文／國科會科技新聞寫作班第三組：范瀞文、許馨亞、陸子鈞
曝曬陽光下會使我們晒黑；過度的曝曬，甚至會晒傷。炎炎夏日，出門前，不論是為了避免晒黑，或者晒傷，除了帶遮陽的陽傘、墨鏡、長袖外衣之外，我們還可能會塗抹一層防曬乳。
防曬乳的歷史
防曬乳的概念，其實可以追溯到古埃及。在埃及這樣充滿日照的環境下，維持淺膚色非常困難，所以古埃及人的審美觀認為白皮膚較黑皮膚迷人。最近的考古研究，翻譯自莎草紙及墓碑的文字指出，古埃及人會混和不同液體後塗抹，防止皮膚晒黑。這些混合物像是米糠的萃取物，還有茉莉花、羽扇豆。而且其中有些成分甚至還被現代科學證實有某些實際的功效，像是茉莉花被認為能修復皮膚細胞受損的 DNA；而羽扇豆至今仍被用於美白 [6]。
第一個商業販售的防曬乳，在 1928 年的美國上市，由對胺基安息香酸（4-Aminobenzoic acid, PABA）、苯基水楊酸（Benzyl Salicylate）和苯基桂皮酸（Benzyl Cinnamate）混合而成。雖然當時防曬乳非常容易取得，但卻沒有被普遍使用。直到1930年代初期，一位化學家，也是後來黎萊雅（L’Oreal）的創辦人厄堅．徐勒（Eugene Schueller），才成功的推廣防曬乳，同時他也被認為是現代防曬乳的發明者。1940年代，美國一位藥商班傑明．格林（Benjamin Greene），在自家製造了紅色果凍狀的防曬乳，用他自己的禿頭測試後，便發送給二次大戰期間，上戰場的美國士兵使用。雖然這項產品不如現在我們看到的防曬乳一樣有效，而且容易弄髒衣物。但後來格林又進一步改良，讓防曬乳的配方更方便使用，還成立了夏波胴（Coppertone）防曬乳公司 [6]。
夏波胴的成功，讓大眾比過去更不擔心晒傷，而且日光浴變得流行。雖然夏波胴成功地讓大家免於晒傷，但它卻無法有效抵擋紫外線。隨著日曬增加，皮膚癌的病例也增加了 [6]。
1962年，佛朗茲．格雷特（Franz Greiter）重新設計了一套方法，來估計防曬乳抵抗紫外線的能力，也就是我們現在熟悉的防曬指數，SPF（Sun Protection Factor）。很快地，提供不同程度的防曬，成為一樁大生意；1990年，美國境內花費了5億2千5百萬美金在防曬產品的製造 [6]，而這趨勢仍在增加；根據國際癌症研究中心（The International Agency for Research on Cancer）的報告，1998年防曬乳及相關產品，市場估計有34億7千萬美金；2008年，歐睿國際顧問公司（Euromonitor International）消費策略調查，更估計防曬市場達到了69億美金！[1]
防曬乳的原理
歷經過去七十多年來的發展，現在我們常見的防曬乳，透過物理性及化學性機制，達到防曬效果。
防曬乳多為白色，是因為主要的成份為鋅或鈦的氧化物，能有效反射陽光，屬於物理性防曬，不刺激皮膚。但鋅或鈦的氧化物卻非常黏稠，且不透明（你不會想讓全身都變「白色」吧？），不便於全身使用。拜化學技術發展所賜，能將鋅/鈦氧化物做成奈米層級的微粒，直徑約 1~100 奈米，約為頭髮直徑的五萬分之一[5]，除了塗抹後呈透明之外，還能增加防曬效果[4]。
