Škodljivi vplivi UV sevanja in staranje kože
Ultravijolično sevanje (UV) je elektromagnetno sevanje z valovno dolžino 100- 400 nm. Vir ultravijoličnega sevanja je lahko sonce ali pa umetni oddajniki.
Najbolj znani viri umetnega UV sevanja so solariji, črne sijalke, kratkovalovne UV-sijalke, plinske UV-sijalke, laserji in svetleče diode. Notranjost črne sijalke je premazana s fosforjem, zato te svetilke oddajajo namesto vidne svetlobe UVA. Močnejše črne sijalke vsebujejo živo srebro. Kratkovalovne UV sijalke oddajajo UVC z valovno dolžino 253,7 nm in 185 nm. V notranjosti svetilke se nahaja živo srebro. Svetilka je izdelana iz kremenovega stekla, ki zaustavi UVC žarke z valovno dolžino 185 nm. Uporabljajo se za razkuževanje površin in vodnih virov.
Slika 1: Spekter elektromagnetnega valovanja
Delitev UV žarkov
UV sevanje se glede na valovno dolžino deli na UVA, UVB in UVC sevanje.
UVA
UVA je sevanje z valovno dolžino od 315-400 nm. Predstavlja 95 % UV sevanja Sonca, ki doseže površje Zemlje. UVA sevanje ima v primerjavi z UVB manj energije in povzroča manj poškodb. UVA sevanje prebije epidermis in doseže dermis. Preko prostih radikalov povzroča oksidativni stres, ki vodi so sončnih opeklin, staranja kože in nastanka kožnega raka. Po drugi strani deluje UVA zaščitniško, saj stimulira produkcijo melanina in njegovo oksidacijo.
UVB
UVB je sevanje z valovno dolžino od 280 do 315 nm. Večino sevanje ustavi atmosfera. Za razliko do UVA ne penetrira epidermisa. Zaradi velike energije UVB uničuje DNK v epidermisu. Prav tako kot UVA stimulira proizvodnjo melanina. UVB je glavni vzrok sončnih opeklin. Povzroča tudi določene oblike kožnega raka.
UVC
UVC je sevanje z valovno dolžino manjšo od 280 nm. UVC sevanje ne doseže površja Zemlje, ker ga atmosfera popolnoma absorbira. Možna pa izpostavitev umetnim virom. UVC žarki imajo večjo energijo v primerjavi z UVA in UVB. Ker ne prodrejo skozi kožo, povzroči zgolj površinske opekline.
Sončno obsevanje
Sonce je glavni vir UV sevanja, čeprav predstavlja majhen del celotnega sončnega sevanja. Večina žarkov, ki doseže tla je UVA. Moč ultravijoličnega sevanje ni konstantna, ampak na njo vplivajo številni dejavniki. UV sevanje je najmočnejše med 10 in 16 uro, močnejše je med poletnimi meseci, moč pada z oddaljenostjo od ekvatorja, je močnejše na višji nadmorski višini in ob sončnem dnevu.
UV sevanje je na južni polobli na enaki zemljepisni širini močnejše kot na severni. Nova Zelandija je izpostavljena 40 % višjemu UV indeksu v primerjavi z območji na severni polobli ob enaki zemljepisni širini.
Slika 2: Večina sončnih žarkov, ki doseže tla je UVA
Vpliv ultravijoličnega sevanja na kožo
UVA povzroča ob navzočnosti melanina oksidativno okvaro DNK. Žarki UVB povzročajo oksidativno okvaro DNK neodvisno od melanina. Prav tako spodbujajo sproščanje vnetnih citokinov, ki povzročajo sončne opekline. Izpostavitev UV povzroča staranje kože.
Sončenje povzroča zadebelitev epidermisa. Zadebelitev povzročijo rastni faktorji, ki se sproščajo iz poškodovanih keratinocitov. Navedena sprememba ne velja za kožo lobanje, obraza, vratu in rok. Tam se koža stanjša, izgubi elastičnost in je bolj suha.
