자외선과 자외선 차단제

피부를 태우는 자외선

흔히 선탠(Sun tan)이라고 부르는 일광욕을 통해 피부의 색이 갈색으로 바뀌는 것은 피부 세포에 존재하는 물질이 화학적으로 변화함에 따라 발생합니다. 물질이 화학 변화를 일으키기 위해서는 에너지가 필요한데, 피부를 색을 변화시키는 화학 반응의 에너지원은 태양광에 포함되어 있는 자외선입니다. 자외선보다 파장이 긴 가시광선이나 적외선에서는 피부 색의 변화가 일어나지 않습니다. 가시광선이나 적외선은 피부 색을 변화시키는데 필요한 화학 반응을 일으킬 정도의 에너지를 가지고 있지 않기 때문입니다. 가시광선이나 적외선보다 파장이 짧은, 즉 진동수가 크고 높은 에너지를 가지는 자외선이 피부색 변화를 일으킵니다. 자외선은 파장의 길이로 그림과 같이 UV-A, UV-B, UV-C로 분류됩니다. 이 분류에서 파장이 짧은 UV-C와 UV-B의 단파장의 일부 자외선은 에너지가 높아 위험합니다. 이 범위의 자외선은 피부의 세포 조직을 파괴하고 면역력 저하, 백내장, 피부암 등을 일으켜 인체에 악영향을 미칩니다. 그러나 이러한 자외선은 대기 중 오존층에 흡수되기 때문에 대부분 지표에는 도달하지 못 합니다. 그러므로 일상 생활에서는 걱정할 필요가 없습니다. 지표면까지 도착해 피부색을 변화하게하는 원인이 되는 자외선은 UV-A와 UV-B 중 장파장의 자외선입니다.

피부색이 바뀌는 방식

UV-A는 피부 안쪽까지 닿아 멜라노사이트(색소세포)를 자극합니다. 멜라노사이트에는 티로신이라는 아미노산이 존재하는데, 이것이 피부가 갈색으로 변하게하는 멜라닌의 원료입니다. 자외선으로 멜라노사이트의 활동이 활발해지면 티로신에 산화효소인 티로시나아제가 작용하여 도파라는 물질이 생깁니다. 티로시나아제는 도파에 더 작용하여 도파퀴논이라는 물질을 만듭니다. 도파퀴논은 반응성이 높은데, 여러 물질을 거쳐 복잡한 구조를 가진 갈색의 멜라닌이 됩니다. 햇볕에 타서 피부색이 검게 변하는 것은 멜라닌이 증가하기 때문입니다. 멜라닌 염료는 자외선을 흡수하고 자외선이 피부에 손상을 주는 것을 방지합니다. 그러므로 자외선량에 대응해 멜라닌 색소가 적당히 생성되고 있는 동안은 피부색이 변하는 것만으로, 이것이 건강한 선탠입니다. 그러나 UV-A는 피부 깊숙히 있는 조직에도 영향을 미치므로 색소 침착, 주름, 처짐 등을 유발합니다. UV-B 중 장파장의 자외선은 피부의 안쪽까지 닿아 UV-A와 같은 작용을 합니다만, 그 대부분은 피부의 표면에 가까운 곳까지만 닿습니다. 햇볕에 의해 피부가 붉어지거나 붓거나 물집이 생기기고 벗겨지는 것은 UV-A보다 에너지가 높은 UV-B에 의한 것으로, 이것은 일광화상(Sunburn)입니다. 또한 UV-B는 피부암을 유발하는 것으로 알려져 있습니다.

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자외선 차단제(선크림)의 구조

자외선을 피하기 위해서는 옷, 모자, 양산 등으로 자외선을 피부에서 물리적으로 차단하는 것이 가장 좋은 방법입니다. 그러나 얼굴이나 팔까지 항상 자외선으로부터 완전히 차단하는 것은 어렵습니다. 또 해수욕을 하거나 할 때는 의복을 입고 있지 않기 때문에 자외선에 대해서 무방비가 됩니다. 이런 경우에는 자외선 차단제 등을 사용하면 좋을 것입니다. 자외선 차단제에는 자외선 방지제가 포함되어 있습니다. 자외선 방지제에는 금속 산화물 등의 미립자로 자외선을 물리적으로 차단하는 자외선 산란제와 자외선을 흡수하여 열 등의 에너지로 방출하는 자외선 흡수제가 있습니다. 자외선 산란제에는 이산화티탄, 산화아연 등의 화합물이 사용됩니다. 이러한 미립자를 피부에 바르면 자외선이 피부에 도달하기 전에 산란 및 반사되어 피부를 자외선으로부터 보호할 수 있습니다. 자외선 흡수제에는 많은 화합물이 사용되고 있습니다만, 대표적인 것으로는 옥시벤존이나 메톡시규히산옥틸 등입니다. 이 화합물들은 구조 중에 벤젠 고리와 이중 결합을 가지고 있으며 자외선을 잘 흡수합니다. 이러한 화합물이 자외선을 흡수하면 분자의 전자 상태가 낮은 에너지의 안정한 바닥 상태에서 높은 에너지의 불안정한 들뜬 상태가 됩니다. 전자는 즉시 불안정한 들뜬 상태에서 안정한 바닥 상태로 되돌아가려고 하며, 이때 여분의 에너지를 열 에너지로 방출합니다. 이를 반복하면서 자외선으로부터 피부를 보호합니다. 화합물에 의해 흡수되는 자외선의 파장 영역이 다르기 때문에, 자외선 흡수제에는 복수의 화합물이 배합되어 있습니다. 사용하는 동안 화합물 자체가 화학 변화를 일으켜 가려움증이나 피부 알레르기를 일으킬 수 있으므로 피부가 약한 사람은 주의하여 사용해야 합니다.

