Фотостаріння волосся у практиці фахівця естетичної медицини

Старіння волосся означає деградацію волосяного стрижня, що складається з прогресуючого руйнування волосяного волокна від кореня до кінчика.

Пошкодження волосся є загальновизнаним поняттям, яке охоплює різноманітні ознаки, серед яких:

• сухість;
• підвищена ламкість;
• посічені кінчики;
• жорсткість волосся на дотик;
• некерованість волосся;
• відсутність блиску.

Волосся людини постійно зазнає багаторазового впливу навколишнього середовища, яке зазвичай називають «атмосферним вивітрюванням», що посилюється різними зовнішніми факторами. До таких зовнішніх факторів належать сонячне світло, вода, пил, тертя, розчісування волосся та косметичні процедури, такі як, наприклад, фарбування або перманент. На додаток до природного внутрішнього старіння волосся ці фактори провокують зовнішнє старіння волосяного стрижня. Важливу роль у старінні волосся серед природних агресорів відіграє сонячне світло, зокрема УФ-промені. Їхній вплив ми називаємо фотостарінням, яке і є темою статті.

Волосся та УФ-випромінювання

Волосяне волокно організовано у вигляді двофазного міжклітинного скупчення, що складається з волокон кератину, розташованих в аморфній матриці. Сучасний геномний аналіз ідентифікував до 54 видів кератинів у людини, згрупованих у проміжні філаменти I і II типу, 17 з яких є кератинами волосся, що є групою нерозчинних цистинвмісних гелікоїдальних білкових комплексів і формують 65-95% структури волосся за вагою. Найбільшу масу волосяного стрижня становить коркова речовина волосся, що відповідає за механічні властивості волокна. Ці властивості залежать від часу, температури, вологості. Коркову речовину оточує кутикула, що є шаром прилеглих внахльост ороговілих лусочок, які можуть становити 10% волокна за вагою і захищають волокно від атмосферного та хімічного пошкоджень. Оскільки коркова речовина захищена кутикулою, то ушкодження у цій області зазвичай відбуваються вже після її масштабного ушкодження. Відбілювання та вплив сонця, як відомо, призводять до пошкодження обох ділянок волосся. Фізико-хімічне старіння волокна в результаті зовнішніх стимулів проявляється на волоссі за час їх життєвого циклу – в середньому 3-4 роки. Отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопа зображення показали, що однорідна поверхня кутикули біля кореня у міру просування кінчика волосся роз'їдається ерозією. Інший метод показав, що ступінь окислення волосся (як індикатор використовувався рівень цистеїнової кислоти) поступово збільшується від кореня до кінчика волосся [1, 2, 3].

УФ-світло є найбільш активним видом сонячної радіації, що досягає поверхні Землі, і, будучи передумовою розвитку життя на нашій планеті, також може призвести до захворювань і руйнувань. УФ-ушкодження волосяного волокна хоч і проявляється не відразу, відіграє важливу роль серед усіх факторів ушкодження волосся. Волосся, що перебувають під впливом природного сонячного світла, демонструють зниження межі міцності на розрив і схильні до лужного впливу (лужна розчинність). Порівняно з волоссям, яке не зазнало впливу, дія видимого світла посилила лужну розчинність і більш ніж удвічі підвищила вміст цистеїнової кислоти у волоссі. При старінні, спровокованому впливом світла, колір волосся тьмяніє, відбуваються зміни стану поверхні, що призводить до скорочення м'якості й блиску волосся. Отже, світло змінює косметичні властивості волосся, тому його волокнам необхідний захист від дії світла [3, 4, 5, 6].

