Свойства волос: Свойства волос: как контролировать с помощью ухода

Магические свойства волос: как использовать знания предков | Ezoteric.online

с сайта Pixabay

с сайта Pixabay

Волосы всегда привлекали внимание. Еще с древних времен считалось, что магические свойства волос влияют на способности и характер людей. Сила, которой обладают волосы, защищает человека от чар и улучшает здоровье. Согласно древним Ведам, волосы служат проводником, через который в человеческое тело поступает энергия Земли и Солнца.

Поток энергии, вливающийся в нас, не всегда положительный. В местах с плохой энергетикой или в момент скандала и ссор волосы собирают весь негатив. Вот почему многие знахари и колдуны советуют после неприятных или трагических событий первым делом умыться, тщательно вымыть голову и волосы.

Что означала сила волос у предков

В старину женщины отращивали волосы не только из-за моды или красоты. Их длина служила показателем силы духа. Веды также указывают на то, что косы позволяют не тратить психическую энергию в любых ситуациях. Чем длиннее заплетенные в тугую косу волосы, тем мудрее женщина, и тем спокойнее она перенесет невзгоды.

Трехпрядная коса символизирует три мира — Явь (реальность), Нави (нижний), Прави (Божественный) и баланс между ними. Замужние женщины заплетали две косы — делили свою силу и защищали не только себя, но и свою семью.

Длинные волосы были обязательны для знахарей, колдунов и магов. Считалось, что через волосы человек получает силу предков или рода, оберегающую от любого зла. И всегда интуитивно догадывается о предстоящих ему испытаниях, заранее ищет выход.

Влияние негативной энергии на волосы

Поскольку волосы впитывают любую энергию, плохую и хорошую, их в некоторых случаях нужно оберегать от негатива. Поэтому на похоронах женщины обязательно покрывают головы платками. А появляться в обществе с непокрытой головой или без шляпки, было и вовсе плохой приметой. И сейчас считают, что ходить с распущенными волосами можно только дома, находясь на максимально безопасной территории.

Волосы, свободно струящиеся по плечам, долгое время воспринимались в обществе как намек на сексуальную вольность. А маги считали, что такие прически способствуют бездумной трате энергии. Стриглись лишь те, кто хотел изменить злую судьбу или выздороветь от неизлечимой болезни. Очень коротко стриглись пережившие тяжелую утрату, так они пытались избавиться от мучительных воспоминаний.

Волосы хранят информацию о ДНК человека, поэтому через них можно навести порчу и оказывать сильное влияние на его психику. Раньше волосы называли космами, подчеркивали этим непосредственную связь человека с космосом. А оттуда на человека обрушивалась масса энергии, в том числе и отрицательной. И именно ее, в первую очередь, впитывали пряди.

Впрочем, девушки на Руси могли носить повязки и венцы, не слишком закрывавшие голову. А вот простоволосая жена навлекала на всю семью позор.

Магические свойства волос: что нужно знать о длине

Веды указывают, что в идеале волосы должны быть на уровне центра груди. Более короткие не имеют связи с Богом. А коротко остриженная женщина должна держать эмоции под контролем. Если волосы становятся длиннее, жизнь женщины и ее семьи начинает изменяться в лучшую сторону.

Отрастить очень длинные волосы — лучшее, что может сделать женщина для защиты своей семьи и брака. Но сделать это непросто. Однако нужно стараться. И если есть намерение сделать это, волосы обязательно станут гуще и намного усилится рост. Есть много примет о волосах:

• стричь волосы нужно только на растущей луне;
• первый седой волос не вырывают — весте с ним можно удалить пришедшее счастье;
• волосатые руки у девушки — к богатству;
• повышенная волосатость у мужчины также к высокому уровню благосостояния;
• беременным стричься нельзя — можно забрать силу у нерожденного ребенка;
• сон, в котором состригли волосы — к множественным денежным тратам.

Чтобы новое дело началось благополучно и без помех, нельзя мыть голову за сутки до этого.

Специальные обереги и магические ритуалы на рост волос

Исстари люди срезали прядь волос у семимесячного ребенка и хранили ее всю жизнь. Если он заболевал, то в любом возрасте, мешочек с детскими волосами клали ему на грудь, и спустя какое-то время ему становилось легче, болезнь отступала. Это своеобразный призыв о помощи, обращенный ко всему роду. Поэтому, если заболевание не имело судьбоносного значения, человек выздоравливал.

Рубахи-власяницы ткали из волос. Их поочередно в Страстную неделю носили все члены семьи. Это позволяло им защититься от болезней и хворей на весь предстоящий год.

Седые волосы бабушек и дедушек использовали при изготовлении оберегов для их внуков. Они устанавливают защиту своих наследников от всех испытаний и бед, обеспечивают им надежную связь со всем родом.

Чтобы волосы не выпадали и росли до колен и ниже, используют различные магические заговоры. Один из самых действенных — заговор на расчески. Самым подходящим для этих целей считается деревянный гребень. Каждую прядь необходимо бережно расчесывать, проводя по ней не менее 100 раз. Усилит эффект капля розмаринового масла. Расчесываясь, нужно произносить: «Расти коса до пояса, пусть не выпадет ни волоса. Будут они до пят, всю семью защитят».

Читайте также:

Подпишись на канал ” Ezoteric.online ” и переходи на сайт https://ezoteric.online/, чтобы ПЕРВЫМ узнавать все самое интересное в мире магии и эзотерики.

густота, длина, толщина и твердость, крепкость и упругость, пористость и форма волоса — дамский журнальчик InFlo

Густота волос

Количество волос на голове на площади Один кв. см (густота волос) колеблется зависимо от личных особенностей организма, расы, толщины волос, локализации.

Среднее количество волос на голове человека составляет:

— у блондинов — 100 40 — 100 50 тыс. шт.;
— у шатенов — 100 10 тыс. шт.;
— у брюнетов — 100 тыс. шт.;
— у рыжеволосых — 50 — Восемьдесят тыс. шт.

На разных участках головы густота волос не схожа. На теменной части волосы более густые (250-350 шт. на Один кв. см), а на затылочной части и на висках — более редчайшие (150-250 шт. на Один кв. см).

Не тайна, что волосы человека выпадают и растут опять в протяжении всей жизни. Раз в день мы теряем от 30 до 100 волос — это полностью нормально и фактически неприметно. В норме эти утраты восполняются, а при патологическом выпадении самовосстановления не происходит.

Волосы лучше сохраняются на затылке и по краям головы так как кровь к этим участкам поступает более интенсивно. Не считая того, в этих местах находятся тонкие слои жира и мускул, которые препятствуют сжатию кровеносных сосудов. Виски, лоб и темя содержат достаточно узкий жировой слой и не имеют мышечных волокон. В итоге стресса либо напряжения кожа резко натягивается, что приводит к сужению кровеносных сосудов, и потому кровь начинает плохо поступать к сосочкам, что в свою очередь может привести к облысению.

Ученые обосновали — самая пышноватая прическа отрастает к 30 годам. От 30 до 50 лет количество волос резко миниатюризируется, после этого может остаться постоянным.

Другими чертами волос являются их длина, толщина, крепкость, упругость и пористость.

Длина волос

Длина волос (нестриженых) сначала находится в зависимости от принадлежности к той либо другой этнической группе: у представителей монголоидной (азиатской) этнической группы самые длинноватые волосы, у представителей негроидной (негритянской) — самые недлинные. У европейцев длина волос средняя.

За один денек, если посчитать общий прирост длины волос, прическа человека возрастает приблизительно на 30 м. В первой половине денька и вечерком волосы вырастают резвее, чем в остальное время суток. Ночкой волосы вырастают очень медлительно либо не вырастают совершенно. Самые длинноватые волосы растут в возрасте от Тринадцать до Семнадцать лет, а потом с каждой следующей сменой волос они становятся все короче и тоньше.

Толщина волос и их твердость

Волосы бывают толстые, средней толщины и тонкие, подразделяясь также на очень жесткие, средней жесткости и мягенькие. В большинстве случаев толщина волос зависит также от этнической принадлежности, от возраста человека и от их цвета. У представителей азиатской этнической группы самые толстые и жесткие волосы.

Толщина волос изменяется с годами человека. У взрослого человека волосы приблизительно в 2—3 раза толще, чем у новорожденного, к старости волосы опять утончаются.

Зависимо от цвета, самые толстые волосы у рыжеватых, более тонкие — у брюнетов, еще тоньше — у шатенов и самые тонкие — у блондинов. К тому же на висках волосы более тонкие, чем на затылке.

Крепкость и упругость волос

Все волосы владеют значимой прочностью и рвутся при приложении достаточно большой тяжести. Так, к примеру, волос взрослого выдерживает в среднем тяжесть до 50 г. Прямые волосы владеют большей прочностью, курчавые — наименьшей. Это свойство волос изменяется с годами, сначала нарастая, а потом, к старости, уменьшаясь.

Волос человека крепче свинца, цинка, алюминия, платины, меди и уступает только железу, стали и бронзе. При толщине 0,05 мм он может выдерживать груз до 100 г. Женская коса, состоящая из Двести тыщ волос, может удержать груз до 20 тонн.

Упругость волоса — это его способность распрямляться либо сжиматься, не ломаясь. Упругость находится в зависимости от толщины среднего слоя волоса (чем он толще, тем эластичней и крепче волосы), также от состояния волос. Здоровый волос так эластичен, что в сухом состоянии может растянуться на 20—30% от собственной длины и потом стремительно возвратиться в начальное состояние, а смоченный в прохладной воде — даже до 100%.

Волосы гидрофильны: они абсорбируют воду либо водяной пар, и если были растянуты в этом состоянии, возвращение их к прежней длине и толщине происходит по мере высыхания. Упругость волос претерпевает значимые конфигурации, если их форма была предана изменениям на жару. Новенькая форма волос в таких случаях из-за долговременной утраты эластичности сохраняется длительно; на этом основывается принцип жаркой завивки.

Если волосы имеют низкую упругость, то, вероятнее всего, они нуждаются в увлажнении.

Пористость волос

Пористость волоса характеризуется способностью всасывать воду. Здоровый волос может задерживать воду в количестве до 50% от собственного веса, при всем этом он возрастает в поперечнике на 20%.

Форма волоса

Форма волоса является наследной и находится в зависимости от формы и расположения луковки в толще кожи, от этнической принадлежности, также от личных особенностей человека. Выделяют три разновидности формы волос: гладкие (прямые), волнистые, курчавые.

Гладкие волосы могут быть тугими и плосковолнистыми; волнистые — широковолнистыми, узковолнистыми и локоновыми; курчавые- завивающимися, слабокурчавыми, сильнокурчавыми, слабоспиральными, сильноспиральными.

У прямых и немного вьющихся волос сечение круглое, у вьющихся — округлое.

Полезные для волос свойства эвкалиптового масла

Масло эвкалипта известно питательными свойствами, и коренные австралийцы традиционно использовали его в пищу и как лекарство. Он обладает природными противовоспалительными качествами и стимулирует кровообращение. Свежая зелень его листвы привлекает местную фауну (коалы эвкалипт обожают!). Но вот знала ли ты, что он полезен и для волос? Хочешь здоровые волосы — тебе к нам. Эвкалиптовое масло — настоящий герой-спаситель волос.

Эвкалиптовое масло для волос

Эвкалиптовое масло получают из листьев эвкалипта, произрастающего в Австралии. В них много питательных веществ, смягчающих волосы и поддерживающих их здоровье. Поэтому мы добавили эвкалипт с Голубых гор Австралии в наш шампунь Aussie Mega и бальзам-ополаскиватель Aussie Mega.

Голубые горы — один из самых известных австралийских заповедников. В коллекции Mega используется два разных вида экстракта эвкалипта. И пахнет она вAussхитительно (почти также хорошо, как выглядят после нее твои волосы!).

Полезные свойства эвкалиптового масла

Эвкалиптовое масло стимулирует рост волос благодаря своим природным питательных свойствам, успокаивающим кожу головы и способствующим здоровью волос. Звучит здорово, правда?

Если ты не знаешь, как использовать эвкалиптовое масло, не волнуйся. Мы поможем! Мы уже добавили экстракт эвкалипта в нашу линейку Mega — тебе осталось только нанести, вспенить и смыть.

Добавь энергии своим волосам на каждый день с шампунем Aussie Mega. Формула легкого очищения с экстрактом эвкалипта с австралийских Голубых гор заставит твои волосы запрыгать от счастья, как кенгуру.

После шампуня нанеси бальзам-ополаскиватель Aussie Mega, чтобы вернуть волосы к жизни. Легкая волшебная формула этого бальзама сделает волосы мягкими, сияющими и живыми.

Австралийские растительные ингредиенты

Все наши продукты содержат аутентичные австралийские ингредиенты, прямо с их родной земли.

И знаешь что? Эвкалиптовое масло не единственный секрет красоты волос по-австралийски, который помогает решать проблемы с волосами.

Пользуйся на здоровье!

L-лизин

L-Лизин (L-Lysine)

Полезные свойства:

• Формирование карнитина, отвечающего за состояние волос и кожи;

• Синтез коллагена, помогающего избежать морщин;

• Снижение уровня холестерина;

• Улучшение усвоения кальция.

Лизин – незаменимая аминокислота, которая не может быть синтезирована организмом и поступает в организм только с пищей и добавками. Лизин обладает широким спектром биологических эффектов и прежде всего лизин жизненно необходим как составляющая белков организма.

Эта аминокислота в больших количествах содержится в коллагене, который обеспечивает крепость мышц, хрящей, связок и сухожилий. Косвенно лизин укрепляет кости, так как способствует абсорбции кальция из кишечника, при его недостатке может развиваться остеопороз (повышенная ломкость костей). Лизин играет важную роль в иммунной системе, поскольку необходим в больших количествах для продукции антител (иммуноглобулина). Лизин входит в состав гормонов и ферментов, которые регулирую метаболические процессы организма.

Некоторые исследования показали то, что l-lysine может сократить частоту проявления вируса герпеса.

Способ воздействия вещества на вирус герпеса неизвестен, но есть версия о том, что лизин влияет на другую аминокислоту – аргинин. В свою очередь, было установлено влияние аргинина на ускорение деления клеток зараженных вирусом герпеса. Чем меньше аргинина, тем медленнее развивается герпес, а l-лизин снижает активность аргинина.

В 2007 году, учетые из Университета Флориды (FSU) установили эффект “конъюгатов лизина” (lysine conjugates), позволяющий идентифицировать отдельные повреждения ДНК. Исследованием занимался профессор биохимии FSU Игорь Алабугин. Для лечения рака было предложено использовать конъюгаты лизина под воздействием фототерапии. Такое комплексное воздействие позволяет уничтожить 90%+ больных клеток, при этом не повреждая здоровые. Изобретение профессора Алабугина уже запатентовано и проходит испытания. 

Использование лизина для лечения рака было протестировано на колоректальном раке у мышей в 2014 году. В ходе исследования 0 животных погибло, в том числе животных находившихся на поздних стадиях заболевания. 

Исследования показали эффективное влияние л-лизина даже на такие виды заболевания как лейкимия, что вселяет дополнительную надежду на скорое избавление человечества от такой страшной болезни. 

Вместе с употреблением пищи богатой витаминами группы Б, магнием и омегой-3, можно принимать л-лизин для лечения психологических проблем. Лизин улучшает усвоение кальция и других веществ, тем самым восстанавливая нормальное состояние организма. Данная аминокислота используется для снятия синдрома беспокойства и может безвредно для организма снимать депрессивное состояние.

L-лизин ведет себя как антагонист рецептора серотонина. Он связывается с рецепторами и частично предотвращает ощущение тревоги. Более того, вещество влияет на вызванные стрессом реакции, включая лечение диареи. 

Употребление л-лизина связывают с улучшением усвоения кальция, что крайне важно для людей с риском развития остеопороза. На сегодняшний день не существует исследований, которые смогли бы подтвердить связь между лечением остеопороза и употреблением лизина, однако важность влияния кальция на состояние костей дает основание предполагать, что лизин может быть полезен.

Кальций влияет не только на ваши кости, но и воздействует на ваш вес, защищает от серьёзных заболеваний, снижает симптомы ПМС, улучшает состояние зубов, влияет на работу нервной системы и мышц, предотвращает диабет.

Большая часть жителей нашей планеты испытывает проблемы, связанные со здоровьем кишечника. Многие люди даже не знают об этих проблемах, но они оказывают существенное влияние на их здоровье. Речь идет не только о прямых проблемах, таких как кислотный рефлюкс или диарея, а о многих других. Например, нарушение микрофлоры кишечника может влиять на состояние кожи, волос и костей, из-за того, что необходимые вещества не усваиваются организмом.

Одна из форм л-лизина, известная как поли-л-лизин оказывает противовоспалительный эффект и избавляет от многих проблем кишечника. 

