Researching the mechanism of two-component skin erythema, induced by UVB - radiation, to develop erythemal diagnostic (стр. 1 )

Note! Above text in English (of each paragraph) there is text in Russian (font size 2 font size 2)

Исследование механизма двухкомпонентной эритемы кожи, индуцированной УФВ излучением, в интересах эритемодиагностики

Researching the mechanism of two-component skin erythema, induced by UVB - radiation, to develop erythemal diagnostic

BondyrevYuriy, Irkutsk, Russia), *****@***isu. ru , *****@***com ,  Skype: bondyrevyu

Наиболее быстрой визуально регистрируемой реакцией кожи на ультрафиолетовое (УФ,  UV) облучение является покраснение кожи (skin reddening) или эритема (erythema) облученного участка, которая используется в фототерапии для оценки эффективности действия УФ излучения (УФИ, UVR). Эритема, индуцированная УФИ, является обязательным проявлением воспалительной реакции кожи в ответ на повреждение. УФ индуцированное покраснение кожи обусловлено увеличением количества депонированного в микрососудах дермы гемоглобина и возрастанием кровотока (оксиформа гемоглобина выглядит более красной). УФ эритема играет роль информативной "лампочки" на "кожном дисплее" потому, что является проявлением стерильного воспаления и УФ воздействие может быть строго дозированным. Информация об особенностях процесса развития УФ индуцированного "микровоспаления", которую можно получить, исследуя эритему УФ облученного небольшого участка кожи, может быть чрезвычайно важна с позиций диагностики. Но для реализации этой возможности, как и для решения задач радиационной гигиены, необходимо уточнение знаний о механизме УФ индуцированного эритемогенеза, что и является задачей исследования.

The most rapid visually detectable reaction of the skin to ultraviolet (UV) radiation is a reddening or erythema irradiated area of the skin which is used in phototherapy for evaluating the effectiveness of UV radiation (UVR). Erythema induced by UVR, is compulsory manifestation of an inflammatory reaction of the skin in response to UV induced injury. Skin redness due to increased amounts deposited in the dermal micro vessels hemoglobin and blood flow increase (oksi - hemoglobin looks more red). UV erythema plays the role of informative "lamp" on the "dermal display" because it is a manifestation of the sterile inflammation and UV exposure may be strictly dosed. Information about the features of development of UV-induced inflammation, which can be obtained by examining of a small area of the skin, can be extremely important from the point of diagnosis. But to realize this possibility, as well as solutions for radiation hygiene tasks, we must update the knowledge about the mechanism of UV-induced erythema development, which is the object of study.

Кожа защищает клетки человеческого организма от внешних воздействий, в том числе от повреждающего действия УФ излучения. Наружный слой кожи – это кератиноциты (КЦ) эпидермиса. Первый уровень защиты КЦ кожи - развитая система репарации УФ индуцированных повреждений ДНК ядра и митохондрий. Но не все нарушения структуры ДНК могут быть устранены системой внутриклеточной репарации и в этом случае клетка, поврежденная УФИ, «проявляет альтруизм» и с целью сохранения ткани, органа, организма включает программу апоптоза, то есть происходит разборка клетки на фрагменты, утилизируемые  в основном «непрофессиональными макрофагами» - соседними клетками. Если УФИ, которое вызвало апоптоз клетки, не повреждает при этом сам механизм реализации программы апоптоза, элиминация клетки посредством апоптоза происходит без возникновения воспалительной реакции, то есть без активного участия иммунной системы. Если же повреждение клетки таково, что «чистый, pure» апоптоз невозможен, элиминация клетки УФ - поврежденным механизмом апоптоза может быть сопряжена с воспалительной реакцией [1].

The skin protects the cells of the human body from external influences, including the damaging effect of UV radiation. The outer layer of skin is epidermal keratinocytes (KC). The first level of protection for the skin KC is developed system for repair UV-induced damage DNA for cell nucleus and mitochondria. However, not all DNA destruction can be eliminated by help system intracellular repair. In this case a cell, damaged UVB, "shows altruism" and to preserve the tissue, organ, organism to activates  apoptosis program, there occurs disassembly cells into fragments, recyclable basically "unprofessional macrophages "- neighboring cells. If the UVR, which caused apoptosis of cells, do not hurt at the same time the mechanism to release apoptosis program, elimination of cells by apoptosis occurs without causing an inflammatory reaction, ie without the active participation of the immune system. If the cell damage is lager  and "clean, pure”  apoptosis is not possible, the elimination cells by help UV - damaged apoptotic mechanism can be associated with inflammatory response [1].

