強い日差しを浴びたあと、皮膚がすぐ真っ黒になるとは限りません。まず数時間たって赤くなり、ひりひりしたり痛んだりし、その赤みが引いたあとに数日かけて黒っぽくなることがあります。日本語ではどちらも「日焼け」と呼ばれますが、実は赤くなる変化と黒くなる変化は、皮膚の中で起きている仕組みが異なります。
赤く痛む日焼けは「サンバーン」、その後に色素が増えて黒っぽくなる日焼けは「サンタン」と呼ばれます。サンバーンの中心は、紫外線で傷ついた皮膚細胞をきっかけに起こる炎症です。一方、サンタンの中心は、紫外線によるさらなる損傷を減らそうとしてメラニン色素を増やす防御反応です。つまり日焼けは、紫外線による傷害と、それに対して皮膚が起こす防御反応が時間差で重なって見えている現象なのです。
日焼けを起こす主な原因は紫外線
太陽光には可視光線や赤外線のほか、目には見えない紫外線が含まれます。地表に届く紫外線のうち、皮膚への影響で特に重要なのがUV-AとUV-Bです。UV-Bは主に表皮で吸収され、生物学的な作用が強く、サンバーンの主な原因になります。UV-AはUV-Bより波長が長く、より深い層まで届きやすく、色素の変化や光老化などに関わります。
日焼けは「太陽の熱で皮膚が焼ける」現象ではありません。暑さとして感じる主な原因は赤外線であり、サンバーンを起こすのは目に見えず、熱としても感じない紫外線です。そのため、風が涼しい日や気温が低い場所でも、紫外線が強ければ日焼けは起こります。
最初に赤くなるのは、紫外線で炎症が起こるから
紫外線、とくにUV-Bが表皮の細胞に届くと、細胞内のDNAに損傷が生じます。代表的な損傷には、DNAを構成する隣り合った塩基同士が異常につながる光産物などがあります。細胞にはこうした損傷を修復する仕組みがありますが、紫外線量が多いと損傷が増え、修復だけでは追いつかなくなります。
損傷を受けた角化細胞では、さまざまな炎症性の信号が作られます。その影響で皮膚の血管が広がり、血流が増えるため、皮膚が赤く見えるようになります。同時に炎症反応によって神経が刺激され、熱っぽさやひりひりした痛みも生じます。これがサンバーンです。
環境省の「紫外線環境保健マニュアル2020」では、サンバーンは日光にあたって数時間後から現れ、8〜24時間ほどでピークになると説明されています。日差しを浴びている最中より、帰宅後や夜になってから赤みや痛みが強くなることがあるのは、この炎症反応が時間をかけて進むためです。
強く日焼けすると水ぶくれや皮むけが起こるのはなぜか
紫外線による損傷が強いと、修復できないほど傷ついた表皮細胞の一部は細胞死に向かいます。こうした細胞は「サンバーン細胞」と呼ばれることがあります。広い範囲で強い炎症が起これば、表皮とその下の組織の間に液体がたまり、水ぶくれができます。
数日後に皮がむけるのも、紫外線で傷ついた表皮細胞が取り除かれ、新しい細胞へ入れ替わる過程の一部です。つまり皮むけは単に「焼けた皮がはがれる」のではなく、損傷を受けた細胞を皮膚が排除している結果として起こります。
その後に黒っぽくなるのはメラニンが増えるから
赤みが落ち着いたあと、数日して皮膚が黒っぽくなることがあります。これがサンタンです。サンタンでは、表皮の基底層付近にある色素細胞「メラノサイト」が活性化され、メラニン色素の産生が増えます。
この反応にも、紫外線で生じたDNA損傷が深く関係しています。UV-Bで角化細胞のDNAが傷つくと、細胞内でp53というたんぱく質の働きが高まります。p53はPOMCという遺伝子の発現を促し、そこから作られるα-MSHという信号物質がメラノサイト表面のMC1Rという受容体を刺激します。するとMITFなどを介した経路が活性化し、メラニン合成に必要な酵素の働きが高まります。
作られたメラニンは、メラノソームという小さな袋状の構造に詰められ、周囲の角化細胞へ受け渡されます。角化細胞の中ではメラニンが細胞核の上側に集まり、紫外線を吸収してDNAへ届く量を減らすように配置されます。そのためメラニンは、皮膚が紫外線から細胞を守るための重要な防御材料といえます。
赤くなる日焼けと黒くなる日焼けは同じものではない
サンバーンとサンタンは連続して見えるため一つの反応のように感じますが、中心となる仕組みは異なります。サンバーンは紫外線による細胞損傷と炎症が中心で、サンタンはメラニン産生を増やして次の紫外線に備える防御反応が中心です。