Американские ученые далеко продвинулись, экспериментируя с лизином, их опыты доказали, что применение лизина способно остановить выпадение волос при андрогенной алопеции и железодефицитной анемии. Существует американский патент на применение Лизина в лечении различных проблем, связанных с выпадением волос, включая облысение. Лизин блокирует 5-альфаредуктазу. Дефицит лизина неблагоприятно сказывается на синтезе белка, что приводит к утомляемости, усталости и слабости, плохому аппетиту.

Лизин широко используется в бодибилдинге, добавляется в спортивное питание и БАДы. Эта аминокислота позволяет ускорить восстановление мышц после силового тренинга. Модулирующее влияние лизина поддерживает положительный азотистый обмен и построение мышечных белков.

Защита и питание мышц – это две основные функции лизина в спорте. Кроме того лизин укрепляет сухожильный корсет и костную систему, что снижает риск травмирования, а также ускоряет восстановление.

В среднем человеку необходимо получать от 800 до 3000 мг l-лизина ежедневно. Дозировка при лечении герпеса может увеличиваться от 1 до 3 гр вещества. 

Лизин может быть использован в виде крема, который ускоряет снятие симптомов герпеса.

Лизин в рекомендуемых дозах абсолютно безопасен и не вызывает никаких побочных эффектов. В крайне больших дозах (более 20 г однократно) возможно возникновение спазмов в животе, диарея, метеоризм. 

Литература
1. Рональд Клатц, Роберт Голдман «Эра молодости (Anti-aging революция), изд.Москва, Санкт-Петербург, «Ост»,2007 г.
2. Патент США № 5678617.

Уникальные свойства человеческих волос позволят физикам разработать сверхпрочную броню

Изучив внутреннюю структуру волос, ученые открыли секрет их чрезвычайной прочности и устойчивости к механическому растяжению и нагрузке.

Ученые нашли объяснение тому, что волосы обладают чрезвычайно высокой прочностью, не позволяющей их разорвать. На основе открытия в будущем эксперты собираются заняться разработкой более прочных материалов, чем традиционно используемый для бронежилетов кевлар. Об этом говорится в статье журнала Materials Science and Engineering: C.

“Природа является автором массы необычных материалов и структур, которые устроенны крайне остроумным образом, – заметил Марк Мейерс из университета Калифорнии в Сан-Диего в США. – Мы хотим понять, каким образом связаны функция и структура этих биоматериалов, и это может помочь нам создать их синтетические аналоги, которые послужат человеку”.

Изучив обычный человеческий волос, Мейерс и колеги научились воспроизводить его необычайные свойства. В частности, по словам ученых, волосы имеют такую же прочность на грамм своей массы, как стальная проволока – до 270 мегапаскалей, или 2660 атмосфер.

Однако, в отличие от металлов, волосы способны растягиваться в полтора раза, не разрываясь и сохраняя свои механические свойства. Как обнаружили ученые, волосы состоят из двух слоев белка кератина, каждый из которых уложен разными способами. Внутренняя часть волоса сложена слоями параллельных спиральных волокон, волокна внешней соединены друг с другом хаотично.

Такая структура, отмечают ученые, дает волосам возможность выдерживать механические нагрузки.

Нашли ошибку в тексте?
Выделите ее и нажмите CTRL + ENTER

Чем полезно аргановое масло для волос

Аргановое масло считается одним из самых ценных и полезных продуктов на планете. Применение ему нашли в медицине и косметологии. В уходе за волосами его свойства незаменимы. Оно способно вернуть| к жизни поврежденные и тусклые локоны: восстановить их структуру, защитить, укрепить и ускорить рост. В этой статье речь пойдет о том, чем полезно масло арганы для волос, и как в домашних условиях получить уход премиум-класса.

Аргановое масло для волос не случайно получило статус премиального: оно считается самым дорогим и полезным среди всех масел. Его добывают в Марокко из плодов арганового дерева, которое из-за засушливого климата плодоносит не чаще 2-х раз в год. Масло из плодов до сих пор экстрадируют по старинной технологии, используя ручной труд. Из 100 кг плодов получают не больше 2-х литров продукта. Но главная ценность арганы — в ее уникальном составе и свойствах, которыми не каждое масло может похвастаться. При постоянном применении аргановое масло способно заметно преобразить внешний вид волос.

Аргановое масло для волос: польза

В состав арганового масла входят: витамины молодости A, E и F; ненасыщенные линолевая, линоленовая и олеиновая кислоты; каротиноиды и природный увлажнитель сквален. Эти крайне полезные компоненты делают аргану волшебным средством для ухода за волосами. Стоит только посмотреть на марроканских женщин, локоны которых выглядят шикарными густыми и блестящими, несмотря на жаркий сухой климат.

Польза масла арганы для волос:

• Питает, увлажняет и смягчает каждый волосок изнутри
• «Спаивает» поврежденные кончики
• Ускоряет регенерацию поврежденных клеток и стимулирует рост волос
• Заметно сокращает их выпадение
• Хорошо впитывается, не утяжеляет, а наоборот сохраняет естественный объем прически
• Убирает шелушение кожи головы, чувство сухости и другие неприятные ощущения
• Сводит на нет перхоть и предупреждает ее появление
• Защищает локоны от вредного воздействия солнечных лучей
• Придает шелковистость, гладкость и естественный блеск

Аргановое масло для волос: применение

Современный рынок косметики богат на разнообразные средства для волос с ценным экстрактом: масла, шампуни, бальзамы, кондиционеры, маски, ампулы, сыворотки, филлеры, мисты, спреи и даже сухие шампуни. Самые популярные корейские марки, которые выпускают масло в чистом виде или добавляют его в рецептуру средств для волос — это Welcos, Mise en scene, Lador.

Но самым эффективным считается, конечно же, чистое масло арганы. Перепробовав разные способы применения арганы для волос, мы выделили несколько самых действенных.

Наносить на всю поверхность головы

В зависимости от длины волос возьмите 1-2 чайные ложки масла арганы, разогрейте его в ладонях и распределите по всем волосам от корней до кончиков. Аккуратно кончиками пальцев помассируйте кожу головы в течение нескольких минут. Накройте голову слоем полиэтилена, а сверху наденьте обычную теплую шапочку или специальную электрическую термошапку. Оставьте минимум на 30 минут. Так как масло обычно стоит довольно дорого, а расход при таком методе довольно не экономичный, рекомендуем по возможности держать средство дольше. Можно увеличить срок до 2-х часов или вообще оставить на всю ночь. Результат после такой процедуры превысит все ваши ожидания.

Смывается масло обычным способом, с помощью шампуня.

Наносить на секущиеся кончики

Распределите несколько капель масла на влажные кончики сразу после того, как вымыли голову. Не смывайте, высушите привычным способом. Волосы будут более послушными, гладкими и блестящими. Вы заметите, как секущиеся кончики буквально склеятся. Помимо этого ваши локоны будут надежно защищены от термо-воздействия, если вы пользуетесь феном, а также от вредного УФ-излучения.

Добавлять в домашние маски

Маска для волос с маслом арганы поможет восстановить локоны, придаст им невероятную гладкость и нежность шелка. При приготовлении домашней маски добавьте в нее 1-2 чайные ложки ценного экстракта.

Наносить пару капель на расческу

Нанесите пару капель масла на расческу и аккуратно расчесывайте волосы от корней до кончиков. Такая процедура не только улучшит внешний вид локонов, придав им гладкость и блеск, но и доставит приятное удовольствие. Этот метод можно усилить ароматерапией, добавив каплю вашего любимого эфирного масла.

Лучшие средства для волос с маслом арганы

Аргановое масло для волос Lador Premium Morocco Argan Oil

Встречайте универсальное масло для ухода за волосами от известного корейского бренда Lador. Средство изготовлено на основе органического арганового масла и не содержит вредных компонентов. Аргана восстанавливает волосы и оздоравливает кожу головы. Масла жожоба и оливковых косточек наполняют локоны необходимой влагой и препятствуют ее потере.

Средство не утяжеляет прическу, не создает жирной пленки, не ухудшает укладку, а наоборот, поддерживает естественный объем волос.

Маска для волос Welcos Confume Argan Treatment Hair Pack

Маска ухаживает за обезвоженными и поврежденными волосами, которые часто подвергаются сушке феном, окрашиванию и воздействию неблагоприятных факторов (УФ-лучи, перепады температуры). Подойдет для профилактики здоровых локонов. После первого же использования маски волосы лучше расчесываются, не пушатся, приобретают гладкость шелка и естественный блеск. При ежедневном применении маски пропадает сухость и ломкость, кончики перестают сечься.

Шампунь, бальзам, маска для волос Deoproce Argan Silky Moisture

Серия средств для волос оказывает восстанавливающее, разглаживающее и увлажняющее действие на локоны. Оздоравливает кожу головы: бережно отшелушивает старые частички кожи, стимулирует работу волосяных луковиц, благодаря чему ускоряется рост волос. После использования средств в комплексе тусклые и безжизненные волосы перестают сечься, выпадать, а укладка превращается в удовольствие.

Шампунь и кондиционер для поврежденных волос Mise-en-Scene Damage Care

Ежедневное применение шампуня и кондиционера позволит заметно улучшить внешний вид вашей шевелюры. Сухие и поврежденные волосы он наполняет жизненной энергией и влагой. Запечатывает чешуйки и заполняет пустоты. В результате локоны более упругие, сильные и приобретают красивый блеск. Ломкость и секущиеся кончики пропадают без следа.

Аргановое масло для волос высоко ценят женщины по всему миру. Оно способно подарить вашим локонам уход премиум-класса в домашних условиях и вполне может заменить дорогостоящие процедуры ламинирования и восстановления в салоне. Обязательно попробуйте одно из средств с ценнейшим эликсиром жизни! В нашем каталоге вы найдете лучшее из лучшего.

Будьте обворожительны!

Olaplex — Система защиты волос

Тонирующий шампунь Olaplex 4P для идеального блонда

Подробнее

ОФОРМЛЕННЫХ ЗАКАЗОВ

САЛОНОВ ПО ВСЕМУ МИРУ

* Цифры являются приблизительными.

Olaplex совместим с любым красителем и любой услугой в салоне.

Измените свое представление об уходе за волосами. Революционная Система Защиты Волос нового поколения — это всегда идеальный результат и здоровые волосы.

Olaplex покоряет мир во главе с одним из самых выдающихся колористов мира, Гай Тенгом. Смотрите, чтобы узнать больше о вдохновляющих проектах, которые Гай Тенг и Olaplex уже представили по всему миру.

Технология Olaplex была создана ведущими мировыми специалистами — докторами наук в области материаловедения и химии. Доктор Эрик Прессли (Dr. Eric Pressly) и доктор Крейг Хокер (Dr. Craig Hawker) сделали настоящее открытие — всего один активный ингредиент, без силиконов и масел, сульфатов и альдегидов. Он заново соединяет поврежденные дисульфидные связи в структуре волос до, во время и после химического воздействия и делает волосы значительно прочнее.

Позвольте себе насладиться совершенно новым качеством волос. Найдите салон Olaplex сегодня и ощутите, какими сильными и прочными станут ваши волосы уже после первого применения Системы Защиты Волос Olaplex.

Поддержите революцию Olaplex, предоставьте своим гостям принципиально новый уровень сервиса и заботы о волосах в салоне.

Физические свойства волос. Что делает волосы эластичными, эластичными… | by Beauty Tomorrow

Образовавшееся волокно больше не питается живой тканью, из которой оно образовалось. Кончик волос длиной 30 см (примерно два года роста) подвергается серии атак (солнце, сушка, мытье, расчесывание, влажность, загрязнение и т. Д.) И поэтому стареет, как любой материал, который изнашивается со временем.

Организация кератина в коре головного мозга позволяет волосу выдерживать вес около 100 г.Таким образом, прядь из 100 волосков выдерживает вес 10 кг. Что касается средней шевелюры, то она могла бы выдержать 12 тонн, если бы кожа головы была достаточно крепкой! Таким образом, стержень волоса обладает большим механическим сопротивлением благодаря своим эластичным свойствам. Эластичность позволяет стержню волоса растягиваться при вытягивании, а затем возвращаться к своей прежней длине или форме.

Экстензометр, используемый в лабораториях L’Oréal, позволяет измерять упругие свойства волокна. © L’Oréal Research

Использование экстензиометра, который постепенно вытягивает волосы со скоростью 1 см в минуту, позволяет точно изучить изменения, которые происходят до того, как они сломаются.При растяжении до 5% волосы становятся эластичными. Структура кератина – это то, что наделяет волосы этим свойством: альфа-спираль в их естественном состоянии, растяжение перестраивает их в синусоидальную структуру кератина. Когда растяжение прекращается, они возвращаются к своей исходной форме, как пружина, и волосы попадают в так называемую зону растекания: таким образом, их можно растянуть более чем на половину своей длины, прежде чем они сломаются. Во влажной атмосфере вода проникает и разрывает водородные связи кератина. Таким образом, кератиновые волокна удлиняются намного легче, чем в сухих условиях.Тогда напряжение, необходимое для деформации волос, будет меньше – свойство, используемое в парикмахерском искусстве.

Состояние поверхности волос зависит от кутикулы и влияет на другие свойства, такие как электрические свойства. Кератин обладает изолирующими свойствами, которые уменьшаются при увеличении содержания воды. Если натереть волосы, они создают статический электрический заряд. Также страдают фрикционные свойства: волосы сопротивляются трению из-за микроскопических чешуек на их поверхности и их ориентации.Архитектура чешуек обеспечивает высокую устойчивость к истиранию «неправильно», то есть от конца волоса к корню. Наконец, волосы обладают косметическими свойствами, сочетающими блеск, мягкость, легкость распутывания и расчесывания. Эти свойства зависят от состояния поверхности волосяного волокна: чем более гладкая и ровная поверхность, тем она ярче и мягче. С другой стороны, поврежденные волосы тусклые, чешуя трескается, а волосы жестче на ощупь.

Стержень волоса, видимый под электронным микроскопом, имеет характерную защитную оболочку, кутикулу, которая состоит из полностью ороговевших клеток, расположенных как черепица на крыше.© L’Oréal Research

Обзор оптических свойств человеческого волоса в возможной связи с развитием меланомы

1.

Введение

Иммиграционные и эпидемиологические исследования предоставляют убедительные доказательства того, что дети более уязвимы к воздействию солнца; солнечный ожог или чрезмерное пребывание на солнце в детстве могут привести к увеличению риска меланомы в более позднем возрасте. ^{1 – 6} Хотя различие кожи в детстве и взрослой жизни не дало объяснений этому феномену, ⁷ недавно была выдвинута гипотеза о том, что волосы у детей (пушковые волосы) обеспечивают эффективную передачу ультрафиолетовой (УФ) энергии. вдоль стержня, что может вызвать повреждение стволовых клеток в волосяном фолликуле, что в конечном итоге приведет к меланомам в более позднем возрасте. ^{8 , 9} Еще около трех десятилетий назад было замечено, что слегка пигментированные человеческие волосы действуют как естественные оптические волокна, которые могут передавать свет вдоль своих стержней к фолликулярному эпителию и дерме. ¹⁰ Десятилетие спустя было показано, что стержни человеческого волоса пропускают ультрафиолетовый свет в область колбы. ¹¹ Может ли пропускание УФ-излучения в стержнях волос повлиять на волосяные фолликулы и кожу, сильно зависит от их оптических свойств, особенно в УФ-области.Цели этой обзорной статьи: (1) провести обзор исследований оптических свойств человеческих волос в литературе и обсудить, могут ли текущие знания поддержать гипотезу; (2) предоставить подробные экспериментальные методы измерения и анализ, чтобы направлять исследователей в будущих исследованиях.

В этой статье сначала представлена ​​анатомия человеческого волоса, чтобы обеспечить необходимую основу для понимания его возможной связи с развитием меланомы (Раздел 2). Затем следует краткое введение в оптические свойства и экспериментальные методы измерения, используемые в биологических тканях (разд.3). В разделах 2 и 3 представлены биологические и оптические знания для следующих разделов. Раздел 4 является основной темой данной статьи. В нем представлен обзор новейших оптических исследований человеческого волоса, который включает детали подготовки образцов, экспериментальных методов, результатов и статистического анализа. Когда известны УФ-оптические свойства волос, изучение энергии излучения в области стволовых клеток от воздействия солнца имеет решающее значение для подтверждения гипотезы. Следовательно, разд. 5 рассматривает метод моделирования фотонов методом Монте-Карло (MC), используемый в исследованиях человеческих волос, и в общих чертах описывает его применение.Наконец, обсуждаются современные сведения об оптических свойствах человеческих волос в литературе, а также их возможный вклад в развитие меланомы; предлагается дальнейшая работа, необходимая для подтверждения гипотезы.

2.

