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LAS RADIACIONES
ULTRAVIOLETA COMO FUENTE DE DETERIORO DE LA BIOSFERA |
Todos los procesos vitales que ocurren en la biosfera
tienen como
fuente
original la energía solar que llega a la superficie terrestre.
De
manera directa o indirecta todos los organismos dependemos de este tipo
de
energía. El espectro electromagnético consta de
diferentes
longitudes de onda dentro de las cuales se encuentra el espectro
visible
íntimamente relacionado con el proceso fotosintético que
realizan
los vegetales y que sirven de primer nivel trófico para las
complejas
redes de las que depende toda forma viviente.
Las radiaciones ultravioleta son parte del espectro
electromagnético.
Éstas se manifiestan en tres bandas o frecuencias: UVA (400-320
nm),
UVB (320-290 nm) y UVC (290-200 nm).
El ozono (O3) se crea por la
disociación
del O2 ocasionado por radiaciones de onda corta (menor a 242
mm)
al nivel de la estratósfera (25 a 100 km de altitud). Esta
disociación
es la responsable de que las radiaciones
ultravioleta de onda corta no alcancen la superficie del suelo.
¿Cómo nos exponemos a las radiaciones UV?
La cantidad y calidad de estas radiaciones que llegan a la Tierra
depende
tanto de la energía solar emitida como de las
características
de la atmósfera en un sitio dado.
Del 20 a 30% de la radiación total de UV del día es
recibida
en una hora al rededor del mediodía en el verano.
Estacionalmente,
las variaciones son mucho menores cerca del ecuador y mucho mayores en
aquellas
latitudes donde las estaciones están más marcadas entre
sí.
Mientras más nos acercamos al ecuador menor es la incidencia de
radiaciones
UV, y así, encontramos que la mayor frecuencia de cáncer
de
la piel se concentra entre los 20 y 60º de latitud.
Porcentaje de radiaciones UVB y UVA recibidas al día
durante
el verano en diferentes latitudes en el hemisferio norte.
|
UVB
|
UVA
|
Latitud (ºN)
|
11 am a 1 pm
|
9 am a 3 pm
|
11 am a 1 pm
|
9 am a 3 pm
|
20
|
30
|
78
|
27
|
73
|
40
|
28
|
75
|
25
|
68
|
60
|
26
|
69
|
21
|
60
|
Las características de la atmósfera
influyen directamente
en
la penetración de las radiaciones UV. El agua que contienen las
nubes
reduce más la incidencia de radiaciones infrarrojas que las de
ultravioleta,
por lo que al no presentarse la sensación de calor que los
infrarrojos
produce, las personas tienden a exponerse más a las radiaciones
ultravioleta
que no produce esa sensación. Sólo las nubes de tormenta
muy
densas y cargadas de humedad, pueden frenar el paso de las radiaciones
UV.
La reflexión de radiaciones ocasionada por el
suelo
puede ser otra fuente de exposición de UV a la que podemos
someternos.
Se considera que el suelo calizo y la nieve pueden reflejar de 20 a 30%
de
las radiaciones UV que llegan al suelo.
En cuanto a la altitud, se considera que por cada
kilómetro
que ascendemos aumenta un 6% la incidencia de radiaciones UV.
Efectos biológicos de las radiaciones ultravioleta
Aunque los efectos de las UV
muestran una estrecha
relación
con la longitud de onda de la que se trate, se podría decir que
la
mayor parte de las radiaciones UV no lesiona el ADN al grado de
inactivarlo.
La forma en que las UV alteran a los sistemas
biológicos
puede determinarse de dos maneras: calculando la intensidad de
radiación
en relación al tiempo de exposición a una
determinada
longitud de onda o mediante la observación experimental de las
reacciones
de los organismos a diferentes exposiciones.
Cuando los organismos son expuestos a UV presentan
diversas
reacciones. Afortunadamente la mayoría de los fotones de UV
absorbidos
por los ácidos nucleicos no producen lesiones severas que
inactiven
a estas moléculas vitales.
Consecuencias
posibles
de la absorción de UV a nivel de ácidos nucleicos.
