Ловим кирпич лицом: как работают УФ-фильтры в креме от солнца

Когда фотон ультрафиолета врезается в кожу, он несёт энергию порядка 3–4 электронвольт. Этого достаточно, чтобы порвать химические связи в ДНК, устроить мутацию и запустить процесс, который в лучшем случае закончится морщинами, а в очень маловероятном худшем — записью к онкологу.

Солнцезащитные фильтры есть двух типов: физические и химические. Физические работают как комплексный барьер. Минеральные частицы оксида цинка или диоксида титана блокируют ультрафиолет во всём диапазоне сразу тремя способами — поглощают, рассеивают и отражают фотоны ещё до того, как те доберутся до живых клеток. Причём поглощают они до 95% энергии, но делают это не отдельными молекулами, а всей своей кристаллической решёткой.

Химические — поглощают энергию фотона на молекулярном уровне. Молекулы-фильтры её захватывают, переходят в возбуждённое состояние и сбрасывают в виде тепла, не давая дойти до ДНК.

Большинство современных кремов комбинируют оба механизма.

Как именно устроены химические (они же органические) фильтры — сейчас расскажу.

Выплюнуть vs переварить

Сидят электроны в молекуле фильтра, никого не трогают, в картишки перекидываются (основное состояние S⁰). Прилетает фотон. Бам! Молекула поглощает его энергию. Электрон перескакивает на высокий уровень (S¹). Молекула переходит в возбуждённое состояние. Теперь у молекулы проблема: она накачана энергией, и ей совсем не кайфово. Нужно срочно сбросить лишнее, чтобы вернуться в расслабленное состояние S⁰ к своим картам.

Тут есть два главных пути:

Путь А: «Выплюнуть» aka Флуоресценция. Молекула может просто излучить энергию обратно в виде нового фотона (другого цвета). Эффектно, но для защиты кожи — не самый популярный вариант.

Путь Б: «Переварить» aka Внутренняя конверсия. Это путь хорошего современного фильтра. Молекула не стреляет фотоном наружу. Вместо этого она принимает всё на свой счёт и начинает, скажем так, загоняться.

Вот вы ловите кирпич. Раскалённый кирпич от солнца, который летит вам прямо в лицо. Удар мощный, вас отбрасывает назад, мышцы напрягаются, гася инерцию, вы делаете шаг, чтобы устоять. Энергия удара никуда не исчезла — она перешла в механическое движение тела и тепло от усилия. Если вы круто поймали подачу, кирпич не полетел дальше (в вашу ДНК).

То же самое делает молекула фильтра, которая идёт путём Б. Поглотила фотон — поймала кирпич — стало адски горячо. Она начинает скидывать энергию. Это похоже на танец: молекула извивается, чтобы превратить удар ультрафиолета в безобидное тепло и отдать его наружу. Остыла, положила кирпич, снова готова к работе. Вот это и есть фотостабильность: фильтр не умирает от первого же попадания, а живёт и продолжает защищать.

Как справляются разные фильтры

Старички

Шёл 2022 год. Учёные из Йоркского университета решили посмотреть ^[2], как ведут себя популярные фильтры, когда их молекула поглотила УФ. То есть проверили, умеет ли она правильно «переварить кирпич».

Взяли популярные фильтры Homosalate (HS) — гомосалат и Octyl salicylate (OS) — октилсалицилат. Их часто вводят в состав кремов в концентрациях примерно 5–15%. В своей обычной нейтральной форме они в целом считаются фотостабильными: поглощают УФ и быстро гасят энергию внутри молекулы. То есть ловят кирпич и переводят удар в тепло, не стреляя наружу.

Но есть нюанс: на коже в коктейле из пота, воды и солей молекула может изменить форму. И тогда механизм ломается. Вместо того чтобы тихо поглотить энергию, молекула сбрасывает электрон. В присутствии кислорода это запускает цепную реакцию — образуются радикалы (ROS), которые атакуют липиды кожного барьера, повреждают белки и усиливают воспаление.

Результат: вы красные, чувствительные и злые. Тут нужна оговорка: статья показывает этот механизм в газовой фазе и говорит, что у молекулы есть склонность к отрыву электрона в депротонированной форме. Насколько это реализуется именно в креме на коже, зависит от формулы и среды, но как потенциальный нежелательный путь — это именно тот риск, которого стараются избегать.

