Mokslas apie garbanas. Vartiklis

Jei jums ant galvos kupeta pasišiaušusių garbanų, bangelių ar sruogų ir nesiseka gerai sutvarkyti to „paukščių lizdo“ – jūs tikrai ne vienintelis. Garbanoti plaukai kelia rūpesčių net fizikams ir inžinieriams – vis tik jie, pasitelkę kompiuterinius ir laboratorinius tyrimus išsiaiškina klausimus apie plaukų lankstumą ir kaip reikia su jais elgtis.

Ko tik nedarome su savo plaukais, kad atrodytume patraukliau!? Reguliariai kerpame, dažom, perdažom, garbanojam, tiesinam, „sudedam“ naudodami įvairias chemines priemones ir pagalbines priemones. Tačiau je vieniems, norint suraityti tiesius plaukus, reikia įdėti nemažai pastangų, tai kitiems banguotus ar garbanotus plaukus gavo nuo gimimo – ir neretai šiems reikia sukti galvą (bet ne plaukus), kad juos ištiesintų.

Plauko stiebo augimą lemia traukos jėgos, jo struktūros ir maišelio (folikulo) sąveika. Besigarbanojantys plaukai auga iš asimetrinių maišelių. Kuo garbanotas plaukas ilgesnis, tuo jo struktūra linkusi būti sudėtingesne. Ir jei tiesūs plaukai paprastai išlaiko lygią formą, tai garbanoti suka spirale aukštyn ar žemyn, o kartais net sukasi atgal.

Dėl tos savitos geometrijos jie, kai bandoma suformuoti šukuoseną, labai jautrūs šilumai. Štai Perdue un-to mokslininkai (afroamerikietė Tahira Reid su komanda) tyrė, kaip tiesesni plaukai geriau praleidžia šilumą ir todėl karščio mažiau paveikiami nei garbanoti. Jie sukūrė robotizuotą prototipą ir naudojo infraraudonųjų spindulių mikroskopą, kad ištirtų, kaip šiluma iš plokščio „lygintuvo“ persiduoda plaukams pasinaudojant Angstromo metodu. Savo tyrimu komanda siekia pateikti paaiškinimus, kaip garbaniams reiktų tvarkyti savo plaukus. Panašios problemos kyla ne tik plaukams, bet ir su kitomis „plaukuotomis“ medžiagomis – tad rezultatų taikymo sritis yra gerokai platesnė (pvz., ir tekstilės pramonėje).

Kaip garbanojasi plaukai?

Bet kodėl vieniems plaukai garbanojasi, o kitiems – ne; ir kuo skiriasi garbanotas plaukas nuo tiesaus? Iš tikro, natūralaus ir dirbtinio „garbanojimo“ mechanizmai nors ir panašūs, bet ir skiriasi.

Iš biologinio požiūrio taško, dirbtinis sugarbanojimas paprastesnis. Didesne dalimi plaukai sudaryti iš ištįsusių, spiralės formos baltymo keratino molekulių. Baltymų molekulės susijungia į pluoštus, kuriuose apsiveja viena apie kitą ir persidengia taip, kad vienos molekulės galas susijungia su kitos pradžią. Kartu jas išlaiko daugybė įvairios prigimties ryšių.

Bet kuris baltymas – tai aminorūgščių seka. Priklausomai nuo amino rūgšties sandaros, ji sieks vienos at kitos aminorūgšties baltyme ar gretimoje molekulės. Pvz., aminorūgštis su neigiamu krūviu linkusi būti greta aminorūgšties su teigiamu krūviu. Ir lygiai taip hidrofobiškos aminorūgštys stengsis laikytis greta ir toliau nuo vandens.

Tarp aminorūgščių yra viena, savo sudėtyje turinti sieros – tai cisteinas. Vaizduodami jos struktūrą, paprastai prie sieros atomo prideda vandenilio atomą. Tačiau vandenilis sierai nelabai stabilus partneris - ir todėl sieros atomas viename cisteine mielai jungiasi su sieros atomu kitame cisteine, jei tik jie atsiduria greta, susidaro vadinamasis labai tvirtas disulfidinis tiltelis (beje, kažkas panašaus vyksta vulkanizuojant gumą – tik ten į į kaučiuką prideda reagentų su siera). Disulfidinis tilteliai, tarsi sąvaržėlės, palaiko molekulės struktūrą (jei jie susidarė tame pačiame baltyme) arba tarpmolekuliarines struktūras.

