第九章 防晒类化妆品
学习目标：
1．熟悉紫外线对皮肤的影响
2．掌握防晒化妆品的活性成分及作用机制 3．掌握防晒化妆品的功效评价
第一节 紫外线对皮肤的影响
从生理学和心理学的角度看，阳光中的紫外线对人体的健康是有益的。适度的阳光照射不仅有加快血液循环、产生维生素D以促进钙离子的吸收等作用，而且能使人心情平和、安宁。此外，紫外线还可以用于皮肤病的治疗。但是，过度的紫外辐射也可引起的多种皮肤损害，如日晒伤、皮肤黑化、皮肤光老化、皮肤光敏感甚至皮肤癌，等等。因此，研究阳光，关注健康，加强紫外线的防护研究已成为新世纪以来的热门话题。
一、紫外辐射的基本特征
1．紫外辐射的来源太阳是地球表面紫外线的最主要来源。虽然人造光源如太阳灯、黑光灯、灭菌灯、电焊弧光以及某些激光仪器也能发射出一定强度的紫外辐射，但其影响仅限于极少数职业接触者或某些特定人群。就辐射总量和对人类的整体影响而言，人造光源所产生的紫外辐射与太阳相比是微不足道的。
2．紫外线的分类根据不同的生物学效应，紫外线可分为三个波段：长波紫外线(ultraviolet A，UVA)，波长320～400nm；中波紫外线(ultraviolet B，UVB)，波长280～320nm；短波紫外线(。dtravi01et C，UVC)，波长100～280nm。UVA可进一步分为UVA I区(波长340～400nm)和UVAⅡ区(波长320～340nm)。不同波段紫外线的波长划分在不同专业组织的技术标准及论著中有一定差别，如国际照明学会(CIE)对UVB的波段规定为280～315nm，而许多涉及紫外线概念的国际标准或行业标准中一般规定UVB的波长范围为290～320nm。在光谱中UVA位于可见光蓝紫色以外，又称“黑光区”，UVB照射人的皮肤可导致红肿等晒伤反应，又称“红斑区”，UVC具有较强的生物破坏作用，可由人造光源发射用于环境消毒，又称“杀菌区”。
二、紫外线对皮肤的影响
(一) 皮肤日晒红斑
日晒伤，又称皮肤日光灼伤、紫外线红斑等，它是紫外线照射后在局部引起的一种急性光毒性反应(phototoxic reaction)。临床上表现为肉眼可见、边界清晰的斑疹，颜色可为淡红色、鲜红色或深红色，可有轻度不一的水肿，重者出现水疱。依照射面积大小不同病人可有不同症状，如灼热、刺痛或出现乏力、不适等轻度全身症状。红斑数日内逐渐消退，可出现脱屑以及继发性色素沉着。
1．皮肤日晒红斑的类型经紫外线照射皮肤或黏膜出现红斑，是机体对紫外辐射的重要反应之一。根据紫外线照射后红斑出现的时问可分为即时性红斑和延迟性红斑。
(1) 即时l生红斑：见于大剂量紫外线照射，通常于照射期间或数分钟内出现微弱的红斑反应，数小时内可很快消退。
(2)延迟性红斑：是紫外辐射引起皮肤红斑反应的主要类型。通常在紫外线照射后经过4～6小时的潜伏期，受照射部位开始出现红斑反应，并逐渐增强，于照射后16～24小时达到高峰。延迟性红斑可持续数日，然后逐渐消退，继发脱屑和色素沉着。
2．红斑反应的发生机制发生即时性红斑的机制是紫外辐射使真皮内多种细胞释放组胺、
5一羟色胺、激肽等炎性介质，使真皮内血管扩张，渗透性增加。抗组胺类药物可有效抑制即时}生红斑的发生。但延迟性红斑的发生机制却远为复杂。激肽类物质在红斑反应期并不升高，各种血管扩张抑制剂包括抗组胺类药物也不能有效阻止延迟性红斑的发生。目前研究认为红斑的发生机制涉及体液和神经两方面因素：
