Функции поверхностных липидов

13.05.2017
Жирные кислоты, не содержащие двойных или тройных связей, называют насыщенными. Насыщенные жирные кислоты, выделенные из природных источников, чаще всего имеют неразветвленную углеродную цепь и содержат четное число атомов углерода.

Ненасыщенные жирные кислоты разделяют на:
• мононенасыщенные — имеют одну двойную или тройную связь между соседними атомами углерода:
• полиненасыщенные — имеют две и более двойных связей.
Липиды, в состав которых преимущественно входят насыщенные жирные кислоты, при комнатной температуре твердые. Липиды, содержащие много ненасыщенных жирных кислот, при комнатной температуре жидкие. Такая разница в поведении насыщенных и ненасыщенных липидов объясняется тем, что насыщенные жирные кислоты имеют прямые углеродные цепочки, поэтому их можно довольно плотно уложить. Ненасыщенные жирные кислоты из-за двойных связей имеют изогнутую углеродную цепочку, поэтому такой плотной упаковки не получается (рис. II-1-2).

На форму молекулы жирной кислоты влияет не только число ненасыщенных связей, но и их пространственная конфигурация. Если углеводородные заместители расположены по одну сторону двойной связи, то это цис-конфигурация, если по разные — то это транс-конфигурация (рис. II-1-3). Все природные растительные масла имеют в своем составе цис-изомеры. Трансизомеры жирных кислот могут быть природными или созданными искусственно. Природные трансжиры образуются в результате жизнедеятельности бактерий многокамерного желудка жвачных животных и сохраняются в мясных и молочных продуктах в количестве 5-8%. Искусственные транс-изомеры образуются при промышленном отвердении (гидрогенизации) жидких масел.

Например, растительный маргарин и спреды получают именно так. Форма молекулы ненасыщенной жирной кислоты в трансконфигурации близка к насыщенной, поэтому их добавление в смесь липидов увеличивает ее вязкость. Отсюда следует, что если гидрогенизировать растительное масло, богатое незаменимыми жирными кислотами, то оно утратит свои первоначальные свойства — причем не только физикохимические, но и биологические. Неслучайно в 2009 г. Всемирная организация здравоохранения рекомендовала полностью удалить промышленные транс-жиры из продуктов питания. Что касается косметических средств, то здесь подобных ограничений нет, и в рецептурах можно встретить гидрогенизированное масло, например касторовое. В небольшом количестве оно вреда не принесет и будет служить обычным эмолентом, главное — не обрабатывать кожу большим его количеством.

Для описания жирных кислот пользуются специальными обозначениями:
• w — указывается положение первой двойной связи от метильного конца молекулы (омега-семейство), иногда в литературе вместо греческой буквы со пишут латинскую букву п;
• A — в сокращенном обозначении ненасыщенных жирных кислот знак A с цифрой означает место расположения двойной связи. Например, A6 означает, что в молекуле жирной кислоты двойная связь находится между 6-м и 7-м атомами углерода относительно первого (карбоксильного) атома;
• а-, в-, у-... — положение двойной связи или какой-либо функциональной группы (например, гидроксильной) относительно первого (карбоксильного) атома углерода: второй — а, третий — в, четвертый — у и т.д.;
• длина углеродной цепи обозначается цифрой после буквы С, а если есть ненасыщенные связи, то ставится двоеточие и потом число этих связей — например, «С18:2, А9,12» означает, что всего в цепи 18 атомов углерода и есть две двойные связи, расположенные после 9-го и 12-го атомов.
В липидных структурах рогового слоя жирные кислоты присутствуют как в свободном состоянии, так и в составе церамидов.
В только что синтезированном кожном сале жирные кислоты находятся преимущественно в составе триглицеридов. Однако большинство триглицеридов впоследствии расщепляются пропионибактериями, обитающими в сальных железах, до ди-, моноглицеридов, глицерина и свободных жирных кислот. Таким образом, в кожном сале, которое смазывает поверхность кожи, свободных жирных кислот довольно много.
Надо сказать, что жирнокислотный состав кожного сала и межклеточных пластов отличаются друг от друга. В кожном сале много необычных жирных кислот с разветвленными цепями и нестандартным положением двойной связи. Есть жирные кислоты, которых нет нигде, кроме себума, — это, в первую очередь, сапиенат (С16:1, А6) и себалеат (С18:2, А5,8).
Для здоровья кожи важна линолевая кислота — это полиненасыщенная жирная кислота, которая относится к незаменимым жирным кислотам, т.е. она не синтезируется в организме и должна поступать с пищей. К незаменимым жирным кислотам, кроме линолевой кислоты, также относятся линоленовая и арахидоновая кислоты. Эти три жирные кислоты часто объединяют общим названием витамин F. Нарушения функции кожи, вызванные недостатком в организме витамина F, клинически проявляются сухостью, шелушением, зудом и покраснением. В значительной степени эти симптомы объясняются нарушением барьерной функции кожи.

