¿Los filtros solares protegen inadecuadamente a la piel de radicales libres inducidos por UV A: implicaciones para el envejecimiento

Los filtros solares son empleados para mitigar los efectos adversos de la luz solar sobre la piel pero son primariamente diseñados para prevenir la quemadura y daño provocado por UVB. El rol reconocido de los UVA en el envejecimiento se ha incrementado, y también el rol para provocar posible melanoma, y esto enfatiza la necesidad de incluir filtros UVA; sin embargo, la validación es dificultosa. Nosotros hemos utilizado un método novedoso para establecer la eficacia de los filtros solares, midiendo la producción de radicales libres inducidos por UVA (que se cree que contribuyen al envejecimiento relacionado con UVA y cambios malignos). Una espectroscopia de resonancia electrónica fue utilizada para detectar los radicales libres directamente en la piel caucásica humana durante irradiación con niveles de UV comparables a las intensidades solares. Utilizando este sistema, la protección alcanzada por 3 filtros solares de elevado factor (FPS 20+) que protegían de las UVA fueron examinados. Cada filtro solar se comporto de manera similar: a los niveles de aplicación recomendados ( 2 mg por cm2) los radicales libres inducidos por UV fueron reducidos en solo un 55%, y cerca de 45% a 0.5 – 1.5 mg por cm2 (0.5 mg por cm2 fue el uso común). El factor de protección de radicales libres calculado sobre la base de estos resultados fue solo 2 al nivel de aplicación recomendado, lo que contrasta fuertemente con los FPS basados en el eritema (que básicamente indican la protección UVB) marcada por los fabricantes (20+). La disparidad entre estos 2 FPS sugiere que los prolongados baños de sol (impulsado por el uso de estas cremas) pueden desproporcionadamente incrementar la exposición a UVA y consecuentemente el riesgo de daño solar inducido por UVA.

Está establecido claramente que las longitudes de onda UV de la luz solar son carcinogénicas, y contribuyen a la formación de malignidades de piel en la forma de carcinoma de células basales y escamosas y melanoma. Existe un consenso general de que el carcinoma de células basales y escamosas es predominantemente el resultado del daño directo del DNA por interacción con UVB (longitudes de onda solares de 280 – 320 nm). Los datos epidemiológicos ligan al melanoma a la exposición solar intensa durante la niñez, y provee soporte para el rol de los UVA. A pesar de que existe un acuerdo de que la radiación UV es la causa sin embargo, no está claro la longitud de onda precisa y los mecanismos comprometidos. Setlow y colaboradores (1993) demostraron la inducción del melanoma en un modelo de pez Xiphophorus por UVA, UVB y longitudes de onda visibles azules; Ley (1997) demostró igual efectividad del UVA y UVB en la inducción de hiperplasia melanocítica en el Mono-delphis domestica y Noonan y colaboradores (2001, 2003) utilizando longitudes de onda combinadas UVB y UVA, recientemente demostraron la inducción del melanoma en un modelo transgénico de un ratón neonato. Berking y colaboradores (2001) demostró que los UVB en combinación con el factor de crecimiento básico de los fibroblastos puede transformar los melanocitos humanos. El rol del UVA en el melanoma humano todavía no es concluyente (Wang y colaboradores, 2001)

