Włosy są cechą charakterystyczną ssaków, u których pełnią kilka znaczących funkcji: od ochrony skóry po komunikację społeczną. Ze względu na swe właściwości i budowę stały się przedmiotem rozważań w wielu dziedzinach nauki, w tym biologii, dermatologii czy medycynie sądowej [1].
Badania włosów podjęto już w latach 40’ XX wieku, jednak największy rozwój metod badawczych przypadł na lata 70’ i 80’. Początkowe badania włosów skupiały się na oznaczaniu w nich np. metali ciężkich (ołów, arsen, rtęć), później odkryto nową drogę analizy ksenobiotyków (leki, trucizny, narkotyki).
Wraz z rozwojem medycyny estetycznej i kosmetologii, włosy zaczęto postrzegać jako ważny element wyglądu i wówczas rozpoczęła się ich diagnostyka pod kątem dbania nie tylko o zdrowie, ale i o urodę [2], [3].
Zdj.1Włosy w powiększeniu 60x..
Dokumentacja własna: Skin Lab Int.
Anatomia i fizjologia włosów
Włosy powstają z komórek naskórka w postaci zrogowaciałych włókien. W okresie płodowym zawiązują się od 3-go miesiąca, by w 7 miesiącu pokryć już prawie całą skórę [2]. W przekroju poprzecznym włos może mieć kształt owalny lub okrągły. Struktura ta jest silnie zakotwiczona w skórze i dodatkowo wspierana przez specjalistyczne mięśnie [2].
Włos wyrasta w miejscu intensywnych podziałów i wzrostu komórek, w efekcie czego formowany jest czop, który wrasta w mezenchymę [6]. W jego budowie wyróżniamy łodygę (scapus pili) wyrastającą na powierzchnię skóry oraz korzeń osadzony w skórze. Korzeń ulega rozszerzeniu, kształtując się w tzw. cebulkę (bulbus pili). Komórki cebulki (silnie dzielące się) są podstawowym materiałem, z którego formuje się włos (tzw. macierz). To właśnie z komórek macierzy powstaje stożek, stopniowo ulegający rogowaceniu i wydłużający się w nitkowaty korzeń (radix pili), który w trakcie wzrostu wzdłuż osi pasma nabłonkowego tworzy kanał. Ściany kanału formują tzw. mieszek zewnętrzny (folliculus pili), z kolei otaczająca go tkanka łączna tworzy tzw. mieszek zewnętrzny [6], [7].
Pod względem morfologicznym włos składa się z:
– powłoczki (cuticula),
– kory (cortex)
– rdzenia (medulla).
Powłoczka to najbardziej zewnętrzna warstwa włókna włosowego, którą budują łuski okrywowe, z kolei komórki podłużne i wrzecionowate tworzą trzon włosa czyli jego korę. W korze mogą znajdować się skupiska pigmentu lub przestrzenie wypełnione powietrzem. Powłoczka (kutikula) w większości zbudowana jest z białek bogatych w siarkę, komórki korowe z kolei bogate są m.in. w melaninę [6], [7].
W budowie włosów wyróżniamy też silnie unaczynioną brodawkę (papilla pili), która powstaje w wyniku wrastania tkanki łącznej w podstawę zawiązka [6], [7]. Bogata sieć naczyń krwionośnych zaopatruje komórki macierzy w różnorodne substancje odżywcze. Do włókna przyczepia się mięsień przywłosowy(arector pili), którego zadaniem jest unoszenie włosów w przypadku skurczu.
Zdj.2. Łuski włosa- łuski okrywowe.
Dokumentacja własna: Skin Lab Int. Zdjęcie wykonane w powiększeniu 500x.
Zdj.3. Łuski włosa- łuski okrywowe.
Dokumentacja własna: Skin Lab Int. Zdjęcie wykonane w powiększeniu 500x.
Fazy wzrostu
Włosy zbudowane są z martwych i zrogowaciałych komórek. Począwszy od fazy wzrostu do samoistnego wypadnięcia i reaktywacji ze stanu spoczynkowego przechodzą liczne przemiany w tzw. cyklu włosowym, powtarzanym wielokrotnie w ciągu życia [6].
W fazie rozwojowej włosów wyróżnia się:
– anagen (faza wzrostu),
– katagen
– telogen (faza spoczynkowa).