利用防曬乳的成份中，分子間的作用力，吸收紫外線的能量，屬於化學性防曬。化學防曬的有效成分很多種，對胺基安息香酸是從 1920 年代起，至今仍被使用的其中一種，因為它能有效隔絕UVB，但無法隔絕UVA。二甲氨苯酸戊酯（Padimate A）是 PABA 的酸化延伸物，能吸收紫外線，避免皮膚晒傷，但因為它曝曬在陽光下，會刺激皮膚 [7]，1989 年在歐洲被禁止，美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration, FDA）也不准許使用。桂皮酸鹽 （cinnamate）、鄰胺基苯甲酸類（Anthranilates）和水楊酸也被使用來隔絕UVB，值得注意的是，桂皮酸鹽不適合對肉桂過敏的人使用。甲基水楊酸（Homomenthyl Salicylate, HMS） 是另一個也被廣泛使用的化合物，但僅能提供有限的防曬效果。而用來隔絕 UVA 則會使用像是羥基苯酮（oxybenzone）或二苯甲酰甲烷（dibenzoyl methane）的苯甲酮類化合物 [6]。
為什麼我們會曬傷？
曝曬過量的紫外線，使得皮膚組織受到破壞，就是晒傷。晒傷的症狀是皮膚會紅腫，嚴重時甚至會起水泡。
水上及雪地活動者，因為水面及雪會反射陽光，更容易晒傷。而高山活動者，也因為高山的大氣層較平地稀薄，紫外線較強，需要特別注意防曬。此外，淺膚色較深膚色的人缺少黑色素提供的保護，也比較容易晒傷。此外， 紅斑性狼瘡、紫斑症的病人，會對光較敏感。 藥物也會影響光敏感性。正服用四環黴素、利尿劑、鎮定劑或磺胺劑（泌尿道感染用藥）的病人，也較易晒傷 [19]。
晒傷在短期內會痊癒，但過度曝曬陽光，長期累積的傷害會加速皮膚老化、產生皺紋，甚至引起皮膚癌、黑色素腫瘤。雖然塗抹防曬乳能有效避免晒傷，不過仍沒有有力的證據支持能預防皮膚癌的發生 [1]。（20240902編註：到目前為止，尚無嚴格的人類證據顯示防曬霜能預防主要類型的皮膚癌：皮膚黑色素瘤 (cutaneous melanoma, CM) 和基底細胞癌 (basal cell carcinoma, BCC)。然而，防曬霜確實能減少日光性角化病 (actinic keratoses) 和復發性鱗狀細胞癌 (squamous cell carcinoma, SCC) 的發病率。）
如果晒傷了，第一步需要補充身體因為日曬而流失的大量水份。接著藉由毛巾或冰袋濕敷，除了可先替皮膚補充水分外，低溫也可減緩發炎反應。
保濕降溫後，可以擦鎮定皮膚的保養品。現在已有含甘草、燕麥、蘆薈等鎮定成分的曬後保養品上市。
不要任意塗抹凡士林、藥膏或含酒精的化妝水。 台北市立萬芳醫院皮膚科主治醫師劉紹毅解釋，這些藥品也許會帶來一時滋潤或涼快的感覺，暫時解除症狀，卻無法改善發炎。若有長水泡的情形，則建議求診 [19]。
[除了人類，其他動物會晒傷嗎？]
認識防曬係數
要避免晒傷，就需要選擇適當的防曬係數，提供足夠的防曬效果。不同的紫外線波長，有不同的防護指標。對UVB則有日光保護係數－SPF（Sun Protection Factor）。UV-A因為對皮膚傷害可達真皮層，且為慢性累進的傷害，所以難以建立國際公認，目前防曬乳針對UV-A的保護效果，並沒有像UV-B有SPF為國際公認標準，不同的國家有不同針對UV-A表示方法，包括：PA、PFA、IPD、 PPD、IPF、UVA-PF。
SPF來自於比較有無擦防曬產品的皮膚，經過強烈陽光曝曬後，皮膚產生紅斑所需時間之比值，是一個很客觀的標準。SPF適用於每個人。平時評估自己皮膚被曬紅的時間，乘以不同的SPF係數等於防禦時間的延長倍數。例如：在未有任何防曬措施的情形，你的皮膚約10分鐘就會被曬紅，使用SPF50的防曬品，則可延緩到500分鐘後，才會有被曬紅的現象；即10分鐘乘以50倍。
表示防護UVA的PA（Protection Grade of UVA ）指數，是指UVA於表皮即刻產生黑色素的防護程度；也表示防曬黑指數，屬於日係標準。PA+可延緩皮膚曬黑時間2~4倍；PA++，表示可延緩皮膚曬黑時間4~8倍；PA+++，則可延緩皮膚曬黑時間8倍以上。