Vpliv UV sevanja na razvoj kožnega raka
Sončno obsevanje, vse tri oblike UV sevanja in sončenje v solariju smatra IARC (Mednarodna agencija za raziskave raka) za rakotvorne.
Kožo poškoduje preko produkcije prostih radikalov. Prosti radikali okvarjio proteine, lipide, RNK in DNK.
Nastanek rakov je pojasnjen s Knudsonovo hipotezo dveh zadetkov. Tumor supresorski geni se inaktivirajo ob mutaciji na obeh alelih. Po Knudsonovi hipotezi je ena mutacija podedovana, druga pa pridobljena. Navedena hipoteza ni toliko pomembna za nastane kožnih rakov. Za razvoj kožnih rakov je bolj pomemben posameznikov genetski ustroj. Predvsem polimorfizmi MC1 R. (melanokortinski receptor 1). Ta receptor določa barvo kože, las in občutljivost za sonce.
Melanom
Je posledica maligne alteracije melanocitov. Lahko se pojavi v kateremkoli organu, ki vsebuje melanocite. Vendar ga je zdaleč največ na koži. Večina melanomov se razvije v zdravi koži, vendar je incidenca višja pri ljudeh s številnimi pigmentnimi nevusi.
Visoka incidenca melanoma je med svetlopolti prebivalci ob ekvatorju, v Avstraliji in na Novo Zelandiji. Pogostejši je med starejšimi, ki so bili kronično izpostavljeni ultravijoličnem sevanju. Pri njih se pojavi predvsem na glavi in vratu.
Melanom predstavlja samo 5 % vseh kožnih rakov, vendar je odgovoren za več kot 90 % smrti. Melanom ne spada med najpogostejše vrste raka, a v zadnjih letih njegova incidenca zelo narašča. Leta 2014 je na novo za melanomu zbolelo 517 ljudi. Dejavniki tveganja so: pozitivna družinska anamneza, večje število pigmentnih znamenj, prirojena znamenja, izpostavljenost UV žarkom(predvsem UVB, nevarna je kratka intenzivna izpostavljenost, bela rasa, Xeoderma pigmentosa.
Slika 3: Melanom
Nemelanomski kožni rak
Tako bazalnocelični kot ploščatocelični karcinom sta povezana z UV sevanjem. UV žarki povzročijo mutacijo tumorsupresorskih genov (npr. PTCH1 in p53).
Bazalnocelični karcinom je z 80 % najpogostejši nemelanomski kožni rak. Dejavniki tveganja za razvoj bazalnoceličnega karcinoma so poleg UV sevanja še: svetla polt, svetlolasi, rdečelasi, Gorlinov sindrom, Xeoderma pigmentosum, kronične vnetne bolezni kože, imunosupresivna terapija,,.. Bazalnocelični karcinom je najpogostejši na glavi in vratu (v 80 %), na trupu se pojavlja v 15 % in na okončina v 5 %.
Ploščatocelični karcinom se po navadi začne kot carcinoma in situ v epidermisu. Ponavadi zraste na fotoekspoiranih predelih. Ponavadi zaseva limfogeno.
Vpliv UV sevanja na oči
UV sevanje poškoduje mrežnico. Sama mrežnica je pred UV sevanjem delno zaščitena z roženico, šarenico, prekatno vodico in lečo. UV sevanje preko oksidativnega stresa okvari mitohondrijsko DNK na mrežnici. UV sevanje je povezano z nastankom fotokeratitisa, fotokonjuktivitisa, pterigija, katarkte, starostne degeneracije makule in karcinoma oči.
