Попробуйте представить нашу кожу в виде сетки для волейбола, а молекулы косметического средства – в виде волейбольного мяча. Как вы думаете, сможет ли крем, как заявляет реклама, проникнуть сквозь мелкую сетку и произвести обещанный чудный эффект? Какие современные методы и технологии способны доставить комплекс чудесных компонентов к глубоким слоям кожи, минуя эпидермальный барьер? Стоит ли тратиться на дорогую элитную косметику или все обещания – не более чем мошенническая уловка? И насколько глубоко обычный крем может проникнуть в кожу?
Чтобы понять, работают ли косметические средства и их ингредиенты, нужно вспомнить основы. А именно – как устроена кожа, из каких слоев она состоит, каковы особенности ее клеток.
Как устроена наша кожа?
Кожа – самый большой орган тела человека. Состоит из трех слоев:
Эпидермис (0,1-2,0 мм).
Дерма (0,5-5,0 мм).
Гиподерма или подкожно-жировая клетчатка (2,0-100 мм и более).
Первый слой кожи – эпидермис, его мы обычно и называем кожей. Этот слой самый интересный для косметологов. Именно здесь работают компоненты кремов. Дальше проникают только препараты, которые вводятся в виде инъекций.
Эпидермис и эпидермальный барьер: преграда на пути полезных веществ или надежный союзник?
Эпидермис, в свою очередь, состоит из 5 слоев – базального, шипового, зернистого, рогового. Роговой слой выложен 15-20 рядами корнеоцитов – мертвых роговых клеток, в которых не более 10% воды, нет ядра, а весь объем заполняет прочный белок кератин.
Корнеоциты крепко, как верные друзья, держатся друг за друга с помощью белковых перемычек, а липидная прослойка скрепляет эти клетки крепче, чем цемент – кирпичи в кладке.
Корнеоциты образуют эпидермальный барьер, который, как панцирь черепахи, защищает кожу от внешних воздействий – и полезных, и вредных. Однако лазейка есть! Чтобы проникнуть внутрь, к живым клеткам эпидермиса и дермы, вещества косметики должны двигаться вдоль жировой прослойки! Которая, напомним, состоит из жиров и проницаема только для жиров и веществ, в этих жирах растворимых.
Барьер рогового слоя непроницаем (точнее слабопроницаем) для воды и водорастворимых веществ. Вода не может проникнуть извне, но и выйти наружу тоже неспособна. Так наша кожа предотвращает обезвоживание.
Это еще не все!
Кроме того, что вещества должны растворяться в жире, их молекулы должны быть маленькими. Клетки-корнеоциты располагаются на расстоянии, измеряемом в миллионных долях миллиметра. Просочиться между ними сможет только крохотная молекула.
Получается, что хорошее, работающее косметическое средство – то, в котором полезные компоненты а) жирорастворимые; б) могут преодолеть (но не разрушить!) эпидермальный барьер
Было бы замечательно, если бы в тюбики и баночки фасовали жирорастворимые вещества и микромолекулы!
Имеет ли смысл тратиться на омолаживающий или увлажняющий крем с ценным коллагеном?
Для начала уточним, где вырабатывается коллаген и эластин и зачем они нужны коже.
В нижнем слое эпидермиса – базальном, граничащем с дермой, – рождаются новые клетки эпидермиса. Они отправляются вверх, по пути постепенно стареют, становятся жестче. Когда они достигнут поверхности, связи между ними ослабеют, клетки-старушки начнут слущиваться. Так наша кожа обновляется.
Если деление клеток замедлится или они не отшелушатся вовремя (это называется гиперкератоз), кожа потускнеет, утратит красоту. В первом случае помогут ретиноиды – производные витамина А (они ускорят механизм регенерации). Во втором – отшелушивающие препараты (пилинги).
Вернемся к эластину и коллагену и узнаем, чем же они полезны
Нам говорят, что коллаген и эластин помогают коже оставаться упругой и молодой, без морщин. Что имеется в виду?
Коллаген и эластин – два основных белка дермы, состоящие из аминокислот и скрученные в нити. Коллагеновые волокна имеют форму спиралей (пружин) и образуют подобие каркаса, который делает кожу прочной. А тонкие эластиновые волокна помогает ей растягиваться и снова возвращаться в исходное состояние.
Чем качественнее коллагеновые и эластиновые волокна, тем эластичнее кожа.
Коллагеновые волокна необходимы для нормальной регенерации, т.к. помогают новым клеткам быстрее подняться из базального к поверхностным слоям кожи. Другая функция коллагена – впитывать и удерживать влагу в клетках. Одна молекула коллагена способна удержать воду в объеме, в 30 раз превышающий размер самой молекулы!
