【深造物理】陽光為何會曬傷皮膚？
在的夏天很多人以為「曬黑」只是變漂亮或顯瘦的選擇，但「曬傷」可不是單純的皮膚變紅——它其實是紫外線造成的細胞損傷與免疫反應。這篇文章會把太陽光的物理、皮膚的生物反應、以及我們如何科學地保護自己，一次講清楚。你會發現：防曬不是迷信，而是一套相當硬核的科學。
陽光其實是一套「光之菜單」
從物理角度看，陽光是一組不同波長的電磁波(electromagnetic waves)。可見光讓我們看見顏色，紅外線(infrared, IR)帶來溫暖，而最關鍵的「主犯」是紫外線(ultraviolet, UV)。紫外線按波長可分：
- UVA：320–400 nm，能量較低，但穿透力強，可深入真皮層，與光老化(photoaging)密切相關。
- UVB：280–320 nm，能量更高，主要導致曬傷(sunburn)，也是皮膚癌的重要風險因子。
- UVC：100–280 nm，能量最高，但幾乎完全被地球臭氧層吸收，基本不會直達地面。
用生活比喻：太陽光像是「混合湯」，IR是熱湯的溫度，可見光是湯的顏色，而UV，特別是UVB，就像湯裡的「辣椒精」，少量就足以刺激你的皮膚。
從太陽到你皮膚：紫外線怎樣落地？
紫外線的強弱不只看太陽有多猛，還牽涉到大氣的「過濾」與反射：
- 太陽高度與季節：中午太陽在頭頂、夏季日路徑較高，紫外線穿過的大氣層較薄，抵達地面就更強。
- 雲層與散射：雲可以擋掉部分UV，但高薄雲或碎雲反而會使地面接收的UV不穩定，有時還會加強散射造成「陰天也曬傷」。
- 地面反射：沙灘、海面、甚至水泥地都能反射紫外線。海面大概反射10%上下，新雪可反射八九成；香港少下雪，但沙灘和泳池邊仍能「二次照射」。
- 臭氧層：臭氧吸收短波UVB與UVC，是天然「防曬膜」。臭氧含量變化會影響UVB通量。
這些因素集合形成我們常見的「紫外線指數」(UV Index, UVI)。UVI越高，皮膚在相同時間內吸收的紫外線能量越多，越容易曬傷。
能量到分子：曬傷的第一步是光子撞上DNA
曬傷的核心是一個能量與化學的故事。UVB和部分UVA光子(photon)具有足夠能量，能被皮膚細胞內的關鍵分子吸收。當光子被吸收，會把能量「塞」進分子軌道，引發化學反應。我們關注的主要目標是DNA與蛋白質：
- DNA損傷：UVB容易誘發鄰近胸腺嘧啶(thymine)之間形成環丁烷二聚體(cyclobutane pyrimidine dimers, CPDs)與6-4光產物(6-4 photoproducts)。這些「錯誤連接」會干擾複製與轉錄。
- 氧化壓力：UVA雖能量較低，但更擅長產生活性氧(reactive oxygen species, ROS)，例如單態氧(singlet oxygen)與超氧陰離子。ROS會氧化脂質、蛋白質，並間接攻擊DNA。
將它想像成：UVB像是直接把書頁黏在一起，UVA則像把墨水氧化模糊。兩者都讓「細胞讀不懂指令」。
皮膚的「緊急修復隊」：Nucleotide Excision Repair
人體不是坐以待斃。當DNA受損，細胞會啟動核苷酸切除修復(nucleotide excision repair, NER)。它像是專業編輯：
- 識別錯字：感知蛋白偵測到DNA扭曲。
- 切除錯段：核酸內切酶把錯誤的短片段剪掉。
- 補回空缺：DNA聚合酶填補正確序列，DNA連接酶封口。
如果修不好或錯誤太多，細胞可能選擇「程式性自殺」(apoptosis)。你看到的「曬傷發紅」其實是一連串免疫與發炎反應：受損細胞釋放訊號，血管擴張、免疫細胞移動到現場，清理損壞的細胞與組織。