Анатомия волос и ее связь с развитием меланомы

В этом разделе объясняется анатомия человеческого волоса, чтобы дать понимание возможного участия волос в развитии меланомы и предоставить биологическую основу для оптических исследований, которые будут представлены и обсуждается в пп.4–6.

2.1.

Анатомия волос

Стержень волоса в основном состоит из кератина (протеина). Он вырабатывается живой частью волос, называемой волосяным фолликулом, сложным миниорганом кожи. ¹² На рисунке 1 схематически показан волосяной фолликул. Кутикула – это самый внешний слой стержня волоса. Он полупрозрачный, поэтому позволяет свету проникать во внутренний слой коры головного мозга. Кора – это основная часть стержня волоса, содержащая продольно ориентированные клетки. ¹³ Медулла представляет собой вертикальный столбец горизонтальных ячеек, заполненных большими воздушными пространствами, в центре коры. ¹³ В коре волоса содержится два типа меланина: эумеланин и феомеланин. Известно, что светлые волосы (например, рыжие и светлые) содержат преимущественно феомеланин, тогда как эумеланин отвечает за темные волосы (например, черные и коричневые). ¹⁴ Меланин также может отсутствовать в седых волосах. Меланин отвечает за большую часть поглощения света, особенно на более коротких волнах (например,г., УФ-область). ¹⁵

Рис. 1

Схематическое изображение слоев кожи, содержащих терминальный и пушковый волосяной фолликул.

Веллус и терминальные волоски имеют различную морфологию. Веллус короткий (менее 2 мм от поверхности кожи), тонкий (до 30 мкм в диаметре), непигментированный или мало пигментированный. ^{16 , 17} По мере того, как люди достигают половой зрелости, из-за гормональных изменений некоторые пушковые волосы превращаются в терминальные. ¹⁶ Таким образом, у детей препубертатного возраста доля пушковых волос намного выше, чем у взрослых.В отличие от пушковых волос терминальные волосы жесткие и пигментированные, их длина и диаметр больше 2 мм и толще 60 мкм. ^{16 , 17} В отличие от пушковых волос, состоящих только из кутикулы и коры, терминальные волосы также содержат мозговое вещество, которое имеет высокие характеристики светорассеяния. ¹⁸ В целом анатомия волос предполагает, что УФ-излучение может проникать в пушковые волосы легче, чем терминальные. Кроме того, выпуклость во внешней корневой оболочке волосяного фолликула, в которой находятся стволовые клетки, расположена на расстоянии ~ 1200 мкм от обнаженной поверхности кожи в терминальных волосах, что более чем в три раза глубже, чем расположение выпуклости в пушковом волосе. , около 360 мкм, ¹⁹ означает, что стволовые клетки пушковых волосяных фолликулов менее защищены от воздействия солнца, чем терминальные волосяные фолликулы.

2.2.

Человеческие волосы и меланома

Не было обнаружено значительных различий в чувствительности кожи детей и взрослых к ультрафиолетовому излучению с точки зрения кожных реакций и анатомических структур, вызванных ультрафиолетом. ^{20 , 21} Однако была обнаружена положительная корреляция между заболеваемостью меланомой и количеством пушковых волосяных фолликулов. ⁸ Поскольку меланомы происходят из меланоцитов, а стволовые клетки, расположенные в области выпуклости волосяных фолликулов, обладают способностью дифференцироваться в меланоциты, ^{22 , 23} пушковые волосы предположительно передают УФ-энергию более эффективно, чем конечные волосы и повреждение стволовых клеток в волосяных фолликулах (из-за их уникальной морфологии).Предполагается, что кумулятивно поврежденные стволовые клетки потенциально могут стать меланоцитами и меланомами в более позднем возрасте. Эта гипотеза дополнительно подтверждается Fang et al. которые обнаружили, что меланомы содержат популяцию стволовых клеток. ²⁴

В качестве первого шага к доказательству гипотезы необходимо хорошо понять оптические свойства человеческого волоса (пушкового и концевого волоса). В частности, считается, что общие оптические свойства пушковых волос ответственны за большую глубину проникновения УФ-излучения, чем в терминальных волосах.

3.

Введение в оптические свойства тканей

В разделе 3 кратко представлены свойства, используемые для описания оптических характеристик биологических тканей, и различные методы измерения, которые формируют фундаментальные знания биомедицинской оптики для понимания следующих разделов.

Поглощение и рассеяние – это два явления, которые возникают при взаимодействии света с тканями. Оптические свойства используются для описания распространения света в тканях, которые обычно выражаются через коэффициент рассеяния μs, коэффициент поглощения μa, фазовую функцию рассеяния p и показатель преломления n. ²⁵ Коэффициенты поглощения и рассеяния обычно измеряются в миллиметрах, обратных величине, и обратная им величина представляет собой среднее расстояние, которое фотоны пройдут, прежде чем они будут поглощены или рассеяны в тканях. ²⁶ Фазовая функция рассеяния используется для описания углового распределения фотонов после однократного рассеяния. Когда многократное рассеяние происходит в толстых тканях, профиль рассеяния удобно описывать безразмерным параметром, фактором анизотропии g (средний косинус угла рассеяния), который характеризует картину рассеяния ткани своей асимметрией. ^{25 , 27} Приведенный коэффициент рассеяния μs ′ объединяет коэффициент рассеяния и фактор анизотропии как μs ′ = μs (1-g). Сумма коэффициентов поглощения и рассеяния называется коэффициентом ослабления μt, который определяет, как далеко свет может распространяться в тканях до рассеяния или поглощения. Показатель преломления описывает, как свет преломляется / изгибается, когда встречается на границе раздела между различными средами.

Оптические свойства биологических тканей могут быть рассчитаны путем преобразования наблюдаемых величин в стандартные параметры. ²⁷ Методы измерения подразделяются на две категории (прямые и косвенные). Прямые методы используют основные принципы света для расчета оптических свойств оптически тонких срезов ткани (однократное рассеяние) на основе измеренных величин, которые не предполагают использование модели переноса света в ткани. Например, коэффициент затухания образца можно рассчитать из измерения коллимированного пропускания с использованием закона Бера. ²⁸ Напротив, косвенные методы включают измерение таких величин, как диффузное отражение и пропускание, по которым оптические свойства оптически толстых срезов ткани (многократное рассеяние) могут быть определены путем решения «обратной задачи», основанной на модели переноса света в ткань. ^{27 , 29 – 31} Использование метода обратной MC для оценки оптических свойств тканей путем подгонки результатов моделирования к экспериментально измеренным величинам часто используется как косвенный метод. ^{32 – 34}

4.

Экспериментальное измерение оптических свойств волос

Человеческие волосы хрупкие, и их средний диаметр меньше, чем у некоторых обычных оптических волокон. Поэтому удерживать образец волос на месте для точных оптических измерений сложно. Оптические свойства человеческого волоса исследовались рядом групп. Среди них некоторые работы были в основном посвящены оптическим свойствам поверхности волос, ^{18 , 35 – 39} , тогда как другие способствовали изучению распространения света через волосы. ^{40 – 45} В этом разделе подробно объясняются экспериментальные исследования свойств распространения света волос.

4.1.

Подготовка образца

Чтобы гарантировать, что образцы волос не прикреплены к загрязнениям (например, грязи и маслу), которые могут повлиять на результаты измерения, образцы перед измерением очищаются этанолом или шампунем. ^{40 , 41} Для микроспектрофотометрии волос образцы помещают между предметным стеклом микроскопа и покровным стеклом ^{43 , 44} или устанавливают на предметное стекло с тремя отверстиями. ⁴⁰ Некоторые держатели образцов также можно использовать для закрепления волос и регулировки их положения и ориентации. ^{41 , 45} Показатель преломления волос человека составляет около 1,54, что выше, чем у воздуха. ⁴⁶ Итак, некоторые исследователи использовали жидкость для согласования показателя преломления, чтобы минимизировать потери света из-за поверхностного рассеяния при измерении, ^{43 – 45} , тогда как другие учитывали несовпадение показателя преломления в результатах измерения. ^{40 – 42} Когда в измерениях участвует ультрафиолетовый свет, необходимо использовать кварцевое предметное стекло вместо стеклянного, поскольку стекло поглощает ультрафиолетовое излучение и может маскировать спектральный результат.Следует отметить, что жидкость для согласования показателя преломления (монтажная среда) не должна разрушать образец волос и не поглощать УФ-излучение. ⁴⁰

Оптические свойства волос в поперечном (поперечном) направлении изучались большинством групп из-за относительно простых процедур подготовки образцов. ^{40 – 45} Напротив, свойства в продольном направлении волос редко исследовались из-за трудностей, связанных с получением плоского поперечного сечения волос и его точным расположением для освещения.Однако одна группа добилась этого, прикрепив правильно сколотые волосы к тонкой металлической проволоке, обмотанной двусторонним скотчем. ⁴¹ Несмотря на то, что существует несколько методов подготовки образцов волос с аккуратными поперечными сечениями в несколько этапов, включая использование монтажных сред (например, парафин и смола) и микротомное сечение, они технически более сложны и требуют много времени для реализации. ^{47 – 52} В одном случае было обнаружено, что волосы разного цвета, срезанные с микротома, были слишком короткими, чтобы различать показания спектрофотометрии. ⁴⁴ Кроме того, когда парафин используется в качестве закрепляющей среды, поскольку кератин волос тверже парафина, волосы могут расколоться, сломаться или сдвинуться внутри блока. ⁴⁸

4.2.

Методы измерения

Оптические свойства биологических тканей обычно измеряются с помощью интегрирующей сферы. ^{31 , 53} Однако человеческие волосы никогда не изучались с помощью этого метода из-за сложности точной фокусировки света на волосах внутри интегрирующей сферы.Тем не менее, с помощью этих методов были исследованы оптические характеристики волос некоторых относительно более крупных млекопитающих. ^{54 , 55} Вместо этого человеческие волосы в основном изучались с использованием общей конфокальной установки. ^{18 , 35 – 45}

Конфокальная установка для измерения коллимированного пропускания, показанная на рис. 2, была построена Харином и др. ⁴⁵ для изучения коэффициента затухания волос на черепе человека.Для исследования зависимости оптических свойств различных волосков от длины волны использовались пять лазерных источников с разными длинами волн в диапазоне от 409 до 1064 нм. Кроме того, в этой работе впервые в литературе была использована многопорядковая волновая пластинка для поворота поляризации света для изучения чувствительности оптических свойств к поляризации света.

Рис. 2

Принципиальная схема конфокальной установки, используемой для измерения коллимированного пропускания через волос: λ / 2, многопорядковая волновая пластинка с половинной лямбда; F1, а 20 × 0.Объектив микроскопа 4 NA; F2 – объектив с фокусным расстоянием 40 мм; F3, объектив с фокусным расстоянием 100 мм. Изображение воспроизведено с разрешения. ⁴⁵

Создание конфокальной установки для оптических измерений такого небольшого объекта может быть дорогостоящим и трудоемким, если начинать с нуля. В качестве альтернативы, учитывая преимущества точной фокусировки света на волосах с помощью оптического микроскопа, видеокамера и источник света, прикрепленные к оптическому микроскопу, в прошлом обычно использовались для изучения оптических свойств человеческого волоса. ^{40 , 42 – 44} Микроспектрофотометр Craic и спектрофотометр Jasco – это два современных прибора, представленных на рынке, которые можно использовать для изучения оптических свойств материалов на микромасштабах. ^{56 , 57} Это мощные, но дорогие устройства, сочетающие в себе методы микроскопии и спектрофотометрии, обеспечивающие измерение диапазона пропускания, поглощения и отражения в УФ – видимом – ближнем ИК диапазонах для областей отбора проб размером всего 10 мкм × 10 мкм. ⁵⁷ При микроспектрофотометрических исследованиях волос падающий свет фокусировался до размера, меньшего, чем диаметр человеческого волоса, чтобы получить спектры поглощения или пропускания образцов волос. ^{40 , 43 , 44} Для получения точных графиков спектров требовалось сканирование в темноте и эталонное сканирование во время измерения. При заданной длине волны коэффициент пропускания T, например, рассчитывается по формуле. (1), где ID – показание в темноте, измеренное детектором, когда источник света выключен, а ИК – эталонное показание, когда образец волос отсутствует на пути света; Ihair – это показание, когда образец волос находится на месте.Чтобы уменьшить неопределенность результата для каждого волоса, Ihair был определен путем усреднения нескольких измерений по длине стержня волоса ^{40 , 43 , 45}

Ур. (1)

T = Ihair-IDIR-ID.

Из измерения коэффициента пропускания, коэффициенты ослабления волос были оценены с использованием закона Бера, как показано в уравнении. (2), где L – толщина материала. ^{43 , 45} Диаметр образцов волос был удобно измерен с помощью видеокамеры, установленной на микроскоп. ^{42 , 43 , 45}

Ур.(2)

мкТл = −− ln TL.

Однако, предполагая, что измеренный проходящий свет является коллимированным, коэффициенты ослабления были занижены. Другим ограничением проведения только измерения коэффициента пропускания является сложность самостоятельного отличия коэффициентов поглощения и рассеяния от коэффициента затухания. Вместо того, чтобы рассчитывать коэффициент затухания по закону Бера, Башкатов и др. ⁴² использовали аналогичный подход с использованием цифровой видеомикроскопической системы.Были получены и проанализированы изображения волос в режимах отражения и пропускания микроскопа. По цветным изображениям стержней волос оценивали их коэффициенты поглощения и приведенного рассеяния с помощью метода обратной МК. Показания белой и черной бумаги использовались в качестве эталона и фонового сигнала при измерении коэффициента отражения, в то время как показания прозрачного стекла использовались в качестве эталона при измерении коэффициента пропускания.

Показатель преломления волос на коже головы был определен путем увеличения показателя преломления среды для закрепления волос с небольшими интервалами до тех пор, пока они не совпали, и в этом случае волосы становились невидимыми под просвечивающим микроскопом. ^{46 , 58} Wang et al. ⁴¹ использовал метод оптической низкокогерентной рефлектометрии (OLCR) для исследования показателя преломления волос на черепе человека на длине волны 850 нм. Различные стержни отдельных волос сканировались как в продольном, так и в поперечном направлении. Показатель преломления волос рассчитывался как отношение длины сканирования эталонного зеркала в результате OLCR и физической длины стержня волоса. Хотя коэффициенты ослабления не были представлены в этом исследовании, они были оценены Харином и соавт. ⁴⁵ с использованием закона Бера, основанного на величине сигналов помех на графике OCLR.

4.3.

Оптические характеристики волос

Уэллс заметил, что седые волосы действуют как естественное оптическое волокно, пропускающее свет вдоль стержня волоса. ¹⁰ Изображение волос с помощью просвечивающего микроскопа в его работе показало, что кора волоса ведет себя как сердцевина оптического волокна, позволяя проходить свету. В отличие от коры, наполненный воздухом продолговатый мозг в центре ствола казался темным, что означало, что через эту область не проходил свет.Уэллс также указал, что цвет волос является наиболее важным фактором, влияющим на передачу света вдоль стержня: темно-пигментированные коричневые волосы пропускают мало света или не пропускают никакого света. Хотя никаких соответствующих оптических свойств волос не сообщалось, эти результаты были подтверждены другими более поздними исследованиями, в которых были представлены числовые значения. ^{41 – 43 , 45} Эти исследования показывают, что сильно пигментированные коричневые и черные волосы, как и ожидалось, имеют самые высокие коэффициенты поглощения и ослабления, тогда как слабопигментированные или непигментированные светлые и седые волосы имеют наименьшее ( и незначительные) значения. Среди этих исследований Харин и соавт. ⁴⁵ продемонстрировали, что коэффициент ослабления в мозговом веществе был значительно выше, чем в корковом веществе, особенно в светлых и седых волосах. Это объясняет, почему кора седых волос выглядела чрезвычайно яркой, в то время как мозговое вещество выглядело полностью темным в исследовании Уэллса. В отличие от других методов измерения и анализа, Башкатов и др. ⁴² различают коэффициенты поглощения и приведенные коэффициенты рассеяния. ⁴² Однако у слегка пигментированных светлых и седых волос был значительно более высокий приведенный коэффициент рассеяния, что несовместимо с результатами Ванга. ⁴¹ Такое большое несоответствие результатов может быть связано с тем, что образцы волос с мозговым веществом и без него изучались двумя исследовательскими группами соответственно. Помимо зависимости оптических свойств волос от их цвета и наличия мозгового вещества, коэффициенты затухания, поглощения и пониженного рассеяния увеличиваются с уменьшением длины волны. ^{42 , 45} Кроме того, разница между оптическими свойствами сильно и слабо пигментированных волос увеличивается с уменьшением длины волны. ^{42 , 45} Эти соотношения можно увидеть из результатов Харина и др. На рис. 3. ⁴⁵ Этот наблюдаемый результат в первую очередь связан с тем, что коэффициенты поглощения и рассеяния меланина постепенно становятся больше. значимо по мере уменьшения длины волны. ^{59 , 60} Следовательно, предполагается, что разница между оптическими свойствами (коэффициентами поглощения и рассеяния) сильно и непигментированных волос (например,g., концевые и пушковые волосы) будут иметь максимум в УФ-диапазоне длин волн. Это означает, что УФ-лучи должны проникать в пушковые волосы глубже, чем в терминальные.

