A napsugárzás a Föld felszínére érkező folyamatos elektromágneses sugárzást jelenti, amely infravörös, látható fény és ultraibolya sugarakból áll. Ezek közül a kék fény a legrövidebb hullámhosszúságú és a legmagasabb energiájú sáv a látható spektrumon belül. Kutatások szerint a kék fény nagyobb áthatolóképességgel rendelkezik, mint az ultraibolya sugarak, és a bőrre hasonló káros hatást gyakorol, mint az UV-sugárzás.
A LED-ek a teljes látható spektrumban bocsátanak ki fényt. A számítógép-monitorok, mobiltelefonok és LCD-televíziók széles körű elterjedése növelte az emberek kék fénynek való kitettségét. A mobiltelefonok és laptopok 400 nm és 460 nm hullámhossz-tartományban bocsátanak ki kék fényt, és a 400 nm és 440 nm közötti kék fény citotoxikus hatással lehet a fibroblasztokra. Ezért nem szabad figyelmen kívül hagyni a kék fény által a bőrön okozott károsodást.
A kék fény többféle formában károsítja a bőrt
A fotokárosodás elsősorban fotofizikai, fototermikus és fotokémiai hatások révén érinti a bőrt. A kék fény káros hatásai között szerepel a szeplők és öregségi foltok kialakulásának elősegítése, a bőr öregedésének felgyorsítása és a bőr érzékenységének fokozása.
A kék fény apoptózist indukál Amikor a kék fény hat a mitokondriumokra, apoptózist indukál. A mitokondriumok az oxidatív stressz és a reaktív oxigénszármazékok (ROS) termelődésének elsődleges helyszínei a sejtekben, ezáltal szabályozva az apoptózist. A mitokondriumok az elektron transzport láncon keresztül abszorbeálják a kék fényt (410 nm–440 nm), ami oxidatív reakciókat indít el, amelyek ROS képződést indukálnak.A ROS csökkenti a mitokondriumok membránpotenciálját, ami a mitokondriumok permeabilitási átmeneti pórusainak (MPTP) megnyílását okozza. Ez felszabadítja a mitokondriumok citokróm C-jét (CytC), amely az apoptózissal kapcsolatos fehérje aktivátor-1-hez (Apaf-1) kötődik, és így kialakul az Apaf-1-CytC apoptotikus komplex.A citoplazmatikus mátrixban az apoptotikus komplex toborozza a kaszpáz családot. A kaszpáz-9 önhasító aktiváción megy keresztül, majd aktiválja a kaszpáz-3-at és a kaszpáz-7-et, elindítva egy apoptózist kiváltó reakciók kaszkádját. Ezzel párhuzamosan a lipofuscin fluoreszkáló csoport A2E által közvetített kék fény sejtkárosodást okoz.Az intracelluláris metabolit lipofuscin a szeneszkáló sejtek markereként szolgál. Fő fluoreszkáló csoportja, az N-acetil-eritritol-N-retinol-etanolamin (A2E) nagy érzékenységet mutat a kék fényre. Kék fény stimuláció hatására az A2E felgyorsítja a reaktív oxigénszármazékok (ROS) termelődését és aktiválja az apoptózis útvonalat.A kutatások azt mutatják, hogy az A2E elsősorban a lizoszómákban lokalizálódik, kis mértékben a mitokondriumok membránjain, más organellákban pedig egyáltalán nem található meg. Az A2E által közvetített kék fény okozta sejtkárosodás két különböző úton nyilvánul meg. Először is, a kék fény hatására megszakad a lizoszómák transzmembrán elektron gradiense, ami a lizoszómális enzimek és a ROS citoplazmába való kibocsátásához vezet, ezáltal apoptózist indukálva.Másodszor, a mitokondriális membránon található A2E mitokondriális membrán rendellenességeket indukál, ami halálos tényezők, Apaf és apoptózist indukáló faktor (AIF) felszabadulását eredményezi, ezáltal elindítva a mitokondrium által közvetített apoptotikus folyamatot.A kék fény által kiváltott bőr fotózásáról szóló kutatások arra utalnak, hogy az ultraibolya sugárzáshoz hasonlóan a kék fény is reaktív oxigénfajokat generál, amelyek aktiválják a mitogén-aktivált proteinkináz (MAPK) jelátviteli útvonalat. Ez az útvonal ezután aktiválja a downstream transzkripciós faktorokat, mint például a c-Jun N-terminális kináz (JNK) ésaz extracelluláris jel által szabályozott kináz (ERK) és a p38, ezáltal aktiválva az AP-1 transzkripciós faktort és indukálva a mátrix metalloproteináz (MMP) expresszióját.Ezek közül a rendellenesen expresszálódó MMP-k közül az MMP-1 lebontja az emberi bőr legfontosabb I. és III. típusú kollagénszálait, míg az MMP-3 a bazális membrán IV. típusú kollagénszálait bontja le, ezáltal fotózás hatását váltva ki a bőrön. A kék fény és az ultraibolya sugárzás egyaránt a bőr öregedésének elsődleges okai. Míg az UVA- és UVB-sugárzás bőrre gyakorolt hatásait már széles körben kutatták, a kék fény hatását vizsgáló tanulmányok még további fejlesztésre szorulnak.Az ultraibolya sugárzáshoz képest a kék fény hullámhossza hosszabb, így jobban behatol a felhámba és a bőrbe. Ezáltal jelentős károsodást okozhat az epiteliális sejtek mitokondriumában. A kibocsátott kék fény intenzitása összehasonlítható a déli ultraibolya sugárzáséval, könnyen okozhat bőrpírt, gyulladást, szárazságot, hámlást és feszültséget.A kutatások megerősítik, hogy a kék fény megváltoztatja a felhámsejtek szerkezetét és csökkenti a kollagén és az elasztin termelését, ami a bőr fény okozta öregedéséhez vezet. Ezért a kék fény által a bőrön okozott károsodás elsősorban a reaktív oxigénfajok felhalmozódásából származik, ami sejtkárosodást, apoptózist és olyan problémákat okoz, mint a fény okozta öregedés.
