PROTEÇÃO DO CABELO HUMANO CONTRA UV-A & UV-B

Ionete Lúcia Milani Barzotto

Um cabelo saudável e brilhante é desejado por todos, no entanto, os mesmos são expostos ao estresse diário e a ação dos raios ultravioleta, o que podem levá-lo a enfraquecer e ficar com uma aparência desagradável. Pesquisas indicam que tanto a radiação UVA quanto a UVB causam danos à fibra capilar. Portanto é de grande interesse a pesquisa no campo de fotoproteção em cabelos.

Assim como a lã e a seda, o cabelo é um polipeptídeo, cuja característica é a unidade de repetição –CO-NH-C-, com grande variedade de grupos no segundo átomo de carbono (SILVA, 2008). O cabelo humano é um filamento queratinizado que cresce a partir de cavidades em forma de sacos chamados folículos, cada um possui seu próprio ciclo de desenvolvimento, que compreende três fases: Anágena, que é a fase do desenvolvimento e do crescimento do cabelo, 85% dos cabelos estão nesta fase de desenvolvimento. Catágena, fase transitória que dura apenas algumas semanas, onde o cabelo para de crescer e não há mais irrigação sangüínea, 1% dos cabelos estão nesta fase. Telógena, fase em que o cabelo cai, sendo empurrado por um novo folículo que nasce no mesmo local (POZZEBON, 1999).

A composição do cabelo é de aproximadamente 95% de proteínas, das quais a principal é a α-queratina, uma proteína de alto peso molecular, composta por cadeias de polipeptídeos formadas por aproximadamente 18 aminoácidos diferentes (SILVA, 2008). Os componentes restantes são água, lipídios (estruturais e livre), pigmentos e elementos traços. Uma característica da α-queratina comparada a outros tipos de proteínas é o grande conteúdo de enxofre (S). Quando duas ou mais α-hélices estão próximas, as cadeias laterais dos aminoácidos de diferentes proteínas criam ligações covalentes enxofre-enxofre, difíceis de serem rompidas, chamadas de ligações dissulfeto (OLIVEIRA, 2014).

Os cabelos são formados por três estruturas básicas: a cutícula, o córtex e a medula. A cutícula é responsável pela proteção das células do córtex, pelas propriedades superficiais (brilho, atrito, penteabilidade, desembaraçamento) e regula a entrada e saída de água. O córtex é responsável pelas propriedades elásticas e resistência mecânica e contém grânulos de melanina que variam em tipo, quantidade e tamanho, sendo responsáveis pela cor e fotoproteção do cabelo. A medula contribui de forma insignificante nas propriedades mecânicas da fibra capilar (CUELHO, 2013).

O cabelo humano contém dois pigmentos principais, a eumelanina e a feomelanina, responsáveis respectivamente pelos tons marrom e vermelho visto nos cabelos.  Um terceiro pigmento conhecido como oximelanina é encontrado no cabelo humano exposto à luz solar, gerado pela fotodegradação da melanina, cuja presença afeta quimicamente a coloração dos cabelos e determina o fotoenvelhecimento da fibra capilar (DRAELOS, 2006).

As melaninas atribuem proteção fotoquímica às proteínas do cabelo, especialmente em baixos comprimentos de onda, onde tanto os pigmentos quanto as proteínas absorvem luz (254 a 350 nm). Os pigmentos atuam absorvendo e filtrando a energia recebida, e subsequentemente dissipando esta energia na forma de calor. Todavia, ao proteger as proteínas do cabelo da luz, os pigmentos são degradados ou oxidados. A melanina age como um dissipador de energia proveniente dos raios solares, atuando como um scavenger (varredor) de radicais livres, prevenindo o transporte de espécies deletérias para a matriz da queratina (NOGUEIRA & JOEKES, 2004).