Keratine daug cisteinų, - ir disulfidinių tiltelių tarp jų dėka plaukas nesutrupa. Pvz., tiesius plaukus apvyniojus apie pirštą, disulfidiniai ryšiai nesutrūkinėja – ir plaukus paleidus jie išsitiesina. Panašiai galima ištempti besigarbanojantį plauką – kai tik jį paleisite, vis vėl susisuks atgal. Tačiau kad kokie tilteliai būtų patvarūs, juos galima suardyti specialių reagentų pagalba – jų tikslas yra išskirti sieros atomus tarp cisteinų, o vėliau juos vėl sujungti. Prieš juos vėl sujungiant, plauką išlenkia, susuka ant ko nors, kad būtų suteikta norima forma – nauji tilteliai turi susidaryti kol plaukas susuktas, kad įsitvirtintų nauja forma.
Folikulo sandara
Plauko folikulas susideda iš kelių tipų ląstelių (skirtingos spalvos) sluoksnių. Dalis ląstelių (raudonų) skirtos plauko susidarymui – joms bręstant jos tįsta ir kaupia keratiną

Yra ir labiau „gailestingas“ metodas, kai plaukai užriečiami elektrožnyplėmis – kas irgi susiję su fizikiniais-cheminiais ryšiais, tik šįsyk kitais. Tarp greta esančių aminorūgščių vyksta elektrostatinė trauka (pvz., formuojantis vandeniliniam ryšiui, kurie labai paplitę biomolekulėse, tačiau yra labai nepatvarūs). Visi te ryšiai sutrūkinėja, kai susuktus plaukus kaitina staileriu. Vėliau ryšiai tarp keratino molekulių atsikuria, tačiau tarp kitų atomų, tad plaukai kurį laiką išlieka užriesti. Bet kadangi čia veikia santykinai silpni ryšiai, plaukai su laiku savaime išsitiesina. Tiesa, išsitiesina ir chemiškai susukti plaukai, tačiau čia jau dėl to, kad susuktų plaukų vietą užima iš odos augantys tiesūs plaukai.

O štai kodėl kai kuriems nuo gimimo garbanojasi plaukai?

Plaukas auga iš folikulo (arba maišelio ar svogūnėlio), sudaryto iš 7-ių sluoksnių ląstelių, kurios viena į kitą įstatytos tarsi ropinio svogūno apvalkalai. Skirtingi ląstelių tipai vykdo ir skirtingas funkcijas: vienos dalijasi ir sudaro plauką, kitos palaiko ir valdo gaminančias plauką. Plauką sudarančios ląstelės, pradžioje buvę nebrandžios palaipsniui sukaupia keratino (dar yra ląstelių, kaupiančių melanino¹⁾ pigmentą, plaukams suteikiančio spalvą). Keratino molekulės modifikuojasi, sukietėja ir glaudžiai susipakuoja ląstelėje. Galiausiai ląstelė tampa tarsi maišeliu, prikimštu keratino gijos- fibrilos. Tad realus plaukas, ne vien grynas keratinas, bet ląstelių, jų lipidinių membranų ir kitų baltymų liekanos.

Įgimtas garbanotumas susijęs būtent su tuo, kas vyksta plauko svogūnėlyje. Pirmiausia jame netolygiai dalijasi ląstelės: iš vienos pusės jos dalijasi aktyviau nei iš kitos. Tad viename šone ląstelių visąlaik daugiau – ir augantis plaukas užlinksta: ir ne tik pats plaukas, bet ir pats svogūnėlis darosi asimetriniu. Antra, plauką sudarančios ląstelės vienoje pusėje subręsta greičiau – jose keratinas sparčiau kietėja ir greičiau pakuojasi į išbaigtas gijas. O ir pats keratinas sintezuojamas skirtingu intensyvumu – vienoje pusėje jo susidaro daugiau. Ir pagaliau trečia, plauko ląstelės bręstant smarkiai išsitempia, tačiau garbanotuose jie tįsta netolygiai ir, kaip galima susiprasti, vienoje pusėje tampa ilgesnės. Ketvirta, įtakos turi tai, kaip keratinas supakuotas. Jį sintezuojančios ląstelės skirstomos į kelius tipus, besiskirdamos keratininių gijų sudėjimu. Vienose jos išsidėsčiusios aplink centrinę ašį, tačiau yra ir grupuojančių palei šonus. Kiekviename plauke yra skirtingų tipų ląstelių, - ir viskas priklaus, kaip jos išsidėsčiusios. Beje, tai įtakoja tai, kad plaukas ne tik išsilenkia, bet ir tampa plokštesniu skersiniame pjūvyje.

Ois tiek iki šiol tebevyksta ginčai, ar visos įgimto garbanotumo priežastys žinomos. Ir iškyla klausimas, kas įtakoja tą netolygų ląstelių dalijimąsi? Ląstelės dalijasi veikiant ypatingiems baltymų signalams – augimo veiksniams. Tad mtyt viena pusė gauna daugiau tų signalų – bet kodėl? Matyt, atsiliepia genetinės ypatybės. Yra bent 12 genų, nuo kurių priklauso ar plaukas garbanosis ir kaip smarkiai.

