Загар с точки зрения фотохимика (стр. 1 из 3)

И. Ильин

Что ни говорите, а всё же приятно вернуться из отпуска с этаким бронзовым или шоколадным загаром. Значит, на юг, навстречу солнечным лучам. Конечно, врачи предостерегают от чрезмерности, но их советы слышаны-переслышаны, отпуск такой короткий, а уроки прошлого года благополучно забыты.

Мы лежим на пляже, созерцая голубую воду или блаженно закрыв глаза, и нисколько нас не волнует тот каскад биологических, химических и физических процессов, который в эту самую минуту идёт в нашем загорающем организме. А иногда не мешало бы и задуматься. Причём чуть раньше — до того, как отправиться на пляж.

Как мы загораем

Примерно так: проведя в первый же день некоторое время под солнцем, мы обнаруживаем, что кожа стала розовой и горячей на ощупь. Никакого беспокойства это не причиняет. Покраснение вызвано нагревом, оно исчезает почти сразу же после окончания солнечной ванны.

Но проходит несколько часов, наступает вечер, и большинство из тех, кто не проявил умеренности, впадает в беспокойство. Покраснение появляется вновь, ощущение такое, будто кожа обожжена. Могут начаться жар, озноб, тошнота. В более тяжёлых случаях на коже образуются волдыри, иногда через сутки с лишним после облучения. Ни о каком дальнейшем загаре и речи быть не может, а вот медицинская помощь часто бывает необходима…

Всё это — печальные последствия ультрафиолетовой, или солнечной, эритемы, которая длится от десяти часов до нескольких дней. Эритема означает по-гречески „краснота“. По существу, это воспалительная реакция, ожог кожи; как и термический ожог, он может быть и сильным, и еле заметным.

А когда воспаление наконец проходит, то кожа темнеет, шелушится и на ней появляется загар. Все эти стадии процесса едва ли не каждый испытал на собственной шкуре — редко кому загар достаётся совсем безболезненно. Но обязательно ли шкура сначала должна слезть? Можно ли загореть, вовсе избежав ожога? Где тот минимум облучения, который необходим для загара?

Вот на эти (и некоторые другие) вопросы автор и попробует ответить в статье.

Химия темнеющей кожи

Прежде всего о том, что происходит в коже под действием ультрафиолетовых лучей.

Защитная реакция кожи на облучение — это образование чёрно-коричневого пигмента меланина, строение которого в точности не установлено, а брутто-формула записывается так: C77H98O33N14S. Реакция идёт в особых кожных клетках — меланоцитах, которые в ходе развития организма образуются из нервных клеток и подобно им имеют множество отростков-дендритов.

В самом начале процесса находится аминокислота тирозин, которая окисляется с помощью фермента тирозиназы. Дальнейшие её превращения происходят уже без ферментов и приводят в конце концов к пигменту меланину. Связанный с молекулой белка, он образует в коже тёмные зёрнышки размером от 0,1 до 2 мкм. Через отростки меланоциты как бы впрыскивают эти зёрнышки в клетки верхних слоёв кожи и постепенно почти весь меланин оказывается в наружном роговом слое. У альбиносов меланин не синтезируется из-за отсутствия активной формы фермента тирозиназы; кожа у них всегда белая.

Рис. 1. Два пути ведут к загару: прямой, без покраснения кожи (справа), и более сложный, с участием тирозииазы (слева).

В незагорелой коже тоже есть меланин. Он собирается вокруг клеточных ядер и защищает их от ультрафиолетовой радиации. Когда уровень радиации растёт, кожа темнеет в результате окисления бесцветной, восстановленной формы пигмента: это так называемая непосредственная пигментация. Однако меланина может и не хватить для эффективной защиты. Тогда одновременно активируется тирозиназа, которая запускает свой, биохимический механизм. Оба возможных процесса показаны на рис. 1, разумеется, в весьма упрощённом виде.

Меланин в коже (загорелой или естественно тёмной) — прекрасный УФ-фильтр: он задерживает более 90% излучения. Однако это не единственный способ защиты. При интенсивной радиации и загорелый человек, и даже негр, попавший на жаркое солнце после долгого перерыва, не застрахованы от солнечного ожога. С другой стороны, альбинос, совсем без меланина в коже, вырабатывает некоторую устойчивость к ультрафиолету.

Есть несколько дополнительных механизмов защиты, не связанных с меланином. Самый действенный из них — образование на поверхности кожи толстого роговогр слоя из мёртвых клеток. Если осторожно удалить отмершие слои, то даже слабо действующие лучи вызовут покраснение кожи, повышение температуры и прочие признаки солнечной эритемы. А вслед за тем клетки начнут усиленно делиться, увеличивая число защитных слоёв; и когда облучение повторится, роговой слой станет ещё толще. Загоревшая кожа всегда более грубая и шершавая, чем она была до загара.

