После недосыпа кожа может выглядеть тусклее и ощущаться суше. Раздражение также способно сопровождаться изменениями ее барьерной функции. Обычно про нее говорят: «устала». Описание понятно, но оно не объясняет, что именно изменилось и почему.
В косметике слово «усталость» часто связывают с нехваткой клеточной энергии. У этой идеи есть реальная биологическая основа: обновление и восстановление кожи требуют энергии. Но отсюда еще не следует, что тусклость вызвана ее недостатком, а то или иное средство способно «подзарядить» кожу. Чтобы понять, где заканчивается метафора, разберем, что можно измерить в коже и какие выводы позволяют сделать эти данные.
Что означает усталость кожи и как ее оценивают
Выражение «усталая кожа» объединяет разные наблюдения: лицо может выглядеть тусклее, кожа — ощущаться суше. Исследователи могут проверить, сопровождается ли такое впечатление изменениями отдельных показателей. Например, измерить увлажненность поверхностного слоя кожи и трансэпидермальную потерю воды (TEWL) — показатель скорости потери влаги через эпидермис, который используют для оценки барьерной функции кожи.
Именно так поступила группа ученых из Парижского университета, Центра сна больницы Отель-Дьё и LVMH Recherche. В исследовании участвовали 24 здоровые женщины в возрасте от 30 до 55 лет. В течение двух последовательных ночей продолжительность их сна ограничивали тремя часами. После эксперимента приборы показали снижение увлажненности и увеличение потери воды, а анализ снимков — уменьшение яркости кожи. Исследователи оценивали несколько свойств по отдельности, вместо того чтобы измерять общую «усталость».
Полученные результаты помогают точнее описать изменения после недосыпа, но не раскрывают их единственную причину. Исследование не позволяет по тусклому виду лица определить, сколько энергии вырабатывают клетки кожи. Чтобы говорить об их метаболизме, нужны другие измерения — к ним и перейдем дальше.
Как клеточный обмен связан с обновлением кожи
Внешние показатели описывают состояние кожи, но за ними стоит работа живых клеток. Например, в нижних слоях эпидермиса образуются новые кератиноциты. По мере продвижения к поверхности они меняются и в итоге участвуют в формировании защитного слоя. Этот процесс называют дифференцировкой. Он зависит от обмена веществ и сигналов, которые помогают клеткам переходить от одного состояния к другому.
Важную роль здесь играют митохондрии. В митохондриях синтезируется значительная часть аденозинтрифосфата (АТФ) — молекулы, обеспечивающей энергией многие клеточные процессы. При этом АТФ образуется и другими путями, в частности в ходе гликолиза. Однако эксперименты показывают, что митохондрии участвуют и в передаче сигналов.
В частности, в исследовании Роберта Хаманаки и его коллег у лабораторных мышей нарушили работу митохондрий в кератиноцитах, отключив ген TFAM, необходимый для нормального функционирования митохондриальной системы. После этого исследователи зафиксировали нарушения дифференцировки эпидермиса. Дальнейшие опыты показали, что важную роль в этом процессе играли активные формы кислорода, вырабатываемые митохондриями: в контролируемых количествах они участвуют в передаче клеточных сигналов.
При повреждении ткани меняется и ее потребность в ресурсах для восстановления. Группа исследователей Каролинского института изучила изменения обмена веществ в образцах кожи человека при заживлении острых и хронических ран. Ученые обнаружили изменения нескольких метаболических путей, а в экспериментальных моделях показали, что воздействие на гликолиз заметно влияло на заживление. Это пример того, почему восстановление нельзя описать одной формулой «митохондрии произвели больше АТФ»: при восстановлении задействованы разные пути обмена веществ, обеспечивающие клетки энергией и материалом для новых структур.
Эти исследования рассматривают разные процессы: влияние недосыпа на показатели кожи, участие митохондриальных сигналов в дифференцировке эпидермиса и изменения метаболизма при заживлении ран. Однако они не устанавливают единого механизма «усталости кожи».
Как бактериородопсин преобразует энергию света
Преобразование энергии можно наблюдать непосредственно в системах, где известны участники процесса и условия их работы. Такой механизм реализует, в частности, бактериородопсин, белок галоархей, живущих в очень соленой среде. Под действием света он переносит протоны через мембрану, создавая разницу в их концентрации и электрическом заряде между ее сторонами. Клетка может использовать этот градиент для синтеза АТФ с помощью другого белкового комплекса — АТФ-синтазы, а также для переноса веществ через мембрану.
В 2019 году Самуэль Берхану, Такуя Уэда и Ютэцу Курума из Токийского университета и Токийского технологического института использовали этот механизм в искусственной системе. Они встроили бактериородопсин и АТФ-синтазу в мембранные пузырьки. При освещении система производила АТФ: бактериородопсин создавал протонный градиент, а АТФ-синтаза использовала его для синтеза молекул АТФ.
Затем ученые поместили мембранные пузырьки внутрь искусственной клетки вместе с компонентами для синтеза белка, а полученная при освещении АТФ обеспечивала соответствующие реакции. Так исследователи показали, что механизм бактериородопсина можно включить в работающую биотехнологическую конструкцию. Однако здесь важно подчеркнуть ограничение: опыт проводили с искусственной системой, а не с клетками кожи.
Что важно проверить, прежде чем говорить о действии на кожу
В искусственной системе исследователи контролировали состав мембраны и оптимизировали ориентацию встроенных белков, необходимую для направленного переноса протонов. Чтобы подтвердить действие светозависимого механизма в коже человека, необходимо установить, сохраняет ли бактериородопсин свою активность в соответствующей биологической среде, возникает ли протонный градиент и приводит ли он к измеримым изменениям клеточного метаболизма. Затем необходимо определить, возникает ли при этом измеримый градиент и связан ли он с тем клеточным процессом, который исследователи хотят изменить. Одного отклика белка на свет для такого вывода недостаточно.
Затем нужно проверить, меняются ли процессы в клетках и отражаются ли эти изменения на состоянии ткани. Применительно к коже это, например, вопросы о барьерной функции и реакции на повреждение. Ответы на них нельзя получить из опыта с искусственной клеткой, поскольку для каждого перехода нужны отдельные исследования.
Где заканчивается метафора «усталой кожи»
«Усталая кожа» описывает внешний вид, а клеточная энергия — процессы, которые изучают другими методами. По изменениям увлажненности или барьерной функции нельзя установить нехватку АТФ. Сон и другие повседневные условия тоже влияют на состояние кожи, поэтому объяснять его действием одного механизма было бы слишком просто.
Бактериородопсин дает ученым рабочий способ преобразовать энергию света в протонный градиент. В специально собранной системе этот градиент удалось использовать для синтеза АТФ и белка. Дальнейшее применение механизма — открытая исследовательская задача; обещание «подзарядить кожу светом» рассмотренные опыты не подтверждают.
Научные источники
При подготовке статьи использованы материалы научных исследований, опубликованных в рецензируемых журналах.
Использованные исследования:
- Léger D. et al. (2022). Влияние ограничения сна на показатели кожи и внешний вид лица. Sleep Medicine.
- Hamanaka R. B. et al. (2013). Роль митохондриальных активных форм кислорода в дифференцировке эпидермиса. Science Signaling.
- Manchanda M. et al. (2023). Изменения клеточного метаболизма при заживлении ран кожи человека. Journal of Investigative Dermatology.
- Berhanu S. et al. (2019). Искусственная фотосинтетическая клетка, использующая энергию света для синтеза белка. Nature Communications.