Moksliškai dar neseniai patvirtinta, kad nuo išgąsčio žmogus gali pražilti. Nors teoriškai stresas gali taip paveikti imuninę sistemą, kad iškristų tamsūs plaukai, o liktų tik žili.

Marija Antuanetė²⁾ pražilo per vieną naktį prieš bausmės vykdymą. Vėliau daugelis spėliojo, ar tai nėra perdėta. Tačiau per šimtmečius, prabėgusius nuo tada, žmonės ne kartą stebėjo, kaip stresas sukelia pražilimą. Tačiau mokslininkai iki šiol neatskleidė biologinių šio proceso mechanizmų.

2020 m. Harvardo un-to kamieninių ląstelių biologės Ya-Chieh Hsu³⁾ vadovaujama komanda atrado, kad pelėms stresas (fizinis ar psichologinis) pagreitina nediferencijuotų kamieninių ląstelių grupės dauginimąsi. Šios ląstelės galiausiai virsta melanocitais, Žili plaukai

kurie gamina pigmentą melaniną. Greitas melanocitų kamieninių ląstelių dalijimasis savo ruožtu lėmia jų išeikvojimą. Be jo atsargų pelių plaukų folikulai nebeišgali gaminti melanino, todėl plaukai negrįžtamai žilsta.

Tačiau to išeikvojimo priežastis buvo mažiau nuspėjama. Hsu spėjo, kad tai gali būti imuninės ląstelės arba streso hormonas kortikosteronas (pas žmones tai kortisolas). Tačiau kai jie sukėlė stresą pelėms, neturinčios imunnių ląstelių ar antinksčių liaukų, gaminančių adrenaliną, jų plaukai vis vien žilo. Tad reikėjo ieškoti kiti kaltininko.

Tada tyrėjai dėmesį nukreipė į noradrenaliną, dar vadinamą norepinefrinu arba hormonu „Mušk arba Bėk“, mat stresas padidino kortikosterono ir noradrenalino kiekį pelių kraujyje. Chirurginis antinksčių pašalinimas neturėjo įtakos streso sukeltam plaukų žilimui. Tačiau simpatinių nervų, kurie reguliuoja „kovok arba bėk“ reakciją, skatindami noradrenalino išsiskyrimą, įvedant neurotoksiną slopino melanocitų kamieninių ląstelių nykimą ir plaukų žilimą. Ir atvirkščiai, dirbtinis simpatinių nervų aktyvavimas naudojant genetiškai modifikuotus ląstelių receptorius sukėlė melanocitų kamieninių ląstelių nykimą ir plaukų žilimą, imituodamas streso poveikį.

Hsu ir jos kolegos taip pat nustatė, kad melanocitų kamieninių ląstelių proliferacijos blokavimas gali padėti išvengti plaukų žilimo dėl streso. Tačiau kai kamieninių ląstelių rezervas išeikvojamas, žilų plaukų nebeįmanoma atkurti.

Tačiau vos po metų M. Picard’o⁴⁾ vadovaujamo tyrimo rezultatai parodė, kad žmonėms plaukų žilimas dėl streso gali būti grįžtamas. 2021 m. tyrime jo komanda surinko 14 savanorių nuo 9-erių iki 65 m. amžiaus plaukus, nufotografavo juos skaitmeniniu fotoaparatu ir tada, naudodami vaizdų analizės programinę įrangą, kiekybiškai įvertino jų pigmentacijos modelį. Tyrėjai susižymėjo pigmentacijos kryptį: pvz., tamsi šaknis ir baltas galiukas rodė plaukų žilimo grįžtamumą.

Tada tyrėjai paprašė kelių dalyvių, kuriems buvo pastebėtas ryškus plaukų žilimo arba jų spalvos pasikeitimo tendencijos, retrospektyviai įvertinti savo streso lygį per paskutinius metus. Asmenys trumpai apibūdino svarbius gyvenimo įvykius ir įvertino jų intensyvumą skalėje nuo 0 iki 10. Remdamiesi šia informacija, tyrėjai suderino atrinktų dalyvių „streso profilius“ su jų plaukų pigmentacijos modeliais, darydami prielaidą, kad plaukai auga 1 cm per mėnesį greičiu. Tai leido tyrėjams susieti konkrečius plaukų segmentus su gyvenimo įvykiais.

