مطالب پربازدید
فیلترهای مورد استفاده در کرم‌های ضد آفتاب
مهدی مهران، دکترای تخصصی شیمی تجزیه، گروه فرمولاسیون، مرکز تحقیقات گیاهان دارویی باریج
مقدمه
نور مرئی خورشید تنها بخش کوچکی از کل طیف تابش ساطع شده از خورشید (400 تا 700 نانومتر) است. با افزایش طول موج بیش از 700 نانومتر، طیف وارد محدوده تابش نامرئی به نام فروسرخ (IR) میشود و با کاهش طول موج کمتر از 400 نانومتر، وارد حوزه ماوراء بنفش (UV) میشود.
تابش UV خود به سه قسمت تقسیم میشود:
UVA (320-400 نانومتر)،
UVB (290-320 نانومتر)،
UVC (100-290 نانومتر)
UVC خطرناک‌ترین نوع تابش است که به زمین نمی‌رسد، اما با تخریب لایه اوزون می‌تواند به زمین برسد. تقریبا 95 درصد از امواج UV از نوع UVA و فقط 5 درصد از نوع UVB است. UVA به ضخیم‌ترین لایه پوست (درم) نفوذ میکند. قرار گرفتن زیاد در معرض این اشعه منجر به چروک شدن پوست و پیری زودرس و سرکوب سیستم ایمنی میشود. اشعه UVB معمولا لایه های سطحی پوست را می‌سوزاند. این اشعه نقش کلیدی در پیشرفت سرطان پوست دارد، زیرا به طور مسقیم روی DNA اثر می‌گذارد (1).
قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه مرئی و نامرئی خورشید می تواند برای پوست انسان مضر باشد. آسیب می تواند فوری باشد و چند ساعت بعد اثراتی مانند اریتم و آفتاب سوختگی که منجر به تخریب سلول و بافت می شود، ظاهر شود. در واقع، بسیاری از تغییرات پوستی که اغلب با افزایش سن مشخص می شوند، ناشی از آسیب های ناشی از قرار گرفتن بیش از حد در معرض نور خورشید هستند (2).
محافظت در برابر اثرات اشعه ماوراء بنفش در پوست توسط مولکول های طراحی شده ویژه (یعنی فیلترهای UV) که در فرمولاسیون های مناسب (ضدآفتاب ها) مانند کرم ها یا لوسیون ها، روغن ها، ژل ها، چوب ها و غیره گنجانده شده اند، به دست می آید. با افزایش آگاهی عمومی در مورد اشعه UV، علاقه مردم نسبت به کرم‌های ضد آفتاب بیشتر شده است.
فیلترهای UV
فیلترهای UV مورد استفاده در فرمولاسیون ضدآفتاب آرایشی تقریباً به دو گروه تعلق دارند: مولکول های آلی که عمداً برای ظرفیت جذب اشعه ماوراء بنفش انتخاب شده اند (مانند فیلترهای UV آلی) و ذرات منعکس کننده UV.
ذرات ممکن است غیر آلی (یعنی اکسیدهای فلزی) یا آلی (مولکول های پلیمری میکرو ریز) باشند (3). کرم های ضد آفتاب شیمیایی عموماً ترکیبات آروماتیکی هستند که با یک گروه کربونیل ترکیب شده اند. این مواد شیمیایی پرتوهای UV با شدت بالا را با تحریک به حالت انرژی بالاتر جذب می کنند. انرژی از دست رفته منجر به تبدیل انرژی باقیمانده به طول موج های انرژی کمتر با بازگشت به حالت پایه می شود. ترکیبات ضد آفتاب بر اساس طیف جذبی خود طبقه‌بندی می‌شوند.
UVB
PABA
پاراآمینوبنزوئیک اسید و مشتقات آن یکی از اولین ضد آفتاب های شیمیایی بود که به طور گسترده در دسترس قرار گرفت. این ماده بسیار محلول در آب است، اما استفاده از آن با مشکلاتی مانند فتودرماتیت همراه بود. بنابراین شرکتها استفاده از آن را محدود کردند و از برچسب “بدون پارابن” استفاده می‌کنند. آمیل دی متیل PABA و گلیسریل PABA (گلیسریل آمینو بنزوات) دیگر استفاده نمی‌شوند.