Церамиды — это сфинголипиды, в которых один из остатков жирной кислоты нетипично — через амидную связь — присоединен к соответствующему основанию (аминоспирту). С химической точки зрения разнообразие церамидов обусловлено множеством возможных вариантов соединения двух структурных образующих — полярная «головка» и гидрофобный «хвост» (жирная кислота и сфингозин).
В образовании церамидов участвуют следующие сфингозиновые основания (аминоспирты): сфингозин, фитосфингозин, 6-гидроксисфингозин и дигидросфингозин. К основанию присоединена жирнокислотная цепочка («хвост») разной длины (от 16 до 28 атомов углерода с шагом два атома — в зависимости от типа церамида). По своей химической природе жирная кислота может быть а-гидроксильной, w-гидроксильной или негидроксильной.
Жирные кислоты в составе церамидов варьируют по длине и степени насыщенности. Больше всего в роговом слое церамидов с насыщенными жирнокислотными хвостами, так как липиды в верхнем слое эпидермиса постоянно подвергаются действию внешних факторов, которые могут вызвать окислительное повреждение молекул. Чем меньше степень ненасыщенности жирной кислоты, т.е. чем меньше в ней двойных связей, тем она более устойчива к окислению.
Отличительной чертой некоторых церамидов кожи является их уникальное химическое строение, не встречающееся в церамидах других тканей организма. Идентифицировано по меньшей мере 11 классов церамидов. Большинство из них составляют основу межклеточных липидных пластов, но некоторые выполняют особые функции. Так, выделяется класс О-ацилированных церамидов (О-ацилцерамиды) с длинными ацильными цепями (преимущественно СЗО) и терминальной гидроксильной группой. Эта группа может оставаться неизмененной, а может этерифицироваться линолевой кислотой или а-гидроксикислотами — таким образом происходит еще большее удлинение «хвоста». Длинноцепочечные О-ацилцерамиды «сшивают» соседние липидные пласты друг с другом, формируя единую стабильную многослойную структуру— липидный барьер. Напротив, короткоцепочечные w-гидроксицерамиды отличаются повышенным сродством к белкам и могут образовывать с ними химические связи, скрепляя липидный барьер с роговыми конвертами корнеоцитов и обеспечивая целостность всего рогового слоя.
Церамидам, имеющим сфингозин в качестве основания, присуща сигнальная функция — оказалось, что они регулируют скорость трансформации кератиноцитов в корнеоциты.
Любые воздействия, разрушающие связи с участием молекул церамидов или других составляющих межклеточного «цемента», повышают трансэпидермальную потерю влаги и способствуют проникновению в организм потенциально вредных внешних субстанций. Барьерная функция снижается и при изменении липидного состава. Низкое содержание О-ацилцерамидов коррелируете повышенным риском нейродермита.
Так, замена линолевой кислоты в ацилцерамидах на любую другую жирную кислоту (чаще всего на олеиновую) может привести к катастрофическим изменениям в роговом слое. Изменяется не только структура липидного барьера, нарушается нормальная дифференцировка кератиноцитов. В роговом слое появляются участки, полностью лишенные липидов, где заметно ослабляется сцепление корнеоцитов друг с другом, и повышается проницаемость рогового слоя для воды.

Холестерин — органическое соединение, природный жирный (липофильный) спирт, присутствующий в клеточных мембранах животных клеток; в растительных клетках холестерин не обнаружен, его там заменяют фитостерины. У бактерий стерины отсутствуют.
Холестерин регулирует вязкость мембран. Ho если ненасыщенные жирные кислоты разжижают мембрану, то холестерин, напротив, повышает ее вязкость. Его содержание в плазматической мембране клеток довольно велико и может достигать 30%. Много холестерина и в роговом слое, где на его долю приходится почти треть от общего количества липидов (рис. II-1-4).
Одна из важнейших функций кожи — метаболическая. Кожа принимает участие в синтезе гормонов (витамин D) и других биологически активных веществ, в обмене солей, в метаболизме жиров, в частности холестерина. Оказалось, что в коже содержится 11% от всего холестерина в организме, причем кожа производит порядка 30% от всего объема холестерина, продуцируемого организмом.
Клетки эпидермиса не только самостоятельно и активно синтезируют холестерин, но и получают его из кровотока, захватывая эфиры холестерина из липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) с помощью специальных рецепторов — так называемых скэвенджер-рецепторов класса В типа I (SRBI). Захват липидов из кровотока преимущественно осуществляется в базальном слое. Экспрессия мРНК, кодирующей рецепторы к ЛПНП, регулируется с учетом потребностей эпидермиса для адекватного осуществления барьерной функции. Роль рецепторов SRBI в захвате липидов из кровотока доказана, однако все еще ведутся споры относительно того, какой механизм метаболизма кожного холестерина является более значимым — локальный синтез или захват из кровотока.