Mientras los UVB se cree que interactúan directamente con el DNA para iniciar mutaciones significativas de las células carcinomatosas basales y escamosas, las longitudes de onda UVA (320 – 400 nm) se cree que interactúan indirectamente induciendo la producción de radicales libres. Los radicales libres pueden indirectamente dañar el DNA y causar daño proteico, el cual contribuye a envejecimiento prematuro o fotoenvejecimiento. La producción inducida por UVA de p53 y daño del DNA, inestabilidad genómica, e inmunosupresión han sido demostrados. A pesar del uso extensivo de los filtros solares durante las 2 últimas décadas, la incidencia de cáncer de piel está en aumento y el rol de los filtros solares en la protección de cáncer de piel es controversial. El uso de filtros solares ha demostrado disminuir la formación de queratocitos actínicos, que están ligados al carcinoma de células escamosas. Modelos animales han demostrado que los filtros solares reducen la incidencia de células tumorales basales y escamosas, que están en relación con UVB; sin embargo existen algunos estudios que sugieren que la utilización de los filtros solares está asociada con un incremento en el riesgo de melanoma. Esto puede reflejar una inadecuada aplicación de filtro solar; falta de durabilidad de la aplicación, la falta o la insuficiencia de filtros UVA en las preparaciones de filtros solares combinado esto con un prolongado baño de sol; la foto inestabilidad de los filtros solares provoca una reducida protección; o la producción de radicales libres reactivos o mutagenos dentro de la crema. Un nexo entre la utilización de filtros solares y melanoma, sin embargo, todavía esta por debatirse y no es claro.

El FPS de los filtros solares es un estándar internacionalmente aceptado por el cual se establece la eficacia del filtro solar: está basado únicamente en la prevención del eritema (quemadura solar), que es principalmente inducido por UVB, y es el eritema el criterio por el cual las personas limitan su exposición al sol. Mientras el FPS puede indicar protección contra la carcinogenesis inducida por UVB, este no puede usado como un indicador del daño indirecto provocado por la exposición UVA, como el eritema es predominantemente una respuesta al UVB.

Como la carcinogénesis de piel es altamente compleja, el uso de un rango de marcadores para daño en la piel por si solo es muy necesario para complementar el FPS (un indicador de la protección UVB) para utilizarlo en la evaluación de un riesgo de cáncer total de piel. Otros estudios han sido publicados que evalúan el daño directo del DNA, la formación de p53 y la protección contra la inmunosupresión inducida por UV. Existen algunos métodos para medir la protección ofrecida por los filtros solares contra el daño UVA de la piel; sin embargo, estos métodos no están validados. La protección contra los radicales libres inducidos por UVA, hasta la fecha, no ha sido medida.

En este estudio, hemos adaptado una resonancia electrónica (ESR) para medir la producción de radicales libres inducidos por UV en la piel humana, y se evaluó la protección contra la producción de radicales libres provista por los filtros solares comerciales. Los radicales libres formados por la irradiación UV de la piel (y que están asociados con daño de DNA y proteína), no son usualmente detectables directamente a la temperatura ambiente. Una excepción a esto, sin embargo es el radical ascorbato, el cual se forma cuando el ascorbato (Vitamina C, un antioxidante celular) reacciona con los radicales libres. El radical ascorbato es fácilmente detectado usando una espectroscopía (ESR) en las biopsias de piel expuestas a radiación UV y es aceptado como un marcador confiable para la producción de radicales libres celulares y estrés oxidativo. Hemos utilizado la cuantificación relativa de este radical en la misma muestra de piel, antes y después de la aplicación de los filtros solares para lograr estimar el nivel de protección contra la irradiación UVA ofrecido por tres filtros solares populares que dicen tener proteccion UV, sobre un rango de densidades aplicadas.

RESULTADOS:

Validación del método.- La piel irradiada con UV produjo el espectro (ESR) reconocible del radical ascorbato, el cual fue o indetectable, o detectable a muy bajos niveles en la piel no irradiada. En contraste a reportes previos, el radical ascorbato no fue consistemente detectado en la piel no irradiada en nuestros experimentos. Esto puede ser debido a que la piel en nuestros experimentos fue protegida completamente de la luz de la habitación, que se creía previamente tener un efecto pequeño sobre la señal del radical, o puede haber reflejado el uso en nuestros experimentos de muestras de piel fresca en lugar de muestras congeladas. Los radicales formados en el filtro solar solo no interfieren con el radical ascorbato en niveles de aplicación de hasta cerca 4 mg por cm2; sin embargo, con aplicaciones mucho mayores que esta ( 10 mg por cm2), la producción de radicales en el filtro por si solo se hizo apreciable.

