I.3. Липиды и липиды кожи

Липиды (от греч. λίπος, lípos — жир) — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе. Используемое ранее определение липидов, как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нерастворимых в воде, является слишком расплывчатым. Во-первых, такое определение вместо четкой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые, тем не менее, относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений — к липидам относят жирные кислоты и их производные. В то же время в биохимии и других разделах биологии к липидам по-прежнему принято относить и гидрофобные или амфифильные вещества другой химической природы. Это определение позволяет включать сюда холестерин, который вряд ли можно считать производным жирной кислоты. Липиды — один из важнейших классов сложных молекул, присутствующих в клетках и тканях животных. Липиды выполняют самые разнообразные функции: снабжают энергией клеточные процессы, формируют клеточные мембраны, участвуют в межклеточной и внутриклеточной сигнализации. Липиды служат предшественниками стероидных гормонов, жёлчных кислот, простагландинов и фосфоинозитидов. В крови содержатся отдельные компоненты липидов (насыщенные жирные кислоты, мононенасыщенные жирные кислоты и полиненасыщенные жирные кислоты), триглицериды, холестерин, эфиры холестерина и фосфолипиды. Все эти вещества не растворимы в воде, поэтому в организме имеется сложная система транспорта липидов. Свободные (неэтерифицированные) жирные кислоты переносятся кровью в виде комплексов с альбумином. Триглицериды, холестерин, эфиры холестерина и фосфолипиды транспортируются в форме водорастворимых липопротеидов. Некоторые липиды используются для создания наночастиц, например, липосом. Мембрана липосом состоит из природных фосфолипидов, что определяет их многие привлекательные качества. Они нетоксичны, биодеградируемы, при определенных условиях могут поглощаться клетками, что приводит к внутриклеточной доставке их содержимого. Липосомы предназначены для целевой доставки в клетки препаратов фотодинамической или генной терапии, а также компонентов другого назначения, например, косметического. Классификация липидов, как и других соединений биологической природы, — весьма спорный и проблематичный процесс. Предлагаемая ниже классификация, хоть и широко распространена в липидологии, является далеко не единственной. Она основывается, прежде всего, на структурных и биосинтетических особенностях разных групп липидов. 1.Простые липиды. Примеры жирных кислот: миристиновая (насыщенная жирная кислота) и миристолеиновая (мононенасыщенная кислота) имеют 14 атомов углерода. Жирные кислоты; Жирные альдегиды; Жирные спирты; Предельные углеводороды с длинной алифатической цепочкой; Сфингозиновые основания; 2.Сложные липиды. Строение. Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др. Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза. Для подробного ознакомления следует перейти по ссылкам, указанным в схеме классификации. Биологические функции: 1.Энергетическая (резервная) функция. Многие жиры, в первую очередь триглицериды, используются организмом как источник энергии. При полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, примерно вдвое больше, чем при окислении 1 г углеводов (4.1 ккал). Жировые отложения используются в качестве запасных источников питательных веществ, прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы на себе. Растения чаще запасают углеводы, однако в семенах многих растений высоко содержание жиров (растительные масла добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений). 2.Функция теплоизоляции. Жир — хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла. Особенно толстый подкожный жировой слой характерен для водных млекопитающих (китов, моржей и др.). Но в то же же время у животных, обитающих в условиях жаркого климата (верблюды, тушканчики) жировые запасы откладываются на изолированных участках тела (в горбах у верблюда, в хвосте у жирнохвостых тушканчиков), в качестве резервных запасов воды, так как вода — один из продуктов окисления жиров. 3.Структурная функция. Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран, холестерин — регулятор текучести мембран. У архей в состав мембран входят производные изопреноидных углеводородов. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных органов (листьев и молодых побегов) растений. Их также производят многие насекомые (так, пчёлы строят из них соты, а червецы и щитовки образуют защитные чехлы). 4.Регуляторная. Витамины — липиды (A, D, E, K.) Гормональная (стероиды, эйкозаноиды, простагландины и прочие.) Кофакторы (долихол.) Сигнальные молекулы (диглицериды, жасмоновая кислота; МP3-каскад.) 5.Защитная (амортизационная). Толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах. Суточная потребность взрослого человека в липидах — 70—140 граммов.