Buvo nustatyta, kad plaukų žilimo ir žilimo laikotarpio pabaigos laikas sutapo su atitinkamai didelio ir mažo streso laikotarpiais. Pvz., 30-mečiai moteriai, išgyvenusiai santuokinę skyrybas, tyrėjai pastebėjo žilų plaukų segmentų, atitinkančių įvykį, kurį ji įvertino kaip labiausiai stresą keliantį per pastaruosius metus, žilimą. Stebėtina, kad prasidėjo atvirkštinis kitimas po dviejų didelio streso laikotarpio mėnesių. Panašiai ir 35 metų vyro plaukų žilimo tendencija pasikeitė, kai jis išėjo dviejų savaičių atostogų.

M. Picard’as spėja, kad neatitikimas tarp jo ir Hsu išvadų greičiausiai atsirado dėl esminių skirtumų tarp pelių ir žmonių, tad reikia būti atsargiais, taikant pelių tyrimų rezultatus žmonėms. Tuo tarpu Hsu mano, kad Picard’o komandos pastebėtas plaukų žilimo grįžtamumas greičiausiai atsirado todėl, kad melanocitų kamieninių ląstelių telkinys nebuvo išeikvotas. Vietoj to, diferencijuoti melanocitai greičiausiai laikinai nustojo gaminti pigmentą – ir kadangi kamieninės ląstelės lieka nepažeistos, spalvos pokyčiai nėra nuolatiniai.

Kadangi melanocitų kamieninių ląstelių kiekis natūraliai mažėja laikui bėgant, amžius yra svarbus veiksnys, lemiantis, ar plaukų žilimas jau tapo negrįžtamas.

¹⁾ Melaninas - natūralus rudos, juodos arba geltonos spalvos nereguliarios struktūros pigmentas, gaminamas specialių odos ląstelių (melanocitų), kuris lemia plaukų, akių ir odos spalvą. Jo yra plaukuose, odoje, akies tinklainėje, vidinėje ausyje ir kai kuriose smegenų srityse ir pan. Melanino perkėlimą organizme atlieka makrofagai melanfoforai. Pagrindinė jo funkcija - apsaugoti organizmą nuo žalingų UV spindulių, sugeriant juos ir veikiant kaip antioksidantas. Didesnis melanino kiekis geriau apsaugo nuo saulės, bet lemia tamsesnį gymį. Dėl melaniną gaminančių ląstelių sutrikimo išsivysto piktybinis navikas - melanoma.

²⁾ Marija Antuanetė (Marie-Antoinette (pranc.), Maria Antonia Josefa Joanna von Habsburg-Lothringen, 1755-1793) – austrų kilmės (iš Habsburgų) Prancūzijos karalienė konsortė. 1769 m. paskelbta jos vedybas su Liudviku XVI, o po metų,rūmuose įvyko santuokinė ceremonija: tuo metu Marijai Antuanetei buvo 14 m,, o jos sutuoktinis tebuvo metais vyresnis. Po 4 m., netikėtai mirus Liudvikui XV, jie užėmė Prancūzijos karališkąjį sostą. Daugelis prancūzų nekentė jos vien tik dėl jos austriškos kilmės, tačiau apie j1 sukosi ir įvairiausi melagingi gandai ir aristokratų intrigos. Vėlesniais metais ji vis daugiau dėmesio ir lėšų skyrė labdarai, šelpė vargingai gyvenančių Paryžiaus šeimų vaikus, stengėsi apriboti karališkųjų rūmų išlaidas, panaikinti daugelį nereikšmingų dvariškių pozicijų. 1789 m. prasidėjo Prancūzijos revoliucija. 1791 m. Marija Antuanetė ir Liudvikas XVI bandė nesėkmingai pabėgti iš Paryžiaus. 1793 m. vyko jų teismai; Marija Antuanetė buvo giljotinuota spalio 16 d .

³⁾ Ja-Čje Siui (Ya-Chieh Hsu) - amerikiečių biologė kilimo iš Taivano, Harvardo kamieninių ląstelių inst-to profesorė (nuo 2014 m.). Vadovauja laboratorijai, kurioje daugiausia dėmesio skiriama tam, kaip įvairūs ląstelių tipai koordinuojasi palaikydami audinių funkciją, ypač žinduolių odoje. Nustatė sąryšį tarp streso ir plaukų plikimo bei žilimo. Taip pat nustatė, kad padidinta žaizdų inervacija (nervų kiekis) gali sulėtinti gijimą ir padidinti randų susidarymą.

⁴⁾ Martinas Pikardas (Martin Picard, g. 1984 m.) - kanadiečių kilmės biologas iš Kvebeko, Kolumbijos un-to profesorius. Jis yra mitochondrinės psichobiologijos, tiriančios kaip psichinės būsenos (stresas ir emocijos) veikia biologinius procesus, pradininkas. Anot jo, mitochondrijos ne vien energijos šaltinis, bet ir sudėtingos informacijos apdorotojos. Tiria ir senėjimo procesų energetiką ir apgręžtinumą. Parengė knygą „Energija“ (2027).