Ультрафиолетовое (УФ) излучение при воздействии на человеческий организм способно вызывать немедленные и отсроченные патологические эффекты, включающие формирование эритемы и пигментации, местную и системную иммуносупрессию, фотостарение и фотоканцерогенез [1—3]. Процессы актинического старения, канцерогенеза и УФ-индуцированной иммуносупрессии — активно изучаемые медицинские проблемы, их механизмы развития подробно описаны в литературе и постоянно уточняются с использованием молекулярно-биологических методов и иммуногистохимии [4].

Острая реакция кожи на УФ-облучение также представляет собой важную научно-практическую проблему, однако данный процесс изучен менее детально. Следует отметить, что ранние этапы описанных выше отсроченных патологических феноменов начинают развиваться при остром УФ-повреждении, которое имеет неспецифический характер и клинически выражается в виде УФ-эритемы [5].

Подробное изучение этапов формирования острого УФ-повреждения на различных уровнях (тканевом, клеточном и молекулярном) позволит уточнить механизмы развития и улучшить диагностику фоточувствительных дерматозов, увеличить эффективность и без-опасность фототерапии, а также поможет в разработке превентивных программ в области дерматоонкологии.

Формирование и эволюция УФ-индуцированной эритемы — ключевые феномены, которые характеризуют фоточувствительность индивидуума. Эритема клинически отражает острое УФ-повреждение кожи, при котором происходят поражение ДНК и апоптоз кератиноцитов, активация иммунных клеток, а также вазодилатация дермальных микрососудов, обусловленная действием вазоактивных медиаторов [6].

Механизмы и течение эритемы во многом зависят от длины волны УФ-излучения, воздействующего на кожу. Наибольший интерес представляет из-учение патогенеза эритемы, вызванной УФА (λ=315—400 нм) и УФB (λ=280—315 нм), которые применяются в фототерапии.

УФB-излучение обладает выраженным эритемогенным эффектом. У представителей европеоидной расы минимальная эритемная доза (МЭД) для УФB в 1000 раз меньше, чем для УФА. Эритема, вызванная УФB, имеет наибольшую выраженность в течение 6—24 ч [7, 8]. Немедленный эритемный ответ наблюдается только у индивидуумов с фототипом кожи I и II. K.-S. Suh и соавт. [8] исследовали течение эритемы, индуцированной узкополосным УФB (NB-UVB; 311 нм) и широкополосным УФB (BB-UVB; 315—400 нм) в дозе 2 МЭД. Авторы обнаружили, что NB-UVB индуцирует эритему, более слабую по интенсивности и короткую по времени существования, чем при воздействии BB-UVB (максимальная эритема наблюдалась через 1 и 2 дня соответственно). У лиц с темной кожей УФ-индуцированная эритема исчезала в течение 1—3 дней, однако при светлой коже могла длиться 1—2 нед [9].

По сравнению c УФB УФА-излучение имеет большую длину волны, значительно менее эритемогенно. В нескольких исследованиях сообщалось о двухфазной эритемной реакции в ответ на УФА-облучение. B. Diffey и соавт. [10] наблюдали немедленную эритему, которая подвергалась регрессу через 4 ч, а затем снова усиливалась и достигала плато в течение 6—24 ч. Описан кратковременный всплеск интенсивности эритемы, появлявшийся в течение нескольких секунд после воздействия УФА, за которым следовала отсроченная эритемная реакция с пиком, развивавшимся через несколько минут/часов после воздействия [11]. Первоначальная эритемная реакция отмечалась только у лиц с I и II фототипом, тогда как отсроченная эритема имела место при всех типах кожи [12].

Результаты других исследований показали монофазную дозозависимую УФА-индуцированную эритему. Анализируя добровольцев с фототипами кожи II-III, K. Kaidbey и соавт. [13] наблюдали максимальный эритемный ответ сразу после воздействия, и он не был двухфазным. Исследователи также обнаружили, что при воздействии доз 50 Дж/см² немедленная эритема длилась 24 ч; однако при пороговых эритемогенных дозах 13 Дж/см² эритема исчезла через несколько минут.