سینامات‌ها
قوی ترین جاذب های UVB بعدی که توسط مونوگراف FDA مجاز شده اند، سینامات‌ها هستند که تا حد زیادی جایگزین مشتقات PABA شده اند. اکتینوکسات یا اکتیل متوکسی سینامات رایج ترین ماده ضد آفتاب مورد استفاده است.
سالیسیلات‌ها
سالیسیلات ها جذب کننده های ضعیف UVB هستند. آنها معمولاً برای تقویت سایر جاذب های UVB استفاده می شوند. با گرایش به SPF های بالاتر، اتیل هگزیل سالیسیلات و هموسالات استفاده می شود. آنها به راحتی به لایه شاخی نفوذ نمی کنند، در آب نامحلول هستند و پس از قرار گرفتن در معرض آب و تعریق اثر خود را حفظ می کنند.
مشتقات کامفر
مشتقات کامفر به وسیله FDA تایید نشده‌اند، اما 6 مشتق آن به وسیله اتحادیه اروپا تایید شده‌اند که 4 متیل بنزیلیدین کامفر از پر مصرف‌ترین آنهاست.
اکتوکرایلن
اکتوکریلن از نظر شیمیایی با سینامات‌ها مرتبط است. می توان از آن برای تقویتSPF و بهبود مقاومت در برابر آب SPF استفاده کرد. اکتوکریلن مقاوم به نور است و می تواند پایداری نور سایر ضد آفتاب ها را بهبود بخشد.
فنیل بنزیمیدازول سولفونیک اسید
فنیل بنزیمیدازول سولفونیک اسید یا انسولیزول یک جاذب UVB محلول در آب است که می تواند در فاز آب سیستم های امولسیونی استفاده شود، برخلاف اکثر ترکیبات ضد آفتاب محلول در روغن، فرمولاسیون کمتر چرب و زیباتر مانند مرطوب کننده روزانه حاوی ضد آفتاب را ایجاد می کند. فنیل بنزیمیدازول سولفونیک اسید SPF ضد آفتاب های آلی و معدنی را افزایش می دهد. همچنین به دلیل حلالیت در آب می توان از آن در ژل های شفاف استفاده کرد.
تریازون‌ها
تریازون ها با وزن مولکولی بالا طراحی شده اند تا از نفوذ آنها به داخل پوست بکاهند. اتیل هگزیل تریازون یک فیلتر UVB است که در اروپا (شماره 15 اتحادیه اروپا) موجود است.
UVA
بنزوفنون‌ها
اگرچه اکسی بنزون یا بنزوفنون-3 در محدوده UVB به بهترین شکل جذب می شود، جذب به خوبی تا محدوده UVA II نیز دارد. این ماده عمدتا به عنوان یک جاذب UVA استفاده میشود، اما مقادیر SPF را در ترکیب با سایر جاذب های UVB افزایش می دهد. اکسی بنزون به عنوان یک ماده جامد عرضه می شود و حلالیت ضعیف و ضریب خاموشی نسبتاً پایینی دارد. سولیسوبنزون یا بنزوفنون-4 محلول در آب، تا حدودی ناپایدار است و کمتر استفاده می شود. گزارش های سم شناسی مربوط به مسائلی از جمله حساسیت تماس و اختلال غدد درون ریز منجر به این شده است که در اتحادیه اروپا ملزم به ذکر بنزوفنون-3 به طور برجسته در محصولات شود. منتیل آنترانیلات Meradimate یا منتیل آنترانیلات یک فیلتر UVB ضعیف و با جذب عمدتاً در قسمت نزدیک به UVA طیف است. آنها در این محدوده نسبت به بنزوفنون ها موثرتر هستند و کمتر مورد استفاده قرار می گیرند (4).
بوتیل متوکسی دی بنزوئیل متان
Avobenzone یا Parsol 1789 t جذب قوی را از طریق بخش بزرگی از طیف UVA شامل اکثر طیف UVA با حداکثر جذب در 360 نانومتر فراهم می کند. پایداری نوری ((photostability که به توانایی یک مولکول برای پایدار ماندن در برابر نور اشاره دارد، برای این ماده بسیار کم است، به این مفهوم که این ماده از نظر نوری ناپایدار است. مطالعات دیگری نیز نشان میدهد که آووبنزن با اتیل هگزیل متوکسی سینامات واکنش میدهد.
