紫外线辐射致皮肤损伤的定量分析

不同波段的紫外线

根据对生物的影响，紫外线可分为长波紫外线、中波紫外线和中波紫外线。
UVA(最长波长紫外线):波长为320纳米至400纳米的紫外线。
中波紫外线(UVB):波长为290纳米至320纳米的紫外线。
UVC(最短波长紫外线):波长为100纳米至290纳米的紫外线。
在到达地球表面的太阳光中，紫外线占5%到6%，其中约90%是长波紫外线，其余大部分是中波紫外线。UVC大部分被臭氧层吸收，不会到达地球表面。因此，从表皮损伤的角度来看，只考虑UVA和UVB。

紫外波长和光子能量

紫外线既是电磁波又是光。光是由称为光子的基本粒子构成的，这些粒子所携带的能量被称为光子能量。光子能量与光子的电磁频率成正比，与光子的波长成反比。光子能量E可以用下式表示，其中h为普朗克常数(6.626×10^-34年Js)， c是光速，λ是光子的波长:

E = h × c / λ

从这个方程中，你可以看到，随着波长λ的变长，光子能量E减小。相反，波长λ越短，光子能量E越高。破坏物质分子键的力随着光子能量的增加而增大。光子的波长越长，光到达地球表面的速度就越快。

由于UVB的波长较短，所以大部分无法到达地球表面，因此不会穿透皮肤到达真皮层，反而会损害表皮。由于其光子能量高，可在短时间内造成严重的伤害。

另一方面，UVA波长较长，大部分可以到达地球表面，这也使得它可以穿透皮肤，深入到真皮层。由于其光子能量低，UVA在短时间内不太可能对皮肤造成损伤，但如果皮肤长期暴露在紫外线下，就会损伤真皮层。

由UVB引起的皮肤问题

由于中波紫外线波长较短，因此会被臭氧层吸收，所以到达地球表面的中波紫外线数量有限，这意味着它穿透皮肤的深度较浅。然而，高光子能量意味着它可以导致晒黑和晒伤，即使是在很短的时间内。
晒伤是由于紫外线辐射引起的皮肤发红。它通常是由中波紫外线引起的，也被称为红斑反应。皮肤突然暴露在强紫外线辐射下数小时后就会发生晒伤。红肿部位的血管扩张导致炎症。症状在8到12小时内达到高峰。这种情况会持续几天，直到皮肤恢复正常状态。
血管的扩张促进吸收UVB的角化细胞产生细胞因子，从而导致炎症反应。在这个过程中，DNA双螺旋中相邻的嘧啶碱基连接在一起形成嘧啶二聚体，这是对细胞的损伤。皮肤细胞可以通过一种叫做核苷酸切除修复的功能来修复这些病变。然而，当损伤的数量超过这一功能或修复不成功时，就会发生晒伤。此外，这种受损细胞的增殖会导致恶性皮肤癌，如黑色素瘤、鳞状细胞癌和基底细胞癌。晒黑是由紫外线辐射引起的皮肤变黑，也被称为色素变黑或晒黑。鞣革有两个阶段:色素立即变黑和延迟鞣革。

即刻色素变黑

当皮肤暴露于紫外线辐射后，皮肤中的还原形式的黑色素立即光氧化，就会立即发生色素变黑。色素沉着通常在几个小时后消失。

延迟晒黑

当皮肤暴露在紫外线辐射下大约两天后，新的黑色素在很长一段时间内生成时，就会发生延迟晒黑。延迟晒黑持续几个月以上。

UVA引起的皮肤问题

与中波紫外线相比，到达地球表面的长波紫外线更多。UVA波长较长，可以穿过表皮角质层的黑色素和角蛋白，进入真皮层。
当UVA到达真皮层时，它会影响弹性纤维、胶原纤维和黏骨膜，导致皮肤的柔韧性和紧致性恶化，导致皱纹、下垂和其他老化效应(光老化)和皮肤问题。它还可以氧化现有的黑色素，使皮肤变黑。