Barwnik skóry

W ludzkim organizmie prawie wszystkie struktury komórkowe, tkankowe są bezbarwne. Jednymi z nielicznych elementów mających zabarwienie są – jak sama nazwa wskazuje – barwniki, takie jak hemoglobina, mioglobina, lipofu-scyna, bilirubina i melanina, o której będzie tu mowa. Zatem barwa ciała czło-wieka wynika z barwy krwi prześwitującej przez nabłonek pokrywający ciało. Jest to więc barwa czerwona – ciemnoróżowa tam, gdzie nabłonek jest cienki i przezroczysty (wargi, jama ustna, fragmenty narządów rozrodczych), i jasnoró-żowa na pozostałej powierzchni, gdzie czerwone światło odbite od hemoglobiny pochłaniane jest częściowo przez keratynę i miesza się z białym światłem roz-proszonym na nie w pełni skeratynizowanych komórkach np. warstwy ziarnistej, zawierających liczne ziarna keratochialiny i ciała lamelarne. Skóra może ciem-nieć, a u rasy żółtej i czarnej być ciemniejsza, dzięki obecności barwnika skóry – melaniny.

2.5.1. Melaniny

Melanina jest pochodną tyrozyny, syntetyzowaną dzięki m.in.

tyrozyna-zie w melanocytach warstwy podstawnej naskórka (Ryc. 29). Synteza zachodzi początkowo w aparacie Golgiego, którego produktem w tym przypadku są tzw.

melanosomy. Przechodzą one cztery fazy tworzenia się i różnicowania, od

okrągłych premelanosomów do owalnych, o dużo bardziej stężonej zawartości. Są one transportowane przy pomocy mikrotubul, filamentów miozynowych, oraz dyneiny do końców dendrytycznych rozgałęzień melanocytów, sięgających aż do warstwy ziarnistej. Z wypustek melanina jest wydzielana do przestrzeni międzykomórkowej, po czym przechodzi do docelowych komórek poprzez en-docytozę (choć sugeruje się również inne mechanizmy, jak fuzję błon komórko-wych melanocytu i keratynocytu). Elementem rozpoznającym właściwe czą-steczki (które mają być wchłonięte) przez keratynocyty jest receptor PAR-2 (ang. protease-activated receptor 2), którego aktywność rośnie w obecności UV. Melanina jest następnie umieszczana nad jądrami komórkowymi, aby osłaniać je przed promieniowaniem UV. Na ogół przyjmuje się, że jeden melanocyt zaopa-truje w ten sposób około 36 keratynocytów, jednak w rzeczywistości liczba ta jest bardzo różna w różnych partiach ciała.

Ryc. 29. Synteza melanin – DOPA to 3,4-dihydroksyfenyloalanina, DHI to 5,6-dihydro-ksyindol, DHICA to kwas 5,6-dihydroksyindolo-2-karboksylowy. Grupy -COOH w nawiasach w przykładowych fragmentach cząsteczek eumelanin lub feome-lanin oznaczają, że ich obecność nie jest konieczna, mogą być zastąpione samym atomem wodoru. Strzałki wskazują miejsca, do których przyłączone są kolejne, powtarzające się reszty [za: Baumann L., Cosmetic Dermatology, 2009]

Tyrozynaza Tyrozynaza

Glutation/ cysteina

Ochrona przed promieniowaniem nie jest jedyną funkcją melaniny: jest ona bardzo aktywnym czynnikiem chelatującym – wiąże potencjalnie toksyczne jony metali skuteczniej niż „standardowy” związek spełniający tę funkcję, etyle-nodiaminotetraoctan (EDTA).

Wyróżnia się dwie formy melaniny: czarną lub brązową eumelaninę (są jej dwie odmiany: czarna i ciemnobrązowa) oraz pomarańczoworóżową

feome-laninę¹⁰. Zdolność do syntezy tych melanin warunkuje barwę ciała i włosów. Na przykład feomelanina występuje jako barwnik włosów u osób rudych, a także wpływa na zabarwienie np. warg i sutków. Ilość i rodzaj barwnika zależy od podłoża genetycznego. Decyduje o tym głównie gen MC1R z chromosomu 16, który koduje receptor melanokortyny 1. Receptor ten, zlokalizowany na melano-cytach, wiąże hormon melanotropowy (MSH), który stymuluje produkcję eume-laniny poprzez cyklazę adenylową, zaś wyższe stężenie cAMP pobudza tyrozy-nazę. Jeden z alleli genu MC1R uniemożliwia produkcję prawidłowych recepto-rów i metabolizm tyrozyny przestawia się na syntezę feomelaniny, a więc decy-duje o rudym zabarwieniu włosów i bladej cerze. Jednocześnie wskutek tego, osoby o takim genotypie (i o takiej cerze) nie opalają się, jako że MSH bierze udział w mediowaniu opalania się jako odpowiedzi na ekspozycję na UV. Przynajmniej kilkanaście innych genów i białek przez nie kodowanych bierze również udział w determinowaniu odcienia koloru skóry (np. ASIP – łac. agouti signalling peptide blokuje syntezę melaniny poprzez wiązanie receptora dla MSH; ligand KIT reguluje namnażanie i metabolizm melanocytów; geny rodzin SLC24 i 45 wpływają na metabolizm melatoniny przez regulację poziomu wap-nia w nich i regulację transportu tyrozyny itd. Ponadto istnieje kilka odmian albinizmu, w różny sposób determinowanego genetycznie).

