Pod tajemniczą nazwą “wolne rodniki” kryje się najważniejsza przyczyna przyspieszonego starzenia skóry, całego organizmu i również przyczyna wielu schorzeń.

Każdy organizm i tkanka się starzeje. Naturalny proces starzenia wewnątrzpochodnego (endogennego) to efekt pojawiającej się z wiekiem przewagi procesów destrukcji nad regeneracją organizmu. Wpływ na te procesy mamy ograniczony, w znacznej mierze zależy od genów i predyspozycji. Większym wyzwaniem odpowiedzialnym za przyspieszenie tych procesów jest starzenie zewnątrzpochodne (egzogenne). Uszkodzeniu ulegają tkanki, enzymy, układy regenerujące organizm, materiał genetyczny oraz pojawiają się mutacje. W skórze objawia się to zmniejszeniem całkowitej grubości naskórka, choć pogrubieniem jego warstwy rogowej, uszkodzeniem struktur kolagenu i elastyny. Pojawiają się również przebarwienia i teleangiektazje. Skóra robi się szara, sucha, o niejednorodnym kolorycie, zmniejsza się jej elastyczność i tworzą się zmarszczki.

Starzenie egzogenne powodują czynniki środowiskowe a najważniejszym sprawcą są wolne rodniki. Za ich powstawanie odpowiada głównie promieniowanie UV, ale również inne czynniki fizyczne i chemiczne np. palenie tytoniu.

Promieniowanie UV niesie ze sobą energię i wpływa na funkcjonowanie organizmów.

Rodzaj tego wpływu i oddziaływań na tkankę jest silnie związany z energią promieniowania. Energia ta jest tym większa, im krótsza jest długość fali elektromagnetycznej (większa częstotliwość). Światło jest taką falą elektromagnetyczną.

Światło widzialne (400 – 800nm) aktywizuje wiele procesów niezbędnych dla życia. Promieniowania UVA i UVB (280-400nm) mogą powodować niekorzystne zmiany w strukturach biologicznych, natomiast promieniowanie UVC (100-280nm) niszczy białka i kwasy nukleinowe.

Promieniowanie to może się odbić od materii, rozproszyć, ale też ulec pochłonięciu (absorbcji) działając na tkankę. Mechanizmy tego działania są ró¿norodne, czasami dość skomplikowane.

Wszystkie procesy fotochemiczne zaczynają się od wzbudzenia – M + hn = M*

Wzbudzona cząsteczka ulega przemianom by energia mogła gdzieś być przekazana dalej. Może pojawić się fluorescencja (emisja światła), dezaktywacja z wytworzeniem ciepła lub zmiana energii cząsteczki (przejście energetyczne). Mogą pojawić się też reakcje pierwotne np. izomeryzacja cząsteczki.

Produkty tych przemian ulegają dalszym reakcjom wtórnym takim jak fluorescencja lub dezaktywacja.

Reakcje pierwotne mogą prowadzić natomiast prowadzić do powstawania wolnych rodników

Wzbudzona cząsteczka ulega homolitycznemu rozpadowi, czyli jakieś wiązanie chemiczne pomiędzy atomami ulega symetrycznemu rozerwaniu) Różne wiązania wymagają do rozerwania różnej energii. Najłatwiej rozerwać wiązanie pomiędzy atomami tlenu O-O, najtrudniej O-H.

Po rozbiciu cząsteczki na 2 fragmenty nadmiar energii zostaje podzielony na 2 części. Przy każdej pozostaje elektron będący częścią rozerwanego wiązania. Cząsteczka z takim niesparowanym elektronem nazywa się rodnikiem. Ma nadmiar energii, który musi gdzieś oddać.

Następuje reakcja łańcuchowa i wolne rodniki ulegają reakcjom wtórnym.

R.+ A = R + A.

A.+ B = A + B. …….

A.= C + energia

A.+ B.= C

Reakcjom tym ulega również cząsteczka tlenu.