(1) 体液因素：紫外辐射可在皮肤黏膜引起一系列的光化学和光生物学效应，使组织细胞出现功能障碍或造成其结构损伤。如产生超氧阴离子自由基、氮氧化合物(NO)、其他活性氧和自由基如羟自由基、单线态氧、过氧化氢等，对表皮角质形成细胞、真皮血管内皮细胞、白细胞等直接造成损伤，可破坏细胞膜及核膜的完整性，导致一系列炎性介质(如组胺及组胺类物质、激肽类物质、溶酶体酶、前列腺素等)的释放，也可以对细胞浆和细胞核内DNA物质产生影响。
(2) 神经因素：紫外线红斑反应除和体液因素有关外，也受到神经因素的多重调节。周围神经损伤或神经阻滞麻醉后，所支配区域的皮肤紫外线红斑反应明显减弱；低级神经中枢病变或脊髓麻醉时，病变或麻醉平面以下的皮肤紫外线红斑反应被高度抑制；高级神经中枢病变或全身麻醉时，皮肤紫外线红斑反应完全消失或十分微弱。这些实验结果表明，不同级别的神经系统对皮肤紫外线红斑的形成均具有重要作用。
总之，紫外线照射后皮肤红斑的形成，是众多体液因素和复杂的神经血管调节共同作用的结果。
3．红斑反应的影响因素对紫外辐射引起的皮肤红斑反应有众多的影响因素，如照射剂量、紫外线波长、人体皮肤对紫外线照射的反应性即皮肤类型、不同部位的皮肤及肤色以及被照射者生理及病理状态的影响，等等。简述如下：
(1) 辐照强度或照射剂量：紫外线红斑的形成首先和日照强度，或皮肤上受到的照射剂量有关。在特定条件下，人体皮肤接受紫外线照射后出现肉眼可辨的最弱红斑需要一定的照射剂量或照射时间，即皮肤红斑阈值，通常称之为最小红斑量(minimal erythema dosej，MED)。单位为J／cm。或在辐照强度不变的情况下以时问(秒)计算。依照射剂量的大小变化，皮肤可出现从微弱潮红到红斑水肿甚至出现水疱等不同反应。
(2) 紫外线波长：人体皮肤对各种波长的紫外线照射可出现不同程度的红斑效应。波长为297nm的UVB红斑效应最强，通常将UVB称之为红斑光谱。随波长增加紫外线的红斑效力急剧下降，到UVA部分，其引起皮肤红斑的效力已低于UVB的0．1％以下。波长254．nm的uvc段也有较强的致红斑效力，但由于大气的阻隔，辐射到地球表面的紫外线中不含UVc，因而意义不大。
(3) 皮肤的光生物学类型：即皮肤对紫外线照射的反应性。根据皮肤受日光照射后是出现红斑还是以出现色素沉着为主的变化，Fitzpatric 1975年首次提出皮肤光生物学类型的概念。
(4) 不同照射部位和肤色：人体不同部位的皮肤对紫外线照射的敏感性存在着差异。一般而言，躯干皮肤敏感性高于四肢，上肢皮肤敏感性高于下肢，肢体屈侧皮肤敏感性则高于伸侧，头面颈部及手足部位对紫外线最不敏感。
肤色深浅对皮肤的紫外线敏感性也有一定影响。一般来说，肤色深者对紫外线的敏感性较低。肤色加深是一种对紫外线照射的防御性反应，经常日晒不仅可使肤色变黑以吸收紫外线，也可以形成对紫外辐射的耐受性，使皮肤对紫外线的敏感性降低。
(5) 生理及病理因素：众多的生理和病理因素可影响皮肤对紫外辐照的敏感性，从而影响紫外线红斑的形成。
1) 年龄：老年人对紫外线的红斑反应降低。儿童对紫外线的红斑反应在不同年龄段各有特点。出生15天以内的新生儿由于神经系统发育尚不完全，对紫外线照射几乎不产生红斑反应；2个月以后随年龄增长对紫外线敏感性逐渐增高，到3岁时皮肤对紫外线照射的敏
感性可达到高峰。3～7岁儿童其皮肤敏感性较成年人为低，以后逐渐接近成年人。
