I filtri solari, questi sconosciuti Cosa sono e come funzionano

08.01.2016

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I filtri solari, questi sconosciuti! Cosa sono e come funzionano?

Prof. Luca Valgimigli

I filtri solari sono sostanze, naturali o sintetiche che vengono inserite nelle formulazioni cosmetiche per proteggerle dai danni causati dalla radiazione solare. Nel caso dei cosmetici solari, sono responsabili del “fattore di protezione” o SPF (Solar Protection Factor), il cui valore indica quanto il prodotto solare proteggerà dal sole la nostra pelle, evitando eritemi ed altri danni come il foto-invecchiamento. 

Cosa sono e come agiscono i filtri solari? 

Il principio è semplicissimo: i filtri solari riducono la quantità di radiazione luminosa che colpisce la superficie su cui sono applicati, ad esempio sulla pelle. La differenza tra i diversi tipi di filtri sta nel come raggiungono questo risultato.

I filtri fisici riflettono una parte della radiazione solare, lasciando passare solo una quantità limitata attraverso la pelle. Essi, quindi, non interagiscono con la radiazione solare e non ne sono alterati in alcun modo. 

I filtri chimici, al contrario, assorbono parte della radiazione solare e la utilizzano per raggiungere stati quantici di energia superiore. Immediatamente questo eccesso di energia è rilasciata sotto forma di calore, cosicché il filtro è pronto per assorbire altra radiazione solare.
I diversi meccanismi di azione sono riassunti nella figura a fianco. In entrambi i casi, la quantità di energia che viene lasciata passare (cioè che non viene riflessa o assorbita) dipende dalla quantità di filtro applicata, che determina il fattore di protezione.Ciascuno dei due tipi di filtri offre vantaggi e svantaggi: i filtri fisici hanno il vantaggio di essere completamente stabili e non essere danneggiati dalla radiazione solare. Inoltre, composti come l’ossido di zinco sono totalmente inerti pertanto sono molto sicuri per la pelle. Il loro svantaggio è la difficoltà di raggiungere protezioni elevate senza produrre l’effetto bianco. Per ridurre tale effetto è possibile usarli in forma micronizzata, molto più pregiata (BeC li utilizza in tutte le protezioni solari). Ma anche in forma micronizzata non è possibile raggiungere protezioni molto alte senza che diventino visibili.

Pertanto, nelle protezioni alte vengono associati ai filtri chimici. I filtri chimici hanno il vantaggio di essere molto efficaci e offrire protezioni elevate pur essendo invisibili, si disperdono meglio nella formulazione dando una protezione più omogenea (che corrisponde ad un’abbronzatura più omogenea!), ma poiché assorbono l’energia della radiazione solare, hanno il rischio di foto-degradarsi o di dare origine a reazioni fotochimiche.

In conclusione, facciamo un po’ di chiarezza su un punto importante: spesso si confonde l’espressione filtro chimico con filtro sintetico cioè artificiale, mentre si ritiene che il filtro fisico sia naturale. Questo non è necessariamente vero!
I filtri fisici sono normalmente inorganici, cioè sali minerali e, di solito, sono naturali, ma possono anche essere sintetici, cioè prodotti artificialmente.

Al contrario i filtri chimici più comuni sono spesso sintetici, cioè prodotti dall’uomo, tuttavia esistono anche alcuni esempi di filtri chimici naturali. Uno dei più importanti è il gamma-orizanolo che si estrae dalla crusca di riso (vedi figura a fianco), ma ne esistono altri come l’acido cinnamico, contenuto nella cannella, diffuso nelle piante Brassicacee (cavoli, broccoli) e nel burro di Karité, i carotenoidi (contenuti ad esempio in carote, pomodori ed una varietà di frutti rosso-arancioni), la vitamina E e numerosi altri. 