Если пружины коллагена ослабеют и не смогут удерживать влагу, кожа обвиснет или растянется под действием силы тяжести. Брыли, носогубные складки, морщины и сухость – это внешние проявления негативных внутренних изменений.
Кроме коллагеновых и эластиновых волокон, в дерме находятся клетки-фибробласты и вещества гликозаминогликаны. Что они делают?
Знакомый нам всем гликозаминогликан – гиалуроновая кислота, заполняющая межклеточные промежутки и образующая сеть, в которой удерживается влага – получается гель. Пружинки коллагена и эластина словно плавают в бассейне, заполненном гелеобразной гиалуроновой кислотой.
Итак, коллагеновые и эластиновые волокна образуют прочный упругий каркас, водный гель гиалуроновой кислоты отвечает за наполненность кожи.
А что делают фибробласты?
Фибробласты относятся к основным клеткам дермы и содержатся в межклеточном веществе, между коллагеновыми и эластиновыми волокнами. Именно эти клетки вырабатывают коллаген, эластин и гиалуроновую кислоту, разрушая и синтезируя их снова и снова.
Чем человек старше, тем пассивнее ведут себя фибробласты – и, соответственно, тем медленнее обновляются молекулы коллагена и эластина. Точнее, замедляется только синтез новых молекул, зато процессы разрушения идут прежним темпом. В дерме появляется склад поврежденных волокон; кожа утрачивает эластичность и становится суше.
Фибробласты – фабрика коллагена и эластина. Когда «фабрика» работает плохо, кожа начинает стареть.
Можно ли ускорить синтез или восполнить нехватку белков коллагена и эластина?
Вот задача, которую косметологи пытаются решить не первый год! Сейчас пользуются несколькими способами:
- Самое дорогое и одновременно самое эффективное решение – инъекционные процедуры . В салоне вам предложат мезотерапию – введение под кожу коктейлей с гиалуроновой кислотой и коллагеном.
- Хорошие результаты дает RF-лифтинг (Термолифтинг) – горячая мера, основанная на прогревании кожи радиочастотным излучением (Radio Frequency) на глубину до 2-4 мм. Прогревание стимулирует активность фибробластов, коллагеновый каркас становится прочнее, кожа разглаживается и омолаживается.
- Метод попроще и подешевле – применение кремов с коллагеном, эластином и гиалуроновой кислотой.
Нет ли здесь противоречия?
Как и какие активные вещества, способные вызвать регенеративные процессы в коже, проникнут в глубокие слои?
Как вы помните, на пути любой косметики, с коллагеном, эластином или «гиалуронкой», стоит эпидермальный барьер. Также вы помните, что миновать барьер могут жирорастворимые вещества и в незначительном количестве – водорастворимые, но только с самой маленькой молекулой.
Начнем с вкусного – коллагена и эластина
Коллаген и эластин – протеины, они не растворяются ни в воде, ни в жире. К тому же их молекулы настолько велики, что они не могут протиснуться между кератиновыми чешуйками! Вывод – косметический коллаген (и эластин тоже) абсолютно никуда не проникают, остаются на поверхности кожи, образуя воздухопроницаемую пленку.
Продвинутые пользователи косметики наверняка слышали про гидролизованный коллаген и гидролизованный эластин. Эту форму легко опознать по слову hydrolyzed в составе косметического средства. Для получения гидролизата коллагена используют ферменты (энзимы), для гидролизат эластина – щелочи. Плюс дополнительные факторы – высокая температура и давление.
В таких условиях прочный белок распадается на составляющие – аминокислоты и пептиды, которые – и это правда! – просачиваются внутрь кожи. Однако не все так гладко с отдельными аминокислотами, ведь они:
- не являются полноценным протеином;
- не обладают свойствами исходного вещества;
- не способны заставить фибробласты синтезировать собственный коллаген (или эластин).
Таким образом, даже протиснувшись внутрь кожи, «неродные» протеины не будут вести себя, как свои, «родные». То есть попросту бесполезны в борьбе со старением кожи и морщинами. Чем крем с коллагеном точно полезен, так это способностью восстановить нарушенный эпидермальный барьер и разгладить поверхностные морщинки.
Все остальные обещания – жульничество, маркетинговая уловка стоимостью в ползарплаты.
А зачем нужна гиалуроновая кислота в кремах?
Гиалуроновая кислота растворима в воде, поэтому она дружит с остальными ингредиентами косметических средств. Бывает двух видов – высоко- и низкомолекулярная.
