Nhiều người duy trì thói quen đi bộ hoặc phơi nắng vào lúc sáng sớm, khoảng 6 đến 7 giờ, vì tin rằng đây là khung giờ tốt nhất để cơ thể tổng hợp vitamin D mà không sợ đen da hay cháy nắng. Không khí mát mẻ đầu ngày tạo cảm giác an tâm tuyệt đối cho sức khỏe xương khớp. Liệu lượng tia nắng lúc bình minh có thực sự mang lại hiệu quả tạo dưỡng chất quan trọng này?

Câu trả lời dựa trên các dữ liệu vật lý quang phổ và y sinh học: nắng sáng sớm hầu như không mang lại tác dụng tổng hợp vitamin D cho cơ thể. Để kích hoạt phản ứng sinh học chuyển đổi tiền chất dưới da thành vitamin D3, bầu khí quyển bắt buộc phải có sự hiện diện của tia cực tím nhóm B (UVB). Tia nắng lúc mặt trời vừa mọc hoàn toàn thiếu hụt bước sóng này do góc chiếu quá nghiêng.

Cơ chế tạo tiền vitamin D3 dưới tác động của tia UVB

Quá trình cơ thể tự tổng hợp vitamin D bắt đầu từ bề mặt da. Nguồn vitamin D chính cho hầu hết mọi người đến từ việc da tiếp xúc tự nhiên với bức xạ cực tím B (UVB) trong dải bước sóng 290-315 nm và từ khẩu phần ăn [1]. Dưới tác động trực tiếp của chùm photon bước sóng này, hợp chất 7-dehydrocholesterol (7-DHC) dự trữ tự nhiên tại lớp biểu bì sẽ trải qua phản ứng quang hóa chuyển thành tiền vitamin D3 (previtamin D3) [2], [1]. Sau đó, tiền chất này tiếp tục biến đổi nhờ nhiệt độ cơ thể để tạo thành vitamin D3 hoàn chỉnh phục vụ quá trình hấp thu canxi [3], [2].

Tuy nhiên, không phải tia nắng nào chiếu xuống mặt đất cũng chứa đủ chùm photon UVB quan trọng. Tầng ozone trong khí quyển Trái Đất có đặc tính hấp thụ tự nhiên bức xạ UVB trên 290 nm [4]. Khi ánh sáng mặt trời phải xuyên qua một quãng đường khí quyển quá dày, phần lớn hoặc toàn bộ lượng photon UVB sẽ bị hấp thụ và tán xạ hoàn toàn trước khi chạm tới da người [3], [5], [4]. Lúc sáng sớm, ánh nắng mắt thường nhìn thấy chỉ chứa chủ yếu là ánh sáng khả kiến và tia cực tím bước sóng dài (UVA).

Góc thiên đỉnh mặt trời: Yếu tố quyết định sự xuất hiện của tia UVB

Độ dày của tầng khí quyển mà tia nắng phải vượt qua được chi phối hoàn toàn bởi góc thiên đỉnh mặt trời (solar zenith angle - SZA) [3], [4]. Góc thiên đỉnh được định nghĩa là góc chiếu của ánh sáng mặt trời tới bề mặt Trái Đất, biến thiên tuần hoàn theo thời gian trong ngày, mùa trong năm và vĩ độ địa lý [3], [2], [4]. Góc thiên đỉnh càng lớn, mặt trời càng ở vị trí thấp trên đường chân trời [3].

Khi góc thiên đỉnh lớn lúc mặt trời ở thấp, tia UVB buộc phải đi qua quãng đường dài hơn xuyên qua tầng ozone của bầu khí quyển [3]. Kết quả trực tiếp là số lượng photon UVB chạm được tới mặt đất bị suy giảm nghiêm trọng hoặc biến mất hoàn toàn [3]. Ngược lại, khi mặt trời lên cao nhất trên bầu trời, góc thiên đỉnh đạt giá trị nhỏ nhất, quãng đường xuyên tầng khí quyển là ngắn nhất và mật độ photon UVB chạm xuống mặt đất đạt mức cực đại [3], [2].

Ngoài việc tầng ozone hấp thụ bức xạ, một nghiên cứu năm 2013 chỉ ra góc thiên đỉnh tăng còn làm phân tán diện tích tiếp xúc của chùm sáng, làm giảm mạnh cường độ bức xạ trên mỗi đơn vị diện tích mặt đất [5]. Do đó, góc nghiêng của mặt trời đầu ngày là rào cản tự nhiên vô hiệu hóa khả năng tổng hợp vitamin D của làn da.