Alguns pesquisadores demonstraram que cabelo despigmentado é mais suscetível a danos por UV induzido do que cabelo pigmentado, o que significa que a os grânulos de cor oferecem alguma proteção contra danos oxidativos (DRAELOS, 2006; SIGNORI, 2004; PANDE, 2001)). A taxa de ruptura das ligações dissulfeto de cistina causadas pela exposição ambiental é maior em cabelo não pigmentado do que em pigmentado.  Assim, cabelos brancos e cabelos grisalhos são mais suscetíveis aos efeitos nocivos da radiação UV que cabelo pigmentado jovem. Atualmente, a tintura de cabelo é o melhor protetor solar disponível. Protetor solar contendo xampus e condicionadores podem oferecer fotoproteção limitada, na melhor das hipóteses (DRAELOS,2006).

O cabelo humano é constituído de matéria “não viva”, portanto a exposição solar não gera alterações morfofuncionais, como ocorre em neoplasias na pele humana, mas podem ocorrer modificações físicas na fibra capilar, tornando-o mais fraco, tornando-o frágil e menos maleável. O fotoenvelhecimento acarreta ainda a quebra das pontes de dissulfeto, e pode propiciar aumento das ligações cruzadas dessas pontes com peptídeos, tornando o cabelo mais fraco e suscetível a quebras (BALOGH, 2010).

O córtex e a cutícula são sensíveis ao ultravioleta responsável pela alteração da cor, brilho e resistência dos fios. Fibras de cabelos expostas à radiação UV sofrem intensa alteração da morfologia com aumento significativo das rugosidades das cutículas, que demonstra alto índice de quebra das fibras (devido à cisão das pontes de dissulfeto de cistina) e diminuição da espessura com consequente exposição da matriz interna da fibra de cabelo a condições agressivas (RIBEIRO, 2010; DRAELOS,2006). A radiação UV também danifica os lipídios cabelo, assim, o cabelo fotodanificado é seco, frágil e sem brilho (DRAELOS,2006).

O conhecimento atual, no entanto, sobre fotodano em cabelo humano e mecanismos fotodegradação ainda não estão bem elucidado, uma melhor compreensão das alterações estruturais de cabelo causadas por diferentes comprimentos de onda também é ainda deficiente. Há controvérsias sobre os efeitos da exposição ao sol em diferentes tipos de cabelo. Explanações a estas perguntas são freqüentemente sustentadas baseando-se na quantidade e tipo de melanina de cada cabelo, mas fatores tais como a falta de conhecimento da estrutura da melanina, bem como metodologias estabelecidas para usar em estudos de cabelo humano tornam difícil chegar a um acordo geral sobre estas questões (NOGUEIRA et al, 2006).

Até recentemente, a abordagem principal para fotoproteção do cabelo não era diferente do da pele. Protetores solares UV-B e UV-A eram adicionados às preparações concebidas para utilização no cabelo, no entanto, o principal problema com esta abordagem tópica de fotoproteção de cabelo foi a incapacidade de criar uma película uniforme para proteger toda a área da superfície de cada fio de cabelo, outro desafio é a criação de uma formulação de protetor solar que vá aderir a cutícula do cabelo. Além disso, o uso do protetor solar capilar não pode deixar o cabelo oleoso e sem movimento (DRAELOS,2006).

O efeito dos diferentes comprimentos de onda sobre as propriedades de cabelo é um dos principais tópicos discutidos na literatura, bem como os tipos de cabelo mais propenso a fotoxidação, pois esta informação é especialmente importante para escolher os filtros corretos para formular protetores solares para cabelo. Mudanças nas perdas de proteínas e de cor são dependentes no tipo de cabelo, estudos demonstram que a radiação UVB é o principal responsável pela perda de proteína do cabelo e que as alterações de cor são causadas principalmente pela radiação UVA. A quantidade total de aminoácidos mais sensíveis à fotodegradação (triptofano, cistina, tirosina e histidina) depende do tipo de cabelos.  Dentre as técnicas para caracterização de cabelos destacam-se microscopias, espectrocopias e ensaios de tração.