Высокомолекулярная гиалуроновая кислота – сложная по составу, с огромной молекулой. В косметику добавляют «гиалуронку» животного происхождения. Размер молекулы позволяет ей притягивать влагу в большом количестве (супер-увлажнитель!), но мешает самостоятельно проникать внутрь кожи.
Чтобы доставить высокомолекулярную кислоту, используют инъекции . Это те самые филеры, которыми косметологи заполняют морщины.
Низкомолекулярная кислота – модифицированная. Ее молекулы невелики, поэтому она не лежит на поверхности эпидермиса, а проваливается дальше и работает в глубине.
Для модификации «гиалуронки»:
- разбивают ее молекулы гидролизом на фракции;
- синтезируют в лабораториях.
Этим продуктом обогащают кремы, сыворотки, маски.
Еще один продукт – гиалуронат натрия. Для его получения молекулы исходного вещества очищают, удаляя жиры, протеины и некоторые кислоты. На выходе получают вещество с крохотной молекулой.
Низкомолекулярная гиалуроновая кислота может самостоятельно добраться туда, куда нужно. Высокомолекулярную приходится применять наружно либо вводить в виде инъекций.
Хитрые производители стараются не использовать баснословно дорогую низкомолекулярную «гиалуронку». Да и с высокомолекулярной они жадничают, добавляя порой 0,01% – ровно столько, чтобы можно было упомянуть вещество на этикетке.
Неинвазивные способы введения активных веществ в кожу
Итак, мы приближаемся к финалу и уже выяснили, что крем будет работать только на поверхности кожи, не проникая даже вглубь эпидермиса. К дерме дойдут активные вещества либо с микромолекулой, либо в виде внутрикожных (интрадермальных) инъекций.
Альтернатива – безынъекционные аппаратные и лазерные методы, которые позволяют обойтись без иголок и при этом «вбить» гиалуроновую кислоту в глубокие слои кожи.
Пример – лазерная биоревитализация . В основе технологии лежит обработка высокомолекулярной кислоты, нанесенной на кожу, и превращение ее из полимера длиной в тысячи звеньев в короткие цепочки длиной до 10 звеньев. В таком виде «разрушенная» кислота проникает вглубь эпидермиса, а по мере продвижения к дерме цепочки «сшиваются» лазером.
Преимущества лазерной биоревитализации – неинвазивность, комфорт для пациента, отсутствие побочных реакций и реабилитационного периода. Недостаток – низкая эффективность (не более 10%). Поэтому для достижения желаемого результата оба метода – инъекционную и лазерную биоревитализацию – нужно комбинировать.
Инъекционные методы – самые разумные. Это гарантия, что вещество отправилось по адресу (в дерму) и будет работать.
6.3. Механизмы поступления питательных веществ в клетку
Основным препятствием для транспорта веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), которая обладает избирательной проницаемостью. ЦПМ регулирует не только поступление веществ в клетку, но и выход из нее воды, разнообразных продуктов обмена и ионов, что обеспечивает нормальную жизнедеятельность клетки.
Существует несколько механизмов транспорта питательных веществ в клетку: простая диффузия, облегченная диффузия и активный транспорт.
Простая диффузия - проникновение молекул вещества в клетку без помощи каких либо переносчиков. Движущей силой этого процесса служит градиент концентрации вещества, т. е. различия в его концентрации по обе стороны ЦПМ - во внешней среде и в клетке. Молекулы воды, некоторых газов (молекулярного кислорода, азота, водорода), некоторые ионы, концентрация которых во внешней среде выше, чем в клетке, перемещаются через ЦПМ путем пассивной диффузии. Пассивный перенос протекает до тех пор, пока концентрация веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны не выравняется. Поступающая вода прижимает цитоплазму и ЦПМ к клеточной стенке и в клетке создается внутреннее давление на клеточную стенку, называемое тургором. Простая диффузия происходит без затраты энергии. Скорость такого процесса незначительна.
Подавляющее большинство веществ может проникнуть внутрь клетки только при участии переносчиков - специфических белков, называемых пермеазами и локализованных на цитоплазматической мембране. Пермеазы захватывают молекулы растворенных веществ и переносят их к внутренней поверхность клетки. С помощью белков-переносчиков осуществляется перенос растворенных веществ путем облегченной диффузии и активного транспорта.
Облегченная диффузия происходит по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков. Как и пассивная диффузия она протекает без затраты энергии. Скорость ее зависит концентрации веществ в растворе. Предполагают, что путем облегченной диффузии осуществляется также выход продуктов обмена из клетки. Путем облегченной диффузии в клетку проникают моносахара, аминокислоты.
