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In vivo and in vitro assessment of UVA protection by sunscreen formulations containing either butyl methoxy dibenzoyl methane, methylene bis-benzotriazolyl tetramethylbutylphenol, or microfine ZnO

Authors


Dr Bernd Herzog, Ciba Specialty Chemicals Inc., PO Box 1266, G-9001.2.28, 79630 Grenzach-Wyhlen, Germany

Synopsis

The UVA-attenuating properties of the three UVA filters butyl methoxy dibenzoyl methane (BMDBM), methylene bis-benzotriazolyl tetramethylbutylphenol (MBBT), and microfine zinc oxide (ZnO), are compared. For this purpose persistent pigment darkening (PPD) as an in vivo method as well as different in vitro approaches like the UVA/UVB ratio, the critical wavelength, and the Australian standard have been used. For the case of the UVA/UVB ratio and the critical wavelength the behaviour was also assessed after irradiation with 10 minimal erythemal doses (MED). Sunscreen formulations were manufactured containing either one of these UVA filters or combinations of one UVA filter and a constant amount of UVB filter. The concentration of the respective UVA filter was varied. BMDBM was dissolved in the oil phase of the formulations. MBBT, which is produced as particulate organic UVA-filter dispersion with average particle size smaller than 200 nm, was added to the aqueous phase. The microfine ZnO was incorporated into the oil phase. If no additional UVB filters were present, UVA/UVB ratio and critical wavelength stayed almost constant, independent of UVA-filter content. With constant levels of additional UVB filters these parameters increased with UVA-filter concentration. In contrast to the behaviour of the UVA/UVB ratio, which appeared to be a sensitive measure for the UVA protection in relation to UVB protection in almost the whole ranges of UVA-filter concentrations, the critical wavelength approached saturation already at low UVA-filter levels. The UVA-protection factors (UVA-PF) obtained from the in vivo studies increased with the concentration of the UVA filter in the formulations. Formulations, which showed UVA-PFs ≥ 4 in most cases met also the conditions of the Australian Standard. An irradiation dose of 2.5 kJ m−2 (10 MED) induced significant decreases of UVA/UVB ratio or critical wavelength only with some BMDBM formulations, indicating a loss of UVA protection in those cases.

Résumé

Les propriétés d'absorption dans le domaine des rayons UVA des trois filtres suivants butyl methoxy dibenzoyl methane (BMDBM), methylene bis-benzotriazolyl tetramethylbutylphenol (MBBT) et ZnO de grade microfin ont été comparées. Pour cette étude, nous avons utilisé la méthode de mesure de la pigmentation persistante (PPD) en méthode in vivo, ainsi que d'autres approches in vitro telles que l'étude du ratio UVA/UVB, de la longueur d'onde critique et du standard australien. Concernant l'étude du ratio UVA/UVB et de la longueur d'onde critique, les mesures ont été réalisées après une irradiation de 10 doses érythémales minimales (MED). Des formulations solaires ont été réalisées avec un filtre UVA seul ou en association avec un filtre UVB à concentration constante. La concentration des différents filtres UVA a été modulée. Le BMDBM a été dissous dans la phase lipophile. Le MBBT, qui se présente sous forme d'une dispersion de particules organiques d'une taille moyenne inférieur à 200 nm, a été introduit dans la phase aqueuse. La poudre de ZnO a été incorporée dans la phase lipophile. Lorsqu′ aucun filtre UVB n'est ajouté, le ratio UVA/UVB et la longueur d'onde critique restent significativement constants, indépendamment de la quantité de filtres UVA. Avec une concentration constante de filtre UVB, ces paramètres augmentent avec la concentration du filtre UVA. Contrairement au comportement du ratio UVA/UVB, qui est une mesure sensible pour la protection UVA en relation avec la protection UVB sur l'ensemble de l'intervalle de concentration du filtre UVA, la longueur d'onde critique est déjà au maximum de sa valeur avec une faible concentration de filtre UVA. Les facteurs de protection UVA (UVA-PF) obtenus dans les études in vivo augmentent avec la concentration des filtres UVA. Les formulations qui ont un UVA- PF = 4 remplissent dans la plupart des cas les conditions du standard australien. Une dose d'irradiation de 2.5 kJ m−2 (10 MED) a entraîné une chute significative du ratio UVA/UVB et de la longueur d'onde critique dans certaines formulations contenant du BMDBM, démontrant une chute de la protection UVA dans ce cas.

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