Fotoproteção: qual é a diferença entre absorbância e transmitância?

Entenda a diferença entre absorbância e transmitância, assim como a importância desses parâmetros para avaliar a estabilidade de fotoprotetores.

Sabe-se que filtros solares são capazes de absorver, transmitir ou refletir luz em um determinado comprimento de onda. Dessa forma, transmitância é a fração de energia luminosa que consegue atravessar a espessura de um determinado material, sem ser absorvida, ou seja, a capacidade de transmitir luz. Já a absorbância é a energia luminosa absorvida pela espessura de determinado material. A absorbância e a transmitância de um material estão relacionados. Logo, quando a absorbância aumenta, a transmitância diminui. 

Neste artigo você irá ver:

• O que é absorbância e transmitância;
• A importância desses parâmetros na fotoproteção;
• Uso desses parâmetros para verificação de estabilidade e certificação UVA, por exemplo.

Absorbância

De maneira matemática, a absorbância de um filtro solar é a proporção de luz que é absorvida por esse material. Pode ser representada pela equação: A_λ = log₁₀ (I₀/I), onde A é a absorbância, I₀ é a intensidade da luz antes de passar pela amostra e I é a intensidade da luz que passou e foi filtrada pela amostra. Seus valores podem variar de 0 (100% de transmitância) a 2 (1% de transmitância). Portanto, valores altos de absorbância são associados com pouca luz passando completamente pela amostra. Já valores baixos (aqueles que se aproximam a 0), são associados com a maior parte da luz passando completamente pela amostra, e consequentemente, mais energia luminosa atingindo a pele. Logo, é possível observar que a absorbância está relacionada com a transmitância em uma forma logarítmica. Ao passo que a absorbância de uma solução aumenta, a transmitância diminui. 

Quanto maior a camada que a luz irá incidir sobre, maior é a absorbância. Ou seja, a transmissão de luz decresce com o aumento linear da espessura da camada. Então, quanto maior a espessura da camada, maior a absorbância. Além disso, a concentração de espécies absortivas também se relaciona com o aumento da transmitância. Essas relações serão explicadas posteriormente no artigo, usando a lei de Lambert-Beer.

Transmitância

Transmitância é a medida da intensidade do feixe de luz entrando na amostra comparada com a intensidade de luz que sai da amostra, possibilitando saber quanta energia luminosa atinge a pele. 

Se a intensidade da luz deixando a amostra é 76, por exemplo, e a intensidade da luz incidindo a amostra é 100, a transmitância seria 0.76 (e a transmitância em porcentagem seria 76%, uma vez que é só multiplicar o valor por 100. Também referido como %Transmitância). Isso significa que 76% dos fótons incidentes conseguiram deixar a amostra. Quando se pensa em fotoprotetores, isso significa que 76% dos fótons incidentes conseguiram atingir a pele.

Importância desses parâmetros

É comum usar o termo absorbância para descrever as características funcionais de um filtro UV/protetor solar. Por isso, quando você for pesquisar sobre fotoproteção em geral, provavelmente irá se deparar com esse termo, talvez até mais do que transmitância. Portanto, testes envolvendo a absorção de um filtro UV são cada vez mais comuns por fabricantes e pesquisadores para medir a fotoestabilidade de um filtro UV sozinho, assim como em combinação com outros filtros e ingredientes. Para medir e avaliar a fotoestabilidade, são analisadas as mudanças na absorção do produto/filtro UV após a irradiação. No gráfico abaixo (figura 1) é possível observar a diferença na absorbância de um produto fotoestável e de outro fotoinstável. 

A informação mais importante que deve estar destacada em um protetor solar é o fator de proteção solar (FPS). O FPS representa a razão entre a dose mínima eritematosa em pele protegida e pele desprotegida, analisando o tempo necessário para a produção de eritema em ambos os grupos (com e sem proteção).  Logo, após a aplicação de um protetor solar com FPS 30, o indivíduo poderia se expor 30 vezes mais até produzir o mesmo nível de eritema que ele produziria sem o uso de protetor solar.

Há alguns conceitos aplicados para avaliar e estudar a proteção dos protetores solares. A absorbância de determinado protetor solar, dentro do espectro eritemogênico da radiação UV, pode ser calculado usando a seguinte equação: A = (1-1/SPF) x 100.