Рис. 3

Коэффициент ослабления человеческих волос разного цвета. Данные получены из Kharin et al., ⁴⁵ Lin et al., ⁴³ и Wang et al. ⁴¹ Свойства образцов черных и светлых волос измеряются в продольном направлении, а остальные данные измеряются в поперечном направлении.

Коэффициент ослабления является наиболее часто описываемым свойством человеческих волос в литературе, поскольку его можно легко оценить, применив закон Бера. На рисунке 3 показаны сводные данные о коэффициенте затухания волос разного цвета на разных длинах волн, полученные в трех исследовательских группах. ^{41 , 43 , 45} Таблица 1 суммирует различные экспериментальные факторы (различные образцы волос, экспериментальные методы, направления измерения и условия согласования показателя преломления) в этих исследованиях, которые могут привести к разница видна в их результатах.Коэффициент ослабления черных волос на длине волны 700 нм, определенный Lin et al. № ⁴³ несовместима с зависимостью черных волос от длины волны, наблюдаемой в работе Харина и др. ⁴⁵ Это несоответствие, вероятно, связано с присутствием мозгового вещества, поскольку сильное рассеивающее действие мозгового вещества может способствовать общему коэффициенту ослабления волос. Кроме того, различная морфология волос на коже головы и на теле может привести к различным оптическим свойствам.Напротив, коэффициент ослабления черных волос, сообщенный Wang et al. ⁴¹ снова отличается от двух других исследований. Один факт заключается в том, что Ван и др. ⁴¹ выполнил измерение в воздухе, в котором эффект рассеяния на поверхности учитывается в общем коэффициенте затухания. Кроме того, черные и светлые волосы были измерены в продольном направлении Wang et al., ⁴¹ , тогда как остальные были измерены в поперечном направлении. Коэффициент затухания рыжих волос, измеренный в поперечном направлении, неожиданно намного выше, чем у черных волос на той же длине волны, оба определения Wang et al. ⁴¹ Слишком рано делать твердый вывод о том, что оптические свойства различаются в поперечном и продольном направлениях, поскольку другие переменные, такие как методы измерения и образцы волос, могут влиять на опубликованные результаты.

Таблица 1

Краткое изложение экспериментальных факторов при изучении коэффициента ослабления человеческих волос. 41,43,45 Детали образцов волос, использованных Wang et al. не сообщается.

	Образец волос	Экспериментальный метод	Направление измерения	Согласование показателя преломления
Харин и др. 45	Немедуллированные волосы на коже головы	Измерение коллимированного коэффициента пропускания	Поперечное	Да
Lin et al. 43	Мозговые волосы на теле	Микроспектрофотометрия	Поперечная	Да
Wang et al. 41	–	OLCR	Поперечные и продольные	№

Ожидается, что самый низкий коэффициент ослабления будет наблюдаться в коре светлых волос, поскольку он в основном содержит феомеланин.Коэффициент ослабления коры волос в исследовании Харина и др. Показывает экспоненциальную зависимость от длины волны. На основании современных данных считается, что кора светлых волос на голове в основном близка к корковой части пушковых волос. Поэтому мы экстраполируем коэффициент затухания коры светлых волос на длине волны 350 нм, чтобы он составлял 26 см-1. Предполагая, что поглощение преобладает над рассеянием в коре светлых волос, мы оценили его глубину проникновения (на длине волны 350 нм) в 376 мкм, используя закон Бера, который примерно в шесть раз глубже, чем у светлой кавказской кожи. № ⁶¹ означает, что УФ-излучение может проникать гораздо глубже в пушковые волосы, чем в кожу. Вклад пушковых волос в доставку УФ-энергии необходимо проверить путем определения УФ-оптических свойств пушковых волос.

Как представлено Barrett et al., ⁴⁰ , спектры поглощения (от 200 до 700 нм) волос на коже головы разного цвета имеют максимум в диапазоне длин волн от 300 до 400 нм. Однако не сообщалось о численных значениях оптических свойств волос, и графики спектров поглощения не имели шкалы для сравнения. В другом спектрофотометрическом исследовании красных и коричневых волос спектры поглощения (от 400 до 800 нм) волос у рыжеволосых людей заметно отличались от спектров у шатенок, но оба имели максимум на длине волны около 440 нм. ⁴⁴ Напротив, спектры поглощения меланина, выделенного из красных и черных волос, непрерывно уменьшались в диапазоне длин волн от 270 до 700 нм; в то время как более заметное снижение наблюдалось в рыжих волосах. ⁶² Гринвелл и др. ⁴⁶ обнаружили, что независимо от возраста, пола и расы показатель преломления кутикулы волос незначительно варьируется от 1,543 до 1,554. Как было отмечено в этом исследовании, у женщин и детей одинаковые значения показателя преломления, которые, как правило, выше, чем у мужчин.Напротив, Wang et al. ⁴¹ показали, что показатели преломления кортикальных областей волос находятся в диапазоне от 1,56 до 1,59.

Исследования в литературе до сих пор в основном изучали влияние цвета на оптические свойства волос кожи головы в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Кроме того, исследованные волосы были в основном взрослыми терминальными волосами, и очень мало исследований проводилось на детских волосах и не проводилось на пушковых волосах. В общем, современные знания об оптических свойствах волос не могут предоставить достаточно доказательств, чтобы поддержать нашу гипотезу.

4.4.

Статистический анализ

Анатомия человеческого волоса зависит от цвета, возраста, пола, расы и местонахождения тела. Достижение статистически значимых оптических свойств требует значительного объема работы. Статистически значимые результаты показателя преломления волос на коже головы человека (2529 волос у 97 человек) были получены Grenwell et al., Принимая во внимание различные расы, пол и возраст. ⁴⁴ Разброс результата составил около 1%.Точно так же большое количество образцов (1080 волос от 54 шатенков, 420 волос от 21 рыжеволосого человека) было использовано в исследовании Николлса для определения их спектров поглощения. Wang et al. также исследовали показатель преломления кортикальной области (коркового и мозгового вещества) в продольном направлении волос на коже черепа. ⁴¹ Однако данные о волосах и количестве образцов не сообщаются. Харин и др. использовали пять образцов волос от одного человека с разным цветом волос (черный, светло-коричневый, серый и светлый). ⁴⁵ В этом исследовании возраст и пол людей не были указаны. В исследовании Башкатова и др. Было использовано более 30 образцов волос от 10 человек. ⁴² В статье указаны возраст, пол и цвет волос. Barrett et al. также использовали пять образцов волос натуральной кожи головы, каждая из семи цветовых групп (каждая группа состояла из 1–5 человек), чтобы изучить изменение их спектров поглощения из-за различных уровней коричневого и светлого цветов. ⁴⁰ Однако никакой другой информации о характеристиках образцов волос предоставлено не было.В исследовании Лин и соавторов для определения коэффициента ослабления волос на теле человека использовалось около пяти образцов волос на теле примерно 45 человек. ⁴³ В этом исследовании был рассчитан средний коэффициент затухания волос разного цвета (каштановый, коричневый и черный), разного пола, участков тела (спина, предплечье, бедро, голень, плечо и т. Д.) И возраста ( 21–61). Однако из-за случайности измеренных образцов и нескольких цветов задействованных образцов волос статистическая дисперсия более значительна, чем волосы на голове, как это видно из таблицы 2.В таблице 2 представлены сводные данные об оптических свойствах черных волос и их стандартном отклонении для длин волн от 600 до 700 нм.

Таблица 2

Сводка оптических свойств черных волос в поперечном направлении и их стандартное происхождение 42,43,45

	Длина волны (нм)	Оптические свойства (см − 1)	Стандартное происхождение (±)
Башкатов и др. 42	600	28.5a	6,3
		37,5b	18,8
Харин и др. 45	633	250c	20
Lin et al. 43	700	277d	111

В литературе влияние пола, возраста, расы и, что более важно, типа волос на оптические свойства волос глубоко не исследовалось. Поскольку пушковые и терминальные волосы существуют на разных участках человеческого тела, и их морфология сильно различается, если нужно исследовать волосы на теле человека, цвет, тип и расположение волос являются основными категориями, которые следует учитывать в любом будущем статистическом анализе. .

5.

Перенос света в волосах

Стволовые клетки расположены на расстоянии ∼360 и 1200 мкм от открытой поверхности кожи в пушках и терминальных волосяных фолликулах, соответственно. Изучение значения плотности лучистой энергии в этих местах из-за воздействия солнца может предоставить больше информации и доказательств в поддержку гипотезы. Метод МК для моделирования распространения фотонов в биологических тканях считается золотым стандартом. ^{63 – 66} Поскольку статистический подход к переносу света в тканях основан на том факте, что фотоны демонстрируют «случайное блуждание», когда они распространяются в среде, которая включает в себя рассеяние и поглощение.Передача энергии и лучистая энергия в волосяном фолликуле и коже за счет воздействия света были смоделированы с использованием метода MC для применения эпиляции (удаления волос). ^{67 – 70} На рисунке 4 показана схема принципа использования моделирования MC для определения воздействия энергии, выделяемой на волосяной фолликул от луча рубинового лазера. ⁶⁷

Рис. 4

Схема принципа моделирования фотонов методом Монте-Карло в коже и волосяном фолликуле.Изображение воспроизведено с разрешения. ⁶⁷

Широкополосные источники света, излучающие полихроматический свет с различной интенсивностью на разных длинах волн, также широко используются для эпиляции. Принцип этого метода заключается в выборе подходящей длины волны, длительности импульса и плотности энергии (излучения) от широкополосного источника света для повреждения стволовых клеток волосяных фолликулов (для постоянного удаления волос) с наименьшим воздействием на окружающие ткани (выборочное фототермолиз).Однако, поскольку метод MC требует ввода оптических свойств тканей (эпидермиса, дермы и волос), которые сильно зависят от длины волны, поэтому их нельзя усреднить по диапазону спектра источника света. По этой причине реализация моделирования фотонов MC для тканей, подверженных воздействию света с различными длинами волн, является сложной задачей. ^{68 , 69} Для решения этой проблемы Ash et al. ⁶⁹ запускал моделирование фотонов MC одновременно для каждой длины волны, составляющей спектр широкополосного источника света.Напротив, Sun et al. ⁶⁸ применил метод взвешенного по спектральной интенсивности для оценки эффективных коэффициентов поглощения и рассеяния тканей. В таблице 3 приведены оптические свойства волос, описанные в их публикациях. Однако оптические свойства волос, эпидермиса и дермы в их численной модели были лишь оценками. Коэффициенты поглощения и рассеяния волос оценивали, принимая содержание меланина и воды равным 0,3 и 0,25 соответственно. ⁶⁸ Температура волосяного фолликула при моделировании была подтверждена путем измерения значений температуры в двухслойном кожном фантоме из агарового геля с использованием термопары. ⁶⁸ Модель кожи из агарового геля, имеющая те же оптические свойства, что и кожа, была получена путем растворения гранулированного агара, красителей и молока в кипящей дистиллированной воде. Несоответствие показателей преломления волос и кожи было принято во внимание при моделировании Эша и др. ^{69 , 70} Теоретически моделирование фотонов MC в волосах требует знания их коэффициента поглощения, коэффициента рассеяния, показателя преломления и фактора анизотропии.Однако экспериментально определить все свойства сложно из-за небольшого размера волос. Кроме того, неоднородные структуры волос затрудняют реалистичное моделирование фотонов. Поэтому обычно предполагаются показатель преломления и фактор анизотропии волос, и волосы часто просто моделируются как цилиндр при моделировании MC. ^{67 – 70}

Таблица 3

Сводка оптических свойств волос, используемых в моделировании MC.68–70 Коэффициенты поглощения и рассеяния волос не указаны в публикации Ash et al.

	Коэффициент поглощения (см − 1)	Коэффициент рассеяния (см − 1)	Показатель преломления	Фактор анизотропии
Sun et al. 68	36,61	13,45	1,37	0,79
Ash et al. 69 , 70	–	–	1.7	0,789

Волосы, как и кожа, также могут быть повреждены УФ-лучами. Например, длительное пребывание на солнце может привести к появлению секущихся кончиков, ломкости, сухости и потускнению цвета волос из-за процессов фотостарения и фотодеградации. ^{71 – 73} В последнее время все больше внимания уделяется влиянию солнечных лучей на внешний вид волос на коже головы. На рынке доступно несколько солнцезащитных кремов, которые можно использовать для волос (как на теле, так и на коже головы). ^{73 – 77} В отличие от кожи стержень человеческого волоса неживой, и канцерогенез внутри волоса невозможен. Если человеческие волосы повреждаются под воздействием солнца, они будут заменены новыми отросшими волосами в следующем цикле роста волос. Поэтому отсутствие защиты волос от ультрафиолета не кажется опасным для жизни. Однако, если стержни волос действуют как среда, передающая УФ-излучение, и потенциально могут вызвать повреждение волосяного фолликула и кожи, что приводит к раку кожи, разработка солнцезащитных кремов, обеспечивающих эффективную фотозащиту кожи и волос, становится необходимой; и стоит изучить эффективность существующих солнцезащитных кремов для волос.

6.

Заключительные замечания

Оптические свойства человеческого волоса чаще всего изучаются с помощью оптических спектральных измерений на основе оптического микроскопа. Эти исследования показали, что оптические свойства человеческих волос сильно зависят от типа и концентрации меланина, содержащегося в стержнях волос, местоположения волос, наличия мозгового вещества и измеряемой длины волны. Хорошо известно, что темные волосы с преобладанием эумеланина имеют более высокие коэффициенты поглощения и рассеяния, чем светлые волосы с преобладанием феомеланина.Оптические свойства (коэффициент поглощения, пониженный коэффициент рассеяния и коэффициент ослабления) волос увеличиваются с уменьшением длины волны, что означает, что через волосы передается меньше фотонов на более коротких длинах волн. Это явление гораздо более выражено для темных волос. Поэтому, основываясь на уникальной морфологии пушковых волос (отсутствие мозгового вещества и небольшое количество меланина или его отсутствие), экстраполировано, что УФ-излучение проникает глубже в слегка или непигментированные пушковые волосы, чем в сильно пигментированные концевые волосы.Однако исследования в литературе сосредоточены только на изучении оптических свойств волос на черепе человека (конечных волос) в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн; Итак, современные знания об оптических свойствах волос не могут предоставить достаточно доказательств, чтобы поддержать нашу гипотезу. Следовательно, необходимо изучить оптические свойства пушковых волос в УФ-диапазоне; Пропускают ли пушковые волосы больше ультрафиолетового излучения, чем терминальные волосы, еще предстоит выяснить.

Поскольку структуры коры и мозгового вещества анизотропны, оптические свойства волос в поперечном и продольном направлениях могут значительно отличаться.Если они разные, то то, может ли свет распространяться вдоль стержня волоса, зависит, главным образом, от оптических свойств в продольном направлении. Свойства стержней волос в продольном направлении требуют дальнейшего исследования, что потребует надлежащей подготовки образцов волос, точного оборудования и статистического анализа результатов. Кроме того, было обнаружено, что кора волоса имеет гораздо более низкий коэффициент ослабления, чем мозговое вещество, которое представляет собой сильно рассеивающую структуру в центре стержня волоса, что подразумевает, что свет в основном распространяется в коре головного мозга.Возможно, что УФ-излучение проникает через кутикулу пушковых волос со всех сторон и распространяется в коре волосяных стержней глубже в область фолликула. Часть прошедшего света затем рассеивается к стволовым клеткам, возможно, вызывая повреждение этих клеток. Кумулятивно поврежденные стволовые клетки могут в более позднем возрасте стать меланоцитами и меланомами. Если эта гипотеза подтвердится, это может показать, почему дети более уязвимы к воздействию солнца, и, как следствие, повышенная заболеваемость меланомой, наблюдаемая у взрослых, которые пережили чрезмерное пребывание на солнце или солнечные ожоги в детстве.Это также объяснит положительную корреляцию между заболеваемостью меланомой и количеством пушковых волосяных фолликулов.

У детей младше 10 лет наблюдается заметная доля «пушковых» волос на коже головы, а их концевые волоски на коже головы обычно тоньше, чем у взрослых. ^{78 , 79} Таким образом, исследователям было бы удобнее изучать волосы на коже головы детей, чем тонкие и короткие пушковые волосы на теле. Широкие вариации оптических свойств волос указывают на то, что для надежных сравнений необходимо проводить статистически значимые измерения свойств волос.

