Η ηλιακή ακτινοβολία αναφέρεται στη συνεχή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης, η οποία περιλαμβάνει υπέρυθρες, ορατές και υπεριώδεις ακτίνες. Μεταξύ αυτών, το μπλε φως αντιπροσωπεύει το μικρότερο μήκος κύματος και την υψηλότερη ενεργειακή ζώνη εντός του ορατού φάσματος. Έρευνες δείχνουν ότι το μπλε φως έχει μεγαλύτερη διεισδυτικότητα από τις υπεριώδεις ακτίνες, προκαλώντας βλάβες στο δέρμα συγκρίσιμες με την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία.
Τα LED εκπέμπουν φως σε όλο το ορατό φάσμα. Η ευρεία χρήση οθονών υπολογιστών, κινητών τηλεφώνων και τηλεοράσεων LCD έχει αυξήσει την έκθεση του ανθρώπου στο μπλε φως. Τα κινητά τηλέφωνα και οι φορητοί υπολογιστές εκπέμπουν μπλε φως στο εύρος μήκους κύματος 400nm έως 460nm, με μήκη κύματος μεταξύ 400nm και 440nm να επιδεικνύουν κυτταροτοξικότητα έναντι των ινοβλαστών. Συνεπώς, η βλάβη που προκαλεί το μπλε φως στο δέρμα δεν πρέπει να παραβλέπεται.
Το μπλε φως προκαλεί πολλαπλές μορφές βλάβης στο δέρμα
Η φωτοβλάβη επηρεάζει κυρίως το δέρμα μέσω φωτοφυσικών, φωτοθερμικών και φωτοχημικών επιδράσεων. Οι κίνδυνοι του μπλε φωτός περιλαμβάνουν την πρόκληση φακίδων και κηλίδων γήρανσης, την επιτάχυνση της γήρανσης του δέρματος και την αύξηση της ευαισθησίας του δέρματος.
Το μπλε φως προκαλεί απόπτωση Όταν το μπλε φως δρα στα μιτοχόνδρια, προκαλεί απόπτωση. Τα μιτοχόνδρια λειτουργούν ως ο κύριος τόπος οξειδωτικού στρες και παραγωγής αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) μέσα στα κύτταρα, ρυθμίζοντας έτσι την απόπτωση. Τα μιτοχόνδρια απορροφούν το μπλε φως (410nm–440nm) μέσω της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, προκαλώντας οξειδωτικές αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό ROS.Τα ROS μειώνουν το δυναμικό της μιτοχονδριακής μεμβράνης, προκαλώντας το άνοιγμα των πόρων μετάβασης της μιτοχονδριακής διαπερατότητας (MPTP). Αυτό απελευθερώνει το μιτοχονδριακό κυτόχρωμα C (CytC), το οποίο συνδέεται με τον ενεργοποιητή πρωτεΐνης 1 που σχετίζεται με την απόπτωση (Apaf-1), σχηματίζοντας το αποπτωτικό σύμπλεγμα Apaf-1-CytC.Μέσα στην κυτταροπλασματική μήτρα, το αποπτωτικό σύμπλεγμα προσλαμβάνει την οικογένεια των κασπασών. Η κασπάση-9 υφίσταται αυτοδιάσπαση και ενεργοποίηση, ενεργοποιώντας στη συνέχεια την κασπάση-3 και την κασπάση-7, ξεκινώντας μια αλληλουχία αντιδράσεων που προκαλούν απόπτωση.
Ταυτόχρονα, το μπλε φως που μεσολαβείται από την φθορίζουσα ομάδα A2E της λιποφουσκίνης προκαλεί κυτταρική βλάβη.Ο ενδοκυτταρικός μεταβολίτης λιποφουσκίνη χρησιμεύει ως δείκτης για τα γηρασμένα κύτταρα. Η κύρια φθορίζουσα ομάδα του, η N-ακετυλερυθριτόλη-N-ρετινόλη αιθανολαμίνη (A2E), εμφανίζει υψηλή ευαισθησία στο μπλε φως. Μετά από διέγερση με μπλε φως, η A2E επιταχύνει την παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) και ενεργοποιεί την οδό της απόπτωσης.Η έρευνα δείχνει ότι η A2E εντοπίζεται κυρίως στα λυσόσωμα, με μικρή κατανομή στις μεμβράνες των μιτοχονδρίων, και απουσιάζει από άλλα οργανίδια. Η βλάβη των κυττάρων από το μπλε φως που προκαλείται από την A2E εκδηλώνεται με δύο διαφορετικούς τρόπους. Πρώτον, η έκθεση στο μπλε φως διαταράσσει τη διαμεμβρανική κλίση ηλεκτρονίων των λυσωσωμάτων, οδηγώντας στην απελευθέρωση ενζύμων των λυσωσωμάτων και ROS στο κυτταρόπλασμα, προκαλώντας έτσι απόπτωση.