Проявление «провоспалительного» (с измененной морфологией) УФ – индуцированного апоптоза КЦ кожи продемонстрировано Roberto Cariccio в работе [13]. УФ индуцированное воспаление кожи обязательно сопровождается покраснением (эритемой) облученного участка. Покраснение кожи, вызванное УФВ (UVB 280-320нм) излучением, проявляется наиболее заметно, если поражение столь велико (полная дезактивация механизма апоптоза), что клетка разрушается посредством некроза. Этот процесс имеет большой латентный период, а первый или единственный максимум покраснения для «задержанной, delayed» эритемы формируется не ранее чем через 12 часов после УФ облучения. Основным параметром для задержанной эритемы является значение максимальной НеЭритемогенной Дозы (НЭД или NED), которое измеряют через 24 часа после УФ облучения. НЭД – это пороговая доза для задержанной компоненты УФ эритемы, то есть это максимальная доза УФ, при которой эритема еще не появляется. НЭД немного меньше Минимальной Эритемогенной Дозы (МЭД) и она может быть измерена с большей, чем МЭД, точностью [1]  because can be measure as the intersection point of a linear relationship (for redness’ and UV dose) with the horizontal axis

Manifestation "pro-inflammatory" (with altered morphology) UV - induced apoptosis of the skin KC first demonstrated Roberto Caricchio [13]. UV-induced skin inflammation always accompanied with  redness (erythema) of the irradiated area. Redness of the skin caused by UVB (280-320nm) radiation is most noticeable when the destruction is so great (complete deactivation mechanism of apoptosis), that the cell is destroyed by necrosis. This process has a long latent period and the first or the only maximum of redness for a "delayed” erythema formed not earlier than 12 hours after UV irradiation. The main parameter for the delayed erythema is the maximal Not Eritema Doses (NED), which measure 24 hours after UV irradiation. NED - a threshold dose for the delayed UV erythema components, i. e. the maximum UV dose at which erythema still not appear. NED slightly less than the Minimum Erythema Dose (MED) and it can be measured with greater than MED accuracy[1] because can be measure as the intersection point of a linear relationship (for redness’ and UV dose) with the horizontal axis.

Быстрая компонента УФВ эритемы (вызванная провоспалительным апоптозом) проявляется значительно раньше - покраснение достигает максимума через 3 - 6 часов после УФВ облучения, и, в отличие от задержанной эритемы, она проявляется не всегда, быстро исчезает и часто остается незамеченной. Двухкомпонентная кинетика развития УФВ эритемы кожи свиней отмечена в работе [18] и авторы этой работы считают, что УФВ эритема с двумя максимумами покраснения для кожи человека в литературе не описана. Эту особенность УФВ эритемы авторы [18] характеризуют как "двухфазность кинетики = biphasical time course", однако, правильнее назвать УФВ эритему двухкомпонентной.

The fast component of UVB erythema (induced by pro-inflammatory apoptosis) appears earlier - redness reaches a maximum after 3 - 6 hours after UVB irradiation, and, in contrast to the delayed erythema, it appears not always, quickly disappear and often goes unnoticed. A two-component kinetics of UVB skin erythema observed in pigs [18]. Authors of this paper believe that UVB erythema with two peaks the redness of human skin is not described in the literature. This feature UVB erythema authors [18] described as "two-phase kinetics = biphasical time course", however, correct to call it a two-component UVB erythema.

Формирование эритемной реакции определяется тремя конкурирующими процессами – некрозом, апоптозом и репарацией УФ поврежденной клетки. Важно, что КЦ кожи находятся в процессе программированного апоптоза и, по мере удаления от базального слоя, в течение 28 дней превращаются в чешуйки мёртвых клеток рогового слоя. Апоптогенное действие УФИ может, таким образом, оказываться только на КЦ глубоких слоев эпидермиса, для которых процесс программированного апоптоза еще не развился. Эритема, называемая "задержанной", определяется количеством клеток, разрушенных посредством некроза, которое возрастает пропорционально дозе УФ облучения и может быть уменьшено как процессами репарации, так и вследствие элиминации УФ поврежденных клеток механизмом апоптоза.

Formation of erythema reaction is determined by tree competing processes - necrosis, apoptosis and repair of UV-damaged cells. Importantly, that skin KC are in the process of programming apoptosis, and in process to distance from the basal layer of epidermis, for 28 days transformed into flakes of dead cells of the stratum corneum. Apoptotic effect of UV radiation can thus be provided only for the KC deep layers of the epidermis, for which the process of programmed apoptosis has not yet developed. Erythema, called "delayed", determined by the number of cells that were destroyed by necrosis, which increases in proportion to the dose of UV radiation and can be reduced as the process of cell repair, and also because of the elimination of UV damaged cells, provided by apoptosis mechanism.

Данная работа подтверждает справедливость вышесказанного и является теоретическим обобщением результатов, полученных автором и другими исследователями в процессе изучения действия УФИ на клетки млекопитающих (преимущественно КЦ) с целью установления дозовой зависимости УФВ индуцированного апоптоза. Тезисы основных положений работы опубликованы автором ранее [1,2,3,4,5,19] и за прошедшие годы экспериментальных данных, позволяющих существенно уточнить параметры немонотонной дозовой зависимости УФИ –индуцированного апоптоза, в литературе не найдено.