Поскольку кожа человека подвергается воздействию солнечного света, энергия может проникать не только через кожу, но и через волосы. Изучение и сравнение лучистой энергии в областях выпуклости волосяных фолликулов с использованием моделирования фотонов MC может предоставить доказательства в поддержку гипотезы. Это также позволит нам визуализировать вклад волос в процесс передачи энергии. Результаты этого исследования могут способствовать предотвращению меланомы.

Раскрытие информации

Конфликт интересов не раскрывается.

Благодарности

Авторы выражают признательность за докторскую стипендию, предоставленную Оклендским технологическим университетом за это исследование.

Ссылки

1.

К. Д. Холман и Б. К. Армстронг, «Злокачественная меланома кожи и индикаторы общего накопленного воздействия солнца: анализ, разделяющий гистогенетические типы», J. Natl. Онкологический институт, 73 (1), 75 –82 (1984). https://doi.org/10.1093/jnci/73.1.75 ADCHAKJNCIEQ 0003-9888 Google Scholar

2.

P. Autier et al., «Риск меланомы и проживание в солнечных местах. Кооперативная группа EORTC Melanoma. Европейская организация по исследованию и лечению рака », Br. J. Рак, 76 (11), 1521 г. –1524 (1997). https://doi.org/10.1038/bjc.1997.588 BJCAAI 0007-0920 Google Scholar

5.

Д. Р. Инглиш и Б. К. Армстронг, «Выявление людей с высоким риском кожной злокачественной меланомы: результаты исследования случай-контроль в Западной Австралии», Br.Med. J. (Clin. Res. Ed.), 296 (6632), 1285 (1988). Google ученый

17.

У. Блюм-Пейтави, Д. А. Уайтинг и Р. М. Труэб, Рост и нарушения волос, Springer Science & Business Media, Берлин (2008). Google ученый

18.

S. Nagase et al., «Влияние внутренних структур волосяного волокна на внешний вид волос. I. Рассеяние света от пористой структуры мозгового вещества человеческого волоса », J. Cosmet. Наук, 53 (2), 89 –100 (2002).1525-7886 Google Scholar

23.

H. Yu et al., «Стволовые клетки с характеристиками нервного гребня, полученные из области выпуклости культивируемых волосяных фолликулов человека», J. Invest. Дерматол., 130 (5), 1227 –1236 (2010). https://doi.org/10.1038/jid.2009.322 JIDEAE 0022-202X Google Scholar

26.

С. А. Прахл, «Легкий транспорт в тканях», Остин (1998). Google ученый

27.

W.-F. Чеонг, С.А. Прахл и А. Дж. Велч, «Обзор оптических свойств биологических тканей», IEEE J. Quantum Electron., 26 (12), 2166 –2185 (1990). https://doi.org/10.1109/3.64354 IEJQA7 0018-9197 Google Scholar

30.

А. Дж. Велч и М. Дж. Ван Гемерт, Оптико-термический отклик ткани, облученной лазером, Спрингер, Нью-Йорк. (2011). Google ученый

32.

M. Friebel et al., «Определение оптических свойств крови человека в спектральном диапазоне от 250 до 1100 нм с использованием моделирования методом Монте-Карло с зависимыми от гематокрита эффективными фазовыми функциями рассеяния», Дж.Биомед. Опт., 11 (3), 034021 (2006). https://doi.org/10.1117/1.2203659 JBOPFO 1083-3668 Google Scholar

34.

Саломатина Е. и др., «Оптические свойства нормальной и раковой кожи человека в видимом и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне», J. Biomed. Опт., 11 (6), 064026 (2006). https://doi.org/10.1117/1.2398928 JBOPFO 1083-3668 Google Scholar

38.

Р. Ф. Стамм, М. Л. Гарсия и Дж. Дж. Фукс, «Оптические свойства человеческого волоса I.Основные положения и кривые гониофотометра », J. Soc. Космет. Chem., 28 (9), 571 (1977). JSCCA5 Google Scholar

39.

Р. Ф. Стамм, М. Л. Гарсия и Дж. Дж. Фукс, «Оптические свойства человеческого волоса II. Блеск волосяных волокон » J. Soc. Космет. Chem., 28 (9), 601 (1977). JSCCA5 Google Scholar

42.

Башкатов А.Н. и др., «Оптические свойства стержней волос, оцененные с помощью цифровой видеомикроскопической системы и обратного метода Монте-Карло», в Int.Symp. по биомедицинской оптике, 1 –9 (2002). Google ученый

47.

А. Дуглас, «Новый метод поперечного сечения волос крупных млекопитающих», S. Afr. J. Wildl. Res.-24-месячный отложенный открытый доступ, 19 (2), 73 –76 (1989). Google ученый

56.

Г. Калюжный и др., «УФ / видимая спектроскопия монослоев металлопорфирина и металлофталоцианина, самоорганизующихся на ультратонких пленках золота», J. Phys. Chem. В, 104 (34), 8238 –8244 (2000).https://doi.org/10.1021/jp0010785 JPCBFK 1520-6106 Google Scholar

57.

С. Уолкбридж-Джонс, «Микроспектрофотометрия для измерения цвета текстильных волокон», Идентификация текстильных волокон, 165 –180 CRC Press, Бока-Ратон, Флорида (2009). Google ученый

58.

E. M. Chamot и C. W. Mason, Handbook of Chemical Microscopy, John Wiley and Sons, New York (1938). Google ученый

59.

H.Ван де Хюльст, Рассеяние света малыми частицами, 127 Дувр, Нью-Йорк (1981). Google ученый

61.

Р. Андерсон и Дж. Пэрриш, «Оптические свойства кожи человека». Наука фотомедицины, 147 –194 Спрингер, Нью-Йорк (1982). Google ученый

72.

К. Р. Роббинс С. Р. Роббинс, Химическое и физическое поведение человеческих волос, Спрингер, Нью-Йорк. (2002). Google ученый

73.

Дж. Саногейра и Т. Руссо, «Солнцезащитный крем для волос и волос на коже головы», Патенты Google, Патент США № 61B1 (2001).

74.

Дж. П. Чауделли и Э. Бранд, «Солнцезащитная композиция для защиты волос», Патенты Google, Патент США № 4567038A (1986).

75.

C. D. Vaughan, «Солнцезащитные композиции, устойчивые к ультрафиолету», Google Patents, патент США № 5208011A (1993).

76.

М. Э. Намбудири и В. Н. Коллур, «Солнцезащитные композиции, содержащие понгомол», Google Patents, U.Патент № 5152983A (1992).

77.

Дж. Ф. Гроллиер и др., «Косметическая композиция, содержащая алоэзин в качестве агента для защиты от солнечного света и его использование для защиты кожи и волос», Патенты Google, Патент США № 4656029A (1987).

Биография

Сиюн Хуан в настоящее время является докторантом Института биомедицинских технологий Оклендского технологического университета. Его исследования включают характеристику оптических свойств тканей человека (особенно в ультрафиолетовом диапазоне длин волн), исследование меланомагенеза стволовых клеток волосяных фолликулов человека и моделирование переноса света в биологической ткани методом Монте-Карло.

Майкл Д. Протеро – руководитель программы и старший преподаватель кафедры машиностроения Оклендского технологического университета. Его преподавательские и исследовательские интересы включают термодинамику, теплопередачу и технику управления.

Ахмед М. Аль-Джумали в настоящее время является профессором биомеханической инженерии в Институте биомедицинских технологий Оклендского технологического университета, Новая Зеландия. Он является членом 11 международных профессиональных обществ.Он является главным редактором журнала ASME «Инженерия и наука в области медицинской диагностики и терапии» и серии монографий ASME «Биомедицинские и наномедицинские технологии» . Он опубликовал более 300 статей в международных журналах и материалах конференций в области биомедицинских приложений.

Шарад П. Пол – директор клиники кожной хирургии, адъюнкт-профессор Оклендского технологического университета и старший преподаватель (рак кожи и хирургия) в университетах Квинсленда и Окленда, соответственно.Его научные интересы лежат в области кожной хирургии, кожной онкологии и биомеханики кожи. Он получил множество наград, в частности, Международную премию Ко Аватеа за лидерство в улучшении здоровья в глобальном масштабе в 2015 году.

Эндрю Н. Чалмерс в настоящее время является почетным научным сотрудником Института биомедицинских технологий Оклендского университета. of Technology, Новая Зеландия. Ранее он преподавал в Технологическом институте Манукау в Окленде и в Натальском университете в Дурбане, Южная Африка.Его докторская степень была присуждена последним университетом в 1989 году. Он проявляет большой интерес к оптической инженерии, особенно к визуальным и биологическим эффектам света и излучения.

Нанесение нанокристаллов куркумина на волосяные фолликулы: влияние свойств состава на эффективность проникновения

Нанокристаллы – это универсальный подход к составлению рецептур для улучшенной доставки лекарств из плохо растворимых в воде лекарственных веществ. Помимо перорального применения, также возможно местное нанесение нанокристаллов, поскольку повышенная кинетическая растворимость нанокристаллов приводит к увеличению градиента концентрации, что способствует пассивному проникновению через кожу.Нанокристаллы также перспективны для доставки лекарственных веществ в волосяной фолликул. После проникновения в волосяной фолликул нанокристаллы могут образовывать депо, из которого активное вещество попадает в волосяной фолликул. Таким образом, обеспечивается длительная и очень эффективная доставка лекарств через кожу. Эффективность нанокристаллов проникать в волосяные фолликулы и влияние носителя, в котором суспендированы нанокристаллы, еще не исследовались. Таким образом, в этом исследовании нанокристаллы куркумина размером около 300 нм были получены и включены в гели с различными свойствами.Эффективность проникновения в волосяные фолликулы, а также пассивное проникновение через кожу оценивали на модели уха свиньи ex vivo. Нанокристаллы эффективно захватывались волосяными фолликулами и достигли нижней части воронки. Эта область оптимальна для эффективной доставки лекарств, поскольку барьер нижнего воронки не полностью развит и, следовательно, более проницаем, что приводит к менее затрудненной пассивной диффузии лекарственных веществ. На эффективность проникновения нанокристаллов в волосяные фолликулы не влияли различные типы носителей, которые представляли собой олеогели или гидрогели, которые различались по вязкости, а также по типу и концентрации гелеобразующего агента.Все гели обладают текучестью при разжижении при сдвиге, и предполагается, что все гели разжижаются во время массажа кожи, что приводит к таким же низким вязкостям, как у водной наносуспензии, и, таким образом, к аналогичным результатам проникновения. Пассивное проникновение куркумина через кожу было разным для разных гелей, и основной параметр, приводящий к хорошей пассивной диффузии, был обусловлен хорошими увлажняющими свойствами носителя. Наилучшее пассивное проникновение было достигнуто у гидрогелей, содержащих увлажнитель.Однако добавление увлажнителя снизило эффективность проникновения нанокристаллов в волосяной фолликул. Таким образом, полученные на сегодняшний день данные свидетельствуют о том, что нацеливание на волосяные фолликулы с помощью нанокристаллов, суспендированных в воде или простых гелях, истончающихся при сдвиге, очень эффективно. Однако добавление других вспомогательных веществ, например увлажнители для этих транспортных средств могут вызвать изменения в профилях проникновения. Чтобы понять эти наблюдения более подробно, необходимы дополнительные исследования в этом отношении.

Сравнение структурных и химических свойств меланосом черных и рыжих человеческих волос¶

Меланосомы черных и рыжих человеческих волос изолированы и охарактеризованы с помощью различных химических и физических методов.Различные выходы 4-амино-гидроксифеноланалина при HI-гидролизе (маркер феомеланина) и пиррол-2,3,5-трикарбоновой кислоты при окислении KMnO ₄ / H ^{(маркер для эумеланина) указывают на то, что меланосомы в черных волосах представляют собой эумеланосомы, тогда как в рыжих волосах – в основном феомеланосомы. Атомно-силовая микроскопия показывает, что эумеланосомы и феомеланосомы имеют эллипсоидальную и сферическую форму соответственно. Эумеланосомы сохраняют структурную целостность при извлечении из кератинового матрикса, тогда как феомеланосомы имеют тенденцию к распаду.Эумеланосомы с черными волосами содержат в среднем 14,6 ± 0,5% аминокислот, что связано с внутренними белками, заключенными в гранулы меланосом. Меланосомы рыжих волос содержат более 44% аминокислот даже после обширного протеолитического переваривания. Такое высокое содержание аминокислот и плохо сохраненная целостность меланосом рыжих волос предполагают, что некоторые белки, возможно, ковалентно связаны с компонентами меланина в дополнение к тем, которые заключены внутри разновидностей меланина.Анализ солюбилизации солуола показывает, что поглощение меланина на грамм образца с поправкой на содержание аминокислот в 2,9 раза больше для меланосом с черными волосами, чем для меланосом с рыжими волосами. Анализ металлов выявляет значительные количества различных ионов тяжелых металлов, связанных с двумя типами меланосом. Количество Cu (II) и Zn (II) одинаково, но содержание Fe (III) в меланосомах с рыжими волосами в четыре раза выше. Представлены твердотельные спектры ядерного магнитного резонанса и инфракрасные спектры 13 C, которые являются мощными методами определения различий в содержании аминокислот, соотношении 5,6-дигидроксииндол-2-карбоновой кислоты: 5,6-дигидроксииндола. , и степень сшивки в пигменте.Наблюдается отличное согласие между этими спектральными результатами и данными химического разложения.}

Эфферентный контроль электрических и механических свойств волосковых клеток в мешочке лягушки-быка

Образец цитирования: Castellano-Muñoz M, Israel SH, Hudspeth AJ (2010) Эфферентный контроль электрических и механических свойств волосковых клеток у лягушки-быка Саккулюс. PLoS ONE 5 (10): e13777. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777

Редактор: Майкл Хендрикс, Гарвардский университет, Соединенные Штаты Америки

Поступило: 3 мая 2010 г .; Одобрена: 25 августа 2010 г .; Опубликовано: 29 октября 2010 г.

Авторские права: © 2010 Castellano-Muñoz et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Этот проект поддержан грантом DC000241 Национального института здравоохранения. М.С.-М. был поддержан постдокторской стипендией EX-2006-1539 Министерства образования и науки Испании и S.H.I. Семестра Барда-Рокфеллера по программе естественных наук и Летней исследовательской программы бакалавриата Рокфеллерского университета.A.J.H. является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Волосковые клетки в акустико-боковой системе отвечают за обнаружение звука, ускорения, вибрации и потока воды. И высокая чувствительность, и резкая частотная избирательность в этих клетках зависят от активного процесса, который снабжает энергией пучок волос, механочувствительную органеллу волосковой клетки.Механические стимулы, обнаруживаемые каналами механоэлектрической трансдукции в пучке, вызывают рецепторные потенциалы, которые запускают высвобождение нейромедиатора в ленточных синапсах волосковой клетки и, таким образом, стимулируют афферентные волокна.

Саккулус – вестибулярный орган, который у различных видов чувствителен к наклону головы, сейсмическим колебаниям и звукам, передаваемым по воздуху. Мешковые волосковые клетки интенсивно иннервируются афферентными волокнами, клеточные тела которых локализованы в периферических ганглиях [1], [2].Вестибулярные волосковые клетки также напрямую иннервируются эфферентными волокнами, которые берут начало в ядрах ствола мозга [3]. Эфферентная активация обычно снижает чувствительность вестибулярных и слуховых волосковых клеток к механической стимуляции. Функциональные последствия этого торможения включают снижение чувствительности к нежелательным звукам окружающей среды, отмену самостимуляции во время двигательной активности, улучшение отношения сигнал / шум, защиту от чрезмерной стимуляции и повышенное временное разрешение в обмен на уменьшенную настройку частоты [ 4], [5].

Слуховые и вестибулярные эфференты играют роль в механотрансдукции, регулируя мембранный потенциал волосковых клеток и афферентных окончаний. Кроме того, эфференты улитки млекопитающих модулируют мембранный потенциал наружных волосковых клеток, чтобы регулировать активный процесс, контролируя электродвижущую способность [4]. Поскольку электромобильность уникальна для наружных волосковых клеток улитки у млекопитающих, маловероятно, что существует единый механизм, посредством которого эфферентная стимуляция оказывает механическое воздействие на активный процесс.Фактически, влияние эфферентной активности на механические свойства пучка волос не исследовалось в физиологических условиях.

Используя саккулус лягушки-быка в качестве модельной системы, мы исследовали влияние эфферентной стимуляции на активность волосковых клеток. Мы использовали иммуноцитохимию, чтобы охарактеризовать распределение эфферентных окончаний и ленточных синапсов. С помощью электрофизиологических записей мы исследовали влияние эфферентной активности на электрические свойства волосковых клеток.Наконец, мы использовали фотомикрометрию для измерения механического эффекта эфферентной активации на смещение пучка волос.