Các nghiên cứu thực tế về khung giờ và góc chiếu hiệu quả

Các thử nghiệm đo đạc quang sinh học trên thế giới đã định lượng chính xác sự phụ thuộc này:

Nghiên cứu công bố năm 2013 tại Ấn Độ phân tích chuyển hóa 7-DHC thành tiền vitamin D3 dưới các góc thiên đỉnh khác nhau [3]. Kết quả cho thấy tỷ lệ chuyển đổi đạt mức tối đa khi góc thiên đỉnh mặt trời ở mức 15 độ hoặc thấp hơn [3]. Tại khu vực nghiên cứu có chỉ số UV từ 7 đến 9, tỷ lệ biến đổi từ 7-DHC thành tiền vitamin D3 và các sản phẩm quang hóa dao động 12% đến 18% xuyên suốt năm, với thời điểm tạo thành tối đa tập trung vào giữa 11 giờ trưa đến 2 giờ chiều [3]. Lượng bức xạ UVB có khả năng tạo tiền vitamin D3 trong da đạt hiệu quả cao gấp 70 lần ở góc thiên đỉnh 25 độ so với khi góc chiếu ở mức 75 độ [3].

Nghiên cứu năm 2018 tại Thẩm Dương (Trung Quốc) trên nhóm người cao tuổi chỉ ra quá trình tổng hợp vitamin D trong ngày diễn ra theo đường cong hình chuông, đạt đỉnh cao nhất vào quanh buổi trưa [6]. Nhóm nghiên cứu ghi nhận những người tham gia hoạt động ngoài trời vào khung giờ sáng sớm (6:00 - 8:00) hoặc chiều muộn (16:00 - 18:00) có mức tổng hợp vitamin D rất thấp [6]. Kể cả khi tăng thời lượng hoạt động ngoài trời trong nhóm sáng sớm và chiều muộn, cơ thể cũng không đạt được lợi thế gia tăng vitamin D nào so với nhóm phơi nắng quanh trưa [6].

Nghiên cứu năm 2010 tại Úc khảo sát quang phổ UV ở các góc thiên đỉnh từ 5 độ đến 80 độ [7]. Dữ liệu thực nghiệm xác nhận khung thời gian tốt nhất để cơ thể người phơi nhiễm bức xạ UV tạo vitamin D3 là khi góc thiên đỉnh nhỏ hơn xấp xỉ 45 độ [7]. Khi góc thiên đỉnh đạt khoảng 5 độ, bức xạ UV trung bình cần thiết cho tạo vitamin D3 đạt 0,67 W/m2 đối với trời nắng trực tiếp và 0,20 W/m2 đối với bóng râm có tầm nhìn bầu trời trên 40% [7].

Tác động của sắc tố da và chỉ số UV đến thời gian phơi nắng

Mức độ tổng hợp tiền vitamin D3 còn chịu sự điều hòa chặt chẽ bởi đặc điểm làn da mỗi cá nhân. Dưới tác động của UVB, tế bào hắc tố được kích hoạt để tăng tổng hợp sắc tố melanin [2]. Melanin hoạt động như một lớp kem chống nắng tự nhiên, hấp thụ cạnh tranh các photon UVB vốn dùng để quang phân 7-DHC [2], [1], [4]. Sự gia tăng sắc tố da tỷ lệ nghịch với số lượng photon UVB thâm nhập được vào lớp biểu bì và trung bì [2].

Do đó, người da càng sẫm màu càng sản xuất ít vitamin D hơn người da sáng khi tiếp xúc cùng một lượng ánh nắng [2], [4]. Báo cáo khoa học ghi nhận một người có da loại 5 hoặc 6 (da sẫm màu) đòi hỏi thời gian phơi nắng gấp 10 đến 50 lần so với người có da loại 2 hoặc 3 (da sáng) để tạo ra cùng một lượng vitamin D [4]. Thí nghiệm trước đây cũng chỉ ra người Ấn Độ cần lượng phơi nhiễm UV gấp khoảng 3 lần người da trắng để tổng hợp cùng mức vitamin D [5].

