Фотостарение волос в практике специалиста эстетической медицины

Старение волос включает в том числе деградацию волосяного стержня, состоящую из прогрессирующего разрушения волосяного волокна от корня до кончика.

Повреждение волос является общепризнанным понятием, которое охватывает разнообразные признаки, среди которых:

• сухость;
• повышенная ломкость;
• секущиеся кончики;
• жесткость волоса на ощупь;
• неуправляемость волос;
• отсутствие блеска.

Волосы человека постоянно подвергаются многократному воздействию окружающей среды, которое обычно называют «атмосферным выветриванием», усугубляемым различными внешними факторами. К таким внешним факторам относятся солнечный свет, вода, пыль, трение, расчесывание волос и косметические процедуры, такие как, например, окрашивание или перманент. В дополнение к природному внутреннему старению волоса эти факторы провоцируют внешнее старение волосяного стержня. Важную роль в старении волос среди природных агрессоров играет солнечный свет, в частности УФ-лучи. Их воздействие мы называем фотостарением, которое и является темой статьи.

Волосы и УФ-излучение

Волосяное волокно организовано в виде двухфазного межклеточного скопления, состоящего из волокон кератина, находящихся в аморфной матрице. Современный геномный анализ идентифицировал до 54 видов кератинов у человека, сгруппированных в промежуточные филаменты I и II типа, 17 из которых являются кератинами волос, представляющими собой группу нерастворимых цистинсодержащих геликоидальных белковых комплексов и формирующих 65–95% структуры волос по весу. Наибольшую массу волосяного стержня составляет корковое вещество волоса, которое отвечает за механические свойства волокна. Эти свойства зависят от времени, температуры, влажности. Корковое вещество окружает кутикула, представляющая собой слой прилегающих внахлест ороговевших чешуек, которые могут составлять 10% волокна по весу и защищают волокно от атмосферного и химического повреждения. Так как корковое вещество защищено кутикулой, то повреждения в этой области обычно происходят уже после ее масштабного повреждения. Отбеливание и воздействие солнца, как известно, приводит к повреждению обоих участков волоса. Физико-химическое старение волокна в результате внешних стимулов проявляется на волосах за время их жизненного цикла – в среднем 3–4 года. Полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа изображения показали, что однородная поверхность кутикулы возле корня по мере продвижения к кончику волоса разъедается эрозией. Другой метод показал, что степень окисления волоса (в качестве индикатора использовался уровень цистеиновой кислоты) постепенно увеличивается от корня к кончику волоса [1, 2, 3].

УФ-свет представляет собой наиболее активный вид солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, и, являясь предпосылкой развития жизни на нашей планете, также может привести к заболеваниям и разрушениям. УФ-повреждение волосяного волокна, хотя и проявляется не сразу, играет важную роль среди всех факторов повреждения волос. Волосы, находящиеся под воздействием естественного солнечного света, демонстрируют снижение предела прочности на разрыв и более склонны к щелочному воздействию (щелочная растворимость). По сравнению с волосами, на которые не оказывалось воздействие, влияние видимого света усилило щелочную растворимость и более чем в два раза повысило содержание цистеиновой кислоты в волосе. При старении, спровоцированном воздействием света, цвет волос тускнеет, происходят изменения состояния поверхности, приводя к сокращению мягкости и блеска волос. Следовательно, свет изменяет косметические свойства волос, поэтому волокнам волос необходима защита от воздействия света [3, 4, 5, 6].

Функция пигмента волоса состоит в обеспечении некоторой фотохимической защиты белков волос, особенно при воздействии более коротких волн. Пигменты волос реализуют эту защитную функцию, поглощая и фильтруя воздействующее излучение, а затем рассеивая эту энергию в виде тепла. Тем не менее в процессе защиты белков волоса от воздействия света происходит деградация или обесцвечивание пигмента [7]. УФ-свет и кислород влияют не только на меланины, но и на аминокислоты и жирные кислоты, находящиеся в волосе и кутикуле. Аминокислоты могут разрушаться или полимеризироваться. Ароматические аминокислоты по сравнению с другими аминокислотами являются более чувствительными [8].

