Также по теме

ЗАГАР (ХИМИЯ ЗАГАРА)

ЗАГАР (ХИМИЯ ЗАГАРА) – это потемнение кожи, вызванное особым веществом темного цвета – меланином. На самом деле меланин – не отдельное вещество, а аморфная смесь полимерных соединений, а само слово происходит от греческого melas – черный. Меланинами окрашены ткани животных, растений, грибов и даже микроорганизмов. У животных ими окрашены шерсть и перья, а у людей – волосы, кожа и радужная оболочка глаз. Образование меланина в коже является защитной реакцией организма на солнечное ультрафиолетовое излучение, недаром особенно много меланина в коже африканцев.

Строение меланина сложное, если вывести его усредненную брутто-формулу, то состав получится таким: C77H98O33N14S. Необычным оказалось наличие в меланине неспаренных электронов, что придает этому веществу свойства стабильных свободных радикалов. Неспаренные электроны способствуют более эффективному поглощению солнечной радиации. Кроме того, они легко захватывают и обезвреживают опасные для клеток высокоактивные свободные радикалы, которые могут образоваться, например, при действии радиоактивного излучения. Таким образом, меланин выполняет сразу две защитные функции – ультрафиолетового фильтра и антиоксиданта.

Механизм образования меланина окончательно не выяснен. Известно, что процесс происходит в особых клетках кожи – меланоцитах. Меланоциты в ходе развития организма образуются из нервных клеток и подобно им имеют множество отростков – дендритов. Образование меланина начинается в этих клетках с окисления аминокислоты тирозина. Эта реакция катализируется специальным ферментом – тирозиназой. Тирозин (гидроксифенилаланин), который по строению очень близок к другой аминокислоте – фенилаланину, входит в состав белков, поэтому в организме всегда есть его запас. При окислении тирозина сначала образуется дигидроксифенилаланин (ДОФА). Эта аминокислота очень важна для организма; она, например, является предшественником адреналина. В меланоцитах же молекулы ДОФА окисляются, а затем после ряда сложных превращений полимеризуются с образованием меланина. Весь процесс регулируется особыми гормонами, которые вырабатываются в гипофизе и называются меланоцитстимулирующими.

Связанный с молекулой белка меланин образует в коже темные зернышки размером от 0,1 до 2 мкм. Меланоциты через свои отростки как бы впрыскивают эти зернышки в клетки верхних слоев кожи, и постепенно почти весь меланин оказывается в наружном роговом слое. Однако так происходит не всегда. Среди людей, как и среди животных и птиц, изредка встречаются альбиносы (от латинского albus – белый), отличаются они только тем, что меланин у них вовсе не синтезируется из-за отсутствия активной формы тирозиназы. Кожа у альбиносов всегда белая, и даже радужная оболочка глаз не имеет окраски. В ряде исследований было обнаружено, что процесс образования меланина можно стимулировать природными или синтетическими препаратами. Любопытно, что один из таких синтетических препаратов похож на гормон, который образуется в организме некоторых животных, обладающих способностью менять цвет кожи, например, хамелеона.

Меланин в коже – прекрасный фильтр; он задерживает более 90% ультрафиолетового излучения. Однако образование меланина – не единственный природный механизм защиты кожи. При сильном солнечном облучении и просто загорелый человек, и даже африканец, попавшие на жаркое солнце после долгого перерыва, не застрахованы от солнечного ожога. Вместе с тем альбиносы, совсем не имеющие меланина, вырабатывают некоторую устойчивость к ультрафиолету. Среди дополнительных механизмов защиты самый действенный – образование на поверхности кожи толстого рогового слоя из мертвых клеток. Когда облучение повторяется, роговой слой становится еще толще. Поэтому загоревшая кожа более грубая и шершавая, чем была до загара.

Другой защитный агент – урокановая кислота, присутствующая в наружных слоях кожи. В ее молекуле есть система сопряженных связей C=N–C=C–C=C, эффективно поглощающая свет, при этом изменяется форма молекулы: транс-форма переходит в цис-форму, а в темноте идет обратная реакция. Таким образом урокановая кислота превращает ультрафиолетовую радиацию просто в теплоту, которая рассеивается в окружающую среду.

Источники ультрафиолета.

