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VARIABILIDAD DE LA RADIACIÓN PARA LA SÍNTESIS DE VITAMINA D EN EL SUR DE SUD-AMÉRICA

Susana Díaz1, Maria Vernet2, Alejandro Paladini1,Carolina Camilión3, Humberto Fuenzalida4, Guillermo Deferrari5, Charles R. Booth6, Sergio Cabrera7, Claudio Casiccia8, María Dieguez9,

Charlotte Lovengreen10, Jorge Pedroni11, Alejandro Rosales11

1Instituto de Genética y Biología Molecular (INGEBI), CONICET, Vuelta de Obligado 2490, 1428, Argentina.

2Integrative Oceanography Division, Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, La Jolla, CA 92093-0218, USA.

3NSF/Centro Austral de Investigaciones Científicas, B. Houssay 200, 9410, Ushuaia, Argentina.

4Universidad de Chile, Departamento de Geofísica, Casilla 2777, Santiago, Chile. 5Centro Austral de Investigaciones Científicas (CADIC), CONICET, Lab. UV y Ozono, B.

Houssay 200, 9410, Ushuaia, Argentina. 6Biospherical Instruments Inc., 5340 Riley St, San Diego CA 92110, USA.

7Universidad de Chile, Facultad de Medicina Instituto de Ciencias Biomédicas ICBM Progr. Biol. Cel. y Mol. Independencia 1027, Santiago, Chile.

8Universidad de Magallanes, Laboratorio de Ozono y RUV, Casilla 113-D Punta Arenas, Chile.

9Universidad del Comahue, CRUB, Lab. de Fotobiología, 8400 Bariloche. 10Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias, Ed. Emilio Pugin, Casilla 567,

Valdivia, Chile. 11Universidad de la Patagonia S. J. Bosco, Dep. Física, Gales 50, 9100 Trelew, Argentina.

RESUMEN La radiación ultravioleta solar (RUV) juega un papel clave en varias funciones biológicas,

incluyendo la salud humana. Las relaciones entre la radiación solar y los cánceres de piel y la radiación ultravioleta solar y la síntesis de vitamina D por parte del organismo son bien conocidas. Esta vitamina actúa previniendo el raquitismo y otros problemas óseos. Pero, además, existen señales que muestran que un déficit en los niveles de vitamina D favorecería el desarrollo de ciertos cánceres internos como los de colon, mama y próstata. En varios estudios epidemiológicos, se ha observado una relación directa entre la latitud y estos tipos de cáncer. Es sabido que la RUV presenta un importante gradiente latitudinal debido a la variación de parámetros tales como el ángulo cenital y la columna total de ozono. Por lo tanto, dada la extensión latitudinal de Chile y Argentina, los habitantes de las zonas más australes recibirían una cantidad de RUV baja comparada con la recibida en las zonas central y norte de la región. Esto coincide con los resultados de un estudio realizado en Ushuaia, en el cuál se ha observado que la RUV presente en invierno no es suficiente para la síntesis de vitamina D en seres humanos. En el presente trabajo se estudian los niveles de radiación solar ponderada por el espectro de acción para la síntesis de Vitamina D, en ocho estaciones distribuidas entre Jujuy (24.17°S, 65.02°W) y Ushuaia (54° 50'S, 68° 18'W). Se estudian los valores máximos diarios y acumulados diarios y anuales. Se observa que tanto los valores máximos, como los acumulados son muy inferiores en las zonas australes que en las centrales

y tropicales, no alcanzando los valores mínimos para la síntesis de vitamina D durante buena parte del año. Siendo, la radiación solar acumulada anualmente, en Ushuaia y Punta Arenas, de aproximadamente la mitad de la acumulada en Buenos Aires y Santiago y, aún menor si se la compara con la acumulada en Jujuy. Palabras Claves: Radiación UV, Vitamina D, Cáncer

VARIABILITY OF VITAMIN D PRODUCTION RADIATION IN SOUTHERN

SOUTH-AMERICA

ABSTRACT Solar ultraviolet radiation (UVR) plays a key role in several biological functions, including human health. It is well known that UVR is related to skin cancer and Vitamin D synthesis. This vitamin prevents rickets and other bone diseases. There is further evidence that lack of Vitamin D enhances the chance of certain internal cancers such as colon, breast and prostate. Epidemiological studies indicate a positive correlation between latitude and these cancer types. It is known that UVR has a strong latitudinal gradient due to solar zenith angle (SZA) and stratospheric ozone. Thus, given the latitudinal extension of Chile and Argentina, austral populations in these countries will be exposed to RUV lower than those living at mid or subtropical latitudes. These is in agreement with studies suggesting that winter UVR in Ushuaia is limiting Vitamin D synthesis. In this study, we analyze UVR weighted by the Vitamin D synthesis action spectrum at eight locations between Jujuy (24.17°S, 65.02°W) and Ushuaia (54° 50'S, 68° 18'W). We report daily maximum radiation and daily and annual doses. Maximum radiation and doses are much lower in southern latitudes compared to temperate and subtropical areas, limiting Vitamin D synthesis during several months of the year. Thus, Vitamin D-weighted irradiances in Ushuaia and Punta Arenas are half those in mid-latitudes and even lower than in Jujuy. Keywords: UV Radiation, Vitamin D, Cancer

1. INTRODUCCION

La radiación ultravioleta solar (RUV) puede afectar a los sistemas biológicos, produciendo efectos nocivos (por ej.: daño en el ADN: Acido DesoxirriboNucleico) (Rousseaux et al, 1999) o beneficiosos (por ej.: síntesis de Vitamina D) (Holick, 2003; Webb at al, 1990). Es bien conocida la relación directa entre la RUV y los cánceres de piel (UNEP, 1991, 1994, 1998, 2002 y 2006), pero, también, existiría una relación inversa entre la RUV y la presencia de algunos cánceres en órganos no foto-expuestos (internos) (mamas, próstata y colon) y la conexión estaría dada a través de la vitamina D (Barthel & Scharla, 2003; Garland et al, 1990; Giovannucci et al, 2006; Grant, 2002; Hanchette and Schwartz, 1992; Holick, 2004; Mohan et al, 2005; Taylor et al, 1961, Vieth, 2001). Por otra parte, hay estudios que relacionan bajos niveles plasmáticos de vitamina D con la presencia de enfermedades tales como inmunosupresión, diabetes tipo I, esclerosis múltiple e hipertensión (Barthel & Scharla, 2003; Kurtzke et al, 1979; Rostand, 1997; Staples et al, 2003].