منتیل آنترانیلات
Meradimate یا منتیل آنترانیلات یک فیلتر UVB ضعیف و با جذب عمدتاً در قسمت نزدیک به UVA طیف است. آنها در این محدوده نسبت به بنزوفنون ها موثرتر هستند و کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
فیلترهای فیزیکی
جاذبهای فیزیکی ضد آفتاب شامل دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی هستند که از نظر شیمیایی بی اثرند و به طور بالقوه از طیف کامل UVR محافظت می کنند. این مربوط به ویژگی‌ها و پتاسیل این ذرات است. رفتار نوری این ذرات معدنی، به طور عمده شامل پراکندگی و جذب اشعه UV است. از آنجا که طول کوج باند گپ ZnO بزرگتر از TiO2 است، ZnO طیف وسیع‌تری از نورUV را نسبت TiO2 جذب میکند. TiO2 در جذب UVA کارآمد نیست، بلکه یک جاذب نور UVB است. استفاده از روتیل در مقابل اشکال کریستالی آناستاز دی اکسید تیتانیوم، فعالیت نوری را کاهش می دهد. به ضد آفتابهایی که در آنها تیتانیوم دی اکسید وجود دارند از درجه بندی‌های نانویی شروع میشود و به ذرات میکرو ختم شود. معمولا زینک اکسید به صورت ذراتی با قطر 30 تا 200 نانومتر استفاده میشود. سطح این ذرات معدنی با مواد پوشش دهنده ساکن مانند روغنهای سیلیکونی یا آلومینیوم دی اکسید پوشش داده میشود تا پراکندگی آنها افزایش پیدا کند. ZnO دارای ضریب شکست 1.9 در مقابل 2.6 برای TiO2است، و بنابراین باعث سفید شدن کمتری نسبت به TiO2 میشود.
فاکتور حفاظتی نور خورشید (SPF)
فاکتور حفاظتی نور خورشید (SPF) به عنوان مهم‌ترین ویژگی کرم‌های ضد آفتاب به شمار می‌رود، که نشانگر قدرت حفاظتی کرم‌های ضد آفتاب در جلوگیری از ایجاد قرمزی پوست توسط اشعه UV است.
SPF:
انرژی مورد نیاز برای ایجاد حداقل قرمزی پوست (Erythema) قابل تشخیص روی پوست محافظت شده تقسیم بر انرژی مورد نیاز برای ایجاد حداقل قرمزی پوست (Erythema) قابل تشخیص روی پوست محافظت نشده
هر چه SPF بالاتر باشد محصول در جلوگیری از آفتاب سوختگی موثرتر است. اگر SPF از 15 بالاتر باشد نه تنها از آفتاب سوختگی محافظت میکند بلکه خطر ابتلا به سرطان پوست و پیری را کاهش میدهد. SPF مقدار حفاظت در برابر نور خورشید نیست، بلکه به این مفهوم است که چقدر طول می‌کشد اشعه UV پوست محافظت شده را در مقایسه با پوست محافظت نشده قرمز کند. به عنوان مثال کسی که از کرم ضد آفتاب با SPF 15 استفاده میکند 15 برابر بیشتر از زمانی که کرم استفاده نکند طول می‌کشد تا اریتم ایجاد شود.
کرم ضد آفتابی که SPF آن 15 است، 93 درصد از اشعه UV محافظت میکند، SPF 30 تا 97 درصد محافظت میکند و SPF 50 تا 98 درصد. بنیاد سرطان پوست می‌گوید تا SPF 15 و بالاتر برای حفاظت کافی است.
