자외선과 차단제

어느덧 겨울이 지나가고 햇빛이 따뜻한 봄 날이 다가오고 있다. 움츠리고 살았던 겨울 동안의 찬 기운이 사라지고 생명이 돋아나는 기운이 생기 넘치도록 충만한 햇볕의 계절이 오는 것이다.

그런데 봄과 함께 오는 달갑지 않은 것이 있으니 바로 강한 자외선이다. 적당한 자외선을 쏘이는 것은 건강에도 좋겠지만 문제는 자외선이 지나치게 강하여 사람의 피부에 악영영향을 준다는 사실이다.

특히 여자들은 자외선에 의한 피부 노화를 방지하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있는 것이 현실이다. 이번 글에서는 자외선과 자외선 차단제 그리고 건강에 관하여 탐구해 보고자 한다.

자외선이란 무엇인가?

자외선(UV, Ultraviolet Radiation)은 태양으로부터 오는 빛의 일부분으로, 가시광선보다 파장이 짧아 우리 눈에는 보이지 않는전자기파다. 자외선의 파장은 대략 10nm에서 400nm 사이에 분포하며, 이 범위는 다시 UVA, UVB, UVC로 세분화된다.

전자기파는 파장의 길이에 따라 종류가 나뉘며 파장이 짧을수록 높은 에너지를 파장이 길수록 낮은 에너지를 가진다. 자외선은 가시광선의 보라색 부분 밖에 위치하는데 이것이 자외선이라 불리는 이유다.

자외선은 파장의 길이에 따라 세가지로 분류된다.

UVA (315-400 nm)는 가장 긴 파장을 가진 자외선으로, 대기를 통과해 지표면에 도달하는 자외선의 대부분을 차지한다. UVA는 피부 노화와 일부 피부 암의 원인이 될 수 있다.

UVB (280-315 nm)는 중간 길이의 파장을 가지며, 대기 중의 오존층에 의해 상당 부분 흡수된다. 그럼에도 불구하고, 지표면에 도달하는 UVB는 피부 화상, 피부암 등을 유발할 수 있다. 또한, UVB는 피부에서 비타민 D의 합성을 촉진하는 중요한 역할을 한다.

UVC (100-280 nm)는 가장 짧은 파장을 가지며, 대기 중의 오존층에 의해 완전히 흡수되어 지표면에 도달하지 않는다. UVC는 매우 강력한 살균력을 가지고 있어, 인공적인 소스를 이용한 살균에 활용된다.

대기의 자외선 차단 역할

자외선은 태양에서 지구까지 오는 전자기파인데, 만일 대기가 없다면 자외선이 지구에 그대로 도달하여 생명체는 살 수 없는 세상이 되고 만다.

그러나 지구에 있는 대기라는 자외선 차단을 막아주는 큰 보호막이 있기 때문에 모든 생명체는 안심하고 삶을 유지할 수 있다. 자외선이 많은 부분이 대기를 통과하지 못하고 지상에 도달하지 못하는 것이다.

대기가 자외선을 차단하는 원리는 다음과 같다. 파장이 긴 자외선은 공기 분자들의 방해를 적게 받으며 지면까지 쉽게 도달하게 되지만, 파장이 짧은 자외선은 공기 분자들의 방해 속에 흡수 및 재 방출 산란 되거나 흡수되어 열에너지로 변환되거나 공기 분자를 분해해 버리는데 에너지를 소모해 버리고 일부만 지상에 도달하게 된다.

위와 같은 역할은 주로 오존층에서 일어난다. 오존층은 지구로부터 약 10km에서 50km 사이의 고도에 위치한 성층권에 존재한다. 오존층은 오존(O₃) 분자가 농축되어 있는 영역으로, 자외선을 효과적으로 흡수하는 중요한 역할을 한다.

오존층은 자외선과의 상호작용을 통해 지구의 생명체를 보호하는 필수적인 역할을 한다. 오존 분자는 자외선 파장을 흡수할 때, 오존 분자가 분해되었다가 다시 결합하는 과정을 반복한다.

이 과정에서 자외선의 에너지가 열로 변환되어, 대기 중으로 방출된다. 이러한 오존층의 동적 균형은 지구 생명체가 자외선의 해로운 영향으로부터 보호 받을 수 있도록 한다.

UVC는 가장 짧은 파장의 자외선으로, 오존층에 의해 거의 100% 흡수된다. UVC는 매우 강력한 에너지를 가지고 있어 생물체에게 매우 해로울 수 있는데, 대기층이 이를 완전히 차단함으로써 지표면의 생명체를 보호한다.