El radical ascorbato es detectado inmediatamente en la piel irradiada y responde rápidamente a un cambio en los niveles de radiación como se muestra en la fig. 2 (c), siendo restaurada a niveles originales después de cerrar y reabrir la lámpara iris. Por encima del periodo completo de irradiacion UV (hasta 1400 segundos) la depleción de ascorbato es muy ligera. La señal del radical de ascorbato disminuyó muy lentamente con irradiación prolongada (cuando se estudió sobre un periodo de aprox. 30 min); sin embargo el índice de disminución varia de acuerdo al tiempo de almacenamiento de la piel antes de la experimentación.

La piel estudiada inmediatamente después de quitarla del paciente exhibió niveles muy bajos de depleción de ascorbato y los índices de depleción inducidas por UV se hallaron incrementados con el almacenamiento, llegando a ser significativo después de 3 días de refrigeración.

La estabilidad del ascorbato el almacenamiento en refrigeración fue verificado por la medición de la intensidad de la señal del radical ascorbato en diferentes muestras del mismo fragmento de piel a diferentes momentos del almacenamiento en refrigeración (0,1 y 3 dias) como se observa en la Fig. 2 (d). El promedio de la intensidad de la señal es ligeramente más bajo a un día después del corte comparado con el registrado inmediatamente después del corte, pero es ampliamente comparable, reflejando niveles similares de ascorbato en la piel. Al día 3 después del corte el promedio de la intensidad de señal del radical ascorbato es significativamente más bajo siendo aproximadamente la mitad que después del corte, y de este modo los niveles de ascorbato están depletados al día 3. Por consiguiente, considerando que se hizo todo esfuerzo para usar muestras de piel tan pronto como era factible después del corte, un periodo de corte de 24 horas fue escogido.

CUANTIFICACION DE LA PROTECCION BRINDADA POR FILTROS SOLARES CON FPS ALTOS:

Fig. 3 muestra el típico espectro obtenido antes y después de que el filtro solar es aplicado a la piel del pecho. Estos datos son típicos de aquellos utilizados para análisis cuantitativo subsecuente de la protección provista por filtros solares de FPS altos. Generalmente solo hubo una pequeña reducción observable (menos del 50%) en la intensidad de la señal del radical ascorbato comparado con la piel no protegida. Esta reducción parece elevarse aproximadamente a 2mg por cm2, con muy poca reducción con niveles de aplicación mayores.