另外，PFA（Protection Factor of UVA）則是特別針對UVA中的UVA-2（波長 320nm ～ 340nm）評估。PFA2～4，輕度防護，有效防護時間為2~4倍；PFA4～8，中度防護，有效防護時間為4~8倍；PFA大於8，高度防護，有效防護時間為8倍以上。
IPD（Immediate pigment darkening），評估在照射UVA後，黑色素的光氧化及細胞分佈的改變。目前此系數已經非常少見。
PPD（persistent pigment darkening）則是評估照射UVA24小時後，持續性的曬黑。和PFA一樣分三等級，例如：一般人曬10分鐘的太陽會有持續性的曬黑出現，則PPD8的防曬，可以延長為80分鐘才被曬黑（PPD8=10分鐘X8倍=80分鐘）。和IPD都屬於歐系標準。
IPF（Immune protection factor）和UVA-PF（UVA-protection factor）是評估皮膚免疫細胞抑制能力；數值越高表示UVA對皮膚中免疫細胞抑制越少，即越安全。
塗抹防曬乳的風險
雖然塗抹防曬乳能預防晒傷，但有些科學家卻警告潛在的風險。
舉例來說，奈米級的鋅/鈦氧化物微粒除了能增加防曬效果之外，其實也被廣泛添加於化妝品、藥錠、塗料……等等商品中；據估計，每年工業生產約兩百萬噸的氧化鈦。但鋅/鈦氧化物微粒在人體中，卻非常穩定，很難被分解。若透過皮膚進入人體，也可能因為尺寸小，容易游移在體內任何位置，甚至進入細胞，破壞染色體結構，影響健康 [10]。不過目前缺乏有力研究證實，因此仍有許多爭議。
根據一篇2011年發表在《自然》（Nature）的研究，日本的研究團隊發現，30 及 70 奈米大小的氧化鈦微粒，經由靜脈注射到懷孕母鼠體內，將進入胎盤，對幼鼠產生神經毒性，且影響發育 [2]。然而，該研究是利用靜脈注射直接進入鼠體，也有科學家，像是洛杉磯加州大學（University of California, Los Angeles: UCLA）的放射腫瘤專家羅伯特‧斯奇（Robert Schiestl）認為，人類皮膚的角質層，能有效阻擋微粒透過皮膚進入體內 [10]；就算微粒進入體內，也未必有如此高的劑量。此外，雖然老鼠是被廣泛使用的實驗動物，但畢竟和人類仍有許多差異，舉例來說：懷孕母鼠的卵黃囊，扮演重要的角色，而人類的卵黃囊卻沒有太多功能 [3]。
另外，也有研究指出，誤食防曬乳讓鋅/鈦氧化物奈米微粒進入腸道，也可能對人體產生毒性。根據《科學日報》（Science Daily）2010 年的一則報導，毒理學家飛利浦．莫斯（Philip Moos）和其他研究人員，將氧化鋅微粒施加在大腸細胞株中，結果發現，奈米級的微粒是其他大顆微粒毒性的兩倍；根據實驗劑量推算，大約誤食2公克的防曬乳，便能達到毒性劑量。但由於該實驗是使用分離於人體外的細胞株，忽略了實際上若誤食防曬乳，在通過消化道的分解過程中，可能會使微粒的毒性降低 [5]。
化學性防曬物質也可能滲透皮膚，進入體內，對細胞造成傷害。根據加州大學河濱分校（University of California, Riverside）的報導，該校的化學家凱莉．漢生（Kerry M. Hanson）發現，防曬乳中的化學防曬物質，若滲入表皮後可能會傷害細胞。