Ilość barwnika zależy więc przede wszystkim od podłoża genetycznego, od rasy, ale i od czynników dodatkowych – jak hormony, żywienie, metabolizm. Czynniki te wpływać mogą na barwę skóry nie tylko przez modyfikację syntezy melanin, ale również w inny sposób (choćby spożycie karotenoidów). W zależno-ści od wrodzonej ilozależno-ści barwnika w skórze, ma ona różną odporność na promie-niowanie UV. Osoby rasy negroidalnej mają tyle samo melanocytów, co rasy kaukaskiej (rzędu 2000/mm² na twarzy i przedramionach, dwa razy mniej na pozostałej powierzchni ciała). Jednak melanina u nich jest stosunkowo wolno rozkładana enzymatycznie. Ponadto, ich melanosomy są większe i bardziej rów-nomiernie rozproszone w naskórku, podczas gdy u osób rasy białej są one na całej powierzchni ciała rozłożone w zgrupowaniach. Taki wzór dystrybucji me-lanosomów osoby rasy negroidalnej mają tylko na powierzchniach dłoni i stóp. W konsekwencji te właśnie powierzchnie ich skóry barwą przypominają barwę ciała osób rasy kaukaskiej.

10

Istnieje trzeci rodzaj melaniny, neuromelanina. Jest to substancja, której występowa-nie ograniczone jest do tkanki nerwowej, nadaje ciemne zabarwiewystępowa-nie kilku struktu-rom ośrodkowego układu nerwowego (te struktury to przede wszystkim substancja

W oparciu o różnice w odpowiedzi na ekspozycję na promieniowanie UV, Thomas B. Fitzpatrick stworzył skalę fototypów skóry (Tabela 3).

Tabela 3. Fototypy wg T. Fitzpatricka; skala pierwotnie – w 1975 r. – kończyła się na fototypie V, obejmującym skórę ciemnobrązową/czarną; fototyp VI dodano później

Fototyp Wygląd Reakcja na ekspozycję na UV

I bardzo jasna skóra i oczy, włosy rude

lub blond, często zmarszczki

nie opala się, szybko następuje oparzenie

II jasna skóra, oczy i włosy łatwo następuje oparzenie

III skóra jasna, różne kolory oczu i

wło-sów

opala się stopniowo, czasem oparza

IV _{skóra dość ciemna} – typ

śródziemno-morski

opala się zawsze, rzadko opa-rza

V skóra czarna – typ arabski opala się

VI skóra czarna opala się

Nie jest to, jak się zwykło przyjmować, skala odcieni skóry, lecz

klasy-fikacja odpowiedzi na ekspozycję UV. Fitzpatrick stworzył ją, aby ułatwić usta-lanie dawki UV w leczeniu łuszczycy (łac. psoriasis). W powyższej tabeli waż-niejsza jest kolumna ostatnia niż środkowa, która jest tylko pomocnicza, orienta-cyjna. Dlatego ustalając np. dawkę promieniowania UV w solarium, trzeba zaw-sze, niezależnie od barwy jej skóry, zapytać klientkę, czy ulega oparzeniom sło-necznym. Okazuje się bowiem, że nawet osoby z fototypem VI im ulegają.

Skalą odcieni skóry jest natomiast skala von Luschana, w której – w przybliżeniu, bo jak zaznaczono wcześniej, skala Fitzpatricka nie dotyczy odcieni skóry – fototypowi I wg Fitzpatricka odpowiadają pozycje 1-5, II 6-10 itd., aż do VI fototypu, któremu odpowiadają pozycje 29-36 wg von Luschana.