نفوذ غیرفعال روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید به درون پوست
دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به طور گسترده در تجارت استفاده می شود، به ویژه به عنوان رنگدانه سفید در رنگ ها، رنگ ها، پلاستیک ها، پوشش ها، لوازم آرایشی. برخی صنایع از TiO2 در قطر کمتر از 100 نانومتر استفاده می کنند. سه راه متداول قرار گرفتن در معرض TiO2 وجود دارد: (1) قرار گرفتن در معرض استنشاق، (2) قرار گرفتن در معرض از طریق دستگاه گوارش، (iii) قرار گرفتن در معرض پوست. به نظر می رسد استنشاق و قرار گرفتن در معرض دستگاه گوارش محتمل ترین راه های قرار گرفتن در معرض آن باشند، اگرچه نفوذ نانوذرات (NP) محدود است. با این حال، سرعت نفوذ ممکن است به طور قابل توجهی افزایش یابد زمانی که بافت آسیب دیده است. هنگامی که نانوذرات TiO2 به سیستم گردش خون مهاجرت می کنند، می توانند در تمام بافت‌ها از جمله مغز توزیع شوند. در مغز، TiO2 منجر به استرس اکسیداتیو با واسطه سلول‌های فاگوسیتی میکروگلیا میشود که با تولید و انتشار رادیکال‌های سوپراکسید که به گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) تبدیل می‌شوند. تولید ROS همچنین ممکن است باعث آسیب به سد خونی مغزی شود که سپس برای NPها نفوذپذیرتر می شود. علاوه بر این، چندین مطالعه تخریب نورون و اختلال در حافظه تشخیص فضایی و توانایی‌های یادگیری را در جوندگان آزمایشگاهی در معرض نانوذرات TiO2 نشان داده‌اند (5).
طبق مطالعات انجام شده نفوذ میکروذرات و نانوذرات تیتانیوم و زینک به درون پوست به صورت نمایی است. براون و همکارن نشان دادند که مواد جامد حل شده ای که بیش از 500 دالتون هستند و نقطه ذوب بالایی دارند تمایل بسیار کم برای نفوذ غیرفعال به دورن پوست نشان میدهند (6). مطالعات دیگر نشان داده است که نانوذرات استفاده شده فقط به فولیکولهای مو و شیارهای پوست نفوذ می‌کنند و حداقل ما می‌توانیم این ذرات را در لایه استراتوم پیدا کنیم. این یافته ها نشان می دهد که هیچ نفوذ قابل توجهی از نانوذرات TiO2 از طریق اپیدرم سالم دست نخورده وجود ندارد (7). همچنین فیلیپ و همکاران نشان دادند که لایه‌های عمیق‌تر از لایه شاخی، حتی پس از 48 ساعت قرار گرفتن در معرض ضد آفتاب، فاقد TiO2 یا اکسید روی خارجی هستند (8).
References
[1] Dutra, E.A.; Oliveira, D.A.G.d.C.; Kedor-Hackmann, E.R.M.; Santoro, M.I.R.M. Determination of sun protection factor (SPF) of sunscreens by ultraviolet spectrophotometry. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas 2004, 40, 381-385.
[2] Halliday, G.M.; Norval, M.; Byrne, S.N.; Huang, X.X.; Wolf, P. The effects of sunlight on the skin. Drug Discovery Today: Disease Mechanisms 2008, 5, e201-e209.
[3] Kim, T.H.; Park, S.H.; Lee, S.; Bharadwaj, A.S.; Lee, Y.S.; Yoo, C.G.; Kim, T.H. A Review of Biomass-Derived UV-Shielding Materials for Bio-Composites. Energies 2023, 16, 2231.
[4] Barel, A.O.; Paye, M.; Maibach, H.I. Handbook of cosmetic science and technology; CRC press, 2014.
[5] Zeman, T.; Loh, E.-W.; Čierný, D.; Šerý, O. Penetration, distribution and brain toxicity of titanium nanoparticles in rodents’ body: a review. IET Nanobiotechnology 2018, 12, 695-700.
[6] Magnusson, B.M.; Anissimov, Y.G.; Cross, S.E.; Roberts, M.S. Molecular size as the main determinant of solute maximum flux across the skin. Journal of Investigative Dermatology 2004, 122, 993-999.
[7] Sadrieh, N.; Wokovich, A.M.; Gopee, N.V.; Zheng, J.; Haines, D.; Parmiter, D.; Siitonen, P.H.; Cozart, C.R.; Patri, A.K.; McNeil, S.E.; Howard, P.C.; Doub, W.H.; Buhse, L.F. Lack of Significant Dermal Penetration of Titanium Dioxide from Sunscreen Formulations Containing Nano- and Submicron-Size TiO2 Particles. Toxicological Sciences 2010, 115, 156-166.
[8] Filipe, P.; Silva, J.N.; Silva, R.; Cirne de Castro, J.L.; Marques Gomes, M.; Alves, L.C.; Santus, R.; Pinheiro, T. Stratum Corneum Is an Effective Barrier to TiO2 and ZnO Nanoparticle Percutaneous Absorption. Skin Pharmacology and Physiology 2009, 22, 266-275.