En varios países se ha observado una distribución geográfica de la mortalidad por algunos cánceres que muestra buena anti-correlación con los niveles de radiación UV y que no puede ser explicada por hábitos alimentarios o por consumo de tabaco (Garland et al, 1990; Grant, in press; Hanchette and Shcwartz, 1992; Mohan et al, 2005). La primera vez que se propuso que la radiación solar podría disminuir el riesgo de cáncer fue en 1937 (Peller and Stephenson, 1937). Una relación inversa entre la latitud y algunos cánceres internos fue encontrada en 1941 (Apperly, 1941) y verificada posteriormente por varios trabajos (Garland and Garland, 1980; Freedman et al, 2002, Mizoue, 2004; Grant and Garland, 2006, Gorham et al, 2007).

Estudios realizados en Noruega muestran que a fines del verano los niveles de séricos calcitriol (vitamina D3 o forma activa de la vitamina D) son de alrededor de un 50% más altos que a fines del invierno (Moan et al, 2005; Moan et al, 2007). Los mismos estudios muestran que, manteniéndose todas las otras condiciones iguales, la fotosíntesis anual de Vitamina D3 aumenta un

50% por cada 10 grados de acercamiento al Ecuador. Se estima que en EEUU 50.000-63.000 personas mueren anualmente en forma prematura por cáncer interno, debido a un nivel insuficiente de vitamina D y que en el Reino Unido el número es de 19.000-25.000 personas (Grant et al, 2005).

Dado que, la RUV presenta un importante gradiente latitudinal, como consecuencia de la variación de parámetros tales como el ángulo cenital solar (ACS) y la columna total de ozono y, debido a la extensión Norte-Sur de Chile y Argentina, las poblaciones de las zonas más australes de ambos países, recibirían una cantidad de RUV baja, comparada con la recibida en las zonas central y norte (Diaz et al, 2006).

Existen estudios realizados en distintas partes del planeta que tratan el tema del déficit de vitamina D en latitudes más altas, particularmente en invierno (Engelsen et al, 2005; Vieth, 2001; Webb et al, 1988). En Argentina, se ha hecho un estudio que incluyó a Ushuaia y que muestra que la RUV presente en invierno es insuficiente para que los niños puedan sintetizar la vitamina D y, por lo tanto se ha recomendado realizar una suplementación de vitamina D (Ladizeski et al 1995).

En el presente trabajo se ha determinado la distribución de los niveles de RUV la región Sur de Sud-América, se han calculado los valores máximos y acumulados de la irradiancia ponderada por el espectro de acción de vitamina D en distintas estaciones distribuidas desde Jujuy hasta Ushuaia y se las ha comparado con los niveles necesarios para la síntesis de vitamina D.

2. DATOS Y METODOLOGIA

Con la finalidad de estudiar los niveles de RUV

disponible para la síntesis de vitamina D en distintos lugares del Sur de Sud-América, utilizamos las mediciones de los instrumentos multi-canal de la red de radiómetros IAIRadNet (IAI Radiation Network) (Diaz et al, 2006). Las estaciones que se utilizaron en este trabajo se presentan en la Tabla I.

Los instrumentos de esta red fueron instalados durante los años 90, por diferentes proyectos nacionales e internacionales y aun siguen en funcionamiento. Los mismos están distribuidos

desde la zona subtropical hasta la subantártica. En este trabajo se utilizaron datos del período 1995-2002.

Los instrumentos de la red son radiómetros multi-canal estabilizados en temperatura (GUV511), los cuales miden la irradiancia incidente sobre un plano horizontal, en canales de 10 nm de ancho de banda centradas en aproximadamente 305, 320, 340 y 380 nm, más la banda fotosintéticamente activa (400-700nm) (Booth et al, 1994).

Todos los instrumentos graban la medición promedio de cada minuto, las 24 horas del día, durante todo el año. Los datos crudos fueron procesados por el Laboratorio de UV y Ozono de CADIC, utilizando una modificación de la metodología desarrollada por Biospherical Instruments Inc (Booth, 1998).

La irradiancia ponderadas por determinado espectros de acción es obtenida a partir de mediciones espectrales, multiplicando la

irradiancia correspondiente a cada longitud de onda por el valor de la función de ponderación en esa longitud de onda y luego integrando en toda la UV. Sin embargo, en el caso de los radiómetros multi-canales, el cálculo no es directo. En el presente trabajo se han determinado la irradiancia ponderada por el espectro de acción de vitamina D, aplicando la metodología explicada en Vernet et al (en prensa). Este método consiste en la resolución de la siguiente ecuación multi-regresiva:

Iw = A f(x1) + B f(x2) + C f(x3) + D f(x4) + E f(x5) (1)

Dónde: Iw: es la irradiancia ponderada, A, B, C, D y E son los coeficientes de regresión, determinados por mínimos cuadrados y f(xi) es una función de la irradiancia medida por el canal i, excepto f(x5), que es función del complemento del ángulo cenital solar (90-ACS).

Tabla I: Estaciones describiendo la localidad, posición geográfica y la altura sobre el nivel del mar. Período incluido en el presente trabajo.

