Expunerea solară și fotoprotecția – mituri și realități

Autorul face o trecere în revistă, pe scurt, a principiilor fizice care explică efectele atât benefice cât și dăunătoare ale radiației (luminii) ultraviolete, din care decurg firesc mecanismele de fotoprotecție, ca molecule specifice introduse în produsele fotoprotectoare și explică sensul fizic al notificării prin SPF a puterii de fotoprotecție a diferitelor produse comercializate.

Pornind de la această bază, autorul discută cât adevăr (sau ne-adevăr) conțin diferite credințe populare referitoare la expunerea solară, cum ar fi, de exemplu, dacă norii sau vântul ne protejează față de UV, influența mediul înconjurător și altele.
Lumina este o oscilație combinată a două câmpuri de energie – electrică și magnetică, oscilație care călătorește prin spațiu sub forma unor pachete numite cuante de lumină sau mai obișnuit fotoni. De aproape 200 de ani se știe cu certitudine (experimentele lui Faraday și teoretizarea lor prin ecuațiile lui Maxwell) că un câmp electric în mișcare produce un câmp magnetic și reciproc, un câmp magnetic variabil produce un câmp electric. Frecvența cu care oscilează un câmp electromagnetic se corelează liniar cu energia fotonului purtător și invers proporțional cu lungimea de undă – adică distanța în spațiu necesară efectuării unei oscilații complete a undei electromagnetice, respectiv distanța dintre două maxime consecutive (vezi Fig.1).