Другой защитный агент — урокановая кислота, присутствующая в наружных слоях кожи. При облучении транс-форма этого вещества переходит в цис-форму, а в темноте идёт обратная реакция. Таким образом урокановая кислота превращает ультрафиолетовую радиацию в безвредную для организма теплоту.

Урокановая кислота есть и в поте, который тоже защищает кожу от избыточного облучения. Видимо, этим объясняется тот факт, что в ветреную погоду загар образуется быстрее — под ветром не пропотеешь…

Загар загару рознь

До сих пор мы говорили об ультрафиолете вообще. Теперь поговорим в частности, поскольку это излучение неоднородно и соответственно может по-разному воздействовать на кожу.

УФ-излучение разделяют условно на три области: мягкий ультрафиолет (область А), средний (область В) и жёсткий (область С). Границы были в последний раз обозначены в 1963 г. Международной комиссией по освещению. Комиссия расположила мягкий ультрафиолет, или УФА, в диапазоне 315–400 нм; средний, УФВ,— от 280 до 315; жёсткий, УФС,— между 100 и 280 нм.

Рис. 2. Эритемная чувствительность кожи, обозначенная буквой ч, имеет два максимума — в областях жёсткого и среднего ультрафиолета. При мягком ультрафиолете чувствительность на два порядка ниже, так что пришлось пристроить отдельно „окончание“ графика.

Так вот, экспериментально доказано, что чувствительность кожи существенно зависит от длины волны: это хорошо видно на рис. 2. Обратите внимание, что у кривой на рисунке два „горба“ с максимумами в областях В и С. Это связано с упоминавшимся роговым слоем, который поглощает свет с длиной волны менее 300 нм. При жёстком облучении существенно меньше пороговая доза, то есть минимальное излучение, которое вызывает покраснение кожи. Однако и последействие меньше — покраснение быстро появляется и быстро исчезает.

Итак, в области С легко получить эритему, но для чувствительного ожога нужна очень большая доза. Забегая вперед, заметим, что в средней полосе и даже на черноморском пляже жёсткого ультрафиолета практически нет. Основной источник покраснения и загара — лучи из зоны В. А они как назло уже при небольшой передозировке вызывают ожог… Но почему вновь и вновь мы возвращаемся к покраснению кожи? В конце концов, наша цель — не покраснеть, а загореть, причём по возможности безболезненно. Однако пигментация прямо связана с эритемой, и в естественных условиях одно обычно следует за другим.

Следует ли из этого, что для того, чтобы загореть, надо сначала, обгореть? Нет, не следует. Во-первых, если очень долго принимать ультрафиолет очень понемногу, можно вовсе не довести кожу до покраснения. Во-вторых, кожа привыкает к радиации и, чтобы получить заданный эффект, надо всё более повышать биодозу. Защитная реакция настолько велика, что время появления эритемы увеличивается от одной минуты до нескольких часов; отмечались даже случаи тысячекратного снижения чувствительности!

Рис. 3. Здесь показана пигментирующая способность ультрафиолета с различной длиной волны. Пик только одни но уже в другой области. Поскольку данные приведены относительные, сравнивать первый и второй графики в цифрах не следует.

Но есть ещё одна, очень простая возможность загореть без ожога; возможность, о которой, несмотря на её доступность, мало кто знает. Речь идёт о загаре в области УФА, то есть при мягком излучении.

Спектральный максимум загара в области УФА не совпадает с пиками эритемной чувствительности и приходится на 340 нм (рис. 3). Некоторые исследователи утверждают даже, что загар могут вызвать лучи уже в видимой области, вплоть до 450 нм. Это и есть непосредственная пигментация. В отличие от эритемной, она возникает без скрытого периода и достигает максимума уже через час после облучения. У загара от мягкого ультрафиолета несколько иной оттенок — красно-коричневый; такой загар весьма устойчив.

Однако загореть в зоне УФА не так-то просто. Под действием мягкого ультрафиолета пигментные тельца в коже не образуются, а усиливается окраска уже имеющихся телец. Значит, нужна некая загарная „затравка“. Хорошо, если кожа заранее хотя бы слегка загорела — тогда пигментация резко усиливается. Иначе требуется долгое интенсивное облучение. Например, чтобы получить одинаковый загар от света с длиной волны 297 нм (УФВ) и 370 нм (УФА), необходимо находиться на свету соответственно 15 секунд и 75 минут…

В общем, в мягком ультрафиолете можно загореть без ожога, но для этого нужен мощный источник, излучающий в правильной области, и немалое терпение. Или — не нужно ездить на юг из средней полосы. Ведь в умеренных широтах доля мягкого солнечного ультрафиолета значительно выше, чем где-нибудь на Кавказе. Потому-то здесь редко бывают солнечные ожоги, для загара требуется долгое время, зато загар гораздо дольше держится, чем бронзовый южный.