Fig. 4 demuestra el porcentaje de reducción en la intensidad de la señal del radical ascorbato (tomado a la altura del campo relativo de absorción en el punto medio del espectro) a diferentes aplicaciones de los filtros solares de FPS altos. La densidad de la aplicación fue calculada como el peso medido de los filtros solares aplicados en la parte superior del slide de sílica relativo a la medida del arco de la piel plano y no deformado del tejido celular. El porcentaje de reducción en la intensidad de la señal es similar para todas las 3 marcas estudiadas y se incrementa con la aplicación de hasta aprox. 2 mg por cm2 sin protección futura aparente a mayor aplicación. A pesar del uso de la piel de una región anatómica para cortar un sitio de variación, todavía hay variabilidad en la protección medida a la aplicación constante: a pesar de que esto puede resultar de errores no evitados asociados con el procedimiento experimental y el análisis, tambien puede ser provocado por variaciones individuales en la arquitectura de la piel que afectan la protección provista por los filtros solares. Un rango de datos en la Fig. 4 (a) se demuestran en la Fig. 4 (b): el porcentaje promedio de reducción en la intensidad de la señal del radical ascorbato fue calculado para los nivels de aplicación de 0.5 – 1.5, 1.5 – 2.5, y 2.5 – 4.0 mg por cm2 y la desviación estándar fue calculada para n = 3 para cada filtro solar en cada nivel de aplicación. Estos niveles de aplicación fueron definidos: la aplicación promedio del filtro solar (para todas las marcas) para el grupo de 0.5 – 1.5 es cerca de 1.2 mg por cm2; 2.2. mg por cm2 para el grupo de 1.5 – 2.5; y 3 mg por cm2 para el grupo 2.5 – 4.0 mg por cm2. se encontró que el nivel de protección en cada aplicación es comparable con las 3 bandas estudiadas: la protección en 1.5 – 2.5 mg por cm2 y más alto es aproximadamente 50 – 60% de reducción en la intensidad de la señal; sin embargo, a 0.5 – 1.5 mg por cm2 la protección es menor, entre 40 – 50% para todas las marcas. El análisis estadístico de los datos muestra que para las marcas 1 y 2 la protección con la aplicación de 0.5 - 1.5 mg por cm2 es significativamente menor que la protección a 1.5 – 2.5 mg por cm2. Para la marca 3 a pesar de que existe la misma tendencia, no se alcanza una significancia estadística (p=0.243). Datos de la aplicación de 2.5 – 4.0 mg por cm2 no son significativamente diferentes de aquellos de 1.5 – 2.5 mg por cm2 (para todas las 3 marcas) la diferencia entre la protección medida a 0.5 – 1.5 mg po cm2 y 1.5 – 2.5 mg por cm2 son ligeramente menores de lo que se esperaba; sin embargo se cree que esto refleja el promedio de aplicaciones actuales de 1.2 y 2.2 mg por cm2. La aplicación promedio en los grupos 2.5 – 4 mg por cm2 es de 3 mg por cm2 y puede explicar la falta de diferencia estadísticamente significativa entre los grupos de 2.5 – 4.0 y 1.5 – 2.5 mg por cm2. Debido a la pequeña cantidad de muestra, las variaciones interindividuales pueden estar contribuyendo.

La intensidad de señal del radical ascorbato es significativamente menor en las pieles protegidas por filtros solares comparados con la piel de control que fue sujeta a irradiación de 100 segundos, removida del espectrómetro, colocadas sin protección en el espectrómetro y re-irradiada por 100 segundos.

El método 2 se encontró que brindaba un resultado comparable al primer método con una reducción del 58% en la intensidad de la señal del radical ascorbato en la piel protegida con filtro solar (con la aplicación de 2 mg por cm2) en relación a las muestras no protegidas. Una crema dermatológica, sin filtros UV, aplicada con una densidad de aplicación de 2 mg por cm2 provocó una reducción de 3.7% en la intensidad de la señal del radical ascorbato. La reducción en la intensidad de la señal del radical ascorbato se encontró que se relaciona directamente con la reducción de la dosis UV de la piel cuando la irradiación se llevo a cabo a través de filtros de densidad neutros. En adición, los filtros de vidrio utilizados para filtrar las longitudes de onda UVB se removieron para incrementar la dosis UV a la piel: cuando los filtros fueron removidos, la intensidad de la señal del radical ascorbato se incrementó, y fue posible disminuir el poder de la microonda del espectrómetro para observar el radical. La intensidad de señal del radical ascorbato no se encuentra en su nivel máximo en el sistema UVA y esto sugiere que la sensitividad y la utilidad de este método probablemente mejoren a mayores intensidades de irradiación que las usadas en nuestros experimentos.

Se concluye por tanto que el método de ESR es un método sensitivo para medir la protección a radicales libres por los filtros solares y puede ser utilizado para intensidad UVA mayores que la irradiación utilizada para este estudio. Para medidas cuantitativas precisas, ambos métodos son potencialmente útiles; sin embargo, la aplicación de filtros solares a un área mayor de piel (para prevenir efectos colaterales) y la protección de la piel en su aspecto dérmico son recomendadas, particularmente si el experimento va a ser realizado con intensidades de irradiación mayores que las que nosotros utilizamos. Se concluye que el uso de diferentes muestras en oposición a la misma muestra de piel, no afecta significativamente los resultados cuantitativos.