San Salvador de Jujuy (Argentina)

24.17°S, 65.02°W,

1300m

1 Enero 1995 – 31 Diciciembre 2002

Buenos Aires (Argentina)

34.58°S, 58.47°W, Nivel del Mar

1 Enero 1995 – 31 Diciembre 2002

Santiago de Chile (Chile)

33.41°S, 70.65°W, 543m

1 Enero 1995 – 31 Diciembre 2002

(Excepto 1997) San Carlos de Bariloche

(Argentina) 41.01°S, 71.42°W,

700m 7 Agosto 1998 –

31 Diciembre 2002 Valdivia (Chile) 39.81°S, 73.25°W,

Nivel del Mar 1 Enero 1995 –

31 Diciembre 2002 Puerto Madryn – Playa

Unión - Trelew (Argentina)

P.M: 43.3°S, 65.05°W, Trl.: 43.25°S, 65.31°W,

Nivel del Mar

1 Enero 1995 – 31 Diciembre 2002

Punta Arenas (Chile) 53.09°S, 70.55°W, Nivel del Mar

1 Enero 1995 – 31 Diciembre 2002

(Excepto 1997) Ushuaia (Argentina) 54° 50'S, 68° 18'W,

Nivel del Mar 1 Enero 1995 –

31 Diciembre 2002

Las funciones f(xi) se determinan por el mejor ajuste del gráfico de la irradiancia proveniente de mediciones espectrales, ponderada por el espectro de acción en cuestión, en función de la irradiancia medida por la banda i del radiómetro multi-canal. En el caso de f(x5) se grafica la diferencia entre la irradiancia ponderada y la irradiancia medida por el canal de 305 nm, en función del complemento del ACS.

Para ACSs grandes, se utiliza el logaritmo de las irradiancias, para mejorar la calidad del ajuste, ya que, utilizando la ecuación [1], los valores menores de irradiancia (correspondientes, generalmente, a grandes ACSs), tienen poco peso al resolver la ecuación por mínimos cuadrados. Por lo tanto, para ACSs mayores que 70 grados la ecuación que se aplica es:

ln(Iw) = K f(x1) + L f(x2) +M f(x3) + N f(x4) +O f(x5) + P (2) Dónde: K, L, M, N, O y P son los coeficientes de la ecuación multi-regresiva, determinados por el método de mínimos cuadrados y f(xi) es ln de la irradiancia medida por el canal i, excepto f(x5), que es calculado graficando la resta del ln de la irradiancia ponderada menos el ln de la irradiancia medida por el canal de 305nm, en función del complemento del ACS.

Para resolver las ecuaciones (1) y (2) es necesario contar con mediciones de un instrumento espectral y un multi-canal, en forma simultánea. Por lo tanto, para las mediciones espectrales se han utilizado los espectro-

radiómetros SUV-100 instalados en Ushuaia (54o49’S, 68o19’W) y San Diego (32o45’N, 117o11’W), ambos parte de la NSF UV Radiation Monitoring Network (http://www.biospherical.com). Los datos provenientes del instrumento multi-canal en San Diego fueron provistos por el GUV511, el cuál forma parte de los sensores auxiliares del SUV-100. Las bases de datos del SUV-100 y del GUV de San Diego fueron provistas por el grupo de UV de Biospherical Instruments Inc. Los datos del instrumento multi-canal de Ushuaia corresponden al radiómetro de la IAIRadNet. El modelo fue resuelto para los datos de Ushuaia y luego probado para los datos de San Diego, en ambos casos, por un período aproximado de seis meses (verano a invierno) y bajo todo tipo de condiciones (gran variedad de coberturas nubosas, ángulos cenitales, albedo y situaciones extremas de columna de ozono). Cabe hacer notar que las dos ciudades mencionadas presentan características muy distintas. Ushuaia es una ciudad de alrededor de 50.000 habitantes, con una alta cobertura nubosa, suelo cubierto por nieve durante parte del invierno, grandes ACSs a mediodía en invierno y está afectada por el agujero de ozono en la primavera. San Diego es una ciudad del hemisferio Norte, de alrededor de 3.000.000 de habitantes y con clima soleado la mayor parte del tiempo. Los resultados obtenidos al aplicar el modelo a los datos de ambas ciudades indican que el modelo es válido para cualquier lugar del planeta.

Tabla II: Coeficiente de determinación y error cuadrático medio entre las irradiancias ponderadas por el espectro de acción para la síntesis de vitamina D (Bouillon et al, 2006) promediadas en forma horaria, obtenidas a partir de mediciones espectrales y las obtenidas a partir de las mediciones multi-canales. Modelo resuelto para Ushuaia y comprobado para San Diego.

Ushuaia (7/1/2000 to 12/31/2000)

San Diego (7/9/1999 to 12/20/1999)

Promedio Horario Promedio Horario R2 Error Cuad. Med.

[%] R2 Error Cuad.Med.

[%] SZA≤ 50 6.01 8.40

50<SZA<70 5.67 9.20 CIE Vit D 70<SZA<80

(85)

0.9950 5.92 (7.15)

0.9935 10.39 (10.92)

Tabla III: Funciones de ajuste para cada canal y para el complemento del ACS para las irradiancias

ponderadas por el espectro de accion para la síntesis de vitamina D (Bouillon et al, 2006). La Tabla II muestra los valores de los

coeficientes de determinación y el error cuadrático medio entre las irradiancias ponderadas por el espectro de acción para la síntesis de Vitamina D obtenida a partir de las mediciones espectrales y las obtenidas a partir de las mediciones multi-canal.

La Tabla III muestra las funciones de ajuste para cada canal y para el complemento del ACS, correspondientes a las ecuaciones (1) y (2).