Наиболее очевидным результатом воздействия солнечного света является выгорание. Изменения волосяных волокон, вызванные УФ-светом, в значительной степени являются изменением физических и химических свойств. Возможными физическими изменениями могут стать сухость, пониженная прочность, грубость структуры поверхности, обесцвечивание, уменьшение блеска, жесткость и хрупкость. В ходе химических изменений могут происходить изменения белков, липидов и пигментов волос. Окисление липидов, разрушение дисульфидных связей, разрушение триптофана и образование цистеиновой кислоты приводит к увеличению пористости волокон, потере механической прочности и увеличению шероховатости поверхности [9, 10, 11, 12].

Фотопожелтение или фотообесцвечивание провоцируется УФ-излучением (УФИ) короткими (~ 300 нм) или более длинными (~ 398 нм) волнами [8]. Готинг (Hoting) и соавт. в результате исследований выяснили, что фотохимическое воздействие на цвет волос сильно зависит от наличия меланина и хромофоров в волосах. Ученые продемонстрировали, что феомеланин более чувствителен, чем эумеланин [7]. Выделяя различия эффектов воздействия излучений УФ-А и УФ-B на структуру волос, Ретщ (Ruetsch) и соавт. изучали фотоповреждение волос в условиях длительного воздействия УФ-излучения, в ходе которого было установлено, что волосы претерпевают существенные изменения – как химические, так и морфологические. Эти изменения становились более выраженными по мере увеличения влажности во время воздействия излучения [12].

Патомеханизмы фотостарения

Защитное действие гранул меланина ограничивается богатым меланином корковым веществом черных волос, которые демонстрируют лишь незначительное изменение белков волокна при облучении. Черные волосы более стабильны к фотоповреждению, чем светлые, однако белки кутикулы с малым содержанием меланина претерпевают одинаковые изменения как в черных, так и в светло-каштановых волосах. Готинг (Hoting) и соавт. установили, что, в отличие от светлых, темные волосы более устойчивы к фотодеградации благодаря более высокой фотостабильности эумеланина по сравнению с феомеланином.

Однако повреждения волос в результате воздействия УФИ зависят не только от типа меланина каждого волоса, но и от общего его количества. Феомеланин гораздо более чувствителен к ультрафиолету, чем эумеланин, хотя оба эти типа меланина являются одинаково восприимчивыми к воздействию видимого света. УФ-А-излучение может глубоко проникать в кору волоса, поэтому фотохимические изменения, в том числе кутикулы и коры вместе взятых, могут быть более выраженными после воздействия УФ-А-лучей. С другой стороны, воздействие УФ-B, характеризующееся ограниченной глубиной проникновения, приводит к серьезным морфологическим повреждениям, особенно в пределах кутикулы волоса [7].

Фотодеградация цистина является наиболее отчетливым изменением аминокислотного остатка всего волокна, к дополнительным последствиям чего можно отнести потерю прочности волокна и инфильтрацию воды, что в дальнейшем создает благоприятные условия для последующих реакций фотоокисления с помощью растворенного кислорода [13]. Фотохимические изменения включают в себя разрушение дисульфидных мостиков в пределах структурных единиц волоса и создание новых внутри- и межмолекулярных поперечных связей при помощи реакции присоединения групп белковых аминокислот по карбонильным группам внутри и между структурными единицами, тем самым уменьшая структурную целостность. Такие реакции вызывают постепенное увеличение хрупкости и постепенную утрату структурной дифференциации. Роббинс (Robbins) и Баль (Bahl), используя для химического анализа электронную спектроскопию, исследовали влияние солнечного света и ультрафиолетового излучения на дисульфидные связи в волосах. Исследователи продемонстрировали, что фотодеградация цистина происходит посредством разрыва связи C-S, а максимальный уровень фотодеградации происходит в кутикулярной области, где концентрация цистина достигает своего наивысшего уровня. В поврежденных солнечным светом волосах чаще всего наибольшим изменениям подвергаются аминокислоты кутикулы по сравнению с аминокислотами коркового вещества волоса, поскольку интенсивность воздействия излучения на внешние слои волокна больше. Белки кутикулы разрушаются ультрафиолетовыми лучами УФ-А и УФ-B и гораздо меньшей степени видимым светом [14, 15].

