Жизнь под солнцем
Без света жизнь на Земле не могла бы существовать. Растения запасают солнечную энергию с помощью фотосинтеза и обеспечивают энергией через пищу всех остальные живые существа. Человеку и другим животным свет обеспечивает возможность видеть окружающий мир, регулирует биологические ритмы организма.
Эту жизнерадостную картину осложняет ультрафиолет, поскольку его энергии достаточно, чтобы вызвать серьёзные повреждения ДНК. Учёные насчитывают более двух десятков различных болезней, которые возникают или усугубляются под действием солнечного света; среди них меланома, катаракта. Конечно, в процессе эволюции наш организм выработал механизмы защиты от ультрафиолета. Первый барьер, который преграждает потенциально опасному излучению доступ в организм, — кожа. Практически весь ультрафиолет поглощается в эпидермисе, наружном слое кожи толщиной 0,07-0,12 мм. Чувствительность к свету во многом определяется наследственной способностью организма производить меланин, тёмный пигмент, который поглощает свет в эпидермисе и тем самым защищает более глубокие слои кожи от повреждений. Ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку меланина. Наиболее опасны для организма повреждения нуклеиновых кислот. Под действием ультрафиолета образуются димеры за счёт ковалентных связей между соседними пиримидиновыми основаниями. Поскольку пиримидиновые димеры не вписываются в двойную спираль, эта часть ДНК теряет способность к выполнению своих функций. Если повреждения небольшие, специальные ферменты вырезают дефектный участок. Однако, если ущерб больше, чем способность клетки к ремонту, клетка гибнет. Внешне это проявляется в том, что обожжённая кожа «слезает». Повреждение ДНК может приводить к мутациям и, как следствие — к раковым заболеваниям.
Ещё одно следствие ультрафиолетового облучения — подавление иммунитета. Возможно, такая реакция организма призвана ослабить воспаление, вызванное солнечным ожогом, однако при этом снижается устойчивость к инфекциям.
Долгое время белая кожа считалась отличительной чертой знатных и богатых: сразу было видно, что её обладателям не приходится с утра до ночи работать в поле. Но в XX веке все изменилось, бедные слои населения теперь проводили целые дни на заводах и фабриках, а богатые могли позволить себе отдыхать на свежем воздухе, у моря, демонстрируя красивый золотистый загар. Но врачи установили — у любителей загара вероятность рака кожи возрастает в несколько раз. Всем было предложено пользоваться солнцезащитными кремами и лосьонами, в состав которых входят вещества, отражающие или поглощающие ультрафиолет.
Известно, что ещё во времена Колумба индейцы имели обыкновение раскрашивать себя красной краской, чтобы защититься от солнца. Возможно, древние греки и римляне использовали для этих целей смесь песка с растительным маслом, поскольку песок отражал солнечные лучи. Применение химических солнцезащитных средств началось в 1920-х годах, когда в качестве солнцезащитного средства была запатентована парааминобензойная кислота (ПАБК). Однако она растворялась в воде, так что защитный эффект исчезал после купания, и к тому же раздражала кожу. В 1970-е годы на смену ПАБК пришли её эфиры, почти нерастворимые в воде и не вызывающие сильного раздражения. Настоящий бум в области солнцезащитной косметики начался в 1980-е годы.
Поглощающие ультрафиолет вещества (в косметологии за ними закрепилось название «УФ-фильтры») стали добавлять не только в специальные «пляжные» кремы, но и почти во все косметические продукты, предназначенные для использования в дневное время: крем, жидкую пудру, губную помаду. По принципу действия УФ-фильтры можно разделить на две группы: отражающие свет («физические») и поглощающие («химические»). К отражающим средствам относятся разного рода минеральные пигменты, прежде всего диоксид титана, оксид цинка, силикат магния. Принцип их действия прост: они рассеивают ультрафиолет, не давая ему проникнуть в кожу. Окись цинка захватывает область длин волн от 290 до 380 нм, остальные — несколько меньше. Основной недостаток отражающих средств тот, что они представляют собой порошок, непрозрачны и придают коже белый цвет.
Естественно, что производителей косметики больше привлекали прозрачные и хорошо растворимые «химические» УФ-фильты. К ним относятся парааминобензойная кислота и её эфиры (сейчас их почти не используют, так как появились сведения, что они разлагаются с образованием мутагенов), салицилаты, производные коричной кислоты (циннаматы), антраниловые эфиры, оксибензофеноны. Принцип действия УФ-абсорбера заключается в том, что, поглотив квант ультрафиолета, его молекула изменяет свою внутреннюю структуру и преобразует энергию света в тепло. Наиболее эффективные и светостойкие УФ-абсорберы работают по внутримолекулярному циклу переноса протона.