Липиды кожи: 1. Холестерин – компонент клеточных мембран 2. Фосфолипиды – липиды, содержащие фосфатную группу, входят в состав биологических мембран 3. Липопротеины – соединение жира и белков, транспортная форма белков. 4. Все насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, которые входят в состав сального секрета + находятся в гиподерме, которые относятся к резервным жирам. Они образуют водно-жировую мантию на коже. Сквален – кожный жир человека. Кожа человека, в отличие от всех остальных приматов, имеет ряд уникальных особенностей: отсутствие развитого волосяного покрова, сильное развитие слоя подкожного жира, наличие на поверхности кожи многочисленных сальных желез, продуцирующих кожное сало (sebum), расположение по всему телу потовых желез, причем интенсивность выделения пота у человека выше, чем у какого-либо другого вида млекопитающих. Особенностью человека как вида является открытость его кожного покрова воздействию факторов внешней среды. Кожное сало, которое изначально предназначалось для смазывания шерсти, у человека просто распределяется по поверхности, превратившись в естественный жирный крем, который постоянно находится на коже. Для удобства изложения будем называть этот покров, образованный кожным салом, липидами поверхности кожи (ЛПК), что соответствует принятому в англоязычной литературе словосочетанию skin surface lipids. Непосредственно поверхность кожи покрыта липидной пленкой, возникающей за счет смешивания секрета сальных желез (glandulae sebaceae) с липидами, продуцируемыми кератиноцитами. В состав этой поверхностной пленки входят триглицериды (60%) и продукты их гидролиза (диглицериды, моноглицериды и свободные жирные кислоты), возникающие за счет липолитической активности резидентной микрофлоры, эфиры восков (24–26%), холестерин и его эфиры (2,5–3,0%), а также сквален (11,5–15,0%) — полиненасыщенный тритерпен, который редко встречается в ЛПК других млекопитающих. Интересно отметить, что сходная по составу пленка липидов формируется также на поверхности слёзной жидкости, покрывающей роговицу. Молекулы восков, входящих в состав этой пленки, содержат ненасыщенные углеводороды с температурой плавления около +35,0о С. Липидная плёнка препятствует чрезмерному испарению воды из слезы и служит надежным барьером для проникновения инфекционных агентов. Большая площадь контакта ЛПК с кислородом воздуха в сочетании с действием ультрафиолетового (УФ) света, от которого кожа человека не экранирована волосяным покровом, создает предпосылки для инициации и развития в ЛПК реакций цепного окисления липидов. Формирование и состав серума. Сальные железы расположены практически по всей коже за исключением ладоней и подошв и в подавляющем большинстве связаны с фолликулами волос (сальная железа волоса — glandula sebacea pili). Наиболее насыщена крупными сальными железами кожа волосистой части головы, щек и подбородка (400–900 желез на 1 см2). Сальные железы, расположенные в участках кожи, лишенных волос (губы, угол рта, головка полового члена, внутренний листок крайней плоти, клитор, малые половые губы, соски и околососковые кружки молочных желез), получили название свободных, или отдельных сальных желез (glandulae sebaceae separatae). Секреция сальных желёз составляет в среднем около 0,1 мкг/см2 в минуту, т. е. около 12 мг/ч для всей поверхности тела. Отмечена значительная разница для отдельных участков, например, секреция в коже лба в 3–4 раза выше, чем в других частях тела. Кожное сало у большинства желез выводится на поверхность кожи через корневое влагалище волоса, а у свободных желез — непосредственно из выводного протока. Секрет сальных желез придает эластичность волосу, смягчает эпидермис, придает ему водоотталкивающие свойства, регулирует испарение воды, препятствует проникновению в кожу некоторых веществ из окружающей среды, а также оказывает антигрибковый и антибактериальный эффекты. Высказываемое иногда предположение о том, что у человека, большая часть покровов которого лишена волос, сальные железы являются рудиментом, является малоубедительным, поскольку деятельность этих желез находится под сложным гормональным контролем. Высокая вариабельность состава секрета сальных желез у различных видов млекопитающих свидетельствует в пользу того, что этот секрет выполняет функцию химического сигнализатора. Однако этому предположению противоречит тот факт, что феромоны млекопитающих секретируются специальными железами, производящими пахучие липиды. Интересное предположение о роли сальных желез в терморегуляции было высказано недавно. Согласно этому предположению роль ЛПК в терморегуляции зависит от температуры. А именно, при жаркой погоде (около 30 С) себум выполняет роль поверхностно-активного вещества (ПАВ), снижающего поверхностное натяжение пота. Благодаря этому в присутствии ЛПК пот не формирует капель, которые напрасно стекали бы с кожи, а распределяется по ее поверхности и, испаряясь с большой поверхности, эффективно охлаждает кожу. При низких температурах жиры, покрывающие волосы и кожу, создают водоотталкивающий слой. Кроме того, ЛПК вносят свой вклад в экранирование эпидермиса от вредного действия УФ-света. А именно, оценка роли ЛПК как УФ-фильтров показала, что на коже лба, например, липиды кожного сала снижают пропускание света с длиной волны 300 нм на 10%. Состав ЛПК у человека варьирует в зависимости от возраста, пола и генетических особенностей. Основные компоненты кожного сала: Триглицериды; СЖК; Эфиры восков; Сквален; Эфиры холестерина;

