Es bien conocido que la exposición al sol produce una serie de reacciones fisicoquímicas que originan efectos biológicos.
El espectro solar resultado de las reacciones termonucleares del sol, se propaga en forma de ondas por el espacio. Según la longitud de la onda, se distingue un espectro continuo de radiaciones electromagnéticas que va desde los rayos cósmicos hasta las ondas de radio (tabla 1). La unidad de longitud de onda (λ) es el nanómetro (nm) que es igual a 1•10-9 metros.
Desde el punto de vista fotobiológico, la parte del espectro electromagnético de mayor interés se sitúa en las radiaciones ultravioletas. La cantidad y calidad de la radiación ultravioleta que afecta a la superficie terráquea depende de múltiples factores. En primer lugar, está la capa de ozono de la estratosfera que absorbe la radiación UVC y una parte de la UVB. La reacción fotoquímica entre la radiación ultravioleta de unos 150 nm de longitud de onda (UVC) y el oxígeno (O2) produce ozono (O3), que absorbe los ultravioletas restituyendo el oxígeno (O2 + O+).
Otros factores que intervienen son :
- La altitud : por cada 300 metros de altitud aumentan en un 4 % los rayos UVB.
- La latitud : cuanto más cerca del ecuador mayor radiación.
- La estación : en verano mayor radiación que en invierno.
- La hora del día : el amanecer y el atardecer aumentan la radiación UVA.
- La humedad, el polvo atmosférico y la contaminación.
La energía total recibida está constituida por la radiación directa, la radiación difundida por el cielo y la radiación reflejada en el ambiente.
La radiación directa depende del espesor de la atmósfera atravesada por los rayos ultravioletas (figura 1).
Se producen variaciones en la proporción de UVA y UVB según el ángulo de incidencia de los rayos solares. Cuanto menor es el ángulo de incidencia (α) mayor es la distancia que tienen que atravesar los rayos ultravioletas, siendo menor la proporción de radiación UVB que alcanza la superficie terrestre (figura 2).
El fenómeno de difusión es el que determina la luminosidad del cielo. En un día nublado se absorbe la mayoría de la radiación ultravioleta.
El fenómeno de reflexión de la luz solar depende del objeto ambiental, así es del
3 % en la hierba, del 5 % en el agua, del 20 % en la arena y del 80 % en la nieve.
Desde la teoría corpuscular, cuando la radiación alcanza la materia, la parte absorbida puede originar un efecto fotoquímico. Si la energía de la radiación es suficientemente intensa el electrón de un átomo puede pasar de un nivel (e0) a otro nivel superior (e1). Al pasar este electrón a una órbita superior se excita, dando lugar a un electrón excitado o “estado singlet” (figura 3). Si la energía es mayor, el electrón cambia de sentido de rotación o “spin”, pasando a un estado de excitación “triplet” (figura 3). Si la energía es aún mayor, el electrón es proyectado fuera de órbita, convirtiéndose en radical libre (figura 3). Los diferentes estados atómicos (“singlet”, “triplet” y radicales libres) inducidos por las radiaciones provocan alteraciones moleculares; así por ejemplo, las moléculas aromáticas o con muchos dobles enlaces son más sensibles a las radiaciones.
Los efectos del sol en la piel, dependen de las radiaciones solares y del tipo de piel.
Los efectos de las radiaciones solares dependen, como hemos visto, de factores como la altitud, latitud, estación y hora del día, así como de los fenómenos de difusión y reflexión.
El tipo de piel depende del grosor y de la pigmentación de la misma. La respuesta cutánea a la luz solar con menos efectos la tendrá la piel gruesa y oscura, mientras que la piel más desprotegida frente a la radiación es la piel fina y clara. Estas variaciones en la forma de reaccionar de la piel a la radiación actínica según su pigmentación determina seis clases o fototipos distintos (tabla 2).
