Почему с возрастом появляются морщины? Новое исследование показало, что стареющая кожа под действием напряжения растягивается в стороны, образуя, подобно пластилину, глубокие и прямые морщины. Всё начинается с структуры коллагена.
Морщины. Они — естественный признак старения. В то время как некоторые из нас носят их как знак почёта, другие пытаются избавиться от них различными способами. Учёные долгое время считали, что причиной появления морщин является сочетание генетики, солнечного излучения и других факторов окружающей среды, но новое исследование пролило больше света на то, что происходит под поверхностью кожи.
Стремясь понять, как и почему на коже человека с возрастом образуются морщины, исследователи из Бингемтонского университета в США провели первое экспериментальное исследование того, как процесс старения меняет поведение и структуру кожи.
«Это уже не просто теория», — заявил Гай Герман, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Бингемтоне и соавтор исследования. «Теперь у нас есть убедительные экспериментальные доказательства, показывающие физический механизм старения».
Коллаген можно представить как пучок толстых, прочных белковых волокон, скрученных в жгуты, которые образуют поддерживающий каркас под поверхностью кожи. Именно он обеспечивает коже механическую прочность и эластичность. Коллагеновые волокна в дермальном слое кожи, или дерме, который находится между наружным эпидермисом и самым глубоким слоем, гиподермисом, расположены не хаотично. Они в основном собраны в пучки, которые, как правило, ориентированы в преобладающем направлении, в зависимости от части тела. Это преобладающее направление создает так называемые линии Лангера — естественные линии натяжения кожи.
Расположение коллагеновых волокон обуславливает анизотропные свойства кожи, то есть её поведение различается в зависимости от направления растяжения. Если кожу растягивать вдоль волокон, она становится прочной и эластичной. Если же растягивать кожу против волокон, она сопротивляется большему растяжению и по-разному сморщивается.
Для данного исследования исследователи взяли образцы кожи у семи доноров (во время плановых операций или у трупов) в возрасте от 16 до 91 года. Во избежание повреждения кожи ультрафиолетовым излучением образцы брали с участков кожи, не подверженных солнечному излучению. Тонкие полоски кожи нарезались вдоль или поперёк естественного направления коллагеновых волокон. Образцы растягивались с контролируемым усилием в течение 40 минут, имитируя естественное натяжение кожи.
Сканирующая электронная микроскопия коллагеновых волокон. Галерея изображений NIH/kollagen CC BY-SA 4.0
Исследователи измерили степень растяжения кожи (осевую деформацию), сжатия в поперечном направлении (поперечную деформацию) и рассчитали коэффициент Пуассона – показатель истончения кожи при растяжении. Они использовали силиконовую форму для фиксации формы и глубины морщин и проанализировали их извилистость (насколько прямыми или изогнутыми были морщины), ширину и глубину с помощью микроскопа. Вес и объём кожи измерялись до и после растяжения для оценки потери жидкости – признака сокращения объёма кожной ткани при растяжении (тест на пороэластичность).
Они обнаружили, что при одинаковом растяжении кожа в пожилом возрасте сжимается в боковом направлении гораздо сильнее. Это приводит к увеличению коэффициента Пуассона, что указывает на фактическую потерю объёма, то есть на выдавливание жидкости из кожного матрикса – каркаса дермы, включающего коллагеновые волокна. У кожи в пожилом возрасте также наблюдались более глубокие и широкие морщины, что подтверждает её большую склонность к прогибанию под действием обычных сил. Морщины в пожилом возрасте были более прямыми, возможно, из-за структурных изменений, таких как уплощение границы между дермой и эпидермисом и потеря коллагена.
Герман объяснил результаты исследования, используя более прямолинейное сравнение с реальным миром.
«Если растянуть, например, пластилин Silly Putty, он растянется горизонтально, но при этом сократится в обратном направлении — станет тоньше», — сказал он. «То же самое происходит и с вашей кожей. С возрастом это сокращение становится сильнее. И если кожа стянута слишком сильно, она провисает. Так образуются морщины».
Исследование имеет некоторые ограничения. В ходе экспериментов кожа подвергалась воздействию только однонаправленного натяжения, тогда как в повседневной жизни реальная кожа подвергается воздействию разнонаправленных сил. Исследователи определили «старость» как возраст 65 лет и старше, что может неточно отражать биологическое старение кожи. Все более молодые образцы были получены от женщин; более пожилые — в основном от мужчин. Хотя исследователи утверждают, что это не повлияло на их результаты, это всё же может внести смещение. Исследование также исключило фотостаревшую (то есть поврежденную ультрафиолетом) кожу, чтобы сосредоточиться исключительно на внутреннем старении, что ограничивает релевантность для реальных условий, поскольку воздействие солнца влияет на появление большего количества морщин.
Однако, несмотря на эти ограничения, исследование имеет практическое применение. Прежде всего, оно позволяет лучше понять механизмы образования морщин. Выявление поперечной деформации и пороэластичных эффектов как ключевых факторов, влияющих на формирование морщин, может помочь в разработке новых методов местного лечения или устройств. Понимание биомеханики стареющей кожи может улучшить планирование хирургических операций, косметических инъекций и лазерной терапии, воздействуя на выравнивание коллагеновых волокон и пороэластичность тканей. Наконец, результаты исследования могут быть применены к другим тканям, таким как мозг, сердце и кости, где механическая анизотропия и пороэластичность также играют ключевую роль.
Однако до тех пор, пока результаты исследования не будут воплощены в новых процедурах и продуктах против старения, исследователи предлагают несколько бесплатных, хотя и общеизвестных, советов.
«Если вы всю жизнь работаете на улице, у вас больше шансов иметь более старую и морщинистую кожу, чем, например, у офисных работников», — сказал Герман. «Хронологическое старение и фотостарение дают схожие результаты. Так что проведите чудесное лето, но не забудьте про лосьон для загара — ваше будущее «я» его оценит».
Исследование опубликовано в журнале «Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials» .
