คุณสมบัติของครีมกันแดด (Properties of sunscreens)

              ผู้นิยมการอาบแดดเป็นผู้ที่ใช้ครีมกันแดดอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งในประเทศสหรัฐอเมริกาได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับผิวหนังจากกลุ่มที่ใช้ครีมกันแดดเป็นประจำโดยเริ่มตั้งแต่อายุ 18 ปี ขึ้นไป พบว่าจะช่วยลดการเกิดเนื้องอกที่ผิวหนังได้ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ โดยครีมกันแดดที่ใช้กันทั่วไปมี 2 แบบคือ แบบเคมี (chemical sunscreen) ซึ่งทำหน้าที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและแบบกายภาพ (physical sunscreen) ซึ่งทำหน้าที่สะท้อนแสงในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นและช่วงคลื่นแสงอัลตราไวโอเลต ประสิทธิภาพของครีมกันแดดนั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการดูดซับและการสะท้อนแสง ปริมาณความเข้มข้น สัดส่วนที่ใช้ในสูตรผลิตภัณฑ์และความสามารถในการคงอยู่ได้ในขณะอยู่ในน้ำระหว่างการว่ายน้ำและขณะเหงื่อออก ในอดีตการปกป้องร่างกายจากแสงแดดมักพิจารณาแต่เฉพาะรังสี UVB ที่ทำให้เกิดผิวไหม้เกรียมและทำลายผิวหนังอย่างรุนแรง ค่า SPF จึงใช้วัดแต่การป้องกันรังสี UVB เท่านั้น โดยไม่ครอบคลุมการป้องกันรังสี UVA ในปัจจุบันการหาค่า SPF ดำเนินการโดยวิธีฉายแสงเพื่อตรวจสภาพไหม้เกรียมของผิวที่มีผลให้เกิดอาการผื่นแดงที่อัตราความเข้มของแสงต่ำสุด ในปี 1956 มีการใช้อัตราของ MED (minimum erythemal dose) เพื่อวัดค่า SPF โดยเปรียบเทียบกับการใช้ครีมป้องกันกับการไม่ใช้ครีมป้องกันหลังจากได้รับแสงเป็นเวลานาน 24 ชั่วโมง ซึ่งวิธีการดังกล่าวเป็นที่ยอมรับกันเป็นเวลากว่า 25 ปี จากฐานความรู้ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์มักนิยมใช้ Erythemal Protection Factor หรือ Sunburn Protection Factor แทนค่า SPF เพราะว่าค่า SPF ใช้ประเมินผลตอบสนองในช่วงเวลา 24 ชั่วโมง แต่ผลจากการเกิดอาการที่เรื้อรังไม่เพียงพอสำหรับการวินิจฉัย เช่น การเกิดริ้วรอยก่อนวัยและมะเร็งผิวหนัง (Voss, W. and Burger, C., 2008)

              การเกิดมะเร็งผิวหนังและการเสื่อมสภาพผิวเนื่องจากแสงแดดมิใช่เกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลตเพียงชนิดเดียวแต่เกิดจากรังสีทุกช่วงคลื่น ความสนใจจึงมีเป้าหมายที่ครีมกันแดดที่ป้องกันได้ทั้งรังสี UVA และ UVB คือ ครีมกันแดดชนิด inorganics sunscreens เนื่องจากครีมกันแดดชนิดนี้สามารถปกป้องรังสีได้ทั้งหมดและป้องกันมะเร็งจากแสงแดดได้  โดยมีส่วนผสมของ TiO₂ และ ZnO ที่ช่วยป้องกันรังสี UV ได้อย่างยอดเยี่ยม นอกจากความสนใจใน inorganics sunscreens แล้ว