Активный транспорт - растворенные вещества переносятся независимо от градиента концентраций. Этот вид транспорта веществ нуждается в затратах энергии (АТФ). При активном транспорте скорость поступления веществ в клетку достигает максимума даже при малой концентрации его в питательной среде. Большинство веществ проникает в клетку микроорганизмов в результате активного транспорта.
Прокариоты и эукариоты различаются по механизмам транспорта. У прокариот избирательное поступление питательных веществ осуществляется главным образом путем активного транспорта, а у эукариот - путем облегченной диффузии, а реже путем активного транспорта. Выход продуктов из клетки чаще всего осуществляется путем облегченной диффузии.
6.4. Пищевые потребности и типы питания микроорганизмов
Разнообразные вещества, в которых нуждаются микроорганизмы и которые потребляются для синтеза основных органических веществ клетки, роста, размножения и для получения энергии называются питательными веществами, а среда, содержащая питательные вещества называется питательной средой.
Потребности микроорганизмов в питательных веществах разнообразны, но независимо от потребностей в питательной среде должны содержаться все необходимые элементы, которые имеются в клетках микроорганизмов, причем соотношение органогенных элементов должно примерно соответствовать этому соотношению в клетке.
Источниками водорода и кислорода является вода, молекулярный водород и кислород, а также химические вещества, содержащие эти элементы. Источниками макроэлементов являются минеральные соли (калий фосфорнокислый, магний сернокислый, железо хлорное и др.).
Источниками углерода и азота могут быть как органические, так и неорганические соединения.
В соответствии с принятой классификацией микроорганизмов по типу питания их разделяют на группы в зависимости источника углерода, источника энергии и источника электронов (природы окисляемого субстрата).
В зависимости отисточника углерода микроорганизмы делятся на:
* автотрофы (сами себя питающие), которые используют углерод из неорганических соединений (углекислого газа и карбонатов);
* гетеротрофы (питаются за счет других) - используют углерод из органических соединений.
В зависимости отисточника энергии различают:
* фототрофы - микроорганизмы,которые в качестве источника энергии используют энергию солнечногосвета;
* хемотрофы - энергетическим материалом для этих микроорганизмов являются разнообразные органические и неорганические вещества.
В зависимости отисточника электронов (природы окисляемого
субстрата микроорганизмы делятся на:
* литотрофы - окисляют неорганические вещества и за счет этого получают энергию;
* ораганотрофы - получают энергию путем окисления органических веществ.
Среди микроорганизмов чаще всего встречаются микроорганизмы, имеющие следующие типы питания:
Фотолитоавтротрофия - тип питания, характерный для микробов, использующих энергию света и энергию окисления неорганических соединений для синтеза веществ клетки из диоксида углерода.
Фотоорганогетеротрофия - такой тип питания микроорганизмов, когда для получения энергии, необходимой для синтеза веществ клетки из диоксида углерода, помимо световой энергии используется энергия окисления органических соединений.
Хемолитоавтотрофия - типпитания, при котором микроорганизмы получают энергию за счет окислениянеорганических соединений, а источником углерода являются неорганические соединения.
фотоавтотрофы → фотолитоавтотрофы
фотоорганоавтотрофы
фототрофы фотогетеротрофы→ фотолитогетеротрофы
фотоорганогетеротрофы
микроорганизмы
Хемоорганогетеротрофия - тип питания микроорганизмов, получающих энергию и углерод из органических соединений. Микроорганизмы, встречающиеся в пищевых продуктах, имеют именно такой тип питания.
Кроме углерода важнейшим элементом питательной среды является азот. Автотрофы обычно используют азот из минеральных соединений, а гетеротрофы кроме неорганических соединений азота используют аммонийные соли органических кислот, аминокислоты, пептоны и другие соединения. Некоторые гетеротрофы усваивают атмосферный азот (азотфиксаторы).
Существуют микроорганизмы, которые сами не способны синтезировать то или иное органическое вещество (например, аминокислоты, витамины). Такие микроорганизмы называют ауксотрофными по данному веществу. Вещества, которые добавляют для ускорения роста и обменных процессов называют ростовыми веществами.
Вопросы для самопроверки
1. Какие способы питания живых существ Вы знаете?
2. Что такое «внеклеточное пищеварение»?
3. Какие существуют механизмы поступления питательных веществ в клетку?
4. Чем отличается простая диффузия от облегченной?
5. В чем существенное отличие пассивной и облегченной диффузии от активного транспорта?
6. Какова роль пермеаз в переносе растворенных веществ в клетку?
