REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cl10202411302130
Camila Feitosa Cláudio1
Edwar Davila Montenegro2
Yuri Cláudio Cordeiro de Lima3
RESUMO
A principal causa de câncer de pele é a grande exposição à UV, proveniente do sol. De acordo com estimativas conjuntas da World Health Organization e da International Labour Organization, quase 1 em cada 3 mortes por câncer de pele não melanoma é causada pelo trabalho ao sol, sendo a exposição desprotegida à radiação solar, no trabalho a céu aberto uma das principais causas de câncer de pele em atividade laboral. Fotoproteção é um elemento profilático e terapêutico frente aos efeitos danosos da radiação UV, no entanto, há poucas pesquisas que conectam a exposição à radiação UV medida por sensores com a incidência de queimaduras solares. Diante do exposto se faz necessário a criação de novas ferramentas que auxiliem a prevenir e/ou evitar os problemas na pele. A proposta deste projeto é a criação de um aparelho eletrônico compacto, capaz de realizar leitura das emissões de UV, e através destas, calcular o tempo de exposição seguro e a exposição acumulada e informar sobre a necessidade de reaplicação do protetor solar ou a interrupção da exposição ao sol, adaptando a proteção solar às condições individuais de cada pessoa, com base nos dados de entrada (variação do índice UV, tempo de exposição, fototipo e FPS). Ao término desta etapa do projeto foram desenvolvidos dispositivos utilizando plataformas de prototipagem eletrônica de código aberto, que foram adaptados para serem instalados em um capacete, atuando como EPI e em um bracelete, permitindo flexibilidade e portabilidade no uso do dispositivo em diferentes situações.
Palavras-Chave: Câncer de pele. Fotoproteção. IoT.
INTRODUÇÃO
O Sol é essencial para a vida na Terra, a radiação eletromagnética emitida pelo sol apresenta um largo espectro de comprimentos de onda (λ) e, é uma fonte de energia natural que possui um vasto potencial de utilização em função de sua acessibilidade e abundância (Ribeiro, 2004). O espectro de radiação solar não ionizante que chega à Terra é formado pelas radiações ultravioletas (UV), visível (λ entre 400 e 800 nm) e infravermelha (λ acima de 800 nm).
A radiação UV é a responsável pela ocorrência das reações fotoquímicas que oferecem inúmeros benefícios, como o processo de fotossíntese para as plantas, o estímulo à produção de vitamina D e melanina, a regulação de alguns hormônios e a sensação de bem-estar físico e mental. Contudo, por possuir grande capacidade de penetração na pele e um efeito acumulativo que pode variar entre agudo e crônico, dependendo das características individuais da pele exposta, da duração e frequência de exposição, além da intensidade das radiações em decorrência da estação do ano, período do dia e condição climática, estas mesmas radiações solares que trazem benefícios podem acarretar diversos danos à saúde, que vão desde inflamações e queimaduras até mutações gênicas e disfunções no comportamento celular (Flor, 2007; Balogh, 2011; Miranda, 2016; Melo, 2023). Dessa forma, essa radiação é tida como um agente carcinogênico em seres humanos (Lopes, 2012).
A exposição continuada e desprotegida aos raios ultravioletas do sol é um dos principais fatores que faz emergir o grande número de doenças crônicas de pele, não transmissíveis, como diversos tipos de câncer, em suas múltiplas apresentações clínicas e multicausalidade, com repercussões na saúde e na qualidade de vida da população, sendo o câncer de pele não melanoma o mais incidente no Brasil e no mundo, correspondendo a 31,3% de todas as neoplasias malignas do país (INCA, 2022).
Apesar de possuir vários fatores de risco, a principal causa de câncer de pele é a grande exposição aos raios ultravioletas proveniente do sol (SIMÕES et al., 2023). A exposição ao sol, especialmente as queimaduras solares ocorridas na infância, eleva o risco de desenvolver melanoma cutâneo ao longo da vida (BALK, 2011). De acordo com Diffey (2002), as medições da radiação UV são essenciais para avaliar o impacto dessa exposição na saúde humana, sendo a radiação UV uma das principais responsáveis por danos cumulativos à pele, como inflamações e mutações genéticas.