Морфологические изменения кожи, вызванные воздействием УФB- и УФА-излучений, имеют свои характерные особенности.

Показано, что через 30 мин после УФB-воздействия в эпидермисе начинают появляться «ожоговые» клетки (sunburn cells) — дискератотические кератиноциты с темной вакуолированной цитоплазмой и увеличенными ядрами. Они образуются сначала в нижней половине эпидермиса и через 24 ч после экспозиции присутствуют в верхних слоях. Ожоговые клетки были описаны в качестве одного из самых ранних примеров апоптоза и наблюдались после действия всех видов УФ [14]. Предполагают, что эти клетки появляются из-за дефекта репарации поврежденной ДНК или в результате нарушения функций лизосом и быстро фагоцитируются окружающими кератиноцитами [15]. Макрофаги также участвуют в фагоцитозе, их количество в коже резко возрастает после УФB-воздействия [16].

Сообщается, что после воздействия УФB количество резидентных клеток Лангерганса, выявляемых при гистологическом исследовании образцов кожи, окрашенных гематоксилином и эозином, снижалось на 25% в течение 1 ч. Через 24—72 ч оставалось только 10% первоначальной популяции клеток Лангерганса [14]. После УФB-облучения также были зафиксированы изменения в тучных клетках: присутствие гипогранулированных и дегранулированных клеток и внеклеточных гранул в окружающих тканях. В одной из работ выявлено, что в нижних отделах дермы у безволосых мышей количество тучных клеток прогрессивно нарастало после хронического воздействия УФB [17]. Кроме того, описано увеличение количества нейтрофилов сразу после УФB-облучения [5]. Нейтрофилы имеют потенциал для усиления физического повреждения, вызванного УФ, поскольку они способны высвобождать различные вещества, включая активные формы кислорода (reactive oxygen species — ROS), которые повреждают мембраны клеток и внутриклеточные структуры [18]. Около 10—15% лучей УФБ проникает в сосочковый слой дермы и вызывает повреждение стенок сосудов и белков соединительной ткани [19].

При УФА-воздействии эпидермальная травма характеризуется спонгиозом кератиноцитов, появлением ожоговых клеток, уменьшением популяции клеток Лангерганса, однако эти феномены менее выражены, чем при действии УФB [19]. Наблюдается плотная мононуклеарная инфильтрация с небольшим количеством нейтрофилов, которая может распространяться в глубокие слои дермы. Важной особенностью УФА-индуцированного повреждения является выраженная сосудистая травма с эндотелиальным набуханием, экстравазацией эритроцитов и экстраваскулярным отложением фибрина [20, 21].

Более поздние работы позволили получить новые морфологические данные, уточняющие течение острого УФ-повреждения. В эксперименте на мышах при помощи иммуногистохимического метода установлено, что CD1d MHC Class I-подобная молекула играет существенную роль в течении УФB-индуцированного повреждения и воспаления кожи [22]. В другом исследовании, используя образцы биопсий кожи человека, взятые из зон, подвергавшихся УФ-воздействию и защищенных от УФ, авторы продемонстрировали, что индуцированное УФ-излучением окислительное повреждение кожи может быть количественно описано с помощью иммуногистохимической панели, содержащей антитела для выявления молекул 8-гидроксидеоксигуанозина (8-OH-dG) (аддукты ДНК), 4-гидрокси-2-ноненаль (HNE) для оценки перекисного окисления липидов и конечных продуктов усиленного гликозилирования (AGE) для оценки УФ-повреждения белка [23]. Кроме того, при помощи методов иммуногистохимии выявлено накопление продуктов распада белка филлагрина, ассоциированное с острым УФ-повреж-дением кожи [24].

