ЗАГАР (ХІМІЯ ЗАСМАГИ)
ЗАГАР (ХІМІЯ ЗАСМАГИ) - це потемніння шкіри, викликане особливою речовиною темного кольору - меланіном. Насправді меланін - не окрема речовина, а аморфна суміш полімерних сполук, а саме слово походить від грецького melas - чорний. Меланін пофарбовані тканини тварин, рослин, грибів і навіть мікроорганізмів. У тварин ними пофарбовані шерсть і пір'я, а у людей - волосся, шкіра і райдужна оболонка очей. Освіта меланіну в шкірі є захисною реакцією організму на сонячне ультрафіолетове випромінювання, недарма особливо багато меланіну в шкірі африканців.
Будова меланіну складне, якщо вивести його усереднену брутто-формулу, то склад вийде таким: C77 H98 O33 N14 S. Незвичайним виявилося наявність в меланине неспарених електронів, що надає цій речовині властивості стабільних вільних радикалів. Неспарені електрони сприяють більш ефективному поглинанню сонячної радіації. Крім того, вони легко захоплюють і знешкоджують небезпечні для клітин високоактивні вільні радикали, які можуть утворитися, наприклад, при дії радіоактивного випромінювання. Таким чином, меланін виконує відразу дві захисні функції - ультрафіолетового фільтра і антиоксиданту.
Механізм утворення меланіну остаточно не з'ясований. Відомо, що процес відбувається в особливих клітинах шкіри - меланоцитах. Меланоцити в ході розвитку організму утворюються з нервових клітин і подібно до них мають безліч відростків - дендритів. Освіта меланіну починається в цих клітинах з окислення амінокислоти тирозину. Ця реакція каталізується спеціальним ферментом - тирозинази. Тирозин (гідроксіфенілаланін), який за будовою дуже близький до іншої амінокислоті - фенілаланіну, входить до складу білків, тому в організмі завжди є його запас. При окисленні тирозину спочатку утворюється дигідроксифенілаланін (ДОФА). Ця амінокислота дуже важлива для організму; вона, наприклад, є попередником адреналіну. У меланоцитах ж молекули ДОФА окислюються, а потім після ряду складних перетворень полимеризуются з утворенням меланіну. Весь процес регулюється особливими гормонами, які виробляються в гіпофізі і називаються меланоцітстімулірующій.
Пов'язаний з молекулою білка меланін утворює в шкірі темні зернятка розміром від 0,1 до 2 мкм. Меланоцити через свої відростки як би впорскують ці зернятка в клітини верхніх шарів шкіри, і поступово майже весь меланін виявляється в зовнішньому роговому шарі. Однак так відбувається не завжди. Серед людей, як і серед тварин і птахів, зрідка зустрічаються альбіноси (від латинського albus - білий), відрізняються вони лише тим, що меланін у них зовсім не синтезується через відсутність активної форми тирозинази. Шкіра у альбіносів завжди біла, і навіть райдужна оболонка очей не має забарвлення. У ряді досліджень було виявлено, що процес утворення меланіну можна стимулювати природними або синтетичними препаратами. Цікаво, що один з таких синтетичних препаратів схожий на гормон, який утворюється в організмі деяких тварин, що володіють здатністю змінювати колір шкіри, наприклад, хамелеона.
Меланін в шкірі - прекрасний фільтр; він затримує більше 90% ультрафіолетового випромінювання. Однак утворення меланіну - не єдиний природний механізм захисту шкіри. При сильному сонячному опроміненні і просто засмаглий чоловік, і навіть африканець, що потрапили на спекотне сонце після довгої перерви, не застраховані від сонячного опіку. Разом з тим альбіноси, зовсім не мають меланіну, виробляють деяку стійкість до ультрафіолету. Серед додаткових механізмів захисту найдієвіший - утворення на поверхні шкіри товстого рогового шару з мертвих клітин. Коли опромінення повторюється, роговий шар стає ще товщі. Тому засмагла шкіра грубіша і шорстка, ніж була до засмаги.
Інший захисний агент - урокановая кислота, яка присутня в зовнішніх шарах шкіри. В її молекулі є система сполучених зв'язків C = N-C = C-C = C, ефективно поглинає світло, при цьому змінюється форма молекули: транс-форма переходить в цис-форму, а в темряві йде зворотна реакція. Таким чином урокановая кислота перетворює ультрафіолетову радіацію просто в теплоту, яка розсіюється в навколишнє середовище.
Джерела ультрафіолету.