De acordo com estimativas conjuntas da World Health Organization (WHO) e da International Labour Organization (ILO), quase 1 em cada 3 mortes por câncer de pele não melanoma é causada pelo trabalho ao sol, sendo a exposição desprotegida à radiação solar ultravioleta no trabalho a céu aberto uma das principais causas de câncer de pele em atividade laboral, “Mas, existem soluções eficazes para proteger os trabalhadores dos raios nocivos do sol e prevenir os seus efeitos mortais.”, afirma o Dr. Tedros Adhanom Ghebreyesus, Diretor-Geral da OMS. (ILO, 2023; Pega et al., 2023, WHO, 2023).
O Global Solar UV Index (Índice Global de UV Solar – UVI), descreve o nível de radiação UV solar na superfície da Terra e indica sua capacidade de causar lesões na pele, servindo como um importante veículo para aumentar a conscientização pública e alertar as pessoas sobre a necessidade de tomar medidas de proteção quando exposto à radiação UV. Os valores do índice variam de zero para cima – quanto maior o valor do índice, maior o potencial de danos à pele e aos olhos, e menos tempo leva para que o dano ocorra. Mesmo para pessoas de pele clara muito sensíveis, o risco de danos por radiação UV de curto e longo prazo abaixo de um IUV de 3 é limitado e, em circunstâncias normais, não são necessárias medidas de proteção. Acima do valor limite de 3, a proteção é necessária, devendo ser reforçada em valores de IUV de 8 e acima deste (WHO, 2002).
Pesquisas demonstram que as regiões tropicais, em especial as áreas de alta altitude, são particularmente vulneráveis à radiação UV extrema. Nas regiões dos Andes Tropicais, por exemplo, foram registrados níveis recordes com o Índice UV (UVI) chegando a 43.3, o mais alto já observado. Esses níveis extremos, resultam de fatores como a alta elevação, redução na camada de ozônio e céu mais claro, fatores estes que aumentam a intensidade da radiação solar (CABROL et al., 2023). Da mesma forma, Bhattacharya et al. (2023), estudando sobre a variabilidade do Índice UV em Kerala, na Índia, observou que fatores geográficos e climáticos em regiões tropicais influenciam diretamente os níveis de exposição à radiação UV, o autor destaca a importância do monitoramento em áreas com altos índices de radiação solar.
Segundo Gonzáles et al. (2008), fotoproteção é um elemento profilático e terapêutico frente aos efeitos danosos da radiação UV, e a necessidade do uso de protetores solares, também conhecidos como fotoprotetores, é uma realidade indiscutível atualmente. Os filtros solares são substâncias químicas com propriedades de absorver, refletir e dispersar a radiação que incide sobre a pele (Secco, 2018). O UVI é um importante veículo para conscientizar a população sobre os riscos da exposição excessiva à radiação UV, e para alertar as pessoas sobre a necessidade de adotar medidas de proteção. Reduzir a exposição solar pode diminuir os efeitos nocivos para a saúde e reduzir significativamente os custos com cuidados de saúde (WHO, 2002).
Os sensores de radiação ultravioleta (UVR) podem fornecer dados personalizados sobre a exposição ao sol de uma pessoa e podem ser usados tanto como uma intervenção independente quanto como um complemento a outras estratégias mais abrangentes para diminuir a exposição solar e prevenir queimaduras. No entanto, há poucas pesquisas que conectam a exposição à radiação UV medida por sensores com a incidência de queimaduras solares (PARSONS et al., 2021; STUMP, 2019).
Estudos mostram que a autodeclaração do fototipo pode ser menos precisa do que a avaliação feita por dermatologistas, especialmente em fototipos intermediários e mais escuros (Eilers et al., 2013). Fitzpatrick (1988) desenvolveu um sistema de classificação de pele, conhecido como Tipos de Pele de Fitzpatrick, que varia do tipo I (pele muito clara, que sempre queima e nunca bronzeia) ao tipo VI (pele muito escura, que nunca queima e sempre bronzeia). Esse sistema é amplamente utilizado para avaliar o risco de exposição solar e personalizar as recomendações de fotoproteção com base no fototipo da pele. Embora o sistema de Fitzpatrick seja amplamente utilizado, ele pode ser complementado por outras classificações, como o Índice de Melanina, que ajuda a ajustar melhor a avaliação de fototipos em pessoas de pele mais escura (Wilkes et al., 2015). Monitorar a exposição objetiva à UVR (radiação ultravioleta) é particularmente relevante para grupos com maior risco de melanoma e tem se mostrado um método aceitável e não intrusivo para avaliar a exposição ao sol em estudos tanto observacionais quanto intervencionistas. Diante disso, se faz necessário a criação de novas ferramentas que auxiliem a prevenir e/ou evitar os problemas na pele.