Vpliv UV sevanja na imunski sistem
Fotoni so s strani kromoformnih skupin absorbirani v epidermisu in dermisu. To povzroči imunski odgovor. UV sevanje spodbuja prirojeni imunski odgovor s produkcijo protimikrobnih peptidov v epidermisu. Ti peptidi ščitijo pred patogeni in sodelujejo pri celični rasti in popravljanju. UV sevanje zavira pridobljeni imunski sistem s stimulacijo regulatornih T celic. Predvsem UVB pospešuje produkcijo trombocitno aktivacijskega faktorja (PAF), prostaglandina E2, histamina in TNF𝜶. Ti citokini pospešujejo tvorbo dolgoživečih supresorskih T celic in inducirajo nevtrofilno posredovano vnetje. Prav tako UVB vpliva na sintezo vitamina D, kateri med drugim modelira imunski sistem.
Ljudje, ki so izpostavljeni višji dozi UVB (npr. blizu ekvatorja) imajo povečano tveganje za razvoj atopijske astme in manjše tveganje za razvoj ne-atopijske astme.
UV sevanje zavira odgovor prirojenega imunskega sistema proti mikrobom. Prav tako zmanjša učinkovitost cepljenja. Zaradi UV posredovane imunosupresije lahko pride do reaktivacije asimptomatskih okužb. Onkogena konverzija HPV je zaradi UV imunosupresije pospešena.
Pozitivni učinki UV sevanja
UV sevanje je vpleteno v sintezo vitamina D2 in D3 v koži. Prav tako UV sevanje zmanjša umrljivost zaradi srčnih bolezni. Slednja naj bi bila posledica produkcije vitamina D ali zmanjšanega krvnega pritiska in holesterola. UV sevanje zavira nastanek nekaterih avto-imunih bolezni ( npr. multipla skleroza, sladkorna bolezen tipa 1 in revmatoidni artritis). Ultravijolično sevanje zmanjša možnost okužbe s TBC in respiratornimi virusnimi infekcijami. UV sevanje zmanjša tveganje za nastanek depresije in preko supresije produkcije melatonina vzdržuje bolj zdravi cirkadiani ritem (preprečuje nastanek sezonsko razpoloženjske motnje).
Slika 4: Sončenje izboljšuje kvaliteto spanca in zmanjšuje tveganje za nastanek depresije
Zaščita pred UV sevanjem
Pretirana izpostavljeno UV sevanjem je za človeka škodljiva. Pred UV sevanjem se lahko zaščitimo s preventivnimi ukrepi. Med slednje prištevamo: izogibanje soncu med 10 in 16 uro, nošenje pokrival in svetlih oblačil. Zaščitni mehanizmi v sami koži ščitijo pred UV sevanju. Prvi je nepoškodovana rožena plast, ki reflektira velik del sevanja. Pigment v keratinocitih in melanocitih absorbira predvsem UVB žarke. Njihovo energijo pretvarja v toploto in jo izrablja za prenos elektronov. Lipidi na površini kože, urokaninska kislina in ꞵ-karatinoidi v podkožju so manj učinkoviti.
Pred sevanjem se lahko zaščitimo z uporabo kemičnih filtrov. Pripravke v obliki krem, masti ali olj nanesemo na izpostavljene predele kože. Ti pripravki vsebujejo benzofenone, paraamino benzojevo kislino, cinamate, homometilni salicilat,.. Kemični filtri vsrkajo svetlobo. Pri tem se jim spremeni struktura njihovih molekul. Po določenem času se ti pripravki izčrpajo in prenehajo delovat. Koliko časa delujejo nam pove koeficient zaščite (sun protection factor, SPF). Ta pove koliko dalj čas je lahko koža izpostavljena soncu v primerjavi z nezaščiteno. Če bomo dobili sončno opeklino po 10 min, jo bomo po nanosu sončne kreme s SPF 15 dobili po 150 min. (10 min x 15). Za optimalni rezultat moramo na kožo nanesti kremo s SPF 15 v odmerku 2 mg/cm2 na 2 uri. Veliko ljudi nanese premalo sončne kreme. Če nanesemo polovični odmerek kreme s SPF 30, je enako kot bi nanesli kremo s faktorjem 5,5. SPF lestvica ni linearna.
