Зморшки — неминуча частина старіння, яку одні сприймають із гідністю, інші ж намагаються всіляко приховати. Довгий час вважалося, що їхня поява обумовлена генетикою, впливом сонця та іншими чинниками довкілля. Проте нове дослідження, проведене вченими з Бінгемтонського університету в США, нарешті пролило світло на те, що відбувається під поверхнею шкіри, розкриваючи фізичний механізм цього процесу.
Дослідники з Бінгемтонського університету, що входить до системи Університету штату Нью-Йорк (SUNY) та відомий своїми науковими здобутками, вперше експериментально дослідили, як процес старіння змінює поведінку та структуру шкіри. Метою було зрозуміти, чому і як саме людська шкіра утворює зморшки з віком. Гай Герман, доцент кафедри біомедичної інженерії Бінгемтонського університету та головний автор дослідження, наголосив: «Це вже не просто теорія. Ми маємо вагомі експериментальні докази, що демонструють фізичний механізм, який стоїть за старінням».
Роль Колагену та Механізм Утворення Зморшок
Ключову роль у пружності та міцності шкіри відіграє колаген – найпоширеніший білок в організмі людини, який формує своєрідний каркас під її поверхнею. Його можна уявити як щільні, міцні білкові волокна, скручені в канати. Ці колагенові волокна, розташовані у дермальному шарі шкіри (дермі), що знаходиться між зовнішнім епідермісом та найглибшим шаром – гіподермою, не розміщені випадково. Вони здебільшого згруповані у пучки, що мають домінуючий напрямок, залежно від ділянки тіла. Цей домінуючий напрямок створює так звані «лінії Лангера» – природні лінії напруги в шкірі, названі на честь австрійського анатома Карла Лангера, який їх описав у 19 столітті.
Розташування колагенових волокон надає шкірі анізотропних властивостей, що означає, що вона поводиться по-різному залежно від напрямку розтягування. Якщо шкіра розтягується вздовж напрямку волокон, вона міцна та еластична. Якщо ж тягнути її проти волокон, вона чинить більший опір і зморщується інакше.
Для дослідження вчені взяли зразки шкіри у семи донорів віком від 16 до 91 року (отримані під час планових операцій або від кадаверів). Щоб уникнути пошкоджень, пов’язаних з ультрафіолетовим випромінюванням, зразки брали з ділянок тіла, що не піддавалися впливу сонця. Тонкі смужки шкіри розрізали або вздовж, або поперек природної орієнтації колагенових волокон. Потім зразки розтягували з контрольованою силою протягом 40 хвилин, імітуючи природне напруження шкіри.
Дослідники вимірювали, як шкіра розтягується (осьова деформація), стискається вбік (поперечна деформація), та розраховували коефіцієнт Пуассона – показник того, наскільки шкіра стоншується при розтягуванні. Коефіцієнт Пуассона — це властивість матеріалу, яка описує співвідношення поперечної деформації до осьової деформації. Використовуючи силіконову форму, вони фіксували форму та глибину зморшок, а за допомогою мікроскопії аналізували їхню звивистість (наскільки зморшки були скрученими чи прямими), ширину та глибину. Вагу та об’єм шкіри вимірювали до і після розтягування, щоб оцінити втрату рідини – ознаку того, що тканина шкіри зменшується в об’ємі під напругою (тест на поропружність). Поропружність (або пороеластичність) описує поведінку пористих матеріалів, що містять рідину, де деформація може призводити до відтоку рідини всередині матеріалу. У випадку шкіри це означає, що рідина може витіснятися з її матриці під впливом напруги.
Нові Відкриття та Аналогії
Вчені виявили, що старіша шкіра стискається вбік значно більше під тією ж силою розтягування. Це призводить до більшого коефіцієнта Пуассона, що вказує на фактичну втрату об’єму, або ж на те, що рідина була витиснута з міжклітинного матриксу шкіри — того самого колагенового каркасу в дермі. Старіша шкіра також мала глибші та ширші зморшки, підтверджуючи її більшу схильність до згинання під дією звичайних сил. Зморшки на старішій шкірі були прямішими, що, можливо, пояснюється структурними змінами, такими як сплощення з’єднання між дермою та епідермісом, а також втратою колагену.
Герман пояснив висновки дослідження, використовуючи просте, зрозуміле порівняння: «Якщо ви розтягуєте, наприклад, “пластилін-тягучку” (Silly Putty), він розтягується горизонтально, але також стискається в іншому напрямку – стає тоншим. Так само поводиться ваша шкіра. З віком це стиснення стає більшим. І якщо ваша шкіра надмірно стискається, вона згинається. Ось так утворюються зморшки».
Обмеження Дослідження та Майбутні Перспективи
Дослідження, незважаючи на свою значущість, має певні обмеження. Експерименти перевіряли шкіру лише за умов однонаправленої напруги, тоді як у реальному житті шкіра піддається багатонаправленим силам. Дослідники визначили «старість» як вік 65 років і старше, що може не зовсім точно відображати біологічне старіння шкіри. Всі молоді зразки були взяті у жінок; старші зразки – переважно у чоловіків. Хоча дослідники стверджують, що це не вплинуло на їхні висновки, певна похибка може бути. Дослідження також виключило фотостаріння (тобто, пошкоджену ультрафіолетом шкіру), щоб зосередитися суто на внутрішньому старінні, що обмежує його застосовність у реальному світі, оскільки більшість зморшок так чи інакше формуються під впливом сонячного випромінювання.
Однак, попри ці обмеження, дослідження має реальні практичні наслідки. Передусім, воно значно покращує розуміння того, як утворюються зморшки. Визначення поперечної деформації та поропружних ефектів як ключових чинників появи зморшок може стати основою для розробки місцевих засобів та пристроїв нового покоління. Розуміння біомеханіки старіючої шкіри може покращити хірургічне планування, проведення косметичних ін’єкцій та лазерних процедур, орієнтуючись на вирівнювання колагенових волокон та поропружність тканин. Зрештою, висновки дослідження можуть бути застосовані до інших тканин, таких як мозок, серце та кістки, де механічна анізотропія та поропружність також відіграють ключову роль.
Проте, поки висновки дослідження не втілилися в нові антивікові засоби та продукти, дослідники пропонують просту, хоча й добре відому пораду: «Якщо ви все життя працюєте на вулиці, у вас, ймовірно, буде старіша та більш зморшкувата шкіра, ніж у офісних працівників, наприклад, — сказав Герман. — Хронологічне старіння та фотостаріння дають схожі результати. Тож насолоджуйтесь чудовим літом, але не забувайте про сонцезахисний крем – ваше майбутнє “я” це оцінить».
Дослідження було опубліковано в Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.