ในสูตรเครื่องสำอางยุคใหม่ยังได้พัฒนาครีมกันแดดให้มีการห่อหุ้มอนุภาคระดับนาโน (nanoparticle encapsulation) ของสารกันแดดด้วย อาจกล่าวได้ว่า inorganics sunscreens มีข้อดีกว่า organics sunscreens ด้วยประสิทธิภาพในการเกิดอาการแพ้ที่น้อยกว่าซึ่ง organics sunscreens จะทำให้เกิดอาการแพ้จากการสัมผัสที่ผิวหนังและเกิดผื่นแพ้จากแสงแดด แม้ว่า inorganics sunscreens ยังไม่ให้ความชัดเจนเกี่ยวกับปัจจัยการปกป้องเท่าใดนัก แต่คุณสมบัติที่สามารถปกป้องรังสีได้ครอบคลุมที่เหนือกว่าทำให้ได้รับความนิยมมากกว่า ผู้บริโภคจึงพอใจกับป้ายที่แสดงค่า SPF สูงของผลิตภัณฑ์ครีมกันแดด แม้ว่าสภาวะที่ใช้โดยปกติจะทำให้ค่า SPF ลดลงก็ตาม  และมีข้อแนะนำให้ใช้ครีมกันแดด inorganics sunscreens และเพื่อป้องกันจากรังสีอัลตราไวโอเลตได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงควรใช้วิธีการอื่นผสมผสานด้วย เช่น ลดการออกรับแสงแดด หลีกเลี่ยงแสงแดด สวมเสื้อผ้ากันแดดและใช้แว่นตากันแดด (Marier, T. and Korting, HC., 2005) ทั้งนี้คุณสมบัติของครีมกันแดดที่ดีควรมีคุณสมบัติดังรายรายละเอียดต่อไปนี้

              1. การป้องกันรังสี UVA (Protection of UVA) จากปัญหาหลายประการเกี่ยวกับการพัฒนาเพื่อตรวจสอบการป้องกันรังสี UVA นั้น องค์การอาหารและยา (FDA) ยังไม่ได้มีข้อสรุปหรือแนวทางเกี่ยวกับเรื่องนี้โดยเฉพาะ แต่ได้มีการตรวจสอบสำหรับการป้องกันแสงแดดจากรังสี UVA ด้วยการพิจารณาทางกายภาพจากความยาวคลื่น ซึ่งในปัจจุบันได้นำวิธีการเพื่อใช้ในการตรวจสอบการป้องกันรังสี UVA เช่น วิธีที่ 1 วิธี MED: Minimal erythema dose เป็นวิธีการซึ่งไม่ได้ผลจริง เนื่องจากเวลาที่ทำให้เกิดผื่นแดงที่ผิวหนังหลังจากใช้ครีมกันแดดที่ได้จากการทดลองนั้นมาจากการใช้วิธีเลียนแบบแสง UVA ซึ่งแตกต่างจากการได้รับแสง UVA จากธรรมชาติ ดังนั้นค่าที่วัดได้จึงสูงเกินกว่าปกติ  วิธีที่ 2 วิธี IPD: Immediate pigment darkening เป็นวิธีที่นิยมใช้กันสำหรับตรวจสอบค่าป้องกันรังสี UVA โดยการเปลี่ยนสีผิวเป็นสีน้ำตาล-เทาทันทีหลังจากที่ได้รับแสง UVR และสีจะเด่นชัดขึ้นจากการได้รับรังสี UVA แต่จะจางลงอย่างรวดเร็วทำให้อ่านค่าที่ถูกต้องได้ยาก วิธีที่ 3 วิธี PPD: Persistent pigment darkening เป็นวิธีที่คงตัวด้วยการเปลี่ยนสีผิวเป็นสีน้ำตาล-เทาได้นาน 2-4 ชั่วโมงหลังจากได้รับรังสี UVA การตอบสนองที่เกิดขึ้นเนื่องจากเม็ดสีในผิวชั้นล่างเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเปลี่ยนสีของ เมลานิน วิธีนี้สังเกตการเปลี่ยนสีได้ง่ายกว่าวิธี IPD การจัดชั้นในการปกป้องรังสี UVA (PA: Protection Grade)  จะใช้หลักการจากวิธี PPD และปัจจุบันได้นำมาใช้ติดบนฉลากผลิตภัณฑ์ครีมกันแดดกันอย่างแพร่หลาย อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องสำอางของประเทศญี่ปุ่น (Japan Cosmetic Industry Association) ได้แบ่ง Protection Grade เป็น 3 เกรดคือ PA+ หมายความถึง การปกป้องรังสี UVA ที่สามารถปกป้องผิวได้น้อยระหว่าง 2-4,  PA++ หมายความถึง การปกป้องรังสี UVA ที่สามารถปกป้องผิวได้ปานกลางระหว่าง 4-8, PA+++  หมายความถึง การปกป้องรังสี UVA ที่ปกป้องผิวได้สูงสุดมากกว่า 8 และวิธีที่ 4 คือ วิธี CW: Critical wavelength เป็นวิธีการวัดค่าปกป้องรังสี UVA โดยใช้การวัดด้วยวิธีวัดการดูดกลืนแสง (spectrophotometric measurement) วิธี CW จะใช้เปรียบเทียบการวัดแสงที่ผ่านสารละลายที่มีและไม่มีครีมกันแดดเจือปน โดยวัดสเปกตรัมที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ ค่า CW  เป็นช่วงของความยาวคลื่นภายใต้พื้นที่ 90 เปอร์เซ็นต์ของทั้งหมดภายใต้สเปกตรัมที่ความยาวคลื่นระหว่าง 290-400 นาโนเมตร (Ho, TY., 2001)

              2. การป้องกันรังสี UVB (Protection of UVB) รังสี UVB ทำให้เกิดอาการผื่นแดงได้มากกว่า UVA เป็นพันเท่า ค่า SPF จึงแสดงถึงการปกป้องจากการได้รับรังสี UVB แต่ไม่บ่งบอกการใช้สำหรับปกป้องรังสี UVA (Ho, TY., 2001) ในปัจจุบันค่า SPF ที่ได้จากวิธีฉายรังสีเพื่อพิสูจน์และประเมินอัตราที่ทำให้เกิดผื่นแดงและผลการไหม้แดดนั้นจะใช้วิธี MED: Minimal erythemal dose ซึ่งได้จากการเปรียบเทียบระหว่างการใช้และไม่ใช้ครีมกันแดดภายใน 24 ชั่วโมง ประเทศต่าง ๆ ได้มีการกำหนดเวลาเพื่อประเมินการเกิดผื่นแดงแตกต่างกันออกไป  เช่น ในประเทศแถบยุโรปแนะนำให้ใช้วิธี Colipa เพื่อวัดค่า SPF โดยใช้ผิวหนังที่มีความแตกต่างทางกรรมพันธุ์ในการทดสอบ 10-20 ชนิด การทดสอบจะทำบนพื้นที่ผิวมากกว่า 35 ตารางเซนติเมตรด้วยการทาครีมกันแดดลงบนผิวหนังที่ทดสอบประมาณ 2 มิลลิกรัมต่อเซนติเมตร² (±0.04 มิลลิกรัม)  เป็นเวลานาน 15 นาทีก่อนฉายรังสี  การอ่านค่า MED จะทำหลังจากฉายรังสีไปแล้วประมาณ 20 (±4) ชั่วโมงด้วยสายตาและเครื่องเทียบสี (colorimeter) ค่า MED จะเกิดขึ้นหลังจากได้รับพลังงานจากรังสี UVB 0.038-0.053  จูลล์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งวิธีการตรวจวัดค่า SPF ในห้องทดลองยังพบไม่มากนักและผลที่ได้ก็ยังไม่เป็นที่ยอมรับและแพร่หลายเนื่องจากปัญหาในการนำมาใช้งาน (Voss, W. and Burger, C., 2008)