Материалы и методы

Опытная подготовка

После утверждения протокола исследования 04044 Комитетом по использованию и уходу за животными Университета Рокфеллера лягушек-быков ( Rana catesbeiana ) анестезировали погружением в лед, очищали и обезглавливали. Саккулы препарировали в оксигенированном стандартном физиологическом растворе, содержащем 110 мМ Na ⁺ , 2 мМ K ⁺ , 2 мМ Ca ²⁺ , 118 мМ Cl ^–, 3 мМ D -глюкозы и 5 мМ HEPES. .Для иммуноцитохимии восьмой черепной нерв был разрезан рядом с макулой или сенсорным эпителием. Для физиологических записей нерв был перерезан на уровне ствола мозга и утрикулярной ветви, оставив контакт с сенсорным эпителием нетронутым. Затем отрезанный конец нерва вставляли в отсасывающий электрод из силиконовой резины. Саккулярное пятно и окружающий эпителий вместе с восьмым черепным нервом наклеивали на отверстие диаметром 1 мм в пластиковом покровном стекле с помощью совместимого с тканями акрилового адгезива (Iso-dent, Ellman International, Hewlett, NY).Затем препарат помещали в камеру с двумя отсеками, чтобы подвергнуть его апикальную и базальную поверхности естественным физиологическим условиям. В то время как базолатеральные поверхности волосковых клеток были омыты стандартным физиологическим раствором, их пучки волос были погружены в искусственную эндолимфу, содержащую 2 мМ Na ⁺ , 118 мМ K ⁺ , 0,25 мМ Ca ²⁺ , 118 мМ Cl ^{. –} , 3 мМ D -глюкоза и 5 мМ HEPES. После воздействия эндолимфы на апикальные поверхности волосковых клеток с добавлением 67 мкг / мл субтилизина (протеаза типа XXIV; Sigma, St.Louis, MO) в течение 25 минут или 100 мкг / мл коллагеназы IV (Worthington, Lakewood, NJ) в течение 10 минут при комнатной температуре, мы удалили отолитовую мембрану, чтобы обнажить пучки волос. Электрофизиологические и микромеханические записи были ограничены большими цилиндрическими центральными волосковыми клетками саккулюса [6]. В конце некоторых экспериментов верхний отсек был заполнен раствором 50 мкМ Alexa 568 для проверки возможной утечки между отсеками. Все растворы имели pH 7,3 и осмолярность 225–245 ммоль / кг.Расчленения и эксперименты проводились при комнатной температуре.

Поколение антител

Консервативная последовательность в N-концевой области синапсина I (фиг. S1A) была использована для синтеза пептида CYLRRRLSDSNFMANLPNGY (Proteomics Resource Center, Рокфеллерский университет, штат Нью-Йорк), который был конъюгирован с гемоцианином моллюска улитки через добавленный N-концевой цистеин. и вводили двум кроликам, одной морской свинке и одной курице по стандартным протоколам (Cocalico Biologicals Inc., Ремстаун, Пенсильвания). Поликлональные антисыворотки Rb1497, Rb1498, Gp118 и Ch23 были очищены из иммунной сыворотки путем связывания с антигеном (SulfoLink Immobilization Kit, Pierce ThermoScietific, Rockford, IL), диализованы (Slide-A-Lyzer 10K, Pierce, Rockford, IL) и концентрированные (Vivaspin, GE Healthcare, Chalfont St. Giles, UK). Результаты иммунофлуоресценции были эквивалентны четырем антисывороткам.

Иммунофлуоресцентная маркировка

Выделенные саккулы инкубировали в течение 1 ч при 4 ° C в фосфатно-солевом буфере (PBS), содержащем 4% формальдегида и 0.1% Тритон Х-100. После четырехкратной промывки по 10 мин при комнатной температуре в PBS, содержащем 0,1% Triton X-100, мы инкубировали саккулы в течение 30 мин в том же растворе с добавлением 5% бычьего сывороточного альбумина (BSA). Затем образцы инкубировали с первичной антисывороткой в ​​разведении 1∶100-1∶1000 в PBS, содержащем 0,1% Triton X-100 и 5% BSA, в течение 2 ч при комнатной температуре или в течение ночи при 4 ° C. Антисыворотки включали антисыворотки против кальретинина (поликлональный, AB1550, Chemicon), CtBP2 (поликлональный, № 1869), парвальбумин 3 (поликлональный, № 799), SV2 (моноклональный, DSHB), альфа-тубулин (моноклональный, 6G7, Sigma) и бета-актин (моноклональный, A5441, Sigma).После пятикратной промывки по 10 минут при комнатной температуре мы инкубировали образцы с вторичными антителами, конъюгированными с Alexa 488/568 (Invitrogen, Carlsbad, CA), в разведении 1/500. Где упоминалось, DAPI или фаллоидин, конъюгированный с Alexa 568, добавляли во время инкубации со вторичными антителами. После пяти промывок по 10 минут при комнатной температуре мы поместили образцы между двумя покровными стеклами с помощью Vectashield (Vector Laboratories, Burlingame, CA).

Иммуноблоттинг

Ткани гомогенизировали в PBS, содержащем 0.1% SDS, 1% Triton X-100, 2 мМ EDTA, 1 мМ PMSF и ингибиторы протеаз (Roche, Hoffmann-La Roche, NJ), центрифугировали при 10000 × g при 4 ° C в течение 5 минут на спин-колонке QIAshredder. (Qiagen Inc., Валенсия, Калифорния), разбавленный буфером для образцов NuPAGE LDS и восстанавливающим агентом NuPAGE (Invitrogen Corp., Карлсбад, Калифорния), инкубированный при 100 ° C в течение 5 минут, загруженный в гели NuPAGE Novex 10% Bis-Tris, и переносится на мембраны из ПВДФ. Блоты инкубировали с первичными антителами в течение ночи при 4 ° C и зондировали иммуноблоттингом с вторичными антителами, меченными пероксидазой хрена, и с усиленным детектированием хемилюминесценции (ECL Plus, GE Healthcare, Chalfont St.Джайлз, Великобритания). В экспериментах по преадсорбции связывание антител блокировали преинкубацией в течение 5 ч при 4 ° C с 20-кратным молярным избытком пептида.

Электронная микроскопия

Препараты для просвечивающей электронной микроскопии готовили по опубликованным методикам [7].

Микроэлектрод записывающий

Электроды Sharp были изготовлены на горизонтальном съемнике электродов (P-2000; Sutter Instrument, Novato, CA) из капилляров боросиликатного стекла (1B120F-3, World Precision Instruments, Сарасота, Флорида).Для облегчения проникновения через апикальную поверхность волосковой клетки заостренный конец каждого микроэлектрода вставляли горизонтально в каплю воды и изгибали на 0,5 мм от кончика путем нагревания капли вблизи точки введения [8]. Электроды, заполненные 3 М ацетатом калия и 75 мМ KCl, показали сопротивление 50–150 МОм. Кончик каждого электрода вставляли в апикальную поверхность волосковой клетки с помощью микроманипулятора (ROE-200, Sutter Instrument, Novato, CA). Записи производились с помощью токового усилителя (Axoclamp-2B, Axon Instruments Inc., Бурлингейм, Калифорния). Все записи были отфильтрованы на частоте 3–5 кГц с помощью восьмиполюсного фильтра Бесселя (Wavetek 852, Сан-Диего, Калифорния) и дискретизированы с интервалами 50 мкс. Эквивалентные результаты были получены путем отслаивания отолитовой мембраны ресницей с обработкой протеазой или без нее или путем пропускания электрода через полость в отолитовой мембране над каждой волосковой клеткой.

Аппарат микроскопический

Эксперименты проводились под прямым микроскопом BX51WI (Olympus, Center Valley, PA), оснащенным ртутной лампой мощностью 200 Вт (Excite exacte, EXFO, Mississauga, Ontario, Canada), полосовым фильтром (HQ600 / 200m-2p, Chroma, Rockingham, VT) и стандартной дифференциально-интерференционно-контрастной оптики.Изображение, сформированное водно-иммерсионным объективом 40X с числовой апертурой 0,8 и рабочим расстоянием 3,3 мм, либо проецировалось на камеру CCD (WAT-660D, Watec, Orangeburg, NY), либо просматривалось непосредственно через окуляры.

Изготовление силового волокна

Методы механической стимуляции, визуализации и оптической калибровки подробно описаны в другом месте [9]. Для измерения движения пучка волос кончик стекловолокна длиной около 300 мкм и диаметром 1 мкм был прикреплен к киноцилиарной луковице волосковой клетки и использовался как для приложения силы, так и для сообщения о перемещении пучка.Для улучшения контраста и адгезии волокно было покрыто напылением золото-палладиевым покрытием (Anatech Hummer, Юнион-Сити, Калифорния), а его конец был погружен в конканавалин A с концентрацией 1 мг / мл (тип VI, Sigma, Сент-Луис, Миссури) перед нанесением. эксперимент. Волокна имели жесткость 6–126 мкН⋅м ^–1 и коэффициент сопротивления 21–180 нН⋅см ^–1 , как определено расчетом из спектров мощности броуновского движения их концов в воде.

Фотодиодный микрометрический

После удаления компонентов дифференциального интерференционного контраста и экрана из матового стекла микроскопа изображение кончика волокна было увеличено в 958 раз и спроецировано на двойной фотодиод (SPOT-2D OSI Optoelectronics, Хоторн, Калифорния).Изготовленная на заказ схема, прикрепленная к фотодиоду, обеспечивала преобразование тока в напряжение. Фотодиод и схема были установлены на двухосном линейном столике, чтобы обеспечить возможность центрирования тени кончика волокна между двумя светочувствительными ячейками. Перед тем, как попасть на фотодиод, увеличенное изображение отражалось от зеркала под углом 45 °, установленного на пьезоэлектрическом приводе (P-840.60, Physik Instrumente, Auburn, MA). Для калибровки фотодиода без перемещения волокна на пьезоэлектрический привод подавалась серия шагов смещения с переменной полярностью, что давало линейную зависимость между смещением зонда и выходным напряжением фотомикрометра.Гистерезис в пьезоэлектрическом приводе компенсировался подачей предымпульса с перерегулированием 65% перед каждым этапом калибровки. В записях использовался пьезоэлектрический привод для подачи калибровочного предымпульса, эквивалентного 20 нм, на уровне кончика волокна. Фотодиодная система, в свою очередь, была откалибрована с помощью гетеродинного интерферометра (OFV3001 / 501, Polytec GmbH, Вальдброн, Германия). Волокно было прикреплено в его основании ко второму пьезоэлектрическому приводу пакетного типа (P835.10; Physik Instrumente, Auburn, MA), управляемому согласованным источником питания (E-663.00, Physik Instrumente, Оберн, Массачусетс). Пьезоэлектрический привод был установлен на электрофизиологическом микроманипуляторе (ROE-200, Sutter Instrument, Novato, CA) и откалиброван с помощью интерферометра.

Сбор и анализ данных

Все устройства контролировались специально разработанным программным обеспечением (LabVIEW 7.0, National Instruments, Остин, Техас). Многофункциональные платы сбора данных (PCI-6120, PCI-6733, National Instruments) использовались для управления аналоговыми устройствами и сбора данных.Анализ данных выполнялся с помощью специально написанных процедур в Matlab (The Mathworks, Natick, MA). Постсинаптические потенциалы анализировали с помощью MINIANALYSIS (SYNAPTOSOFT; Jaejin Software, Leonia, NJ). Графические данные анализировали с помощью ImageJ (NIH).

Результаты

Эфферентная иннервация саккулуса лягушки

Хотя саккулус получает плотную эфферентную иннервацию [10], [11], распределение эфферентных синаптических окончаний неизвестно. Чтобы охарактеризовать анатомическое распределение эфферентных пресинаптических окончаний, мы проанализировали паттерн экспрессии синапсина I, белка, который экспрессируется в эфферентных терминалах, но не в ленточных синапсах [12], [13].Используя консервативную область на N-конце в качестве антигена, мы создали поликлональные антисыворотки против синапсина I (фиг. S1A). Вестерн-блоттинг гомогенатов головного мозга лягушки, курицы и мыши показал иммунореактивные белки с относительной молекулярной массой около 55 кДа и 80 кДа (рис. S1B), которые, вероятно, соответствуют различным изоформам синапсина [14]. Этот сигнал отсутствовал, когда использовалась преиммунная сыворотка или когда антитела были предварительно адсорбированы 20-кратным молярным избытком антигена с помощью вестерн-блоттинга или иммунофлуоресценции (рис.S1B-C).

Мы использовали стандартную эпифлуоресценцию и конфокальную микроскопию для анализа характера экспрессии синапсина I в мешковидном эпителии лягушки-быка. Эфферентные терминалы были распределены по макуле без очевидного пространственного рисунка (Fig. 1A – D). Синапсин I колокализуется с SV2 (данные не показаны), другим белком синаптических везикул, присутствующим на эфферентных окончаниях [15]. Мечение Synapsin I было плотным в основании каждой волосковой клетки (Fig. 1H и Video S1), но только спорадически апикально к ядру.Каждая волосковая клетка желтого пятна имела в среднем 10 ± 5 эфферентных окончаний (среднее ± стандартное отклонение, n = 311 клеток). Экстрамакулярные волосковые клетки, функция которых неизвестна, также сильно иннервируются эфферентными окончаниями (Fig. 1E – H и Video S2).

Рисунок 1. Эфферентная иннервация мешковидных волосковых клеток.

A , Микрофотография полной иммунофлуоресценции показывает, что синапсин I высоко экспрессируется по всей саккулярной макуле. Указаны области, использованные в статистическом анализе: n , ​​нейронная; c , ​​центральный; а , ​​абнер. B – D , Набор конфокальных изображений края макулы с большим увеличением показывает эфферентные терминалы, помеченные антисывороткой к синапсину I (Rb1497) исключительно в макуле, области, разграниченной фаллоидином. -маркированные пучки волос. Обратите внимание на высокую экспрессию альфа-тубулина во внемакулярных эпителиальных клетках. E – G , Проекция максимальной интенсивности конфокальных Z -стеков изображает экстрамакулярную волосковую клетку, иннервируемую эфферентными окончаниями. H , Трехмерная конфокальная реконструкция показывает две соседние экстрамакулярные волосковые клетки, отмеченные антисывороткой против кальретинина (зеленый) и синапсина I (красный). I – J , A Z -проекция стога показывает морфологическую изменчивость кальретинин-положительных волосковых клеток на периферии желтого пятна. Обратите внимание на наличие цилиндрических (красные стрелки) и колбообразных ячеек (желтая стрелка). K , Как видно с помощью просвечивающей электронной микроскопии, два эфферентных терминала (ET) контактируют с одной волосковой клеткой (HC) в соседних эфферентных синапсах.Обратите внимание на обилие синаптических пузырьков в пресинаптических окончаниях и постсинаптических цистернах в волосковой клетке. L , A Z -стаговая проекция периферии желтого пятна показывает, что антисыворотка против CtBP2 маркирует синаптические ленты в волосковых клетках желтого пятна и ядра в эпителиальных клетках за пределами желтого пятна. M – O , Конфокальный разрез на периферии желтого пятна показывает обилие эфферентных и афферентных окончаний, меченных соответственно антисывороткой против синапсина I (Gp118) и направленной против CtBP2.Масштабные линейки: A , 100 мкм; D , E , J , L , M , 10 мкм; K , 500 нм.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.g001

На основании морфологии, экспрессии белка и электрофизиологических свойств волосковые клетки саккулуса лягушки можно разделить как минимум на три класса [2] , [6].Первая группа состоит из цилиндрических ячеек с большими зависимыми от напряжения токами Ca ²⁺ (рис. 1I – J). Ко второму классу относятся клетки в форме колб, которые демонстрируют большие Ca ²⁺ -зависимые токи K ⁺ и экспрессируют буферный кальретинин Ca ²⁺ [16], [17]. Третья группа включает кальретинин-положительные клетки с различной морфологией, которые локализуются исключительно по периметру макулы и, вероятно, представляют собой новообразованные клетки [18]. Чтобы определить, иннервируются ли эти три типа клеток по-разному эфферентным путем, мы количественно определили эфферентные терминалы в трех разных положениях макулы (рис.1А). Мы наблюдали более частое появление эфферентных окончаний по периметру желтого пятна без разницы между невральным и абневральным краями. Кроме того, волосковые клетки, экспрессирующие кальретинин, демонстрировали значительно больше эфферентных контактов во всех исследованных регионах (Таблица 1).

Чтобы изучить тонкую структуру эфферентных пресинаптических окончаний волосковых клеток, мы выполнили электронную микроскопию саккулюса. В соответствии с типичным паттерном эфферентных синапсов [19], каждый пресинаптический терминал содержал плотный кластер синаптических пузырьков с умеренной пресинаптической плотностью.Связанная волосковая клетка имела умеренную постсинаптическую плотность с постсинаптической цистерной в прилегающей цитоплазме (Рис. 1K), подтверждая ультраструктурную эфферентную морфологию, присущую другим препаратам.