La longitud de onda de la radiación, su frecuencia, que es la inversa de la longitud de onda (f= 1/λ), y de la que depende su energía (E = h• f), determinan la penetración de la radiación en la piel y los efectos biológicos que produce. Cuanto mayor es la longitud de onda (λ), menor es la frecuencia de la onda (f), menor es su energía (E) y mayor su penetrabilidad cutánea (figura 4).
De todo lo anterior se deduce que las radiaciones más penetrantes son las menos energéticas (UVA), mientras que las más peligrosas por su mayor energía son las de menor penetrabilidad (UVC).
Los objetivos biológicos de los rayos ultravioletas son los cromóforos, unas moléculas que absorben la energía fotónica de la radiación (melanina, aminoácidos, hemoglobina, etc.).
Cuando las radiaciones solares alcanzan la piel, se producen reflexiones de los rayos en la capa córnea epidérmica debidas al alto contenido en queratina. Sin embargo, una parte de la radiación pasa al resto de la epidermis donde es absorbida por un cromóforo : la melanina. No obstante, parte de la radiación supera la epidermis y alcanza la dermis cutánea donde se suceden fenómenos de absorción por la presencia de diferentes cromóforos. La radiación UVA de 365 nanómetros de longitud de onda alcanza hasta 2 milímetros de profundidad y la radiación infrarroja llega hasta la hipodermis (figura 5).
La radiación ultravioleta interfiere el metabolismo de diversas moléculas (queratina, melanina, colágeno, etc.) de las diferentes estructuras cutáneas. La molécula más importante, el ADN (ácido desoxirribonucleico), sufre rotura de cadenas y formación de dímeros entre dos moléculas de tiamina. Estos daños del ADN nuclear bloquean la replicación normal del ADN, y la reparación de este defecto induce una modificación del material genético.
El otro objetivo de la radiación solar son los lisosomas citoplasmáticos, que sufren peroxidación de sus membranas inducida por los radicales libres formados. Los lisosomas lesionados por la radiación UVB en los queratinocitos liberan sustancias vasomotoras que posteriormente se difunden por la dermis provocando vasodilatación y edema. Por otra parte, la radiación ultravioleta próxima a los 310 nm de longitud de onda provoca daño en los lisosomas del endotelio vascular.
El estado de excitación molecular que originan las reacciones fotoquímicas se desactiva por diversos medios con emisión de calor, pero es sobre todo confiriendo al cromóforo un potencial de reactividad química con las moléculas vecinas, lo que determina cambios moleculares complejos.
Los cambios iniciales en la piel ante las radiaciones solares son en los queratinocitos y en los melanocitos. Los queratinocitos sufren rápidamente trastornos graves : retraimiento del núcleo y vacuolización del citoplasma. Las mitosis en la capa basal están inicialmente reducidas pero inmediatamente aumentan induciendo un rápido espesamiento de la epidermis. La estimulación solar en los melanocitos produce un aumento de la actividad que se manifiesta por intensos cambios morfológicos:
aumento de los melanosomas por incremento de la actividad de la tirosinasa, aumento del volumen citoplasmático y alargamiento de las dendritas, por lo que se multiplican las transferencias de melanina a los queratinocitos vecinos.
Una pigmentación inmediata conocida bajo el nombre de fenómeno de Meirowski aparece muy rápidamente tras la exposición a la radiación ultravioleta, siendo debida a la foto-oxidación de la melanina y la dispersión de los melanosomas en los queratinocitos. Su duración puede ser de horas, especialmente si la radiación UVA alcanza la dosis eritematosa.
La pigmentación retardada depende fundamentalmente de la radiación UVB que provoca la neosíntesis de melanina, que se inicia a los dos días de la exposición y alcanza las dos o tres semanas.
Los efectos biológicos de las radiaciones solares sobre la piel pueden ser precoces, retardados y a largo plazo (tabla 3).
En conclusión, los rayos UVA necesitan dosis mil veces superiores para producir efectos similares a los rayos UVB; pero en la radiación solar los UVA están en mayor proporción (entre cien y mil veces) y penetran más en la piel (por su menor longitud de onda).
Luís Carlos Jiménez Nieto
Doctor en Medicina
Psicólogo