УФ-излучение провоцирует образование радикалов кислорода, таких как супероксид и гидроксил. Эти молекулы имеют один неспаренный электрон на внешней орбитали, что позволяет им активно вступать в реакцию, особенно с молекулами, имеющими двойную связь в своей структуре, такими как ненасыщенные липиды [4]. Химически эти изменения, как полагают, являются результатом спровоцированного УФИ окисления серосодержащих молекул внутри волосяного стержня. Меланин характеризуется наличием внутреннего электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), который значительно усиливается при воздействии УФ-лучей и видимого света. В присутствии кислорода вырабатывается супероксид, который дисмутирует в перекись водорода, что в присутствии следов ионов металлов приводит к образованию гидроксильных радикалов. Также происходит окисление углерода полипептидных цепей с образованием карбонильных групп [16]. Широко изучен этот процесс в шерсти животных, где он известен как фотопожелтение. Литературные источники предполагают, что структурные липиды волосяного волокна разрушаются под действием ультрафиолетового, а также видимого света, приводя к ослаблению комплекса клеточных мембран, которые подвергаются воздействию светового излучения [17].

Фотозащита волос

Фотозащита волос не является частой причиной обращения к дерматологу. В конце концов, стержень волоса является неживым органом и не требует защиты от УФИ, поскольку канцерогенез невозможен. Если волосы повреждены УФИ, их можно обрезать, и они будут заменены вновь отросшими. Таким образом, на первый взгляд, проблема фотозащиты волос может показаться излишней. Однако фотоповреждение является одной из наиболее распространенных причин плохого внешнего вида волос у возрастного населения.

Понимание механизма влияния УФИ на волосы пришло из текстильной промышленности. Натуральные белые волокна, такие как шерсть, хлопок, шелк и вискоза, приобретали желтый/коричневый оттенок под воздействием солнечных лучей (фотопожелтение). Тот же процесс происходит и с человеческими волосами, когда эумеланин и феомеланин окисляются до оксимеланина, побочного продукта фотодеградации [2].

Солнцезащитные кремы для волос

До недавнего времени основным подходом к вопросу фотозащиты волос было использование таких традиционных действующих солнцезащитных веществ, как кондиционеры мгновенного действия, гели для укладки, лаки для волос. Подобный местный подход не является оптимальным, так как солнцезащитная пленка образуется не на каждом волосяном стержне и большая часть солнцезащитного средства не покрывает волосяную кутикулу. Непреодолимой задачей любого солнцезащитного средства является защита волос без придания им жирности и липкости. Эта дилемма привела исследователей к вопросу, возможна ли фотозащита волос изнутри.

Повышение внутренней фотозащиты волос

Если эумеланин и феомеланин обеспечивают фотозащиту волос, синтетические пигменты, нанесенные на кутикулу и внутрь кортекса с помощью красок для волос, также могут действовать в качестве солнцезащитного средства. Существует два типа красок для волос, которые могут искусственно увеличить пигменты волосяного стержня: полуперманентные и перманентные краски [1].