Функція пігменту волосся полягає у забезпеченні певного фотохімічного захисту білків волосся, особливо при дії більш коротких хвиль. Пігменти волосся реалізують цю захисну функцію, поглинаючи і фільтруючи випромінювання, що впливає, а потім розсіюючи цю енергію у вигляді тепла. Проте у процесі захисту білків волосся від впливу світла відбувається деградація або знебарвлення пігменту [7]. УФ-світло і кисень впливають не тільки на меланіни, але і на амінокислоти та жирні кислоти, що розташовані у волоссі й кутикулі. Амінокислоти можуть руйнуватися або полімеризуватися. Ароматичні амінокислоти, порівняно з іншими амінокислотами, є більш чутливими [8].

Найбільш очевидним результатом впливу сонячного світла є вигоряння. Зміни волосяних волокон, спричинені УФ-світлом, значною мірою є зміною фізичних і хімічних властивостей. Можливими фізичними змінами можуть стати сухість, знижена міцність, грубість структури поверхні, знебарвлення, зменшення блиску, жорсткість і крихкість. У результаті хімічних змін можуть відбуватися зміни білків, ліпідів та пігментів волосся. Окислення ліпідів, руйнування дисульфідних зв'язків, руйнування триптофану й утворення цистеїнової кислоти призводить до збільшення пористості волокон, втрати механічної міцності й збільшення шорсткості поверхні [9, 10, 11, 12].

Фотопожовтіння, або фотознебарвлення, провокується УФ-випромінюванням (УФІ) короткими (~ 300 нм) або довшими (~ 398 нм) хвилями [8]. Готинг (Hoting) та співавтори в результаті досліджень з'ясували, що фотохімічна дія на колір волосся сильно залежить від наявності меланіну та хромофорів у волоссі. Вчені продемонстрували, що феомеланін чутливіший, ніж еумеланін [7]. Виділяючи відмінності ефектів впливу випромінювань УФ-А та УФ-B на структуру волосся, Ретщ (Ruetsch) та співавтори вивчали фотопошкодження волосся в умовах тривалого впливу УФ-випромінювання, під час якого було встановлено, що волосся зазнає суттєвих змін – як хімічних, так і морфологічних. Ці зміни ставали більш вираженими зі збільшенням вологості під час впливу випромінювання [12].

Патомеханізми фотостаріння

Захисна дія гранул меланіну обмежується багатою меланіном корковою речовиною чорного волосся, яке демонструє лише незначну зміну білків волокна при опроміненні. Чорне волосся більш стабільне до фотоушкодження, ніж світле, проте білки кутикули з малим вмістом меланіну зазнають однакових змін як у чорному, так і у світло-каштановому волоссі. Готинг (Hoting) та співавт. встановили, що, на відміну від світлого, темне волосся більш стійке до фотодеградації завдяки більш високій фотостабільності еумеланіну порівняно з феомеланіном.

Однак пошкодження волосся в результаті впливу УФО залежать не тільки від типу меланіну кожного волосся, але і від загальної кількості. Феомеланін набагато чутливіший до ультрафіолету, ніж еумеланін, хоча обидва ці типи меланіну є однаково сприйнятливими до впливу видимого світла. УФ-А-випромінювання може глибоко проникати в кору волосся, тому фотохімічні зміни, у тому числі кутикули та кори разом узятих, можуть бути більш вираженими після дії УФ-А-променів. З іншого боку, вплив УФ-В, що характеризується обмеженою глибиною проникнення, призводить до серйозних морфологічних ушкоджень, особливо в межах кутикули волосся [7].