Questi composti hanno anche il vantaggio di presentare ulteriori proprietà (es. antiossidanti, lenitive, disarrossanti, anti-age ecc.), purtroppo però, non hanno la stessa efficacia alla stregua di filtri chimici sintetici. BeC utilizza filtri chimici naturali quando non sono necessari alti fattori di protezione (es. Huile SolE’), ma quando questi sono necessari, occorre associare anche quelli sintetici.Quindi, non lasciamoci ingannare dalle parole come filtri chimici o fisici si riferiscono al meccanismo di azione e non alla loro origine. Questa può essere naturale o sintetica, ma la cosa veramente importante è la loro stabilità alla radiazione solare che è fondamentale per la nostra sicurezza al sole.

Acidi grassi (saturi, mono-insaturi e poli-insaturi)

Vengono comunemente chiamati acidi grassi gli acidi organici che si riscontrano nella composizione dei lipidi cioè negli oli e grassi animali e vegetali, sia in forma libera, che in forma di esteri con il glicerolo (es. nei trigliceridi) o con alcoli “grassi”, cioè alcoli a lunga catena, per formare le cere. Gli acidi grassi sono acidi carbossilici (formula R-COOH) che hanno una lunga catena carboniosa (R), a differenza dei comuni acidi organici come l’acido acetico e l’acido propionico che hanno in tutto 2 o 3 atomi di carbonio, rispettivamente. Gli acidi grassi si definiscono saturi se non hanno doppi legami carbonio-carbonio, (chiamati “insaturazioni”), si definiscono mono-insaturi se ne hanno solo uno, si definiscono poli-insaturi se hanno due o più doppi legami (vedi figura). La dicitura omega-3 (ω-3) o omega-6 (ω-3), si riferisce alla posizione del primo doppio legame a partire dal fondo della catena di atomi di carbonio: se il primo doppio legame si incontra dopo 3 atomi di carbonio l’acido grasso è classificato come, omega-3, se dopo sei atomi di carbonio omega-6, come mostrato nella figura. I più comuni acidi grassi saturi sono l’acido palmitico (16 atomi di carbonio e nessun doppio legame, C16:0) e l’acido stearico (18 atomi di carbonio, 18:0), il più comune mono-insaturo è l’acido oleico, tipico dell’olio di oliva (18 atomi di carbonio ed 1 doppio legame in posizione 9, C18:1; ω-9), mentre i più comuni poli-insaturi sono l’acido linoleico e l’acido linolenico, capostipiti rispettivamente degli omega-6 e omega-3 (si veda la figura.

Prostaglandine, Trombossani, e Leucotrieni

Prostaglandine, Trombossani, e Leucotrieni sono messaggeri chimici o mediatori, cioè molecole che portano a specifiche cellule un messaggio e attivano o disattivano delle risposte metaboliche in tali cellule. Hanno quindi una funzione simile agli ormoni, solo che, a differenza di quanto fanno gli ormoni, il messaggio chimico viene portato solo a breve distanza cioè solo alle cellule che si trovano nelle vicinanze del luogo dove i mediatori sono stati prodotti. Esistono diverse prostaglandine, diversi trombossani e diversi leucotrieni che portano specifici messaggi. In molti casi questi funzionano da mediatori del processo infiammatorio, quindi innescano tutti gli eventi che sono coinvolti nell’infiammazione:

  • vasodilatazione con conseguenza afflusso di sangue (rossore),
  • aumento della permeabilità capillare con conseguente essudazione di liquidi (gonfiore o edema)
  • stimolazione di segnali nervosi nocicettivi (dolore)
  • richiamo in loco di cellule del sistema immunitario che attacchino un eventuale invasore (azione chemiotattica)
  • attivazione della biosintesi di tessuto cicatriziale per rinforzare o riparare la parte colpita (anche se non ce n’è bisogno)
  • generazioni di radicali liberi che possono distruggere chimicamente un invasore (ma danneggiano anche i nostri tessuti, cioè “sparano nel mucchio”).

Le prostaglandine e i trombossani però svolgo anche ruoli fisiologici importanti in condizioni di normalità, cioè in assenza di infiammazione. Ad esempio, regolano la secrezione di muco che protegge le pareti dello stomaco, regolano la biosintesi delle cartilagini e del liquido sinoviale nelle articolazioni, regolano la vasodilatazione, quindi il corretto afflusso di sangue nei vari distretti locali ed altre.

