Masarykova univerzita přírodovědecká fakulta

Cíle diplomové práce

V úvodu zpracování práce byl proveden souhrn dostupných vědeckých informací o opalovacích krémech a jejich aktivních složkách působících proti škodlivým účinkům UV záření na lidskou pokožku.

Hlavní část diplomové práce je věnována UV filtru používaného v opalovacích prostředcích 2ehylhexyl4methoxycinamát (EHMC), hodnocení a analýze jeho potenciálních rizik se zaměřením na dermální expozici člověka. EHMC při vystavení UV záření mění svou isomerní formu transEHMC na méně stabilní cisEHMC. Hlavním cílem této diplomové práce bylo posouzení rozdílných odpovědí v testech toxicity isomeru cisEHMC a transEHMC. Toxikologické informace o transEHMC jsou v literatuře dostatečně popsány, zatímco o cisEHMC tyto informace chybí. Experimentální část je zaměřena na hodnocení genotoxického potenciálu na modelech SOS Chromotestu a UmuC testu a hodnocení estrogenního potenciálu pomocí MVLN a HeLa9903 buněk. Nedílnou součástí práce byla také inovace UmuC testu a jeho zavedení do laboratoře RECETOX.

Dalším cílem bylo popsat humánní rizika této látky při dermální expozici. Informace o penetraci sunscreenů přes pokožku se v literatuře rozcházejí. Je proto nutné věnovat pozornost této problematice v návaznosti na toxické vlastnosti látek a zahrnout všechny faktory variance, které mohou při vystavení těchto látek na slunci při dermální aplikaci nastat.

2.Teoretická část

2. UV záření

UV záření slunečního spektra se rozděluje na 3 typy:

UVC (200 – 280 nm) „krátkovlnné, desinfekční“: tato část UV spektra má nejsilnější biologické efekty, ale je téměř celá absorbována ozonovou vrstvou atmosféry. UVC záření se používá v germicidních zářičích, pokud by tedy UVC prostupovalo přes atmosféru, nebyl by na Zemi život možný. Záření UVC je prokazatelně zhoubné (karcinogenní) pro živé organizmy. Penetrace UVC pletivy a tkáněmi živých organismů je větší než u UVB.

UVB (280 – 300 nm): představuje necelé 1 % celého energetického objemu slunečního záření dopadajícího na zemský povrch. Paprsky UVB záření vyvolávají erytrémy pokožky (akutní projevy expozice slunečnímu záření, jako je zarudnutí nebo až tvorba puchýřů). Částečně vyvolávají také pigmentaci pokožky.

UVA (320 – 400 nm): tyto paprsky se ještě rozdělují na UVAI (340 – 400 nm) a UVAII (320 – 340 nm). UVA je zastoupeno v terestriálním (pozemním, zemském) slunečním záření více než 4 %. Tato část spektra se používá v soláriích a např. i v dermatologické fyzioterapii (metoda PUVA – ozáření UVA v kombinaci s psoraleny). PUVA ale není zcela bezpečná metoda a má karcinogenní potenciál  prokazatelně zvyšuje riziko vzniku druhotných nádorů kůže. V případě opakované PUVA terapie s vysokými kumulativními dávkami UVA se vznik kožního karcinomu stává velkým problémem (Matsumura and Ananthaswamy 2004).

UVA může způsobovat erytrém (ve sto až tisícinásobné dávce než UVB), je hlavní částí spektra, které způsobuje pigmentaci pokožky. Tato část slunečního záření sice nezpůsobuje akutní reakce, ale má mnohem vyšší vlnovou délku než UVB záření a může tedy pronikat hlouběji do kůže a je zodpovědná za chronická poškození pokožky. UVA záření je méně pohlcováno atmosférou než UVB a dopadající UVA záření je tedy několikanásobně vyšší.

1. Vlivy UV záření

   1. Kůže

Kůže je největší orgán těla a plní řadu funkcí. Chrání před vlivy okolního prostředí, udržuje tělesnou teplotu. Plocha kůže dospělého člověka se pohybuje v rozmezí 1,5 až 2 m². Na lidskou hlavu a krk připadá přibližně 11 % kůže, na trup 30 %, na horní končetiny 23 % a na dolní končetiny asi 36 % celkového povrchu kůže.

