Biologie de la peau

Le rayonnement solaire et la peau : définitions

dimanche 11 novembre 2012 par Michel Démarchez

Le soleil est une des 234 milliards d’étoiles de notre galaxie : la voie lactée et c’est l’étoile autour de laquelle gravite la terre à une distance d’environ 150 millions de kilomètres. Les réactions de fusion nucléaire qui ont lieu au cœur du soleil libère une énergie colossale qui nous parvient 8 minutes plus tard sous la forme du rayonnement solaire  .

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Composition du rayonnement solaire et son interaction avec la peau

 1. Nature du rayonnement solaire  .

Le rayonnement solaire est composé des rayons cosmiques composées de particules hautement énergétiques et d’ondes électromagnétiques de longueurs d’onde variées allant des ondes courtes qui comprennent, les rayons gamma, les rayons X , les ultraviolets C (UV  -C), aux ondes longues qui incluent les ultraviolets B (UV-B), les ultraviolets A (UV-A), la lumière visible, les infrarouges (IR), les micro-ondes et les ondes radio.

Selon le principe de dualité onde‐corpuscule, le rayonnement électromagnétique émis par le soleil peut être décrit de deux manières : c’est à la fois une onde électromagnétique caractérisée par une fréquence ν et une longueur d’onde λ, mais c’est également un flux de particules de masse nulle appelées photons se déplaçant dans le vide à une vitesse c (c ≈ 3.108 m.s 1). Ces deux modélisations sont liées par les lois suivantes :

Au sein du spectre électromagnétique solaire, l’oeil de l’Homme ne perçoit qu’une petite portion du spectre, appelée « lumière visible », qui couvre les longueurs d’ondes entre 380 nm (violet) et 780 nm (rouge)

Les rayonnements ultraviolets (UV) sont des rayonnements électromagnétiques dont la longueur d’onde est comprise entre 100 et 400 nm. Le spectre UV est sous‐divisé en 3 régions : les UVA (λ = 320–400 nm), les UVB (λ = 280–320 nm) et les UVC (λ = 100–280 nm). Les UVB et les UVA représentent respectivement 0,3 % et 5,1 % du rayonnement solaire parvenant à la surface de la Terre, la majorité de ce rayonnement étant composé de lumière visible (62,7%) et d’infrarouges (31,9%). Les UVC et les UVB de courte longueur d’onde (280–295 nm) sont absorbés par la couche d’ozone   de la stratosphère. Toutefois, en raison de la diminution de la couche d’ozone dans certaines régions du globe, la lumière solaire parvenant à la surface de la terre a tendance à s’enrichir en rayonnements UVB et UVC (Lloyd, 1993).

Les UV constituent, d’un point de vue énergétique, la partie la plus active du rayonnement solaire auquel sont soumis les organismes vivants. Ils sont donc responsables de la grande majorité des effets délétères liés à l’exposition solaire. La peau est bien entendu la première cible des rayonnements UV. L’épiderme   atténue la transmission des rayonnements de longueur d’onde < 300 nm, mais laisse passer les rayonnements moins énergétiques (Young et al., 1998). Les UVB sont donc absorbés principalement au niveau de l’épiderme et du derme   superficiel tandis que les UVA, la lumière visible et les infrarouges pénètrent beaucoup plus profondément dans la peau.

 2. Variabilité du rayonnement solaire

La composition quantitative et qualitative du rayonnement solaire qui touche notre peau est dépendante de nombreux facteurs.

La localisation géographique joue un rôle important. Ainsi la quantité d’UV reçue est fonction de l’altitude ; elle augmente de 4% tous les 300m, (à 3000m d’altitude, elle est 40% plus importante qu’au niveau de la mer. L’absorption atmosphérique est également dépendante de la latitude ; elle est plus faible au niveau des régions tropicales (rayonnement vertical=trajet plus court) que dans les régions polaires (rayons solaires plus inclinés= trajet plus long au sein de l’atmosphère). Ainsi, l’efficacité « à bruler » des UV est 5 fois plus importante selon que l’on se trouve aux tropiques ou en Europe du Nord.

La période d’exposition, heure et saison, sont également des facteurs majeurs. Quand le soleil est à son zénith (midi solaire), la quantité d’UV délivrée est maximale (30% de l’énergie entre 11h et 13h). La quantité d’énergie reçue en un point n’est pas la même selon les saisons. En France, elle est maximale au début du mois de juillet.

