El eritema o “quemadura solar” es un enrojecimiento en la piel causado por la exposición a los rayos UV. La irradiancia eritemática expresa los efectos eritemáticos de la radiación solar, efectos biológicos que dependen directamente de la longitud de onda de los rayos UV, específicamente en las bandas UVB y UVA (puesto que la UVC es absorbida en la capa de ozono). La UVB (280 < 𝜆𝜆 < 320 nm) es unas 1,000 veces más eficaz que la UVA (320 < 𝜆𝜆 < 400 nm) como agente causante de eritema, sin embargo; el eritema producido por la UVA (de mayor longitud de onda) es más intenso y persiste durante mucho más tiempo, esto debido a que los rayos UVA penetran profundamente en la epidermis. La piel parece presentar la máxima sensibilidad a los 295 nm aproximadamente.
Para cuantificar los efectos biológicos de la radiación ultravioleta es necesario conocer la respuesta de los organismos vivos cuando incide sobre ellos esta radiación, debido a esto McKinlay y Diffey propusieron en 1987 el denominado coeficiente de acción eritemática. Este coeficiente espectral,
𝜀𝜀(𝜆𝜆)
, que caracteriza el efecto de eritema, es máximo a partir de los 0.280 µm y va decreciendo a medida que aumenta la longitud de onda. Así, el poder eritemático total de la radiación se define mediante la integral de irradiancia espectral total ponderada por el coeficiente de acción eritemático. Esto se expresa como:𝐸𝐸𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒= � 𝐼𝐼(𝜆𝜆)𝜀𝜀(𝜆𝜆)𝑑𝑑𝜆𝜆 (6)
𝐸𝐸
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 es la irradiancia eritemática y se mide en W/m2, y 𝐼𝐼(𝜆𝜆)
es la irradianciasolar a la longitud de onda
𝜆𝜆
a nivel de la superficie. Los valores del coeficiente de acción eritemática𝜀𝜀(𝜆𝜆)
están dados por:El espectro de acción eritemática (que puede observarse en la Figura 18) es una curva de efectos sobre los seres vivos, por lo que la magnitud representada no tiene unidades físicas, se ha tomado como unidad de efectividad el valor
correspondiente a 0,300 µm ya que es la zona donde se registra el máximo poder eritemático de la radiación ultravioleta. La Comission Internationale de l'Eclarage (CIE por sus siglas en francés) la adoptó bajo el estándar CIE S 007/E-1998. (Calle, Pérez, Casanova & Romo, 1999; Marín, 2007).
Marín Fernández (2007) expresa que:
Esta curva es la recomendada actualmente para la determinación de la radiación UV eritemáticamente activa o biológicamente efectiva (UVER) … La UVER es más significativa entre los 300 y 325nm, es decir, fundamentalmente en el rango de la UVB, lo que indica que en cuanto a efectos biológicos la radiación UVA es mucho menos relevante que la UVB. (p. 12).
Figura 18. Espectro de acción eritemática.
(McKinlay y Diffey, 1987)
La UVER se puede obtener mediante la siguiente expresión integral:
𝐼𝐼𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈 = � 𝐼𝐼(𝜆𝜆) 400 280
𝜀𝜀(𝜆𝜆) 𝑑𝑑𝜆𝜆 (7)
La integral tiene como límite inferior 280nm, por debajo del cual toda la radiación es absorbida antes de llegar a la superficie de la Tierra, y el límite superior (400nm) constituye la longitud de onda frontera entre el UVA y el espectro visible.
El estudio de la influencia eritemática se realiza a partir de la dosis mínima de UVER que produce un enrojecimiento perceptible en una piel humana no expuesta previamente a la radiación solar. Esta dosis se conoce internacionalmente como Dosis Eritemática Mínima (MED) y siempre está referida a un determinado fototipo de piel. Los fototipos cutáneos se establecen en función de la cantidad de melanina presente y, consecuentemente, de la capacidad natural para evitar el eritema.