Короче, с фильтрами-старичками получается обидная ситуация. Кажется: «я намазался, я молодец», а по факту может стать ещё хуже, чем вообще без крема.

Натурпродукт

Ещё одна история была интересная — специально для сторонников «натуралочки». Всё звучит красиво, пока не встречается с реальностью ультрафиолета.

Немного контекста: есть ультрафиолет UVB и UVA. UVB — это больше про ожоги, а UVA лезет глубже в кожу и связан с фотостарением. И вот проблема: многие природные молекулы не закрывают UVA целиком. А учёные хотели фильтр, ^[3] который перекрывает как можно больше UVA-диапазона.

Взяли синапаты — это вещества, которыми растения защищаются от солнца. Только молекулу удлинили по электронному хвосту (увеличили сопряжение). В теории так она начнёт поглощать свет на более длинных волнах. То есть лучше зайдёт в UVA.

Сделали новую молекулу: DHDES.

DHDES начал «танцевать», но как человек, который вышел на танцпол в длинных джинсах: запутался сам в себе. Вместо того чтобы отработать удар и вернуться в исходное состояние, молекула свернулась в неудачную форму, условно «завязалась в узел» и зафиксировалась. Всё — обратно она не распрямляется, кирпичи больше ловить не может.

Мораль: не всё натуральное выдерживает жёсткий ультрафиолет, потому что там важны не происхождение и экстракт, а способность молекулы правильно сбрасывать энергию и не ломаться.

Современные формулы

Есть современные крутые фильтры — например Tinosorb S/M, Uvinul A Plus, Mexoryl SX/XL. Они могут поглощать высокоэнергетические УФ-фотоны, быстро переводить возбуждение в безопасные каналы и спокойно приходить в себя.

Tinosorb S и Uvinul T 150 мы используем в нашем антиоксидантном геле-праймере SPF 30. Они оба покрывают широкий спектр УФ-излучения (UVA + UVB).

Ещё сейчас придумали вторую тактику — командную игру. Это когда рядом с фильтром-старичком ставят более стабильного напарника. Старый ловит «кирпич» фотона и начинает истерить, а дальше подключается устойчивый сосед: помогает правильно потрястись, сбросить лишнюю энергию и не развалиться. В итоге никто не взрывается, защита держится, а кожа не получает пачку реактивных форм кислорода и радикалов.

Вот, например, учёные взяли ^[4] классический UVA-фильтр авобензон. Он эффективен против UVA, но фотонестабилен и может разрушаться. И проверили, что происходит, когда авобензон смешивают с другими коммерческими фильтрами. Разложили проблему на этапы — где именно авобензон начинает ломаться и кто из соседей может это остановить.

Получилось, что комбинации решают: фильтры Tinosorb S и Octocrylene в этой работе выглядят как наиболее практичные стабилизаторы авобензона. Они помогают ему и при этом сами относительно стойкие в сценарии передачи энергии.

Наш флюид SPF 50 — пример командной работы с капризным авобензоном. Мы его не бросили одного на солнцепёке, а спрятали в капсулу, то есть положили не «голый» фильтр, а упакованный в липидную оболочку. Так меньше случайных столкновений, меньше поводов для лишней фотохимии — и больше шансов, что он отработает спокойно. Рядом стоят тяжеловесы: Mexoryl XL и Tinosorb S. Они подстраховывают общую фотостабильность: когда в команде есть такие «старшие», авобензону проще не рассыпаться раньше времени.

Как мазаться, чтобы всё работало

Любым фильтрам надо время, чтобы «усесться» на коже и начать работать. Оптимально наносить средство за 30 минут до выхода на солнце.

Главное правило — обновлять крем/спрей каждые 2 часа. Это муторно, но так рекомендуют нам официальные протоколы FDA ^[5]. Если искупались или сильно вспотели, то лучше не ждать 2 часа и сразу нанести слой повторно.

Солнцезащитные средства — тот случай, когда количество имеет значение. На лицо работает правило «двух пальцев» — столько крема надо, чтобы он действительно защищал. Если мазать всё тело, то нужно около 30 мл, это примерно как стопка.

Ну и не забывайте про уши и губы. В них тоже летят кирпичи, от которых надо защищаться.