Одним из ключевых событий патогенеза острого УФ-повреждения является прямое воздействие УФ на ДНК кератиноцитов и клеток Лангерганса, что в конечном итоге приводит к их апоптозу и развитию воспаления.

Повреждающие действие УФ на ДНК было подтверждено в исследовании на южноамериканских опоссумах Monodelphis domestica, в котором была продемонстрирована фотореактивация ДНК за счет действия фотолиазы (репарационного фермента ДНК) и уменьшение УФ-эритемы [25]. В других работах использовался репарационный фермент ДНК, специфичный для димеров, — эндонуклеаза T4 V (T4N5). Было показано, что применение этого фермента местно в виде липосом уменьшает формирование УФ-индуцированного отека у бесшерстных мышей [26].

Абсорбция УФ-излучения ДНК приводит к формированию пиримидиновых и тиминовых димеров, фотогидратации, сшивке с белками. Имеющиеся в настоящее время данные свидетельствуют, что ДНК является важным хромофором, поскольку спектр биологического действия для димеров пиримидина in vivo соответствует спектру действия для УФ-эритемы до 334 нм [27]. Многие авторы отмечают, что при остром УФ-повреждении кератиноцитов формируются преимущественно циклобутан-примидиновые димеры ДНК и пиримидин-(6−4)-пиримидоны (чаще именуемые 6−4 фотопродуктами), которые участвуют в дальнейшем запуске каскада воспалительных реакций в эпидермисе и дерме. Сообщают, что они появляются в первые часы после УФ-воздействия и являются его специфическими маркерами, а их количество отражает выраженность УФ-эритемы [28—30].

В одной из работ было продемонстрировано, что облучение кожи ягодиц человека УФ с длиной 300 нм in situ индуцировало формирование тиминовых димеров и 6—4 фотопродуктов. Облучение с длиной волны 260 нм, немедленно сопровождаемое воздействием УФА (320 нм), вызывало образование 6—4 фотопродуктов и их производных — фотоизомеров Дьюара. Авторы отмечают, что все три типа поражений обнаруживались в парафиновых срезах, фиксированных метанолом, с использованием специфических моноклональных антител [31].

Важно отметить, что воздействие УФА и УФB на ДНК может приводить к мутациям, провоцирующим канцерогенез. Так, характерная для УФB мутация (C → T или CC → TT) в гене p53 была обнаружена в большинстве актиничных кератозов (AK) и плоскоклеточных карциномах, примерно в половине базально-клеточных карцином (БКК). Данная мутация приводит к резистентности клеток к апоптозу и клональному расширению мутированных кератиноцитов [32]. Воздействие УФБ и УФА также может играть роль в развитии меланомы [33, 34]. На модели мыши F. Noonan и соавт. [33] показали, что меланома, вызванная УФА-излучением, связана с формированием ROS и окислительным повреждением ДНК меланоцитов.

Многие авторы отмечают, что развитие УФ-индуцированного повреждения также связано с усиленным образованием ROS [19, 27]. В литературе описан механизм формирования и активации ROS: при облучении кожи энергия УФ поглощается хромоформами преимущественно в эпидермисе, которые переходят в нестойкое возбужденное состояние (синглетное или триплетное), затем возвращаются в стационарное, отдавая энергию и электроны кислороду, что приводит к возникновению ROS и гидроксильных радикалов.

Считают, что ROS вызывают повреждение молекул ДНК, инициируют перекисное окисление липидов и полимеризацию полисахаридов, влияют на активность ферментов, вызывая в конечном итоге апоптоз клеток [27]. Было показано, что перекисное окисление липидов увеличивает активность ферментов, участвующих в синтезе арахидоновой кислоты (АА) — фосфолипазы А2 (PLA2) в микросомах печени крысы и фосфолипазы C (PLC) в саркоплазматическом ретикулуме кардио-миоцитов, лизосомах печени крыс [19].