Los efectos biológicos que
resultan de la
radiación
UV se inician por una absorción fotoquímica a nivel de
moléculas
de importancia biológica. Las más importantes en este
sentido
son los ácidos nucleicos. Las proteínas podrían
ser
las segundas en importancia.
Espectro de absorción de UV en ADN y proteínas bajo
concentraciones
similares.
Las
proteínas absorben
mejor
las radiaciones UVB que las UVA. pero siempre menos que el ADN.
Los centros de absorción de
radiación
a nivel de los ácidos nucleicos, conocidos como centros
cromóforos
están constituidos en el ADN por las bases púricas
(adenina
y guanina) y las pirimídicas (timina y citosina), las que
absorben
diferentes longitudes de onda dentro del espectro de 260 -265 nm. Este
proceso
fue comprobado al analizar el efecto letal de las UV a diferentes
longitudes
de onda en organismos unicelulares como Escherichia coli. Tal
efecto
comparativo se muestra en la siguiente gráfica.
La mayor parte de los
fotoproductos
que
se forman por la exposición a UV son derivados de la pirimidina.
Éstos
dímeros se producen al entrar en resonancia los ácidos
nucleicos
y establecer como consecuencia enlaces atípicos (una timina
puede
entrar en resonancia y unirse de manera covalente con otra timina y no
con
una adenina, formando un dímero). Este proceso lo veremos en
detalle
más adelante.
El componente más sensible a las radiaciones
UV
en las células es el ADN que puede ver alteradas sus cualidades
en
alguna de sus funciones específicas de reparación.
Efectos nocivos de las UV en
los organismos acuáticos.
Siendo el agua un recurso que cubre
más del
70%
de la superficie terrestre y que aporta un tercio de la
producción
de biomasa global, su exposición a factores como las UV reviste
singular
importancia.
Los efectos de las radiaciones parecen más
significativos
cuando hablamos del fitoplancton que se extiende en la superficie del
agua
hasta donde penetra la luz solar, es decir, la zona eufótica (de
100
m en promedio de profundidad). El índice de penetración
de
la luz en el agua depende de algunos factores como la turbidez,
determinada
directamente por la cantidad de materia que flota en el agua.
De acuerdo a la profundidad y el grado de
penetración
que puede tener la radiación solar en el agua, se ha estimado el
coeficiente
de alteración del ADN (K ADN ) según los siguientes
valores.
TIPO DE AGUA
|
PROFUNDIDAD EN m
DONDE
LA RADIACIÓN ES REDUCIDA:
|
K ADN
|
50%
|
10%
|
1%
|
0.1%
|
AGUA DE OCÉANO (CLARA)
|
0.16
|
4.3
|
14
|
28
|
43
|
BAJOS NIVELES DE MATERIA
ORGÁNICA
DISUELTA
|
0.20
|
3.5
|
12
|
24
|
35
|
NIVELES ANORMALMENTE ALTOS DE
MATERIA
ORGÁNICA DISUELTA
|
0.38
|
1.8
|
6.1
|
12
|
18
|
|
0.94
|
0.7
|
2.4
|
4.9
|
7.3
|
Se ha podido observar que el
fitoplancton expuesto a
ambientes
de alta radiación UV muestra descenso en su movilidad e
inhibición
en sus respuestas fototácticas y fotofóbicas. En zonas
donde
la capa de ozono se ha reducido hasta un 25% se ha observado una
disminución
de la fotosíntesis realizada por el fitoplancton hasta de un 35%
(Smith
et al, 1980).
En el zooplancton se ha observado una importante
disminución
en la capacidad reproductiva de los organismos y la disminución
global
de las poblaciones debida a las lesiones ocasionadas por la
radiación
o a la desaparición del fitoplancton que constituye su alimento.
La disminución del plancton tiene efectos
inmediatos
en las demás poblaciones que habitan los mares ya que constituye
el
primer nivel trófico del que todos dependen.
Efectos de las UV en las plantas
terrestres.
Las plantas de cultivo están representadas
por cerca de 3 000
especies
que se utilizan como alimento en todo el mundo, de éstas, 80 se
pueden
considerar como plantas domesticadas especialmente para el alimento,
donde
sólo 15 especies ofrecen la mayor parte de calorías y
proteínas
consumidas por todos los seres humanos.