Полуперманентные краски для волос состоят из комбинации таких красителей, как нитрофенил недиамины, нитроаминофенолы и амионантраквиноны. Эти красители остаются на волосах в течение 25 минут и применяются вместе, чтобы получить окончательный нужный цвет, который смывается после 8–12 моек. Некоторое первоначальное повреждение волосяных волокон происходит во время окрашивания. Однако, поскольку волосы подвергаются более длительным периодам УФИ, повреждающее действие при окраске компенсируется антиоксидантным действием цвета, нанесенного на стержень волоса и внутрь него. Таким образом, белые волосы больше страдают от потери механической прочности, вызванной УФИ, чем окрашенные полуперманентной краской волосы после 4-х дней воздействия солнечного света. Более темные краски для волос обеспечивают лучшую фотозащиту. Полуперманентные краски представляют собой смесь красных и синих оттенков для создания коричневого цвета. Интересно отметить, что красные пигменты дают более сильную фотозащиту, чем синие. Это, вероятно, из-за того, что красные красители поглощают большую часть УФ-спектра по сравнению с синими.

Этот же фотозащитный эффект наблюдается и у перманентных красок для волос. Они проникают глубже в волос, создавая цвет в результате реакции окисления/восстановления. Они также выступают в качестве фотозащитного средства. Однако перманентные краски для волос являются более вредными из-за содержания перекиси водорода и аммиака, используемых для того, чтобы химические вещества проникали в волос.

Другие щелочные красители, глубже проникающие внутрь волоса, также обеспечивают фотозащиту. Перманентные краски для волос могут действовать как пассивные фотофильтры, уменьшающие повреждение протеина в волокнах волос путем ослабления падающего света. Это достигается за счет молекулы красителя, поглощающей энергию света, что способствует поддержанию его в активном состоянии с последующим возвратом в основное состояние излучательным и безызлучательным путем. Таким образом, окрашивание седых волос обеспечивает наилучшую фотозащиту из имеющейся в настоящее время [18].

Метаболические комплексы, обеспечивающие фотозащиту волоса

Солнечный свет способствует разрыву цистин-дисульфидных связей, которые обеспечивают структурную целостность волоса, разрушая,таким образом, как цвет волос, так и их структуру. С возрастом естественные пигменты волос эумеланин и феомеланин перестают вырабатываться. Эти пигменты действуют как антиоксиданты, чтобы не допустить разрыва дисульфидных связей, поддерживающих прочность волос, что делает седые волосы более подверженными разрушающему воздействию УФИ, чем пигментированные волосы [2]. Волосяной фолликул, являясь одной из самых метаболически активных структур организма человека, нуждается в определенных компонентах и источниках энергии для адекватной продукции здорового волоса: аминокислотах, витаминах, микроэлементах и полиненасыщенных жирных кислотах. Обеспечение зародышевого матрикса и корней волос необходимым строительным материалом происходит путем получения питательных веществ через кровоток, а не трансдермально. УФ-свет и кислород, влияющий на меланины и липиды волос, провоцирует наибольшую деградацию аминокислот. Среди них особенно подвержены разрушению от воздействия светового излучения цистин, метионин, фенилаланин, триптофан, гистидин, пролин и лейцин. Соответственно, изучение влияния аминокислотных метаболических комплексов на состояние стержня волоса, а также изучение таковых в качестве возможного фактора УФ-протекции стало перспективным направлением в трихологии [19].

В диссертации Ханса Фитцера на соискание ученой степени, представленной на факультете клинической медицины Университета Эберхарда и Карла (Тюбинген), показаны данные о влиянии препарата «Пантогар» (Pantogar®) на качество человеческого волоса. Для проверки таких параметров, как прочность при растяжении, удлинение и время разрыва волоса, а также разбухание и степень взаимодействия с красителем, для неповрежденных и УФ-поврежденных волос использовались простые процедуры измерения. Уже через 1 месяц приема препарата во всех сериях испытаний зафиксировано улучшение качества волос, которое существенно увеличилось через 3 месяца и дополнительно заметно улучшилось через 5 месяцев лечения. Индивидуальные результаты сравнивались между собой и подтверждались статистически [20].