Dessa maneira, produtos com FPS acima de 30 teriam um aumento sutil na absorbância dentro da faixa capaz de produzir eritema, um dos motivos que, algum tempo atrás, usar produtos com FPS alto não era muito bem justificado. 

Segundo uma sugestão feita pela FDA (Food and Drug Administration – órgão regulador dos Estados Unidos) em 1993, o valor do FPS poderia ser limitado em 30. Tal proposta foi baseada em um estudo, onde foi demonstrado que, por meio de espectrofotometria e análises matemáticas, o valor de absorbância de um determinado material poderia ser relacionado ao inverso do valor do FPS, conforme a equação: A = (1-1/SPF) x 100, onde A é a absorbância do produto. Com a aplicação da equação, pode se obter a relação entre absorbância e FPS. 

Como é possível observar no gráfico acima (figura 2), o ganho proporcional de absorbância em relação ao aumento de FPS é reduzido drasticamente quando o valor de FPS alcança 30. Então, esta justificativa levou o FDA a publicar uma monografia limitando o FPS em 30. 

Porém, alguns autores e estudiosos consideraram que a informação mais importante não é a absorbância, mas sim a transmitância, definida como a quantidade de energia que atravessa o filme protetor e alcança a pele. A obtenção do seu valor se dá pela equação: T = (1/SPF)x100. 

Olhando por essa perspectiva, um produto com FPS 30 permitiria que entrasse o dobro de radiação quando comparado a um produto com FPS 60, justificando assim o uso de um produto com valor de FPS maior. 

Um artigo publicado pelos autores Osterwalder e Herzog elucidou esse raciocínio. Os autores analisaram o quanto de energia que passa pelo protetor (transmitância), ao invés do quanto de energia que é absorvida (absorbância). A partir desse raciocínio, é possível notar que a energia que passa pelo protetor solar com FPS 60  (ou seja, a energia que atinge a pele) seria metade da energia transmitida pelo FPS 30. Desse modo, a proteção fornecida pelo FPS 60 seria o dobro da oferecida pelo FPS 30. 

A absorbância também pode ser usada para certificar a proteção de algum produto protetor solar.  O Boots Star Rating System é um sistema de classificação usado no Reino Unido para medida in vitro da relação entre a absorbância UVA sobre a absorbância UVB. Produtos com melhor absorbância UVA possuem melhor taxa de avaliação nesse sistema. 

O Food and Drug Administration (FDA – Estados Unidos) recentemente também mostrou interesse em rotular os produtos de proteção solar de acordo com a sua proteção UVA, assim como a extensão da absorbância UVA1 em relação a absorbância UV total do produto, analisado in vitro. 

Na figura abaixo (figura 5), o gráfico (A) representa o espectro de absorbância de uma formulação não-fotoestável contendo 7.5% de Octinoxate mais 3% de avobenzona. Essa formulação foi exposta a um estimulador de radiação UV com radiação de 0, 10, 20, 30 e 50 J/cm². A perda de absorbância e proteção é evidente. Já no gráfico (B), é possível observar o espectro de absorbância de uma formulação fotoestável, contendo 3% de avobenzona, componentes foto estabilizadores como Diethylhexyl 2,6-Naphthalate (Corapan^® TQ), mais oxibenzona, assim como outros filtros UVB, para fornecer proteção de amplo espectro. A amostra foi irradiada da mesma maneira que a amostra A (com 0, 10, 20, 30 e 50 J/cm²). É possível notar que houve baixa perda de absorbância em todo o espectro. 

Na Europa, por exemplo, é necessária uma razão 1:3 no valor de proteção UVA/UVB. A avobenzona fornece o maior e mais amplo espectro de proteção. Porém, esse filtro não é fotoestável, tanto isolado, quanto em combinação com alguns outros filtros específicos. A avobenzona se decompõe em outras moléculas que não absorvem UVA. Logo, uma formulação feita pensada no poder de absorção superior da avobenzona, pode perder rapidamente seu efeito de proteger no campo UVA. 

