4. Установить зависимость цвета кожи от места обитания рас и ее эволюцию в процессе современных миграций.

5. Исследовать различные виды цвета кожи у учащихся 9,10,11 классов «медицинского» профиля.

I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Строение кожи

Кожа имеет довольно сложное строение. Она развивается из двух зародышевых листков:

Эктодермального (из него образуется эпидермис)

Мезодермального (из него образуется дерма и подкожная основа)

ЭПИДЕРМИС (НАДКОЖИЦА)

Это многослойный ороговевший эпителий. Его толщина не одинакова в различных областях кожи. В среднем толщина эпидермиса 1,03 – 1,5 мм, но на ладонях, подошвах его толщина больше. Это зависит от врожденных, возрастных особенностей, а так же от условий работы и среды обитания. В эпидермисе отсутствуют кровеносные сосуды, нервные волокна проникают и образуют в глубоких слоях эпидермиса свободные нервные окончания. Он расположен на базальной мембране и делится на 5 слоев:

А) базальный - (самый нижний слой) клетки которого прикрепляются к базальной мембране. Так же его клетки ростковые, зародышевые. Из них образуются другие слои эпидермиса.

Б) роговой - (самый поверхностный , соприкасающийся с внешней средой) Этот слой путем физиологического шелушения полностью обновляется в течении 7-11 дней.

В) блестящий – содержит 3-4 слоя плоских безъядерных клеток, хорошо преломляющих свет. Представляет собой блестящую, узкую полосу, хорошо заметную на ладонях, подошве, тыльной стороне кистей и стоп.

Г) зернистый - состоит из 1-4 рядов овальных клеток, расположенных параллельно поверхности эпидермиса.

Д) шиповатый – состоит из 3-15 рядов клеток с нервными окончаниями, соединенные между собой межклеточными мостиками. Шиповатые клетки имеют относительно крупные ядра. В этом слое возникают новые клетки, которых в течении 28-30 дней продвигаются к поверхности кожи, теряя при этом клеточное ядро. Уже плоскими «мертвыми» чешуйками они образуют видимый поверхностный слой кожи.

ДЕРМА (СРЕДНИЙ СЛОЙ)

Ее толщина 1-2,5 мм. Дерма образована соединительной тканью. В ней выделяют сосочковый и сетчатый слой.

Сосочковый слой. Связан с базальной мембраной и эпидермисом. Имеет волнистую поверхность. Он богат кровеносными сосудами и поэтому осуществляет питание эпидермиса, который лишен сосудов. От волокон дермы (особенно эластичных) зависят тургор и эластичность кожи. Эластические волокна дермы не восстанавливаются, поэтому в пожилом возрасте количество их уменьшается, функция снижается, кожа становится вялой и дряблой.

Сетчатый слой - находится под сосочковым слоем, он состоит из плотной соединительной ткани. Содержит крупные пучки коллоидных волокон, расположенных под углом друг к другу, образуя сеть. В сетчатом слое залегают корни волос, потовые и сальные железы.

ПОДКОЖНАЯ ОСНОВА. (подкожная клетчатка)

Это самый нижний слой. Ее нет на веках, под ногтевыми пластинками, она незначительна (до 2 мм) на носу, ушных раковинах. Наиболее выражена в области ягодиц и живота – до 10 см. Состоит из крупных жировых клеток, которые чередуются с волокнами соединительной ткани, нервами, лимфатическими и кровеносными сосудами. Эта ткань служит в качестве смягчающей прокладки, термоизолирующей прослойки. Волосы, ногти, сальные и потовые железы – развиваются из эктодермального зародышевого листка и являются производными эпидермиса.

Разнообразный цвет кожи человека опре­деляется относительным содержанием в ней меланина, оксигемоглобина, восста­новленного гемоглобина и каротина, однако именно меланин является основ­ным пигментом, от которого зависит цвет кожи, волос и глаз. Он выполняет также функции фильтра, уменьшающего опасное воздействие на кожу ультра­фиолетовых лучей и таким образом предотвращающего острую реакцию на сол­нечные ожоги и хроническое воздействие лучистой энергии, в том числе рак кожи.