SPF와 PFA

자외선 방지제의 효과는 SPF(Sun Protection Factor)나 PFA(Protection Grade of UV-A)라는 수치로 표현됩니다. SPF는 주로 UV-B에 의한 일광화상을 막는 효과를 나타내는 수치로, 자외선으로 피부에 붉은 반점이 나타날 때까지의 시간을 얼마나 늘려줄 수 있는지를 나타낸 것입니다. 예를 들어 SPF15의 자외선 차단제 크림을 사용할 경우 자외선으로 붉은 반점이 생기기까지 20분이 걸리는 사람은 20×15=300분, 즉 5시간 자외선 차단제의 효과를 얻을 수 있다는 것입니다. PFA는 피부의 흑화를 SPF와 같은 방법으로 측정한 PFA라는 수치로부터 구해집니다. 일반적으로 아래와 같은 4단계로 정하고 있습니다.

PA+	PFA2 이상 4 미만 - 피부에 닿는 UV-A 에 50%에서 75%까지 차단
PA++	PFA4 이상 8 미만 - 피부에 닿는 UV-A 에 75%에서 87.5%까지 차단
PA+++	PFA8 이상 16미만 - 피부에 닿는 UV-A 에 87.5%에서 93.75%까지 차단
PA++++	PFA16 이상 - 피부에 닿는 UV-A 에 93.75%이상 차단

SPF나 PFA가 높다는 것은 자외선 방지 효과가 높다는 것입니다만, 그만큼 피부에 대한 부담도 커집니다. 일상 생활에서 자주 사용하는 자외선 차단제는 수치가 낮은 것을 선택하고, 수치가 높은 것은 해수욕, 레저, 옥외에서 스포츠를 할 경우에 사용하도록 하면 좋을 것 입니다. 참고로 PFA 혹은 PA라고 불리는 지수는 주로 아시아권에서 사용되는 용어로, 외국산 자외선 차단제에는 표기가 되어있지 않은 경우가 있습니다.

선탠 크림

선탠 크림은 자외선의 악영향은 피하면서 선탠하기 위한 것과 햇빛을 쬐지 않고 피부색을 바꾸는 것을 목적으로 하는 것이 있습니다. 전자는 자외선의 악영향을 피하기 위한 것이기 때문에, 이것은 자외선 차단제입니다. 선탠을 하는 것이 목적이기 때문에, 일광화상의 원인이 되는 UV-B를 선택적으로 차단 하도록 만들어져 있어, UV-A에 의한 선탠으로 상대적으로 건강하게 피부를 갈색으로 바꿀 수 있습니다. 후자는 선리스태닝이라고 불리며, 약품으로 피부의 각질층의 단백질을 변질시켜 피부의 색을 햇볕에 쬐는 것 같은 갈색으로 하는 것 입니다. 멜라닌 색소가 적은 백인이 많은 북아메리카와 유럽에서는 피부를 검게 하기 위해 일광욕을 하거나 태닝 살롱을 이용하는 것은 피부에 장애를 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않습니다. 그래서 자외선을 사용하지 않고 피부를 검게 할 수 있는 약품을 이용하게 되었습니다. 대표적인 선리스태닝제는 글리세린으로 만든 다이하이드록시아세톤이라는 단당류이다. 다이하이드록시아세톤을 피부에 바르면 각질층의 단백질을 만드는 아미노산과 반응하여 단백질이 변질됩니다. 이 변질 된 단백질은 노란색이나 갈색이됩니다. 착색된 피부는 씻거나 문질러도 색은 옅어지지 않습니다만, 몇일에서 1주일 정도 지나면 피부의 색이 원래대로 돌아옵니다. 다이하이드록시아세톤 자체는 무해하며, 자외선에 의한 생기는 데미지를 피부에 주지 않고 피부의 색을 햇볕을 쬔 것 같은 색으로 할 수 있습니다.