В Гавриляк - Електронно-мікроскопічні дослідження ультраструктури людського волоса в нормі та при патології - страница 1

Страницы:
1 

ISSN 0206-5657. ВісникЛьвівського університету. Серія біологічна. 2011. Випускбб. С. 208-213 Visnyk of the Lviv University. Series Biology. 2011. Issue 56. P. 208-213

ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ І ТВАРИН

УДК611.781:616.594.1

ЕЛЕКТРОННО-МІКРОСКОПІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ УЛЬТРАСТРУКТУРИ ЛЮДСЬКОГО ВОЛОСА В НОРМІ ТА ПРИ ПАТОЛОГІЇ

В. Гавриляк

Інститут біологіїтварин УААН вул. В. Стуса, 38, Львів 79034, Україна e-mail: havvita@ukr.net

Досліджували поверхню та поперечні зрізи людського волосся за допомогою скануючої (SEM) і трансмісійної електронної мікроскопії (TEM). Ідентифікували такі клітинні структури волоса, як його кортекс і кутикулу, а також такі тонкі субламелярні компоненти останньої, як А-шар, екзо-, ендокутикула та клітинно-мембранні комп­лекси (КМК). Установлено деструктивні зміни поверхні волоса за певних патологій і, зокрема, за його посиленого випадання.

Ключові слова: волос, ультраструктура, кутикула, кортекс, патологія.

Волос у широкому розумінні цього слова віддавна привертає увагу дослідників, об'єднаних інтересами розвитку тих напрямів, у яких вони конкретно працюють.

Біохіміків, зокрема, цікавить структура й окремі стадії синтезу одного з найбільш хімічно стійких внутрішньоклітинних білків — кератину, що набуває характерної кристалоподібної організації. Медичні та ветеринарні працівники, досліджуючи волос, мають змогу діагностувати різні захворювання. Недарма дослідження складу і динаміки «метаболізму волоса» нині перетворилося на особливу галузь лабораторної діагностики [5,7].

У контексті викладеного вище необхідно відзначити, що особливо вагомого успіху у вивченні структури волоса досягнуто за останні десятиріччя минулого століття завдяки застосуванню електронної мікроскопії [6, 10, 11]. Саме електронно-мікроскопічні дослідження є тим потужним засобом вивчення особливостей волоса та його структурних компонентів на мікро/нанорівні, що не лише збагачує наші уявлення про це нанокомпозитне волокно, але й несе важливу інформацію, необхідну для діагностики його різноманітних захворювань і пошкоджень.

У даній роботі представлено результати дослідження ультраструктури людського волоса в нормі та при деяких патологіях, які характеризуються посиленим його випаданням.

Матеріали та методи

Об'єктом досліджень були зразки волосся, отримані на умовах анонімності від 10 жінок 35—10 річного віку, - пацієнток обласного комунального шкірно-венеричного диспансеру. Усі вони скаржилися на посилене випадання чи дифузне порідіння волосся. Як контроль використовували волосся умовно здорових жінок (10 осіб).

Поверхню волосся досліджували за допомогою скануючого електронного мікро­скопа JEOL JSM-T 220A, а поперечні зрізи - за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа ПЕМ-100.

Зразки відібраного волосся промивали у нейтральному мийному розчині, ретельно споліскували, висушували і потім знежирювали у суміші спирт-ефіру. Для роботи відбира­ли пучки по 10-20 штук паралельно розміщених волосин довжиною 8-10 мм.

© ГаврилякВ.,2011

Для отримання зображень зразки фіксували за допомогою осмієвого фіксатора (1,5%-ний розчин чотириокису осмію в 0,2 н какодилатному буфері (рН 7,2) протягом 24 год за кімнатної температури, потім промивали та зневоднювали за загальноприйнятою схемою [2].

Для забезпечення стікання заряду для скануючої мікроскопії зразок напиляли міддю за допомогою установки ВУП-5.

Для отримання зображень в електронному трансмісійному мікроскопі зневоднені препарати заливали в епоксидну смолу EPON 812 і MNA. Перед заливанням зразок про­сочували заливним середовищем, розведеним оксидом пропілену у співвідношенні 1:1, а потім - у чистому заливному середовищі протягом 12 год за кімнатної температури.

Полімеризацію блоків проводили в термостаті при 60°С протягом 48 год. Із отрима­них блоків готували зрізи на ультратомі УМТП 6М за допомогою алмазного ножа фірми «Diatome» (Швейцарія). Ультратонкі зрізи контрастували цитратом свинцю й ураніл-ацета-том і використовували для перегляду та фотографування. У роботі використовували оксид осмію фірми «Sigma», а решту реактивів - фірми «Fluka».

Фотографії в електронному трансмісійному мікроскопі отримували за допомогою цифрової фотокамери «Sony H 9» при збільшенні 8000-10 000.