Фотодеградація цистину є найвиразнішою зміною амінокислотного залишку всього волокна, до додаткових наслідків чого можна віднести втрату міцності волокна й інфільтрацію води, що надалі створює сприятливі умови для подальших реакцій фотоокислення за допомогою розчиненого кисню [13]. Фотохімічні зміни передбачають руйнування дисульфідних містків у межах структурних одиниць волосся і створення нових внутрішньо-і міжмолекулярних поперечних зв'язків за допомогою реакції приєднання груп білкових амінокислот по карбонільних групах всередині і між структурними одиницями, тим самим зменшуючи структурну цілісність. Такі реакції спичиняють поступове збільшення крихкості й поступову втрату структурної диференціації. Роббінс (Robbins) і Баль (Bahl), використовуючи для хімічного аналізу електронну спектроскопію, досліджували вплив сонячного світла й ультрафіолетового випромінювання на дисульфідні зв'язки у волоссі. Дослідники продемонстрували, що фотодеградація цистину відбувається через розрив зв'язку CS, а максимальний рівень фотодеградації відбувається в кутикулярній області, де концентрація цистину досягає свого найвищого рівня. У пошкодженому сонячним світлом волоссі найчастіше найбільших змін зазнають амінокислоти кутикули порівняно з амінокислотами коркової речовини волосся, оскільки інтенсивність впливу випромінювання на зовнішні шари волокна більша. Білки кутикули руйнуються ультрафіолетовими променями УФ-А та УФ-B і набагато меншою мірою видимим світлом [14, 15].

УФ-випромінювання провокує утворення радикалів кисню, таких як супероксид та гідроксил. Ці молекули мають один неспарений електрон на зовнішній орбіталі, що дозволяє їм активно вступати в реакцію, особливо з молекулами, що мають подвійний зв'язок у своїй структурі, такими як ненасичені ліпіди [4]. Хімічно ці зміни, як вважають, є результатом спровокованого УФО окислення сірковмісних молекул всередині волосяного стрижня. Меланін характеризується наявністю внутрішнього електронного парамагнітного резонансу (ЕПР), який значно посилюється при дії УФ-променів та видимого світла. У присутності кисню виробляється супероксид, який дисмутує перекис водню, що в присутності слідів іонів металів призводить до утворення гідроксильних радикалів. Також відбувається окислення вуглецю поліпептидних ланцюгів з утворенням карбонільних груп [16]. Широко вивчений цей процес у шерсті тварин, де він відомий як фотопожовтіння. Літературні джерела припускають, що структурні ліпіди волосяного волокна руйнуються під дією ультрафіолетового, а також видимого світла, призводячи до послаблення клітинних мембран, які зазнають впливу світлового випромінювання [17].

Фотозахист волосся

Фотозахист волосся не є частою причиною звернення до дерматолога. Зрештою, стрижень волосся є неживим органом і не потребує захисту від УФО, оскільки канцерогенез неможливий. Якщо волосся пошкоджене УФО, його можна обрізати, і воно буде замінено знову відрослим. Таким чином, на перший погляд, проблема фотозахисту волосся може здатися зайвою. Однак фотоушкодження є однією з найпоширеніших причин поганого вигляду волосся у вікового населення.

Розуміння механізму впливу УФО на волосся прийшло із текстильної промисловості. Натуральні білі волокна, такі як шерсть, бавовна, шовк і віскоза, набували жовтого/коричневого відтінку під впливом сонячних променів (фотопожовтіння). Той самий процес відбувається і з людським волоссям, коли еумеланін і феомеланін окислюються до оксимеланіну, побічного продукту фотодеградації [2] .

Сонцезахисні креми для волосся

Донедавна основним підходом до питання фотозахисту волосся було використання таких традиційних сонцезахисних діючих речовин, як кондиціонери миттєвої дії, гелі для укладання, лаки для волосся. Подібний місцевий підхід не є оптимальним, тому що сонцезахисна плівка утворюється не на кожному волосяному стрижні, і більшість сонцезахисного засобу не покриває волосяну кутикулу. Непереборним завданням будь-якого сонцезахисного засобу є захист волосся без надання йому жирності й липкості. Ця дилема призвела дослідників до питання, чи можливий фотозахист волосся зсередини.

Підвищення внутрішнього фотозахисту волосся

Якщо еумеланін та феомеланін забезпечують фотозахист волосся, синтетичні пігменти, нанесені на кутикулу та всередину кортексу за допомогою фарб для волосся, також можуть діяти як сонцезахисний засіб. Існує два типи фарб для волосся, які можуть штучно збільшити пігменти волосяного стрижня: напівперманентні та перманентні фарби [1] .