Dónde: a1Vd= -0,30759, b1Vd= 8,75108 a5Vd= -0,00076746, b5Vd= 0,037398 k5Vd= 0,0000066447, l5Vd= -0,00037169 , m5Vd= -0,016368, n5Vd= 2,96611

Tabla IV: Coeficientes de regresión obtenidos

al resolver las ecuaciones (1) y (2).

Los coeficientes de regresión que surgieron de resolver las ecuaciones (1) y (2), se muestran en la Tabla IV.

Utilizando la metodología antes expuesta, se calcularon las irradiancias ponderadas por el

espectro de acción de la síntesis de Vitamina D (promediada por hora), para los datos de las estaciones de la IAIRadNet, presentadas en la Tabla I. Posteriormente, se obtuvo el valor máximo y acumulado diarios, considerando todos los días completos durante las horas de luz.

Finalmente, el valor acumulado anual se obtuvo de la siguiente manera:

(3651 ×=∑

n

II

DacD

n

DacA ) (3)

Dónde: IDacA: es la irradiancia ponderada por el espectro

de acción de la síntesis de Vitamina D, acumulada durante un año; IDacD,: es irradiancia ponderada acumulada en un día; n, es el número de días en los cuáles se cuenta con mediciones durante todas las horas de luz.

La ecuación (3) se aplicó a todos los años con más del 80% de los días completos y en los cuáles los días faltantes no se encontraban concentrados en determinada época del año.

3. RESULTADOS

Se ha determinado el nivel umbral para la

producción de vitamina D, a partir de experimentos “in vitro” con piel humana (Webb et al, 1988). Se estableció que, para que se produjera la síntesis de vitamina D (fotoconversión de 7-dehydrocholesterol en pre-vitamina D), era necesario un nivel de irradiancia de 0,024, 1,0 y 10 mW/m-2 a 300, 306 y 316 nm, respectiva-mente. Con la finalidad de determinar el umbral de la irradiancia ponderada por el espectro de

Ushuaia (6/28/2000 to 12/31/2000)

Ch 305 (x1)

Ch 320 (x2)

Ch 340 (x3)

Ch 380 (x4)

90-SZA (x5)

SZA≤ 70 a1Vd x12 +

b1Vd x1 x2 x3 x4 a5Vd x5

2 + b5Vd x5 Vit. D CIE SZA > 70 ln x1 ln x2 ln x3 ln x4

k5Vd x53 + l5Vd x5

2 + m5Vd x5 + n5Vd

Coef. Vitamin D CIE

A 0,924018 B -0,145977 C 0,167141 D -0,047310 E -0,044116 K 0,601831 L 0,697207 M -0,387344 N 0,077334 O -0,044071 P 1,539869

acción de la síntesis de vitamina D, Edvardsen et al (2007) partieron de los valores obtenidos por Webb et al y reprodujeron el resto del espectro con el programa libRadtran. Luego, ponderaron el espectro calculado por el espectro de acción de vitamina D e integraron en la UV, obteniendo un valor umbral de 0,917μWcm-2.

En la Figura 1, puede observarse el valor máximo diario de la irradiancia ponderada por el espectro de acción de la síntesis de vitamina D, para las mencionadas localidades de la IAIRadNet, en función del Día Juliano y el valor umbral para la síntesis de vitamina D (0,917 μW cm-2). En esta figura se ha utilizado escala logarítmica, para que puedan observase mejor los valores de invierno. Los valores para Valdivia, Bariloche y Puerto Madryn son comparables a los obtenidos para una localidad de similar latitud (Lauder, 45ºS, 170ºW), en Nueva Zelanda (Mc Kenzie et al, 2009).

En Jujuy, todos los valores máximos diarios se encuentran por encima del umbral, aún durante el invierno. En Buenos Aires, Santiago, Valdivia, Bariloche y Puerto Madryn se observan unos pocos días, generalmente durante el invierno, en que los valores máximos se encuentran por debajo del umbral. Mientras que, en Punta Arenas y Ushuaia, los valores máximos se encuentran por debajo del umbral de síntesis de vitamina D, aproximadamente, entre los días Julianos 140 y 210 (mediados de mayo a fines de julio). Esto implica que, durante casi tres meses en el año no sería posible sintetizar vitamina D en absoluto, por falta de RUV.

Sin embargo, no es suficiente con sólo la presencia de una irradiancia que sobrepase el umbral necesario para la síntesis de vitamina D. Hay un nivel mínimo de producción de vitamina D considerado como aceptable y para eso se necesita que una irradiancia se mantenga por encima del umbral por una determinada cantidad de tiempo para alcanzar ese nivel sérico mínimo de vitamina D. Además, la dosis de vitamina D producida por el organismo no sólo es función de la radiación presente en el ambiente, sino también es función del tipo de piel, como en el caso de eritema, pero además, es función del área del cuerpo expuesta. Edvardsen et al (2007) determinaron que la irradiancia acumulada para producir una dosis aceptable de vitamina D debería ser de 7.000 J m-2 (0,7 J cm-2), cuando sólo la cara es expuesta al sol. Este valor coincide con el estipulado en Mc Kenzie et al (2009), de 0,7 kJm-2, para individuos de piel tipo II. Si bien el estudio de Edvardsen no especifica qué tipo de piel tenían las personas involucradas en el mismo, debido a que la experiencia fue llevada a cabo en Noruega, se estima que serían piel tipo I o II.

Como se ha dicho, existe una relación entre el tipo de piel y la irradiancia acumulada necesaria para producir eritema (Fitzpatrick, 1988), la misma está reproducida en la Tabla V, dónde SED es una unidad de irradiancia ponderada por el espectro de acción de eritema acumulada en el tiempo y 1 SED = 100 J m-2. Por lo tanto los valores de la tabla indican cual es la radiación ponderada por el espectro de acción de eritema acumulada para producir eritema en cada tipo de piel (por ej.: caucásico de 300 a 500 J m-2).