2.5.2. Ewolucja barwnika skóry

Ssaki na ogół nie mają barwnika w skórze pokrytej sierścią. Pozbawione sierści nie opalają się, lecz ulegają oparzeniom. To samo prawdopodobnie doty-czyło przodków współczesnych ludzi. Jednak po utracie owłosienia, związaną ze zmianą trybu życia naszych przodków około 2 mln lat temu, konieczna była inna ochrona przed promieniowaniem UV. Jest ono bowiem mutagenne, ponadto UV-A zakłóca produkcję kwasu foliowego. Tak więc przodkowie wszystkich współczesnych ludzi musieli mieć skórę o ciemnym zabarwieniu. W tym okresie wszelkie mutacje prowadzące do rozjaśnienia pozbawionej włosów skóry były eliminowane. Utrata barwnika u rasy białej czy żółtej była wtórna, nastąpiła dużo później. Nasz gatunek powstał w Afryce, a około 80 000 lat temu zaczęła się migracja na północ (łac. Homo erectus, H. ergaster). Zasiedlenie Europy było jednak niemożliwe, ponieważ ciemna skóra w warunkach umiarkowanego nasłonecznienia nie produkowała wystarczającej ilości witaminy D. Jednocze-śnie im bardziej na północ, tym chłodniej, a ludzie byli pozbawieni włosów, więc prawdopodobnie stosowali coraz skuteczniejsze sztuczne okrycia ciała – odzież, dodatkowo odcinającą dopływ światła do skóry. Stąd, jeśli jakieś grupy

migrującej ludności zawędrowały zbyt daleko na północ – wskutek niedoboru witaminy D i zmniejszenia wchłaniania wapnia z jelit – następowały zniekształ-cenia kości, uniemożliwiające normalny rozwój szkieletów dzieci, a nawet pra-widłowy poród, przez zniekształcenia kości miednicy. Dopiero mutacje powodu-jące utratę ciemnego zabarwienia skóry, które zaszły około 40000 lat temu, umożliwiły zasiedlenie Europy czy Azji.

Istnieje także druga teoria, mówiąca, że utrata barwnika była sporo póź-niejsza, wymuszona dopiero rozwojem rolnictwa. Przejście z myślistwa na rol-nictwo spowodowało ubytek mięsa w diecie, na korzyść pokarmów roślinnych, co drastycznie ograniczyło podaż witaminy D3, wymuszając jej zwiększoną syn-tezę i zmniejszenie ilości barwnika w skórze.

2.5.3. Opalanie się

Mówi się o konstytutywnym zabarwieniu ciała – zabarwieniu w warun-kach pozbawienia skóry jakichkolwiek wpływów z zewnątrz, czy nietypowych z wnętrza organizmu oraz fakultatywnym zabarwieniu, pod wpływem promie-niowania czy hormonów.

Jak wiadomo, skóra ciemnieje pod wpływem ultrafioletu. Większość UV docierającego do powierzchni Ziemi to UVA (96,5%); UVB stanowi około 3,5%. Melanogeneza, prowadząca do ciemnienia skóry – opalania się – jest re-akcją ochronną organizmu na ekspozycję na mutagenne promieniowanie. Bez-pośrednim bodźcem jest samo promieniowanie, aktywujące α-MSH (hormon stymulujący melanocyty, hormon melanotropowy), co pośrednio aktywuje tyro-zynazę. Ponadto, tyrozynazę aktywują także np. dinukleotydy tymidynowe, któ-re powstają już w czasie uszkadzania DNA przez UV i są z niego usuwane przez układy naprawcze.

Początkowo skóra ciemnieje przez oksydację istniejącej już melaniny, już w kilka minut od rozpoczęcia ekspozycji na UVA. Później następuje ciemnienie, za które odpowiedzialne jest zarówno UVA, jak i UVB, w procesie zaczynają-cym się w 2-3 dni po ekspozycji i trwajązaczynają-cym 1-2 tygodnie. W tym okresie rośnie aktywność tyrozynazy, aktywowane są kolejne melanocyty i zwiększa się trans-port melanosomów. Interesujące jest, że UV, potencjalnie uszkadzając DNA, jednocześnie aktywuje układ białka p53, który zatrzymuje cykl komórkowy i uruchamia naprawę DNA, a także pobudza tyrozynazę do produkcji melaniny (tzn. autor ma nadzieję, że inne fakty są również interesujące). Ten sam mecha-nizm (poprzez białko p53 i aktywację przez nie genu POMC – kodującego pro-opiomelanokortynę, prekursora licznych hormonów peptydowych – zlokalizo-wanego w chromosomie 2) prowadzi zarówno do produkcji MSH (hormonu melanotropowego) i pigmentacji, jak i do produkcji β-endorfiny. Jest to neuro-transmitter związany m.in. z odczuwaniem przyjemności, co tłumaczy do pew-nego stopnia, dlaczego Panie chętnie wylegują się na plaży. Tłumaczy też do pewnego stopnia tanoreksję, czyli uzależnienie od opalania się: endorfiny wiążą się z receptorami opioidowymi, tej samej klasy, które są specyficzne dla opium/ morfiny – silnie uzależniających farmakologicznie substancji.