Na amostra (A), a avobenzona reagiu com octinoxate, produzindo novos compostos que não absorvem mais a luz UV. Nesse caso, o estado excitado da avobenzona destrói dois filtros UV: a própria avobenzona e o octinoxate. Essa reação explica o motivo da perda de absorbância da amostra (A).

Sabe-se que para se obter uma eficiência máxima de proteção é necessário oferecer proteção UVB e UVA, comprovado através de testes in vivo e in vitro. Portanto, se um produto apresenta baixa estabilidade, ele precisa oferecer uma proteção significativamente maior do que aquela exposta no rótulo da embalagem. Portanto, um filtro UV que não é fotoestável precisa ter concentração excessiva de filtros UV para compensar a diminuição de absorbância que irá ocorrer após a exposição UV. 

Na figura abaixo (figura 6), há um gráfico mostrando o espectro de absorbância dos filtros DHHB (Sunsafe^®️ DHHB), DPDT (Sunsafe^®️ DPDT), MBBT (bisoctrizole), e BMDM (avobenzona). Cada filtro foi incorporado em uma concentração padrão em um nível de 5% como ativo. Testes como esse ajudam a mostrar o(s) pico(s) de absorção de cada filtro, sendo útil para mostrar qual filtro pode ser mais eficiente em determinada região do espectro.

Além disso, a absorbância pode ser usada para o desenvolvimento e descoberta de novos filtros.  A hidroxiapatita pura e em escala nanométrica têm sido desenvolvida por conta de sua capacidade de absorver na região do UV, além de ser biocompatível. Sua capacidade de absorver e espalhar a radiação solar vem sendo explorada. No gráfico abaixo (figura 7), é possível ver sua absorção nas regiões UVC, UVB e parte do UVA, com máximo de absorção em 289 nm. 

Absorbância e Transmitância vs. espessura da amostra

Segundo a lei de Lambert-Beer, a absorbância é proporcional à concentração da amostra. Por exemplo, se um feixe de luz de determinado comprimento de onda passar por uma solução bastante diluída, pode-se imaginar que os fótons irão encontrar pouca quantidade de espécies químicas absorventes, propiciando um número alto de %Transmitância e um número baixo de absorbância. Pensando ao contrário, se o mesmo feixe de luz passar por uma solução altamente concentrada, os fótons irão encontrar um grande número de espécies químicas absorventes, diminuindo assim a %Transmitância e aumentando a absorbância. Além disso, se um feixe de luz encontrar uma solução por um longo período de tempo, é possível obter baixa %Transmitância e alta absorbância. Mas, se o feixe de luz encontrasse a solução por um período curto de tempo, é possível obter alta %Transmitância e baixa absorbância. Logo, a absorbância é proporcional ao comprimento que esse feixe de luz percorre dentro da amostra.

Um estudo realizado com protetores solares da marca Nivea (Beiersdorf AG, Hamburgo, Alemanha), mostrou que há uma relação linear entre a concentração da solução e a absorbância. À medida que a concentração da solução de um protetor solar aumenta, a absorbância aumenta proporcionalmente. Pode-se concluir então que a espessura de uma camada de protetor solar na pele é proporcional à absorbância da luz UV que o produto pode proporcionar. 

Compostos inorgânicos, como dióxido de titânio e óxido de zinco, espalham e refletem a luz, mas mais importante, essas substâncias também absorvem a luz UV. Com o espalhamento de um raio de luz por um filtro UV na pele, a via não permanece reta, e o comprimento do caminho da luz difusa pode se tornar maior, aumentando assim a eficiência da absorbância desses filtros. Logo, a combinação de compostos orgânicos e inorgânicos é muito útil, uma vez que a absorção está diretamente ligada com o comprimento da via e, com a inclusão de pigmentos orgânicos (dióxido de titânio e óxido de zinco), por exemplo, aumentaria a via de absorção, permitindo mais interações dos fótons de UV com os filtros. 