Известно, что для загара необходимы ультрафиолетовые (УФ) лучи – естественные или искусственные. Их можно получить разными способами. Любое нагретое твердое тело излучает непрерывный спектр электромагнитных волн, в том числе и ультрафиолетовых. К ультрафиолетовым относятся лучи с длиной волны менее 400 нм (нанометр – единица длины, равная 10–9 м или 0,001 мкм). Более длинноволновое излучение относится уже к видимому свету. Условно УФ-излучение разделяют на три области. Границы этих областей были обозначены в 1963 году Международной комиссией по освещению. Комиссия постановила считать интервал от 315 до 400 нм областью мягкого или ближнего ультрафиолета (так называемая область УФ-А), от 280 до 315 нм – областью среднего ультрафиолета (УФ-В) и от 100 до 280 нм – областью жесткого или дальнего ультрафиолета (УФ-С).

Доля ультрафиолета в общем потоке излучения нагретого тела сильно зависит от его температуры. В обычных лампах, спираль которых редко нагревается выше 2600° C, практически все излучение приходится на видимую и инфракрасную (тепловую) области спектра, а на ультрафиолет – всего лишь около 0,1%. В так называемых галогенных лампах спираль можно нагреть сильнее, примерно до 3000° C, что в несколько раз увеличивает долю ультрафиолета в общем световом потоке, но все равно она остается весьма малой. Температура поверхности Солнца близка к 6000° C, поэтому УФ-излучение Солнца довольно значительно.

Итак, получать УФ-лучи накаливанием твердых тел – практически напрасная трата энергии, так как почти все излучение приходится на видимую и инфракрасную области. Более эффективный способ – возбуждение электрического разряда в газах и парах. Спектр излучения при этом получается линейчатым, в отличие от сплошного спектра раскаленных тел. Это означает, что испускаются не все длины волн, а только некоторые. Чаще всего применяют разряд в парах ртути

Ультрафиолет и кожа.

Проведя в первый же жаркий день значительное время под солнцем, особенно южным, человек обнаруживает, что его кожа стала розовой и горячей. Эти признаки быстро проходят после окончания солнечной ванны. Но через несколько часов кожа вновь сильно краснеет, как будто она обожжена, а в более тяжелых случаях образуются волдыри. Общее самочувствие тоже неважное. Все это – последствия ультрафиолетовой эритемы, которая может длиться от десяти часов до нескольких дней. Эритема означает по-гречески «краснота». По существу, это воспалительная реакция, ожог кожи. Когда эритема проходит, кожа темнеет, шелушится, и на ней, наконец, появляется загар. Все эти стадии едва ли не каждый испытал на себе – в большей или меньшей степени, и редко кому загар доставался совсем безболезненно. И все же: обязательно ли, чтобы загореть, кожа должна сначала слезть? Можно ли загореть, вовсе избежав ожога? Каков тот минимум облучения, который необходим для загара? Чтобы ответить на эти вопросы, надо было изучить, как действует на кожу свет с различной длиной волны и, следовательно, с разной энергией. Оказалось, что при облучении в коже происходит множество биологических, химических и физических процессов, изучением которых занимались многие ученые – химики, физики биологи, медики.

Действие света на различные химические соединения сильно зависит от длины волны. Кожа человека в этом отношении не составляет исключения. Экспериментально чувствительность кожи определяют по времени, которое необходимо для появления первых признаков эритемы. Зависимость чувствительности кожи от длины волны не плавная – на ней имеются два «горба» с максимумами в областях УФ-В и УФ-С. Это связано с тем, что лучи с определенными длинами волн поглощаются роговым слоем кожи, а также присутствующими в клетках кожи белками. Действие света в области этих максимумов различно. Так, при облучении в области УФ-С намного меньше пороговая доза, т.е. минимальная доза, которая вызывает покраснение кожи. Последействие при этом тоже меньше – покраснение быстро появляется, но зато быстро исчезает. Поэтому облучение в области УФ-С (такой свет дают ртутные лампы низкого давления) легко вызывает эритему, но она не слишком болезненна, так как для чувствительного ожога нужна очень большая доза. Исключение составляют глаза – для них опасны даже малые дозы ультрафиолета, они вызывают через некоторое время нестерпимую боль, а ощущение такое, как будто в глаза попал песок. Повторные облучения могут даже привести к катаракте. Поэтому в высокогорье, где доля ультрафиолета больше, нужно защищать глаза темными очками. В средней полосе и даже на черноморском пляже жесткого ультрафиолета (область С) в солнечном излучении нет – его могут дать только искусственные источники. Эритема кожи вызывается, в основном, лучами в области УФ-В, а они уже при небольшой передозировке вызывают ожог.