La durée d’exposition est primordiale et peut être influencée par les conditions environnementales. La présence de nuages en limitant la fraction infrarouge par la présence de la vapeur d’eau qu’ils contiennent et donc en diminuant l’impression de chaleur ressentie va favoriser la surexposition aux UV. De même, le vent et l’humidité atmosphérique vont avoir un effet sur le ressenti calorique et donc sur la durée d’exposition. La pollution atmosphérique des grandes villes diminuent essentiellement les UVA et la lumière visible sans avoir d’effet majeur sur les UVB. Un nageur pourra prendre des coups de soleil en se baignant car l’eau laisse passer les UV, 40% étant encore actifs à 50 cm de profondeur et il n’aura pas de sensation de chaleur.

Enfin la nature de la surface des sols influe sur la lumière réfléchie. Les coups de soleil pris en pratiquant le ski sont en partie dus au rayonnement rétrodiffusé par la neige. De même, le sable en réfléchissant une partie du rayonnement solaire limite la photoprotection d’un parasol.

 3. Le phototype  

Le phototype permet de classer des sujets en fonction de la couleur de la peau, des cheveux et des yeux, de l’aptitude au bronzage, à prendre des coups de soleil (pour revue, voir Astner et al., 2004).

Il existe six phototypes. Plus le phototype est faible, plus le sujet est sensible aux effets du soleil et plus il devra se protéger.

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Phototypes cutanés

 4. La dose érythémateuse minimale   ou DEM

La DEM est la plus petite quantité de lumière capable de déclencher après 24h, un coup de soleil   à bords nets à l’endroit de l’exposition. Exprimée en mJ/cm2 ou J/cm2, la DEM permet de déterminer chez un individu, le risque d’érythème, et la photosensibilité.

Pour mesurer la DEM, on utilise le test de Saidman qui consiste à administrer des doses croissantes, d’un rayonnement en lumière totale (UV, visible, IR) selon une progression arithmétique ou géométrique . Il démontre essentiellement les effets des UVB, sur la peau du dos (DEMB). La lecture se fait à la 24e heure.
Une DEMA peut être établi par administration croissante d’un rayonnement UVA seul. La lecture se fait alors entre 4h et 6h après l’irradiation.

Ce test permet aussi de déterminer la photoprotection naturelle par la recherche des doses induisant une pigmentation   immédiate ou retardée. La lecture se fait juste après ou 2h après l’irradiation pour la photoprotection immédiate, et à la 96 h pour la photoprotection retardée.

Ces valeurs de DEM varient d’un individu à un autre, et dépendent fortement du phototype.

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Phototypes, DEM et SPF

La DEM est 60 fois plus élevée chez un individu à peau noire, et le bronzage d’une peau blanche multiplie la DEM par 10. Elle va varier avec l’âge, principalement en raison de la diminution du nombre de mélanocytes  .

 5. L’indice de protection   (IP) d’une crème solaire

L’efficacité anti-solaire d’un produit solaire est déterminée par trois valeurs : le facteur de protection solaire (Sun Protection Factor, SPF), le facteur de protection UVA   (FP-UVA) et la longueur d’onde critique   (λc).

Le Facteur de Protection Solaire (FPS) , également dénommé l’indice de protection (IP) d’une crème solaire ou encore Sun Protection Factor (SPF), est une mesure d’efficacité de celle-ci contre les coups de soleil induits par les UVB. Il a la même signification dans tous les pays.

Le facteur de protection solaire a été définie par Schulze [12] en 1956 de la manière suivante : c’est le rapport entre la dose érythémale minimale sur une peau protégée par un produit de protection solaire et la dose érythémale minimale sur la même peau non protégée :

SPF = DME peau protégée / DME peau non protégée

Il est calculé selon une méthode proposée par le Colipa (Comité de liaison des industries de la parfumerie) et appliquée par tous les laboratoires (INTERNATIONAL SUN PROTECTION FACTOR (SPF) TEST METHOD) qui consiste à délivrer une série de doses érythématogènes à des sujets volontaires à l’aide de sources artificielles d’UV. Selon cette méthode, le SPF traduit l’augmentation du temps d’exposition nécessaire pour induire un érythème lorsque la peau est protégée.

A titre d’exemple :

-* un FPS de 2 signifie que le temps d’exposition requis pour induire un érythème est deux fois plus important lorsque la peau est protégée que lorsqu’elle ne l’est pas.

-* Si un individu qui prend un coup de soleil après 12 mn d’exposition sans protection, un FPS de 20 signifie qu’il lui faudra 4h (20x12=240 mn) pour avoir un coup de soleil identique avec cette crème solaire.