Получив свое название от греческого слова «melas», что означает черный, меланин представляет собой белковосвязанный полимер, образующийся при окислении тирозина тирозиназой до дигидроксифенилаланина (ДОФА) в меланоцитах, специализированных шиловидных эпидермоцитах, производных нервного гребешка. Структура меланина неизвестна, поскольку эумеланин настолько не растворим, что все попытки фрагментировать его на идентифицируемые частицы оказались безуспешными. Цвет кожи определяется содер­жанием меланина в кератиноцитах, представляющих собой клетки-ре­цепторы меланинсодержащих органелл, формируемых меланоцитами и названных меланосомами. В нор­ме цвет кожи детерминирован ге­нетическими или конституциональными факторами и не изменяется в некоторых участках тела (напри­мер, в области ягодиц), поскольку кожа не подвергается внешним воздействиям, или цвет ее изменяет­ся под действием солнечных лучей (загар) в результате усиленной пигментации под влиянием гормо­нов, стимулирующих меланоциты (МСГ).В частности, образование пигмента определяется присутствием гена, контролирующего тирозиназу которая катализирует конверсию тирозина в меланин. Однако помимо тирозиназы на пигментацию кожи оказывает влияние еще один фермент, за который ответствен другой ген, содержащийся в клетках людей с белой кожей и влияющий на количество в ней меланина. Когда этот фермент синтезируется, то меланин образуется в малых количествах и кожа является белой. Напротив, когда он отсутствует (не синте­зируется), то меланин образуется в больших количествах и кожа является черной. Имеются данные, позволяющие считать, что для цвета кожи имеет значение и меланин, стимулирующий гормон. Таким образом, в контроле цвета кожи принимают участие, по меньшей мере, три пары генов. Полимерия- один из видов взаимодействия неаллельных генов, при котором на проявление количественного признака оказывается влияние одновременно несколько генов. При этом чем больше в генотипе оказывается доминантных генов, обуславливающих этот признак, тем ярче этот признак выражается. Так, у человека количество пигмента в коже меланина ( и, следовательно, цвет кожи) определяется тремя неаллельными генами: А1, А2, А3. Наибольшее количество пигмента меланина образуется в том случае, когда в генотипе все 3 аллеля находятся в гомозиготном доминантном состоянии:А1А1А2А2А3А3. В этом случае будет наблюдаться темно-коричневый цвет кожи, характерный для представителей негроидной расы. Самому светлому цвету кожи, характерному для европеоидов, соответствует генотип а1а1а2а2а3а3 ( все три аллеля в гомозиготном рецессивном состоянии) . Промежуточные варианты будут определять различную интенсивность пигментации, при чем больше доминантов окажется в генотипе, тем темнее будет кожа. Так , непример человек с генотипом А1а1А2А2А3а3 будет иметь более темную кожу, чем человек с генотипом А1а1А2а2А3а3.

Важность цвета кожи в качестве расового признака объясняется связью между солнечным освещением и продукцией витамина D, который необходим для поддержания в организме баланса кальция. Избыток этого витамина сопровождается отложением кальция в костях и ведет к их хрупкости, тогда как недостаток кальция имеет следствием рахит. Между тем количество витамина D, синтезируемого в норме, контролируется дозой солнечного облучения, которое проникает в клетки, находящиеся глубже слоя меланина. Чем больше меланина в коже, тем меньше света он пропускает. До периода, когда были разработаны способы искусственного обогащения пищи витамином D, люди были зависимы в продукции витамина D от солнечного света. Чтобы витамин D синтезировался в оптимальных количествах, т.е. достаточных для поддержания нормального баланса кальция, люди со светлой кожей должны были обитать на определенной географической широте далеко от экватора, где солнечная радиация более слабая. Напротив, люди с черной кожей должна была находиться ближе к экватору. Как видно, территориальное распределение людей с разной пигментацией кожи является функцией географической широты. просветление кожи у европеоидов способствует проникновению солнечного света глубоко в ткани человека, что ускоряет синтез противорахитического витамина D, который обычно медленно синтезируется в условиях недостатка солнечной радиации.

Миграции людей с интенсивно пигментированной кожей к отдаленным от экватора широтам а людей с недостаточно пигментированной кожей - к тропическим широтам могла вести к дефициту витамина D у первых и избытку у вторых с вытекающими последствиями. Таким образом, в прошлом цвет кожи имел селективное значение для естественного отбора.

1.2 Утрата волосяного покрова

Эволюция кожной пигментации неразрывно связана с эволюцией во­лосяного покрова (точнее, с его утратой). Чтобы лучше понять эти процессы, необходимо совершить краткий экскурс в историю. Развитие человека как независимой от человекообразных обезьян эволюционной линии началось по меньшей мере 7 млн. лет назад, когда наши древнейшие предки отделились от ветви своих ближайших родственников - шимпанзе. Поскольку эти живот­ные изменились с тех пор гораздо меньше, чем люди, они могут дать нам не­которое представление об анатомических и физиологических особенностях наших прародителей. Кожа у шимпанзе светлая и на большей поверхности тела покрыта волосами. У детенышей - лицо, кисти и стопы розовые, но с возрастом под воздействием солнечных лучей они темнеют или покрываются пигментными пятнами. У наших пращуров скорее всего тоже была светлая кожа, покрытая волосами. Но возникает вопрос - когда же они утратили во­лосяной покров?

