Cơ chế hoạt động sinh học của ánh sáng mặt trời

Một số lượng lớn các phân tử (sắc tố) các lớp da khác nhau tương tác và hấp thụ tia UV. Tia cực tím B (UVB) đến lớp biểu bì, tại đó nó được DNA hấp thụ dẫn đến sự hình thành các sản phẩm quang, chủ yếu là các dimer pyrimidine cyclobutane (CPD). Chúng can thiệp vào cả quá trình sao chép và phiên mã và do đó có khả năng gây độc và gây đột biến cho tế bào. Tia cực tím A thâm nhập sâu hơn vào da và gây tổn thương DNA, chủ yếu thông qua cơ chế oxy hóa quang. UV cũng có thể gây ung thư bằng cách ức chế hệ thống miễn dịch. 

Biểu bì của con người thích nghi với việc tiếp xúc với tia U mãn tính bằng cách tăng lượng sắc tố melanin, tăng sản biểu bì và làm dày lớp sừng. Sắc tố mạnh hơn dẫn đến tăng khả năng hấp thụ tia cực tím A và Tia cực tím B, trong khi sự dày lên của biểu bì chủ yếu làm tăng khả năng hấp thụ Tia cực tím B. Sắc tố do Tia cực tím B gây ra (trì hoãn) dẫn đến khả năng bảo vệ, tương đương với hệ số bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời từ 2 đến 3 chống lại tổn thương DNA và cháy nắng.biểu bì và lớp sừng dày cản trở sự truyền tia UV đến các tế bào dễ bị tổn thương của lớp đáy và lớp trên đáy. Tác dụng bảo vệ của việc làm dày được phát hiện có quan trọng hơn so với sự gia tăng sắc tố. Tiếp xúc thường xuyên với liều lượng tia UV nhân tạo mô phỏng mặt trời dưới da trong 3 tuần làm giảm trung bình 75% độ nhạy tia cực tím đối với ban đỏ. Sự hình thành dimer pyrimidine cyclobutane giảm trung bình 60%.

Quan trọng hơn, hầu như không tìm thấy dimer pyrimidine cyclobutane nào ở lớp đáy và lớp trên đáy. Tổn thương DNA của các tế bào đáy và lớp trên đáy với khả năng tăng sinh của chúng có thể gây ra nhiều hậu quả hơn so với tổn thương của các tế bào của các lớp biểu bì cao hơn vốn đã cam kết biệt hóa cuối cùng.

Điều hòa miễn dịch bằng bức xạ UV liên quan đến nhiều con đường liên quan đến sự hình thành vitamin D, axit cis-urocanic và các sản phẩm oxy hóa của DNA, lipid và protein.Những chất này khởi đầu các con đường truyền tín hiệu, dẫn đế giải phóng một số chất trung gian thứ cấp có khả năng điều hòa miễn dịch qua trung gian tế bào thông qua nhiều cơ chế. Tia UV kích thích các tế bào T Regulatory và tiết IL-10, làm giảm mức độ cytokine tiền viêm IL-17, và làm giảm chức năng miễn dịch của tế bào T-helper (Th-1). Điều này dẫn đến cả tình trạng ức chế miễn dịch tại chỗ và toàn thân, do đó loại bỏ các cơ chế phòng vệ tự nhiên. Mặt khác, chúng có thể cung cấp các con đường hợp lý về mặt sinh học để giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường loại 1.

Hầu hết vitamin D của chúng ta bắt nguồn từ quá trình quang hợp trong da. Vitamin D (dưới dạng hoạt động: 1,25-hydroxyvitamin D) đã được biết đến với vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh mức độ canxi và phosphate cũng như trong quá trình khoáng hóa xương. Hơn nữa, vitamin D dường như có liên quan đến một số lượng lớn các quá trình bệnh lý sinh lý khác nhau. Nhiều loại tế bào được biết là biểu hiện thụ thể vitamin D và sản xuất 1,25-hydroxyvitamin D. Hoạt hóa thụ thể vitamin D bởi 1,25-dihydroxyvitamin D gây ra hoặc ức chế phiên mã của một số gen ảnh hưởng đến sự tăng sinh, phân hóa, xâm lấn, tiềm năng di căn, hình thành mạch máu và apoptosis. Nhiều đánh giá đã được viết về nhiều tác dụng của vitamin D.

