SALUD

PUBUCA deMEXICO

ÉPOCA

v • VOLUMEN XXII

•

NÚMERO 2 • MARZo-ABRIL DE 1980

Efectos biológicos de la luz ultravioleta

EDUARDO MADRIGAL BUJAIDARo Madrigal,

E.: Electos biológicos de1a luz ultravioleta.

Resumen: En el trabajo se hace un análisis de las características que tiene la luz ultravioleta y de Jos efectos que produce especialmente en el hombre, poniendo énfasis a la información relacionada con algunos aspectos genéticos. Inicialmente la radiación ultravioleta se ubica en el espectro electromagnético, señalando sus características físicas y químicas como base de sus interacciones biológicas.

EL

ESPECTRO

ELECTROMAGNETICO

se relaciona esencialmente LAconradiación 'alteraciones atómicas que pueden

dar lugar a ionizaciones o a excitaciones. La desintegración espontánea de un núcleo atómico con emisión de radiación fue descubierta en 1896 por BECQUEREL, al estudiar el efecto de la exposición de la pecblenda sobre una placa fotográfica mientras estaba envuelta en papel negro y en la obscuridad; dos años "jefe del Laboratorio de Genética Humana y del Departamento de Morfología. Escuela Nacional de Ciencins Biológicas. IP¡";. Becario de CoFFA.

Sal. Púb. Molx. XXII: 167·177,

1980.

Posteriormente se estudia su acción sobre el DNA y su importancia en la muta génesis a este nivel Se describe el desarrollo que han tenido los estudios de tipo cromosómico. señalando los efectos citogenéticos producidos por la radiación. Finalmente se mencionan aspectos como la quemadura, mehmogénesís y carcínogénesis, y se describe la relación de la luz ultravioleta con la enfermedad xeroderma pigmentosum.

más tarde se descubrió el polonio, y utilizando la cristalización fraccionada de soluciones de cloruros y bromuros se obtuvo el radio.' En las dos primeras décadas de este siglo, se estudió la radiación emitida por diversas sustancias, determinándose como resultado las características de las partículas alfa, beta y gama, que semejan a los rayos catódicos, anódicos y X, respectivamente, y entre las que los myos gama presentan el mayor poder de penetración. Las partículas alfa corresponden al núcleo del helio, las beta son electrones y las gama fotones; más tarde las investigaciones han permitido conocer numerosos elementos radiactivos hechos en forma 167

artificial, lo que ha ampliado considerablemente el campo de la radíobíología.' La radiación electromagnética donde se ubica la luz ultravioleta, es una forma de la energía radiante con propiedades de onda y de partícula, que se origina del cambio de intensidad de una corriente eléctrica en el curso del tiempo y se caracteriza por una longitud de onda definida.' Al actuar la radiación sobre átomos y moléculas y depositar energía, ocasiona diversas formas de movimiento como la excitación que separa uniones básicas y puede producir una emisión electroma~ética; en estos casos, el núcleo, átomo o molecula cambia de un estado de excitación estacionaria a otro de menor energía y la diferencia energética es irradiada como un fotón de radiación electromagnética; cuando la absorción es molecular el proceso es más complejo interviniendo componentes eleotrónicos, vibratorios y rotatorios." .La estructura alterada también puede regresar a su estado fundamental a través de una o más etapas por medio de fluorescencia, o sea pasando por varios estados cuánticos en donde los fotones son de diversas energías menores y mayor longitnd de onda, o perdiendo energía como calor transmitido a su alrededor." La energía requerida para provocar excitación, y por tanto la longitud de onda de la radiación, está determinada por la naturaleza de los átomos o agrupamientos atómicos en la molécula; estos gmpos y las uniones químicas asociadas que determinan una absorción electrónica se denominan cromóíoros.' La radiación dístnbuye una corriente de energía que produce activaciones que involucran reagrupación de átomos o núcleos, lo que da como resultado cambios químicos; la energía que se requiere para este efecto debe ser igual a la de las uniones electrónicas externas. La reacción fotoquímica empieza en uno de los estados de un reactante excitado electrónicamente y termina con la aparición de los productos del estado primario, es decir, que en este proceso no hay retorno al estado inicial de la molécula;' difiere de la reacción térmica en que siempre involucra una molécula con un electrón excitado. Cuando una unión química se rompe por completo, o se 168

