Tú me das cremita yo te doy cremita. La física del verano

Posiblemente uno de los contratiempos veraniegos, y hablo por mí mismo, es el maldito momento de embadurnarse de crema protectora (pantalla total, por supuesto).

Sin embargo, detrás de este usual gesto se esconde mucha física y mucha química.  En esta entrada nos pararemos a describir muy por encima los mecanismos que hacen de las cremas solares excelentes protectoras contra la radiación ultravioleta.

La radiación solar

Nuestra fuente de radiación electromagnética por excelencia es el sol.  La radiación que nos llega de nuestra estrella tiene varias componentes.  Cerca de un  44% es radiación infrarroja, lo que identificamos con el calorcito que nos proporciona el sol. Un 50% corresponde a longitudes de onda visibles por el ojo humano y el restante 6% se encuentra en el rango ultravioleta (UV) del espectro.

La radiación UV es muy energética comparada con las otras componentes y entre sus características podemos resaltar dos con efectos biológicos importantes para nosotros:

1.-  Es capaz de penetrar en los tejidos y depositar grandes cantidades de energía. Esto implica que es capaz de dañar células y moléculas de forma dramática y por lo tanto no son para nada deseables.

2.-  Es capaz de inducir cambios en el ADN produciendo mutaciones aquí y allá. Sin duda este es un aspecto que queremos evitar a toda costa.  Es capaz de producir cambios en la cadena de ADN, es capaz de alterar el ciclo celular, modificación de proteínas de membrana, etc.

La interacción del ADN con la radiación UV es bastante desastrosa para esa molécula. Produce mutaciones directas sobre nuestro ADN.

La naturaleza nos ha provisto de defensas naturales, hay una primera barrera en la atmósfera — La capa de ozono — que elimina gran parte de la radiación UV, aunque no toda.  Por otra parte nuestra piel segrega pigmentos que son capaces de absorber parte de la radiación UV que ha conseguido llegar hasta nosotros. Ciertamente hay pieles mejor preparadas que otras para esos menesteres.

La radiación ultravioleta se divide en distintos rangos:

La parte de la radiación UV que llega a nuestra piel — No se frenan en la capa de ozono — se compone en una parte UVA y UVB.   La UVA es la principal responsable de la pigmentación en la piel y del envejecimiento celular en la epidermis. La UVB es más energética y es la responsable de las desagradables, incómodas y peligrosas quemaduras.  El poder de penetración de la UVA es mayor que el de UVB, así que es la responsable principal de hacerle cositas malas a nuestro querido ADN.  También hay una componente UVC que si bien es deseable en cierto sentidos — estimula el metabolismo de la vitamina D — también es peligrosa en altas dosis.

Protectores solares

Los protectores solares se dividen en dos grandes grupos:

–  Protectores Inorgánicos.

–  Protectores Orgánicos.

Los primeros se basan en compuestos inorgánicos que tienen la capacidad de actuar como verdaderos espejos para la radiación en el rango ultravioleta.  Los segundos están compuestos de moléculas formadas por esqueletos de átomos de carbono que pueden absorber la radiación UV.

Mecanismo de los protectores inorgánicos

Al echarnos crema protectora inorgánica estamos convirtiendo nuestra piel en un auténtico espejo contra la radiación UV.  Los compuestos que forman parte de estos productos son capaces de dispersar la radiación UV que les llega de forma que la devuelven al medio impidiendo por lo tanto que penetren en nuestra piel.

Las ventajas de estos protectores inorgnánicos son múltiples.  Protegen de la radiación UVA y UVB. Y su acción es puramente física, reflejan o dispersan la radiación, no hay de por medio ninguna reacción química que pueda dejar algún producto final poco recomendable (EN ALTAS DOSIS, AQUÍ NADIE ESTÁ DICIENDO QUE LOS PROTECTORES ORGÁNICOS SEAN MALOS.)

Mecanismo de los protectores orgánicos

Estos protectores se basan en la idea de que para producir cambios en las moléculas hay que proporcionarles energía en forma de fotones. Algunas moléculas orgánicas tienen predilección por los fotones UV ya que estos son capaces de cambiar su forma moviendo electrones/enlaces de una parte a otra de la molécula, o se ponen a vibrar y rotar como locas con esas energías.  Lo interesante es que estos estados excitados decaen en cadena al estado fundamental de la molécula y en el proceso esta libera la energía en paquetes de una energía menor que la incidente en forma UV.

Supongamos que tenemos una molécula y establecemos sus niveles de energía (conformacional, rotacional/vibracional, o la que corresponda):

Si llega un fotón UV la molécula se excitará desde su nivel fundamental de energía a uno muy superior de un solo salto.

Este estado excitado no es estable y decaerá, pero lo hará en saltos más pequeños en los que la energía se libera en forma de fotones de menor energía, en el rango del infrarrojo generalmente.

Con esto se ha conseguido convertir un peligroso fotón UV en dos fotones más blanditos (energéticamente hablando) en el rango del infrarrojo y estos no causan problema alguno en términos biológicos (nada más grave que un leve aumento de temperatura superficial de la piel).

La forma en la que convertir la energía UV en formas menos agresivas, como el infrarrojo, varía de un compuesto a otro pero este mecanismo es la esencia detrás de cada implementación concreta.

La protección no es permanente

Cuando se va a tomar el sol cual lagartija en pared encalada merece la pena refrescar la cremita protectora de vez en cuando.  Los protectores orgánicos sufren procesos de degradación, aunque el mecanismo propuesto puede parecer irreversible en el transcurso de las reacciones las moléculas pueden romperse, perder alguna de sus partes (liberan radicales), etc.  Un problema interesante desde el punto de vista químico es el de asegurar la fotoestabilidad de los protectores solares, es decir, que permanezcan activos con todas sus propiedades durante el mayor tiempo posible.

Por supuesto, tanto los protectores orgánicos como los inorgánicos se van con el sudor, con los baños, con la arena de la playa, etc.  Así que no te olvides de ponerte cremita de vez en cuando.

Referencias

Os dejo dos referencias por si queréis leer más sobre el tema:

Sunscreens – what’s important to know

Inorganic UV filters

Nos seguimos leyendo…