Tabla V: Clasificación del tipo de piel según la escala de Fitzpatrick, 1988. 1 SED = 100 J m-2 de irradiancia ponderada por el espectro de acción de eritema integrada en el tiempo (tiempo de exposición continua).

Tipo de Piel

Descripción SED para producir eritema

I Celta (siempre se quema) 2-3 II Pálido (se quema fácilmente) 2.5-3 III Caucásico (puede quemarse) 3-5 IV Mediterráneo (difiícilmente se quema) 4.5-6 V Sud-Americano (difícilmente se quema) 6 -20 VI Negroide (difícilmente se quema) 6-20

Jujuy

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Buenos Aires

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Santiago

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Valdivia

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Bariloche

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Puerto Madryn

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

I D M

aáxi

mo

Dia

rio

μW

cm

-2

Punta Arenas

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Ushuaia

0.1

1

10

100

0 100 200 300 400

Día Juliano Figura 1: Máximo diario de irradiancia ultravioleta ponderada por el espectro de acción de vitamina D y umbral para la síntesis de vitamina D (raya roja).

Se ha establecido que la irradiancia acumulada para producir vitamina D es directamente proporcional al área expuesta e inversamente proporcional al tipo de piel (Mc Kenzie et al, 2009). Para reflejar el tipo de piel, se ha utilizado el factor de la Tabla V y para el área, la “regla de nueves” (Mc Kenzie et al, 2009). Esta última regla es la recomendada por St Johns Ambulance para evaluar quemaduras y establece que: la cabeza constituye un 9% del área del cuerpo (A=0,09); cara, manos y brazos 27% (A=0,27); cara, manos, brazos y piernas 63% (A=0,63) (British Red Cross, 2002).

Por lo tanto, con la información anterior se podrá establecer un rango de valores de irradiancia acumulada mínima para producir vitamina D, teniendo en cuenta el tipo de piel y el área expuesta. Tomando como base el valor obtenido por Edvadrsen et al, 2007 (IacN) , la irradiancia acumulada para otros tipos de piel y diferentes áreas expuestas será:

N

acNNacVitD A

IFI

×= (4)

Dónde: : es la irradiancia ponderada por

el espectro de acción de síntesis de vitamina D acumulada, necesaria para producir una cantidad aceptable de vitamina D; : es la irradiancia acumulada necesaria según el estudio noruego; FN: es el factor para corrección por tipo de piel con respecto al estudio de los noruegos y AN: el factor de corrección por el área expuesta, con respecto al estudio de los noruegos.

acVitDI

acNI

Debido a que en Chile y Argentina hay una gran variedad étnica (Valenzuela et al, 1988), se ha asumido que los tipos de piel varían entre el II y V. Por lo tanto, FN variará, en promedio, entre 1 y 6. En cuánto al área expuesta, los extremos serían cara en invierno y cabeza, manos, brazo y piernas en verano (también torso o parte de él, sólo en la playa en verano). Asumiendo que cabeza y cara es

equivalente, el mínimo para el área sería AN=1 y el máximo AN= 7 (cara, manos, brazos y piernas).

Con las condiciones explicadas anteriormente, para piel tipo II, se obtendría un valor de 0,7 J cm-2 para exposición de cara y 0,1 J cm-2 para cabeza, manos, brazos y piernas, mientras que para piel tipo V, los valores correspondientes serían de 4,2 y 0,6 J cm-2.

En la Figura 2, se muestran las irradiancias ponderadas por el espectro de acción de la síntesis de vitamina D acumuladas diariamente y los niveles límites expuestos en el párrafo anterior. Para piel tipo II y exposición de cabeza, manos, brazos y piernas, los valores acumulados diarios de irradiancia superan el mínimo necesario en Jujuy, Buenos Aires y Santiago, aunque esa condición de vestimenta sólo puede ser cierta en Jujuy, ya que en invierno no es posible estar tan descubierto en Buenos Aires y Santiago. En las restantes estaciones, los valores de invierno no superan el mínimo necesario para obtener una cantidad suficiente de vitamina D, aún exponiendo cabeza, manos brazos y piernas.

La situación para piel tipo II, exposición sólo de cara y piel tipo V, exposición de cabeza, manos, brazos y piernas es similar. Las irradiancias acumuladas sólo superan los mínimos requeridos en verano, mientras que, en invierno, se encuentra por debajo del mínimo.

Para piel tipo V, exposición sólo cabeza, las irradiancias acumuladas nunca llegan al valor mínimo requerido.

Debido a que existirían indicios de que los niveles de vitamina D en el organismo no responderían inmediatamente a los niveles de irradiancia, si no que habría cierta acumulación, hemos incluido en el análisis, las irradiancias acumuladas anualmente y los resultados se muestran en la Figura 3. Los valores acumulados anuales obtenidos para Ushuaia y Punta Arenas son de aproximadamente la mitad de los observados en Buenos Aires, Santiago y otros lugares.

Jujuy

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Buenos Aires

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Santiago

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Valdivia

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Bariloche

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Puerto Madryn

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

ID

acD

[J

cm-2 ]

Punta Arenas

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Ushuaia

0.001

0.01

0.1

1

10

0 100 200 300 400

Día Juliano

Figura 2. Irradiancia ponderada por el espectro de acción de vitamina D, acumulada diariamente, obtenidos a partir de las mediciones con radiómetros GUV-511 (puntos negros). Valores estimados para dosis mínima de vitamina D: a) Línea amarilla, piel tipo II, exposición cabeza, manos, brazos y piernas; b) Línea azul, piel tipo II, exposición sólo cara; c) Línea roja, piel tipo V, cabeza, manos, brazos y piernas y d) Línea turquesa, piel tipo V, exposición sólo cara.