Результати і їхнє обговорення

Результати досліджень поверхні людського волоса, отримані за допомогою SEM, представлені на рис. 1. Як видно з цього рисунка, кутикулярний або поверхневий шар побудований із рогових лусочок, розташованих черепицеподібно у напрямку від кореня до кінчика волоса. Уздовж лусок від основи до вершини спостерігаються боріздки, що вказують на орієнтацію структурних елементів лусок уздовж осі волокна. Така поверхня, утворена за допомогою виступаючих країв клітин, забезпечує краще зчеплення їх між со­бою і таким чином захищає основну частину волоса, тобто його кортекс, від негативних впливів фізичних та хімічних чинників. Оптичний край волоса є зазубрений, а самі зубці переважно повернуті до верхівки волоса. За характером зазубреності вільних країв клітин, щільності розташування та наближеності їх один до одного розрізняють простий і склад­ний малюнки кутикули. Особливості малюнка кутикули дають змогу визначити видову приналежність, що, природно, має застосування у судовій і ветеринарній експертизі [1].

Рис. 1 Зображення зовнішньої поверхні людського волоса, отримане за допомогою SEM.

Пошкодження волоса, незалежно від природи чинників, які його викликали, насам­перед проявляється в деструктивних змінах поверхні самого стрижня волоса, а іноді й кор-тексу. Як показали наші дослідження (рис. 2-3), клітини кутикули пошкодженого волоса при цьому відповідним чином загинаються і нерівномірно надриваються, що, очевидно, є результатом передусім механічної дії тертя волокон. Воно може призвести до оголення ді­лянок волоса, який у результаті залишається без цілісної кутикули.

На підставі одержаних нами даних важко говорити про механізм виникнення деструктивних явищ на поверхні хворого волосся. Можливо, у пацієнтів із таким волоссям цей механізм полягає в порушенні тканинного метаболізму сально-волосяного апарату, на що вказують деякі автори [3].

Рис. 2-3. Дефекти кутикули.

Сучасні електронно-мікроскопічні дослідження свідчать про складну структуру кутикулярного шару. Як видно із рис. 4-5, кутикула людського волоса складається не з одного, аз декількох, як правило, 6-8 шарів сплющених клітин товщиною приблизно 4 мкм, які, у свою чергу, складаються із різних субламелярних шарів - епікутикули, А-шару екзо-і ендокутикули та клітинно-мембранного комплексу (КМК).

Епікутикула, або зовнішній шар кутикули - тонкий гідрофобний шар, який за наявними даними містить 18-метилейкозенову кислоту, зв'язану із протеоліпідною мембраною, яка також багата на цистин (приблизно 12%) [8].

Під епікутикулою розташований А-шар і екзокутикула, які, подібно до кортексу, відзначаються високим вмістом цистину та гідрофобним характером [8]. Ці шари забезпечують механічну міцність і хімічну стійкість волоса. Ендокутикула складається із некератинового матеріалу, який у більшості випадків розчинний у воді. Існує думка, що ці мембраноподібні елементи з нечіткою структурою є залишками цитоплазматичних структур [4]. Лінія з'єднання цих шарів має неправильну форму. Усі структурні компоненти кутикули розділені між собою за допомогою КМК. Останні, як і ендокутикула, - це головні шляхи дифузії різних речовин усередину волоса [9].

Варто зауважити, що КМК містить мало білка і складається головним чином із лі­підів і полісахаридів. Основна функція КМК - забезпечення міжклітинних контактів між

Ь

Рис. 4-5. Поперечні зрізи людського волоса (1—кутикула, 2—кортекс, 3—КМК, 4—паракортикальна

клітина, 5—мембрана, X 8000 ). такими структурними елементами волоса, як кутикула/кутикула, кутикула/кортекс, а за на­явності у волосі серцевини - кортекс/серцевина [11].

На рис. 4-5 зображені фрагменти поперечних зрізів людського волоса, на яких чітко виділяються дві морфологічно відмінні ділянки - кутикула і кортекс.

Кіркова речовина або кортекс займає основну частину волоса і є його найважливішою частиною, що зумовлює фізико-механічні та хімічні властивості. Клітини кортексу розміщені щільно й орієнтовані вздовж осі волоса. Дослідження поперечних зрізів волоса показують, що практично всі ці клітини мають на зрізі більш-менш округлу форму. Ті клітини, які безпосередньо прилягають до кутикули, переважно більше сплющені у тому ж напрямку, що й сама кутикула. Як відомо [4], діаметр веретеноподібних клітин становить приблизно 6,5 мкм, а довжина сягає 100 мкм. У повністю зроговілих клітинах кортексу можна спостерігати лише залишки ядер. Ні хроматину, ні навіть мономерних елементів ДНК у них не виявлено [4].

Кожна кортикальна клітина містить тонкі волокна - мікрофібрили, діаметром приблизно 0,1-0,4 мкм, які формують більші агрегати -макрофібрили, що занурені в осміофільне середовище - матрикс, який міститься між кортикальними клітинами і виконує роль своєрідного міжклітинного цементу.