7. Каков механизм поступления в клетку воды, газов?
8. Каким путем попадают в клетку простые сахара и аминокислоты?
9. Как прокариоты и эукариоты различаются по механизмам транспорта веществ?
10. Что такое «органогенные элементы»?
11. Что такое макроэлементы?
12 . Каковы потребности микроорганизмов в питательных веществах?
13 . Как классифицируют микроорганизмы зависимости от источника углерода и энергии?
14. Что такое «хемоорганогетеротрофы»?
16 . Какие типы питания Вы знаете?
17 . Что такое «азотфикисирующие микроорганизмы»?
18. Что такое «ауксотрофные микроорганизмы»?
Литература
Чурбанова И.Н. Микробиология. - М.: Высшая школа, 1987.
Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.- 255 с.
Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. - М.: Агропромиздат, 1987, 350с.
Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств.- М.: Агропромиздат, 1988.- 256 с.
Пассивная диффузия через мембрану клеток. Определяется градиентом концентрации веществ из области большей концентрации в область меньшей концентрации. Так всасываются липофильные (главным образом неполярные) вещества. Чем выше липофильность, тем лучше они всасываются.
Фильтрация через водные поры мембран и через межклеточные промежутки. Движущей силой является гидростатическое и осмотическое давление. Так всасываются вода и гидрофильные молекулы.
Облегченная диффузия через мембраны клеток с помощью переносчиков по градиенту концентрации и без затраты энергии. Так всасываются гидрофильные полярные лекарственные средства, глюкоза.
Активный транспорт – осуществляется с помощью специальных транспортных систем (белков) и с затратой энергии. Особенность: избирательность к определенным соединениям (специфичность), насыщаемость транспортных систем, возможность транспорта лекарств против градиента концентрации. Переносные системы активного транспорта носят название насосы (K-Na-насос). Так всасываются полярные гидрофильные соединения, аминокислоты, сахара, витамины.
Пиноцитоз (пино-пузырек) – поглощение внеклеточного материала мембраной клетки с образованием вакуоли (напоминает фагоцитоз). Так всасываются крупные молекулярные соединения и полипептиды.
Основная часть лекарств всасывается в ЖКТ и может быть инактивирована ферментами желудка и кишечной стенки. На всасывание влияет прием пищи, которая задерживает опорожнение кишечника, снижает кислотность, пищеварительную активность ферментов, ограничивает соприкосновение ЛВ со стенкой желудка. Абсорбция регулируется специальным транспортером – Р-гликопротеином. Он препятствует абсорбции ЛВ и способствует их выведению в просвет кишечника.
Всасывание лекарств у детей
Всасывание начинается в желудке. У новорожденных всасывание лекарств из желудка достаточно интенсивно. Это связано с особенностью слизистой оболочки желудка, которая тонкая, нежная, содержит много кровеносных и лимфатических сосудов. Всасывание лекарств из ЖКТ обратно пропорционально степени их диссоциации, которая зависит от рН среды. рН в желудке на высоте пищеварения
– при рождении –8;
– у детей месячного возраста 5,8;
– в возрасте 3 – 7 месяцев около 5;
– 8 – 9 месяцев –4,5;
– к 3 годам – 1,5-2,5, как у взрослых.
У детей младшего возраста лучше всасываются основания.
Основная часть ЛВ всасывается в кишечнике. рН в кишечнике ребенка 7,3 – 7,6, поэтому лучше всасываются основания. У детей большой размер пространств между клетками слизистой кишечника, поэтому через них легко проникают белки, полипептиды, антитела (из молока матери), ионы. Всасывание лекарств из кишечника происходит медленнее, чем у взрослых, и интенсивность вариабельна у разных детей. Моторика кишечника у новорожденных и грудных детей ускорена. На поверхности слизистой оболочки кишечника расположен слой связанной воды (его толщина находится в обратной зависимости от возраста ребенка) который препятствует всасыванию жирорастворимых веществ. Транспортные механизмы слизистой оболочки кишечника у детей первого года жизни еще плохо развиты, в связи с этим до полутора лет у детей медленно всасываются липидо- и водорастворимые ЛС.
Процессы пассивного и активного транспорта созревают к 4-му месяцу жизни ребенка.
>> Общие сведения о клетках
Общие сведения о клетках.
1. Чем различаются оболочки животной и растительной клеток?
2. Чем покрыта клетка гриба?
Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Они содержат структуры для потребления питательных веществ и энергии, выделения ненужных продуктов обмена, размножения. Все эти стороны жизнедеятельности клетки должны быть тесно увязаны друг с другом.
Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей
