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Rayos ultravioleta y melanina: ¿cuál es la química del ponerse moreno?

Escrito por Quimitube el 14 July


¿Por qué nuestra piel cambia de color con los rayos del sol? La melanina

La piel, el mayor órgano del cuerpo humano, no es una mera cobertura o forro del organismo. Así lo demuestra, por ejemplo, el hecho de que su estructura y su función se vean influidas por muchos agentes externos e internos, como ocurre con determinadas radiaciones electromagnéticas (por ejemplo, la radiación UV). Por todos es sabido que pasar mucho tiempo al sol sin ningún tipo de protección para nuestra piel hace que ésta se enrojezca, presente eritemas e incluso quemaduras de diversa consideración, y que es un factor fundamental en el desarrollo de gran cantidad de cánceres de piel. Entre estas radiaciones que causan lesiones en la piel se encuentran los rayos X y los rayos ultravioleta, estos últimos presentes en gran medida en la luz solar. En concreto, son los rayos ultravioleta de longitud de onda inferior a 3200Å los que resultan más perjudiciales, los denominados UV-B y UV-C, aunque la capa de ozono absorbe los rayos ultravioleta C y solo deja pasar un porcentaje pequeño de los B.

La exposición al sol no es, no obstante, siempre peligrosa, siempre y cuando se tome con moderación y protección, ya que ayuda a la liberación de vitamina D y otras sustancias precursoras.

Calcitriol: forma activa de la Vitamina D

Calcitriol: la forma activa de la vitamina D. Fuente: Zanaq, Wikipedia. Licencia CC-BY-SA

No todos somos susceptibles por igual a los rayos solares: los hombres son más susceptibles que las mujeres, los rubios más que los morenos y los adultos más que los niños y los ancianos.

A continuación podéis observar la estructura de la piel con sus distintas capas (epidermis, dermis e hipodermis) y los principales componentes que encontramos en cada una de estas capas, como los vellos y las glándulas sebáceas y sudoríparas.Capas de la piel humana

Capas de la piel humana y componentes fundamentales: epidermis, dermis e hipodermis. Fuente: Wikipedia, dominio público.

En la piel encontramos diversas sustancias que actúan como pigmentos y le dan el color característico de cada persona. De estos pigmentos, el más importante es la melanina, la cual se halla no solo en los seres humanos sino también en un número muy amplio de seres vivos (ojo, no confundir con melamina, compuesto orgánico cíclico nitrogenado de fórmula C3H6N6 y que se usa para la fabricación de resinas constructivas). La melanina es en realidad un conjunto de compuestos distintos que presentan una estructura polimérica cuyos monómeros son moléculas derivadas del aminoácido tirosina a partir de una serie compleja de procesos bioquímicos. Veamos cuál es la estructura de la tirosina y cuál es la estructura de la eumelanina, la forma de melanina más habitual:

Tirosina

Estructura química del aminoácido tirosina, precursor en nuestro organismo de la melanina

Estructura química de la eumelanina

Fragmento de la estructura química de la eumelanina, la forma más frecuente de melanina en la piel humana

Como vemos, no da la impresión de que ambas estructuras se parezcan. Mientras que la tirosina únicamente presenta un anillo de seis miembros, la eumelanina presenta o bien un anillo de 5 miembros o bien un anillo de 6 condensado con un anillo de 5. Sin embargo, existen compuestos derivados de la tirosina que sí que se parecen más a los monómeros que vemos en la eumelanina, como por ejemplo:

Estructura química del L-dopacromo

Estructura química del L-dopacromo, uno de los compuestos intermedios en la producción de melanina en el organismo

L-leucodopacromo, precursor de la melanina

Estructura química del D-leucodopacromo, otro de los compuestos intermedios en la producción de melanina en el organismo

Cuando nuestras células se exponen a los rayos solares la melanina actúa para evitar el daño en el ADN que pueden producir las radiaciones ultravioleta, además de estimularse el proceso de melanogénesis, es decir, de fabricación de nueva melanina en los melanocitos. Este aumento de fabricación de melanina hace, además, que nuestra piel se ponga morena y tengamos un color bronceado después de exponernos al sol.

Melanocitos y melanina

En el interior de los melanocitos tenemos corpúsculos de melanina que nos protegen.

La radiación ultravioleta es capaz también de oxidar la melanina causando un bronceado rápido pero que no dura mucho tiempo.

¿Qué es y qué contiene un protector solar?

Un protector solar es cualquier preparado (ya sea crema, gel, aceite, aerosol…) que se aplica sobre la piel humana con la finalidad de protegerla de la radiación ultravioleta. La forma de protección puede ser por absorción, por dispersión o por reflexión [1]. Aunque ningún protector solar protege de la radiación UV al 100%, los hay que ofrecen una protección bastante elevada y que, por tanto, evitan o disminuyen en gran medida las quemaduras y el enrojecimiento de la piel por exposición al sol.

Protectores solares en un supermercado

En un supermercado podemos encontrar una muy amplia variedad de protectores solares, de distintas marcas, tipos y factores de protección solar.