Un MED (Dosis Eritemática Mínima) se define como la unidad de energía radiante UVB ponderada que produce un eritema apenas perceptible en la piel tipo II (piel clara) y es equivalente a 210 Joule por metro cuadrado (J/m²). También se puede cuantificar la radiación por medio de la MED/hora, la cual es una dosis (potencia/área) efectiva mínima de radiación UV que produce enrojecimiento de la piel humana (eritema) promedio de tipo II y se define como la razón (irradiancia propiamente dicha) con la que incide la radiación UVB sobre alguna superficie.
1 MED = 210 J/m2
1 MED/hora = (210/3600)(J/seg)/m2 = (7/120) W/m2 = 58.33 mW/m2
Los fototipos de piel están clasificados según la escala Fitzpatrick. Para cada fototipo existe un MED diferente, y por ende un equivalente específico en J/m2. En la Tabla 5 pueden observarse los distintos fototipos de piel, su MED respectiva y su quivalente en J/m2. (Calle, Pérez, Casanova & Romo, 1999; Marín, 2007).
Tabla 5:
Fototipos de piel y su Dosis Eritemática Mínima (MED)
Cada fototipo de piel tiene una respuesta distinta a la radiación UV, por ejemplo, el tiempo de exposición máximo para una persona con piel tipo II que recibe una irradiancia de 5 MED/hora UVB es el siguiente:
Eeritem = (MED/hora)(58.33 mW/m2)
(8) Eeritem = (5)(58.33 mW/m2) = 291.65 mW/m2
t= (60min)/(291.65/60) = 12.35 min
Fototipo de piel Características MED J/m2
I
Presenta intensas quemaduras solares, casi nunca se pigmenta. Piel sensible,
muy clara, cabello rojizo, pecas, ojos claros.
0.8 168
II
La piel se enrojece rápidamente pero se broncea lentamente. Piel sensible, clara,
cabello claro, con frecuencia ojos claros. 1 210
III
Riesgo de quemadura solar pero bronceado más claro y más lento. Piel trigueña, cabello castaño, ojos claros u
oscuros. 1.25 262.5
IV
Se quema moderada o mínimamente, bronceado rápido y profundo. Piel morena
menos sensible, cabello oscuro o negro,
ojos oscuros. 1.56 328.1
V
Rara vez se quema y se broncea pronto y en un tono oscuro. Piel oscura menos
sensible, cabello negro, ojos oscuros. 1.95 410.2
VI
Nunca se quema y se broncea profundamente. Piel muy oscura menos
sensible, cabello negro, ojos oscuros. 2.44 512.7
Nota. Adaptado de http://bit.ly/2xQILdm. Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica (s.f.).
¿Cómo se obtiene el IUV y el tiempo de exposición?
Una vez obtenido el tiempo de exposición máximo para la piel tipo II, solo basta con multiplicar dicho tiempo con los MED específicos de cada fototipo que están en la Tabla 5, y así se obtiene que los tiempos de exposición máximos ante una irradiancia de 5 MED/hora UVB son los siguientes:
Fototipo I: (12.35 min)(0.8) = 9.88 min
Fototipo II: (12.35 min)(1) = 12.35 min
Fototipo III: (12.35 min)(1.25) = 15.44 min
Fototipo IV: (12.35 min)(1.56) = 19.23 min
Fototipo V: (12.35 min)(1.95) = 24.08 min
Fototipo VI: (12.35 min)(2.44) = 30.13 min
Aunque estos cálculos muestran un tiempo de exposición “seguro” a la radiación UVB según el fototipo de piel, López de la Fuente (2002) comenta que:
Conviene recordar, que los efectos de la radiación UV sobre la salud tienen una secuencia acumulativa, independientemente del tipo de piel. El riesgo y daño de la salud pública ante la radiación UVB no es de un modo lineal, sino exponencial, según el cuadrado o incluso el cubo del crecimiento de la UVB, llegando al límite de la quema del tejido vivo. (p. 15).