Напівперманентні фарби для волосся складаються з комбінації таких барвників, як нітрофеніл недіаміни, нітроамінофеноли та аміонантраквінони. Ці барвники залишаються на волоссі протягом 25 хвилин і застосовуються разом, щоб отримати остаточний потрібний колір, який змивається після 8-12 мийок. Деяке первісне пошкодження волосяних волокон відбувається під час фарбування. Однак, оскільки волосся зазнає більш тривалих періодів УФО, шкідлива дія при фарбуванні компенсується антиоксидантною дією кольору, нанесеного на стрижень волосся і всередину нього. Таким чином, біле волосся більше страждає від втрати механічної міцності, спричиненої УФО, ніж фарбоване напівперманентною фарбою волосся після чотирьох днів впливу сонячного світла. Темніші фарби для волосся забезпечують кращий фотозахист. Напівперманентні фарби є сумішшю червоних і синіх відтінків для створення коричневого кольору. Цікаво зазначити, що червоні пігменти дають сильніший фотозахист, ніж сині. Це, ймовірно, через те, що червоні барвники поглинають більшу частину УФ-спектру порівняно із синіми.

Цей фотозахисний ефект спостерігається і у перманентних фарб для волосся. Вони проникають глибше у волосся, створюючи колір внаслідок реакції окислення/відновлення. Вони також виступають як фотозахисний засіб. Однак перманентні фарби для волосся є більш шкідливими через вміст перекису водню й аміаку, які використовуються для того, щоб хімічні речовини проникали у волосся.

Інші лужні барвники, що глибше проникають всередину волосся, також забезпечують фотозахист. Перманентні фарби для волосся можуть діяти як пасивні фотофільтри, що зменшують пошкодження протеїну у волокнах волосся шляхом ослаблення світла, що падає. Це досягається за допомогою молекули барвника, яка поглинає енергію світла, що сприяє його підтримці в активному стані з подальшим поверненням в основний стан випромінювальним і безвипромінювальним шляхами. Таким чином, фарбування сивого волосся забезпечує найкращий фотозахист з наявного на сьогодні [18] .

Метаболічні комплекси, що забезпечують фотозахист волосся

Сонячне світло сприяє розриву цистин-дисульфідних зв'язків, які забезпечують структурну цілісність волосся, руйнуючи таким чином як колір волосся, так і його структуру. З віком природні пігменти волосся еумеланін та феомеланін перестають вироблятися. Ці пігменти діють як антиоксиданти, щоб не допустити розриву дисульфідних зв'язків, які підтримують міцність волосся, що робить сиве волосся більш схильним до руйнівної дії УФО, ніж пігментоване волосся [2]. Волосяний фолікул, будучи однією з найбільш метаболічно активних структур організму людини, потребує певних компонентів і джерел енергії для адекватної продукції здорового волосся: амінокислот, вітамінів, мікроелементів і поліненасичених жирних кислот. Забезпечення зародкового матриксу та коренів волосся необхідним будівельним матеріалом відбувається шляхом отримання поживних речовин через кровотік, а не трансдермально. УФ-світло та кисень, що впливають на меланіни та ліпіди волосся, провокують найбільшу деградацію амінокислот. Серед них особливо схильні до руйнування від впливу світлового випромінювання цистин, метіонін, фенілаланін, триптофан, гістидин, пролін і лейцин. Відповідно, вивчення впливу амінокислотних метаболічних комплексів на стан стрижня волосся, а також вивчення їх як можливого фактору УФ-протекції стало перспективним напрямом у трихології [19] .