Холестерин. Доминирующими по составу липидами себума человека являются триглицериды, которые не обнаруживаются в кожном сале других млекопитающих. Для большинства изученных видов млекопитающих в составе себума наиболее обычны стерины и их эфиры, а также диэфиры восков. Отсутствие свободных жирных кислот (СЖК) в себуме cальных желез и появление их в составе ЛПК объясняется расщеплением триглицеридов на поверхности резидентными микроорганизмами, в частности Propionobacterium acne, живущими в протоках сальных желез и питающимися глицерином. Степень гидролиза триглицеридов варьирует у людей от 5 до 50%. Около 15% ЛПК занимает сквален (спинацен; 2,6,10,15,19,23-гексаметил-2,6,10,14,18,22-тетракозагексаен) — ациклический полиненасыщенный жидкий углеводород состава C30H50. Название сквален произошло от латинского Squalus — акула, печень которой богата этим соединением. В частности, в печени черной колючей акулы (Etmopterus spinax), живущей обычно на глубинах 300–1000 м, содержится 75% жира (у млекопитающих обычно около 5%), половину которого составляет сквален. Кроме печени акул, сквален встречается в значительном количестве в оливковом, пальмовом, амарантовом маслах, а также в маслах из зародышей пшеницы и рисовых отрубей. Первыми на сквален обратили внимание диетологи. Они заметили, что народы, которые потребляют в основном оливковое масло, имеют более благоприятную статистику по опухолям, чем те, которые питаются кукурузным и подсолнечным маслом. Так как сквален является естественным компонентом кожного сала, он хорошо совместим с кожей. Исследования показали, что сквален не комедогенен в отличие от триглицеридов и жирных кислот кожного сала. Комедогенным действием обладают лишь пероксиды сквалена, которые получаются при перекисном окислении. Так как сквален, в силу высокой ненасыщенности, способен к окислению, в косметике используют более стабильную форму — сквалан (С30Н62, пергидросквален или 2,6,10,15,19,23-гексаметилтетракозан). У человека в клетках сальных желез, по-видимому, происходит блокирование синтеза холестерина и накопление значительных количеств сквалена. Примечательно, что сквален не образуется в эпидермисе, поэтому его концентрация отражает содержание кожного сала. Так, определяя концентрацию сквалена, была измерена скорость продукции себума на коже головы мужчин (n=14), составившая 48,3 мкг/см2 час. Сквален не только синтезируется в организме, но и усваивается из пищи и транспортируется с помощью липопротеидов очень низкой плотности по всему организму в различные ткани. Наибольшая концентрация сквалена обнаруживается в коже, значительные количества накапливаются в печени и жировой ткани. Сходство молекулы сквалена с каротином, тушителем синглетного кислорода, позволяет предположить, что сквален также выполняет подобную функцию. Как было недавно показано, сквален является наиболее сильным тушителем синглетного кислорода среди всех липидов себума и его активность как антиоксиданта сравнима с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокситолуолом. Интересно отметить, что уровень сквалена в ЛПК коррелирует с концентрацией токоферола на поверхности кожи (коэффициент корреляции — 0,93, p<0,001), что, вероятно, объясняется их совместной секрецией сальными железами. Наличие на поверхности кожи, постоянно подверженной воздействию различных факторов внешней среды, в частности, таких, как УФ-свет и кислород, столь уникальной молекулы, как сквален, содержащей шесть двойных связей, вызывает удивление и ставит вопрос о биологической роли этого соединения в составе ЛПК. Более 20 лет назад была обнаружена тесная корреляция между степенью липопероксидации себума и концентрацией сквалена, что позволило авторам работы высказать предположение о роли сквалена как своеобразного датчика-усилителя (“энхансера” от англ. enhance — усиливать), чувствительного к повреждающему воздействию УФ-света на кожу. Чем же является сквален в составе себума? Антиоксидантом, принимающим на себя удар радикалов, возникающих постоянно на поверхности кожи, или антенной, получающей сигналы из окружающей среды и информирующей об этом организм, или же просто компонентом защиты кожи от резидентной микрофлоры? Уникальными чертами ЛПК человека являются как сложность их состава, проявляющаяся в многообразии фракций липидов и жирных кислот, так и необычность, заключающаяся в значительном различии по составу между ЛПК и внутренних тканей. С этой точки зрения представляло интерес сравнить состав себума у детей и взрослых. Сравнительное исследование состава себума детей (до начала периода полового созревания) и взрослых показано в таблице 2. Таблица 2. Состав (%) и количество (мкг/см2) ЛПК здоровых взрослых и детей.

