Fotosensibilitatea și alte reacții cutanate la lumină (1)

Lumina solară este cea mai vizibilă şi mai evidentă sursă de confort din mediul înconjurător. Această înclinaţie naturală spre soare are rezultatele benefice ale căldurii şi sintezei de vitamina D, dar poate produce şi consecinţe patologice. Puţine efecte datorate expunerii la soare au fost identificate în afara celor tegumentare, dar expunerea cutanată la lumina solară poate declanşa răspunsuri imunosupresoare şi modificări genetice care pot fi relevante pentru patogenia cancerelor cutanate nonmelanomice şi poate a infecţiilor, de exemplu, herpesul simplex.

Energia soarelui cuprinde o gamă largă de radiaţii, de la radiaţii ionizante până la unde radio ultralungi, cu energie fotonică foarte joasă. Astfel, spectrul de emisie se etalează pe nouă ordine de magnitudine, dar cel care atinge suprafaţa pământului este îngust şi limitat la componentele ultraviolete (UV), lumină vizibilă şi porţiuni din infraroşu. Punctul de oprire la capătul scurt al UV este de aproximativ 290 nm, deoarece ozonul stratosferic este format din radiaţii ionizante cu lungime de undă sub 100 nm şi absoarbe energia solară dintre 120 şi 310 nm, împiedicând astfel penetrarea spre suprafaţa pământului a lungimilor de undă scurte, de energie mai mare şi potenţial mai periculoase ale radiaţiei solare.

Într-adevăr, preocuparea pentru distrugerea stratului de ozon de către clorofluorocarbonii eliberaţi în atmosferă a dus la acorduri internaţionale pentru a reduce producerea acestor substanţe chimice. Măsurătorile fluxului solar indică faptul că există o variaţie regională de 20 de ori în cantitatea de energie la 300 nm care atinge suprafaţa pământului. Variabilitatea aceasta este legată de efectele de sezon, de calea transmisiei de lumină solară prin ozon şi aer, de altitudine (creştere de 4% pentru fiecare 300 m altitudine), de latitudine (creşterea intensităţii cu scăderea latitudinii) şi de cantitatea de nori, ceaţă şi poluare.

Componentele majore ale spectrului de acţiune otobiologică includ lungimile de undă UV şi vizibile între 290 şi 700 nm. În plus, lungimile de undă dincolo de 700 nm în infraroşu provoacă mai ales căldură, dar încălzirea pielii poate mări răspunsul biologic la lungimile de undă din spectrul UV şi vizibil. Spectrul UV este împărţit arbitrar în trei segmente mar (A, B şi C) care cuprind lungimile de undă dintre 10 şi 400 nm. UV-C constau din lungimile de undă între 10 şi 290 nm şi nu ajung la pământ din cauza absorbţiei lor de către ozonul atmosferic.

Aceste lungimi de undă nu sunt o cauză de fotosensibilitate, exceptând mediile ocupaţionale în care surse artificiale ale acestei energii sunt utilizate, de exemplu, pentru efecte germicide. UV-B cuprind lungimi de undă între 290 şi 320 nm. Această porţiune a spectrului de acţiune fotobiologic este cea mai eficientă în producerea roşeţii sau a eritemului tegumentului uman şi de aceea este uneori numită "spectrul arsurii solare". UV-A reprezintă acele lungimi de undă dintre 320 şi 400 nm (UV.A1 între 340-400 nm şi UV-A2 între 320 şi 340 nm) şi sunt de aproximativ de o mie de ori mai puţin eficiente în a produce hiperemia pielii decât UV-B.

Lungimile de undă vizibile dintre 400 şi 700 nm cuprind binecunoscuta lumină albă, care atunci când este trecută printr-o prismă se dovedeşte a fi compusă din diferite culori, cuprinzând violet, indigo, albastru, verde, galben, portocaliu şi roşu. Energia conţinută de fotonii din spectrul vizibil nu este de obicei capabilă de a leza pielea umană în lipsa unei substanţe chimice fotosensibilizante. Absorbţia de energie este hotărâtoare pentru apariţia fotosensibilităţii. Astfel, spectrul de absorbţie al unei molecule se defineşte prin gama de lungimi de undă absorbită de aceasta, în timp ce spectrul de acţiune pentru un efect al radiaţiei incidente este definit prin gama de lungimi de undă care provoacă răspunsul.

Fotosensibilitatea apare când o substanţă chimică absorbantă de fotoni (cromofor) prezentă în piele absoarbe energie incidentă, devine excitată şi transferă energia absorbită diferitelor structuri sau către oxigen. Energia absorbită trebuie să fie disipată prin procese ce cuprind căldura, fluorescenţa şi fosforescenţa. Este important de subliniat că spectrele de absorbţie şi spectrele de acţiune nu trebuie să fie superpozabile, dar trebuie să existe o suprapunere într-un punct oarecare pentru a produce fotosensibilitate.