また、黒くなる反応にも時間の違うものがあります。UV-Aは、すでに皮膚に存在するメラニンを変化させるなどして比較的早い色調変化を起こすことがあります。一方、UV-Bをきっかけとする遅れて現れるサンタンでは、新たなメラニン産生が増えるため、数日たってから色が濃くなり、比較的長く続きます。
人によって日焼けの仕方が違うのはメラニン量や反応性が違うから
同じ時間だけ日光を浴びても、すぐ赤くなる人、赤くなったあとよく黒くなる人、あまり赤くならず黒くなりやすい人がいます。これは、もともとのメラニン量や種類、メラノサイトの反応性、MC1Rなど色素形成に関わる遺伝的な違いなどが人によって異なるためです。
メラニンが多い皮膚ほど紫外線を吸収しやすく、サンバーンに対する抵抗性は高くなる傾向があります。しかし、肌が黒くなりやすい人なら紫外線による損傷を受けないという意味ではありません。紫外線はどの肌タイプでもDNA損傷を起こし得ます。
日焼けで黒くなること自体が「健康の証拠」ではない
メラニンが増えることは確かに防御反応ですが、サンタンが起きたということは、その前段階で皮膚が紫外線を受けて反応したということでもあります。WHOは、日焼けによる皮膚の色の変化を、紫外線によるさらなる損傷から皮膚を守ろうとする反応として説明しています。
また、メラニンによる防御には限界があります。繰り返し強い紫外線を浴びるとDNA損傷が蓄積し、光老化や皮膚がんのリスクに関わります。日焼けで少し黒くなったから、その後はいくら紫外線を浴びても安全になるわけではありません。
紫外線によるDNA損傷はなぜ長期的な影響にもつながるのか
通常、DNAに傷ができても細胞には修復機構があります。しかし、損傷が多かったり、修復の過程で誤りが残ったりすると、突然変異として細胞に残ることがあります。特に細胞増殖を制御する遺伝子などに重要な変化が積み重なると、将来的な皮膚がんの発生につながる可能性があります。
このため、サンバーンの赤みが数日で消えたとしても、「皮膚が完全に何もなかった状態へ戻った」とは限りません。見た目の炎症は一時的でも、紫外線による分子レベルの影響は別に考える必要があります。
紫外線の強さだけでなく浴びた時間も日焼けに影響する
日焼けの程度は、紫外線の強さと浴びた時間の両方に左右されます。弱めの紫外線でも長時間浴びれば総量は増えます。反対に、短時間でも非常に強い紫外線を浴びればサンバーンを起こすことがあります。
紫外線量は、季節、時刻、雲、標高、地表からの反射などでも変わります。雪や砂浜、水面の近くでは反射した紫外線も加わるため、体感温度だけでは日焼けの起こりやすさを判断できません。
まとめ：日焼けは「炎症」と「色素による防御」が時間差で現れる
日焼けすると皮膚がまず赤くなり、その後に黒っぽくなるのは、紫外線に対する二つの反応が時間差で起こるためです。UV-Bなどで表皮のDNAが傷つくと、炎症性の信号が出て血管が広がり、赤みや痛みを伴うサンバーンが生じます。
一方、紫外線による損傷は角化細胞からメラノサイトへの情報伝達も引き起こし、メラニン産生を増やします。作られたメラニンが角化細胞へ渡され、紫外線を吸収することで、皮膚は次に受ける紫外線からDNAを守ろうとします。これが数日遅れて現れるサンタンです。
つまり、赤い日焼けは主に紫外線による急性の炎症、黒い日焼けは主にその後に起こる色素防御反応です。どちらも、皮膚が紫外線を受けた結果として生じる反応だと考えると、日焼けの仕組みが理解しやすくなります。
参考資料
- 環境省「紫外線環境保健マニュアル2020」
- World Health Organization, Radiation: The known health effects of ultraviolet radiation
- Yardman-Frank JM, Fisher DE. Skin pigmentation and its control: From ultraviolet radiation to stem cells.
- Mullenders LHF. Solar UV damage to cellular DNA: from mechanisms to biological effects.
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