UVB는 중간 길이의 파장을 가진 자외선으로, 오존층에 의해 95%가 흡수되고 나머지 5%만이 지면에 도달한다. 이 도달하는 UVB는 피부에 비타민 D 합성을 유도하지만, 과도한 노출은 피부암과 화상을 유발할 수 있다.

UVA는 가장 긴 파장을 가진 자외선으로, 오존층에 의해 5%만 차단되고 나머지 95%는 지면에 도달한다. UVA는 UVB보다는 덜 강력하지만, 장기적인 피부 손상과 노화를 유발할 수 있다.

자외선이 미치는 영향

긍정적인 영향

자외선 UVB는 피부에서 비타민 D를 생성하는 데 필수적인 역할을 하는데, 비타민 D는 뼈 건강, 면역 체계, 심혈관 건강에 중요하다. 또 자외선 UVC는 박테리아와 바이러스를 죽이는 데 효과적이다.

부정적인 영향

과도한 자외선 노출은 일사병을 유발할 수 있다. 일사병은 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있으며, 심지어 사망에 이를 수도 있으므로 주의를 해야 한다. 또한, 면역 체계를 약화 시켜 감염에 취약하게 만들 수 있다.

자외선 UVB는 피부 화상을 일으켜 통증, 발적, 물집 등의 증상을 유발한다. 또한 자외선 B는 피부암을 유발할 수 있는데. 피부암은 가장 흔한 암 중 하나이며, 치명적일 수도 있다.

자외선 UVA는 피부 노화를 일으켜 피부의 탄력을 감소시키고 주름, 기미, 검버섯 등을 유발한다.또한, 자외선 UVA는 백내장을 유발할 수 있어 시력이 저하되는 원이이기도 하다.

위에서 보았듯이 자외선은 사람의 건강에 악영향을 미치는 부분도 많지만 적당량의 자외선을 소이는 것은 건강을 위하여 반드시 필요한 것이다. 그러므로 자외선이 가장 뜨거운 시간인 두 시에서 네 시 사이 사인은 피하면서 자외선이 조금은 약해지는 시간에 햇빛이 나가는 것도 건강을 위하여 필수적인 행동이 될 것이다.

자외선 노출과 피부 손상 메커니즘

자외선, 특히 UVB는 피부의 표피까지만 도달하여 흡수되어 열 에너지로 변환되거나 세포 조직을 파괴하여 변이를 일으켜 세포의 DNA에 직접적인 손상을 입힌다. 이는 세포의 이상 증식을 유발하거나 사멸을 초래하여 피부의 정상적인 재생 과정을 방해한다. DNA 손상은 또한 세포 내 p53 같은 튜머 억제 유전자의 변이를 초래할 수 있어, 피부암 발생 위험을 높인다.

자외선 노출은 피부 내에서 과도한 양의 자유 라디칼을 생성시킨다. 이 자유 라디칼들은 세포막, 단백질, DNA 등을 손상시켜 세포 기능의 저하를 일으킨다. 특히, 자유 라디칼은 콜라겐과 엘라스틴 같은 피부의 지지 구조물을 파괴하여 피부의 탄력성을 감소시키고 주름을 형성한다.

UVA는 피부의 깊은 진피층까지 침투하여 피부 탄성을 유지해주는 주된 단백질인 히알루론산, 콜라겐, 엘라스틴의 파괴를 촉진한다.

단기간의 UVA 노출은 멜라닌 세포를 자극하여 멜라닌 색소를 생성케 하여 우리의 피부를 검게 만들어 자외선을 차단시키지만, 장기적으로 노출되면 콜라겐을 분해하는 효소의 활성을 증가시키고, 콜라겐 생성을 억제하는 세포 사이의 신호 전달 경로를 활성화한다.

이러한 과정은 피부의 구조적 무결성을 약화시키고, 노화 증상을 가속화한다. 결국 장기적으로 우리의 피부를 주름지고 늘어지게 만들어버리는데 이것을 광노화라 하며 광 노화는 우리 눈에 보이는 피부 노화의 주된 요인이 된다.

자외선에 의한 피부 손상은 염증 반응을 유발한다. 이 염증은 피부의 붉어짐, 붓기, 그리고 통증과 같은 증상을 동반한다. 장기적으로는 염증이 지속되어 피부의 회복 과정을 방해하고, 노화 과정을 가속화할 수 있다.