forma una unión, se establece el proceso fotoquímico primario, que puede dar lugar a un producto estable y aislable sin ninguna especie química intermedia; pero en la mayoría de las fotorreacciones, se presentan productos intermedios que no son aislables y que reaccionan nuevamente para dar productos finales como resultado de reacciones térmicas secundarias.' La reacción fotoquímica completa es una síntesis dinámica de dos procesos: reacción entre átomos o moléculas excitadas o ionizadas con átomos o moléculas normales, y reacciones entre átomos o radicales libres y moléculas normales." Para entender la interacción eleotrornagnética con la materia se le puede considerar corno un haz transportador de fotones donde la energía de cada fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación. Los fotones suficientemente energéticos pueden producir transiciones electrónicas y cambios en la vibración o rotación, hechos que se producen con los rayos X, la luz ultravioleta y la vis:ible, mientras que fotones de menor energía como los del espectro infrarojo sólo producen cambios rotatorios y vibratorios, y en el caso de la radiofrecuencia, su efecto únicamente puede verse como resonancia magnética nuclear." En la radiación electromagnética se inoluyen desde emisiones con poder ionizante corno los rayos gama o rayos X cuyas longitudes de onda son de 10" cm, hasta las ondas de radio en el otro extremo con longitudes de onda de 10' cm; entre ambos puntos podemos ubicar a la luz ultravioleta, la visible y la infraroja. El límite entre los rayos X y la luz ultravioleta es impreciso, siendo la capacidad de producir ionizaciones la principal distinción que los rayos X tienen desde el punto de vista biológico; esta misma característica establece la frontera entre la radiobiología y la íotobtologíg, Para tener una ubicación correcta en este último aspecto, es conveniente señalar la composición de la luz solar, dentro de la cnal, el espectro visible ocupa 37 s, el ultravioleta 3 iI Y el infrarojo 60 %, Y se mencionan cantidades energéticas muy pequeñas para otro tipos de radiación.' El espectro ultravioleta fue descubierto en 1801 cuando Ritter observó el ennegrecimien-

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to del cloruro de plata y encontró que el mayor efecto se producía en la región oscura del espectro, más allá del extremo violeta." La luz ultravioleta solar tiene una amplitud que va de 390 a 286 nm; sin embargo, estudios espectrográficos de esta luz han indicado qU3 antes de llegar a nuestra atmósfera las longitudes de onda pueden ser mucho más cortas. De acuerdo con G'ESE7 podemos dividir la luz ultravioleta en tres regiones: la A (.390 a 320 nm ), que se ha denominado radiación biótica y que limita con la porción violeta, la región B (320 a 286 nm) que constituye el límite de la radiación solar que llega a la superficie terrestre, y la región C, Hamada biocida (100 a 286 nm)) que se localiza en la superficie alta de la atmósfera y es absorbida por .Ja capa de ozono. La división del espectro ultravioleta presenta complicaciones por las variantes que existen; quizá la forma más usual sea clasificarlo en ultravioleta cercano (300 a 380 o 190 a 380 nm, según la opinión de distintos autores) y ultravioleta extremo entre 100 y 190 nm. En ocasiones la amplitud entre 280 y 315 nm se denomina ultravioleta medio, la cual coincide con un marcado efecto eritémico. Algunas acciones de la luz ultravioleta en el hombre El efecto de la luz ultravioleta en los organismos se conoció desde el siglo pasado; en 1877 DoWNESY BLUNTobservaron la inactivación bacteriana debida a la radiación. En ese tiempo, NIELSFINSEN, de la fotobiología y quien recibió e premio Nobel en 1903, usó la radiación como método terapéutico en el tratamiento de la tuberculosis cutánea (Lupus vulgaris), diseñando un arco de carbón que sirve como fuente constante de luz ultravioleta B, utilizó un recipiente de cuarzo con agua para eliminar el calor, que se colocaba entre el arco yel paciente, y para enfocar la luz una lente de cuarzo.' Quizá este éxito inicial propició la idea de que la luz ultravioleta es útil en diversas enfermedades cutáneas, que no siempre ha sido confirmada. Sin embargo, está bien establecida su acción para evitar el raquitismo, que se produce por

rz:

deficiencia en sales de calcio y fósforo O por falta de vitamina D, la radiación provoca la formación de la vitamina 0;., colcalciferol, por intermedio del precursor 7 dihidrocolesterol que se encuentra en las células de la piel; esta vitamina tiene ingerencia en la movilización del calcio, al activar un sistema de transporte que lo lleva de.J intestino a la comente sanguínea. Un efecto común es la quemadura, cuyas alteraciones están directamente relacionadas con la cantidad de radiación, de melanina y el grosor del estrato córneo, en este problema el eritema es la principal respuesta y se presenta en una fase inmediata, y otra retrasada que persiste hasta 48 hrs y termina con la descamación de células epidérmicas; no se conoce el cromóforo que absorbe la energía para iniciar la respuesta fotoquímica, pero se mencionan como probables los aminoácidos aromáticos, los ácidos nucléicos, el ácido urocánico y la melanina." La luz ultravioleta puede estimular la melanogénesis eu forma rápida o lenta, estando el fenómeno asociado con la proliferación y activación de los melanocitos, la hipertrofia de estas células y el aumento en la síntesis de melanosomas o la activación de la tirosinasa. Cuando la exposición a la luz es frecuente, a través de los años se puede producir la degeneración actínica que incluye agrietamiento, atrofia, manchas hipo o hiperpigmentadas, dilatación de vasos sanguíneos y queratosis, estos cambios macroscópicos se acompañan de diversas modificaciones histológicas produciéndose en la dermis los desarreglos más drásticos." Se pueden ocasionar otras reacciones adversas a la luz que se ubican bajo el término de fotosensibilidad y que incluyen la íototoxicidad y la fotoalergia, un ejemplo del primer caso son las quemaduras de piel que se pueden producir en cualquier parte del cuerpo cuando se expone a suficiente energía luminosa de la longitud de onda adecuada.!" La fotoalergia es una alteración de la piel mediante la cual puede haber una reacción a la luz, sola o en presencia de un fotosensibílízador, estas reacciones son raras y se carac169

terizan por erupciones que pueden extenderse más allá del área expuesta, hístológícamente difiere de la lesión anteriormente señalada y los cambios son menos drásticos." Sin embargo, el efecto más grave de la radiación ultravioleta es la carcinogénesis. Las evidencias en este sentido son de dos tipos; en primer término, observaciones empíricas indican que el cáncer de piel aparece en cabeza y cuello con frecuencia de 91.2% enrelación a otras áreas del cuerpo, Jos individuo, que trabajan expuestos a los rayos solares sufren más la presencia de tumores malignos, vivir en latitudes bajas se correlaciona con la exposición acumulativa de rayos solares y esto a su vez con una mayor incidencia de cáncer de piel; en individuos mayores de 50 años la incidencia es más alta y parece estar conectada con el efecto acumulativo de la exposición a la luz; finalmente, en personas de piel clara la tendencia a la carcinogénesis es mayor, y esta situación va disminuyendo conforme se oscurece el color de la piel." Otro tipo de evidencia es la carcinogénesis experimental que se ha desarrollado principalmente utilizando las orejas de ratas y ratones albinos. Se ha observado que los rayos ultravioleta B son dañinos, no así los ultravioleta A y visibles, que no son absorbidos por la piel del animal, el daño sigue así la ley fotoquímica que indica que la reacción es sólo promovida por la luz absorbida; se ha visto que la incidencia y prevalencia de tumores fue similar al aplicar la misma dosis total, ya .sea en forma de baja o alta intensidad, a condición de que los intervalos entre exposiciones sean de igual magnitud; esto también coincide con la norma fotoquímica según la cual para una dosis total de radiación el efecto fotoquímico es el mismo, independientemente de que la radiación se aplique a baja intensidad por largo tiempo o con alta intensidad en corto tiempo. '3 Se desconoce el mecanismo por el que la luz ultravioleta provoca cáncer, pero se ha sugerido la producción de mutaciones somáticas, la eliminación de la represión de compuestos químicos que inhiben la división celular, alteraciones en los mecanismos inmunes 170

o el propiciar ·las condiciones para la multiplicaoión de virus que índucen cáncer." Es evidente que las manifestaciones macroscópicas tíenen su asiento en alteraciones moleculares especialmente en relación al DNA, algunas de las cuales serán comentadas posteriormente; en cuanto a las proteínas, al ser irradiadas aparecen productos de varios pesos moleculares, hay cambios en la solubílídad y desnaturalización, así como cambios en sus propiedades físicas y óptícas," y en relación a ·la inactivación enzimática se ha supuesto inicialmente