Bên cạnh chủng tộc, yếu tố tuổi tác cũng tác động trực tiếp: quá trình lão hóa làm suy giảm hàm lượng 7-DHC tự nhiên trong lớp biểu bì [2]. Người cao tuổi khi tiếp xúc cùng một lượng ánh nắng như người trẻ sẽ sản sinh lượng vitamin D thấp hơn đáng kể [2]. Mặt khác, thói quen bôi kem chống nắng cũng ngăn cản phản ứng này; kem chống nắng có chỉ số bảo vệ SPF 8 làm giảm 95% quá trình tạo tiền vitamin D3, và mức triệt tiêu lên tới 99% đối với kem có SPF 15 [4].

Dữ liệu Đồng thuận Bảo vệ Da bằng Ánh sáng của Brazil (2014) trích dẫn nghiên cứu của Paula Correa và cộng sự cho thấy, ở người thuộc type da II tại Sao Paulo, chỉ cần để lộ bàn tay và mặt ngoài trời không chủ ý khoảng 10 phút mỗi ngày là đủ để da tạo lượng vitamin D cần thiết trong điều kiện thời tiết quanh năm [8]. Điều này gắn liền với chỉ số UV: vào mùa hè khoảng 2 tiếng quanh buổi trưa, 65% chỉ số UV đo được ở mức rất cao (từ 8 đến 10) hoặc cực đoan (UV > 11), và trong mùa đông 40% số lần đo quanh trưa vẫn ở mức cao hoặc rất cao [8]. Ngược lại, tại Brisbane (Úc), một người da trắng chỉ cần phơi nắng 2 đến 4 phút mỗi ngày vào buổi trưa mùa hè là đủ [5].

Giới hạn theo mùa, vĩ độ và các hiểu lầm thường gặp

Nhiều người lầm tưởng rằng chỉ cần thấy trời hửng nắng hoặc đứng lâu ngoài trời là cơ thể sẽ nhận đủ vitamin D. Nghiên cứu thực tế tại Bắc Kinh (vĩ độ 39,9 độ Bắc) trên phụ nữ mang thai vào mùa đông chứng minh điều ngược lại: ngay cả khi thời gian phơi nắng kéo dài trên 1,5 giờ mỗi ngày, nồng độ 25-hydroxyvitamin D trong huyết thanh vẫn ở mức rất thấp [5]. Ở vĩ độ trên 35 hoặc 37 độ Bắc, vào các tháng thu đông, góc thiên đỉnh mặt trời nghiêng rất lớn khiến tầng ozone hấp thụ hầu như toàn bộ photon UVB [2], [5], [6]. Cư dân sống tại Boston (42 độ Bắc), Edmonton thuộc Canada (52 độ Bắc) và Bergen thuộc Na Uy (61 độ Bắc) không thể tạo đủ lượng vitamin D trong da lần lượt suốt 4, 5 và 6 tháng lạnh mỗi năm [4].

Tại vùng khí hậu lạnh mùa đông, thời tiết buộc người dân mặc kín và chỉ để hở diện tích nhỏ như mặt và bàn tay; việc để lộ diện tích da tối thiểu này chỉ mang lại lượng sản xuất tiền vitamin D3 danh nghĩa không đáng kể [5], [6]. Ngoài ra, ô nhiễm môi trường cũng là rào cản lớn. Khối sol khí ô nhiễm "Mây nâu châu Á" (Asian Brown Cloud) xuất hiện hàng năm từ tháng 11 đến tháng 4 với độ cao lên tới 3 km bao phủ nhiều khu vực Nam Á và Đông Á cũng góp phần làm suy giảm lượng UVB xuyên xuống mặt đất [3].

Một hiểu lầm phổ biến khác là phơi nắng càng nhiều càng tốt hoặc phơi nắng gắt sẽ chữa được các bệnh xương khớp. Phơi nhiễm UV quá mức gây nguy cơ ung thư da; các khối u ác tính không phải melanoma chiếm tới khoảng 28% trong các loại ung thư được ghi nhận [8]. Cần hiểu rõ việc tắm nắng chỉ kích hoạt tiến trình sinh học bình thường chứ không thay thế hoàn toàn các phác đồ điều trị y khoa.

Những ai nên thận trọng khi tiếp xúc tia UVB?