Czas trwania poszczególnych faz w dużej mierze zależy od rejonu ciała, w którym włosy się rozwijają. Według badań, około 90% włosów występujących w obrębie głowy występuje w fazie anagenu, która trwa od 2 do nawet 6 lat. Jest to aktywna faza wzrostu włosów. Podczas tej fazy włosy rosną ok. 1 cm co 28 dni. U poszczególnych osób faza anagenu może być znacznie krótsza. Jest to szczególnie widoczne u tych, którzy mają problem z wyhodowaniem dłuższych włosów. Odwrotnie, ludzie którzy mają bardzo długie włosy i nie mają problemów z ich rośnięciem, mają długą fazę anagenu [11].
Faza katagenu trwa ok. 2-3 tygodnie, włos katagenowy często jest włosem nierosnącym (wzrost jest zahamowany lub mocno spowolniony). Faza ta często określana jest fazą przejściową. Szacuje się, że ok. 3% wszystkich włosów znajduje się w tej fazie w danym momencie [11].
Cykl włosa zamykany jest przez fazę telogenu, która trwa tylko kilka miesięcy. Jest to faza spoczynkowa, w której włos jest znacznie cieńszy niż w fazach poprzednich [9]. Telogen odpowiada za ok. 10-15% wszystkich włosów [11].
Po przejściu przez wszystkie fazy, włos wypada. Szacuje się, że około 15% włosów znajdujących się na głowie występuje w fazie uśpienia [2]. Mieszek włosowy opleciony jest przez sieć naczyń włosowatych, które też przechodzą przez różne fazy rozwinięcia. W fazie anagenu naczynia są bardzo rozwinięte, zaś w fazie katagenu dochodzi do ich częściowego zaniku [2].
Zdj.4. Ujście mieszków włosowych.
Dokumentacja własna: Skin Lab Int. Zdjęcie wykonane w powiększeniu 200x.
Zdj.5. Ujście mieszków włosowych.
Dokumentacja własna: Skin Lab Int. Zdjęcie wykonane w powiększeniu 200x.
Składniki budulcowe włosów
Głównym składnikiem budulcowym włosów jest białko keratyna. ok. 1-9% to tłuszcze oraz od 0,1 – 5 % pigmenty (znane jako melaniny). We włosach znajdziemy też pierwiastki śladowe, polisacharydy oraz wodę [2].
Keratyna jest białkiem najliczniej występującym we włosach, gdzie stanowi często od 65% do 95%. W ujęciu historycznym keratynami nazywano wszystkie białka wyodrębnione ze struktur takich jak rogi, kopyta czy pazury. Następnie zdano sobie sprawę, że jest to mieszanina nie tylko białek, ale i enzymów- wówczas keratyny scharakteryzowano jako pewien rodzaj białek tworzących włókna o specyficznych właściwościach fizykochemicznych. Obecnie termin „keratyna” obejmuje wszystkie białka pośrednie, które tworzą filament o określonych właściwościach fizykochemicznych i wytwarzane w dowolnym nabłonku kręgowców [12].
Między strukturami łańcuchowymi keratyny wyróżnia się kilka rodzajów wiązań, w tym wiązania dwusiarczkowe, wodorowe, jonowe czy peptydowe. Wiązania peptydowe stanowią spoiwo aminokwasów, które tworzą białko włosa. Wiązania jonowe powstają wskutek przeniesienia atomu wodoru grupy karboksylowej na atom azotu grupy aminowej. To właśnie one decydują o obecności określonych ładunków na powierzchni włosa. Obecność we włosie nadmiaru ładunków ujemnych świadczy o jego zniszczeniu [2], [9], [10].
Kolejnym ważnym składnikiem włosów jest pigment melanina. Jej produkcja odbywa się w tzw. melanocytach, a sam pigment w trakcie wzrostu włosa pokonuje drogę z cebulki do łodygi [2]. Rozmieszczenie barwnika we włosie nie zawsze jest równomierne, ponieważ ziarna melaniny mogą być zróżnicowane zarówno pod względem wielkości, jak i intensywności barwy. Zdarza się, że łodyga włosa ma inne zabarwienie w części centralnej, a inne w okolicach brzegowych. Gdy włosy są farbowane ziarna pigmentu stają się nierozróżnialne [4]. Gdy analizuje się włosy gołym okiem, ich barwa sprawia wrażenie jednolitej, jednak jest to jedynie złudzenie optyczne. W obrazie mikroskopowym barwa włosa tworzy mozaikę, której postać, tak jak wspomniano, uzależniona jest od rodzaju barwników, ich wielkości i rozmieszczenia [8].