|
SPF |
% blokiranja UVB žarkov |
|
15 |
93 % |
|
30 |
97 % |
|
50 |
98 % |
Tabela 1: Lestvica SPF
Obstajajo pripravki, ki odbijajo UV žarke. Ti vsebujejo titanov dioksid ali cinkov oksid v 5 ali 10 % koncentraciji. Včasih so se opazili na koži kot bela plast. Dandanes se nahajajo v mikronizirani obliki, zato niso več vidni. Kombinirani pripravki vsebujejo kombinacijo kemičnega filtra in svetlobo odbijajoče snovi. Slednji so šele pred kratkim prišli na tržišče.
Tako kemični filtri kot svetlobo odbijajoče snovi imajo prednosti in slabosti. Kemični filtri se lahko hitro nanesejo, niso potrebne velike količine in ni viden na koži. Po drugi strani povzročijo draženje in alergijske reakcije na občutljivi koži. Svetlobo odbijajoče snovi ne dražijo kože. So tudi bolj vidne na koži in s tem vidimo kam smo že nanesli kremo oz. če se je sprala s kože.
Novejše sončne kreme vsebujejo antioksidante, zeliščne izvlečke in izvlečke iz planktona. Slednji je zelo zanimiv, saj vsebuje encim fotoliazo. Ta encim pri nižji organizmih popravlja spremembe na DNK povzročene z UV sevanjem. Študije potrjujejo učinkovitost pri popravljanju že nastalih poškodb na DNK.
Staranje kože
Na staranje vplivajo ekstrinzični (od zunaj) in intrinzični (od znotraj) mehanizmi. Posledice intrizičnega staranja so: tanjša in bolj suha koža, pojav drobnih gub in postopna atrofija kože. Posledice ekstrinzičnega staranja so: pojav grobih gub, zmanjšana elastičnost, koža postane bolj ohlapna, pride do zadebelitve rožene plasti, pojava aktiničnih in seboroičnih keratoz, sončnih peg in kožnih karcinomov.
Intrinzično staranje kože
S staranjem pride do največjih sprememb v bazalni celični plasti. Tukaj pride do zmanjšane proliferacije celic, posledično postane epidermis tanjši in se zmanjša kontaktna površina med dermisu in epidermisu. To vodi do zmanjšane izmenjevalne površine za prenos hranil. Pride do zmanjšane proliferativne sposobnosti keratinocitov, fibroblastov in melanocitov. To imenujemo celična senescenca oz. biološko staranje. Poleg tega pride do zmanjšanja kolagenski in elastičnih vlaken ter do zmanjšane produkcije prokolagena tipa 1. Slednje je posledica down regulacije TGF-ꞵ/Smad signalne poti. Intrinzično postarana koža ima tudi degenerirane oligosaharide. Kar vpliva na sposobnost kože za vezavo vode.
Ekstrinzično staranje kože
Ekstrinzično staranje kože povzročijo: UV sevanje, onesnaženost zraka, kajenje, slaba prehrana, … UV sevanje je odgovorno za 80 % starostnih sprememb kože na obrazu.
V keratinocitih pride do zmanjšane produkcije kolagena tipa VII. V dermisu pride do kopičenja nenormalnega elastičnega tkiva(solarna elastoza). Pri tem UV sevanje pospeši produkcijo elastina za 4- krat. Sledi elastoliza in kasneje kopičenja cepljenih elastičnih vlaken. UV sevanje naredi N- konec in centralni del molekule tropoelastina bolj občutljiv na encimsko razgradnjo.
Slika 5: Staranje kože
Molekularni mehanizmi staranja kože
Veliko različnih modelov razlaga staranje kože na molekularnem nivoju: celična senescenca, zmanjšana sposobnost popravljanja DNK, izguba telomer, točkaste mutacije mitohondrijske DNK, oksidativnih stres, kronično vnetje,.. Vpliv intrinzičnih faktorjev na staranje je zelo mali (3 %).