Mặc dù khung giờ nắng cao điểm (quanh giữa trưa đến đầu giờ chiều) có mật độ UVB tối ưu để tổng hợp vitamin D, đây cũng là thời điểm chỉ số UV tổng thể (gồm cả UVA và UVB) đạt đỉnh gây hại cho mô sống:

  • Người có tiền sử ung thư da, tổn thương tiền ung thư hoặc thuộc type da rất sáng, dễ bị bỏng rát khi ra nắng cần hết sức thận trọng [2], [8].
  • Bệnh nhân mắc các bệnh lý rối loạn hấp thu chất béo: Là một vitamin tan trong dầu, vitamin D hấp thu qua đường tiêu hóa đòi hỏi sự có mặt của mỡ trong khẩu phần ăn [4]. Những người mắc bệnh Crohn, xơ nang (CF), bệnh celiac hoặc từng phẫu thuật cắt bỏ một phần dạ dày, ruột thường bị giảm hấp thu và có nguy cơ cao thiếu hụt vitamin D [4], nhóm này cần phác đồ bù chất chuyên biệt từ y tế thay vì cố gắng phơi nắng quá mức.
  • Người cao tuổi có làn da mỏng manh, hàm lượng tiền chất 7-DHC nội tại bị suy giảm [2].
  • Trẻ nhỏ và người đang sử dụng các loại thuốc điều trị khiến da nhạy cảm với ánh sáng. Nhóm này không nên phơi nắng trực tiếp vào các khung giờ có chỉ số bức xạ cực đoan. Khi có các bệnh lý nền về da hoặc toàn thân, người bệnh bắt buộc phải hỏi ý kiến bác sĩ chuyên khoa để được hướng dẫn cá thể hóa.

Hướng dẫn tiếp xúc ánh nắng an toàn và tối ưu hóa vitamin D

Để thu được lợi ích chuyển hóa của tia UVB mà giảm thiểu tối đa tổn thương tế bào do bức xạ nhiệt và cháy nắng, các biện pháp khoa học cần được áp dụng linh hoạt:

  • Thời điểm đón nhận tia UVB: Không nên đi tìm tia UVB vào lúc sáng sớm (6-8 giờ) vì bức xạ UVB hầu như không có [6]. Thời điểm có bức xạ UVB để tạo vitamin D hiệu quả diễn ra khi góc thiên đỉnh dưới 45 độ, tập trung tối đa quanh khung giờ từ 11 giờ trưa đến 2 giờ chiều [3], [7]. Tuy nhiên, việc phơi nắng gắt trực diện không có bảo vệ tiềm ẩn nguy cơ đột biến tế bào da [2], [8].
  • Tận dụng bóng râm thông minh: Nghiên cứu tại Úc năm 2010 đã đề xuất giải pháp tiếp xúc bức xạ UVB tán xạ trong bóng râm quanh thời điểm giữa trưa [7]. Việc đứng dưới bóng râm có tầm nhìn bầu trời mở rộng trên 40% vào khung giờ này vừa đảm bảo bức xạ cần thiết cho việc tổng hợp vitamin D3, vừa giúp giảm tổng lượng phơi nhiễm bức xạ UV gây hại từ 37% đến 58% so với việc phơi mình hoàn toàn dưới nắng gắt [7].
  • Thời lượng tiếp xúc: Chỉ cần khoảng thời gian rất ngắn từ vài phút đến 10-15 phút tùy thuộc vào lượng da để lộ, màu da và chỉ số UV thực tế từng mùa [8], [5]. Tránh tuyệt đối việc phơi nắng kéo dài đến mức đỏ rát hoặc phồng rộp da.
  • Bổ sung qua chế độ dinh dưỡng: Vitamin D tương đối hiếm trong thực phẩm tự nhiên [1]. Các loại cá béo là một trong những nguồn cung cấp tốt nhất [1]. Nghiên cứu năm 2007 cho thấy cá hồi nuôi có hàm lượng vitamin D trung bình chỉ bằng khoảng 25% so với cá hồi đánh bắt tự nhiên từ vùng Alaska [1]. Do đó, việc kết hợp đa dạng nguồn cá béo, thực phẩm bổ sung theo chỉ dẫn y khoa và lối sống vận động ngoài trời hợp lý là giải pháp toàn diện để duy trì nồng độ vitamin D mục tiêu cho xương [1].

Việc phơi nắng sáng sớm chỉ mang lại giá trị thư giãn, hít thở không khí trong lành chứ không cung cấp đủ tia UVB để tạo vitamin D. Người dân nên hiểu đúng quy luật của góc chiếu mặt trời để sắp xếp thời gian sinh hoạt ngoài trời khoa học, bảo vệ da an toàn trong bóng râm và kết hợp dinh dưỡng đầy đủ nhằm duy trì thể trạng tối ưu.