A kék fény az Opsin3-on keresztül indukálja a bőr pigmentációját, amely a G-proteinekhez kapcsolt receptor szupercsalád tagja, és az epidermisz keratinocitáiban és melanocitáiban található. A kék fény aktiválja az Opsin3-at, ami a tirozináz és a dopa-dehidrogenáz izomeráz intracelluláris expresszióját váltja ki, ami elősegíti a melanin képződését és a bőr pigmentációját eredményezi.
Kutatások szerint, ha széles spektrumú, az UVB-t és részben az UVA-t blokkoló napvédő krémeket használnak, a sejtek károsodásának nagy része a napfény kék fényéből és a maradék UVA-ból származhat; az UVA-t blokkoló napvédő krémek csak részben csökkentik a szabad gyökök képződését az emberi bőrben. Így a kék fény is jelentősen hozzájárul a szabad gyökök felhalmozódásához a szervezetben.
A napvédő krémek korlátozott kék fény elleni védelme
A Kozmetikai Biztonsági Műszaki Specifikációk 2015-ös kiadása a napvédő krémeket olyan anyagokként definiálja, amelyeket a kozmetikumokba építenek be, hogy megvédjék a bőrt a specifikus ultraibolya sugárzás káros hatásaitól, vagy hogy megóvják magát a terméket, fényelnyelés, visszaverés vagy szórás segítségével. Ez a specifikáció 27 engedélyezett kozmetikai napvédő krémet sorol fel, amelyeket elsősorban szervetlen vagy szerves kategóriákba sorolnak.
A szervetlen napvédő szerek elsősorban a fény elnyelésével és szétszórásával védik a bőrt az UV-sugárzástól. A titán-dioxid és a cink-oxid, amelyek mindkettő nanoméretű részecskékből állnak, jelenleg a leggyakoribb szervetlen napvédő szerek a napvédő kozmetikumokban, és UV-sugarak elnyelésével működnek.A titán-dioxid és a cink-oxid egyaránt félvezető anyagok. Sávszélességük (a vezetési sáv legalacsonyabb energiaszintje és a valencia sáv legmagasabb energiaszintje közötti energia-különbség) 3,06 eV (rutil típus, R-típus) és 3,23 eV, ami 405 nm és 385 nm abszorpciós hullámhosszoknak felel meg. Következésképpen csak a 100 nm és 400 nm hullámhossz-tartományban képesek hatékonyan abszorbeálni az ultraibolya fényt.
A napvédő krémekben a nagyobb részecskeméret fokozza a szórást, de csökkenti az abszorpciót; a kisebb részecskék gyengítik a szórást, miközben erősítik az abszorpciót. Ha a részecskeméret elég kicsi, a fény szórása elhanyagolhatóvá válik, ami magas átviteli tényezőt eredményez. Így a nanoszkópikus méretű szervetlen napvédő krémek hatékonyan blokkolják az ultraibolya sugárzást, de nem képesek árnyékolni a kék fényt.
A szerves napvédő szerek molekuláikban aromás vagy kromofor szerkezeteket tartalmaznak. Zárt konjugált rendszereken keresztül abszorbeálják a fotonokat, és rezonáns kvantumátmenetek vagy fluoreszcencia/foszforescencia útján bocsátanak ki energiát. Ezzel párhuzamosan az enolizációs folyamat miatt a molekula energiát fogyaszt, ami egy olyan energiaciklust hoz létre, amelyben a magas energiájú állapotok alacsonyabb energiájú állapotokba mennek át, ezáltal UV-védelmet biztosítva.A kutatások azt mutatják, hogy a általánosan használt UV-elnyelők kizárólag az ultraibolya spektrumon belüli hullámhosszokat abszorbeálják, és nem abszorbeálják a látható fényt. Következésképpen a szerves fényvédők nem nyújtanak védelmet a kék fény ellen.
A kizárólag UV-védelemre tervezett napvédő krémek nem elegendőek a kék fény által okozott fotokémiai károsodásoktól való védelemhez. Az elmúlt években a nemzetközi piacon megjelentek a kék fény káros hatásaival szemben védelmet nyújtó kozmetikumok. Ezeknek a termékeknek a többsége antioxidáns alapú. Bár bizonyos mértékben enyhíthetik a kék fény által a bőrön okozott károsodásokat, a jelenlegi kísérletek azt mutatják, hogy az antioxidánsok önmagukban nem képesek ideális kék fény elleni védelmet biztosítani.
Elengedhetetlen a kék fény bőrre gyakorolt károsító hatásainak mechanizmusainak vizsgálata. Ez a kutatás nemcsak elméleti alapot nyújt a kék fénytől védő kozmetikumok fejlesztéséhez, hanem meghatározza a precíziós bőrápolás célpontjait is. A kék fénytől védő kozmetikumok területe jelentős potenciállal rendelkezik a jövőbeli fejlesztések szempontjából.