Irradiancia Pesada por el Espectro de acción de Vitamina D

Acumulada Anual

0

50

100

150

200

250

JJ BA S VBAR PM PA U

J/cm

2

Figura 3. Las irradiancias acumuladas anuales y las desviaciones éstandar, se presentan para cada estación. JJ: Jujuy, BA: Buenos Aires, S: santiago de Chile, V: Valdivia, BAR: Bariloche, PM: Puerto Madryn, PA: Punta Arenas y U: Ushuaia. Los valores para Ushuaia y Punta Arenas son de aproximadamente la mitad de los observados en, por ejemplo, Buenos Aires y Santiago. 4. DISCUSION Y CONCLUSIONES

En base a los resultados obtenidos en este estudio se ha tratado de determinar si los valores de irradiancia acumulada diaria en distintas localidades de la zona sur de Sud-América son suficientes para producir un nivel adecuado de vitamina D.

En cuánto al umbral de irradiancia instantánea necesaria para iniciar la síntesis de vitamina D (según resultados previos obtenidos ‘in vitro’), los sitios más australes (Ushuaia y Punta Arenas) no alcanzan los valores mínimos durante 5 a 7 meses del año, Jujuy los alcanza siempre y el resto de los lugares casi siempre, salvo algunos días durante el invierno.

Al analizar si los niveles de irradiancia acumulada son suficientes para lograr un nivel aceptable de síntesis de vitamina D sérica, se han introducido parámetros adicionales como el tipo de piel y el área expuesta. Tomando condiciones de vestimenta razonables con las temperaturas de cada sitio, las conclusiones serían que, para piel tipo II, en Jujuy la irradiancia acumulada diaria supera al mínimo prácticamente durante todo el

año. En Buenos Aires, Santiago, Valdivia, Bariloche y Puerto Madryn los niveles serían suficientes en verano (mayor exposición del cuerpo), pero en invierno no lo serían; en las restantes estaciones del año, depende la vestimenta que pueda usarse, de acuerdo con la temperatura. En Punta Arenas y Ushuaia, aún en verano, las temperaturas no permitirían la exposición de buena parte del cuerpo, por lo tanto los valores mínimos suficientes de irradiancia sólo se alcanzan en un breve período durante el verano (aproximadamente dos meses). Es necesario hacer notar que, existiría cierta “reserva” de vitamina D (Chel et al, 1998; Zittermann, 2003), es decir que los niveles de vitamina D no bajaría inmediatamente al bajar la irradiancia a valores por debajo del límite para realizar la síntesis. Por lo tanto, el hecho que, en las estaciones situadas más al norte, los niveles de verano superen ampliamente los mínimos necesarios podría ser la justificación para que los niveles de vitamina D sean bajos en los niños de las zonas más australes y no ocurra lo mismo en los de la zona central (Ladizesky et al, 1995), a pesar que, en invierno los niveles de exposición podrían estar por debajo del mínimo.

En cuánto al tipo de piel V, alcanzaría la exposición necesaria para obtener niveles razonables de vitamina D sólo en verano, y en las más australes (Ushuaia y Punta Arenas), sólo algunos días en verano, ya que en tales latitudes no es posible exponer brazos y piernas todo el tiempo durante esta estación del año.

Los resultados anteriores se encuentran resumidos en la Tabla VI, construida tomando como base a la Figura 2. Allí se señala la disponibilidad de radiación acumulada diaria en cada lugar (suficiente o no suficiente para la síntesis del nivel mínimo aceptable de vitamina D), para tipo de piel II y V y las áreas expuestas de cara y cabeza, manos, brazos y piernas.

De todo lo anterior surge que, los niveles de vitamina D séricos en las poblaciones de las más australes de Sud-América estarían por debajo de los normales, dado que, la mayor parte del año el nivel de radiación presente se encuentran por debajo del umbral para mantener los niveles mínimos de vitamina D, con un breve período de salvaguarda. Ello implica que, en estas

Mese f m a m j j a s o n d

Piel Tipo II c, m, b y pJujuy c

Piel Tipo V c, m, b y pc

Piel Tipo II c, m, b y pBuenos Aires cSantiago Piel Tipo V c, m, b y p

cPiel Tipo II c, m, b y p

Valdivia cBariloche Piel Tipo V c, m, b y pP. Madryn c

Piel Tipo II c, m, b y pP. Arenas cUshuaia Piel Tipo V c, m, b y p

c Tabla VI: Radiación Disponible para la síntesis de Vitamina D.

Irradiancia acumulada diaria alcanza el mínimo necesario para obtener una cantidad suficiente de vitamina D.

Irradiancia acumulada diaria no alcanza el mínimo necesario para obtener una cantidad suficiente de vitamina D. Área expuesta: c, m, b y p: cabeza, manos, brazos y piernas; c: cara

poblaciones existiría una mayor posibilidad de desarrollar enfermedades relacionadas con déficit de vitamina D (raquitismo, osteoporosis) y, de acuerdo con la bibliografía, también algunos cánceres internos, esclerosis múltiples, inmunodeficiencias, etc.

Cabe hacer notar que, el valor mínimo de irradiancia ponderada por espectro de acción de la síntesis de vitamina D acumulada diaria utilizado para el presente trabajo coincide en dos trabajos que se han utilizado como base para los cálculos (Edvardsen et al, 2007 y Mc Kenzie et al, 2009). Sin embargo, este valor mínimo es de difícil determinación y es sólo aproximado, por lo tanto los resultados expuestos pueden estar sujetos a modificaciones, dependiendo del ajuste del valor base. También, la relación para los distintos tipos de piel (Fitzpatrick, 1988) fue originada para la determinación de exposición a irradiancia para producir eritema y, si bien ha sido utilizada en otros trabajos para determinar la relación para la síntesis de vitamina D (Mc Kenzie et al, 2009),

puede que la relación sea distinta para la producción de vitamina D que para eritema.