Хотя саккулярные волосковые клетки иннервируются как афферентными, так и эфферентными волокнами, мало что известно об относительном распределении этих двух синаптических классов. Мы проанализировали количество синаптических лент в трех типах волосковых клеток путем мечения поликлональной антисывороткой, направленной против C-концевого связывающего белка 2 (CtBP2).Эта антисыворотка метила синаптические ленты во всех волосковых клетках макулы, тогда как она метила ядра эпителиальных клеток вне макулы (Fig. 1L-O и Video S3). В центре макулы кальретинин-положительные клетки в форме колбы содержали значительно меньшее количество синаптических лент, чем волосковые клетки цилиндрической формы (Таблица 1). Независимо от экспрессии кальретинина волосковые клетки по периметру макулы отображали больше синаптических лент, чем в центре макулы.Неожиданно мы не обнаружили синаптических лент в экстрамакулярных волосковых клетках. Не было очевидной пространственной взаимосвязи между афферентными и эфферентными терминалами.

Взятые вместе, эти результаты демонстрируют, что все волосковые клетки в саккуле лягушки, особенно те, которые экспрессируют кальретинин, сильно иннервируются эфферентными волокнами. Этот паттерн предполагает фундаментальную роль эфферентного контроля в реакции мешочковых волосковых клеток.

Эфферентная модуляция потенциала покоя волосковых клеток

Известно, что электрические свойства волосковых клеток модулируются эфферентным путем в различных сенсорных рецепторах [5].В саккулюсе лягушки [20], [21], а также в улитке черепах [22] и крыс [23] эфферентная стимуляция создает тормозные постсинаптические потенциалы из-за высвобождения ацетилхолина.

Чтобы изучить роль эфферентной активации на рецепторный потенциал саккулярных волосковых клеток, мы сначала охарактеризовали ее влияние на потенциал покоя. Мы использовали всасывающий электрод для стимуляции пучка эфферентных нервов при внутриклеточной записи волосковых клеток. При эфферентной стимуляции большинство волосковых клеток проявляли ответ с двумя компонентами: кратковременная деполяризация, за которой следует сильная, длительная гиперполяризация (рис.2А). Этот ответ согласуется с внутренним током Ca ²⁺ через холинергические рецепторы и последующим направленным наружу током K ⁺ через каналы SK2 [22]. Выраженная гиперполяризация меняет знак между -75 мВ и -100 мВ (рис. 2B), близко к потенциалу инверсии для K ⁺ , что предполагает прямую роль токов K ⁺ в этом компоненте ответа [21] . В соответствии с предыдущими сообщениями [23], [24], иногда наблюдалась спонтанная эфферентоподобная активность (рис.2С).

Рисунок 2. Электрофизиологический эффект эфферентной стимуляции.

A , Единичный шок эфферентной иннервации вызвал кратковременную деполяризацию волосковой клетки (наконечник стрелки) с последующей длительной гиперполяризацией (единичный след; одно отделение, 4 мМ Ca ²⁺ , потенциал покоя – 57 мВ). На этой и последующих панелях артефакт стимула не был удален. B , Деполяризующий компонент отклика, а также обратный поток калия были очевидны при мембранных потенциалах, отрицательных по отношению к потенциалу равновесия для K ⁺ (один след; один отсек, 4 мМ Ca ²⁺ , покой потенциал -48 мВ). C , Электрически вызванные тормозные постсинаптические потенциалы, которые иногда не работали (стрелка), напоминали полученные спонтанно (звездочка; потенциал покоя -49 мВ). D , Величина тормозящего постсинаптического потенциала была увеличена за счет увеличения количества импульсов стимула максимум до пяти (отдельные следы; один отсек, 4 мМ Ca ²⁺ ). E , Амплитуда тормозящего постсинаптического потенциала после пар эфферентных шоков достигла пика с интервалом в 10 мс.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.g002

Тормозные постсинаптические потенциалы вызывались стимулами 0,2 мА длительностью 0,05–3 мс. Электрические стимулы большей амплитуды или продолжительности не производили большего эффекта. Ответы наблюдались в общей сложности в 52 волосковых клетках с максимальной гиперполяризацией 27 мВ и средним значением в 4 мМ-Ca ²⁺ физиологическом растворе 6,4 ± 4,3 мВ. В шести клетках, которые проявляли ингибирующие постсинаптические потенциалы в присутствии 2 мМ Ca ²⁺ , гиперполяризация в среднем составляла 4.0 ± 2,4 мВ. В пределах одних и тех же клеток ответы, вызванные эфферентной стимуляцией, также варьировались по амплитуде и длине от испытания к испытанию (рис. 2С). Время реполяризации зависело от амплитуды (рис. S2A). Тот факт, что тормозные постсинаптические потенциалы не масштабируются просто, в отличие от поведения афферентных возбуждающих постсинаптических потенциалов [25], вероятно, отражает неэкспоненциальные процессы, связанные с буферизацией Ca ²⁺ [26], [27].

Одиночные электрические стимулы, доставляемые эфферентным аксонам, обычно вызывают небольшие спорадические ответы.Быстрые, периодические последовательности электрических стимулов, доставляемых с частотой около 200 Гц, увеличивали вероятность и амплитуду тормозных постсинаптических потенциалов (рис. 2D и таблица 2). Амплитуда достигала максимума, когда подавались последовательности примерно из пяти импульсов тока. Хотя более длинные последовательности не вызывали больших ответов, они увеличивали продолжительность гиперполяризационного компонента (рис. 2D).

Синаптический эффект дополнительно зависел от задержки между эфферентными импульсами тока, при этом максимальный ответ вызван стимулами, подаваемыми с интервалом 3–10 мс (рис.2E и рис. S2B). Этот результат согласуется с результатами для волосковых клеток улитки [23], [28], указывая на сходство эфферентной физиологии слуховой и вестибулярной систем.

Эфферентная модуляция рецепторного потенциала волосковых клеток

В улитке черепахи эфферентная активность трансформирует резко настроенный электрический резонанс в сверхзатухающую релаксацию [22]. Однако влияние эфферентной стимуляции на электрический резонанс вестибулярных волосковых клеток недостаточно изучено.Используя двухкамерный аппарат для имитации ионных условий in vivo , ​​мы охарактеризовали электрические ответы волосковых клеток на введенный ток в контрольных условиях и во время стимуляции эфферентного пути.

В отсутствие эфферентной стимуляции мы обнаружили 75 клеток, которые демонстрировали электрический резонанс, который можно было наблюдать либо как затухающие колебания в ответ на шаги деполяризации тока (синяя кривая на рис. 3A), либо как увеличение колебаний мембранного потенциала на определенных частотах в реакция на частотную развертку (данные не показаны).Мы также обнаружили 60 волосковых клеток, которые не оставались в подпороговом режиме в ответ на приложенные токи, но отвечали на шаги деполяризации тока широкими потенциалами действия (синяя кривая на рис. 3C). Медленное течение этих спайков позволило предположить, что это были потенциалы действия на основе Ca ²⁺ , о которых сообщалось в подобном препарате в ответ на механическую стимуляцию [29]. Порог спайков варьировался между ячейками; наименьший ток, вызвавший всплеск, составлял 5 пА.Максимальная амплитуда спайков составляла примерно 40 мВ. Эти потенциалы действия, которые могли генерироваться индивидуально или в последовательности (рис. S2C-D), иногда были спонтанными (рис. S2E), а также возникали в виде всплесков отскока после шагов гиперполяризации тока (рис. S2D). Частота генерации всплесков увеличивалась с увеличением величины подачи тока (фиг. S2C) и концентрации Ca ²⁺ (не показано). В дополнение к спайковой активности большинство этих клеток также проявляли электрический резонанс в ответ на подпороговое возбуждение.Мы получили потенциалы действия, используя физиологические растворы, содержащие 1 мМ, 2 мМ или 4 мМ Ca ²⁺ .

Рисунок 3. Физиологические характеристики волосковых клеток и электрофизиологические эффекты эфферентной стимуляции.

A , В ответ на импульс деполяризующего тока (нижняя кривая) электрический резонанс (синяя кривая) был устранен предшествующей серией эфферентных стимулов (черная кривая). Красный график показывает постсинаптический потенциал в отсутствие импульса тока (в среднем по десяти презентациям, одно отделение, 4 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, потенциал покоя -57 мВ). B , В ответ на деполяризующий импульс тока (нижняя кривая) сопротивление мембраны снижалось предшествующей серией эфферентных стимулов (черная верхняя кривая). Синяя кривая изображает контрольную ситуацию без эфферентной стимуляции; красный график показывает контрольную ситуацию без деполяризующего импульса тока (одно отделение, 4 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, потенциал покоя -53 мВ). C , Предыдущая серия эфферентной стимуляции предотвращала возникновение потенциала действия в ответ на импульс деполяризующего тока (одно отделение, 4 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, потенциал покоя -57 мВ). D , Эфферентная стимуляция блокировала спайки отскока и модулировала время спонтанных колебаний мембранного потенциала (один отсек, 4 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, потенциал покоя -50 мВ).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.g003

После эфферентной стимуляции, помимо гиперполяризации потенциала покоя, ингибирующие постсинаптические потенциалы также предотвращали спонтанные колебания мембранного потенциала в высоко настроенных волосковых клетках (рис. .2С) [20]. После подавления синаптического потенциала спонтанные колебания мембранного потенциала возобновлялись. В 11 клетках, которые продемонстрировали надежную настройку, эфферентная стимуляция устраняла типичные затухающие колебания мембранного потенциала после деполяризации (рис. 3А). В восьми волосковых клетках, лишенных электрического резонанса, стационарная проводимость увеличивалась на пике синаптического потенциала по сравнению с таковой при потенциале покоя (Рис. 3B и D), что согласуется с увеличением активации SK каналов.Однако устойчивое сопротивление в резонансных и импульсных клетках было непостоянным и часто трудно поддается количественной оценке. В восьми волосковых клетках эфферентная активность также блокировала появление потенциалов действия после деполяризации и стимуляции разрывом анода (рис. 3C и D).

Хотя общепринято считать, что эфферентные системы акустико-боковых органов являются тормозными по своей природе, были сообщения об эфферентном усилении вестибулярных афферентных ответов [30], [31], [32]. В саккулусе обнаружена только тормозящая модуляция [20], [21], [33], [34], [35], [36].Однако мы зарегистрировали три волосковых клетки, в которых эфферентная стимуляция вызвала возбуждающий ответ. Подобно генерации импульсов отскока после шагов гиперполяризации тока, реполяризационная фаза тормозящего постсинаптического потенциала запускает потенциал действия (рис. S2F). Этот результат указывает на то, что эфферентный путь может играть возбуждающую роль.

Эффекты воздействия на движение пучков волос

Чтобы извлечь значимую механическую информацию из фонового шума, волосковые клетки используют активный процесс, который усиливает и настраивает их входные данные.Ca ²⁺ играет ключевую роль в этом активном процессе, как приспосабливая пучок волос к положению нестабильности посредством медленной адаптации, так и опосредуя повторное закрытие канала трансдукции или быструю адаптацию, которая обеспечивает усиление [37].

Мы предположили, что эфферентная активность может модулировать движение пучков волос, изменяя концентрацию Ca ²⁺ в стереоцилиях. В медленном масштабе времени эфферентная активация может действовать через диффузию Ca ²⁺ из синаптоплазматических цистерн после индуцированного Ca ²⁺ высвобождения Ca ²⁺ [38].Альтернативно и в более быстром масштабе времени гиперполяризующий компонент эфферентного ответа может увеличивать поток Ca ²⁺ через каналы механоэлектрической трансдукции в стереоцилии за счет увеличения движущей силы на Ca ²⁺ .

Чтобы оценить эти возможности, мы изучили влияние эфферентной стимуляции на движение пучка волос путем регистрации смещения эластичного волокна, прикрепленного к кончику пучка волос. Чтобы имитировать физиологические ионные условия, мы заполнили верхние и нижние отсеки экспериментальной камеры эндолимфой и перилимфой соответственно.Приблизительно через 100 мс после начала серии эфферентных стимулов положение покоя пучка волос смещалось примерно на 3,5 нм в сторону киноцилии, а затем возвращалось в исходное положение (рис. 4A). Однонаправленное смещение пучка после эфферентной стимуляции никогда не превышало 5 нм. Продолжительность этого смещения напоминала, но немного превышала длительность тормозных постсинаптических потенциалов, зарегистрированных в отдельных экспериментах. Хотя эфферентная стимуляция не оказывала качественного влияния на поведение 36 спонтанно колеблющихся пучков волос, изменение положения пучка иногда обнаруживалось после усреднения десятков повторений.

Рис. 4. Влияние эфферентной стимуляции на положение пучка волос.

A , Цепочка эфферентных стимулов (нижняя кривая) вызвала движение пучка волос, прикрепленного к податливому зонду (верхняя кривая; одно отделение, 2 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор). На этом и последующих следах отклонение вверх представляет движение в положительном направлении, к киноцилии. B , Во время синусоидальной механической стимуляции (средние следы) тот же пучок волос, что и в A , смещался в положительном направлении после эфферентной стимуляции без изменения амплитуды движения (одно отделение, 2 мМ- Ca ²⁺ физиологический раствор, ± 30 нм). C , В другой волосковой клетке подобная парадигма вызвала сдвиг в отрицательном направлении (два компартмента, 0,25 мМ-Ca ²⁺ эндолимфа, 2 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, ± 40 нм). D , Эфферентная активность иногда запускала двухфазное движение пучка волос (два отсека, 0,25 мМ-Ca ²⁺ эндолимфа, 2 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, ± 40 нм). Кривые представляют собой средние значения 20–50 повторений. E , Пучок волос стимулировали приложением импульса смещения 150 нм (средняя кривая) в основании податливого волокна.После смещения пучка к его киноцилуму движение пучка (верхняя кривая) показало медленную адаптацию до достижения стационарного смещения 44 нм. Когда тому же протоколу предшествовала эфферентная стимуляция (нижний график), стационарное смещение упало до 32 нм (два отсека, 0,25 мМ-Ca ²⁺ эндолимфа, 2 мМ-Ca ²⁺ физиологический раствор, жесткость волокна 42 мкН м ^-1 , коэффициент сопротивления волокна 124 нН см ^-1 ).

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0013777.g004

Чтобы исследовать эффект эфферентной стимуляции во время механической стимуляции, мы отслеживали движение пучков волос в ответ на синусоидальную силу. Точка покоя пучка смещалась во время эфферентной активности (рис. 4В). Хотя мы иногда измеряли изменение амплитуды движения пучка после эфферентной стимуляции (рис. S3), этот эффект был небольшим и слишком непоследовательным, чтобы его можно было количественно оценить. Амплитуда вызванного движения пучка не изменялась с частотой механического раздражения в диапазоне от 4 до 130 Гц.Длительная эфферентная стимуляция короткими сериями импульсов стимула, разделенных короткими задержками, поддерживала смещенное положение пучка. Мы получили аналогичные результаты независимо от того, использовали ли мы двухкамерную экспериментальную камеру для имитации физиологических ионных условий или использовали одну камеру, содержащую физиологический раствор с 1,5 мМ Ca ²⁺ . Мы постоянно измеряли изменение положения пучка после эфферентной стимуляции в общей сложности 28 волосковых клеток. Однако направление смещения было переменным: 21 пучок волос двигался в положительном направлении, к киноцилии, тогда как семь пучков двигались в противоположном направлении (рис.4B и C). В дополнение к однонаправленному сдвигу в положении пучка мы обнаружили четыре клетки, которые демонстрировали двухфазное движение пучка волос после эфферентной стимуляции (рис. 4D).

Чтобы установить, модулирует ли эфферентная активность кратковременное движение пучка волос, мы сравнили стационарное положение пучка волос через 100 мс после импульса силы в присутствии или в отсутствие эфферентной стимуляции. Среднее смещение пучка в положительном направлении после эфферентной активности составило 94% ± 1% (среднее ± SEM; десять клеток, 76 импульсов) от контрольного значения (рис.4E). Напротив, отклонение при отрицательной стимуляции составляло 100% ± 1% от контрольного уровня (проанализировано 56 импульсов). Аналогичные результаты были получены с физиологическими ионными условиями или с одной камерой, содержащей физиологический раствор с 1,5 мМ Ca ²⁺ .

Таким образом, мы обнаружили, что эфферентная стимуляция влияет на движение пучка волос, изменяя положение пучка. Скорость этого эффекта согласуется с механизмом, включающим эфферентную модуляцию концентрации Ca ²⁺ пучка волос через изменение движущей силы на Ca ²⁺ , а не диффузию Ca ²⁺ из внутриклеточных хранилищ в пучок волос.