Стали появляться сообщения, что у людей, которые постоянно пользуются солнцезащитными препаратами, частота возникновения рака кожи не только не снизилась, но и возросла. Объяснение этому следующее: большинство химических УФ-абсорберов поглощают свет только в одной области ультрафиолетового диапазона (УФ-В области), предотвращая развитие солнечного ожога. Но, по некоторым данным, меланома возникает под действием УФ-А излучения. Не пропуская УФ-В излучение, солнцезащитные средства блокируют природный предупреждающий сигнал — покраснение кожи, замедляют образование защитного загара, и в результате человек получает избыточную дозу в области УФ-А, которая может спровоцировать рак.
Кстати, прибрежные тропические кораллы, оказывающиеся во время отлива на солнцепёке, вырабатывают вещество, защищающее их от ультрафиолетовых лучей солнца. Состав вещества определён, оно синтезировано, и сейчас на его основе выпускают крем от загара.
Помимо многочисленных негативных эффектов ультрафиолета есть позитивные. Самый яркий пример — фотосинтез витамина D3. В эпидермисе содержится довольно много 7-дигидрохолестерола, предшественника витамина DV облучение светом УФ-В диапазона запускает цепочку реакций, в результате которых и получается холекальциферол (витамин D3), пока ещё не активный. Это вещество связывается с одним из белков крови и переносится в почки. Там оно превращается в активную форму витамина D3 — 1,25-ди-гидроксихолекальциферол. Витамин D3 необходим для всасывания кальция в тонком кишечнике, нормального фосфорно-кальциевого обмена и образования костей, при его недостатке у детей развивается тяжёлое заболевание — рахит.
После оптимального облучения тела концентрация витамина D, в крови возрастает в 10 раз и возвращается к прежнему уровню через неделю. Считается достаточным ежедневно проводить на солнце примерно по 15 минут, подставляя солнечным лучам лицо и руки. Хронический дефицит витамина D3 приводит к ослаблению костной ткани. К группе риска относятся темнокожие дети, живущие в северных странах, и пожилые люди, которые мало бывают на свежем воздухе. Другие полезные эффекты ультрафиолета связаны в основном с медициной. Ультрафиолетом лечат такие заболевания, как псориаз, экзема, розовый лишай. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в лечении волчаночного туберкулёза кожи. Метод облучения крови ультрафиолетом сейчас успешно применяют для лечения воспалительных и других заболеваний.
Эту жизнерадостную картину осложняет ультрафиолет, поскольку его энергии достаточно, чтобы вызвать серьёзные повреждения ДНК. Учёные насчитывают более двух десятков различных болезней, которые возникают или усугубляются под действием солнечного света; среди них меланома, катаракта. Конечно, в процессе эволюции наш организм выработал механизмы защиты от ультрафиолета. Первый барьер, который преграждает потенциально опасному излучению доступ в организм, — кожа. Практически весь ультрафиолет поглощается в эпидермисе, наружном слое кожи толщиной 0,07-0,12 мм. Чувствительность к свету во многом определяется наследственной способностью организма производить меланин, тёмный пигмент, который поглощает свет в эпидермисе и тем самым защищает более глубокие слои кожи от повреждений. Ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку меланина. Наиболее опасны для организма повреждения нуклеиновых кислот. Под действием ультрафиолета образуются димеры за счёт ковалентных связей между соседними пиримидиновыми основаниями. Поскольку пиримидиновые димеры не вписываются в двойную спираль, эта часть ДНК теряет способность к выполнению своих функций. Если повреждения небольшие, специальные ферменты вырезают дефектный участок. Однако, если ущерб больше, чем способность клетки к ремонту, клетка гибнет. Внешне это проявляется в том, что обожжённая кожа «слезает». Повреждение ДНК может приводить к мутациям и, как следствие — к раковым заболеваниям.
Ещё одно следствие ультрафиолетового облучения — подавление иммунитета. Возможно, такая реакция организма призвана ослабить воспаление, вызванное солнечным ожогом, однако при этом снижается устойчивость к инфекциям.
Долгое время белая кожа считалась отличительной чертой знатных и богатых: сразу было видно, что её обладателям не приходится с утра до ночи работать в поле. Но в XX веке все изменилось, бедные слои населения теперь проводили целые дни на заводах и фабриках, а богатые могли позволить себе отдыхать на свежем воздухе, у моря, демонстрируя красивый золотистый загар. Но врачи установили — у любителей загара вероятность рака кожи возрастает в несколько раз. Всем было предложено пользоваться солнцезащитными кремами и лосьонами, в состав которых входят вещества, отражающие или поглощающие ультрафиолет.