Відомо, що для засмаги необхідні ультрафіолетові (УФ) промені - природні або штучні. Їх можна отримати різними способами. Будь-яке нагріте тверде тіло випромінює безперервний спектр електромагнітних хвиль, в тому числі і ультрафіолетових. До ультрафіолетовим відносяться промені з довжиною хвилі менше 400 нм (нанометр - одиниця довжини, рівна 10 -9 м або 0,001 мкм). Більш довгохвильове випромінювання відноситься вже до видимого світла. Умовно УФ-випромінювання поділяють на три області. Межі цих областей були позначені в 1963 році Міжнародною комісією з освітлення. Комісія постановила вважати інтервал від 315 до 400 нм областю м'якого або ближнього ультрафіолету (так звана область УФ-А), від 280 до 315 нм - областю середнього ультрафіолету (УФ-В) і від 100 до 280 нм - областю жорсткого або далекого ультрафіолету ( УФ-С).
Частка ультрафіолету в загальному потоці випромінювання нагрітого тіла сильно залежить від його температури. У звичайних лампах, спіраль яких рідко нагрівається вище 2600 ° C, практично все випромінювання доводиться на видиму і інфрачервону (теплову) області спектра, а на ультрафіолет - всього лише близько 0,1%. У так званих галогенних лампах спіраль можна нагріти сильніше, приблизно до 3000 ° C, що в кілька разів збільшує частку ультрафіолету в загальному світловому потоці, але все одно вона залишається дуже малою. Температура поверхні Сонця близька до 6000 ° C, тому УФ-випромінювання Сонця досить значно.
Отже, отримувати УФ-промені накаливанием твердих тіл - практично марна трата енергії, так як майже всі випромінювання доводиться на видиму і інфрачервону області. Більш ефективний спосіб - збудження електричного розряду в газах і парах. Спектр випромінювання при цьому виходить лінійчатим, на відміну від суцільного спектра розпечених тел. Це означає, що випускаються не всі довжини хвиль, а тільки деякі. Найчастіше застосовують розряд в парах ртуті
Ультрафіолет і шкіра.
Провівши в перший же жаркий день чимало часу під сонцем, особливо південним, людина виявляє, що його шкіра стала рожевою і гарячої. Ці ознаки швидко проходять після закінчення сонячної ванни. Але через кілька годин шкіра знову сильно червоніє, як ніби вона обпечена, а в більш важких випадках утворюються пухирі. Загальне самопочуття теж неважливе. Все це - наслідки ультрафіолетової еритеми, яка може тривати від десяти годин до декількох днів. Еритема означає по-грецьки «почервоніння». По суті, це запальна реакція, опік шкіри. Коли еритема проходить, шкіра темніє, лущиться, і на ній, нарешті, з'являється загар. Всі ці стадії чи не кожен відчув на собі - в більшій чи меншій мірі, і рідко кому загар діставався зовсім безболісно. І все ж: чи обов'язково, щоб засмагнути, шкіра повинна спочатку злізти? Чи можна засмагнути, зовсім уникнувши опіку? Який той мінімум опромінення, який необхідний для засмаги? Щоб відповісти на ці питання, треба було вивчити, як діє на шкіру світло з різною довжиною хвилі і, отже, з різною енергією. Виявилося, що при опроміненні в шкірі відбувається безліч біологічних, хімічних і фізичних процесів, вивченням яких займалися багато вчених - хіміки, фізики біологи, медики.
Дія світла на різні хімічні сполуки сильно залежить від довжини хвилі. Шкіра людини в цьому відношенні не є винятком. Експериментально чутливість шкіри визначають по часу, який необхідний для появи перших ознак еритеми. Залежність чутливості шкіри від довжини хвилі не плавна - на ній є два «горба» з максимумами в областях УФ-В і УФ-С. Це пов'язано з тим, що промені з певними довжинами хвиль поглинаються роговим шаром шкіри, а також присутніми в клітинах шкіри білками. Дія світла в області цих максимумів по-різному. Так, при опроміненні в області УФ-С набагато менше порогова доза, тобто мінімальна доза, яка викликає почервоніння шкіри. Післядія при цьому теж менше - почервоніння швидко з'являється, але зате швидко зникає. Тому опромінення в області УФ-С (таке світло дають ртутні лампи низького тиску) легко викликає еритему, але вона не дуже болюча, тому що для чутливого опіку потрібна дуже велика доза. Виняток становлять очі - для них небезпечні навіть малі дози ультрафіолету, вони викликають через деякий час нестерпний біль, а відчуття таке, ніби в очі потрапив пісок. Повторні опромінення можуть навіть призвести до катаракти. Тому в високогір'ї, де частка ультрафіолету більше, потрібно захищати очі темними окулярами. У середній смузі і навіть на чорноморському пляжі жорсткого ультрафіолету (область С) в сонячному випромінюванні немає - його можуть дати тільки штучні джерела. Еритема шкіри викликається, в основному, променями в області УФ-В, а вони вже при невеликій передозуванні викликають опік.