Radiasi matahari merujuk pada radiasi elektromagnetik yang terus-menerus mencapai permukaan Bumi, meliputi sinar inframerah, cahaya tampak, dan sinar ultraviolet. Di antara ini, cahaya biru memiliki panjang gelombang terpendek dan energi tertinggi dalam spektrum cahaya tampak. Penelitian menunjukkan cahaya biru memiliki daya tembus yang lebih besar daripada sinar ultraviolet, menyebabkan kerusakan kulit yang serupa dengan paparan UV.
LED memancarkan cahaya di seluruh spektrum cahaya tampak. Penggunaan luas monitor komputer, ponsel, dan televisi LCD telah meningkatkan paparan manusia terhadap cahaya biru. Ponsel dan laptop memancarkan cahaya biru dalam rentang panjang gelombang 400nm hingga 460nm, dengan cahaya biru antara 400nm dan 440nm menunjukkan toksisitas terhadap fibroblas. Oleh karena itu, kerusakan yang ditimbulkan cahaya biru pada kulit tidak boleh diabaikan.
Sinar biru menyebabkan berbagai bentuk kerusakan kulit
Kerusakan fotodinamik terutama mempengaruhi kulit melalui efek fotofisik, fototermal, dan fotokimia. Bahaya sinar biru meliputi pemicu bintik-bintik dan noda usia, percepatan penuaan kulit, dan peningkatan sensitivitas kulit.
Sinar biru memicu apoptosis Ketika sinar biru berinteraksi dengan mitokondria, ia memicu apoptosis. Mitokondria berfungsi sebagai situs utama stres oksidatif dan produksi spesies oksigen reaktif (ROS) dalam sel, sehingga mengatur apoptosis. Mitokondria menyerap sinar biru (410nm–440nm) melalui rantai transport elektron, memicu reaksi oksidatif yang menghasilkan pembentukan ROS.ROS mengurangi potensial membran mitokondria, menyebabkan pembukaan pori transisi permeabilitas mitokondria (MPTP). Hal ini melepaskan sitokrom C mitokondria (CytC), yang berikatan dengan aktivator protein apoptosis-1 (Apaf-1), membentuk kompleks apoptosis Apaf-1-CytC.Di dalam matriks sitoplasma, kompleks apoptosis merekrut keluarga Caspase. Caspase-9 mengalami pemotongan diri dan aktivasi, kemudian mengaktifkan Caspase-3 dan Caspase-7, memicu rangkaian reaksi yang menginduksi apoptosis.
Secara bersamaan, cahaya biru yang dimediasi oleh kelompok fluoresen A2E dari lipofuscin menyebabkan kerusakan seluler.Metabolit intraseluler lipofuscin berfungsi sebagai penanda sel senescent. Kelompok fluoresen utamanya, N-acetylerythritol-N-retinol ethanolamine (A2E), memiliki sensitivitas tinggi terhadap cahaya biru. Saat terpapar cahaya biru, A2E mempercepat produksi spesies oksigen reaktif (ROS) dan mengaktifkan jalur apoptosis.Penelitian menunjukkan bahwa A2E terutama terkonsentrasi di dalam lisosom, dengan distribusi minor pada membran mitokondria, dan tidak terdapat pada organel lain. Kerusakan sel yang disebabkan oleh cahaya biru yang dimediasi A2E manifes dalam dua jalur yang berbeda. Pertama, paparan cahaya biru mengganggu gradien elektron transmembran lisosom, menyebabkan pelepasan enzim lisosom dan ROS ke sitoplasma, sehingga memicu apoptosis.Kedua, A2E pada membran mitokondria menyebabkan kelainan membran mitokondria, memicu pelepasan faktor pemicu kematian, Apaf, dan faktor induksi apoptosis (AIF), sehingga memulai proses apoptosis yang dimediasi mitokondria.Penelitian tentang penuaan kulit yang diinduksi oleh cahaya biru menunjukkan bahwa, seperti radiasi ultraviolet, cahaya biru menghasilkan spesies oksigen reaktif yang mengaktifkan jalur sinyal kinase protein mitogen-activated (MAPK). Jalur ini kemudian mengaktifkan faktor transkripsi hilir seperti c-Jun N-terminal kinase (JNK) dankinase yang diatur oleh sinyal ekstraseluler (ERK), dan p38, sehingga mengaktifkan faktor transkripsi AP-1 dan menginduksi ekspresi metalloproteinase matriks (MMP).Di antara MMP yang diekspresikan secara abnormal, MMP-1 mendegradasi serat kolagen Tipe I dan Tipe III yang paling penting pada kulit manusia, sementara MMP-3 mendegradasi serat kolagen Tipe IV pada membran basal, sehingga menyebabkan efek penuaan akibat paparan cahaya pada kulit.