AGRADECIMIENTOS: El procesamiento de

las bases de datos para el presente trabajo fue parcialmente subvencionado por el Instituto-Inter-Americano para el cambio global, a través de los proyectos ISP y CNR-026 (1996-2004). Los autores quieren agradecer al Dr. Luis Orce por el diseño e instalación de la red de radiómetros en Argentina y a los Dres. San Román, Buitrago, Labraga y Hebling, por su colaboración en la colección de datos en Ushuaia, Jujuy, Puerto Madryn y Playa Unión, respectivamente. Los autores agradecen al Dr. Bernhard y al grupo UV de Biospherical Instruments Inc. por las bases de datos de los instrumentos SUV-100 de San Diego y Ushuaia y del GUV-511 de San Diego y a los Sres. Ehramjian y Robertson, del mismo grupo, por la calibración del GUV de referencia utilizado en la calibración de los GUV de la IAIRadNet. Fondos adicionales para la colección de datos y análisis fueron provisto por la National Science

Foundation (EEUU), el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET, Argentina), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONICYT, Chile) y el Departamento de Investigación (DI) de la Universidad de Chile. REFERENCIAS Apperly, F.L. 1941. The relation of solar radiation to cancer mortality in North American, Cancer Res. (1941) 191–195. Barthel HR, Scharla SH. [Benefits beyond the bones -- vitamin D against falls, cancer, hypertension and autoimmune diseases] Dtsch Med Wochenschr. 2003;128:440-6. Biospherical Instruments, NSF Network, http://www.biospherical.com. Booth, R. 1998 Application Note: Temperature Coefficients in PUV and GUV Radiometers and Suggested Compensation Methods, Biospherical Instruments Inc., R. Booth, San Diego, California. Booth, R., T. Mestechkina and J.H. Morrow 1994. Errors in the reporting of solar spectral irradiance using moderate band-width radiometers and experimental investigation, In: Ocean Optics XII, Proceedings SPIE , 2258, (Edited by J.S. Jaffe), pp 654-663, San Diego, California. Bouillon, R., J. Eisman, M. Garabedian, M. Holick, J. Kleinschmidt, T. Suda, I. Terenetskaya and A. Webb 2006. Action Spectrum for the Production of Previtamin D3 in Human Skin. UDC: 612.014.481-06, CIE, Vienna. British Red Cross. 2002. First Aid Manual: The Authorised Manual of St John Ambulance, St Andrew’s Ambulance Association of the British Red Cross. Dorling Kindersley, London. Chel, V. G. M., M. E. Ooms, C. Popp-Snijders, S. Pavel, A. A. Schothorst, C. C. E. Meulemans and P. Lips. 1998. Ultraviolet irradiation corrects vitamin D de.ciency and suppresses secondary hyperparathyroidism in the elderly. J. Bone Miner. Res. 13, 1238–1242.

Diaz, S., C. Camilion, G. Deferrari, H. Fuenzalida, R. Armstrong, C. Booth, A. Paladini, S. Cabrera, C. Casiccia, C. Lovengreen, J. Pedroni, A. Rosales, H. Zagarese and M. Vernet. 2006. Ozone and UV radiation over Southern South America: climatology and anomalies. Photochemistry and Photobiology, Vol. 82, No. 4, pp. 834–843. Edvardsen, K.; Brustad, M.; Engelsen, O.; Aksnes, L. 2007. The solar UV radiation level needed for cutaneous production of vitamin D3 in the face. A study conducted among subjects living at a high latitude (68. N). Photochemistry and Photobiological Sciences, 2007, 6, 57–62, DOI: 10.1039/b613263d. Engelsen, O.; M. Brustad, L. Aksnes and E. Lund,. 2005. Daily duration of vitamin D synthesis in human skin with relation to latitude total ozone, altitude, ground cover, aerosols and cloud thickness, Photochem.Photobiol., 2005, 81, 1287–1290. Fitzpatrick, T. B. 1988. The validity and practicality of Sunreactive skin types I through VI. Arch. Dermatol. 124, 869–871. Freedman, D.M., M. Dosemeci, K. McGlynn,. 2002. Sunlight and mortality from breast, ovarian, colon, prostate, and non-melanoma skin cancer: a composite death certificate based case-control study, Occup. Environ. Med. 59 257–262. Garland, C. F., F.C. Garland. 1980. Do sunlight and vitamin D reduce the likelihood of colon cancer, Int. J. Epidemiol. 9 227–231. Garland FC, Garland CF, Gorham ED, Young JF. 1990. Geographic variation in breast cancer mortality in the United States: a hypothesis involving exposure to solar radiation. Prev Med; 19 : 614 – 22. Giovannucci, E. , Yan Liu , Eric B. Rimm , Bruce W. Hollis , Charles S. Fuchs , Meir J. Stampfer , Walter C. Willett. 2006. Prospective Study of Predictors of Vitamin D Status and Cancer Incidence and Mortality in Men. Journal of the National Cancer Institute, Vol. 98, No. 7, April 5.