У дисертації Ханса Фітцера на здобуття наукового ступеня, представленої на факультеті клінічної медицини Університету Еберхарда та Карла (Тюбінген), показано дані про вплив препарату «Пантогар» (Pantogar®) на якість людського волосся. Для перевірки таких параметрів, як міцність при розтягуванні, подовження й час розриву волосся, а також розбухання та ступінь взаємодії з барвником, для неушкодженого та УФ-пошкодженого волосся використовувалися прості процедури вимірювання. Вже через 1 місяць прийому препарату у всіх серіях випробувань зафіксовано покращення якості волосся, яке суттєво збільшилося через 3 місяці та додатково помітно покращало через 5 місяців лікування. Індивідуальні результати порівнювалися між собою і підтверджувалися статистично [20] .

У 2012 році групою Томаса Хенгля («Мерц Фармацевтика GmbH», Франкфурт, Німеччина) було проведено дослідження препарату «Пантогар» з вивчення «УФ-захисту, що забезпечується стимулюючим зростання волосся препаратом, у моделі in vitro в умовах, що обмежують зростання людських кератиноцитів», результати якого були представлені на 16 конгресі Європейського товариства дослідження волосся (EHRS) в Барселоні. Відомо, що УФО, крім інгібуючої дії на проліферацію та індукцію апоптозу нормальних людських епідермальних кератиноцитів (НЛЕК), призводить до старіння шкіри та канцерогенезу. Описано ушкоджувальну дію УФО на зовнішню частину волосяного стрижня in vivo та in vitro на клітинному рівні для культивованих волосяних фолікулів. Вплив УФО на шкіру на різній глибині залежить від довжини хвилі, тому НЛЕК є основною метою УФО. У цій роботі описується використання in vitro моделі на 2D-матриксі в умовах, що обмежують зростання людських кератиноцитів (імовірно, спостерігається при дифузному випаданні волосся), для аналізу потенційної УФ-захисної здатності стимулюючого ріст волосся препарату. Комбінація L-цистеїну, тіаміну, пантотенату і фолієвої кислоти (передбачуваного метаболіту ПАБК) вводилася як in-vitro-аналог композиції препарату, що приймається перорально. Результати свідчили про те, що in-vitro-аналог «Пантогара» зміг запобігти асоційованим з УФО скороченням метаболічної активності, а також спровокованому УФО апоптозу. УФ-захисна здатність in-vitro-аналогу пов'язана з метаболічним зміцненням кератиноцитів, а не тільки з УФ-блокуючою здатністю. Дані вказують на можливу нову УФ-захисну роль тестованого препарату, що стимулює ріст волосся, особливо для кератиноцитів в обмежувальних умовах. Ймовірно, очікується, що УФ-захист епідермальних кератиноцитів в умовах in vivo забезпечується інгредієнтами препарату негайно. Захист кератиноцитів волосяного фолікула від УФ-стресу є можливим елементом новизни тестованої комбінації. Актуальність вторинних медіаторів УФО й участь окремої сполуки в УФО-захисті мають досліджуватися в ході подальших експериментів [21] .