Об их телосложении и образе жизни позволяют судить находки скеле­тов древнейших предков, - например, известный скелет австралопитека Лю­си, чей возраст около 3,2 млн. лет. Похоже, повседневный уклад гоминид, обитавших на Земле около 3 млн. лет назад, не очень отличался от образа жизни приматов, живущих сегодня на просторах африканских саванн. Большую часть суток они, вероятно, проводили в поисках пропитания, преодолевая за день около 5 км, а затем устраивались на ночлег в безопасных кронах деревьев.

Однако примерно 1,6 мл.н лет назад подобный образ жизни начал кардинально изменяться Знаменитый скелет «турканского юноши» (одного из представителей Homo ergaster) принадлежал длинноногому человеку, способному преодолевать на двух конечностях значительные расстояния. Эти более активные, чем австралопитеки, древнейшие люди столкнулись с проблемой терморегуляции и должны были защищать голову от перегревания. Питер Уилер (Peter Wheeler) из Ливерпульского университета показал, что охлаждение тел у них достигалось за счет увеличения количества потовых желез и частичной утраты волосяного покрова. Но древние представители рода Homo тут же столкнулись с другой проблемой - необходимостью защитить кожу от вредного воздействия солнечного света, в особенности от УФ-лучей.

Естественный крем от загара

У шимпанзе кожа на голых участках тела содержит особые клетки -меланоциты, способные под воздействием УФ-излучения синтезировать ко­ричневый пигмент меланин. Когда люди утратили большую часть волосяного покрова, способность кожи вырабатывать этот пигмент приобрела новое важное значение. По сути дела, меланин - естественный «крем от загара»: крупная молекула этого органического вещества служит своего рода фильт­ром. Во-первых, она поглощает УФ-лучи, во-вторых, нейтрализует свобод­ные радикалы - вредные вещества, которые образуются в коже под воздейст­вием УФ-излучения.

Антропологи и физиологи довольно убедительно обосновали предпо­ложение, что высокая концентрация меланина у жителей тропической зоны возникла чтобы защищать их от рака кожи. Так, например, Джеймс Кливер (James E. Cleaver) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско ут­верждает, что люди, страдающие пигментной ксеродермой, при которой пребывание на солнце приводит к разрушению меланоцитов, чаще других болеют плоскоклеточным и базальноклеточным раком кожи - заболевания­ми, хорошо поддающимися лечению. Злокачественная меланома приводит к смерти чаще, но отмечается реже (примерно в 4% всех диагностируемых случаев рака кожи) и, как правило, поражает только светлокожих людей. Но поскольку люди заболевают той или иной формой рака в довольно зрелом возрасте( после наступления половой зрелости), защита кожи от этой болезни едва ли является единственным фактором естественного отбора определившим возникновение темнокожести. В от почему уместен вопрос, какую роль в эволюции человека мог сыграть мелатонин.

1.3 Кожа и фолаты

В 1987 г. Ричард Бранда и Джон Итон исследователи из Вермнотского университета, обнаружили, что у светлокожих людей под воздействием сильного искусственного солнечного света уровень незаменимого для жизни фолата (одного из витаминов группы В) в крови падает до аномально низкого. Воздействие этих же условий на сы­воротку человеческой крови уже через час приводит к 50%-му снижению со­держания фолата.

Значение этих фактов для репродукции, а, значит, и для эволюции че­ловека подтвердили работы сотрудников Университета Западной Австралии Фионы Стэнли (Fiona J. Stanley) и Кэрол Боуер (Carol Bower). В конце 1980-х гг они обнаружили, что дефицит фолата у беременных женщин увеличивает риск врожденных дефектов нервной трубки у детей - например, расщелина позвоночника spina bifida сусuta (кистозная), occulta (скрытая), при которой дуги позвонков не полностью смыкаются вокруг спинного мозга. С тех пор эту зависимость подтвердили многие группы исследователей во всем мире.

Поскольку фолат требуется для синтеза ДНК в делящихся клетках, он необходим для всех процессов, связанных с быстрой клеточной пролифера­цией (например, для сперматогенеза, т.е. образования сперматозоидов). У самцов крыс и мышей с химически вызванным дефицитом фолата наступали ухудшение сперматогенеза и бесплодие. Хотя на людях подобные исследова­ния не проводились Вай И Вонг (Wai Yee Wong) из Медицинского центра Неймегенского католического университета Нидерландов недавно сообщил о том, что лечение фолиевой кислотой (один из синонимов фолата) может вы­звать увеличение количества сперматозоидов у мужчин с нарушениями ре­продуктивной функции.