Gorham, E.D., C.F. Garland, F.C. Garland, W.B. Grant, S.B. Mohr, M. Lipkin, H.L. Newmark, E. Giovannucci, M. Wei, M.F. Holick, 2007. Optimal vitamin D status for colorectal cancer prevention: a quantitative meta analysis, Am. J. Prev. Med. 32 210–216. Grant WB. 2002. An estimate of premature cancer mortality in the U.S. due to inadequate doses of solar ultraviolet-B radiation. Cancer; 94 : 1867 – 75. Grant WB. En prensa. Geographic variation of prostate cancer mortality rates in the U.S.A.; implications for prostate cancer risk related to vitamin D. Int. J. Cancer. Grant, .W. B., C.F. Garland. 2006. The association of solar ultraviolet B (UVB) with reducing risk of cancer: multifactorial ecologic analysis of geographic variation in age-adjusted cancer mortality rates, Anticancer Res. 26, 2687–2699. Grant, W.B, C. F. Garland and M. F. Holick. 2005. Comparisons of Estimated Economic Burdens due to lnsuff icient Solar Ultraviolet lrradiance and Vitamin D and Excess Solar UV Irradiance for the United States. Photochemistry and Photobiology, 81 : 1276-1286. Hanchette, C. L., and Schwartz, G. G. 1992. Geographic patterns of prostate cancer mortality: evidence for a protective effect of ultraviolet radiation. Cancer (Phila.), 70: 2861—2869. Holick MF. 2003. Vitamin D: A millenium perspective. J Cell Biochem.: 88:296-307. Holick, MF. 2004. Vitamin D: importance in the prevention of cancers, type 1 diabetes, heart disease, and osteoporosis. Am J Clin Nutr. Mar;79(3):362-71. Kurtzke JF, Beebe GW, Norman JE Jr. 1979. Epidemiology of multiple sclerosis in U.S. veterans: 1. Race, sex, and geographic distribution. Neurology;29:1228-35. Ladizesky, M., Z. Lu, B. Oliveri, N. San Román, S. Díaz, M. Holick, C. Mautalén. 1995. Solar

Ultraviolet-B Radiation and Photoproduction of Vitamin D3 in Central and Southern Areas of Argentina. Journal of Bone and Mineral Research, Volume 10, Number 4, pp 545-549. McKenzie, R.L.; Liley, J.B.and Bjorn, L.O. 2009. UV Radiation: Balancing Risks and Benefits. Photochemistry and Photobiology, 85: 88–98. Mizoue, T. 2004. Ecological study of solar radiation and cancer mortality in Japan, Health Phys. 87 532–538. Moan, J., A. C.Porojnicu, Z. Lagunova, J. P, Berg, A. Dahlback. 2007. Colon cancer: Prognosis for different latitudes, age groups and seasons in Norway. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 89 (2007) 148–155 Moan, J., A. C. Porojnicu, T. E. Robsahm, A. Dahlback, A. Juzeniene, S. Tretli, W. Grant. 2005. Solar radiation, vitamin D and survival rate of colon cancer in Norway. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 78, 189–193. Peller, S; C.S. Stephenson. 1937. Skin irritation and cancer in the United States Navy, Am. J. Med. Sci. 194, 326–333. Rostand SG. 1997. Ultraviolet light may contribute to geographic and racial blood pressure differences. Hypertension.;30:150-6. Rousseaux, M.C., C. L. Ballaré, C. V. Giordano, A. L. Scopel, A. M. Zima, M. Szwarcberg-Bracchitta, P. S. Searles, M. M. Caldwell and S. B. Díaz. 1999. Ozone depletion and UV-B radiation: Impact on plant DNA damage in southern South-America. Proceedings of the National Academy of Science USA (PNAS), December 21, Vol. 96, no. 26, pp 15310-15315. Staples JA, Ponsonby AL, Lim LL, McMichael AJ. 2003. Ecologic analysis of some immune-related disorders, including type 1 diabetes, in Australia: latitude, regional ultraviolet radiation, and disease prevalence. Environ Health Perspect.; 111:518-23.

Taylor J.A., Ann Hirvonen, Mary Watson, Gary Pittman, James L. Mohier, and Douglas A. Bell. 1961. Association of Prostate Cancer with Vitamin D Receptor Gene Polymorphism. Cancer Research 56, 4108—41 10. September 15. UNEP. 1991. Environmental effects of ozone depletion: 1991. J. C. van der Leun, X. Tang, and M. Tevini (eds.), United Nations Environmental Programme, Nairobi, Kenya. UNEP. 1994. Environmental effects of ozone depletion: 1994 , J. C. van der Leun, X. Tang, and M. Tevini (eds.), United Nations Environmental Programme, Nairobi, Kenya. UNEP. 1998. Environmental effects of ozone depletion: 1998, J. C. van der Leun, X. Tang, and M. Tevini (eds.), United Nations Environmental Programme, Nairobi, Kenya.

UNEP. 2002. Environmental effects of ozone depletion: 2002, J. C. van der Leun, X. Tang, and M. Tevini (eds.), United Nations Environmental Programme, Nairobi, Kenya. UNEP. 2006. Environmental effects of ozone depletion: 2006, J. C. van der Leun, X. Tang, and M. Tevini (eds.), United Nations Environmental Programme, Nairobi, Kenya. Valenzuela Carlos Y. 1988. On sociogenetic clines. Ethology and Sociobiology 9:259-268. Vernet, M.; Diaz, S. ; Fuenzalida, H.; Camilion, C. ; Booth, C.; Cabrera, S.; Casiccia, C.; Deferrari, G.; Lovengreen, C.; Paladini, A.; Pedroni, J.; Rosales, A. y Zagarese, H. En prensa. Quality of UVR exposure for different biological systems along a latitudinal gradient. Photochemical and Photobiological Sciences, DOI: 10.139/B904540F. Vieth R. 2001. Vitamin D Nutrition and its Potential Health Benefits for Bone, Cancer and Other Conditions. J Nutr Env Med.;11:275-91. Webb AR, Pilbeam C, Hanafin N, Holick MF. 1990. An evaluation of the relative contributions of exposure to sunlight and of diet to the circulating concentrations of 25-hydroxyvitamin

D in an elderly nursing home population in Boston. Am J Clin Nutr. 51:1075-81. Webb AR, Kline L, Holick MF. 1988. Influence of season and latitude on the cutaneous synthesis of vitamin D3: exposure to winter sunlight in Boston and Edmonton will not promote vitamin D3 synthesis in human skin. J Clin Endocrinol Metab. 67:373-8. Zittermann, A. 2003. Vitamin D in preventive medicine: Are we ignoring the evidence? Br. J. Nutr. 89, 552–572 (DOI: 510.1079/ BJN2003837).