Cette méthode in vivo présente cependant 3 inconvénients principaux :

  1. les quantités de produits appliquées sur les sujets (2 mg /cm2) sont supérieures à la réalité (0,5 à 1,5 mg/cm2) [16].
  2. Ensuite, les doses d’UV reçues par les volontaires sont non négligeables.
  3. Et finalement, les résultats varient selon les sujets recrutés et la saison à laquelle les tests sont effectués.

Le facteur de protection UVA est le rapport entre la dose d’UVA minimale nécessaire pour induire un effet de pigmentation persistante sur une peau protégée par un produit de protection solaire et la dose d’UVA minimale nécessaire pour induire le brunissement minimal sur la même peau non protégée. Il donne une indication de la protection vis-à-vis des rayonnements UVA qui joue un rôle majeur dans les effets sur des UV sur le derme et le photovieillissement   cutané et la photocarcinogénèse   et est complémentaire du FPS qui s’est montré insuffisant pour définir seul une photoprotection à large spectre (Bernerd et al., 2003). Il est mesuré par la méthode in vivo qui évalue la réponse pigmentaire induite par les UVA, suite à la photo-oxydation des mélanines   dans l’épiderme. On distingue la méthode IPD (Immediat Pigmentation Darkening) de la méthode PPD (Persistent Pigmentation Darkening). La méthode IPD mesure la réponse pigmentaire immédiatement et jusqu’à 15 minutes après une irradiation d’une dose d’UVA comprise entre 1 à 6 J/cm2. Elle est rapide et simple à mettre en place mais les résultats sont peu reproductibles. La méthode PDD mesure la réponse pigmentaire 2 heures après une dose d’irradiation de 10 à 25 J/cm2 d’UVA. Cette méthode est plus longue mais aussi plus fiable (Moyal et al., 2000a et 2000b).

La longueur d’onde critique (λc) est la longueur d’onde pour laquelle l’intégrale de la courbe du spectre d’absorption
commençant à 290 nm atteint 90 % de l’intégrale entre 290 et 400 nm. Elle est, quant à elle, déterminée in vitro. Selon la Recommandation de la Commission relative aux produits de protection solaire et aux allégations des fabricants quant à leur efficacité, elle doit être d’au moins 370 nm.

La #Recommandation de la CE relative aux produits de protection solaire et aux allégations des fabricants quant à leur efficacité indique que les deux conditions de validité d’un produit solaire sont : un ratio SPF sur FP-UVA inférieur ou égal à 3 et une longueur d’onde critique d’au moins 370 nm. Selon les valeurs de facteurs de protection solaire mesurées, un produit solaire est classé dans une catégorie de protection. Quatre catégories de protection existent actuellement, allant de faible à très haute.

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Les différentes catégories de produits solaires
Selon la Recommandation de la Commission Européenne, l’efficacité des produits de protection solaire doit être indiquée sur l’étiquette par une référence à des catégories
telles que « faible » — « moyenne » — « haute » — « très haute »
protection. Chaque catégorie doit être équivalente à un niveau normalisé de protection contre les rayons UVB et
UVA.

Le terme « écran total » est interdit pour les crèmes solaires, car aucune crème solaire, même à haut indice de protection, ne peut bloquer 100% des UV.

Bibliographie

COMMISSION DES COMMUNAUTES EUROPEENNES. Recommandation du 22 septembre 2006 relative aux produits de protection solaire et aux allégations des fabricants quant à leur efficacité. Journal officiel, n° L265/39 du 26/09/2006.

Astner S, Anderson RR. Skin phototypes 2003. J Invest Dermatol. 2004
Feb ;122(2):xxx-xxxi.

Bernerd F, Vioux C, Lejeune F, Asselineau D. The sun protection factor (SPF) inadequately defines broad spectrum photoprotection : demonstration using skin reconstructed in vitro exposed to UVA, UVB or UV-solar simulated radiation. Eur J Dermatol. 2003 May-Jun ;1 (3):242-9.

Lloyd, S.A. 1993. Stratospheric ozone depletion. Lancet. 342:1156‐8.

D. Moyal, A. Chardon, N. Kollias. Photodermatology, Photoimmunology &
Photomedicine 16 (2000a) 245-249.

D. Moyal, A. Chardon, N. Kollias. Photodermatology, Photoimmunology &
Photomedicine 16 (2000b) 250-255.

Young, A.R., C.A. Chadwick, G.I. Harrison, O. Nikaido, J. Ramsden, and C.S. Potten. 1998. The
similarity of action spectra for thymine dimers in human epidermis and erythema suggests that DNA is the chromophore for erythema. J Invest Dermatol. 111:982‐8.


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