2) 性别：性别对皮肤的紫外线敏感性影响不大。但妇女在月经期和妊娠期敏感性升高，产后则明显降低。
3) 病理因素：多种系统性疾病和皮肤病，以及接触外源性光感性物质可明显影响皮肤对紫外线照射的敏感性。
(6) 其他因素：在照射紫外线的前后或同时，接触其他物理因素可对红斑反应的潜伏期和反应强度产生影响。如在日晒部位先用红外线、超短波、B超、磁场、热传导疗法等，可使紫外线红斑潜伏期缩短，反应增强；在紫外线照射同时局部进行热疗或照射红外线也可以使红斑出现加快，反应增强；若在日晒或紫外线照射之后红斑尚未出现之前应用红外线、热疗等，则可使紫外线红斑反应减弱。
(二)皮肤目晒黑化
日晒黑，指日光或紫外线照射后引起的皮肤黑化作用。
1．皮肤日晒黑化的类型经紫外线照射皮肤或黏膜直接出现黑化或色素沉着，是人类皮肤对紫外辐射的另一种人眼可见的反应。其反应类型可分为：
(1) 即时性黑化(instant，pigmentation)：照射后立即发生或照射过程中即可发生的一种色素沉着。通常表现为灰黑色，限于照射部位，色素沉着消退很快，一般可持续数分钟至数小时不等。
(2) 持续性黑化(persistant pigmenta!，ion)：随着紫外线照射剂量的增加，色素沉着可持续数小时至数天不消退，可与延迟性红斑反应重叠发生，一般表现为暂时性灰黑色或深棕色。
(3) 延迟性黑化(delayed pigmeiltat．ion)：照射后数天内发生，色素可持续数天至数月不等。延迟性黑化常伴发于皮肤经紫外辐射后出现的延迟性红斑，并涉及炎症后色素沉着的机制。
2．皮肤日晒黑化的反应机制即时性黑化的发生机制是由于紫外辐照引起黑色素前体氧化的结果。持续性黑化反应或延迟性黑化则涉及黑素细胞增殖、合成黑素体功能变化以及黑素体在角质形成细胞内的重新分布等一系列复杂的光生物学过程。主要是一系列炎性介质如白三烯c4和D4等和黑素细胞的相互作用所致。
3．皮肤日晒黑化的影响因素像紫外线红斑一样，对日晒引起的皮肤黑化反应也存在着类似的影响因素，如照射剂量、紫外线波长、人体皮肤对紫外线照射的反应性以及机体生理及病理状态的影响，等等。
(1) 辐照强度或照射剂量：紫外辐照引起皮肤黑化的发生首先和光源的辐照强度，或皮肤上受到的照射剂量有关。在特定条件下，人体皮肤接受紫外线照射后出现肉眼可辨的最弱黑化或色素沉着需要一定的照射剂量或照射时间，即皮肤黑化阈值，又称之为最小黑化量
2
(minimal plgmentation dose：，MPD)。单位仍以J／㎝。或以时间秒计算。出现即时性黑化的最小黑化量称之为MIPD(minimal：instant pigmentat，ion dos(j)或IPD，出现持续性黑化的最小黑化量称之为MPPD(minimal pel’sistant F,igmentation dose)或．PPI)。在日用化学品工业对防晒产品的防晒效果进行生物性评价中，IPD、PPD和MED(最小红斑量)一样都是常用的生物学辐照剂量单位或指标，MED值可用来计算防晒品的日光防护系数SPF(sun protectionfactor)，而IPD和PPD则可用来计算防晒品的防晒黑系数PFA值(protection factor of UVA)或对产品的UVA防护效果进行分级(PA+～+++)。