자외선 차단제의 원리

자외선 차단제는 피부를 자외선(UV) 손상으로부터 보호하는데 사용되는 화장품 제품이다. 자외선 차단제는 크게 두 가지 방식인 물리적 차단제와 화학적 차단제가 있다. 이 두 가지 유형의 차단제는 자외선을 다루는 방식이 다르며, 각각의 장단점을 가지고 있다.

물리적 차단제

물리적 차단제는 자외선을 피부 표면에서 반사하거나 산란시켜 피부로의 침투를 방지한다. 주요 물질로는 이산화티타늄(Titanium dioxide)과 산화아연(Zinc oxide)이 있으며, 이들은 광범위한 UVA와 UVB 보호를 제공한다.

물리적 차단제는 피부에 남는 흰색 잔여물로 인해 일부 사용자에게 불편함(백탁 현상)을 줄 수 있지만, 민감한 피부나 아토피 피부염이 있는 사람들에게 적합하다.

또한, 물리적 차단제는 화학적 차단제에 비해 피부에 대한 자극이 적고, 광안정성이 뛰어나며, 광화학 반응을 일으키지 않는다는 장점이 있다.

전통적인 물리적 차단제에서 사용되는 무기 입자들은 상대적으로 크기가 크다. 이 큰 입자들은 뛰어난 자외선 반사 및 산란 능력을 가지고 있어, 넓은 범위의 UVA와 UVB를 효과적으로 차단할 수 있다. 그러나, 이들은 피부에 하얀 잔여물을 남길 수 있다는 단점이 있다.

최근에는 나노 기술을 활용하여 입자 크기를 대폭 줄인 물리적 자외선 차단제(10nm까지 줄이는 데 도달)가 개발되었다. 나노 입자는 피부에 더욱 투명하게 도포될 수 있으며, 여전히 효과적으로 UVA와 UVB를 차단한다.

그러나 입자의 크기가 작아질수록 물질의 전체 표면 면적은 기하급수적으로 늘어나 피부와 접촉하는 면적이 넓어지고 세포막을 보다 쉽게 통과할 수 있기 때문에 각종 장기 내로 흡수될 수 있다는 단점이 있다.

나노 입자의 사용은 자외선 차단제의 미적 속성을 개선하지만, 입자 크기에 따른 자외선 흡수 및 산란 능력의 변화, 그리고 잠재적인 피부 및 환경에 대한 안전성 문제에 대한 연구가 지속되고 있다.

화학적 차단제

화학적 차단제는 피부에 흡수되어 자외선을 흡수하고, 이를 무해한 열로 변환하여 방출하는 화학적 과정을 통해 작동한다. 화학적 차단제에 사용되는 화학물질에는 아보벤존(Avobenzone), 옥시벤존(Oxybenzone), 옥토크릴렌(Octocrylene) 등이 있으며, 이들은 특히 UVA나 UVB 또는 둘 다에 대해 효과적인 보호를 제공한다.

화학적 차단제는 일반적으로 물리적 차단제에 비해 피부에 더 잘 흡수되어 사용감이 좋고, 투명하게 마무리되어 외관상 선호도가 높다. 그러나, 일부 화학적 필터는 알레르기 반응이나 호르몬 교란 우려가 제기되기도 하며, 물에 쉽게 씻겨나가거나 광안정성이 낮을 수 있어 주기적으로 재도포해야 하는 단점이 있다.

이와 같이 자외선 차단제는 장점도 있지만 단점도 가지고 있다 그렇다면 단점에도 불구하고 우리가 자외선 차단제를 사용하는 이유는 자외선 차단제를 사용하지 않을 때의 위험과 사용 할 때의 위험을 비교했을 경우 자외선 차단제를 사용할 때의 위험이 훨씬 적기 때문이다.

자외선 차단제 종류와 사용법

자외선 차단 지수 SPF

SPF (Sun Protection Factor)는 선크림이 피부에 도포되었을 때 UVB(자외선 B)로부터 피부를 보호하는 효과의 강도를 측정하는 지수입니다. SPF 값은 피부가 UVB에 노출되어 홍반이 나타나기 시작하는 시간을, 선크림을 바르지 않았을 때와 비교하여 몇 배로 연장시키는지를 나타낸다.

예를 들어, SPF 30은 피부가 UVB에 노출되어 홍반이 나타나는 시간을 30배로 연장시킨다는 의미이다. 따라서 SPF 수치가 클수록 일광화상에 대한 차단 효과 지속 시간이 비례적으로 길어진다고 말할 수 있다.