為何會「紅、腫、痛、熱」？發炎的物理與生理
曬傷的四大症狀對應一套基本機制：
- 紅(Rubor)：毛細血管擴張，血流增加，用於運送免疫與修復分子。
- 熱(Calor)：血流與代謝上升，局部溫度增加，不是IR加熱，是你身體在「開工」。
- 腫(Tumor)：血管通透性提升，組織液滲出。
- 痛(Dolor)：炎症介質(如前列腺素)刺激神經末梢，加上角質層破損，觸痛明顯。
幾天後脫皮，是身體把受損的角質細胞整片丟掉。這不是清潔，而是災後重建。
曬黑不是「健康」的象徵，而是防禦傷痕
當皮膚感受到UV壓力，角質形成細胞(keratinocytes)會激活黑色素細胞(melanocytes)，增加黑色素(melanin)生成，並把黑色素顆粒運到表皮細胞上方，像「小遮陽傘」一樣分布在細胞核上方，吸收與散射部分UV。
黑色素能把光能轉為熱能並快速耗散，降低DNA再受傷的機率。從物理看，這是能量重新分配；從生理看，這是次級防線。但注意：能曬黑表示你已經受到足夠的UV刺激，這本身就是「受損已發生」的訊號，而不是健康勳章。
為什麼不同膚色的人曬傷風險不同？
皮膚顏色主要取決於黑色素的含量與型態：真黑素(eumelanin)較擅長吸收UV並安全耗散能量；褐黑素(pheomelanin)較容易產生ROS。深膚色族群通常有較多真黑素，天生具備較高的「光防護」。但這不是無敵盾牌：長期UV暴露仍會造成光老化與皮膚癌風險上升。所有膚色都需要防曬，只是策略與容忍度不同。
UVA vs UVB：為何兩者都要擔心？
| 性質 | UVA | UVB |
|---|---|---|
| 波長 | 320–400 nm | 280–320 nm |
| 穿透深度 | 可達真皮層 | 主要停留於表皮 |
| 主要傷害 | ROS、光老化、間接DNA損傷 | 直接DNA光化學損傷、曬傷 |
| 玻璃阻擋 | 多數一般玻璃可阻擋部分但非全部 | 常被玻璃有效阻擋 |
| 相對佔比 | 抵達地面比例較高 | 比例較低但單位能量傷害更大 |
總結：UVA像持續的細雨，時間久了把牆浸壞；UVB像短時強陣雨，一下子就淹。兩者都需要防護。
SPF、PA、寬頻防護：防曬標示怎麼看？
藥妝店的防曬品總讓人眼花繚亂。掌握三個關鍵就夠：
- SPF (Sun Protection Factor)：主要反映對UVB的防護。SPF 30理論上可讓你承受相同紅斑劑量的時間延長約30倍。但這是假設足量塗抹、沒有流汗脫落的理想情況。
- PA/星級：多用於標示UVA防護，PA+到PA++++越多加號代表UVA防護越強；或見英國常用的UVA星級系統。
- Broad-spectrum(寬頻)：同時覆蓋UVA與UVB。選擇時務必看這點。
常見防曬劑分為兩類：
- 物理性(礦物)防曬：氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)，主要靠散射/反射與部分吸收。對皮膚較溫和，對UVA/UVB廣覆蓋，但可能泛白。
- 化學性(有機)防曬：例如阿伏苯宗(avobenzone)、甲氧基肉桂酸辛酯(octinoxate)、Tinosorb S/M等，透過吸收光子並將能量轉為熱或無害振動釋放。質地清爽但需留意光穩定性與個人膚況。
劑量與時間：為何同樣太陽，有人10分鐘就紅？
曬傷遵守「劑量—反應」(dose–response)邏輯。關鍵是皮膚吸收的有效UV劑量，等於「強度 × 時間 × 皮膚敏感度」。影響因素包括：
- 個人體質：膚色、基因、藥物（如部分抗生素、A酸、感光藥物會提高光敏感）。
- 環境：UVI、反射環境(沙灘/水上)、海拔(越高UV越強)。