(2) 紫外线波长：人体皮肤对各种波长的紫外线照射均可出现色素沉着或黑化效应。UVC中254nlTl波段致色素沉着效应最强，UVB中297nm波段比280nm有效，而UVA中Ⅱ区(波长320～340nm)的黑化效应较强。各种波长紫外线引起的皮肤色素沉着，在色素出现的时间、持续长短以及消退的速度等方面也有不同：340nm UVA引起的色素沉着出现的最早但消退的
却很慢，可在照射时即时发生，却可持续数月不消退；297nm UVB引起的色素出现需要一天左右的潜伏期，照射后数日内达到顶峰，持续1个月左右消退；254nm UVC的情况初期与UVB类似，但色素消退较快，一般持续2～3周消失。
必须指出，由于UVB和UVC的致色素沉着剂量大于其MED值，那么UVB和UVC引起皮肤黑化时必然伴有皮肤红斑反应。有人把UVB和uVc引起的这种伴有炎症反应的色素沉着称之为间接色素沉着，其中也含有紫外线直接影响黑素细胞、引起色素沉着、皮肤黑化的部分。在UVA段，由于其致色素沉着剂量小于它的MED值，那么UVA引起的色素沉着被称之为直接色素沉着，用小于MED值的UVA剂量照射皮肤，可用于研究紫外线对皮肤黑化的直接影响，而不必担心炎症性红斑反应的干扰。在应用研究中，UVB常被称作“诱发皮肤红斑的光谱”，而UVA常被称作“诱发皮肤黑化的光谱”，这并不意味着UVB不能引起色素沉着或UVA不能引起红斑反应。事实上，不管UVA、UVB还是UVc均具有既引起皮肤红斑又引起皮肤黑化的生物学效应，只是不同波长的紫外线在引起红斑或色素沉着的效能方面存在着较大差异。
(3) 皮肤的光生物学类型：在研究皮肤黑化时，通常选具有Ⅳ、V、Ⅵ型皮肤的受试者参加试验，光源采用UVA，用低于红斑阈值的照射剂量诱发皮肤色素沉着。与UVB诱导的皮肤红斑相比，UVA诱导人类皮肤发生黑化的过程表现出更大的个体差异，不仅不同受试者的IPD或PPD相差很大，而且试验结果的可重复性也较差，提示所涉及的影响因素更为广泛、复杂。
4．生理及病理因素如皮肤日晒红斑一样，黑化反应也受诸如年龄、生理状况、肤色深浅及疾病的影响。
(三)皮肤的光老化
紫外线对皮肤的最重要的损害是皮肤的光老化。皮肤光老化(p110toaging)是指由于长期的目光照射导致皮肤衰老或加速衰老的现象。有关光老化的内容见第六章。
第二节 防晒类化妆品的活性成分及作用机制
防晒化妆品的防晒机制基于产品配方中所含的防晒功效成分，即防晒剂。防晒化妆品的形成和发展就是防晒剂的研究开发史。
一、防晒剂的分类
作为防晒制品的核心原料，防晒功效成分多种多样，从作用机制上看来，可大致分为紫外线吸收剂、紫外线屏蔽剂和各种抗氧化或抗自由基的活性物质。
(一) 化学性紫外线吸收剂
又称有机防晒剂。这类物质可选择性吸收紫外线从而起到防晒作用。到目前为止，国际上已经研究开发的有机防晒剂有60多种，但出于安全性考虑，各国对紫外线吸收剂的使用有严格限制。化学性紫外线吸收剂主要有下列几种：
1．对氨基苯甲酸(PABA)及其酯类以及同系物 UVB吸收剂。PABA上市最早，但对皮肤刺激性较大。为了改进这一点，以后又合成了吸收性能较好的同系物如二甲基氨基苯甲酸酯类。
2．邻氨基苯甲酸酯类 UVA吸收剂。与PABA一样吸收效率低且对皮肤刺激性大。 优点是价格低廉，国内产品较为常用。
3．水杨酸酯类UVB吸收剂。吸收率较低但价格低廉。该剂能提高二苯酮类防晒剂的溶解度，故可复配使用。