             3. ความคงทนต่อแสงของครีมกันแดด (Photostability) การศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพหลังจากได้รับแสง (photostability) ของครีมกันแดดที่มีส่วนประกอบของสารกรองแสงชนิดอินทรีย์และอนินทรีย์ (organic and inorganic chemical filters) ที่ผ่านแสงอัลตราไวโอเลต พบว่า สารกรองแสงบางชนิดสูญเสียหน้าที่ไปในระหว่างการป้องกันแสงอัลตราไวโอเลต ผลิตภัณฑ์กันแดดหลายชนิดอวดอ้างว่าสามารถป้องกันแสงอัลตราไวโอเลตได้ทั้งชนิดเอและชนิดบีอย่างดี แต่มักไม่มีการระบุถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพหลังจากได้รับแสง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้บริโภคในการเลือกซื้อครีมกันแดด ปัจจุบันยังไม่มีวิธีการมาตรฐานสากลสำหรับตรวจหาการเปลี่ยนแปลงสภาพหลังการได้รับแสงของครีมกันแดด Gonzalez, H., et al. (2007) ได้ทำการทดลองโดยใช้ครีมกันแดด 7 ชนิดในท้องตลาดของประเทศสวีเดน ซึ่งประกอบด้วย organic chemical filters 3 ชนิดและอีก 3 ชนิดเป็นผลิตภัณฑ์ผสมระหว่าง organic และ inorganic chemical filters ส่วนสารกรองแสงชนิดสุดท้ายเป็น inorganic chemical filters โดยทำการชั่งสารกันแดด 0.5 มิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตร วางระหว่างแผ่นควอทซ์ 2 แผ่น และนำไปผ่านแสงอัลตราไวโอเลตเอและบี เป็นเวลานาน 12 ชั่วโมง จากนั้นวัดการดูดกลืนแสงเป็นระยะหลังจากได้รับแสง 30 นาที, 90 นาที และ 120 นาที คำนวณหาพื้นที่ใต้ curve ก่อนและหลังการดูดกลืนแสง (area under the curve index: AUCI) ถ้าค่า AUCI มากกว่า 0.80 แสดงว่าผลิตภัณฑ์ครีมกันแดดชนิดนั้นไม่เปลี่ยนแปลงสภาพหลังจากได้รับแสง ผลการทดลองพบว่า ครีมกันแดดทั้ง 7 ชนิดมีการเปลี่ยนแปลงสภาพแตกต่างกัน โดยครีมกันแดดชนิด inorganic มีการเปลี่ยนแปลงสภาพน้อยกว่าชนิด organic โดยครีมกันแดดที่มีสภาพคงตัว ได้แก่ Octocrylene, methylbenzylidene camphor, diethylhexyl 2,6-naphthalate, polyester-8  และ photostabilizing silicone field (PSF) (Bonda, C., 2008) 

              4. สเปกตรัมการดูดกลืนแสงยูวี (UV absorption spectrum) อนุภาค ZnO ที่มีขนาดเล็กมากสามารถดูดซับรังสีได้ครอบคลุมอย่างมีประสิทธิภาพในช่วงคลื่น 380 นาโนเมตร หากช่วงคลื่นยาวกว่า 380 นาโนเมตรจะมีประสิทธิภาพลดลง สำหรับ TiO₂ ประสิทธิภาพดูดซับรังสีเริ่มจาก 100 นาโนเมตร ถึง 340-360 นาโนเมตร TiO₂ สามารถดูดซับรังสี UVA และ UVB ที่ความยาวคลื่นแสง 320-400 นาโนเมตร โดยที่ ZnO  สามารถปกป้องทั้ง UVA และ UVB ได้สม่ำเสมอกว่า TiO₂ ผลการทดลองพบว่า ผลิตภัณฑ์ครีมกันแดดที่มีส่วนผสมของ TiO₂ และ ZnO ขนาด 0.1 ไมครอน จะมีประสิทธิภาพในการป้องกันแสงอัลตราไวโอเลตได้ดีที่สุด หาก TiO₂ และ ZnO มีขนาดเล็กกว่า 0.1 ไมครอน อาจทำให้การป้องกันแสงด้อยกว่าขนาดอนุภาคที่โตกว่า การที่ TiO₂ และ ZnO มีขนาดโตกว่า 0.1 ไมครอนจะทำให้เห็นเม็ดสีขาวเมื่อทาลงบนผิว อนุภาคที่ละเอียดมากมักรวมตัวเป็นอนุภาคที่โตขึ้นทำให้ไม่มีประสิทธิภาพในการป้องกันแสงอัลตราไวโอเลต  การผลิตครีมกันแดดแบบกายภาพด้วยการรวม