فیلترهای شیمیایی ضدآفتابها

UV فیلترهای شیمیایی

دکتر درسا وفایی

.

.

عملکرد فیلترهای شیمیایی

فیلترهای شیمیایی (Chemical UV Filters) با جذب و تبدیل اشعه ماوراء بنفش (UV) به انرژی کم‌خطر مانند گرما، از پوست محافظت می‌کنند. نحوه عملکرد آنها بر اساس مکانیسم‌های جذب فوتون‌های UV و تغییر ساختار مولکولی است.

.

مقایسه فیلترهای شیمیایی و فیزیکی

.

.

.

.

.

بر اساس مقالات علمی، مکانیسمهای مختلف این فرآیند محافظتی بصورت زیر می باشد:

۱. مکانیسم جذب اشعه UV

فیلترهای شیمیایی دارای ساختارهای آروماتیک یا سیستم‌های مزدوج پیوند دوگانه هستند که قادر به جذب فوتون‌های UV هستند. این ترکیبات معمولاً شامل گروه‌های کربونیل (C=O) یا بنزن هستند که انرژی UV را جذب می‌کنند.

UVA (320-400 nm): فیلترهایی مانند Avobenzone و Mexoryl SX این طیف را جذب می‌کنند.

UVB (290-320 nm): فیلترهایی مانند Octinoxate و Octocrylene در این محدوده مؤثرند.

.

۲. تبدیل انرژی UV به گرما

پس از جذب فوتون‌های UV، مولکول فیلتر به حالت برانگیخته تبدیل می شوند. سپس این انرژی از دو مسیر آزاد می‌شود:

.

مطالعات نشان می‌دهند که این فرآیند در پیکوثانیه (10 ^-12 ثانیه) رخ می‌دهد و از تولید رادیکال‌های آزاد جلوگیری می‌کند Journal of Photochemistry and Photobiology, 2018

.

۳. پایداری و تخریب فیلترها

برخی فیلترها (مثل Octocrylene) به عنوان تثبیت‌کننده عمل می‌کنند و از تخریب فیلترهای ناپایدار مانند Avobenzone جلوگیری می‌کنند (Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine, 2020).

.

چالش‌های فیلترهای شیمیایی

حساسیت پوستی: برخی افراد به فیلترهایی مانند Oxybenzone حساسیت دارند.

تخریب در نور: مثلاً Avobenzone در معرض UV می‌شکند، مگر با تثبیت‌کننده‌ها ترکیب شود.

نگرانی‌های زیست محیطی: برخی مطالعات نشان داده‌اند که Oxybenzone می‌تواند به مرجان‌ها آسیب بزند (Environmental Health Perspectives, 2016).

.

فیلترهای شیمیایی با جذب انتخابی UV و تبدیل آن به انرژی گرمایی بی‌خطر، عمل می‌کنند.

انتخاب فیلتر مناسب، به طیف UV (A/B)، پایداری نوری و سازگاری با پوست بستگی دارد. برای اثربخشی بهتر، معمولاً چند فیلتر به صورت ترکیبی استفاده می‌شوند.

.

محل اثربخشی فیلترهای شیمیایی

نیازی نیست فیلترهای شیمیایی جذب اپیدرم شوند تا بتوانند اشعه UV را جذب و بی‌اثر کنند و اثر محافظتی داشته باشند. ماندگاری و پخش یکنواخت روی سطح پوست به همراه فرمولاسیون مناسب، فاکتورهای کلیدی هستند. بعضی فیلترهای شیمیایی به لایه اپیدرم پوست نفوذ کنند اما این نفوذ نباید از اپیدرم فراتر برود تا وارد جریان خون نشود.

.

محل عملکرد فیلترهای شیمیایی: سطح پوست یا لایه شاخی اپیدرم

فیلترهای شیمیایی باید روی سطح پوست و یا در لایه شاخی (Stratum Corneum) باقی بمانند تا:

– اشعه UV را قبل از رسیدن به لایه‌های عمقی پوست (درم) جذب کنند.

– از آسیب به DNA سلول‌ها و تولید رادیکال‌های آزاد جلوگیری کنند.

.