Este projeto teve como objetivo, desenvolver um dispositivo eletrônico, compacto e versátil, capaz de monitorar as emissões de radiação ultravioleta (UV), emitidas pelo sol, e realizar o cálculo multiparamétrico do risco de exposição solar.
O dispositivo deveria ser capaz de emitir alertas preventivos personalizados, auxiliando na adoção de medidas protetivas na prevenção de danos à pele, como queimaduras solares e câncer de pele e auxiliar na gestão do tempo para reaplicação de bloqueadores solares ou na redução do tempo de exposição ao sol, com alertas precisos baseados no cálculo multiparamétrico.
Por fim o desenvolvimento de um dispositivo de monitoramento contínuo em diferentes contextos de exposição solar, pode aumentar a conscientização, de seus usuários, sobre os perigos da superexposição da radiação UV solar, para a saúde, DESENVOLVIMENTO
Segundo dados da própria Organização Mundial de Saúde, programas de proteção solar são urgentemente necessários para aumentar a consciencialização sobre os perigos da radiação UV para a saúde. Apesar de parte da população compreender os potenciais riscos que a exposição prolongada aos raios ultravioletas pode causar à saúde, especialmente se não houver proteção, a maioria negligencia o uso adequado de fotoprotetores (WHO, 2002).
O principal argumento utilizado, para a falta de cuidado adequado a proteção solar está sempre associado ao esquecimento em relação ao uso sistemático das medidas preventivas, como a utilização de bloqueadores solares dentro do tempo sugerido, ou até mesmo a redução do tempo de exposição ao sol (WHO, 2023).
Cotidianamente milhões de pessoas ao redor do mundo se expõem a radiação ultravioleta, sem tomar devidas precauções, com isso em vista, surgiu a ideia deste projeto: Um aparelho portátil, como um bracelete, um chaveiro, um relógio, um smartwatch, ou até mesmo como uma EPI (Equipamento de Proteção Individual) que traga uma tecnologia embarcada em sua estrutura, capaz de ler as emissões de radiação ultravioleta, cruzar com outras informações como tempo de exposição, cor da pele, fotoprotetor utilizado e poder alertar os usuários para o risco da exposição sofrida, é o diferencial deste projeto, tornando este aparelho uma ferramenta de monitoramento e auxílio das medidas preventivas a exposição excessiva ao sol.
Mães poderão receber alertas, via bluetooth ou wi-fi, diretamente em seus smartphones informando se está na hora de passar bloqueador solar nos filhos, gestores de segurança do trabalho poderão ter um melhor monitoramento sobre o risco laboral dos profissionais que trabalham ao ar livre sob a radiação do sol, entre outras aplicações onde um sistema de alerta a exposição de UV solar possa ser útil
Materiais e métodos
Para o desenvolvimento deste projeto, foi utilizado uma plataforma de prototipagem eletrônica de código aberto do tipo Arduino, integrada com um módulo sensor de radiação solar UV. Esses componentes foram adaptados para serem instalados de formas variadas, como em um capacete ou bracelete, permitindo flexibilidade e portabilidade no uso do dispositivo em diferentes situações. Para a aplicação em um capacete, como EPI (Equipamento de Pretensão Individual), foi adicionado luzes, de LEDs, de diferentes cores (verde, amarelo e vermelho) e um buzzer (alerta sonoro) já para aplicação no smartwatch, os resultados e alertas podem ser fornecidos pelo próprio smartwatch e pelo aplicativo no smartphone. Para todas as aplicações previstas, os aparelhos podem funcionar como IOT (Internet of Things), permitindo o monitoramento de forma remota, já que estão equipados com Bluetooth e Wi-fi.
A leitura da IUV – Intensidade de Ultravioleta, foi realizado por sensor UVM-30, este modelo é amplamente utilizado para a detecção da intensidade de radiação ultravioleta (UV), operando em uma faixa de comprimento de onda entre 200nm e 370nm. A utilização deste sensor é comum, em projetos de monitoramento ambiental e sistemas de alerta para exposição excessiva à radiação UV.