Así, cabe preguntarse: ¿es que nuestra piel no posee ningún mecanismo de defensa para evitar que los rayos ultravioleta nos causen quemaduras? Sí, precisamente la melanina que hemos visto y explicado previamente es el mecanismo que poseemos de forma natural para ello; absorbe la radiación ultravioleta nociva y transforma la energía en calor que no daña la piel, lo cual le permite disipar más del 99,9% de la radiación. Pero en ocasiones los rayos ultravioleta son de tal intensidad, que exceden la capacidad de esta melanina para protegernos y, como consecuencia de ello, nos producen quemaduras, que pueden llegar a ser tan importantes como una quemadura térmica y producir ampollas y fiebre. Además, las radiaciones ultravioleta (principalmente las UV-B) son capaces de ionizar moléculas de nuestra piel, dando lugar a radicales libres, los cuales pueden dañar el ADN (mutaciones) y causar melanomas cancerígenos.

Hay dos tipos principales de principios activos (llamados filtros) que se encuentran en los protectores solares, los físicos y los químicos. Estas son las características de cada uno de ellos:

  • Filtros físicos: los filtros físicos actúan reflejando la radiación solar, es decir, evitando que penetre en la piel, por lo que evita las quemaduras, o también pueden actuar transformando la radiación ultravioleta en radiación visible o en general menos energética (que es inocua). Se conocen también como pantallas solares, y suele ser el tipo de protección que encontramos en los protectores de alto factor de protección solar (SFP). Generalmente están fabricados con compuestos inorgánicos que reflejan la luz totalmente, como el talco, o como el dióxido de titanio, TiO2. Se trata de compuestos que no penetran en las capas de la piel, quedan en la superficie, por lo que suelen ser adecuados para personas con dermatitis o alergias.

Celdad unidad del dióxido de titanio

Celda unidad del dióxido de titanio, TiO2, uno de los compuestos que se suelen usar en los protectores solares físicos de pantalla total.

Como vemos, en general los filtros físicos son sustancias inorgánicas relativamente sencillas (más sencillas que los filtros químicos) en estado sólido que se presentan en el preparado en forma pulverizada. Si está poco pulverizado se ve una capa blanca densa, pero si está muy pulverizado se extiende bien y puede ser invisible sobre la piel. Suelen ser los componentes más habituales en los filtros de factor de protección muy elevada, aunque evitan el bronceado porque bloquean todas las radiaciones posibles.

  • Filtros químicos: Los filtros químicos son compuestos capaces de absorber la radiación y transformarla en otra forma de energía inferior (mayor longitud de onda), gracias a la presencia de dobles enlaces conjugados cuyos electrones absorben energía para pasar a un estado excitado. Existen muchas familias de compuestos capaces de hacer esto, como el ácido para-aminobenzoico y sus derivados, los cinamatos o las benzofenonas, entre otros. Aunque no protegen por completo de todas las radiaciones, son más fáciles de extender sobre la piel y además pueden permitir que cierta cantidad de radiación sí pase dicho filtro y nos broncee la piel.
Ácido para-aminobenzoico
Estructura química del ácido para-aminobenzoico (PABA). Este compuesto y sus derivados aparecen a menudo en los protectores solares.

Para saber qué capacidad de protección tienen estos compuestos ante la radiación ultravioleta se utiliza del denominado Factor de Protección Solar (SPF). El SPF, en la práctica, se mide como la cantidad de tiempo necesario (equivalente a una determinada dosis de UV-B recibida) para producirnos irritación y quemaduras en referencia al tiempo necesario cuando no llevamos puesto el producto. Es decir, si una persona en 15 minutos expuesta al sol sin ninguna protección ya empieza a sufrir quemaduras, con un producto de SPF 4, tardaría en empezar a sufrir quemaduras 60 minutos. Es por este motivo que cuanto mayor es el SPF, durante más tiempo nos protegerá la crema que nos hayamos aplicado. Lógicamente, el tiempo que tardamos en quemarnos depende también de la hora del día, dado que la intensidad de la radiación no es la misma a las 8 de la mañana que a las 2 de la tarde (durante la mañana y la tarde, la radiación solar tiene que atravesar una capa de atmósfera terrestre más gruesa que a mediodía). También depende de la región en la cual nos encontramos, como se puede observar en el mapa siguiente sobre la irradiancia global media en verano en España, de 1983 a 2005:

Irradiancia global media en verano

Irradiancia global media durante el verano en España (kWh·m-2·dia-1). Fuente: Atlas de radiación solar en España AEMET

Además de los filtros en sí mismo, los protectores solares incluyen también otros componentes con otras funciones, por ejemplo hidratantes y antioxidantes, que ayudan a paliar los efectos nocivos de las radiaciones sobre la piel y para neutralizar los radicales libres producidos.  Por ejemplo, la vitamina E es un antioxidante muy utilizado, como se puede ver en el siguiente protector de SPF 50.

 

Protector solar de factor de protección 50
Protector solar de factor 50

 

[1] Recomendación 2006/647/CE de la Comisión Europea
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http://dimetilsulfuro.es/2015/05/27/solares-con-filtros-quimicos-o-fisicos/

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