研究中，漢生選了三種美國食品衛生局認可，也廣泛被使用的紫外線隔絕物：甲氧基肉桂酸辛酯（Octylmethoxycinnamate）、二苯甲酮（Benzophenone-3）和奧克立林（Octocrylene），塗抹在皮膚組織表面，並利用螢光顯微鏡測量活性氧化物（Reactive Oxygen Species, ROS）程度。活性氧化物指高活性的分子，會對生物造成氧化傷害，導致老化。結果發現，當防曬乳覆蓋的表面較薄時，化學物質滲入皮膚造成的氧化傷害較大。研究團隊建議要塗抹足夠的防曬乳，避免紫外線引發光化學反應，使滲入皮膚的防曬乳產生活性氧化物。報導中，另一位化學家克里斯多福．巴丁（Christopher Bardeen）也表示：「皮膚癌症協會（Skin Cancer Foundation）也建議要經常補充塗抹防曬乳，尤其是游泳或流汗之後，避免紫外線讓滲入皮膚的防曬物質對細胞造成氧化傷害。」[8]
不正確地使用防曬乳，反而會使增加黑色素瘤發病的可能。奧特．波尼爾（Autier P. Boniol）在 2007 年發表的研究中，回顧分析防曬乳使用者的行為，發現塗抹了防曬乳的人，會比未塗抹的人待在陽光底下的時間多了 19~39%；而使用高防曬係數防曬乳的人，會比使用低防曬係數的人，待在陽光底下的時間多了 19~25%，這可能反而增加了皮膚癌或黑色素瘤的發生風險。同時他們也發現，大多人只塗抹了建議用量的二分之一到四分之一，可能無法提供有效的防護效果 [9]。
雖然根據防曬乳的建議劑量塗抹，能避免晒傷，但也有科學家認為，每天塗抹良好防曬效果的防曬乳，可能會抑制維他命D的合成，進而影響健康。陽光中的 UVB 波段的紫外線，能讓促進人體自行合成維他命D，而它對健康體的貢獻也被廣泛研究，像是抵抗疾病、骨質生成、抗癌、免疫調節……等生理功能有關。但由於許多人塗抹防曬乳會少於建議用量，所以缺乏有力的研究證實塗抹防曬乳會抑制維他命D的合成 [1]。
防曬乳對生態環境的影響
防曬乳中人工合成化學物質，如果因為像是浮潛、游泳……等水上活動，帶入水中，可能會對水中生物造成不良影響，衝擊生態環境。
也許有些人會懷疑，在浩瀚的海洋中加入一兩滴防曬乳會造成什麼影響嗎？2008年，義大利的科學家羅伯特．道南伐洛（Roberto Danovaro）指出，防曬乳中的常見的化學防曬成分，可能會誘發潛藏在與珊瑚共生的蟲黃藻（zooxanthellae）中的病毒開始繁殖，在宿主蟲黃藻死亡後，大量的病毒便釋放到海洋中。一旦蟲黃藻死亡，和它共生的珊瑚也就無法存活，最後導致我們熟知的「珊瑚白化」現象。
道南伐洛的研究團隊，調查了三大洋的珊瑚礁，結果顯示，即使是微量的防曬乳，也能在短短的四天內喚醒病毒，引起珊瑚白化。而含有防曬乳的海水中，病毒的數量是不含防曬乳的海水的15倍！他們估計，全世界每年有四千到六千公噸的防曬乳，因為泳客而帶入海洋中；約有10%的珊瑚白化，是防曬乳污染所造成。
然而，佛羅里達理工學院（Florida Institute of Technology）的珊瑚專家羅伯特．沃斯克（Robert van Woesik）卻質疑這項研究中的珊瑚白化，也可能是因為該區域內，人類活動頻繁產生的塑膠污染造成，防曬乳不是主要的元兇。但他仍擔心人造化學物質，有引起珊瑚白化的風險。沃斯克認為，道南伐洛的研究中顯示，病毒並不會隨著污染劑量增加而增加，反倒比較類似「開關」的概念－只要一有防曬乳存在海水中就會誘發大量的病毒 [11]。
除了化學防曬物質會傷害珊瑚之外，也有研究指出物理防曬物質（主要是鋅/鈦氧化物奈米微粒）會影響水蚤（Daphnia magna）的發育及行為 [12] [13]。而水蚤是水域生態系中，其他大型生物的重要食物來源。以食物鏈的觀點，如果像是水蚤這類小型動物死亡，勢必會減少大型動物的食物來源，或者使毒素藉由生物放大效應（bioamplification），危害食物鏈頂端的生物－包括人類。