В 2012 году группой Томаса Хенгля («Мерц Фармацевтика GmbH», Франкфурт, Германия) были проведены исследования препарата «Пантогар» по изучению «УФ-защиты, обеспечиваемой стимулирующим рост волос препаратом, в модели in vitro в условиях, ограничивающих рост человеческих кератиноцитов», результаты которого были представлены на 16-м конгрессе Европейского общества исследования волос (EHRS) в Барселоне. Известно, что УФИ, помимо ингибирующего действия на пролиферацию и индукцию апоптоза нормальных человеческих эпидермальных кератиноцитов (НЧЭК), приводит к старению кожи и канцерогенезу. Описано повреждающее воздействие УФИ на внешнюю часть волосяного стержня in vivo и in vitro на клеточном уровне для культивированных волосяных фолликулов. Воздействие УФИ на кожу на различной глубине зависит от длины волны, поэтому НЧЭК являются основной мишенью УФИ. В данной работе описывается использование in vitro модели на 2D-матриксе в условиях, ограничивающих рост человеческих кератиноцитов (предположительно наблюдаемое при диффузном выпадении волос), для анализа потенциальной УФ-защитной способности стимулирующего рост волос препарата. Комбинация L-цистеина, тиамина, пантотената и фолиевой кислоты (предполагаемого метаболита ПАБК) вводилась в качестве in-vitro-аналога композиции препарата, принимаемого перорально. Результаты свидетельствовали о том, что in-vitro-аналог «Пантогара» смог предотвратить ассоциированное с УФИ сокращение метаболической активности, а также спровоцированный УФИ апоптоз. УФ-защитная способность in-vitro-аналога связана с метаболическим укреплением кератиноцитов, а не только с УФ-блокирующей способностью. Данные указывают на возможную новую УФ-защитную роль тестируемого препарата, стимулирующего рост волос, особенно для кератиноцитов в ограничивающих условиях. По всей вероятности, можно ожидать, что УФ-защита эпидермальных кератиноцитов в условиях in vivo обеспечивается ингредиентами препарата незамедлительно. Защита кератиноцитов волосяного фолликула от УФ-стресса является возможным элементом новизны тестируемой комбинации. Актуальность вторичных медиаторов УФИ и участие отдельного соединения в УФИ-защите должны исследоваться в ходе дальнейших экспериментов [21].

Резюме

Возможными физическими изменениями при фотоповреждении волос могут стать сухость, пониженная прочность, грубость структуры поверхности, обесцвечивание, уменьшение блеска, жесткость и хрупкость. Ультрафиолетовый свет и кислород влияют не только на меланины, но и на аминокислоты и липиды волос и кутикулы. Аминокислоты волос поглощают свет на этом участке, и они же наиболее подвержены деградации под действием света. Среди аминокислот, которые разрушаются под воздействием светового излучения, можно выделить цистин и метионин, фенилаланин, триптофан, гистидин, пролин и лейцин. Фотохимическое влияние на цвет волос сильно зависит от наличия меланина и хромофоров в волосах. Эумеланин в большей степени стабилен к воздействию света и обеспечивает лучшую защиту волос от фотоповреждения, чем феомеланин. Меланин может обеспечить фотозащиту белка волос, но только в корковом веществе. Так как темные волосы содержат больше фоточувствительных белков, чем светлые волосы, они демонстрируют более высокие потери белка. В корковом слое темных волос, несмотря на большее, чем в светлых волосах, количество фоточувствительных белков, находится больше меланина, поглощающего УФИ. Различные цвета волос характеризуются разной чувствительностью к УФ-A, УФ-B, видимому свету и к инфракрасному диапазону солнечного спектра. Видимый свет и УФ-A в основном провоцируют фотовыцветание искусственного цвета волос. Структурные липиды волосяного волокна разрушаются под действием ультрафиолетового, а также видимого света, приводя к ослаблению комплекса клеточных мембран, которые подвергаются воздействию светового излучения. Эумеланин отвечает за защиту структурных липидов волос от фотохимического воздействия солнечного света. Стареющие волосы требуют специального косметического подхода, принимающего во внимание отсутствующий пигмент и уменьшение количества косметических процедур. Правильный выбор средств для укладки и ухода за волосами поможет улучшить внешний вид волос в любом возрасте. Фотозащита волос необходима для поддержания цвета волос и их силы. Метаболические комплексы для волос, содержащие аминокислоты с доказанной эффективностью на качество волос и УФ-протекцию, рекомендовано включать в комплексную терапию и профилактику старения волос.