مطالعات نشان می‌دهند که بسیاری از فیلترها (مثل Oxybenzone) می‌توانند تا حدی به درم نفوذ کنند، اما اثر محافظتی آنها عمدتاً در سطح پوست و اپیدرم است (Journal of Investigative Dermatology, 2019).

.

چرا نباید فیلترها به جریان خون برسند؟

– برخی فیلترها (مانند Avobenzone و Octinoxate) در صورت جذب سیستمیک ممکن است اختلالات هورمونی ایجاد کنند (مطالعات حیوانی نشان داده‌اند که این ترکیبات می‌توانند مانند استروژن عمل کنند (Environmental Health Perspectives, 2016)  

– سازمان‌هایی مثل FDA در حال بررسی جذب سیستمیک این ترکیبات هستند. در سال ۲۰۲۰، تحقیقات نشان داد که غلظت برخی فیلترها در خون پس از استفاده مکرر از کرم ضدآفتاب از حد مجاز فراتر می‌رود (JAMA, 2020).

.

عوامل مؤثر بر نفوذ به اپیدرم

– سایز مولکول: فیلترهای با مولکول‌های بزرگ (مثل Tinosorb S) کمتر جذب خون می‌شوند.

– فرمولاسیون محصول: استفاده از نانوذرات یا امولسیون‌های خاص می‌تواند نفوذ را محدود به اپیدرم کند.

– سلامت پوست: پوست آسیب‌دیده یا مبتلا به اگزما ممکن است جذب بیشتری داشته باشد.

.

راهکارهای کاهش جذب سیستمیک

۱. استفاده از فیلترهای با وزن مولکولی بالا (مثل Tinosorb M).

۲. ترکیب با فیلترهای فیزیکی (مثل زینک اکساید) که روی پوست می‌مانند و جذب نمی‌شوند.

۳. پرهیز از اسپری‌ها یا محصولات الکلی که نفوذ را افزایش می‌دهند.

.

برای ایمنی بیشتر، می‌توان از فیلترهای جدیدتر با جذب سیستمیک پایین یا ترکیب با فیلترهای فیزیکی استفاده کرد.

.

شکل ساده و مفهومی از نحوه عملکرد فیلترهای شیمیایی در برابر اشعه UV :

فیلترهای شیمیایی از نظر ساختاری یک مولکول با حلقه‌های آروماتیک (مثل بنزن) و گروه‌های کربونیل می باشند.  

.

پوست محافظت نشده (بدون فیلتر UV)

تابش اشعه UV  به پوست  

          ↓

  تخریب DNA ← التهاب/ پیری/ سرطان پوست

.

نمودار عملکرد فیلترهای شیمیایی در مقابله با UV  (جذب و تبدیل انرژی اشعه UV

تابش اشعه UV  به پوست محافظت شده با فیلتر شیمیایی (مثلاً Avobenzone)

           ↓

جذب فوتون‌های UV توسط الکترون‌های مولکول فیلتر شیمیایی (مانند Avobenzone)

          ↓  

انتقال مولکول به حالت «برانگیخته» (Excited State) یعنی الکترون‌های مولکول به سطح انرژی بالاتر می‌روند

          ↓

تغییر ساختار مولکولی (Photoisomerization) یا آزادسازی انرژی به صورت گرما

     ↓

بازگشت به حالت پایه (Ground State) + انتشار انرژی بی‌خطر

           ↓

پوست محافظت می‌شود

.

مثال فیلتر Avobenzone (جذب UVA)

ساختار اولیه کتو C=O در اثر جذب UV به ساختار انول C-OH تبدیل می گردد. این تغییر ساختار، انرژی UV را به گرما تبدیل می‌کند.

.

.

.

.

.

.

.

نکات کلیدی: انرژی UV به جای آسیب به DNA، به گرما تبدیل می‌شود.

.

.

.

.

.

.

.

مکانیسم در سطح مولکولی  

فیلتر UV (مثلاً Oxybenzone):

ساختار: C=O (کربونیل) + حلقه بنزن

             ↓

جذب UV => پیوندهای دوگانه انرژی می‌گیرند:              C=O (حالت برانگیخته)

             ↓

تبدیل انرژی به:

– گرما (از طریق ارتعاش مولکولی) ♨

– یا ایزومریزاسیون (تغییر شکل مولکول)

.