然而，防曬物質是否會直接影響到像是魚之類較大型的脊椎動物，則還有待更多的研究證實。為此，國立海洋生物館的研究員陳德豪，將不同濃度的氧化鈦奈米微粒加入斑馬魚（Danio rerio）胚胎所處的水中，並觀察斑馬魚發育過程的孵化率、死亡率、畸形率和孵化後的游泳能力是否會受到微粒的影響。
結果雖然只有游泳能力受到影響，但陳德豪認為，過去有學者研究發現，氧化鈦微粒對腦部腦部發育的影響，可能反映在行為能力上，而他的研究結果也符合這論點。雖然斑馬魚沒有畸形或死亡，但不能肯定微粒不會對海洋中的脊椎動物造成傷害 [20]。
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生物放大效應在生物體內不易分解的有害物質，經由食物鏈，會隨著營養階層增加而提高在高階捕食者體內的濃度。 舉例來說，海洋中的生產者－像是藻類，如果攝取了0.04ppm的有害物質，而且沒有分解，那初級消費者－像是蝦，取食藻類後就會在體內累積0.23ppm的有害物質；若有害物質又沒被分解，則會在二級消費者－小魚體內累積2.07ppm，最後在海鳥體內累積到13.8ppm；一般而言，有害物質濃度會在每個營養階級間放大九至十倍。或許起初水中的有害物質濃度，不能直接傷害大型動物（像是例子中的海鳥），但藉由食物鏈的放大效應，卻可能累積到有害濃度，人類也位在營養階層高階，不能忽視問題的嚴重性。 |
防曬乳的未來
幾十年來，科學家一直在努力增加防曬乳的防曬效果、安全性、實用性。雖然現在的防曬乳已經非常方便，但研發的腳步卻沒有停止。
舉例來說，蝦紅素（astaxanthin）是一種普遍存在於蝦、蟹、鮭魚、藻類……等海洋生物體內的色素，能對抗氧化壓力，有潛力成為輔助防曬效果的明日之星。夏威夷的一名醫生羅伯特．察爾斯（Robert Childs）就將蝦紅素製作成一種稱為「百奥斯汀」（Bio Astin）的藥丸。服用後，蝦紅素能吸收皮膚因為照射紫外線所產生的活性氧化物，而且效果是維他命E的五百倍；維他命A的十倍，還能減少因為晒傷引起的發炎反應。
雖然百奧斯汀絕對比防曬乳防水（因為是用吃的而不是塗抹），而且不用定期補充塗抹，不過察爾斯強調，它並非萬能，要得到完全的防曬保護，仍需要配合其他措施，像是穿著防曬衣物、使用太陽眼鏡、塗抹防曬乳……等 [14]。
從自然界中尋找新的防曬材料也是一個方向－常春藤（English Ivy）爬根上的奈米微粒，或許能使防曬乳更安全且防曬效果更佳。
田納西大學（University of Tennessee）的生物醫學工程助理教授，張銘俊（Mingjun Zhang，音譯）博士，一天在院子裡看著兒子玩耍時，突然想到一個問題：「為什麼常春藤能緊緊地爬在圍籬上？」於是他開始研究常春藤的爬根。2010年，他發現爬根上佈滿了奈米級的微粒，而且比防曬乳所添加的金屬微粒大小還均勻。張銘俊和其他研究人員進一步發現，常春藤微粒抵擋紫外線的效果，至少是金屬微粒的四倍；也因為是天然物質，較易被人體分解，對腦部及肝臟的毒性遠比金屬微粒小。此外，常春藤微粒較黏濁，若添加在防曬乳中，比起現今的防曬乳，更不會因為流汗或游泳而需要補充塗抹 [15]。
另外，也有廠商賦予防曬乳防曬以外的附加功能，像是「不傷害海洋生態」、防蚊蟲或防止水母螫傷。