Вазодилатация является другим ключевым патофизиологическим событием УФ-индуцированного повреждения кожи, и именно она ответственна за формирование клинически определяемой УФ-эритемы. В настоящее время считают, что данное расширение сосудов происходит главным образом из-за высвобождения и диффузии вазоактивных медиаторов и в меньшей степени из-за прямого повреждающего действия УФ на сосудистую стенку [5]. Предполагают, что на ранних этапах течения УФ-эритемы вазоактивные вещества выделяются в ходе повреждения кератиноцитов, клеток Лангерганса и дегрануляции тучных клеток, а на более поздних — иммунными клетками формирующегося инфильтрата [35, 36]. Постепенная диффузия вазоактивных медиаторов по направлению к сосудам обусловливает формирование отсроченной фазы УФ-эритемы [5, 19, 37].

В многочисленных экспериментах было показано, что УФ-индуцированной вазодилатации дермальных сосудов способствует сочетанное действие таких медиаторов, как гистамин, простагландины (PG), оксид азота (NO) [5, 19, 38]. В одной из работ было показано, что у морских свинок-альбиносов эритема, наблюдаемая через 120 мин после УФ-облучения депилированной кожи, частично подавлялась антигистаминными препаратами [39]. Обнаружено, что у людей тучные клетки дегранулируют и высвобождают гистамин через 4 ч после воздействия УФ-света. В то же время вакуумные волдыри, сформированные в зоне облученной кожи добровольцев, содержали повышенные уровни гистамина [14]. В другой работе были зафиксированы всплески концентрации гистамина в течение 9—15 ч после облучения с возвращением к исходному уровню через 24 ч [40].

Доказано, что оксид азота (NO) образуется кератиноцитами после облучения УФB [41]. Такое высвобождение NO является дозозависимым, а кератиноциты конститутивно экспрессируют фермент, необходимый для синтеза NO [42]. У морской свинки применение ингибитора NO-синтазы (L-NMMA) привело к возникновению коэффициента защиты от солнца (SPF), равного 8,71. Авторы пришли к выводу, что этот медиатор может быть основной частью интегрированного воспалительного ответа на УФ-излучение, ведущего к вазодилатации и эритеме [5].

С. Миронченко и Т. Звягинцева [43] провели экспериментальное исследование на 18 морских свинках-альбиносах. Эритему индуцировали облучением выбритого участка кожи УФ-лучами с помощью ртутно-кварцевой лампы, затем через 4 ч и на 3-и сутки в сыворотке крови определяли содержание общих метаболитов NO, нитрит-аниона, нитратов, активность индуцибельной NO-синтазы (iNOS). Группой̆ контроля служили интактные морские свинки. Авторы сообщили, что при УФ-воздействии на кожу у морских свинок имела место выраженная эритема, сопровождающаяся повышением в крови уровней всех метаболитов оксида азота (суммарные, нитрит-анион, нитраты) и активности индуцибельной NO-синтазы в течение 3 сут. Кроме того, параллельно накоплению метаболитов NO в крови возрастала активность iNOS.

Показано, что уровни метаболитов арахидоновой кислоты (AA) простагландина E2 (PGE2), PGD2, PGF2a и 12-HETE увеличивались в вакуумных волдырях здоровых добровольцев сразу после воздействия УФB (до появления заметной эритемы) и сохранялись в течение 48 ч, причем пиковые концентрации присутствовали на протяжении 18—24 ч. Количество PGD2, простагландина, полученного из тучных клеток, возрастало по схеме, аналогичной таковой для PGE2 и PGF2a, полученных из кератиноцитов, что подтверждало вклад мастоцитов в УФB-индуцированное воспаление. При УФА-воздействии на кожу упомянутые медиаторы достигали максимальной концентрации через 5—9 ч, их уровни уменьшались через 15 ч и возвращались к контрольным значениям через 24 ч [40].

