7.8. Pigmentacja skóry i melanogeneza
W warstwie podstawnej naskórka zlokalizowane są melanocyty, komórki spokrewnione z nerwowymi, zdolne do syntezy barwnika. Ich wypustki sięgają do warstwy ziarnistej, gdzie barwnik jest uwalniany i pochłaniając promieniowanie ultrafioletowe, chroni DNA jąder komórkowych przed uszkodzeniem.
7.8.1. Synteza melaniny i zabarwienie skóry
Barwa ciała tzw. konstytutywna (czyli naturalna, bez wpływów z zewnątrz) jest wynikiem prześwitywania czerwonej hemoglobiny przez naskórek rozpraszający światło (zwłaszcza w warstwie ziarnistej) i posiadający własny barwnik – melaninę. Tam, gdzie naskórek ma zmodyfikowaną budowę (np. na wargach i języku), światło nie ulega rozproszeniu i kolor jest różowy/czerwony.
Melanina jest syntetyzowana z aminokwasu tyrozyny. Pierwsze etapy syntezy katalizowane są przez enzym o nazwie tyrozynaza. Metabolitem pośrednim jest DOPA-chinon, na tym etapie szlaki syntezy eumelaniny i feomelaniny się rozdzielają. Ostatnie etapy syntezy obejmują polimeryzację cząsteczek w ziarna melaniny. Syntetyzowany barwnik gromadzony jest początkowo w premelanosomach, które, dojrzewając, transportowane są do wypustek melanocytów, ulegają egzocytozie już jako melanosomy i wreszcie – wchłonięciu przez komórki warstwy ziarnistej i kolczystej. Receptor PAR-2 (protease-activated receptor 2) umożliwia rozpoznanie cząsteczki barwnika, którą komórka powinna wchłonąć. Aktywność PAR-2 rośnie w obecności UV. Barwnik jest w tych komórkach umieszczany nad jądrem komórkowym, chroniąc DNA przed promieniowaniem nadfioletowym. Jeden melanocyt zaopatruje w ten sposób przeciętnie 36 keratynocytów.
Czynnikiem regulującym syntezę melanin jest hormon melanotropowy (MSH), stymulujący syntezę, ale na jego działanie ma wpływ obecność i aktywność receptorów dla tego hormonu. O zabarwieniu ciała decydują w dużym stopniu czynniki genetyczne, np. gen MC1R koduje receptor dla hormonu melanotropowego. Receptor ten, zlokalizowany na melanocytach, wiąże MSH, co zwiększa produkcję barwnika. Obecność jednego z alleli tego genu powoduje, że synteza melanin zmienia się w kierunku feomelaniny, czego konsekwencją fenotypową będzie jasna cera i rude włosy, a także niezdolność do opalania się – ochrony przed UV przez syntezę eumelaniny.
Zabarwienie ciała determinowane jest przez wiele innych genów, m.in. KITLG (determinuje proliferację i migrację melanocytów), ASIP (jego produkt wiąże receptory dla hormonu melanotropowego), TYR (koduje tyrozynazę), OCA2 (bierze udział w kontroli pH w melanocytach; niektóre allele powodują albinizm) itd. Nadmierna produkcja melaniny, przez zbyt skuteczną ochronę przed UV, skutkuje zmniejszeniem syntezy witaminy D3 w skórze właściwej, czego konsekwencją jest m.in. krzywica. Dlatego np. Homo sapiens mógł rozszerzyć zasięg na Europę dopiero po zajściu mutacji, której skutkiem było powstanie barwy skóry białej. Z tego samego powodu skóra kobiet jest jaśniejsza niż mężczyzn (kobiety potrzebują więcej witaminy D3 w czasie ciąży i laktacji). Różnice w barwie skóry u osób rasy białej i czarnej nie są spowodowane tylko mniejszą ilością barwnika i szybszym jego rozkładem u rasy białej, ale również jego dystrybucją: u osób rasy czarnej rozmieszczenie jest równomierne, u rasy białej – skupiskowe.
Zabarwienie skóry wyznaczano tradycyjnie przy użyciu skali von Luschana, obecnie raczej używa się metod opartych na spektrofotometrii.
Zabarwienie skóry fakultatywne powstaje pod wpływem czynników zewnętrznych (dieta, leki, promieniowanie).