Da người có thể được coi là cơ quan lưu trữ nitric oxide (NO) và các dẫn xuất nitric oxide lớn nhất của con người như nitrit và nitrosothiol. Các tác động sinh học của nitric oxide được trung gian thông qua phản ứng của nó với các mục tiêu, như nhóm haem, các gốc cysteine ​​và các cụm sắt và kẽm . Các mục tiêu này giúp giải thích nhiều vai trò mà nitric oxide đóng, bao gồm giãn mạch, bảo vệ miễn dịch, truyền thần kinh, apoptosis và vận động tế bào. Chiếu xạ với liều lượng tia UV A có liên quan về mặt sinh học kích thích da giải phóng nitric oxide từ một kho dự trữ đã hình thành trước và kích thích sự chuyển dịch nitric oxide từ da đến hệ tuần hoàn. Điều này dẫn đến nồng độ hợp chất nitroso trong huyết tương tăng đáng kể, có mối tương quan mạnh với giãn mạch, giảm sức cản mạch máu liên tục.

Truyền tĩnh mạch chậm nitric oxide vào những người tình nguyện khỏe mạnh làm tăng nồng độ nitrosothiol trong huyết tương và gây ra sự giảm đáng kể. Chiếu xạ người da trắng với liều tia UV A sinh lý (8-20 J/cm²) được phát hiện có tác dụng giãn mạch động mạch. Không phụ thuộc vào vitamin D, tia cực tím đã ức chế đáng kể tình trạng tăng cân, không dung nạp glucose, kháng insulin, nồng độ insulin lúc đói, glucose và cholesterol trong huyết thanh ở mô hình chuột bị béo phì. KHÔNG tái tạo nhiều tác dụng này của tia cực tím.

Trong một thí nghiệm mù, những người thường xuyên tắm nắng theo bản năng thích giường tắm nắng có tia cực tím hơn là giường tắm nắng giống hệt nhau có bộ lọc acrylic để ngăn chặn sự truyền tia cực tím. Những người sử dụng giường tắm nắng cảm thấy thư giãn hơn và bớt căng thẳng hơn những người không sử dụng. Điều này được cho là do sự gia tăng sản xuất serotonin và endorphin. Serotonin là một chất dẫn truyền thần kinh không chỉ liên quan đến tâm trạng mà còn liên quan đến nhận thức, điều chỉnh hành vi ăn uống, lo lắng, hung hăng, đau đớn, hoạt động tình dục và giấc ngủ. Nó được tổng hợp trong nhiều cơ quan như ruột, tuyến giáp, buồng trứng, vú và da, sau đó giải phóng vào máu. Sản xuất serotonin có thể tăng lên nhờ ánh sáng mặt trời qua mắt và da. Việc tiếp xúc của tế bào sừng với bức xạ UV dẫn đến sản xuất β-endorphin opioid. βendorphin này, được giải phóng vào máu trong quá trình tiếp xúc với tia UV, có thể đến não ở nồng độ đủ để tạo ra sự cải thiện tâm trạng và thư giãn. Một số, nhưng không phải tất cả, các nghiên cứu trên con người đã chứng minh nồng độ βendorphin tăng lên trong máu sau khi tiếp xúc với tia UV.

Chức năng đồng hồ sinh học thích hợp là điều cần thiết để phối hợp các chức năng tế bào để phản ứng với chu kỳ sáng và tối. Tiếp xúc với ánh sáng là kích thích quan trọng nhất đối với nhịp sinh học, và việc tiếp xúc với ánh sáng không tự nhiên có thể làm suy yếu và/hoặc làm nhiễu loạn nhịp sinh học. Nhịp sinh học của cả đồng hồ trung tâm và ngoại vi được điều chỉnh bởi các vòng phản hồi được tạo ra bởi các protein đồng hồ tương tác. Nhánh dương của bộ máy đồng hồ bao gồm CLOCK và BMAL1, chúng dị hợp và gây ra biểu hiện của các gen được kiểm soát bởi đồng hồ. Các họ cryptochrome (CRY1 và CRY2) và chu kỳ (PER1, PER2 và PER3) là các gen được điều khiển bởi đồng hồ và mã hóa các protein điều chỉnh tiêu cực bộ máy sinh học. Đồng hồ sinh học điều chỉnh các khía cạnh chính của sự phát triển và sống sót của tế bào, bao gồm chu kỳ tế bào, phản ứng tổn thương DNA và quá trình trao đổi chất.