                MICROSCOPIA

A microscopia requer amostragem pequena e mínima preparação, e o cabelo pode ser observado no seu ambiente natural com menos danos do que por outros métodos microscópicos tal como microscópio óptico e eletrônico de varredura (HADJUR, 2001).

                Esta técnica é rotineiramente usada para monitorar a eficiência de limpeza xampus, para avaliar a homogeneidade dos polímeros de camadas, e avaliar as mudanças que eles induzem nas propriedades óptica de superfície do cabelo em termos de opacidade, transparência e brilho. Um segundo campo importante de investigação usa o canal de fluorescência, que revela a estrutura interna do cabelo. As sondas fluorescentes (rodamina e seus derivados) demonstram as vias de penetração e delinear a geometria das células do córtex e da medula de acordo com as suas propriedades hidrófilas ou lipófilas (HADJUR, 2001).

LAGARDE  et al (1994)  usando solução aquosa de  rodamina B  a 1% demonstraram que a  microscopia confocal é um método excelente para o estudo da localização manchas  fluorescentes, sendo  que as imagens obtidas em 3D são de alta qualidade e permitem a visualização da cutícula e seu padrão de distribuição,  e oferecem muito potencial para o futuros trabalhos de avaliação de dermocosméticos. Com o objetivo de investigar a conformação e a orientação das cadeias polipeptídicas, Ackermann et al (2008) estudaram o fio de cabelo por microscopia e Raman. Uma compreensão da espectroscopia de componentes do cabelo abre caminho para a investigação de molecular.

ESPECTROSCOPIA RAMAN

Dentre as técnicas desenvolvidas devido aos avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas destaca-se a espectroscopia Raman, que é governada por processos de espalhamento de luz pela matéria. Se uma onda eletromagnética atinge a superfície de um meio, uma fração da luz é refletida enquanto que o resto é transmitida para dentro do material. Da parcela da radiação transmitida através da superfície, uma fração desta é absorvida na forma de calor e outra é retransmitida na forma de luz espalhada.

A luz emergente apresenta em seu bojo uma pequena parcela composta de frequências diferentes daquela incidente; o processo que rege este fenômeno recebe o nome de espalhamento Raman. Os processos deste espalhamento inelástico podem ser classificados de duas formas: se a frequência da radiação espalhada for ligeiramente menor que a frequência da radiação incidente, o processo de espalhamento absorve energia, que é retirada do campo de radiação e transformada no meio espalhador. Esse espalhamento é denominado Stokes. Por outro lado, se a radiação espalhada tiver frequência ligeiramente maior que a da radiação incidente, o processo de espalhamento cedeu energia, que foi retirada do meio espalhador e transformada em energia do campo de radiação. Esse espalhamento recebe o nome de anti-Stokes. Quando uma onda eletromagnética atinge um material, seu campo elétrico oscilante imprime deslocamentos nos íons constituintes, gerando momentos de dipolos oscilantes que influem na suscetibilidade elétrica e, por consequência, na polarização do material (RODRIGUES & GALZERANI, 2012).

Espectroscopia Raman é um método não destrutivo com uma gama de possíveis aplicações no campo de pesquisa cosmética. GNIADECKA (1998) analisaram a estrutura da água, proteínas e lipídeos em pele humana, cabelos e unhas intactos. Uma vez que esta técnica é não invasiva, é de particular interesse para a pesquisa da pele e cabelo. Em muitos casos, este método pode ser aplicado tanto in vitro como in vivo para dar direta informações sobre o estado da pele ou cabelo antes e após o tratamento com produtos cosméticos (HADJUR, 2001).