Astfel, pentru lungimi de undă mari, de la metri la micrometri, vorbim despre fotoni din domeniul undelor radio, care nu ne afectează și ne pot străbate liber corpurile. Pentru lungimi de undă mai mici vorbim despre fotoni infraroșii, al căror efect constă doar în încălzire (a pielii de exemplu și a restului organismului, deoarece pot traversa pielea, oprindu-se în hipoderm). Urmează fotonii luminii vizibile, cu lungimi de undă și mai mici, care ajung și ei până în hipoderm, încălzesc pielea și nu produc interacțiuni dăunătoare. Îi vedem pentru că interacționează specific cu proteinele opsinice din retină, producând un semnal electric interpretat de creier ca lumină, de la roșu la violet, în funcție de lungimea de undă exactă. Pentru lungimi de undă și mai mici trecem de violet și vorbim despre radiația sau lumina sau fotonii ultravioleți. Noi nu îi putem vedea, dar albinele, de exemplu, pot. Deoarece au o lungime de undă mică le corespunde o frecvență de oscilație înaltă și transportă o cantitate de energie mare.Prin interacțiunea cu diverse structuri proteice sau ADN / ARN produc distrugeri locale – de unde efectele adverse cunoscute și necesitatea fotoprotecției. UV cu lungimi de undă între 400 – 320 nanometri, sunt de tip A, mai puțin energice dar mai penetrante – până în dermul profund, și mai puțin dăunătoare. UV cu lunigimi mai scurte, între 320 – 290 nm, sunt foarte energice, penetrează doar până în epiderm, dar produc daune mai mari – sunt oncogene prin afectarea ADN, în special cel mitocondrial, dar și ADN nuclear în cazul celulelor bazale sau al melanocitelor și împotriva lor au fost create macromolecule organice care absorb fotonii UV și îi re-emit sub formă de fotoni IF ( infraroșii, ne-dăunători ). UV de tip C au lungimi de undă sub 290 nm și efecte dăunătoare puternice, dar sunt absorbite în mod natural aproape total de stratul de ozon al atmosferei terestre – cel puțin cât încă îl mai avem.
Pentru a fi compleți, fotonii cu lungimi de undă încă și mai mici decât cei UV formează radiațiile intens dăunătoare de tip X și respectiv gamma. Aceștia distrug cam orice structură moleculară întâlnesc, atât anorganică cât și organică. Energia imensă pe care o posedă le permite să străbată corpul uman – umbrele ce apar sunt imaginile radiografice, de RMN sau PET-CT folosite în imagistica medicală (vezi Fig. 2).
În concluzie, principala fotoprotecție necesară este cea față de fotonii UV de tip B. În prezent se adaugă în orice produs fotoprotector și substanțe pentru absorbția fotonilor UV tip A, mai puțin agresivi, dar obiectivul e mult mai dificil de realizat, lungimea lor de undă fiind ceva mai mare îi face mai degrabă să ocolească moleculele cromofore absorbante decât să interacționeze cu ele.
Fotoprotecția se poate realiza prin ecrane sau filtre. Ecranele sunt formate din particule micronizate de metale: titan, magneziu, zinc, fier și calciu. O pastă conținând doar metale de tip ecran conferă o protecție totală contra UVA, UVB, luminii vizibile și IF prin fenomenul de reflexie a fotonilor respectivi. Utilizările sunt limitate deoarece un asemenea produs arată ca și o pastă de var aplicată pe piele, extrem de inestetic. În concentrații scăzute intră însă în compoziția complexă a diverselor creme pe bază predominant de filtre.
Fitrele sunt macromolecule organice de sinteză cu rol de cromofori, adică absorbanți specifici pentru UV. Majoritatea sunt cromofori de bandă îngustă care absorb doar fotoni UVB (cinamați, benzimidazolice, etc) iar unele produse mai noi au cromofori de bandă largă care pot absorbi atât UVB cât și UVA parțial (de ex.benzofenone, benzotriazoli, acrilați). Mecanica cuantică cea mai banală arată cum, după absorbția unui foton UVB energic, energia sa este transferată unui orbital electronic de suprafață care se excită, trecând pe un orbital superior pentru scurt timp, apoi re-emite energia absorbită și revine pe un orbital inferior, dar nu chiar cel inițial, emițând de această dată fotoni IF sau eventual de lumină vizibilă (ultimul proces fiind numit fluorescență). Mai rar, energia fotonică absorbită este consumată prin trecerea moleculei într-un izomer(1). Gradul de fotoprotecție se exprimă prin clasicul indicativ SPF (Solar Protection Factor). Se pornește experimental de la piele ne-protejată până la obținerea unui eritem minimal – doza eritematoasă minimă, ca factor de bază. Apoi se aplică fotoprotectorul de studiat și se măsoară cu cât trebuie crescut timpul de expunere la UV pentru a obține același eritem minimal. Un SPF de 50% reprezintă un factor de multiplicare de 0,5 a timpului de expunere. Privind din alt punct de vedere, deoarece nici un fel de filtru nu poate absorbi total UV, un factor SPF de 50% înseamnă practic că absoarbe circa jumătate din numărul de fotoni UV care cad pe piele(4). Lumina solară ajunge pe suprafața Pământului după ce traversează atmosfera, care absoarbe o parte din fotonii UV – A