Acum, câteva lucruri despre structura şi funcţia pielii. Expunerea pielii la soare permite absorbţia unor lungimi de undă şi transmisia altora. În esenţă, pielea umană este un sandviş alcătuit din două compartimente distincte, dermul şi epidermul, separate de o membrană bazală. Epidermul este un epiteliu stratificat scuamos, cuprinzând la suprafaţă stratul cornos (o membrană compactă bogată în proteine şi lipide), stratul granulos, stratul spinos şi stratul celulelor bazale. Stratul celulelor bazale conţine o populaţie heterogenă de celule, din care unele migrează în sus în procesul de diferenţiere terminală care duce la exprimarea genelor specifice ale keratinei şi la formarea stratului cornos.

Celulele epidermice sunt keratocitele şi melanocitele rezidente şi celule imigrante, cuprinzând celule active imunologic Langerhans, limfocite, leucocite polimorfonucleare, monocite şi macrofage, făcând din epiderm o componentă majoră a sistemului imun. Ramuri ale terminaţiilor nervoase senzitive ajung, de asemenea, în acest compartiment.

A doua componentă majoră a pielii este dermul, care este relativ întins şi mai puţin dens populat de celule, printre care fibroblaşti, celule endoteliale în interiorul vaselor dermice şi mastocite. Macrofagele tisulare şi celulele inflamatorii rar distribuite sunt, de asemenea, prezente. Toate aceste celule există în interiorul unei matrici extracelulare de colagen, elastină şi glicozaminoglicani. Spre deosebire de epiderm, vascularizaţia bogată a dermului îi permite să joace un rol important în reglarea temperaturii.

Să vedem ce este cu radiaţia ultravioletă (UVR) şi pielea... Epidermul şi dermul conţin mai mulţi cromofori capabili să interacţioneze cu energia solară incidentă. Aceste interacţiuni includ reflexia, refracţia, absorbţia şi transmisia. Stratul cornos este un impediment major pentru transmisia UV-B şi sub 10% din lungimile de undă incidente din această regiune penetrează membrana bazală. Aproximativ 3% din radiaţia sub 300 nm, 20% din radiaţia sub 360 nm şi 33% din radiaţia vizibilă scurtă ajunge la stratul celular bazal din pielea umană nebronzată. Proteinele şi acizii nucleici absorb intens din gama UV-B scurte. În contrast, UV-A 1 şi 2 penetrează epidermul eficient pentru a ajunge în derm, unde produc probabil modificări în proteinele structurale şi matriceale, care contribuie la aspectul îmbătrânit al pielii expuse cronic la soare, în special la indivizii cu ten deschis.

Una din consecinţele absorbţiei UV-B de către ADN este producerea de dimeri de piridimină. Aceste modificări structurale pot fi reparate de mecanisme care duc la recunoaşterea, excizia şi restabilirea secvenţei normale de baze. Repararea eficientă a acestor aberaţii structurale este crucială, deoarece indivizii cu reparare deficitară de ADN au risc crescut de a dezvolta cancer cutanat. De exemplu, pacienţii cu xeroderma pigmentosum, o afecţiune autosomal recesivă, sunt caracterizaţi prin repararea diminuată, în grade variabile, a fotoproduşilor induşi de UV şi pielea lor poate dezvolta, în primele două decade de viaţă, aspectul xerotic de fotosenescenţă, ca şi carcinoame bazo şi spinocelulare şi melanoame.

Acum, câteva lucruri despre cromoforii şi optica cutanată. Cromoforii sunt compuşi chimici endogeni sau exogeni care pot absorbi energie fizică. Cromoforii endogeni ai pielii sunt de două tipuri: 1. substanţe chimice ce sunt prezente în mod normal, cuprinzând acizi nucleici, proteine, lipide şi 7-dehidrocolesterol, precursorul vitaminei D şi 2. substanţe chimice sum sunt porfirinele, sintetizate în altă parte în organism, care circulă în fluxul sanguin şi difuzează în piele. În mod normal numai urme de porfirine sunt prezente în piele, dar în bolile numite porfirii, cantităţi crescute de porfirine sunt eliberate în circulaţie şi sunt transportate la piele, unde absorb energia incidentă atât în banda Soret, în jurul a 400 nm (spectrul vizibil scurt), cât şi într-o măsură mai mică, în porţiunea roşie a spectrului vizibil (580 - 660 nm). Aceasta conduce la leziuni structurale ale pielii, ce se pot manifesta ca eritem, edem, urticarie sau formare de bule.

În finalul acestei postări voi prezenta câteva lucruri despre efectele acute ale expunerii la soare. Consecinţele cutanate imediate ale expunerii la soare cuprind arsura solară şi sinteza vitaminei D. Arsura solară este o afecţiune foarte frecventă a pielii umane, provocată de expunerea la radiaţiile UV. În general, capacitatea unui individ de a tolera lumina solară este invers proporţională cu pigmentarea sa melanică. Melanina este un polimer complex de tirozină, care funcţionează ca un filtru eficient de densitate neutră cu absorbţie largă în porţiunea UV a spectrului solar. Melanina este sintetizată în celule dendritice epidermice specializate numite melanocite şi este stocată în melanozomi, care sunt transferaţi prin prelungirile dendritice în keratocite, unde asigură fotoprotecţia.