Os dados Raman são de alta qualidade tanto na superfície como na profundidade em pele e em cabelo. As informações 3D gravadas por microscopia confocal Raman é crucial para melhorar a compreensão da pele e do cabelo por análise in situ da composição do produto químico (água, lipídios, proteínas, enxofre e aminoácidos). É também muito útil para a localização espacial de ingredientes cosméticos em substratos em função do tempo (LAGARTE, 1994). Todos estes componentes apresentam características distintivas em espectros Raman, Medidas Raman são relatados em cabelos pigmentados e descoloridos (KUZUHARA, 2003).  Os espectros de Raman podem assim ser utilizados para avaliar as alterações químicas associadas com branqueamento do cabelo, como fizeram Akhtar (1997), diferenças na produção de ácido cisteico de cisteína foram verificadas.

A fim de investigar a influência de tratamentos químicos (redução, aquecimento e,
oxidação) sobre fibras de queratina,  a estrutura do cabelo humano virgem branco resultante a partir de um processo de alisamento permanente cabelo em várias profundidades de amostras transversal foi analisada diretamente sem isolar a cutícula e córtex, utilizando espectroscopia de Raman.  A partir destas experiências, concluiram que o tratamento térmico após o  tratamento alisamento permanente de cabelo causa a randomização de proteínas existentes em toda a região do córtex, contribuindo assim para a aceleração da religação dos grupos de dissulfeto, durante o processo de oxidação.

Pudney et al (2013) descreveram a aplicação da espectroscopia Raman nas fibras do cabelo inteiro, demonstrando ser uma técnica dequada para investigar as propriedades do mesmo devido ao fato de ser uma técnica sensível à estrutura molecular e conformação de proteinas. Inicialmente demostraram as diferenças na composição das proteínas das estruturas do córtex,  e representaram graficamente. A penetração de agentes ativos foi  mostrado em cabelos tratados de maneiras diferentes, por exemplo, pelo branqueamento, ou  com o resorcinol seguido por lavagem e também foi observado o tratamento com um produto para cuidado do cabelo. Em todos os casos, as alterações do cabelo foram identificados e associadas a partes específicas da fibra. Uma vez que a fibra de cabelo é mantida intacta, pode ser tratada repetidamente e medida e, portanto, os processos de tratamento de múltiplas etapas podem ser avaliados.

Fibras de cabelo foram analisadas por espectroscopia Raman para avaliar a adequação de uma gama de comprimentos de onda de excitação para a coleta de dados através de longos períodos de tempo. Considerou-se que o comprimento de onda de excitação ótimo para o detalhe espectral dos testados, foi de 780 nm e que este comprimento de onda resultou em pouca degradação do sinal ao longo do tempo (CARPENTER, 2009).

As medidas realizadas para avaliação da eficácia dos fotoprotetores capilares são: mudanças na coloração, testes de degradação proteica, de decomposição do triptofana, peroxidação lipídica, testes mecânicos de resistência à tração, quimiluminescência e calorimetria exploratória dinâmica de alta pressão (ZULLI, 1996; BALOGH, 2010; FERNANDES, 2011).

Testes de tração mecânico

Teste de cabelo constitui em estudo de tensão a taxa constante (40 mm/min) de fibra de cabelo individualmente.  Talvez a mais intuitiva indicação da força do cabelo envolva a determinação força ou tensão (força por área) requerida para quebra uma fibra individual. A ruputura é dependente das dimensões do cabelo como espessura e tratamentos.

Gao & Bedell (2001) analisaram fibras individuais a uma taxa constante de deslocamento por tempo em ambiente controlado e determinaram que o cabelo suporta ~ 6,8GPa antes de quebrar.

CONCLUSÃO

Produtos com apelo fotoprotetor são importantes na manutenção de cabelos saudáveis.  Esses produtos são produzidos com substâncias catiônicas que apresentam afinidade intrínseca com a fibra, apresentando efeito formador de filme.  No entanto, as dificuldades em relação a mensuração da eficácia desses produtos ainda é uma lacuna a ser preenchida no campo de pesquisa cosmética.

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