Δεύτερον, το A2E στη μιτοχονδριακή μεμβράνη προκαλεί ανωμαλίες στη μιτοχονδριακή μεμβράνη, προκαλώντας την απελευθέρωση παραγόντων που προάγουν τον θάνατο, Apaf, και παραγόντων που προκαλούν απόπτωση (AIF), ξεκινώντας έτσι τη διαδικασία απόπτωσης που μεσολαβείται από τα μιτοχόνδρια.Η έρευνα σχετικά με τη φωτογήρανση του δέρματος που προκαλείται από το μπλε φως υποδηλώνει ότι, όπως και η υπεριώδης ακτινοβολία, το μπλε φως παράγει αντιδραστικά είδη οξυγόνου που ενεργοποιούν την οδό σηματοδότησης της μιτογόνο-ενεργοποιημένης πρωτεϊνικής κινάσης (MAPK). Αυτή η οδός ενεργοποιεί στη συνέχεια παράγοντες μεταγραφής όπως η κινάση c-Jun N-terminal (JNK) καιτην εξωκυτταρική κινάση που ρυθμίζεται από σήματα (ERK) και την p38, ενεργοποιώντας έτσι τον παράγοντα μεταγραφής AP-1 και προκαλώντας την έκφραση της μεταλλοπρωτεϊνάσης της μήτρας (MMP).Μεταξύ αυτών των ανώμαλα εκφραζόμενων MMP, η MMP-1 αποικοδομεί τις πιο κρίσιμες ίνες κολλαγόνου τύπου Ι και τύπου ΙΙΙ στο ανθρώπινο δέρμα, ενώ η MMP-3 αποικοδομεί τις ίνες κολλαγόνου τύπου IV στη βασική μεμβράνη, προκαλώντας έτσι φωτογήρανση στο δέρμα. Τόσο το μπλε φως όσο και η υπεριώδης ακτινοβολία είναι πρωταρχικές αιτίες γήρανσης του δέρματος. Ενώ υπάρχουν εκτενείς έρευνες σχετικά με τις επιδράσεις της ακτινοβολίας UVA και UVB στο δέρμα, οι μελέτες που διερευνούν την επίδραση του μπλε φωτός απαιτούν περαιτέρω πρόοδο.Σε σύγκριση με την υπεριώδη ακτινοβολία, το μπλε φως έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, επιτρέποντας μεγαλύτερη διείσδυση στην επιδερμίδα και το χόριο. Αυτό του επιτρέπει να προκαλεί σημαντική βλάβη στα μιτοχόνδρια των επιθηλιακών κυττάρων. Η ένταση του μπλε φωτός που εκπέμπεται είναι συγκρίσιμη με εκείνη της μεσημεριανής υπεριώδους ακτινοβολίας, προκαλώντας εύκολα ερυθρότητα, φλεγμονή, ξηρότητα, απολέπιση και σφίξιμο του δέρματος.Έρευνες επιβεβαιώνουν ότι το μπλε φως αλλοιώνει τη δομή των επιδερμικών κυττάρων και μειώνει την παραγωγή κολλαγόνου και ελαστίνης, οδηγώντας στη φωτογήρανση του δέρματος. Επομένως, η βλάβη που προκαλεί το μπλε φως στο δέρμα προέρχεται κυρίως από τη συσσώρευση αντιδραστικών ειδών οξυγόνου, τα οποία προκαλούν κυτταρική βλάβη, απόπτωση και προβλήματα όπως η φωτογήρανση.
Το μπλε φως προκαλεί χρώση του δέρματος μέσω της Opsin3, ενός μέλους της υπεροικογένειας των υποδοχέων που συνδέονται με την πρωτεΐνη G και που υπάρχει στα κερατινοκύτταρα και τα μελανοκύτταρα της επιδερμίδας. Το μπλε φως ενεργοποιεί την Opsin3, προκαλώντας την ενδοκυτταρική έκφραση της τυροσινάσης και της ισομεράσης της ντοπα-δεϋδρογενάσης, η οποία προάγει τον σχηματισμό μελανίνης και έχει ως αποτέλεσμα τη χρώση του δέρματος.
Έρευνες δείχνουν ότι όταν χρησιμοποιούνται αντηλιακά ευρέος φάσματος που μπλοκάρουν την ακτινοβολία UVB και μέρος της ακτινοβολίας UVA, η μεγαλύτερη κυτταρική βλάβη μπορεί να προέρχεται από το μπλε φως του ηλιακού φωτός και την υπολειπόμενη ακτινοβολία UVA. Τα αντηλιακά που μπλοκάρουν μόνο την ακτινοβολία UVA μπορούν να μειώσουν μόνο εν μέρει τη δημιουργία ελεύθερων ριζών στο ανθρώπινο δέρμα. Επομένως, το μπλε φως συμβάλλει επίσης σημαντικά στη συσσώρευση ελεύθερων ριζών στο σώμα.