Как видно из представленных данных, содержание сквалена в себуме детей на 40% ниже, чем у взрослых, а содержание эфиров холестерина почти в 5 раз выше. Одной из функций ЛПК является поддержание целостности рогового слоя эпидермиса, нарушение этой функции приводит к легкому отделению роговых чешуек кожи, являющемуся одним из симптомов себорейного и атопического дерматитов. У больных с атопическим дерматитом наблюдается пониженный уровень церамидов в липидах рогового слоя эпидермиса, что вызывает появление дефектов в интерцеллюлярных мембранах рогового слоя и, соответственно, нарушает их барьерную функцию. Это, в частности, проявляется в увеличении трансэпидермальной потери воды и сухости кожи. В местах проявления заболевания барьерные свойства рогового слоя существенно снижены, что способствует проникновению в кожу различных раздражителей, токсинов и инфекционных агентов. Себорейный дерматит встречается у 1–3% населения, несколько чаще у молодых — 3–5%, а также является частым проявлением носительства вируса иммунодефицита человека. Сравнительное исследование состава ЛПК у лиц с себорейным дерматитом не выявило достоверных различий между лицами, имеющими положительную или отрицательную реакцию на вирус иммунодефицита человека. Общее количество липидов у лиц с себорейным дерматитом снижено на 13%, а триглицеридов повышено на 16%. Однако по сравнению со здоровыми лицами, на участках кожи с проявлениями заболевания наиболее выражены изменения в концентрации холестерина и его эфиров, уровень которых повышен примерно на 40%, при этом уровень сквалена снижен на 10%. Интересно отметить, что изменения в составе ЛПК у лиц с признаками как атопического, так и себорейного дерматита качественно схожи: уменьшение общего количества липидов и сквалена, повышение концентрации холестерина и его эфиров. Уникальной особенностью человека среди приматов и большинства других млекопитающих является наличие в липидах поверхности его кожи достаточно большого количества сквалена (15%). Сквален является тритерпеном, принадлежащим к обширной группе изопреноидов, куда входят такие биологически важные молекулы, как b-каротин, убихинон, токоферол. Хотя в биохимии сквален упоминается чаще всего как предшественник холестерина, следует иметь в виду, что на его синтез расходуется только около 10%, а функциональная роль остального сквалена в организме остаётся невыясненной. Каковы же возможные причины высокой концентрации сквалена в коже человека? Одним из первых предположений является роль сквалена как антиоксиданта, обладающего высокой способностью подобно b-каротину тушить синглетный кислород, который образуется в реакциях фотоокисления биологических субстратов в присутствии окрашенных соединений — фотосенсибилизаторов. Повышенное образование синглетного кислорода наблюдается, в частности, при порфириях и сопровождается воспалением и утолщением кожных покровов, а также повышенным шелушением клеток эпидермиса. Последний из упомянутых симптомов обусловлен, по-видимому, окислением ненасыщенных жирных кислот в составе ламеллярных бислоёв, заполняющих пространство между кератиноцитами наподобие цемента в кирпичной кладке. В связи с вышесказанным можно ожидать, что уменьшение в ЛПК концентрации сквалена, играющего роль тушителя синглетного кислорода, может также сопровождаться шелушением эпидермиса. Действительно, как следует из полученных результатов, при атопическом дерматите наблюдается заметное снижение концентрации сквалена в ЛПК: у взрослых на 12%, у детей на 21%. Несколько меньшее снижение (на 10%) уровня сквалена в ЛПК наблюдается при себорейном дерматите. С позиций концепции, рассматривающей сквален как тушитель синглетного кислорода, находит объяснение уникальность наличия сквалена в ЛПК кожи человека по сравнению с другими приматами. В данном случае отсутствие развитого волосяного покрова, безусловно экранирующего у других животных кожу от фотоповреждений, компенсируется у человека наличием фотопротекторной системы, тушащей синглетный кислород.