- 行為：外出時段、衣著、是否補塗防曬、是否流汗/下水。
在香港夏季中午，UVI經常達高到極高級別。若皮膚偏白、無防護，10–20分鐘出現紅斑並不罕見。
維他命D與防曬：會不會「防曬就缺D」？
UVB能讓皮膚的7-脫氫膽固醇轉化為維他命D3前體，這是人體重要的來源。但現代醫學共識是：不需要冒曬傷風險來補D。短時間、低風險的日照配合飲食與補充劑即可達標。尤其在高UVI地區，防曬優先，不必以「曬到紅」作為補D依據。
科學級日常防護清單（香港版）
- 看UVI：出門前查天文台UV指數。達6以上屬高，需強化防護。
- 選對時間：避免11:00–15:00的強光時段，或縮短暴露時間。
- 穿著：帽簷≥7公分的帽、緊密織物長袖、防UV太陽眼鏡。濕掉的衣服防護力會下降。
- 防曬塗抹量：臉與頸約一個「五元硬幣」量，全身約2毫克/平方公分，成人大約需1–1.5湯匙。室內靠窗亦建議基礎防曬，因UVA可穿透玻璃。
- 補塗：每2小時補塗一次；流汗、游泳、用毛巾擦拭後需即時補塗。選擇標示防水(water-resistant)的產品。
- 場景意識：沙灘/船上/泳池邊反射強，陰天也可能曬傷。山上與離島風大不代表UV低。
- 兒童與敏感肌：優先礦物防曬與物理遮蔽；嬰幼兒避免直射日光。
為何曬傷會增加皮膚癌風險？
從分子到臨床的鏈條是清楚的：UV造成DNA突變，若修復失敗或出現錯誤修復，可能累積在腫瘤抑制基因(如TP53)或致癌基因上，長年累月就提高皮膚癌風險，包括基底細胞癌、鱗狀細胞癌與黑色素瘤。尤其反覆的水泡性曬傷與兒童期強烈暴露，是已知的危險因子。
物理視角的「陰影陷阱」與環境小知識
- 陰影不等於安全：天空散射光(天空穹頂的瑞利散射)仍把UVA/UVB送到你身上。樹蔭、帳篷可降強度但不全擋。
- 地面幾何：斜坡、玻璃幕牆、亮色地面可增加「側射」與反射。
- 都市峽谷效應：高樓夾縫造成多次反射與散射，局部點位可能比你想像更亮。
急性曬傷怎麼辦？科學處理步驟
- 降溫：以冷敷或微涼的淋浴降低局部溫度，避免冰塊直接接觸皮膚。
- 保濕與修復：使用含甘油、玻尿酸、蘆薈等的溫和保濕，減少經皮水分流失(TEWL)。避免含香精與高酒精濃度產品。
- 止痛與發炎控制：必要時在醫囑下使用非類固醇消炎止痛藥(NSAIDs)。切勿挑破大型水泡，避免感染。
- 補水與休息：全身不適時多喝水、補充電解質，觀察是否有中暑或熱衰竭症狀。
- 就醫：若出現大片水泡、劇痛、發燒或意識不清，請盡速求醫。
常見迷思快拆
- 「陰天不用防曬」：錯。雲層可減少部分UV，但UVA與散射仍可致傷。
- 「曬黑就不會再曬傷」：錯。黑色素只是提升門檻，不是免疫。
- 「塗一次防曬可撐一整天」：錯。流汗、摩擦、光降解都會降低效能。
- 「只有UVB才危險」：錯。UVA導致光老化和間接DNA損傷，同樣增加癌風險。
- 「室內不用防曬」：不完全對。靠窗位與玻璃車廂內，UVA仍可造成傷害。
把物理用在生活：聰明安排你的光暴露
物理學給我們的不是恐懼，而是工具。理解光的波長、強度、散射與反射，我們就能做更好的選擇：選時間、選位置、選裝備。你不需要與太陽對抗，只要學會「與光共處」。
結語：曬傷是一堂能量與生命的課
曬傷不是小事，它是光子與分子正面交鋒後留下的生理註記。從太陽發出的電磁波，穿越大氣的層層過濾，最後在你的皮膚上觸發化學與免疫連鎖反應——這一切都遵循著能量守恆、量子吸收、與生物修復的規律。掌握了這些規律，我們可以既享受香港的陽光、海風與山徑，也能把風險降到最低。別把防曬當麻煩，把它當成一套優雅的物理—生物工程：你為皮膚搭好遮陽棚，讓身體專心把健康留在該在的地方。