Περιορισμένη προστασία από το μπλε φως από τα αντηλιακά
Η έκδοση του 2015 των Τεχνικών Προδιαγραφών Ασφάλειας Καλλυντικών ορίζει τα αντηλιακά ως ουσίες που προστίθενται στα καλλυντικά για την προστασία του δέρματος από συγκεκριμένες βλάβες από την υπεριώδη ακτινοβολία ή για την προστασία του ίδιου του προϊόντος, χρησιμοποιώντας την απορρόφηση, την ανάκλαση ή τη διάχυση του φωτός. Αυτή η προδιαγραφή απαριθμεί 27 επιτρεπόμενα αντηλιακά καλλυντικών, τα οποία κατηγοριοποιούνται κυρίως ως ανόργανα ή οργανικά.
Τα ανόργανα αντηλιακά προστατεύουν κυρίως από την υπεριώδη ακτινοβολία μέσω της απορρόφησης και της σκέδασης του φωτός. Το διοξείδιο του τιτανίου και το οξείδιο του ψευδαργύρου, και τα δύο με νανομεγέθη σωματίδια, είναι σήμερα τα πιο κοινά ανόργανα αντηλιακά στα καλλυντικά αντηλιακής προστασίας, τα οποία λειτουργούν απορροφώντας τις υπεριώδεις ακτίνες.Τόσο το διοξείδιο του τιτανίου όσο και το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ημιαγωγικά υλικά. Τα ενεργειακά τους κενά (η διαφορά ενέργειας μεταξύ του χαμηλότερου ενεργειακού επιπέδου της ζώνης αγωγιμότητας και του υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου της ζώνης σθένους) είναι 3,06 eV (τύπος ρουτιλίου, τύπος R) και 3,23 eV αντίστοιχα, που αντιστοιχούν σε μήκη κύματος απορρόφησης 405 nm και 385 nm. Κατά συνέπεια, μπορούν να απορροφήσουν αποτελεσματικά μόνο το υπεριώδες φως εντός του εύρους μήκους κύματος 100 nm έως 400 nm.
Τα μεγαλύτερα μεγέθη σωματιδίων στα αντηλιακά ενισχύουν τη σκέδαση αλλά μειώνουν την απορρόφηση. Τα μικρότερα σωματίδια εξασθενίζουν τη σκέδαση ενώ ενισχύουν την απορρόφηση. Όταν το μέγεθος των σωματιδίων είναι αρκετά μικρό, η σκέδαση του φωτός γίνεται αμελητέα, με αποτέλεσμα υψηλή διαπερατότητα. Έτσι, τα ανόργανα αντηλιακά νανοκλίμακας εμποδίζουν αποτελεσματικά την υπεριώδη ακτινοβολία αλλά δεν μπορούν να προστατεύσουν από το μπλε φως.
Τα οργανικά αντηλιακά περιέχουν αρωματικές ή χρωμοφόρες δομές στα μόρια τους. Απορροφούν φωτόνια μέσω κλειστών συζευγμένων συστημάτων, απελευθερώνοντας ενέργεια μέσω συντονισμένων κβαντικών μεταβάσεων ή φθορισμού/φωσφορισμού. Ταυτόχρονα, η διαδικασία ενολίωσης προκαλεί την κατανάλωση ενέργειας από το μόριο, δημιουργώντας έναν ενεργειακό κύκλο όπου οι καταστάσεις υψηλής ενέργειας μεταβαίνουν σε καταστάσεις χαμηλότερης ενέργειας, παρέχοντας έτσι προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία.Έρευνες δείχνουν ότι οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι απορροφητές υπεριώδους ακτινοβολίας απορροφούν μήκη κύματος αποκλειστικά εντός του υπεριώδους φάσματος και δεν απορροφούν το ορατό φως. Κατά συνέπεια, τα οργανικά αντηλιακά δεν προσφέρουν προστασία από το μπλε φως.
Τα αντηλιακά που έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία δεν αρκούν για να προστατεύσουν το σώμα από τις φωτοχημικές βλάβες που προκαλεί το μπλε φως. Τα τελευταία χρόνια, στην διεθνή αγορά έχουν εμφανιστεί καλλυντικά που ισχυρίζονται ότι προστατεύουν το δέρμα από τις βλάβες του μπλε φωτός. Τα περισσότερα από αυτά τα προϊόντα βασίζονται σε αντιοξειδωτικές αρχές. Αν και μπορούν να μετριάσουν σε κάποιο βαθμό τις βλάβες του μπλε φωτός στο δέρμα, τα υπάρχοντα πειράματα δείχνουν ότι τα αντιοξειδωτικά από μόνα τους δεν μπορούν να επιτύχουν την ιδανική προστασία από το μπλε φως.
Η διερεύνηση των μηχανισμών με τους οποίους το μπλε φως βλάπτει το δέρμα είναι απαραίτητη. Αυτή η έρευνα όχι μόνο παρέχει θεωρητική υποστήριξη για την ανάπτυξη καλλυντικών που προστατεύουν από το μπλε φως, αλλά και προσδιορίζει στόχους για την ακριβή φροντίδα του δέρματος. Ο τομέας των καλλυντικών που προστατεύουν από το μπλε φως έχει σημαντικό δυναμικό για μελλοντική ανάπτυξη.