și B, iar prin stratul de ozon blochează eficace fotonii UV-C. Deoarece Terra este înclinată pe orbită, lumina cade perpendicular – pe drumul cel mai scurt – doar la Ecuator sau mai larg între cele două tropice. Cu cât ne apropiem de poli, drumul razelor de lumină prin atmosferă e tot mai oblic, respectiv tot mai lung și se absorb tot mai mulți fotoni UV, așa că intensitatea arsurii solare depinde la ce latitudine ne bronzăm. Pe durata unei zile drumul atmosferic cel mai scurt al fotonilor este la amiaza locală, fiind firește mult mai lung atunci când Soarele răsare sau apune. De aceea orele matinale până la 10,00 și vesperale de la 17,00 până la apus sunt relativ sigure pentru o expunere solară ne-protejată. Axa de rotație oblică a Terrei conduce și la apariția anotimpurilor la nord și la sud de tropice, toamna – iarna scăzând intensitatea iradierii UV. Nu suficient – lumina UV se reflectă pe zăpadă la fel de bine ca și lumina vizibilă, în proporția de circa 90%, astfel că iarna sau oriunde pe zăpadă/gheață numărul de fotoni UV care ajung pe piele se dublează; acest lucru compensează absorbția atmosferică și ne putem bronza sau arde solar la fel de bine la munte la schi ca și la mare (3).
Aerul atmosferic se rarefiază destul de rapid dacă urcăm. S-a constatat că pentru fiecare 300 m câștigați în altitudine iradierea ultravioletă crește cu 4 %. Schiatul în Elveția la 3000 m altitudine implică o iradiere UV mai mare cu aproape 40% față de sol, deci fotoprotecția se impune, indiferent de anotimp.
La umbră cantitatea de fotoni UV periculoși se reduce cam la jumătate. Dar la malul mării sau a oricărei ape ei se reflectă 90%, ca și de pe zăpadă; malul mării e cel mai periculos loc de făcut plajă fără protecție. Nici intrarea în apă nu protejează: până la circa 1 m adâncime se absorb prea puțini fotoni UV și în plus pe pielea ce rămâne la suprafață ajunge o cantitate dublă de fotoni UV prin reflexie și refracție (4).
O credință greșită este aceea că norii ne protejează; dar norii obișnuiți opresc cel mult 10% din ultraviolete, iar norii groși de furtună maxim 20%. Deci chiar și pe timp noros fotoprotecția este necesară. Ca să nu mai vorbim de ceață, care prin difuzia luminii are chiar efect de lupă (4).
O altă credință greșită spune că vântul ne-ar proteja. Așa cum lumina vizibilă nu e deranjată de vânt, nici lumina ultravioletă pe care nu o vedem nu e. Dispare doar senzația de încălzire excesivă a pielii, singurul avertisment pe care îl putem simți relativ la supraexpunere.
O părere eronată este aceea că aplicând auto-bronzante câștigăm protecție. Absolut deloc, auto-bronzantele nu sunt decât vopsele de culoare potrivită (practic derivați de di-oxi-acetonă care se oxidează în plus prin expunere la aer și de la incolor trec la nuanțe de maroniu), dar fără să confere vreo protecție UV.
Bronzul personal, cel natural? Dacă e vorba de o persoană cu fototip V sau VI, factorul de protecție corespunde unui SPF de 30, fototipul IV corespunde protecției de SPF 25 iar celelalte fototipuri I, II și III, chiar și cu maximul de bronzaj la care pot ajunge vor câștiga o fotoprotecție minoră de circa 6 – 10. Chiar și bronzați se recomandă a se continua fotoprotecția (4).
Dacă folosesc fotoprotectoare nu mă mai bronzez! este o plângere frecventă. Doar ecranele pot opri total iradierea. Produsele fotoprotectoare pe bază de filtre organice permit la suficienți de mulți fotoni să ajungă la piele. Bronzajul este un fenomen cumulativ – folosind fotoprotectoare bronzul personal ajunge la maximul său mai lent (practic într-un timp dublu față de cel necesar fără fotoprotecție) dar fenomenul tot se petrece iar căștigul constă în prevenția oncogenezei cutanate. În plus se petrece în continuare suficient de mult din fenomenul de transformare a provitaminei D din tegument în forma sa activă, fără risc de hipovitaminoză.
Hainele opresc cam 90% din iradierea UV. Rămân de protejat zonele descoperite ale tegumentului, la latitudinea noastră doar în perioada estivală, dar pentru cei stabiliți între cele două tropice recomandarea este de protecție continuă a tegumentului descoperit (față, decolteu, etc).
În concluzie, este rațional să folosim fotoprotecția pe toate zonele descoperite ale corpului, deoarece conferă protecție oncodermatologică, în perioadele estivale sau continuu la sud de Tropicul Racului și la nord de Tropicul Capricornului, indiferent dacă zilele sunt însorite sau noroase, cu vânt sau nu, chiar și cu bronz personal dobândit, cât și la munte, în drumeții de vară sau schi de iarnă.

Bibliografie

1. Messiah A: Mecanica cuantica, Ed.Stiintifica, 2019.
2. Bologna JL, Jorizzo JL, Schaffer JV. Dermatology. 3rd ed. Philadelphia: Elsevier Saunders;cap.XXII, 2012.
3. Tataru A.: Curs de dermato-venerologie, Ed.Did.Ped. 2008.
4. Katsambas A,Lotti T,Dessiniotti C, D’Erme M: European Handbook of Dermatological Treatments, cap.149 : Sunscreens, p.1519-29, Ed.Springer, 2015