У людини кіркова речовина, як правило, складається із паракортикальних Рис. 6. Паракортикальні клітини кортексу людського

ґ с\ ■ ■ волоса (1—залишки ядра, 2 — міжклітинний

клітин   (рис.   6),   хоча  існують  дані v [1] '

цемент, 3 — макрофібрила, X 10 000).

3

2

 [8], що кортекс монголоїдного (прямого) та європеоїдного волосся складається лише із паракортикальних клітин, а негроїдного (кучерявого) відзначається, як і вовна овець, білатеральною структурою, тобто складається із орто- і паракортикальних клітин.

Отже, електронно-мікроскопічні дослідження свідчать про те, що людський волос характеризується складною будовою і становить комплекс різних клітинних структур, які визначають його властивості.

Також показано деструктивні зміни поверхні волоса при його посиленому випаданні.

Автор статті висловлює вдячність О.Р. Кулачківському за допомогу при проведенні електронно-мікроскопічних досліджень.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

2. Салига Ю. Т., Снітинський В. В. Електронна мікроскопія біологічних об'єктів. Львів: Світ, 1999. 152 с.

3. Самцов А. В., Божченко А. А. Андрогенетическая алопеция: некоторые аспекты нарушений тканевого метаболизма сально-волосяного аппарата и современные подходы к их коррекции // Клиническая дерматология и венерология. 2007. № 4. С. 4-8.

4. Рук А.,Даубер Р. Болезни волос и волосистой части головы. М.: Мир, 1985. 340 с.

5. Bhushan В. Nanoscale characteristics of human hair and hair conditioners // Progress in Ma­terial Science. 2008. Vol. 53. P. 585-710.

6. Gillen G., Roberson S., Stranick M. Elemental and molecular Imaging of Human Hair Using SecondarylonMass Spectrometry// Scanning. 1999. Vol. 21. P. 173-181.

7. Hintz H. E Hair analysis as an indicator of nutritional status // J. Equine Vet. Sci. 2000. Vol. 21. P. 199.

8. Jones L. N., Rivetti D. E. The role of 18-methylicosanoic acid in the structure and formation ofmammalian hair fibers // Micron. 1997. Vol. 28. P. 469-485.

9. Kelch A., Wessel S., Will T. et al. Penetration of pathways of fluorescent dyes in human hair fibres investigated by scanning near-field optical microscopy // J. of Microsc. 2000. Vol. 200. P. 179-186.

10. LaTorre C, Bhushan B. Nanotribological characterization of human hair and skin using atomic forcemicroscopy//Ultramicroscopy. 2005. Vol. 105. P. 75-155.

11. Smith J. R., Swift J. A. Lamellar subcomponents of the cuticular cell membrane complex of mammalian keratin fibres show friction and hardness contrast by AFM // J. of Microsc. 2002. Vol. 206. P. 182-193.

Стаття: надійшла доредакції28.02.11 доопрацьована 21.03.11 прийнята до друку 22.03.11

ELECTRON MICROSCOPY INVESTIGATION OF HUMAN HAIR ULTRASTRUCTURE UNDER NORM AND PATHOLOGY

V. Havrylyak

Institute of Animal Biology ofthe NAAS ofUkraine 38, V. Stus St., Lviv 79034, Ukraine e-mail: havvita@ukr.net

The surface and transverse sections ofhuman hair using scanning (SEM) and trans­mission electron microscopy (TEM) were studied. The cellular structures such as hair cortex and cuticle and such sublamellar cuticle structure as A-layer, the exo-, endocuticle and cell-membrane complexes were identified. It was shown that physical and chemical characteris­tics ofthe cuticle determinate its function as a molecular sieve and chemical barrier against the action ofvarious factors.

Key words: hair, ultrastructure, cuticle, cortex, pathology.

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЛЬТРАСТРУКТУРЫ ВОЛОСА ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ

В. Гавриляк

Институт биологии животных УААН ул. В. Стуса, 38, Львов 79034, Украина e-mail: havvita@ukr.net

С помощью сканирующей и трансмиссионной микроскопии изучали поверхность и поперечные срезы волоса человека. Идентифицировали такие клеточные структуры волоса, как кортекс и кутикула, а также такие тонкие субламелярные компоненты кутикулы, как А-слой, экзо- и эндокутикула и клеточно-мембранный комплекс. Показаны деструктивные изменения поверхности волоса при некоторых патологиях и, в частности, при его усиленном выпадении.

Ключевые слова: волос, ультраструктура, кутикула, кортекс, патология.


[1]Коцюмбас Г. І., Коцюмбас І. Я., Щебентовська О. М. та ін. Морфологічні особливості шкіри та волоса різних видів тварин і людини в аспекті судово-ветеринарної експертизи. Львів: ТЗОВ ВФ «Афіша», 2010. 136 с.

Страницы:
1 


Похожие статьи

В Гавриляк - Електронно-мікроскопічні дослідження ультраструктури людського волоса в нормі та при патології