4．甲氧基肉桂酸酯类UVB吸收剂。吸收性能良好，各国广泛使用。 5．二苯酮及其衍生物UVA、UVB兼能吸收，但吸收率较差。此类化合物对光和热较稳定，
耐氧性一般，需要加抗氧化剂。这类物质以羟苯甲酮最为常用，考虑到光毒性问题，一般含有羟苯甲酮的产品需要在外包装上标注警示用语。由于吸收紫外线光谱宽，这类防晒剂在国内外均较为常用。
6．甲烷衍生物高效UVA吸收剂，适用于配制高SPF值产品。如Parsol 11789可充分吸收UVA，但光稳定性差，紫外线照射后会大幅度降解，防护能力很快下降。另外此类防晒剂合成较困难，对皮肤刺激性较大，致敏性强，微量铁能使产品着色，和甲醛类防腐剂、硬脂酸碱以及土金属盐类共用时可形成不溶物，因此使用受到限制。
7．樟脑系列UVB吸收剂。其中甲基苯亚甲基樟脑在欧美常用于助晒黑产品。此类防晒剂稳定性和化学惰性比较好，皮肤吸收少，因此刺激性小，无光致敏和致突变性。性能比二甲基氨基苯甲酸酯类稍差，与水溶性防晒剂如2-苯基苯并咪唑-5-磺酸性能接近。
目前使用频率最高的防晒剂有：甲氧基肉桂酸辛酯、二苯甲酮、羟苯甲酮、二甲基氨基苯甲酸辛酯、水杨酸辛酯。
(二)物理性紫外线屏蔽剂
物理性紫外线屏蔽剂也称无机防晒剂，常用的物质有二氧化钛、氧化锌、高岭土、滑石粉、氧化铁等。其中二氧化钛和氧化锌已经被美国FDA列为批准使用的防晒剂清单之中，最高配方中用量均为25％。其他国家包括中国虽然未将上述物质列入防晒剂清单中，但均认可其物理屏蔽作用并广泛用于在防晒产品中。
与化学性紫外线吸收剂相比，物理性屏蔽剂具有安全性高、稳定性好等优点，不易发生光毒反应或光变态反应。
(三)生物性防晒剂
生物性防晒剂指能抵御紫外辐射的生物活性物质。包括维生素一族及其衍生物如维生素C、维生素E、烟酰胺、β-胡萝卜素等；抗氧化酶一族如超氧化物歧化酶(SOD)、辅酶Q、谷胱甘肽、金属硫蛋白(MT)等；植物提取物一族如芦荟、燕麦、葡萄籽萃取物等。
防晒产品配方中加入上述生物活性物质已经成为一种时尚。这种做法有多重效果：可加强产品的防晒效果而提高体系的SPF值；可通过抗氧化作用保护产品中其他活性成分如防晒剂等；可防止产品接触空气后的氧化变色；还可以发挥其他生物学功效如营养皮肤、延缓衰老、美白祛斑等。
二、防晒剂的作用机制
1．化学性紫外线吸收剂的作用机制有机防晒剂是通过吸收紫外线而达到防晒的目的。这些紫外线吸收剂的分子能够吸收紫外线的能量，然后再以热能或无害的可见光效应释放出来，从而保护人体皮肤免受紫外线的伤害。
2．物理性紫外线吸收剂的作用机制 这类物质不吸收紫外线，主要是通过发射和散射作用减少紫外线与皮肤的接触，从而防止紫外线对皮肤的侵害。
3．生物性防晒剂的作用机制这些物质很少被当作防晒剂看待，因为它们本身不具有紫外线吸收能力。然而这些物质在抵御紫外辐射中具有重要作用。因为紫外辐射是一种氧化应激过程，通过产生氧自由基来造成一系列组织损伤，上述物质通过清除或减少氧活性基团中间产物从而阻断或减缓组织损伤或促进晒后修复，这是一种间接防晒作用。
三、各种防晒功效成分的复配使用
上述种种防晒功效成分在实际使用中各有利弊，为了提高产品整体的防晒效果，且兼顾安全和使用方便等特点，必须将上述各种防晒剂复配应用。这包括UVB吸收剂和UVA吸收剂的复配，有机防晒剂和无机防晒剂的复配，以及各种生物性防晒活性成分的复配使用。
理想的防晒剂应具备如下性能：①颜色浅，气味小，安全性高，对皮肤无刺激，无毒性，
第九章防晒类化妆品