DISCUSION:

De este estudio se concluye que la intensidad de señal del radical ascorbato en piel irradiada por UVA, es directamente proporcional a la dosis de UVA de la piel, y por tanto puede ser utilizada para medir la protección por la reducción de la intensidad de señal del radical ascorbato, del filtro solar aplicado como una barrera a la epidermis de la piel.

Nosotros encontramos que utilizando este método que la piel caucásica es solamente protegida en cerca de un 55% contra la producción de radicales libres por filtros solares de FPS altos, (los cuales proveen la máxima protección disponible UVA en el Reino Unido), aplicados con la recomendación de 2 mg por cm2, utilizando una irradiación comparable a una irradiación solar débil (con luz solar directa medida de 11h00 – 15 h00 entre Junio y Septiembre) con una aplicación de 0.5 – 1.5 mg por cm2 esta protección es solo cerca del 45% de reducción en la concentración de radicales inducidos por UV y parece ser menor con aplicaciones mas bajas.

Esta protección corrientemente provista por los filtros solares es indicada por la medida de FPS basada en el eritema, por ejemplo, el factor por el cual la dosis mínima de eritema es incrementado con la protección bajo condiciones solares estándar simuladas (o el factor por el cual el tiempo de exposición solar es incrementado, antes de quemarse, con un filtro solar comparado a ninguna protección). La irradiación aplicada a la piel en estos experimentos es de 1.3 mJ por cm2 por segundo de UVA por 100 segundos. Una MED es cerca de 20 – 30 mJ por cm2 de UVB para caucásicos (piel tipo I). A medida que los UVB son el 10% de los componentes totales de los UV de la luz solar que penetra en la atmósfera terrestre, un MED UVB estará asociado con 180 – 270 mJ de UVA (lo que causa 0.001 de respuesta eritematosa de UVB). La irradiación utilizada en estos experimentos (1.3 mJ por cm2 por segundo UVA) es equivalente a 130 mJ por cm2 UVA (para 100 segundos de irradiación). A pesar de la dosis de irradiación de UVA en nuestro experimento se estima que es equivalente a la luz solar de MED igual o cerca de 0.6, por ejemplo, es suberitemal. Sería de gran interés por tanto determinar el comportamiento y la eficacia de estos filtros solares a mayores intensidades de UVA, i.e irradiación solar equivalente a climas más calientes; sin embargo las limitaciones en los equipos no han permitido esto.

Sobre la base de los resultados es posible calcular un “FP de radicales libres” como el tiempo de exposición UVA con filtros solares, comparado a ninguna protección, para alcanzar la misma cantidad de UVA que penetra en la piel. La intensidad de señal de los radicales es aproximadamente la mitad en el nivel del test de aplicación (2 mg por cm2), y los resultados sugieren que, utilizando este método, la misma dosis UV será alcanzada en el doble de longitud de duración de la exposición, por tanto sugiriendo un FP de radicales libres cerca de 2 (y menos de 2 son niveles utilizados típicamente de aplicación). Es posible, con desarrollo futuro que un FP de radicales libres puede ser una medida útil de la protección de UVA proporcionada por los filtros solares. Nuestros resultados son también consistentes con reportes previos que, a niveles típicos de aplicación (medida a ser 0.5 mg por cm2), la protección UVB es menor que la medida con los niveles de aplicación recomendados de 2 mg por cm2. El FP de radicales libres de 2 es sustancialmente menos que el FPS basado en el eritema para estas cremas (20 – 30) y sugiere que los usuarios de estas cremas estarán desproporcionadamente expuestos a UVA.