Melatonin được sản xuất chủ yếu ở tuyến tùng, và với số lượng ít hơn, ở não và các vị trí ngoại sọ. Tiền chất melatonin serotonin thường được sản xuất vào ban ngày và chỉ được chuyển đổi thành melatonin trong bóng tối. Quá trình sản xuất và giải phóng melatonin của tuyến tùng được kiểm soát bởi đồng hồ sinh học và khi tiếp xúc với ánh sáng. Nó được tiết ra theo nhịp điệu hàng ngày, đạt đỉnh vào gần giữa đêm, trong khi nồng độ vẫn rất thấp vào ban ngày. Pha và biên độ của đỉnh ban đêm được kiểm soát bằng cách tiếp xúc với ánh sáng. Tiếp xúc nhiều với ánh sáng vào ban ngày làm tăng biên độ và thời điểm tiếp xúc quyết định pha của đỉnh về đêm. Ngược lại, lượng ánh sáng nhỏ vào buổi tối và ban đêm có thể làm giảm mức melatonin lưu thông.

Melatonin có tác dụng chống oxy hóa mạnh và có khả năng chống di căn, chống hình thành mạch, và có khả năng gây apoptosis và ngăn chặn chu kỳ tế bào. Các thí nghiệm trên động vật và các nghiên cứu với tế bào ung thư nuôi cấy đã chỉ ra rằng melatonin có khả năng ức chế ung thư ruột kết, vú và tuyến tiền liệt. Các nghiên cứu trên người đã báo cáo mối liên hệ nghịch đảo giữa nồng độ cao của chất chuyển hóa chính trong nước tiểu của melatonin, 6- sulfato melatonin và nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt ở nam giới và ung thư vú ở phụ nữ. Melatonin trong ống nghiệm làm tăng độ nhạy cảm của dòng tế bào ung thư vú ở chuột đối với vitamin D. Melatonin có thể đóng vai trò trong việc điều hòa và cân bằng glucose.

Axit folic rất cần thiết cho sức khỏe con người. Nó tham gia vào quá trình tổng hợp DNA, sửa chữa DNA và chuyển hóa axit amin, và do đó, nó đặc biệt quan trọng trong các tế bào phân chia nhanh,chẳng hạn như các tế bào (tiền) ác tính và các tế bào có trong phôi và ống sinh tinh. Sự thiếu hụt có liên quan đến dị tật bẩm sinh và thiếu máu hồng cầu to. Nó cũng có thể là một yếu tố nguy cơ đối với một số bệnh ung thư và bệnh tim mạch, mặc dù vai trò của folate trong các bệnh này vẫn còn gây tranh cãi. Bức xạ UV có thể làm phân hủy axit folic trong các nghiên cứu trong ống nghiệm, điều này đã được xác nhận trong một số nghiên cứu trên người. Do đó,sự phân hủy quang học của axit folic có thể dẫn đến thiếu hụt folate. Tuy nhiên, mức độ và hậu quả về sức khỏe của sự phân hủy quang học như vậy vẫn chưa được biết.

Sự ​​thay đổi về mặt địa lý trong màu da của con người một trong những ví dụ tốt nhất về chọn lọc tự nhiên, dẫn đến sự điều chỉnh thích hợp mức độ sắc tố theo mức độ bức xạ UV. Giải thích được xác lập tốt nhất cho rằng mức độ tối ưu của sắc tố da là sự cân bằng giữa da đủ sẫm màu để bảo vệ các tế bào của chúng ta khỏi quá nhiều bức xạ UV, nhưng cũng đủ sáng để cho phép tia UV xuyên qua đủ để chúng thực hiện các tác dụng có lợi, ví dụ như quá trình quang hợp của vitamin D. Tia UV xung quanh cao gần đường xích đạo dẫn đến sự tiến hóa của làn da tối màu bảo vệ ánh sáng, trong đó melanin hoạt động như một chất chống nắng tự nhiên. Môi trường tia UV thấp dẫn đến da mất sắc tố. Trong hàng thiên niên kỷ trước cuộc cách mạng công nghiệp,và trước khi có những chuyến đi đường dài nhanh chóng và sự di cư của những người có sắc tố da sáng đến những vùng có khí hậu nắng , màu da của một nhóm dân số phản ánh sự cân bằng thỏa đáng giữa những lợi thế và bất lợi của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, trong hai thế kỷ qua, sự cân bằng này đã bị phá vỡ dần dần do di cư và những thay đổi trong lối sống dẫn đến một mô hình tiếp xúc hoàn toàn khác với ánh sáng mặt trời.

BS. Thu Hà (Thọ Xuân Đường)