„Zwykły” tlen jest dwuatomowy O2. Może istnieć również „agresywny” tlen dwuatomowy (tlen singletowy) 1 O2

Powstaje w atmosferze z ozonu troposferycznego pod wpływem promieniowania UV. Może powstać również w skórze ze „zwykłego” tlenu, lecz nie dzieje się to tak prosto i oprócz promieniowania UV potrzebny jest jeszcze sensybilizator, czyli związek łatwo pochłaniający promieniowanie UV. W atmosferze to tlen (ozon) oraz zanieczyszczenia, np. tlenki azotu.

W skórze natomiast to tlen, niektóre związki endogenne (porfiryny), leki, składniki kosmetyków, substancje zapachowe itp. Silnymi sensybilizatorami są np. sulfonamidy, leki przeciwzapalne,antybiotyki, barwniki w kosmetykach, produkty roślinne (dziurawiec, olejki cytrusowe i in.) Im jest więcej sensybilizatorów tym groźniejsze w skutkach jest promieniowanie UV.

Sensybilizator ulega początkowo wzbudzeniu pod wpływem zabsorbowanej energii a następnie wiązanie w jego cząsteczce ulega rozpadowi w wyniku czego powstają rodniki.

Ozon w górnych warstwach atmosfery jest pożyteczny, pochłania promieniowanie UVC nie dopuszczając go do ziemi. W dolnych warstwach atmosfery powstaje w wyniku działania promieniowania słonecznego na zanieczyszczenia środowiska i jest źródłem bardzo aktywnego, szkodliwego tlenu singletowego. Źródłem pośrednim są tlenki azotu.

NO2 + hn = NO* + O*

O2 + O* = O3

Finalnie powstaje tlen singletowy.

Skutkiem tych procesów jest powstanie fotosmogów. Spaliny samochodowe (węglowodory + tlenki azotu) w warunkach silnego nasłonecznienia powodują rodnikowe utlenianie związków azotu. Oprócz powstawania ozonu przebiegają reakcje z olefinami – powstają nitroolefiny. Profil zanieczyszczeń zmienia się w czasie. Rano jest przewaga węglowodorów i NO zawartych w spalinach, natomiast po południu wzrasta zawartość produktów utleniania.

Reakcje rodnikowe zachodzące pod wpływem promieniowania UV są bardzo destrukcyjne dla organizmu. Wolne rodniki przyspieszają starzenie, niszczą lipidy cementu międzykomórkowego, ściany komórek, uszkadzają enzymy, niszczą kolagen, elastynę i gllikozaminoglikany. Powodują zmiany w strukturze kwasów nukleinowych powodując niezdolność do dalszej replikacji DNA ale też mutacje i kancerogenezę skutkującą nowotworami skóry.

Reakcje wywołane przez wolne rodniki powodują uszkodzenie lipidów stratum corneum, stany zapalne naskórka. Prawidłowa budowa struktur lipidowych jest warunkowana obecnością kwasu linolowego. Inne kwasy nienasycone są niezbędne do syntezy hormonów tkankowych – eikozanoidów i są szczególnie wrażliwe na działanie UV. Ulegaj izomeryzacji i utlenieniu co uszkadza budowę bariery naskórkowej. Skóra ulega nadmiernemu wysuszeniu.

Przeciwdziałanie wolnym rodnikom i promieniowaniu UV hamuje wpływ egzogennych czynników starzeniowych. Konieczna jest ochrona przed promieniowaniem UV przez filtry i ekrany przeciwsłoneczne. Należy stosować substancje neutralizujące wolne rodniki takie jak witaminy C, E, beta karoten i flawonoidy. Organizm posiada też własne mechanizmy ochronne. Czynnikiem takim jest melanina, enzymy (SOD, katalaza), glutation i inne naturalne substancje przeciwrodnikowe, kompleksy metali np. miedzi. Niezbyt korzystnym efektem procesów ochronnych organizmu jest nadmierna keratynizacja i melanogeneza w skórze.

Wolne rodniki są czynnikiem którego rola jest kluczowa dla zrozumienia i przeciwdziałania procesom starzenia skóry.