Данная статья является частью спецпроекта "Профилактика фотостарения"

Ознакомиться со всеми статьями данной темы вы можете:

СПЕЦПРОЕКТ. Профилактика фотостарения

ЛИТЕРАТУРА:

1. Злотогорский А., Шапиро Д. [и др.]. Трихология / под ред. А. Литуса; пер. с англ. Ю. Овчаренко. – К.: Рудь, 2013. – 160 с., ил.
2. Ralph M. Trüeb. Desmond J. Tobin (Eds.) Aging Hair // Spring er, 2010. – 270 p.
3. Braida D., Dubief C., Lang G. // Photoageing of hair fiber and photoprotection. Skin Pharmacol. – 1994. – 7: 73–77.
4. Agache P. G., Quencez E. The mechanism of solar erythema // J Appl Cosmetol. – 1988. – 6: 69–78.
5. Vittoria S. Review of the current understanding of the effect of ultraviolet and visible radiation on hair structure and options for photoprotection // J Cosmet Sci. – 2004. – 55: 95–113.
6. Dubief C. Experiments with hair photodegradation // Cosmet Toiletr. – 1992. – 107: 95–102.
7. Hoting E., Zimmermann M., Hocker H. Photochemical alterations in human hair. part II: analysis of melanin // J Soc Cosmet Chem. – 1995. – 46: 181–190.
8. Maclaren J. A., Milligan B. The chemical reactivity of the wool fibre. In: Wool science. Science Press, Marricksville, Australia. – 1981. – Р. 219–234.
9. Gao T., Bedell A. UV damage to natural gray hair and its photoprotection // J Cosmet Sci. – 2001. – 52: 103–118.
10. Jachowicz J., Helioff M., Rocafort C., et al. Photodegradation of hair and its photoprotection by a substantive photofilter // Drug Cosmet Ind. – 12: 28–44.
11. Jeon S. Y., Pi L. Q., Lee W. S. Comparison of hair shaft damage after UVA and UVB irradiation // J Cosmet Sci. – 2008. – 59: 151–156.
12. Ruetsch S. B., Kamach Y., Weigmann H. D. Photodegradation of human hair: an SEM study // J Cosmet Sci. – 2000. – 51: 103–125.
13. Wolfram L. J. Reactivity of human hair, a review. In: Organos, Montagna, Stuttgen (eds) Hair research: status and future aspects // Springer, Berlin. – 1981. – Р. 479–500.
14. Robbins C., Bahl M. Analysis of hair by electron spectroscopy for chemical analysis // J Soc Cosmet Chem. – 1984. – 35: 379–390.
15. Robbins C. R. Chemical and physical behavior of human hair, 4th edn // Springer, New York. – 2002.
16. Draelos Z. D. The biology of hair care // Dermatol Clin. – 2000. – 18: 651–658.
17. Jones C. D., Carr C. M., Cooke W. D., et al. Investigation the photo-oxidation of wool using FT-Raman and FT-IR spectroscopies // Text Res J. – 1998. – 68: 739–748.
18. Trueb R. M. Aging of hair // J Cosmet Dermatol. – 2005. – 4: 60–72.
19. Braida D., Dubief C., Lang G. Photoageing of hair fiber and photoprotection // Skin Pharmacol. – 1994. – 7: 73–77.
20. Methodological investigations on the effect of a medication treatment on hair quality.
21. Постер EHRS 2012.
22. Юлия Овчаренко, доцент кафедры дерматовенерологии Харьковской медицинской академии последипломного образования (ХМАПО), член правления Европейского общества исследования волос, руководитель клиники «Институт трихологии» (Украина)
23. Les Nouvelles Esthetiques Украина 1(95)

Статья впервые была опубликована на сайте 26 января 2021 года.