A pesar de que existen metodologías publicadas para medir protección UVA, esto todavía no ha sido aplicado para cuantificar directamente la protección provista por los filtros solares que existen en el comercio. Estos filtros (disponibles en Europa) usualmente no proveen datos del porcentaje de filtros que contienen. Un estudio para desarrollar una metodología para cuantificar protección UVA en cremas comerciales sugieren que la protección UVA de 2 es proporcionada por filtros solares de FPS 15 UVA comparados con el FP de 3 por un filtro UVA (3% de Butilmetoxidibenzoil metano) en la crema base (utilizando ratas transgénicas que contienen el factor promotor de elastina humana ligado al gen de cloranfenicol acetiltransferasa). Estos resultados a pesar de que son obtenidos utilizando un filtro solar FPS promedio, y ratas en vez de piel humana, son ampliamente comparables con nuestros resultados. Ley y Fourtanier (1997) midieron la protección contra el daño de DNA inducido por UVA en piel de ratas ofrecidas por filtros UVA en la crema base: utilizando un filtro al 5% (ácido tereftalidene dicanfor sulfónico) ellos encontraron una reducción de 8 veces en el daño de DNA; sin embargo las preparaciones de los filtros solares pueden incluir un mayor porcentaje de filtros que las utilizadas en las preparaciones comerciales. También es de interés que las formulaciones de filtros solares que proveen una protección UVA baja proveyeron un 57% de protección contra la inmunosupresión por UVA 1.

Como nuestra fuente de irradiación contiene luz visible, es posible que la protección contra la producción de radicales libres sea baja a causa de la contribución de la luz visible al daño; sin embargo los resultados de Jurkiewics y Buettner (1996) sugieren que la contribución de la luz visible es menor comparado con aquella de UVA, y la contribución mayor puede reflejar una cola del cromóforo de UVA (no identificado) la cual se extiende en la región visible azul del espectro, en lugar de un cromóforo separado visible. La importancia de la contribución de la luz visible es un sujeto digno de investigación futura, pues los filtros solares no están diseñados para extenderse mas allá de la región UV del espectro solar.

En conclusión, los resultados de este estudio para investigar protección de radicales libres por ciertos filtros solares de FPS altos sugieren que estos proveen aproximadamente 55% de protección cuando se aplican directamente a la piel en una cantidad recomendada de 2 mg por cm2, y menos a menores aplicaciones. El uso de ESR para medir directamente la producción de radicales libres inducidos por UVA en la piel humana es un método útil y rápido para medir la protección de radicales libres/UVA. Los resultados sugieren que los usuarios de filtros solares están poco protegidos contra la producción de radicales libres UVA y los efectos dañino de UVA. En particular, los filtros solares de FPS existentes proveen una medida de protección principalmente contra el eritema inducido por UVB, los usuarios de filtros solares de FPS altos pueden tener una sensación artificial de seguridad de que están protegidos contra UVA. Por tanto, la utilización de filtros solares de FPS altos puede paradójicamente estar asociado con el incremento de riesgo de cáncer de piel. El rol de UVA en el desarrollo de melanoma, sin embargo, y el rol de los filtros solares contra el cáncer de piel, es todavía inconcluso y controversial.

Hay por tanto una urgente necesidad para aclarar el rol de UVA en la malignidad de piel; para la validación de medidas de FPS UVA de filtros solares comerciales; para que la protección por UVA sea reevaluada por los fabricantes de filtros solares para reflejar la protección a niveles típicos de aplicación; y también para la producción de filtros solares más efectivos contra UVA a los mismos niveles de aplicación. Nuestros resultados sugieren que la protección actual a UVA/radicales libres brindada por los filtros solares es inadecuada y puede ser una medida de precaución para que los caucásicos eviten prolongados baños de sol, aunque “protegidos” por filtros solares, así como el uso de filtros solares podría incrementar su riesgo de daño por radicales libres inducidos por UVA.

Materiales.-

3 marcas de filtros solares populares que protegen contra UVA fueron randomizadamente escogidas para la evaluación.

Las marcas 1 2 y 3 tenían FPS 30 (que contiene filtros UVA: Dióxido de titanio y Ácido tereftalene dicanfor sulfonico), FPS 25 ( que contiene butilmetoxidibenzoil metano) y FPS 20 (que contiene octocrileno y dióxido de titanio) respectivamente.

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