7.8.2. Opalanie się
Pod wpływem ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe skóra wyraźnie ciemnieje. Dzieje się to w kilku etapach, na drodze kilku mechanizmów. Opalanie się polega początkowo na oksydacji już obecnej melaniny i jej ciemnieniu w odpowiedzi na promieniowanie UVA (UVA stanowi 96,5% promieniowania ze spektrum UV docierającego do powierzchni Ziemi, UVB – około 3,5%). Jednocześnie, początkowa faza opalania się, jeśli jest nadmiernie przedłużona, prowadzi do uruchomienia mechanizmów zapalnych (z zaczerwienieniem, obrzękiem, świądem i innymi objawami). Dopiero potem zarówno UVA, jak i UVB doprowadzają do zwiększenia ilości melaniny. Mechanizm polega na bezpośredniej stymulacji MSH przez UV, co powoduje wzrost syntezy tyrozynazy i w konsekwencji – melaniny. Hormon ten stymulowany jest również przez obecność cyklobutanowych dimerów pirymidynowych, które są rodzajem uszkodzenia DNA przez UV. W przypadku osób rudych (obecność konkretnego allelu MC1R) taka obrona nie występuje, ponieważ jest ona oparta na MSH.
Promieniowanie UV jednocześnie stymuluje układ białka p53 oraz syntezę witaminy D3. Obydwa czynniki mają duże znaczenie w zapobieganiu nowotworom.
Wyjaśnia to wyniki badań, które wykazały, że osoby unikające ekspozycji na UV częściej zapadają na nowotwory (uwzględniając wszystkie, nie tylko skóry). Białko p53 bierze udział w regulacji cykli komórkowych: w razie rozpoznanych uszkodzeń DNA zwiększa się jego stężenie, co prowadzi do zatrzymania cyklu i pobudzenia naprawy DNA. Inny, równoległy mechanizm, powoduje pobudzenie przez UV syntezy proopiomelanokortyny (POMC), hormonu przysadki, prekursora MSH oraz β-endorfiny. Ten ostatni hormon jest w pewnym stopniu odpowiedzialny za zmniejszanie czucia bólu, powstawanie uczucia przyjemności oraz uzależnienia, co częściowo tłumaczy zjawisko tanoreksji (uzależnienia od opalania).
Promieniowanie UV powoduje wiele skutków dla skóry poza opalaniem się. Umożliwia syntezę witaminy D (która z przewodu pokarmowego wchłania się bardzo słabo, np. szklanka mleka dostarcza 100 jednostek [IU] witaminy D, 20-minutowe opalanie się – 10 tys. jednostek), pobudza mechanizmy przeciwnowotworowe, wywiera efekt immunosupresyjny (łagodzi stany zapalne, lecz może też zmniejszyć odporność), ale zarazem nie ulega wątpliwości, że niszczy struktury skóry właściwej i może uszkadzać DNA, powodując nowotwory. Rozmiar uszkodzeń – przyspieszenie „starzenia się” – w skórze pod wpływem UV da się porównać tylko z paleniem papierosów i nadużywaniem kortykosteroidów.
Trzeba również pamiętać, że fotostarzenie się skóry to temat obejmujący nie tylko UV, ale i podczerwień (IR). Nie powoduje ona nowotworów, lecz działa uszkadzająco na włókna kolagenowe i sprężyste podobnie jak UV, ponadto penetruje głębiej (UV tylko do naskórka i warstwy brodawkowej skóry właściwej). Oczywiście filtry UV nie odcinają promieniowania podczerwonego (co manifestuje się efektem termicznym: jeśli w czasie opalania się skóra jest mocno rozgrzana, oznacza to, że absorbuje promieniowanie IR).
Do orientacyjnego określenia poziomu odpowiedzi na ekspozycję na UV używa się skali fototypów według T.B. Fitzpatricka. Klasyfikacji tej używa się do wyznaczania dawki UV przy leczeniu pacjentów w przypadku łuszczycy. Nie chodzi w niej o klasyfikację barwy skóry, lecz o orientację, jak dana osoba prawdopodobnie zareaguje na ekspozycję na UV.
Trudnym zagadnieniem jest problem racjonalnego podejścia do ekspozycji na UV i używania filtrów. Chronią one skórę przed ekspozycją na promieniowanie UV, co ma zapobiegać nowotworom i opóźniać fotostarzenie się skóry. O czym trzeba jednak pamiętać, stosując filtry?
Tabela 7.1.
Skala fototypów według T.B. Fitzpatricka
• Prawie wszystkie są czynnikami fotouczulającymi, kancerogennymi, genotoksycznymi, jeśli przenikną do żywych warstw naskórka. Niestety, mogą przenikać, częściowo w związku z ich mikronizacją i z niektórymi zabiegami (peelingi, mikrodermabrazja), oraz u dzieci, u których naskórek jest cieńszy.
• Filtry, blokując dostęp UV do skóry, uniemożliwiają uruchomienie kilku mechanizmów przeciwnowotworowych (np. opartych na melaninie, białku p53, witaminie D).
• Filtry zaczęto szeroko stosować w kosmetykach w latach osiemdziesiątych XX wieku i stopniowo