Другие активные вещества, включающие провоспалительные цитокины — интерлейкины (IL) 1, 3, 6, 8, 10, фактор некроза опухолей альфа (TNF-α), трансформирующий фактор роста бета (TGF-ß) и т. д., — нейропептиды и комплемент вносят вклад в сложный механизм на УФ-повреждения, но их роль менее важна. Они отвечают за реализацию иммунного ответа, который может быть запущен в пораженной области, путем изменения экспрессии молекул адгезии и цитокинов в резидентных клеточных популяциях и усилен за счет стимуляции различных нерезидентных клеток к миграции в зону УФ-порождения [5].

Таким образом, УФ-индуцированная эритема характеризуется уникальным патогенезом, отличающим ее от других эритемных реакций. Важно отметить, что данный феномен невозможно смоделировать, используя локальное тепловое или химическое воздействие. Например, в отличие от УФ-эритемы тепловая эритема обладает иной фазовостью: УФ-эритема развивается отсроченно из-за постепенной диффузии в дерме вазоактивных медиаторов, а тепловая гиперемия возникает сразу после воздействия. В ее патогенезе важную роль играют нервная регуляция кровотока (начальный пик), а также такие факторы, как эндотелиальный фактор гиперполяризации (endothelium-derived hyperpolarizing factor — EDHF) [44, 45].

В настоящий момент этапы острого УФ-повреждения кожи описаны в литературе и продолжают исследоваться. Установлено, что ключевым событием, возникающим при воздействии УФ-излучения на кожу, является вазодилатация, обусловленная действием на сосуды вазоактивных медиаторов [3]. Однако каскад воспалительных реакций, молекулы-медиаторы, участвующие в повреждении эпидермиса и расширении дермальных сосудов, а также динамика структурных изменений кожи, индуцированных острым УФ-воздействием, требуют более подробного изучения [9]. Существует необходимость дальнейших исследований, направленных на выявление потенциальных маркеров и медиаторов, отражающих течение воспалительных изменений в коже, индуцированных УФ-изучением. Новые данные помогут уточнить механизмы формирования УФ-эритемы, а также прогнозировать структурные и сосудистые изменения.

Более глубокое понимание патологического процесса УФ-повреждения способствует решению терапевтических задач — разработке методов объективного определения минимальной эритемной дозы УФ-излучения при фототерапии дерматологических заболеваний, а также подходов к оценке фоточувствительности. Согласно современным мировым руководствам, минимальную эритемную дозу до сих пор принято определять визуально [46]. Такая субъективная оценка приводит к неточностям в определении стартовой дозы УФ-изучения при фототерапии и таким осложнениям, как ожоги, гиперпигментация, сухость кожи, инфицирование, а также по-вышение риска злокачественных новообразований кожи в отдаленном периоде [47]. Таким образом, изучение новых аспектов патогенеза острого УФ-по-вреждения может способствовать персонализации и объективизации режимов фототерапии. Другим прак-тическим приложением этих фундаментальных знаний может стать превентивная медицина — актуальными являются разработка индивидуализированных мер профилактики солнечных ожогов и фотостарения, а также разработка и тестирование фотозащитных средств [48, 49].

Сведения об авторах

Макматов-Рысь М.Б. — https://orcid.org/0000-0002-2506-9202

Куликов Д.А. — https://orcid.org/0000-0002-4273-8295

Казначеева Е.В. — https://orcid.org/0000-0003-2418-031X

Хлебникова А.Н. — https://orcid.org/0000-0003-4400-5631

КАК ЦИТИРОВАТЬ:

Макматов-Рысь М.Б., Куликов Д.А., Казначеева Е.В., Хлебникова А.Н. Особенности патогенеза острого ультрафиолет-индуцированного повреждения кожи. Клиническая дерматология и венерология. 2019;18(4):-417. https://doi.org/10.17116/klinderma201918041

Автор, ответственный за переписку: Макматов-Рысь М.Б. —
e-mail: mechrun@mail.ru