Oksidativni stres
Reaktivni kisikovi radikali (ROS) sodelujejo tako v intrinzičnem kot ekstrinzičnem staranju kože. ROS imajo različne vire nastanka: mitohondriji (dihalna veriga), endoplazmatski retikulum, COX encim, ksantin oksidaza, NADPH oksidaza,...
V normalnih razmerah je aktivnost tirozin kinaze (RTKs) na celični površini inhibirana z receptor protein tirozin fosfataze (RPTPs), katera defosforilira RTKs. UV sevanje absorbirajo celični kromofori in postanejo vzdraženi ter sproščajo ROS. ROS inhibira RPRPs z vezavo na cistein. Posledično se poveča količina fosforilirane RTKs, kar vodi do aktivacije z mitogenom aktivirane kinaze (MAPK) in transkripcijskega faktorja NF-𝛋B ter AP-1. Zadnja dva zavirata produkcijo kolagena in pospešujeta transkripcijo MMP gena(kolagenaza).
Okvara DNK
Kronična izpostavitev UV sevanji povzroči okvaro DNK in nastanka mutacij, ki vodita do staranja in nastanka karcinomov. UVB sevanje povzroči spremembo DNK molekule. Te spremembe pri nekaterih vrstah popravlja encim fotoliaza, katerega človek nima.
Krajšanje telomer
Telomere so nekodirajoči deli DNK na koncu kromosoma. Z vsaki podvojitvi se skrajša konec kromosoma. Telomere preprečijo, da bi se izgubile pomembne informacije.
Veriga DNK se lahko nemoteno podvaja samo v smeri 5‘- 3‘(v smeri gibanja replikacijski vilic). Ta veriga se imenuje vodilna veriga. DNK se podvaja tudi v smeri 3‘-5‘. Ta veriga se imenuje zastajajoča veriga in se sintetizira v več delih- Okazakijevih fragmentih. Problem je, da se konec kromosoma ne podvoji in posledično se DNK izgublja z vsako podvojitvijo.
Celice se lahko tako dolgo podvajajo, dokler imajo na koncu kromosoma telomere. Ko zmanjka telomer, bi pri podvajanju izpadel kodirajoč del DNK. To omejitev imenujemo Hayflickov limit. Ta določa življenjsko dobo številnim vrstam, pri človeku je 120 let. Brez odprave tega limita, človek ne more pričakovati življenjske dobe daljše od 120 let.
Zaviranje staranja kože
Antioksidanti
Antioksidanti nevtralizirajo ROS, kateri vodi do degradacije kolagena. Antioksidanti so: vitamin C, vitamin E, koencim Q10, acetilcistein. Antioksidanti se nahajajo tudi v zelenem čaju in aloe veri. V zelenem čaju se nahaja EGCG (epigalokatehin galat), ki zavira staranje z modulacijo EGFR(epidermalni rastni faktor) poti. Antioksidanti so v višjih odmerkih škodljivi.
Zarodne celice
Transplantacija zarodnih celic je zelo obetajoča terapija v prihodnosti. Raziskave dokazujejo učinkovitost maščobnih zarodnih celic.
Retinoidi
Retinoidi zavirajo transkripcijski faktor AP-1. Posledično se zavre ekspresija MMP, ki je kolagenaza.
Hormonsko nadomestna terapija (HRT)
HRT zavira staranje kože. Izboljša debelino kože, poveča delež kolagena in elastina ter pospeši hidracijo kože. Vendar povzroča raka dojke.
Modifikacija telomer
Aktivacija telomeraz bi bila idealna terapija staranja. Študije na fibroblastih in keratinocitih so pokazale bistveno izboljšanje proliferacije. Žal pa je zelo pogosto prihajajo do maligne alteracije.
V prejšnji objavi na blogu lahko izveste več o hemeroidih in njihovem zdravljenju.