FOTOBIOLOGIA

FOTOBIOLOGIA

. Studio degli effetti delle radiazioni luminose e ultraviolette sui sistemi biologici. È una branca della biologia che si va sempre più individuando e differenziando come specialità di studio nel vasto campo della ricerca sugli effetti biologici delle radiazioni. Per radiazioni luminose s'intendono le radiazioni elettromagnetiche, normalmente percepite dall'occhio umano, che vanno da lunghezze d'onda di 7000 Å a lunghezze d'onda di 4000 Å (un Å uguale a un decimilionesimo di mm.).

Dato che, oltre agli effetti delle radiazioni luminose, la f. studia anche quelli delle radiazioni ultraviolette (da 4000 Å a 100 Å), si precisa che il campo d'indagini della f. si estende a tutte le radiazioni eccitanti escludendo le radiazioni ionizzanti che sono di pertinenza della radiobiologia. L'energia associata alla lunghezza d'onda usata in f. non è sufficiente a determinare ionizzazioni, cioè distacco di elettroni dall'atomo, ma solo eccitazioni, cioè transizioni intraatomiche di elettroni. Si deve però osservare che nei substrati biologici l'energia necessaria per ottenere delle ionizzazioni è di circa 12,5 eV corrispondenti a lunghezze d'onda di circa 1000 Å. Pertanto l'intervallo fra 1000 Å e 100 Å dovrebbe essere considerato ionizzante, in quanto i fotoni corrispondenti hanno un'energia sufficiente a produrre anche fenomeni di ionizzazione. Questi ultimi però hanno una probabilità molto bassa di verificarsi. In altri termini in questo intervallo di lunghezze d'onda le ionizzazioni sono possibili ma sono da considerarsi statisticamente un evento raro e quindi anche questo tipo di radiazione può essere classificato nel gruppo delle radiazioni eccitanti.

Con il diminuire della lunghezza d'onda l'energia dei fotoni corrispondenti aumenta e gli eventi di ionizzazione diventano via via sempre più frequenti. Si parla quindi di radiazioni ionizzanti pur essendo coesistente anche l'azione eccitante.

Una caratteristica delle radiazioni eccitanti è quella di essere assorbite secondo gli spettri di assorbimento dei substrati irraggiati. Ne consegue che largo interesse fotobiologico presenta lo studio degli effetti biologici dell'ultravioletto poiché gli spettri di assorbimento delle molecole più importanti della cellula, cioè acidi nucleici e proteine, hanno i loro massimi di assorbimento proprio nell'ultravioletto, rispettivamente a 2600 Å e 2800 Å.

Un secondo campo d'indagine della f. è rappresentato dagli effetti fotodinamici, e cioè da quegli effetti che la luce determina nel caso che l'irraggiamento venga effettuato in presenza di sostanze colorate (pigmenti naturali o artificiali). In questo caso, le radiazioni visibili, di per sé inefficaci poiché non vengono assorbite normalmente dai substrati cellulari, vengono invece assorbite dai pigmenti: l'energia può essere poi trasferita ai substrati biologici provocando danni notevoli.

Basta pensare a tutti i casi di malattie metaboliche in cui compaiono a livello cutaneo pigmenti normalmente assenti e la loro presenza si rivela dannosa in seguito a esposizione dell'individuo alla luce solare.

La fotobiologia a livello di scienza sperimentale presenta tutte le caratteristiche delle cosiddette ricerche interdisciplinari. Essa richiede infatti competenze specifiche in vari campi come quello della fisica, della biofisica e della biochimica, e altri. Per es., l'interazione fra radiazioni e materia comprende reazioni fisico-chimiche a livello molecolare che vanno studiate con i mezzi e con le competenze della fisico-chimica, così come il problema della trasformazione dell'energia radiante in energia chimica.

D'altra parte l'espressione del danno iniziale, a carattere fisico chimico, in effetto biologico si realizza attraverso una serie di eventi metabolici cellulari che devono essere studiati a livello biochimico.

Anche il problema della fotosintesi clorofilliana rientra nel campo di studio della fotobiologia, almeno per ciò che riguarda la fase iniziale del fenomeno, e cioè l'assorbimento di energia luminosa da parte della clorofilla e la trasformazione di questa energia radiante in energia chimica che sarà utilizzata dalle piante per i processi di sintesi. Il più importante evento di vita organica nel nostro pianeta presenta quindi le caratteristiche di un fenomeno fotobiologico.

Le ricerche di fotobiologia hanno recentemente trovato una loro applicazione pratica in campo biomedico nella terapia della psoriasi, dell'ittero neonatale e nella fototerapia di alcuni tumori cutanei in cui vengono impiegati i laser a bassa potenza.

Bibl.: Photophysiology, a cura di A. C. Giese, Londra 1972; Photochemical and photobiological review, a cura di K. C. Smith, New York 1976; Research in photobiology, a cura di A. Castellani, ivi 1977.