Melanogeneza indusă de soare este o urmare a creşterii activităţii tirozinazei în melanocite, care la rândul ei poate fi datorată unei eliberări combinate de eicosanoid şi de endotelină-1. Toleranţa la expunerea la soare este în funcţie de eficienţa unităţii melanice epidermale şi poate fi de obicei certificată în cadrul anamnezei prin două întrebări: 1. vă apar arsuri după expunerea la soare? şi 2. vă bronzaţi după expunerea la soare?. Din răspunsurile la aceste întrebări este de obicei posibil să se împartă populaţia în şase tipuri de piele, variind de la tipul I (apar arsuri întotdeauna, nu se bronzează niciodată) la tipul VI (nu se arde niciodată, se bronzează întotdeauna).

Există două teorii generale despre patogeneza reacţiei tip arsură solară. Întâi, faza de latenţă în timp după expunerea pielii şi apariţia eritemului vizibil (de obicei 4-12 ore) sugerează existenţa unui cromatofor epidermic care provoacă producţia întârziată şi/ sau eliberarea unuia (mai multor) mediator(i) vasoactiv(i) sau citokine ce difuzează către vasele dermice pentru a determina vasodilataţie. Într-adevăr, radiaţiile UV stimulează eliberarea unui mare număr de citokine proinflamatorii şi de oxid de azot de către keratinocite.

În al doilea rând, este posibil ca acea cantitate mică de UV-B incidentă (10% sau mai puţin) care penetrează până la derm să poată fi absorbită direct de celulele endoteliale din vase, producând astfel direct vasodilataţie (dar problema este încă nerezolvată). Spectrul de acţiune pentru eritemul arsurii solare include radiaţiile UV-B şi UV-A. Fotonii din UV-B mai scurte sunt de cel puţin o mie de ori mai eficienţi decât fotonii din UV-B mai lungi şi din UV-A în provocarea răspunsului. Totuşi, UV-A pot contribui la eritemul arsurii solare la amiază, când există mult mai multe UV-A decât UV-B.

Mecanismul leziunii rămâne incomplet definit, dar spectrul de acţiune pentru eritemul UV-B seamănă bine cu spectrul de absorbţie pentru ADN, după ajustările pentru absorbţia energiei incidente de către stratul cornos. Keratinocitele apoptotice (aşa zisele celule de arsură solară) sunt vizibile histologic în prima oră de expunere şi sunt maximale în primele 24 ore. UV-A sunt mai puţin eficiente decât UV-B în a produce celulelor arsura solară. Mastocitele pot elibera mediatori de inflamaţie după expunerea la UV-A şi UV-B cresc nivelul histaminei în bulele de sucţiune ale pielii umane, care revine la normal după 24 ore (înainte ca eritemul vizibil să dispară). Prostaglandina E2 creşte la aproximativ 150% la 24 ore faţă de nivelul de control şi apoi scade. Deoarece prostaglandinele provoacă atât durere, cât şi eritem când sunt injectate intradermic, prezenţa lor în bulele de sucţiune după expunerea la UV-B sugerează un rol în eritemul UV-B.

Poate exista un declin legat de vârstă al cantităţii de mediatori inflamatori detectabili în pielea umană după iradierea UV-B. Eritemul UV-A induce la puţine celule epidermice arsură solară, dar leziunile endoteliale vasculare sunt mai ample decât pentru UV-B. În plus, există trei niveluri crescute de acid arahidonic şi de prostaglandine D2, E2 şi I2, care ating maximul în 5-9 ore şi apoi descresc, înaintea apariţiei eritemului maxim. În ciuda dovezilor privind rolul prostaglandinelor, atât pentru pielea iradiată UV-B, cât şi pentru cea iradiată UV-A, administrarea de medicamente antiinflamatorii nesteroidiene este mai eficientă în reducerea eritemului produs de UV-B decât cel produs de UV-A. UV-B induce, de asemenea, în câteva ore de la expunere.

Din punct de vedere al fotochimiei vitaminei D, expunerea cutanată la UV-B provoacă fotoliza provitaminei D3 (7-dehidrocolesterol) din epiderm la previtamina D3, care apoi este supusă unei izomerizări dependente de temperatură pentru a forma hormonul-vitamină D3 stabil. Acest compus difuzează apoi în vascularizaţia dermică şi în circuitul sistemic, unde este convertit în hormonul funcţional 1,25-dihidroxi-vitamina D3. Metaboliţii vitaminei D din circulaţie sau cei produşi chiar în piele pot mări semnalele de diferenţiere epidermică. Îmbătrânirea scade substanţial capacitatea pielii umane de a sintetiza vitamina D3. Aceasta, împreună cu utilizarea larg recomandată a cremelor ecran solare ce filtrează UV-B, a condus la preocuparea că deficitul de vitamină D ar putea deveni o problemă semnificativă la vârstnici. Într-adevăr, studiile au arătat că utilizarea de creme ecran solare poate împiedica producţia vitaminei D3 în pielea omului.

Şi am terminat şi pentru azi... Postarea cu numărul 200 (două sute).

O zi bună!

Dorin, Merticaru