Обсуждение

Эфферентная иннервация в саккулусе

Мы обнаружили, что эфферентный путь по-разному иннервирует различные типы волосковых клеток в саккулюсе лягушки-быка. Клетки в форме колбы, содержащие буферный кальретинин Ca ²⁺ и экспрессирующие большие Ca ²⁺ -зависимые токи K ⁺ , получают большее количество эфферентных выводов, чем цилиндрические клетки с большими зависимыми от напряжения Ca ²⁺ токи. Этот паттерн согласуется с высокой чувствительностью клеток в форме колбы к апамину [6], что отражает присутствие многих эфферент-активируемых SK каналов.Хотя мы создали поликлональные антитела против анурановых SK-каналов, их специфичность была недостаточной, чтобы выявить пространственное распределение канала в саккулярных волосковых клетках. Наряду с тем фактом, что кальретинин-положительные волосковые клетки содержат меньше афферентных синаптических лент, наше наблюдение показывает, что существуют значительные различия в синаптических свойствах двух типов саккулярных волосковых клеток. Более того, большая эфферентная иннервация кальретинин-положительных клеток, наряду с полным отсутствием синаптических лент во внемакулярных волосковых клетках, предполагает роль кальретинин-положительных волосковых клеток, которая может не ограничиваться афферентной синаптической передачей.Хотя внемакулярный плоский эпителий не покрыт отолитовой мембраной, киноцилии экстрамакулярных волосковых клеток могут находиться под влиянием движения отокониальной массы [39]. Лучшее понимание микромеханических свойств экстрамакулярных пучков волос необходимо для оценки значимости механических сил, проявляемых экстрамакулярными киноцилиями после эфферентной стимуляции.

В дополнение к устойчивому сигналу иммунофлуоресценции для синапсина I в эфферентных окончаниях, более слабый, но последовательный сигнал был локализован рядом с синаптическими лентами, когда усиление конфокального изображения было увеличено почти до насыщения (рис.S1D). Возможно, что антитела также распознают в афферентных синапсах волосковых клеток экспрессию более низких уровней синапсина I или другой изоформы с консервативным эпитопом (рис. S1A, B).

Потенциалы действия

в сравнении с электрическим резонансом в волосковых клетках

Мы столкнулись со многими мешковидными волосковыми клетками, которые генерировали потенциалы действия в ответ на деполяризацию. О потенциале действия сообщалось в волосковых клетках из саккулусов лягушек-быков и леопардовых лягушек [2], [29], саккулуса, лагены и утрикулюса золотой рыбки [40], полукружных каналов цыплят [41] и улиток улитки. черепахи и аллигаторы [42], [43], [44].В улитках млекопитающих и птиц потенциал действия волосковых клеток, по-видимому, ограничен ранним возрастом развития [45], [46].

Несмотря на значительное количество сообщений, физиологическая значимость потенциалов действия в волосковых клетках остается неизвестной. В принципе, волосковые клетки должны терять свои частотно-настраивающие свойства, выходя из подпорогового режима. Однако генерация потенциалов действия может не мешать настройке тех волосковых клеток, чувствительных к частотам ниже примерно 50 Гц, в которых может произойти всплеск во время фазы деполяризации каждого цикла.Фактически, эта стратегия повысит синаптическую эффективность для стимулов с низкой амплитудой без ущерба для настройки. В качестве альтернативы саккулус может жертвовать частотной информацией ради временного разрешения, таким образом становясь более чувствительным к слабым, преходящим стимулам.

Влияние эфферентной активности на рецепторный потенциал волосковой клетки

Мы исследовали эфферентную модуляцию рецепторного потенциала волосковых клеток как в резонансных, так и в мешковидных волосковых клетках.Электрическая стимуляция эфферентных аксонов вызывала большие тормозные постсинаптические потенциалы, которые ухудшали настройку частоты волосковых клеток и подавляли возбуждение.

В соответствии с предыдущими сообщениями о черепахах и млекопитающих [23], [28], мы обнаружили двухкомпонентный ответ в большинстве мешочковидных волосковых клеток. Кратковременный деполяризующий компонент не наблюдался, однако, в предыдущем отчете с использованием аналогичного препарата [21]. Тормозящий эффект эфферентной стимуляции на настраивающие свойства саккулярных волосковых клеток согласуется с данными о улитке черепахи [47].В соответствии с предыдущим сообщением о разработке внутренних волосковых клеток млекопитающих [23], эфферентная стимуляция подавляла потенциалы действия Ca ²⁺ . Редкое постингибиторное возбуждение, регистрируемое в некоторых волосковых клетках, напоминает таковое в афферентах промежуточных бутонов заднего ампулярного нерва черепахи [30] и повышает вероятность возбуждающей роли эфферентного пути.

Эфферентное регулирование механики пучка волос

Мы обнаружили, что эфферентная стимуляция смещает положение покоя пучка волос на несколько нанометров без значительного изменения жесткости пучка.Как положительные, так и отрицательные движения вызывались эфферентной стимуляцией. Мы наблюдали эти эффекты в крупных, цилиндрических, кальретинин-отрицательных, центрально расположенных волосковых клетках саккулюса, механические свойства которых хорошо известны. Учитывая, что кальретинин-положительные клетки более плотно иннервируются эфферентными окончаниями, мы не можем исключить различное эфферентное действие на эти клетки. Сравнимая изменчивость направления была описана в улитке черепахи после интенсивно деполяризующих импульсов тока [48].Точно так же в саккуле лягушки направленность движения, вызванная снижением внеклеточной концентрации Ca ²⁺ , может быть изменена на противоположную путем применения положительного механического смещения, которое предположительно изменяет концентрацию Ca ²⁺ в состоянии покоя в стереоцилиях. [49]. После приложения смещающего импульса электрическая стимуляция эфферентных аксонов сдвигала точку покоя пучка волос на несколько десятков нанометров в положительном направлении. Распространение в одном измерении может быть приблизительно описано уравнением x ² = 2 Dt , ​​в котором x – расстояние, D – коэффициент диффузии [50], а t – время .Даже в отсутствие буферов Ca ²⁺ потребуется около 1 секунды для диффузии от постсинаптической мембраны к эфферентному концу пучка волос. Эта шкала времени указывает на то, что эфферентное действие в наших экспериментах вряд ли связано с диффузией Ca ²⁺ из эфферентных синапсов к месту адаптации. Однако наши результаты согласуются с эфферентным эффектом на концентрацию Ca ²⁺ в пучке волос за счет увеличения движущей силы Ca ²⁺ .Возможно, что эфферентная активация снижает чувствительность волосковых клеток, затрудняя восстановление положения пучка волос до его нормальной рабочей точки. Поскольку не все реакции на механические импульсы можно удовлетворительно описать экспоненциальными функциями, необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы выявить потенциальную роль эфферентной активации на кинетику адаптации.

Дополнительная информация

Рисунок S1.

Характеристика антисыворотки к синапсину. A. На верхней панели выравнивание N-концов синапсина I у трех разных видов показывает консервативную последовательность (подчеркнутую в последовательности Xenopus laevis), используемую для генерации антисыворотки.Инвентарные номера NCBI указаны в скобках. На средней панели отображается выравнивание изоформ синапсина, обнаруженных у Xenopus laevis. На нижней панели показано выравнивание всех изоформ синапсина, обнаруженных в мышцах Mus musculus мыши. Синий обозначает остатки, консервативные среди всех последовательностей, красный обозначает остатки, присутствующие в двух из трех последовательностей, а зеленый обозначает остатки, консервативные в двух из трех изоформ. B. На правой панели представлен иммуноблот, содержащий экстракт мозга лягушки, мыши и курицы и инкубированный с очищенной антисывороткой Rb1498 против синапсина I.Иммунореактивные полосы встречаются примерно при 80 кДа и 55 кДа. Нижние полосы могут соответствовать изоформам синапсина или продуктам распада. Левая панель демонстрирует, что присутствие пептида, используемого для иммунизации, устраняет иммунореактивность. C. Конфокальный разрез (нижние панели) показывает наличие эфферентных окончаний на уровне волосковых клеток в саккулярной макуле. Характерное точечное мечение антисывороткой к синапсину I отсутствует (верхние панели) после предварительной адсорбции антисыворотки с соответствующим антигеном.Оба образца анализировали параллельно, и конфокальные срезы Z-стека были получены с идентичными настройками сбора данных. D, проекция максимальной интенсивности конфокальных Z-стопок иллюстрирует эфферентные терминалы, помеченные антисывороткой, очищенной против синапсина I (Gp118) (синапсин I, стрелки) и синаптическими лентами (CtBP2) в базолатеральной области волосковых клеток. Обратите внимание, что антитело к синапсину I слабо маркирует афферентные постсинаптические окончания, расположенные рядом с синаптическими лентами. Масштабные линейки: C, 10 мкм; D, 5 мкм.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s001

(3,54 МБ TIF)

Рисунок S2.

A. Применение в общей сложности 120 последовательных одиночных стимулов к эфферентным волокнам вызвало 73 тормозных постсинаптических потенциала широкого спектра значений от волосковой клетки, поддерживаемой в 4 мМ Ca2 +. B, амплитуда и площадь тормозных постсинаптических потенциалов, зарегистрированных в другой клетке, нанесены на график в зависимости от задержки между парами эфферентных шоков (среднее значение ± стандартная ошибка среднего; количество событий: N2 мс = 27, N3 мс = 39, N5 мс = 120, N10 мс = 36, N30 мс = 42, N40 мс = 37).C. Введение деполяризующих импульсов тока (нижние дорожки) запускает потенциалы действия в волосковой клетке. Амплитуда и частота спайков зависели от уровня деполяризации. Клетку поддерживали в двухкамерной камере с 4 мМ Ca2 + эндолимфы и 2 мМ Ca2 + стандартным физиологическим раствором. D. Потенциалы однократного действия возникали как в начале деполяризации, так и в виде всплесков отскока после шагов гиперполяризации тока. Клетку обрабатывали стандартным физиологическим раствором 2 мМ Ca2 +. E, эфферентная стимуляция (звездочка) подавляет спонтанную колебательную активность в состоянии покоя.F. Возбуждающий эфферентный эффект иногда получался после гиперполяризующего компонента тормозного постсинаптического потенциала. Записи показывают ответы на четыре последовательных эфферентных шока от волосковой клетки, залитой 4 мМ стандартным физиологическим раствором Ca2 +. Обратите внимание на сбой генерации всплеска в одном случае (звездочка). На вставке показаны потенциалы действия, записанные в той же ячейке после деполяризации, а также всплески отскока после шагов гиперполяризации (шкала: 100 мс).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s002

(2,60 МБ TIF)

Рисунок S3.

Влияние эфферентной стимуляции на движение пучка. A. Пучок волос механически стимулировали ± 50 нм при 60 Гц с помощью гибкого стекловолокна (средний график). После эфферентной стимуляции (нижняя кривая) движение пучка (верхняя кривая) значительно уменьшилось. B. Когда другой пучок волос подвергался той же парадигме со стимуляцией 30 Гц с шагом ± 10 нм, его движение усиливалось после эфферентной стимуляции.Каждая кривая представляет собой среднее значение из 20–30 повторов, записанных в двухкомпонентном препарате с 0,25 мМ Ca2 + эндолимфы и 2 мМ Ca2 + стандартным физиологическим раствором. Отклонения вверх обозначают движение в положительном направлении, к киноцилии.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s003

(2,35 МБ TIF)

Видео S1.

Конфокальная анимация Z-стека периферии желтого пятна иллюстрирует присутствие эфферентных окончаний исключительно в базолатеральной области волосковых клеток.Синапсин I показан красным цветом, парвальбумин 3 – зеленым, а ядра, меченные DAPI – синим. Начало фильма соответствует сомам опорных клеток, а конец – апикальным поверхностям и пучкам волос волосковых клеток.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s004

(15,52 МБ AVI)

Видео S2.

Трехмерная анимация конфокальной стопки изображений двух экстрамакулярных волосковых клеток показывает наличие эфферентных окончаний, контактирующих с их базолатеральной областью.Синапсин I показан красным цветом, а кальретинин – зеленым.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s005

(0,69 МБ AVI)

Видео S3.

Конфокальная анимация Z-стека макулы иллюстрирует появление синаптических лент разного размера, помеченных антисывороткой против CtBP2 (зеленый). Ядра помечены DAPI (синий). Фильм переходит от апикальных поверхностей волосковых клеток, которые слабо отмечены анти-CtBP2, к ядерному слою поддерживающих клеток.Обратите внимание на присутствие митотической фигуры в нижнем левом углу.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013777.s006

(4,93 МБ AVI)

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$ select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.АВТОР}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

NIST представляет методику судебной экспертизы механических свойств доказательств

Исследователи

NIST использовали атомно-силовую микроскопию (АСМ) для измерения липкости (сила отрыва) и жесткости (модуль упругости в плоскости) необработанных (вверху), обесцвеченных (в центре) и кондиционированных (внизу) волос. Явные различия в результатах измерений для различных методов лечения волос предполагают, что AFM может использоваться для анализа данных судебной экспертизы.Измеренные силы очень малы, в единицах наноньютон или нН (1 наноньютон примерно равен массе пыльцевого зерна). Модуль выражается в гигапаскалях или ГПа и колеблется от 1 до 5 для образцов волос (для сравнения, размер пластикового материала линзы, поликарбоната, составляет около 3).

Кредит: DelRio / NIST

Вы, возможно, видели это на CSI: звезда рассматривает волосы с места преступления и приходит к выводу, что их цвет или текстура похожи на волосы обвиняемого или, может быть, его собаки.Дело закрыто.

Но внешний вид может быть обманчивым, а также неопределенным и субъективным. В реальной жизни ФБР сейчас рассматривает тысячи дел, связанных со сравнением волос, восходящих к 1980-м годам, потому что традиционные методы идентификации – часто основанные только на внешности – были поставлены под сомнение.

А что, если бы исследователи могли точно измерить механические свойства волоса – их жесткость и липкость? Фактически, они могут, согласно недавним экспериментам в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), который разрабатывает научно обоснованные методы для обеспечения строгой судебной экспертизы.

«Многие криминалистические исследования основаны на том, как выглядят доказательства», – говорит инженер NIST Фрэнк ДельРио. «Мы пытаемся добавить еще одно измерение, как все ощущается. То, как объект ощущает – его механический отклик – зависит от материала и истории объекта “.

DelRio – эксперт в области атомно-силовой микроскопии (АСМ), прецизионного инструмента с механическим зондом, который обычно используется в фундаментальных науках для получения изображений, а также для измерения реакции на силу или растяжение. Обычно он измеряет промышленные материалы, такие как кремний.Но он также много следит за CSI и считает, что его опыт может помочь ответить на звонки из страны, чтобы повысить точность, надежность и статистическую строгость судебной экспертизы.

DelRio и физик NIST Роберт Кук недавно применил АСМ для демонстрации количественных методов измерения – неразрушающим методом и в нанометровом масштабе – механических свойств четырех типов доказательств: волос, документов, отпечатков пальцев и взрывчатых веществ.

Исследователи измерили жесткость и силу отрыва (липкость) волос в зависимости от обработки, в частности кондиционирования и отбеливания.Они также измерили эти свойства для тестовых документов, имитирующих подделки, отмеченные как шариковыми чернилами, так и чернилами для принтера, свидетельствами оттиска и рисунка, такими как то, как отпечатки пальцев меняются с течением времени, и взаимодействие взрывчатых частиц и поверхностей в зависимости от типа ткани, вискозы по сравнению с хлопком. .

Результаты измерений четко различают различные способы обработки волос, типы чернил, возраст отпечатков пальцев и состав тканей и связывают эти данные со структурой образца, такой как разорванные связи в волосах и гладкие шариковые чернила по сравнению с черными чернилами для принтера. .Важно отметить, что измерения были строгими, то есть достаточно точными, чтобы можно было проводить тесты и количественные спецификации статистической значимости сходства или различия свойств. ДельРио предполагает, что когда-нибудь АСМ можно будет использовать, например, для измерения старых следов волос и определения вероятности того, что преступник использовал определенный шампунь.

«На данный момент это все теоретически», – отмечает ДельРио. «Чтобы это стало эффективным практическим инструментом, необходимо провести множество базовых измерений и углубленных исследований, чтобы получить хорошее представление о том, как эти свойства меняются с течением времени.”

Кроме того, DelRio отмечает, что необходимо разработать методы калибровки АСМ и стандартные образцы или другие методы для определения точности, чтобы обеспечить точное сравнение измерений в разных лабораториях. В документе отмечается, что также крайне важно будет создать базу опыта, чтобы укрепить доверие к методам АСМ, что потребует широкого доступа к инструментам, обучению, протоколам и стандартам для лабораторий судебной экспертизы.