Ciclossigenasi e Lipoossigenasi e il processo infiammatorio

La ciclossigenasi e la lipoossigenasi sono le due famiglie di enzimi che vengono comunemente coinvolte nel processo infiammatorio, attraverso un complesso di reazioni che viene chiamato cascata dell’acido arachidonico. Tale complesso di reazioni si sviluppa così: un primo enzima, una fosfolipasi scinde i fosfolipidi delle membrane biologiche liberando l’acido arachidonico, un acido grasso poli-insaturo con 20 atomi di carbonio (acido eicosa-5Z,8Z,11Z,14Z-tetraenoico; C20:4; -6). L’acido arachidonico viene poi trasformato da due vie enzimatiche parallele, cioè da due famiglie di enzimi: la cicloossigenasi che lo straforma in prostaglandine e in trombossanie e la lipoossigenasi che lo trasforma in idroperossidi che a loro volta si trasformano in leucotrieni.
Esistono due isoforme della ciclossigenasi indicate con tipo 1 e tipo 2, brevemente COX-1 e COX-2. La COX-1 è l’enzima presente nella maggior parte delle cellule (tranne i globuli rossi), ed è costitutivo, cioè è presente sempre. La COX-2 è una isoforma inducibile di cicloossigenasi: è presente in modo costitutivo in alcuni organi come cervello, fegato, rene, stomaco, cuore e sistema vascolare, mentre può essere indotto (cioè sviluppato all’occorrenza) in seguito a stimoli infiammatori sulla pelle, i globuli bianchi e i muscoli.
Esistono vari tipi di lipoossigenasi che portano a prodotti diversi, la più importante nel processo infiammatorio è la 5-lipoossigenasi, 5-LOX.

Trigliceridi

I trigliceridi sono i principali componenti della maggior parte degli oli e grassi. Si tratta di molecole pesanti, non volatili e poco polari, insolubili in acqua, composte dal glicerolo (o glicerina) esterificato con tre molecole di acidi grassi: quindi è un tri-estere della glicerina, da cui deriva il nome. Ciascun acido grasso contiene da 8 a 22 atomi di carbonio (comunemente da 16 a 18) e può essere saturo, mono-insaturo o poli-insaturo. La dimensione degli acidi grassi e la loro saturazione determina le proprietà fisiche e sensoriali dei trigliceridi, che possono apparire come oli (liquidi a temperatura ambiente) o grassi (solidi o semisolidi) e possono avere maggiore o minore untuosità e scorrevolezza sulla pelle. I trigliceridi insaturi o con acidi grassi più corti sono più fluidi ed hanno maggiore scorrevolezza.

Terpeni e terpenoidi

I terpeni o terpenoidi sono una grande famiglia molecole naturali, tipicamente contenenti da 10 a 30 atomi di carbonio, che vengono biosintetizzate a partire da un “mattone” comune, l’isopentenil pirofosfato (IPP), contente 5 atomi di carbonio (vedi figura). La scoperta che il mattone ripetitivo consta di 5 atomi di carbonio è relativamente recente, mentre un tempo si era ipotizzato l’intera famiglia fosse creata con la ripetizione di un mattone di 10 atomi di carbonio, che fu chiamato “terpene”. Pertanto vennero chiamati mono-terpeni le molecole di 10 atomi di carbonio (come il limonene, vedi figura) cioè composte da un solo mattone, diterpeni quelle con 20 atomi di carbonio (es. il cafestolo che da’ l’aroma al caffè), triterpeni quelle con 30 atomi di carbonio (es. il beta-carotene). Poiché si trovarono anche molecole fatte da 15 atomi di carbonio (come il bisabololo) si pensò che contenessero un terpene e mezzo e vennero chiamate sesquiterpeni (dal latino semis = mezzo + atque = e). Oggi si sa che l’unità ripetitiva è composta da 5 atomi di carbonio, pertanto è facile capire come i mono-terpeni ne contengano due (vedi figura), i sesquiterpeni tre, i diterpeni quattro, i triterpeni sei.