Baik cahaya biru maupun radiasi ultraviolet merupakan penyebab utama penuaan kulit. Meskipun terdapat banyak penelitian tentang efek radiasi UVA dan UVB pada kulit, studi yang menyelidiki dampak cahaya biru masih memerlukan pengembangan lebih lanjut.Dibandingkan dengan radiasi ultraviolet, cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih panjang, memungkinkan penetrasi yang lebih dalam melalui epidermis dan dermis. Hal ini memungkinkan cahaya biru menyebabkan kerusakan signifikan pada mitokondria dalam sel epitel. Cahaya biru memancarkan intensitas yang setara dengan radiasi ultraviolet pada siang hari, dengan mudah menyebabkan kemerahan, peradangan, kekeringan, pengelupasan, dan ketegangan pada kulit.Penelitian menunjukkan bahwa cahaya biru mengubah struktur sel epidermis dan mengurangi produksi kolagen dan elastin, menyebabkan penuaan dini pada kulit. Oleh karena itu, kerusakan yang ditimbulkan cahaya biru pada kulit terutama disebabkan oleh penumpukan spesies oksigen reaktif, yang menyebabkan kerusakan seluler, apoptosis, dan masalah seperti penuaan dini.
Sinar biru memicu pigmentasi kulit melalui Opsin3, anggota superfamili reseptor terikat protein G yang terdapat pada keratinosit epidermis dan melanosit. Sinar biru mengaktifkan Opsin3, memicu ekspresi intraseluler tirosinase dan dopa-dehidrogenase isomerase, yang mempromosikan pembentukan melanin dan mengakibatkan pigmentasi kulit.
Penelitian menunjukkan bahwa saat menggunakan tabir surya spektrum luas yang memblokir UVB dan sebagian UVA, sebagian besar kerusakan seluler mungkin berasal dari cahaya biru matahari dan sisa UVA; tabir surya yang hanya memblokir UVA hanya dapat mengurangi pembentukan radikal bebas secara parsial pada kulit manusia. Oleh karena itu, cahaya biru juga merupakan kontributor signifikan dalam akumulasi radikal bebas dalam tubuh.
Perlindungan cahaya biru yang terbatas dari tabir surya
Edisi 2015 dari Spesifikasi Teknis Keamanan Kosmetik mendefinisikan tabir surya sebagai bahan yang ditambahkan ke kosmetik untuk melindungi kulit dari kerusakan radiasi ultraviolet tertentu atau untuk melindungi produk itu sendiri, dengan menggunakan penyerapan, pemantulan, atau penyebaran cahaya. Spesifikasi ini mencantumkan 27 tabir surya kosmetik yang diizinkan, yang secara utama dikategorikan sebagai inorganik atau organik.
Tabir surya anorganik terutama melindungi dari radiasi UV melalui penyerapan dan penyebaran cahaya. Titanium dioksida dan seng oksida, keduanya dengan ukuran partikel nano, saat ini merupakan tabir surya anorganik paling umum dalam kosmetik perlindungan matahari, berfungsi dengan menyerap sinar UV.Baik titanium dioksida maupun seng oksida merupakan bahan semikonduktor. Celah pita (perbedaan energi antara tingkat energi terendah pita konduksi dan tingkat energi tertinggi pita valensi) masing-masing adalah 3,06 eV (tipe rutile, R-type) dan 3,23 eV, yang sesuai dengan panjang gelombang penyerapan 405 nm dan 385 nm. Akibatnya, mereka hanya dapat menyerap sinar ultraviolet secara efektif dalam rentang panjang gelombang 100 nm hingga 400 nm.
Ukuran partikel yang lebih besar dalam tabir surya meningkatkan penyebaran cahaya tetapi mengurangi penyerapan; partikel yang lebih kecil melemahkan penyebaran cahaya sambil memperkuat penyerapan. Ketika ukuran partikel cukup kecil, penyebaran cahaya menjadi diabaikan, menghasilkan transmisi yang tinggi. Oleh karena itu, tabir surya inorganik berskala nano secara efektif memblokir radiasi ultraviolet tetapi tidak dapat melindungi dari cahaya biru.
Tabir surya organik mengandung struktur aromatik atau kromofor dalam molekulnya. Mereka menyerap foton melalui sistem konjugasi tertutup, melepaskan energi melalui transisi kuantum resonan atau fluoresensi/fosforensi. Secara bersamaan, proses enolisasi menyebabkan molekul mengonsumsi energi, menciptakan siklus energi di mana keadaan energi tinggi beralih ke keadaan energi rendah, sehingga memberikan perlindungan UV.Penelitian menunjukkan bahwa penyerap UV yang umum digunakan hanya menyerap panjang gelombang dalam spektrum ultraviolet dan tidak menyerap cahaya tampak. Akibatnya, tabir surya organik tidak memberikan perlindungan terhadap cahaya biru.
Tabir surya yang dirancang khusus untuk perlindungan UV tidak cukup untuk melindungi tubuh dari kerusakan fotokimia yang disebabkan oleh cahaya biru. Dalam beberapa tahun terakhir, produk kosmetik yang mengklaim melindungi kulit dari kerusakan cahaya biru telah muncul di pasar internasional. Sebagian besar produk ini didasarkan pada prinsip antioksidan. Meskipun dapat mengurangi kerusakan cahaya biru pada kulit hingga batas tertentu, eksperimen yang ada menunjukkan bahwa antioksidan saja tidak dapat mencapai perlindungan cahaya biru yang ideal.
Menyelidiki mekanisme di mana cahaya biru merusak kulit sangat penting. Penelitian ini tidak hanya memberikan landasan teoretis untuk mengembangkan kosmetik pelindung cahaya biru tetapi juga mengidentifikasi target untuk perawatan kulit yang presisi. Bidang kosmetik pelindung cahaya biru memiliki potensi besar untuk pengembangan di masa depan.