах Европы. Затем появились свидетельства биоаккумуляции УФ-фильтров в человеческом организме (по анализу материнского молока). Попасть и накопиться в жировых тканях человека СУФФ могут не только через кожу при нанесении СУФФ-содержащих косметических средств, но и приёме богатой жирами пищи (рыбы, мяса, молока). Данных о накоплении СУФФ в растительных жирах на данный момент, т.к. подобные исследования не проводились.

Можно спрогнозировать, что токсические эффекты, депопуляционные и другие социальные последствия воздействия СУФФ будут по ряду причин преимущественно отражаться на жителях северных и средних широт:

  • дефицит солнечного света, содержащего УФВ-лучи;
  • у северных животных и рыб сильнее развита жировая ткань;
  • специфика и традиции питания населения продуктами богатыми жирами;
  • концентрирование СУФФ в холодных водах и др.

Таким образом, биоаккумуляция и циркуляция в природе СУФФ, а, главное, возможность их накопления в человеческом организме и вероятность долгосрочных токсических эффектов - все это является объективной реальностью и происходит независимо от знаний человека об этих веществах и от его желания пользоваться или не пользоваться этими средствами.

В связи с этим, изучение и учёт токсикологических особенностей не только кратковременного, но долговременного и постоянного использования (воздействия) УФ-фильтров является актуальным вопросом современности.

Использование УФ-излучения в терапии

Методы фототерапии и фотохимиотерапии применяются при различных заболеваниях кожи. Известно использование в терапии фотосенсибилизаторов для повышения чувствительности кожи к световому излучению. Фотодинамическая терапия с применением порфиринов и видимого света используется для борьбы с новообразованиями. ПУВА-терапия с применением псораленов и излучения УФА-спектра используется для лечения кожных и других заболеваний - витилиго, псориаз, гнёздная плешивость, нейродермия, кожная Т-клеточная лимфома, ревматоидный артрит. При этом виде терапии основной биологический эффект реализуется через Т-клеточное звено иммунитета. Псоралены, используемые в фотохимических процедурах ПУВА-терапии, выступают в роли фотосенсибилизаторов, которые способствуют повышению чувствительности кожи к воздействию УФА-лучей.

Селективная фототерапия с применением УФВ-лучей также используется для лечения кожных заболеваний, в т.ч. псориаза.

Световая аппаратная косметология с использованием различных видов излучателей применяется для решения большого количества косметологических проблем кожи: потеря упругости, появление морщин, гиперпигментация, розацея и др.

В настоящее время появились перспективы применения активных метаболитов и производных витамина D3 для лечения многих заболеваний, характеризующихся гиперпролиферацией клеток, незавершённой дифференцировкой и избыточной активацией Т-клеток, в том числе при ревматоидном артрите, тиреоидите, диабете, трансплантации органов.

Аналог витамина D3 - кальципотриол, при использовании в виде мази (отдельно или в сочетании с селективной фототерапией) сравним по эффективности с кортикостероидными препаратами при лечении псориаза [26]. Он нормализует процесс деления клеток, стабилизирует иммунитет.

Основной биологический эффект ретиноидов при лечении псориаза также может быть связан с участием продуктов А-витаминного обмена (ретиналь, ретинол, ретиноевая кислота) в акте восприятия энергии светового луча, т.к. известно, что дефицит витамина А вызывает снижение чувствительности восприятия света, особенно в сумерках (куриная слепота).

Возможно, что многие терапевтические эффекты этих методов лечения связаны с механизмами D-витаминного обмена в коже. Но это не самое главное. Главное состоит в том, что любое селективное воздействие светового излучения (узким диапазоном лучей) или изменение чувствительности кожи к узкому спектру излучения (будь то фотосенсибилизация или, наоборот, фотофильтрация) ведут к серьёзным биологическим изменениям в коже и во всём организме.

При этом целенаправленное использование этих методов в терапевтических целях (под контролем специалиста) могут способствовать выздоровлению, укреплению организма. А необоснованное и бесконтрольное применение может нанести серьёзный ущерб здоровью.

Выводы

Из всего разнообразия фактов и гипотез, приведённых в данной публикации, следует сделать всего несколько простых выводов и рекомендаций:

  • 1. Солнечный свет в его полном диапазоне необходим человеку для полноценной жизнедеятельности.
  • 2. Следует избегать чрезмерного нахождения под прямыми солнечными лучами. Ограничение избыточного излучения можно осуществлять с помощью режима солнечных ванн, ношения одежды, использования солнцезащитных средств - зонтов, очков, солнцезащитной косметики.
  • 3. Следует развивать культуру солнечных ванн и методологию солнцевосполняющих процедур с использованием искусственных источников излучения, по спектральным характеристикам аналогичных солнечному свету. Данные процедуры должны быть адекватными (интенсивность, продолжительность с учётом возраста, типа кожи, пола, сезона, географической широты и т.д.) и сочетаться с достаточной физической активностью.
  • 4. Объективной информации обо всех фотохимических и фотобиологических процессах в коже недостаточно для однозначных и окончательных выводов и рекомендаций. В любом случае, использование узких спектров излучения или их выборочное блокирование (с помощью СУФФ) при воздействии на кожу, а также повышение чувствительности кожи к определенному спектру (с помощью фотосенсибилизаторов и т.п.) может существенно изменять естественные фотохимические процессы в коже и состояние многих систем организма. Таким образом, подобные воздействия и процедуры должны быть отнесены в разряд терапевтических (под контролем специалиста) и соответственно ограничены для повседневного применения в быту. Солнцезащитные средства и (или) средства содержащие СУФФ должны относится к препаратам специального и контролируемого использования.
  • 5. Информация о вероятности известных побочных эффектов этих средств (в том числе о долгосрочных токсических эффектах) должна быть доступна пользователю. Потребитель должен иметь право осознанного выбора - использовать косметику с СУФФ и защищать свою кожу от фотостарения или не пользоваться подобными средствами, чтобы не подвергаться риску гормональных дисбалансов.
  • 6. Область применения солнцезащитной косметики и СУФФ должна ограничиваться их прямым назначением - защита кожи от избытка солнечной радиации. Также необходимо регламентировать (ограничить) использование СУФФ:
    • для ряда категорий граждан: детский возраст, период интенсивного роста, преклонный возраст, беременные женщины, больные рахитом и остеопорозом, жители высоких широт;
    • в составе средств для повседневного ухода;
    • для жителей средних широт в осенне-зимний период.
  • 7. В связи с существующей вероятностью того, что долгосрочное воздействие СУФФ может способствовать формированию и развитию D-витаминного дефицита и (или) D-гормонального дисбаланса, важно детальное изучение этого вопроса и поиск способов компенсации этих нарушений.
  • 8. Для оценки уровня и специфики накопления СУФФ на территории России необходимо проведение объективного мониторинга окружающей среды и продуктов питания.
  • 9. Необходим поиск путей биодеградации СУФФ в природе.
  • 10. Кожа выполняет не только функции защиты, выделения, терморегуляции, вводно-солевого и липидного обмена, но и за счёт биохимических процессов (в т.ч. фотохимических) происходящих в ней, является органом, который участвует в системе регуляции иммунного и гормонального статуса организма, во многих аспектах определяет состояние эндокринной системы и обмена кальция, участвует в процессах биоритмологической синхронизации деятельности человеческого организма. Это необходимо осознавать и учитывать как дерматологам, косметологам, разработчикам лекарственных препаратов и средств по уходу за кожей, так и всем потребителям этих средств.