SPF 지수 1은 기준 실험실 조건하의 자외선 강도에서 백인 기준 10분, 황인 기준 15-20분만에 일광 화상에 도달하는 최소 차단 효과를 말하며 실차단 효과는 0 이다. 한국인기준 SPF 30은 7~10시간 자외선 차단효과가 있다.

SPF 의 차단 효과 시간은 아래와 같은 식으로 구할 수 있다.

SPF 숫자 X 10(백인) 또는 15-20(황인) = 일광화상으로부터 피부를 보호받을 수 있는 유효 시간

미의식에 의해서 개선된 피부 보호시간은 실험실 조건하에서 계산된 결과로 실제 생활에서는 자외선 차단 효과 지속시간은 훨씬 짧아 질 것이다. SPF 지수가 클수록 일광 화상까지 도달하는 시간을 늦추어져 좀더 오래 안전하게 햇볕을 즐길 수 있는 것 일 뿐, 그 시간 동안 자외선에 전혀 피폭되지 않거나 그을리지 않는다고 해석해서는 안된다.

자외선 차단 지수 PA

PA (Protection Grade of UVA)는 선크림이 UVA(자외선 A)를 차단하는 능력을 나타내는 지수로서 등급으로만 표시한다. PA 지수는 + 기호의 갯수로 표현된다. PA+는 가장 낮은 보호 등급을, PA++++는 가장 높은 보호 등급을 나타낸다. + 기호가 많을수록 UVA 차단 효과가 높아진다.

피부가 UVA에 장시간 노출될 때는 PA+++ 이상의 제품을 사용하는 것이 좋다. 특히 장시간 야외 활동이나 강한 햇빛 아래에서는 높은 PA 지수를 가진 제품을 선택해야 한다. +(one Plus)는 자외선 차단제를 바르지 않은 것에 비해 2배, ++ 는 4배, +++는 8배, ++++는 16배 차단 효과가 있다. 이것을 시간적으로 비교하면 PA+는 보통 2~4시간, PA++이면 4~8시간의 차단 효과가 있다.

자외선 차단제 형태

크림: 가장 일반적인 형태이며, 다양한 피부 타입에 사용할 수 있다.
로션: 크림보다 가볍고 수분감이 풍부하다.
스프레이: 간편하게 사용할 수 있지만, 흡입 위험이 있으므로 주의해야 한다.
스틱: 외출 시 간편하게 사용하기에 좋다.

피부 타입에 따른 자외선 차단제 선택

건성 피부 : 보습 효과가 있는 크림이나 로션 타입을 선택하는 것이 좋다.
지성 피부 : 무가지, 오일 프리 제품을 선택하는 것이 좋다.
민감성 피부 : 무기 자외선 차단제나 저 자극 제품을 선택하는 것이 좋다.

자외선 차단제 사용 시 주의 사항

자외선 차단제는 2시간마다 발라주어야 효과를 유지할 수 있다. 특히, 수영이나 땀을 많이 흘리는 경우에는 더 자주 발라주어야 한다. 자외선 차단제를 사용해도 햇빛 노출 시간을 줄이는 것이 중요하다. 또한, 사용 전에 피부에 알레르기 반응이 없는지 확인하기 위해 테스트를 해보는 것이 좋다.

자외선 차단제는 모든 자외선을 차단할 수 없으므로, 햇빛 노출 시간을 줄이는 것이 가장 중요하다. 또한, 자외선 차단제는 만료기간이 있으므로, 유통기한을 확인하여 사용해야 한다. 자외선 차단제는 피부에 자극을 줄 수 있으므로, 사용 후에는 꼼꼼하게 세안해야 한다.

마무리

자외선 차단제는 피부 보호를 위해 필요하지만 자외선은 사람의 건강에 꼭 있어야 될 존재이다. 피부 보호를 위해 자외선 차단제를 바르고 햇빛을 피하는 것은 오르는 것은 아니지만 지나치게 햇빛을 받지 않으면 오히려 건강에 해로울 수도 있다.

무엇이든지 지나치면 좋지 않듯이 강한 자외선은 피하되, 짧은 시간 동안에 약한 자외선은 인체에서 꼭 필요하므로 햇빛이 약한 오전이나 늦은 오후에 일광욕을 하는 것도 건강한 육체를 유지 시키는 하나의 방법이 될 수 있다.

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