Резюме

Можливими фізичними змінами при ушкодженні фото можуть стати сухість, знижена міцність, грубість структури поверхні, знебарвлення, зменшення блиску, жорсткість і крихкість. Ультрафіолетове світло та кисень впливають не тільки на меланіни, а й на амінокислоти й ліпіди волосся та кутикули. Амінокислоти волосся поглинають світло на цій ділянці, і вони ж найбільш схильні до деградації під дією світла. Серед амінокислот, що руйнуються під впливом світлового випромінювання, можна виділити цистин та метіонін, фенілаланін, триптофан, гістидин, пролін і лейцин. Фотохімічний вплив на колір волосся залежить від наявності меланіну і хромофорів у волоссі. Еумеланін більш стабільний до впливу світла і забезпечує кращий захист волосся від фотоушкодження, ніж феомеланін. Меланін може забезпечити фотозахист білка волосся, але лише у корковій речовині. Оскільки темне волосся містить більше фоточутливих білків, ніж світле волосся, воно демонструє вищі втрати білка. У корковому шарі темного волосся, незважаючи на більшу, ніж у світлому волоссі, кількість фоточутливих білків, наявно більше меланіну, що поглинає УФО. Різні кольори волосся характеризуються різною чутливістю до УФ-A, УФ-B, видимого світла та інфрачервоного діапазону сонячного спектру. Видимо світло та УФ-A в основному провокують фотовицвітання штучного кольору волосся. Структурні ліпіди волосяного волокна руйнуються під дією ультрафіолетового, а також видимого світла, що призводить до ослаблення комплексу клітинних мембран, які зазнають впливу світлового випромінювання. Еумеланін відповідає за захист структурних ліпідів волосся від фотохімічної дії сонячного світла. Старіюче волосся вимагає спеціального косметичного підходу, що бере до уваги відсутній пігмент і зменшення кількості косметичних процедур. Правильний вибір засобів для укладання та догляду за волоссям допоможе покращити зовнішній вигляд волосся у будь-якому віці. Фотозахист волосся необхідний для підтримки кольору волосся та його сили. Метаболічні комплекси для волосся, що містять амінокислоти з доведеною ефективністю на якість волосся та УФ-протекцію, рекомендовано додавати до комплексної терапії та профілактики старіння волосся.

Ця стаття є частиною спецпроєкту «Профілактика фотостаріння»

Ознайомитись з усіма статтями цієї теми ви можете:

СПЕЦПРОЄКТ. Профілактика фотостаріння

ЛІТЕРАТУРА:

1. Злотогорський А., Шапіро Д. [та ін]. Трихологія/за ред. А. Літус; пров. з англ. Ю. Овчаренко. – К.: Рудь, 2013. – 160 с., Іл.
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 PG, Quencez E. Механізм solar erythema // J Appl Cosmetol. - 1988. - 6: 69-78.
5. Vittoria S. Review of current understanding of 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 JA, Milligan B. Хімічна реакція wool fibre. In: Wool science. Science Press, Marricksville, Australia. – 1981. – Р. 219-234.
9. Gao T., Bedell A. UV пом'якшує природні шлунки і його photoprotection // J Cosmet Sci. - 2001. – 52: 103-118.
10. Jachowicz J., Helioff M., Rocafort C., et al. Photodegradation hair and its photoprotection by substantive photofilter // Drug Cosmet Ind. – 12: 28-44.
11. Jeon SY, Pi LQ, Lee WS Comparison of hair shaft damage after UVA and UVB irradiation // J Cosmet Sci. – 2008. – 59: 151-156.
12. Ruetsch SB, Kamach Y., Weigmann HD Photodegradation of human hair: an SEM study // J Cosmet Sci. – 2000. – 51: 103-125.
13. Wolfram LJ Reactivity of human hair, review. В: 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 CR Chemical and physical behavior of human hair, 4th edn // Springer, New York. – 2002.
16. Draelos ZD Biology of hair care // Dermatol Clin. – 2000. – 18: 651-658.
17. Jones CD, Carr CM, Cooke WD, та ін. Investigation photo-oxidation of wool з допомогою FT-Raman і FT-IR spectroscopies // Text Res J. – 1998. – 68: 739-748.
18. Trueb RM Aging of hair // J Cosmet Dermatol. – 2005. – 4: 60-72.
19. Braida D., Dubief C., Lang G. Photoageing волокна і фотопротекції // Skin Pharmacol. – 1994. – 7: 73-77.
20. Methodological investigations on the effect of a medication treatment on hair quality.
21. Постер EHRS 2012 року.
22. Юлія Овчаренко, доцент кафедри дерматовенерології Харківської медичної академії післядипломної освіти (ХМАПО), член правління Європейського товариства дослідження волосся, керівник клініки «Інститут трихології» (Україна)
23. Les Nouvelles Esthetiques Україна 1(95)

Стаття вперше була опублікована на сайті 26 січня 2021 року.