Эти факты навели нас на мысль, что темная кожа могла возникнуть у людей для защиты запасов фолата от разрушений. Эту гипотезу подтвердил аргентинский педиатр Пабло Лапунзиа (Pablo Lapunzia), обнаруживший, что у трех молодых и здоровых женщин, принимавших в первые недели бере­менности солнечные ванны, родились дети с дефектами нервной трубки. Та­ким образом, выявленное разрушение фолата под воздействием УФ-излучения лишь дополняет известные уже факты о вредном (вызывающем рак кожи) влиянии УФ-излучения на ДНК.

1.4 Кожа и география

Время возникновения человека современного физического типа, с точки зрения антропологов, а также и временем возникновения различных человеческих рас. Возникнув Передней Азии, люди современного типа широко расселились по Ойкумене. Одна ветвь расселения людей была направлена не Юго-Восточную, Восточную, Северо-Восточную Азию, Австралию, Океанию. Воспользовавшись возникшим 40-50 тыс.лет назад берингийским мостом- перешейком суши между Северной Америкой и Северной Азией, эта ветвь проникла в Новый свет- сначала в Северную, затем в Южную Америку. Так образовалась азиатско-американская ( монголоидная) раса. В другом направлении расселение людей шло на юг – в Африку, где сформировалась экваториальная ( австрало-негроидная) раса. Третье направление- в Европу и Западную Азию – дало начало формирования европеоидной расе.

Древнейшие представители Homo sapiens появились в Африке 100-200 тыс. лет назад и обладали темной пигментированной кожей. Когда люди на­чали покидать тропики, они стали получать гораздо меньшие дозы УФ-излучения, и высокая концентрация в коже естественного «крема от загара» оказалась для них неблагоприятной. Уровень меланина в темной коже на­столько высок, что проникнуть в нее способна лишь незначительная часть УФ-излучения (в частности, коротковолнового УФ-излучения). Хотя корот­коволновые УФ-лучи оказывают на организм в основном пагубное воздейст­вие, все же они выполняют и одну важную функцию - способствуют образо­ванию витамина Д. Дозы УФ-излучения, которые в течение года получают темнокожие люди в тропиках, обычно достаточны для стимуляции образова­ния витамина Д. За пределами тропиков дело обстоит иначе. Мигранты, пе­реселившиеся в северные широты, решили эту проблему в эволюционном плане за счет утраты кожной пигментации.

Связь между эволюцией светлой (т. е. слабо пигментированной) кожи от широты примерно 45 градусов. В первой зоне уровень УФВ в течение всего года достаточно высок для того, чтобы у живущих здесь людей витамин Д мог вырабатываться круглый год. Во второй зоне люди получают недоста­точную для синтеза витамина Д дозу УФ-света в течение одного месяца в го­ду а жители третьей зоны - на протяжении большей части года. Этим объясняется то, что у коренных народов тропиков кожа обычно темная, у населе­ния субтропиков и умеренного пояса хотя и светлее, но подвержена загару, а у жителей приполярных регионов - очень светлая и легко «сгорает» на солн­це.

Однако у представителей ряда этнических групп цвет кожи не совсем

соответствовал ожидаемому. Например, у инуитов (эскимосов, проживаю­щих на Аляске и севере Канады) кожа слегка темнее, чем можно было ожи­дать, исходя из уровня УФ-излучения в населяемых ими краях. Возможно, это связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, инуиты живут здесь срав­нительно недавно, т.к. мигрировали в Северную Америку только около 5 тыс. лет назад. Во-вторых, их традиционный рацион чрезвычайно богат продук­тами, содержащими витамин Д (особенно рыбой и морскими млекопитаю­щими). Такая диета автоматически снимает проблему синтеза витамина Д и позволяет инуитам и по сей день сохранять смуглую кожу.

Научный анализ способности людей синтезировать витамин Д позво­лил выявить еще одну закономерность: во всех популяциях женщины имеют более светлую кожу, чем мужчины. (Как показывают данные, женщины светлее мужчин в среднем на 3-4%.). Ученые объясняют это самыми разно­образными причинами. По мнению большинства, феномен обусловлен поло­вым отбором - предпочтением мужчинами женщин с более светлой кожей. Не отрицая роли данного фактора, мы считаем, что подлинная причина иная. На протяжении репродуктивной жизни у женщин потребность в кальции го­раздо выше, чем у мужчин (особенно в период беременности и лактации), а потому их организм должен усваивать из пищи максимально возможное ко­личество этого вещества. Это заставляет нас предполагать, что женщины от­личаются от мужчин более светлой кожей, потому что повышенное содержа­ние кальция позволяет проникать в их кожу большему количеству УФ-лучей. В регионах с высоким уровнем УФ-излучения женщины, по сути дела, «хо­дят по лезвию ножа» естественного отбора: им необходимо максимизировать светозащитную функцию кожи с одной стороны, и способность к синтезу ви­тамина Д - с другой.

продолжение