Las plantas manifiestan respuestas
bioquímicas,
fisiológicas,
morfológicas y anatómicas a la exposición a
radiaciones.
Las UV producen efectos en el crecimiento lo que conlleva la
disminución
en la superficie foliar y la disminución en la capacidad para
utilizar
la radiación solar en la fotosíntesis.
RASGO O FUNCIÓN
|
EFECTOS
|
FOTOSÍNTESIS
|
Disminución de muchas
especies
|
CIRCULACIÓN EN HOJAS
|
Sin efecto en la mayoría de
las
plantas
|
UTILIZACIÓN DELAGUA
|
Disminución en muchas
especies
|
PRODUCCIÓN DE MATERIA SECA
|
Disminución en muchas
especies
|
SUPERFICIE FOLIAR
|
Disminución en muchas
especies
|
PESO
|
Aumento en muchas especies
|
MADUARCIÓN DEL CULTIVO
|
Sin efectos reportados
|
FLORACIÓN
|
Pueden inhibir o estimular el
proceso
|
ESTRÉS GENERADO POR LA
SEQUÍA
|
Parecen más tolerantes a
las
UV que a la sequía
|
Los efectos de las UV aunados a
otros factores de
estress
como la falta de agua, la deficiencia mineral y el incremento del CO2
en
el ambiente producen cuadros importantes de deterioro en los vegetales.
Efectos de las UV en los seres
humanos
Por la capacidad de penetración de las
radiaciones
UV, los principales efectos de exposición a ellas se limitan a
las
reacciones manifestadas por la piel y los ojos. La penetración
en
la piel no supera 1 mm de grosor y en los ojos las UV son absorbidas
por
la córnea y el cristalino antes de poder llegar a la retina.
En la piel pueden reconocerse dos tipos de
reacciones
generadas por la radiación: agudas y crónicas. Las
reacciones
agudas aparecen rápidamente y en general, son de corta
duración.
Entre ellas se pueden mencionar las quemaduras, el bronceado y la
producción
de vitamina D. Las reacciones crónicas
aparecen
lenta y gradualmente, y son de larga duración. Entre ellas se
encuentra
el envejecimiento prematuro y el cáncer de la piel, producidos
por
exposiciones prolongadas a la radiación.
Las quemaduras o eritema son lesiones agudas
provocadas
por una exposición intensa a radiaciones UV. El enrojecimiento
es
la respuesta al incremento de la circulación en la piel y la
dilatación
de los capilares superficiales de la dermis. Una sobreexposición
puede
producir edemas y vejigas, y la descamación de la piel en unos
cuantos
días.
La efectividad de la UV de diferentes longitudes de
onda
en producir eritema se ha determinado repetidamente en muchos estudios.
La
técnica consiste en determinar las dosis de UV a diferentes
longitudes
de onda necesarias para producir un efecto perceptible tras 8 a
24
horas después de la radiación.
Se sabe que el espectro de máxima
absorción
está entre los 250 y los 300 nm, cayendo rápidamente
más
allá de este rango: a 320 nm la efectividad baja a 1% de la
presente
a 300 nm.
Aun cuando la UVA es menos eritemogénica que
la
UVB, debido a la gran cantidad de radiación de UVA de la luz
solar,
ésta debe contribuir al menos con un 15 a 20% de la
reacción
de las quemaduras ocasionadas por la luz solar.
El color de la piel es un factor importante que
determina
la facilidad con la que la piel se quema con el Sol. Mientras que la
piel
clara requiere desde 15 a 30 minutos de exposición al sol del
mediodía
del verano, la gente que tiene piel moderadamente pigmentada requiere
de
1 a 2 horas de exposición. Otros factores que influyen pueden
ser
el color de cabello, las pecas y el color de ojos. En la siguiente
tabla
se presentan 6 grupos de piel determinados por sus reacciones ante la
luz
solar.