Эпидермис принимает активное участие в общем метаболизме липидов. Показано, что 10-15% от всего холестерина, содержащегося в организме, утилизируется с помощью кожи; более активный метаболизм липидов происходит только в печени. Этот факт имеет принципиальное значение и позволяет с уверенностью говорить о том, что измерение уровня кожного холестерина можно использовать для точной оценки липидного статуса организма в целом.
Уровень холестерина в роговом слое может меняться как в сторону уменьшения, так и в сторону повышения. Плохо и то, и другое. Снижение холестеринового индекса коррелируете нарушениями барьерной функции, что выражается в появлении симптомов сухой кожи. Повышение уровня холестерина (так называемый холестериноз кожи) говорит об общих метаболических нарушениях, которые могут привести к развитию таких серьезных патологий, как атеросклероз и ишемическая болезнь сердца (ИБС).
Содержание холестерина в роговом слое коррелирует с возрастом — после менопаузы нередко наблюдается дефицит холестерина, который можно компенсировать его местными аппликациями. Неслучайно в косметические рецептуры для возрастной кожи в последнее время все чаще включают холестерин.

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 в-каротин, убихинон, токоферол. Хотя в биохимии сквален упоминается чаще всего как предшественник холестерина, следует иметь в виду, что на синтез холестерина расходуется лишь около 10% сквалена, а функциональная роль остального сквалена в организме остается невыясненной.
Каковы же возможные причины высокой концентрации сквалена в коже человека? Одно из первых предположений — роль сквалена как антиоксиданта, подобно p-каротину способного тушить синглетный кислород, который образуется в реакциях фотоокисления биологических субстратов в присутствии окрашенных соединений — фотосенсибилизаторов. Получается, что сквален наряду с витамином E защищает липидный барьер от окисления.
Это предположение вполне обоснованно, учитывая, что при дефиците кожного сала кожа начинает сильно шелушиться. Так, при атопическом дерматите уровень сквалена в поверхностных липидах заметно снижается: у взрослых — на 12%, у детей — на 21%. Несколько меньшее снижение (на 10%) наблюдается при себорейном дерматите.
Вполне вероятно, что именно это предположение объясняет уникальность наличия сквалена в коже человека по сравнению с другими приматами. У человека отсутствие развитого волосяного покрова, безусловно экранирующего у других животных кожу от фотоповреждений, компенсируется наличием фотопротекторной системы, тушащей синглетный кислород.
Несколько лет назад было обнаружено интересное свойство сквалена, точнее, его окисленной формы. Оказалось, что нанесение на кожу пероксида сквалена вызывает развитие гиперпигментации. Опираясь на полученные данные, ученые предложили такой сценарий реакции кожи на УФ-облучение: УФ генерирует в коже синглетный кислород - сквален тушит синглетный кислород и превращается в пероксид сквалена - пероксид сквалена стимулирует выработку ПГЕ2 - ПГЕ2 запускает меланогенез.
Этот же самый механизм может иметь место и при развитии поствоспа-лительной гиперпигментации на коже, пораженной угревой болезнью. Здесь накладываются два фактора: 1) в очаге воспаления процессы окисления протекают активно и 2) при акне вырабатывается большое количество себума, и, соответственно, содержание сквалена в поверхностных липидах повышено.
Из всего сказанного можно сделать вывод: включать сквален в солнцезащитные средства не стоит, чтобы не подвергнуть кожу риску гиперпигментации. Зато сквален полезно включать в средства, предназначенные для кожи с низкой себосекрецией, например для ухода за кожей с атопическим дерматитом в стадии ремиссии. Чаще в рецептуры включают гидрогенизированную форму сквалена — сквалан, устойчивый к окислению, и хотя он не проявляет антиокси-дантной активности в отличие от сквалена, он может рассматриваться как мягкий эмолент, смягчающий кожу и формирующий на ее поверхности дополнительный защитный слой.