Kromě termoregulační, ochranné, smyslové či vylučovací funkce má kůže také funkci resorpční. Přes kůži je tedy možné vstřebávat do těla látky lipofilní povahy nebo látky rozpuštěné v tukových rozpouštědlech (toho se využívá při vtírání některých mastí, jakožto léčiv). Přes kůži je možné absorbovat také dýchací plyny (Dokládal and Páč 1995).

Kůže se skládá ze tří vrstev: epidermis (zahrnuje i stratum corneum), dermis a hypodermis.

UVB záření proniká do stratum corneum a způsobuje erytrém. UVA záření má menší energii, ale zato proniká toto záření hlouběji do pokožky, kde způsobuje ztrátu elasticity kůže a poškození DNA buněk pokožky, což může způsobit i nádorové onemocnění.

2. Působení UV záření na pokožku

UV záření o vlnové délce méně než 310 nm je absorbováno ozónovou vrstvou atmosféry, proto UVC dopadá na Zemi jen v minimálním množství. Naproti tomu 5  10 % UVB a 90  95 % UVA ze slunečního záření může dopadat na pokožku člověka (Kanavy and Gerstenblith 2011; Narayanan et al. 2010). UVA může prostoupit hlouběji do dermis a 20  50 % slunečního UVA záření může dosáhnout hloubky melanocytů (pigmentových buněk ve svrchní vrstvě pokožky a ve vlasových folikulech). U záření UVB může do této hloubky dosáhnout jen 9 – 15 % (Costin and Hearing 2007). Vyšší dávka UV záření způsobuje apoptózu v keratinoocytech (hlavních pokožkových buněk). Bylo zjištěno, že melanocyty jsou méně citlivé na UV záření než keratinocyty (De Leeuw et al. 1994).

Expozice UVA záření může navíc vyvolat tvorbu radikálů singletového kyslíku, který indukuje zlomy v DNA, poškození nukleárních bazí a mutace (Wang et al. 2001). ROS (reaktivní formy kyslíku) indukované UVA zářením mohou poškozovat mitochondrie a indukovat apoptózu v buněčné kultuře (Godar 1999).

3. Trendy v opalování

Móda opálené pokožky se začala objevovat přibližně od 20. let minulého století. To samozřejmě vedlo ke zvýšení rizika nežádoucích účinků nadměrné expozici slunečnímu záření. Tento trend je charakteristický pouze pro bílou euroamerickoaustralskou populaci. Jejich bílá barva pokožky se vyvíjela již od dob ledových, kdy bylo potřebné, aby nezahalené části těla dokázaly absorbovat dostatek UV záření pro endogenní syntézu vitaminu D, proto zpravidla neobsahuje dostatek melaninu – přirozeného ochranného faktoru. Se zvyšující se expozicí slunečnímu záření u bělošské populace dochází v posledních desetiletích k enormnímu nárůstu výskytu nádorových onemocnění kůže (Rameš and Bencko 1993).

Výskyt melanomu se prokazatelně vyskytuje častěji na pokožce, která je vystavována slunečnímu záření (Lund and Timmins 2007), než místa obvykle zakrytá. Melanom je s největší pravděpodobností způsobován jak UVA, tak UVB zářením (Helmke et al. 2004; Moan et al. 1999; Wong et al. 2005). Ostatní nádory a jejich vznik jsou spojovány především s expozicí UVB záření (Wang et al. 2001), je ale pravděpodobné, že UVA je stejně nebezpečné jako UVB (Garland et al. 2003).

4. Příznivé působení UV záření

Již malá dávka UV záření o vlnové délce 320 nm působí na přeměnu 7dehydrocholesterolu na provitamin D₃, který se pak termální isomerizací mění na aktivní formu vitaminu D₃. Pokud by byla biosyntéza tohoto vitaminu omezena (teoreticky i důsledným používáním ochranných krémů a přípravků s vysokým SPF), může dojít u dospělých lidí vyššího věku k osteoporóze. Vitamin D se pokládá i za jeden z faktorů působící proti vzniku nádorových onemocnění včetně melanomu (Dennis et al. 2003). Lze tedy říci, že paradoxně i příliš velké omezení průniku UV záření může zvýšit riziko rakoviny. Stačí však pro dostatečnou produkci vitaminu D jen několik desítek minut expozice slunečnímu světlu týdně. Při standardním používání ochranných faktorů nebylo pozorováno snížení tvorby vitaminu D (Couteau et al. 2007; Janjua et al. 2004).

2.