TIPO DE PIEL
|
REACCIONES EN LA PIEL
|
CASOS
|
I
|
Se quema sin broncea
fácil
y severamente
|
Personas de piel muy blanca,
generalmente
de ojos claros y pelo rubio
|
II
|
Se quema rápidamente y se
broncea
poco
|
Personas de pelo rubio o
rojo,
ojos claros y piel blanca
|
III
|
Se quema moderadamente y se
broncea
con cierta facilidad
|
Personas caucásicas de piel
clara
|
IV
|
Se quema poco y se broncea con
facilidad
|
Personas morenas de pelo y ojos
obscuros
|
V
|
Rara vez se quema y se broncea
pronto
y en un tono oscuro
|
Personas de piel morena
oscura
|
VI
|
Nunca se quema y se broncea
profundamente
|
Personas de piel negra
|
También existen diferencias
anatómicas
en
cuanto a la susceptibilidad a la exposición a la
radiación
solar. La cara, el tronco y el cuello son de 2 a 4 veces más
sensibles
que las piernas o los brazos, debido en parte, a la manera en que se
irradian
las superficies corporales: los miembros reciben aproximadamente la
mitad
de la radiación UV por la posición en que se encuentran,
mientras
que las superficies horizontales del cuerpo, como el hombro, reciben
aprox.
75% de la radiación UV.
La sensibilidad a la UV no parece estar influida por
el
sexo, pero si por la edad, siendo los ancianos y los niños los
más
susceptibles.
Una exposición moderada a la luz UV puede
generar
un incremento de hasta 3 veces del grosor del estrato córneo en
un
plazo de una a 3 semanas. El grosor de la piel retorna a la normalidad
después
de uno o 2 meses después de suspender la irradiación. El
engrosamiento
en el estrato córneo puede servir para proteger al resto de la
piel
de la radiación UV. En la gente de piel blanca el engrosamiento
de
la piel puede ser más efectivo para proteger al individuo que la
protección
que proporciona el mismo bronceado.
El bronceado es la consecuencia socialmente deseada
de
la exposición a la luz solar, y se caracteriza por la
pigmentación
temporal de la piel. La pigmentación de la piel puede ser
constitutiva,
característica de cada raza, o puede ser facultativa, inducida
por
la radiación UV.
El bronceado aparece uno o dos días
después
de haberse expuesto al sol, gradualmente se incrementa y puede
permanecer
en la piel hasta varios meses. Después de la exposición
solar
hay un incremento en el número de melanocitos activos que
aumentan
la actividad de la enzima tirosinasa. esto genera la producción
de
más melanina y el aumento de gránulos de este pigmento en
toda
la piel. Así, conforme aumenta el bronceado crece la
fotoprotección
de la piel, sobre todo se trata de piel no muy clara.
Contrario a la opinión común, la
melanina
no es una respuesta adaptativa de los humanos para protegerse de la
radiación
solar. Muchos investigadores afirman que la melanina en los
homínidos
es una forma de camuflaje y una forma para mantener caliente el cuerpo
en
regiones boscosas.
Producción de vitamina D3
La producción de la vitamina D3
es el único efecto benéfico conocido de la
irradiación
UV. La radiación UVB convierte la hidrocolesterol de la
epidermis
en provitamina D3, la cual se convierte a su vez en
vitamina
D3 -a temperatura corporal- en dos o
tres
días. Ya que se formó esta vitamina en la piel entra a la
circulación
para llegar al hígado donde es metabolizada como hidroxivitamina
B.
Si la vitamina D3 no entra a la circulación,
es
degrada. Sólo se requieren exposiciones cortas para que el
organismo
sintetice esta vitamina; 15 min de exposición en manos, brazos y
cara
durante la primavera y el verano, entre 9 am y 4 pm al día
basta.
Efectos de la radiación
solar en el ojo
|
La
exposición a los UV y su relación con
el daño ocular muestran que constituyen la longitud de onda
más
dañina para el ojo humano. Se considera que la fotoqueratitis o
quemadura
ocasionada por la luz es una consecuencia a la exposición a
rayos
UV. Este tipo de lesión es frecuente en personas expuestas
intensamente
a radiación o reflejo en zonas desérticas y mayor en
regiones
nevadas.
Los trabajadores que se desempeñan en
espacios
abiertos triplican el riesgo para desarrollar carnosidades en la
córnea,
y tienen mucho mayor riesgo de formar depósitos de
proteínas
-en forma de gota- en la córnea.
La presencia de cierto tipo de cataratas
también
ha sido asociada a la exposición a UV. |