Para quantificar a radiação UV, captada por mV (milivolt) e convertê-la em um Índice UV (UVI), utilizamos uma tabela de conversão baseada na relação entre a voltagem de saída do sensor e o índice UV correspondente, que é fornecida pelo próprio fabricante. O modelo matemático para calcular o índice UV a partir da tensão de saída do sensor pode ser descrito pela seguinte fórmula, UVI = Volt/100.
Onde:
- UVI é o índice de radiação ultravioleta,
- Volt é a voltagem de saída do sensor em milivolts (mV),
- A constante de 100 representa a conversão de mV para unidades de índice UV, baseada na calibração do sensor UVM-30A.
Entretanto, com base nas medições realizadas em Teresina e utilizando os dados climatológicos locais como referência, foi identificado que o modelo padrão, que relaciona 100 mV a 1 unidade de Índice UV, não refletia de maneira precisa as leituras fornecidas para a região. Para corrigir essa discrepância, foi ajustada a constante de conversão para alinhar melhor os dados obtidos pelo sensor com os valores climatológicos locais, fornecidos para o dia da medição. Chegando a seguinte fórmula, UVI = Volt / 62,66 (adaptado pelos autores)
Vale considerar, de forma correlata, assim como Bhattacharya et al. (2023) destaca que, fatores geográficos e climáticos em regiões tropicais influenciam diretamente os níveis de exposição à radiação UV, é possível que a constante de conversão possa ter que sofrer ajustes em decorrência de variações com o local, a altitude e outras condições ambientais, exigindo recalibrações periódicas do modelo, ou ainda adaptações em outras regiões.
Para obtenção dos resultados personalizados para cada usuário, os dados de entrada (IUV – Índice de Radiação Ultravioleta, Tempo, Fotótipo da Pele e FPS – Fator de Proteção Solar), são utilizados em um modelo matemático. A modelagem para o cálculo do tempo seguro de exposição ao sol, adaptada de metodologias consagradas (MCKINLAY, 1987; FITZPATRICK, 1988; DIFFEY, 1992, 2002), considera o fator de proteção solar (FPS), o fotótipo da pele e o índice UV (IUV).
O cálculo ajusta o tempo seguro conforme a sensibilidade da pele à radiação UV, usando o Tempo de Eritema Padrão (TEP), que representa o tempo que uma pessoa sem proteção levaria para sofrer eritema (vermelhidão), o cálculo de tempo seguro é dado pela seguinte fórmula: Tempo Seguro = (FFFFFFFFFFFF x TTTTTTTTFFFF) /IIIIIIIIIIII. Além disso, o sistema calcula a exposição acumulada, que monitora o quanto da radiação UV foi recebida ao longo do tempo. Essa exposição é calculada somando as doses de radiação em intervalos de tempo (ΔT) e é dado pela seguinte fórmula: Exposição Acumulada (%) = Σ ((IIIIIIIIIIII x ΔTTTTTTTT) / (FFFFFFFFFFFF x TTTTTTTTFFFF)) x100. O modelo matemático foi integrado a uma planilha Excel, permitindo simulações rápidas com entrada de dados, inicialmente de forma manual e posteriormente de forma automatizada, por meio de uma interface que transfere as informações diretamente do dispositivo para a planilha. Atualmente, está em desenvolvimento um aplicativo (APP) que permitirá o gerenciamento completo dos dados e facilitará o monitoramento contínuo. Caso o tempo total de exposição ultrapasse o limite ajustado, são emitidos alertas visuais e sonoros. Assim, o sistema indica a necessidade de reaplicação do protetor solar ou a interrupção da exposição ao sol, adaptando a proteção solar às condições individuais de cada pessoa, com base no fototipo e na variação do índice UV (WHO, 2002).
Resultados e discussões
Ao término da 1ª etapa do projeto foi possível obter um aparelho eletrônico compacto, capaz de realizar medições das emissões UV e gerar alertas sonoros e visuais, fornecendo informações precisas sobre a intensidade da radiação em diferentes condições de exposição solar (figura 1).