Para ser eficaz na prevenção de queimaduras solares e outros danos cutâneos, o filtro solar deve possuir uma absorbância que varie entre 290 e 400 nm. Em um estudo comparativo, um protetor solar contendo 5% de Benzofenona-3, 7.5% de Octilmetoxicinamato e 5% de Octil Salicilato exibiu ótimos números de absorbância 

quando comparado a outros protetores solares. Isso ocorreu provavelmente porque a amostra analisada possuía mais quantidade de ativos protetores que as outras amostras, apresentando portanto, um FPS maior.^[2]

Além disso, a combinação de filtros físicos também mostrou efeitos positivos na diminuição de transmitância. Por meio de estudos de espectrofotometria, 20% de óxido de zinco e 20% de dióxido de titânio foram capazes de reduzir a transmitância nas porções UVA e visíveis em aproximadamente 20%. Logo, a combinação de óxidos de zinco e de ferro é sinérgica, reduzindo de maneira eficaz a %Transmitância na porção UVA e visível, para níveis próximos de 1.5%.^[6]

Conclusão

De maneira sucinta, a transmitância é a energia luminosa que passa pelo protetor solar, sendo que seu residual alcança a pele, enquanto a absorbância é a capacidade de determinado material de reter (absorver) a energia luminosa. Ambos os parâmetros se relacionam. Uma vez que a absorbância é alta, a transmitância diminui. Contudo, se a absorbância for baixa, a porcentagem de transmitância é alta. Esses dois parâmetros são usados para alguns testes e avaliações em fotoprotetores. A absorbância pode ser usada para avaliar a estabilidade de fotoprotetores. Se a absorbância cair significativamente após a irradiação, o protetor solar não é estável. Além disso, também pode ser usado para certificar proteção UVA em produtos. No método Boots Star Rating System, quanto maior for a absorbância no comprimento UVA, maior será a classificação do produto. Também é possível usar a análise de absorbância para desenvolver novos filtros, como é o caso da hidroxiapatita pura, que absorve na região UV e é biocompatível.

No passado, segundo a FDA, fotoprotetores com FPS acima de 30 não eram justificáveis, pois o aumento de absorbância a partir dele não aumentava significativamente. Porém, a transmitância também é um parâmetro que deve ser analisado. Portanto, após a publicação de um artigo de Osterwalder e Herzog, mostrou que a transmitância do FPS 30 para o FPS 60 cai pela metade, diminuindo assim a quantidade de energia luminosa que atinge a pele. Estudos como esse mostraram que o uso de produtos com FPS acima do valor 30 são sim justificáveis.

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Referências
[1] DE ARAÚJO, T. S.; DE SOUZA, S. O. Protetores solares e os efeitos da radiação ultravioleta. Scientia plena, v. 4, n. 11, 2008.
[2] DUTRA, Elizângela Abreu et al. Determinação do fator de proteção solar (FPS) de protetores solares por espectrofotometria no ultravioleta. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 40, n. 3, p. 381-385, 2004.
[3] HARDESTY, Jon H.; ATTILI, Bassam. Spectrophotometry and the Beer-Lambert Law: An Important Analytical Technique in Chemistry. Collin College, Department of Chemistry, 2010.
[4] KAIMAL, Sunscreens Dr Sowmya; ABRAHAM, Anil. Johnite. net.
[5] LIM, H. W.; DRAELOS, Z. D. In Clinical Guide to Sunscreens and Photoprotection; Informa Healthcare USA. Inc., New York, 2009.
[6] LOWE, N. J. An overview of ultraviolet radiation, sunscreens, and photo-induced dermatoses. Dermatologic clinics, v. 24, n. 1, p. 9-17, 2006.
[7] NASH, J. Frank; TANNER, Paul R. Relevance of UV filter/sunscreen product photostability to human safety. Photodermatology, photoimmunology & photomedicine, v. 30, n. 2-3, p. 88-95, 2014.
[8] SCHALKA, Sérgio et al. Brazilian consensus on photoprotection. Anais brasileiros de dermatologia, v. 89, n. 6, p. 1-74, 2014.
[9] SCHALKA, Sergio; REIS, Vitor Manoel Silva dos. Sun protection factor: meaning and controversies. Anais brasileiros de dermatologia, v. 86, n. 3, p. 507-515, 2011.[10] VIRACHUNYA, Piset; PINVISES, Andrew. Effectiveness of nivea sunscreen under ultraviolet light. ISB Journal of Physics, p. 26-28, 2008.Farmacêuticas da Universidade de São Paulo. Departamento de Farmácia. São Paulo, 2002.