TiO₂ และ ZnO ทั้งสองสารในผลิตภัณฑ์เดียวกัน หรืออาจนำไปผสมกับครีมกันแดดแบบเคมีเพื่อยกระดับคุณภาพการป้องกันแสงแดดนั้นถือเป็นทางเลือกทางหนึ่ง ค่า SPF จะใช้วัดค่าของรังสี UVB  เท่านั้นไม่สามารถใช้วัดรังสี UVA (340-400 นาโนเมตร) ได้ TiO₂ และ ZnO เป็นสารกันแดด 2 ใน 3 ชนิดที่องค์การอาหารและยาแห่งประเทศสหรัฐอเมริการับรองว่าสามารถปกป้องรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นแสงชนิดเอได้และสารกันแดดชนิดที่ 3 คือ avobenzone ก็ได้รับการรับรองเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีวิธีการประเมินการป้องกันรังสี UVA ได้ โดยปัจจัยของการป้องกันรังสี UVA นั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการปกป้อง (PFA: protective factor ability) และสัดส่วนของ UVA/UVB ของ TiO₂ และ ZnO ในการผสมน้ำลงในน้ำมัน (w/o: water in oil) และน้ำมันลงในน้ำ (o/w: oil in water) (More, BD., 2007) สารกันแดดที่มีการดูดกลืนแสง ยูวีที่ความยาวคลื่นแสงหรือสเปกตรัมต่างๆ นั้น ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 คุณสมบัติการดูดกลืนแสงของสารกันแดดในช่วงคลื่นที่แตกต่างกัน (Ho, TY., 2001)  

              5. ค่าการป้องกันแสงแดด (Sun Protection Factor: SPF) ค่า SPF เป็นค่าสำหรับวัดผลของครีมกันแดดตามสูตรที่กำหนด ด้วยการตรวจวัดความไวต่อการไหม้แดดของผิวเปรียบเทียบระหว่างการใช้ครีมกันแดดกับการไม่ใช้ครีมกันแดดหลังจากได้รับแสงจากเครื่องจำลอง โดยมีหน่วยงานที่ดูแลเกี่ยวกับมาตรฐานของครีมกันแดดในประเทศต่างๆ เช่น ในสหรัฐอเมริกาคือ FDA (Food and Drug Administration) สำหรับในประเทศแถบยุโรป หน่วยงาน European Cosmetic Toiletry and Perfumery Association เป็นผู้ทดสอบมาตรฐานค่า SPF ในปี ค.ศ. 2000 ได้มีการพัฒนาร่วมกันระหว่างประเทศในยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่นและประเทศในแอฟริกาใต้ เพื่อหาวิธีทดสอบและวัดผลของครีมกันแดดที่เป็นสากล การทดสอบค่า SPF ดังกล่าวเน้นวัดการป้องกันแสงที่ทำให้เกิดผื่นแดง (erythema) บนผิวหนัง ซึ่งส่วนใหญ่เน้นป้องกันแสงอัลตราไวโอเลตบี ส่วนการทดสอบแสงอัลตราไวโอเลตชนิดเอจะใช้วิธีแตกต่างกัน ปัจจุบันยังไม่มีวิธีการสำหรับวัดผลทางกายภาพของแสงอัลตราไวโอเลตชนิดเอที่เกิดกับผิวหนัง เช่น การเสื่อมสภาพของผิวจากแสงแดด (photoaging) เปรียบเทียบกับการเกิดผื่นแดงบนผิวหนังจากการได้รับแสงอัลตราไวโอเลตบี ในปีค.ศ. 2004  มีปัญหาจากการใช้ค่า SPF สำหรับทดสอบที่ยังไม่ได้มาตรฐาน ดังนั้นความเชื่อเกี่ยวกับการใช้ครีมกันแดดเพื่อช่วยลดความเสื่อมสภาพของผิวและลดการเกิดโรคมะเร็งผิวหนังนั้นจึงยังไม่มีความชัดเจน (Marier, T. and Korting, HC., 2005)