Um segundo protótipo foi desenvolvido em um capacete, para servir, como um EPI (Equipamento de Proteção Individual) em atividades laborais ao céu aberto (figura 2), nesta versão foi removido o LCD, porém, permaneceram além do buzzer, três leds nas cores verde, amarelo e vermelho, dispostos no campo visual, possibilitando ao usuário a percepção dos alertas (sonoros e luminosos) de forma intuitiva. Nesta versão também foi inserido uma placa Wi-fi, transferidos as leituras do IUV, diretamente do dispositivo para a planilha ou APP, alimentando do modelo matemático aplicado e permitindo o monitoramento de forma remota e possibilitando o dispositivo, agora funcione como um IoT. Este segundo protótipo conseguiu realizar leituras de intensidade da radiação UV e informar, em diferentes situações de exposição aos raios solares, o tempo seguro de exposição e a exposição acumulada, gerando alertas de segurança de forma eficiente (Figura 3).
Recentemente, durante a participação de um evento realizado em São Paulo, foi possível verificar o funcionamento do dispositivo, de forma remota. Para isso, um dispositivo foi deixado ligado em Teresina – PI, entre os dias 24 e 26/09/2024 e os dados da leitura foram coletados durante o evento em São Paulo. Estes resultados, permitiram mostrar a viabilidade de aplicação do SUNSENSE, como um dispositivo IoT.
Os resultados obtidos refletem a distribuição normal, esperada para a incidência solar ao longo do dia e demonstram a estabilidade e confiabilidade no funcionamento do dispositivo, mesmo em operação remota. As pequenas flutuações ao longo do “sino”, são esperadas e ocorrem em decorrência do sombreamento pela passagem de nuvens e reforçam a capacidade do dispositivo em perceber estas flutuações da IUV (Figura 4). Uma nova versão, em desenvolvimento, será implementada no formato de um smartwatch. Além de contar com conexão Wi-Fi e Bluetooth, essa nova versão se comunicará com um aplicativo, que também já está em desenvolvimento (Figuras 5 e 6).
CONCLUSÕES
Devido à falta de um método de aferição disponível para este projeto, não foi possível mensurar o nível de precisão das medições realizadas. Mesmo assim, o dispositivo realiza sua função de conscientização, ao alertar sobre a intensidade da radiação ultravioleta. Existem poucas publicações brasileiras com referência ao tema, de medição e quantificação de IUV e Tempo Seguro de Exposição, ajustadas às condições ambientais locais, sugere-se, para isso a ampliação de mais pesquisas voltadas a este tema, permitindo o estabelecimento de métodos estandardizados de medição e quantificação de IUV adequados a região tropical em especial ao Brasil.
Projetos como esse, estão alinhados com os ODS (Objetivos de Desenvolvimento Sustentável) da ONU e são fundamentais para educar a sociedade sobre os riscos da exposição solar e prevenir diversos problemas de pele, inclusive o câncer. Com aperfeiçoamentos constantes, como a inserção de inteligência artificial e algoritmos mais avançados, é esperado que o aparelho se torne ainda mais eficaz, com a apresentação de dados mais precisos e personalizados para a proteção contra a radiação ultravioleta solar. Acredita-se que sistemas de medição e quantificação de IUV, possam se tornar uma tecnologia popularizada e disponível em vestíveis como smartwatch, ou em EPIs como capacetes de segurança e que possam atuar como um forte aliado nas estratégias de promoção a saúde coletiva e laboral, ajudando no combate lesões cutâneas, como câncer de pele, por exposição solar excessiva e acumulativa.
REFERÊNCIAS
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APÊNDICE
Figure 1: 1º protótipo do sistema de medição de intensidade de UV (Fonte: Próprio autor, 2024).
Figure 2: Vista geral do 2º protótipo, aplicado em capacete, como EPI (Fonte: Próprio autor, 2024).
Figure 3: Gráfico da leitura de incidência UV ao longo de 8 horas do dia (Fonte: Próprio autor, 2024).
Figure 4: Resultados de leituras realizadas de forma remota (Teresina-PI / São Paulo – SP), no dia 24/09/2024
Figure 5: Versão miniaturizada, em forma de srmatwatch, em fase de desenvolvimento (Fonte: Próprio autor, 2024).
Figure 6: APP (em desenvolvimento) para monitoramento da radiação UV (Fonte: Próprio autor, 2024).
1Aluna secundarista na Great International School
2Graduado em licenciatura em Física, doutorando em Ciência e Engenharia de Materiais (UFPI) e Professor de Robótica na Great International School
3Graduado em Ciências Biológicas e (UFPI) e em
Engenharia de Produção (UNIFSA), Mestre em Engenharia de Materiais (IFPI) e Assessor Ambiental na INVESTE PIAUÌ. E-mail para contato: yuricclima@gmail.com