Co ciekawe w medycynie sądowej i kryminalistyce na podstawie intensywności wybarwienia włosów możliwe jest określenie przybliżonego wieku osobniczego. Analiza taka ma zastosowanie tylko w przypadku dzieci od urodzenia do 5-tego roku życia [4], [5].
Rodzaje melaniny
Melanina wytwarzana jest przez komórki pigmentowe (tzw. melanocyty, melanofory) w trakcie procesu zwanego melanogenezą. Za barwę włosa odpowiadają dwa rodzaje melaniny: eumelanina oraz feomelanina.
Eumelanina charakteryzuje się nadawaniem czarno-brązowego koloru włosom, zaś feomelanina– czerwonego. Bardzo silna koncentracja eumelaniny powoduje, że włosy przybierają barwę brązową lub czarną. Włosy koloru blond charakteryzują się tym, że zawierają nieliczne skupiska melaniny, zlokalizowanej wyłącznie w warstwie korowej, z kolei włosy rude charakteryzują się najwyższą zawartością feomelaniny. Dobrze nam znany proces siwienia włosów związany jest z zanikiem aktywności melanoblastów macierzy, a obecność pęcherzyków gazu między komórkami matrix sprawia, że włosy przybierają kolor biały [6]. Sama melanina ma zdolność pochłaniania szkodliwego promieniowania UV, a także przyczynia się do neutralizacji wolnych rodników [9]. Katalizatorem w biosyntezie melaniny jest tyrozynaza [9].
Skomplikowany proces wzrostu włosów, a także ich budowa pokrótce tłumaczą dlaczego sam mechanizm utraty włosów w różnym wieku był tak długo zagadką. Choć metody badawcze zostały znacząco udoskonalone to wciąż istnieje wiele niewiadomych związanych z zagadnieniami utraty owłosienia, gdzie kluczowym wydaje się poznanie dokładnej struktury i mechanizmów rozwoju włosów.
Literatura:
[1]. Blume-Peytawi U., Hillmann K., Guarrera M.: Hair growth assesement techniques, [w:] Hair growth and disorders, Blume- Peytavi U., Tosti A., Whiting D.A., Trüeb R.M. (red.). Springer-Verlag, Berlin 2008: 125-157.
[2]. Łuczak-ZielkiewiczI, Szutowski Mirosław M.: Wartość diagnostyczna włosów. Biul. Wydz. Farm. WUM, 2013, 8, 56-64. Zakład Toksykologii, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Warszawski Uniwersytet Medyczny, ul. Banacha 1, 02-097 Warszawa, 2013.
[3].Kintz P. & Co.: Drug testing in hair. 18(4):450-5, 1996.
[4]. Świech K.: Hair ultrastructure tests with the SEM method. Institute of Industrial Organic Chemistry. January, 2012.
[5]. Prokopec M., Glosová L., Ubelaker D. H., Change in Hair Pigmentation in Children from Birth to 5 Years in a Central European Population, nr 2 (3), s. 1, 2000.
[6]. Seńczuk-Przybyowska M.: Ocena narażenia prenatalnego na benzodiazepiny- ciąża pojedyncza i bliźniacza. Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu. Poznań, 2012.
[7]. Bochenek A, Reicher M.: Anatomia Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008.
[8]. Grzybowski T.: KWARTALNIK NAUKOWY ZAKŁADU GENETYKI MOLEKULARNEJ I SĄDOWEJ, numer 3(10) | Zima 2010. Uniwersytet Mikołaja Kopernika Collegium Medicum Katedra Medycyny Sądowej.
[9]. Szklarczyk M., Goździalska A., Jaśkiewicz J.: Choroby oraz pielęgnacja skóry głowy i włosów.
[10]. Krakowska Akademia im. Andrzeja Frycza Modrzewskiego, https://repozytorium.ka.edu.pl/bitstream/handle/11315/718/Gozdzialska_Anna_Choroby_oraz_pielegnacja_skory_glowy_i_wlosow_2012.pdf?sequence=1&isAllowed=y
[11]. Brannon H.: Overview of Hair Biology, Structure, and Function, 2017.
[12]. Bragulla H.H., Dominique G Homberger D.G.: Structure and functions of keratin proteins in simple, stratified, keratinized and cornified epithelia. J Anat. 2009, 214(4): 516–559.