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防曬乳如何避免水母螫傷？水母會螫傷人，其實元兇是水母觸手上的刺細胞（nematocyst）。刺細胞是一種特殊的細胞，具有一支毒刺，平時收縮在細胞內，而同時細胞充滿了高張的水壓。當水母觸手接觸獵物時，啟動了刺細胞上的「開關」，高張的水壓便把毒刺彈出－就像彈簧刀一樣，攻擊獵物，並把毒液注入，使獵物麻痺。被水母螫傷可能會疼痛、劇癢、發炎、水腫，嚴重時可能會組織壞死，甚至休克 [16]。為此，尼達利雅科技公司（Nidaria Technology Ltd.）委託史丹福醫學院（Stanford University School of Medicine, Stanford）的研究團隊開發防水母螫傷防曬乳。研究團隊在防曬乳中添加一種粘多糖（Glycosaminoglycan），化學結構非常相似於水母自身的帶有的成分。當刺細胞的感受器，接觸到防曬乳中的粘多糖，會誤以為是接觸到自己，而不是獵物，就不會觸發毒刺彈出，也就能達到避免螫傷的效果 [17]。
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正確使用防曬乳
防曬係數的測定標準為，皮膚上每平方公分的面積，必須塗抹兩毫克的厚度。研究顯示，一般人僅塗抹一毫克，甚至只有零點五毫克的厚度，即使擦了SPF50的防曬乳液，也等於只有SPF2.7~7.1，可見得塗抹厚度影響防曬效果甚大。塗抹不均勻也會影響防曬效果，因此2003年版的皮膚科Fitzpatrick教科書建議，塗抹兩層的防曬乳液，可以較為均勻及提供較好的防護。另外，一般建議每兩至三個小時需要再次的補擦防曬乳。一則在2001年的美國皮膚科醫學會雜誌報告指出，曬乳液必須在外出前15~30分鐘塗抹防；當游泳、用毛巾擦、過度流汗及摩擦後，需再次的補擦防曬乳液，以可以得到較佳的防曬效果。影響UVA的防護效果，最大的變因是塗抹的厚度（占72%），其次是塗抹是否均勻（占16%），防曬品吸收UVA的效果影響最小（占12%）。雖然選了很好的防曬乳液，如果沒有正確的使用，防曬效果仍會大打折扣。除了塗抹防曬乳液外，要避免紫外線傷害，還需要做到儘量避開上午十點到下午三點的太陽，以及外出時多戴寬邊帽、撐傘、穿著織的較密及深色的長袖衣服，以加強防護。美國皮膚科醫學會建議做到ABC三點：A(Avoid)就是避免紫外線的照射，所以早上十點至下午三點紫外線最強的時段，盡量不要出門；B(Block)就是阻斷紫外線的照射，因此每天塗抹防曬乳液仍是十分必須的；C(Cover)就是遮蔽，外出時盡量使用傘帽子或是長袖衣物來遮蔽皮膚。
結論
塗抹防曬乳能有效阻擋紫外線，避免皮膚晒傷。然而，目前沒有防曬乳能同時有效阻擋UVA及UVB(20240902編註：市面上已有多款可同時阻擋 UVA 與 UVB)。再者，目前缺乏有力的科學證據證明，防曬乳能有效預防皮膚癌或黑色素瘤的發生(20240902編註：到目前為止，尚無嚴格的人類證據顯示防曬霜能預防主要類型的皮膚癌：皮膚黑色素瘤 (cutaneous melanoma, CM) 和基底細胞癌 (basal cell carcinoma, BCC)。然而，防曬霜確實能減少日光性角化病 (actinic keratoses) 和復發性鱗狀細胞癌 (squamous cell carcinoma, SCC) 的發病率。)。另一方面，塗抹防曬乳對健康有潛在的風險，而且也可能會危害自然環境。雖然科學家仍對此爭論，尚待更多的科學研究證明。但不論如何，防曬乳本來就不該被視為唯一的防曬措施，必須配合其他方法，像是穿著長袖衣物、配戴太陽眼鏡；最重要的，是減少陽光的曝曬。
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