Известно, что ещё во времена Колумба индейцы имели обыкновение раскрашивать себя красной краской, чтобы защититься от солнца. Возможно, древние греки и римляне использовали для этих целей смесь песка с растительным маслом, поскольку песок отражал солнечные лучи. Применение химических солнцезащитных средств началось в 1920-х годах, когда в качестве солнцезащитного средства была запатентована парааминобензойная кислота (ПАБК). Однако она растворялась в воде, так что защитный эффект исчезал после купания, и к тому же раздражала кожу. В 1970-е годы на смену ПАБК пришли её эфиры, почти нерастворимые в воде и не вызывающие сильного раздражения. Настоящий бум в области солнцезащитной косметики начался в 1980-е годы.
Поглощающие ультрафиолет вещества (в косметологии за ними закрепилось название «УФ-фильтры») стали добавлять не только в специальные «пляжные» кремы, но и почти во все косметические продукты, предназначенные для использования в дневное время: крем, жидкую пудру, губную помаду. По принципу действия УФ-фильтры можно разделить на две группы: отражающие свет («физические») и поглощающие («химические»). К отражающим средствам относятся разного рода минеральные пигменты, прежде всего диоксид титана, оксид цинка, силикат магния. Принцип их действия прост: они рассеивают ультрафиолет, не давая ему проникнуть в кожу. Окись цинка захватывает область длин волн от 290 до 380 нм, остальные — несколько меньше. Основной недостаток отражающих средств тот, что они представляют собой порошок, непрозрачны и придают коже белый цвет.
Естественно, что производителей косметики больше привлекали прозрачные и хорошо растворимые «химические» УФ-фильты. К ним относятся парааминобензойная кислота и её эфиры (сейчас их почти не используют, так как появились сведения, что они разлагаются с образованием мутагенов), салицилаты, производные коричной кислоты (циннаматы), антраниловые эфиры, оксибензофеноны. Принцип действия УФ-абсорбера заключается в том, что, поглотив квант ультрафиолета, его молекула изменяет свою внутреннюю структуру и преобразует энергию света в тепло. Наиболее эффективные и светостойкие УФ-абсорберы работают по внутримолекулярному циклу переноса протона.
Стали появляться сообщения, что у людей, которые постоянно пользуются солнцезащитными препаратами, частота возникновения рака кожи не только не снизилась, но и возросла. Объяснение этому следующее: большинство химических УФ-абсорберов поглощают свет только в одной области ультрафиолетового диапазона (УФ-В области), предотвращая развитие солнечного ожога. Но, по некоторым данным, меланома возникает под действием УФ-А излучения. Не пропуская УФ-В излучение, солнцезащитные средства блокируют природный предупреждающий сигнал — покраснение кожи, замедляют образование защитного загара, и в результате человек получает избыточную дозу в области УФ-А, которая может спровоцировать рак.
Кстати, прибрежные тропические кораллы, оказывающиеся во время отлива на солнцепёке, вырабатывают вещество, защищающее их от ультрафиолетовых лучей солнца. Состав вещества определён, оно синтезировано, и сейчас на его основе выпускают крем от загара.
Помимо многочисленных негативных эффектов ультрафиолета есть позитивные. Самый яркий пример — фотосинтез витамина D3. В эпидермисе содержится довольно много 7-дигидрохолестерола, предшественника витамина DV облучение светом УФ-В диапазона запускает цепочку реакций, в результате которых и получается холекальциферол (витамин D3), пока ещё не активный. Это вещество связывается с одним из белков крови и переносится в почки. Там оно превращается в активную форму витамина D3 — 1,25-ди-гидроксихолекальциферол. Витамин D3 необходим для всасывания кальция в тонком кишечнике, нормального фосфорно-кальциевого обмена и образования костей, при его недостатке у детей развивается тяжёлое заболевание — рахит.
После оптимального облучения тела концентрация витамина D, в крови возрастает в 10 раз и возвращается к прежнему уровню через неделю. Считается достаточным ежедневно проводить на солнце примерно по 15 минут, подставляя солнечным лучам лицо и руки. Хронический дефицит витамина D3 приводит к ослаблению костной ткани. К группе риска относятся темнокожие дети, живущие в северных странах, и пожилые люди, которые мало бывают на свежем воздухе. Другие полезные эффекты ультрафиолета связаны в основном с медициной. Ультрафиолетом лечат такие заболевания, как псориаз, экзема, розовый лишай. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в лечении волчаночного туберкулёза кожи. Метод облучения крови ультрафиолетом сейчас успешно применяют для лечения воспалительных и других заболеваний.