臨床醫(yī)學(xué)
紫外線具有滅菌或調(diào)整生物節(jié)律、促進(jìn)新陳代謝,、合成維生素D強(qiáng)化骨骼等有益于人體的功能,。 但是,近年來由于臭氧層破壞導(dǎo)致紫外線增加,,日曬引起的皮膚老化或皮膚癌等健康損害日益受到關(guān)注,。
下面說明紫外線的概念、紫外線對(duì)皮膚的影響及其機(jī)制,。還對(duì)紫外線引起的皮膚損傷觀察及定量評(píng)價(jià)進(jìn)行說明,。
何謂紫外線
皮膚的紫外線防護(hù)功能
紫外線引起的皮膚疾病
紫外線引起皮膚損傷的定量評(píng)價(jià)
紫外線是指,到達(dá)地表的太陽光線(電磁波)中波長為100 nm至400 nm范圍的光線,。1801年由里特(Johann Wilhelm Ritter)發(fā)現(xiàn),,根據(jù)其波長比被稱為可見光線的400 nm至780 nm范圍中的最短紫色波長(400 nm)更短而被稱為紫外線。
關(guān)于波長:利用光醫(yī)學(xué),、光生物學(xué)的值進(jìn)行說明,。
按照對(duì)生物的作用,紫外線進(jìn)一步分為UVA,、UVB,、UVC,。
UVA(長波紫外線):波長為320 nm至400 nm的紫外線。
UVB(中波紫外線):波長為290 nm至320 nm的紫外線,。
UVC(短波紫外線):波長為100 nm至290 nm的紫外線,。
到達(dá)地表的太陽光線中紫外線占5%至6%,其中的約90%為UVA,,10%左右為UVB,。大部分UVC被臭氧層吸收,并不到達(dá)地表,。因此,,在考察對(duì)皮膚表皮層的損傷時(shí)的對(duì)象是UVA與UVB。
a紫外線,;b可見光線,;c紅外線
紫外線是屬于電磁波的一種光。光由稱為光子的粒子(基本粒子)構(gòu)成,,該粒子所具有的能量稱為光子能量,。光子能量與光振動(dòng)數(shù)成正比,與波長成反比,,在h表示普朗克常數(shù)(6.626 × 10-34Js),,c表示光的速度,λ表示波長時(shí),,光子能量E如以下公式所示,。
E = h × c / λ
通過該公式可知,波長λ變長時(shí)光子能量E變小,,波長λ變短時(shí)光子能量E變大,。光子能量越大,對(duì)物質(zhì)分子結(jié)合的破壞力越大,,波長越長,,到達(dá)地表的比率越高。
由于UVB具有短波長,,到達(dá)地表的比率低,,無法滲透真皮,僅對(duì)表皮造成損傷,。而且具有大的光子能量,,在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p傷。
另一方面,,由于UVA具有長波長,,到達(dá)地表的比率高,可以透過表皮到達(dá)真皮。由于具有小的光子能量,,不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成嚴(yán)重?fù)p傷,,但長時(shí)間照射時(shí),也會(huì)損傷真皮,。
皮膚具有通過細(xì)胞更替,,從紫外線傷害中保護(hù)真皮及皮下組織的功能。
皮膚由表皮和真皮構(gòu)成,。其中,,表皮是最表面的層。表皮從表面起分為角質(zhì)層,、顆粒層,、有棘層、生發(fā)層,。
紫外線透過表皮角質(zhì)層后,,生發(fā)層的黑色素細(xì)胞會(huì)生成黑色素,以從UVA或UVB損傷中保護(hù)真皮,。黑色素是褐色或黑色色素,。生成的黑色素分泌到角質(zhì)形成細(xì)胞(表皮細(xì)胞),被推升至角質(zhì)層,。
被推升至角質(zhì)層的黑色素與角蛋白具有阻斷UVA與UVB的功能,通過皮膚的一系列作用可從紫外線損傷中保護(hù)生發(fā)層及真皮,。
A紫外線,;B表皮;C真皮,;D角質(zhì)層,;E顆粒層;F有棘層,;G生發(fā)層,;H黑色素細(xì)胞
如上所述,皮膚具有從紫外線損傷中保護(hù)表皮生發(fā)層及真皮的功能,。但是,,當(dāng)紫外線照射量超過保護(hù)功能,或長時(shí)間照射紫外線時(shí),,將造成皮膚疾病,。下面介紹紫外線造成的皮膚疾病中的典型癥狀及其發(fā)生機(jī)制。
UVB的波長短,,易于被臭氧層等吸收,,因此到達(dá)地表的量較少,對(duì)皮膚的滲透也較淺,但是,,因其具有高能量,,短時(shí)間照射也可引起“曬傷"或“曬黑"等疾病。
曬傷是皮膚被紫外線曬紅的現(xiàn)象,。主要由UVB引起,,也稱為“紅斑反應(yīng)"。曬傷發(fā)生在暴露在強(qiáng)紫外線下長達(dá)數(shù)小時(shí)后,,曬紅部位的血管發(fā)生擴(kuò)張而引起炎癥,。在之后的8小時(shí)到12小時(shí)癥狀接近峰值,癥狀持續(xù)數(shù)日后將恢復(fù)原狀,。
隨著血管擴(kuò)張,,吸收了UVB的角質(zhì)形成細(xì)胞將生成細(xì)胞因子,引起炎癥反應(yīng),。另外,,此時(shí)以DNA鏈結(jié)合相鄰的嘧啶堿基,形成稱為嘧啶二聚體的細(xì)胞損傷,。皮膚細(xì)胞通過核苷酸切除修復(fù)功能,,可修復(fù)該損傷。但是,,損傷的發(fā)生量超過此功能,,或無法順利修復(fù)時(shí)就會(huì)發(fā)生曬傷。由于受傷細(xì)胞的增殖,,還會(huì)導(dǎo)致黑色素瘤(惡性黑素瘤)或棘細(xì)胞癌,、基底細(xì)胞癌等惡性皮膚癌。 曬黑是皮膚因紫外線而變黑的現(xiàn)象,,也稱為“黑化",。癥狀有“即時(shí)性黑化反應(yīng)"與“延遲性黑化反應(yīng)"。
即時(shí)性黑化反應(yīng)
即時(shí)性黑化反應(yīng)是照射紫外線后皮膚中的還原型黑色素立即發(fā)生光氧化的現(xiàn)象,。一般在數(shù)小時(shí)內(nèi)即可恢復(fù)原狀,。
延遲性黑化反應(yīng)
延遲性黑化反應(yīng)是在照射紫外線2天以后黑色素經(jīng)過長時(shí)間生成而發(fā)生。延遲性黑化反應(yīng)也可持續(xù)數(shù)月,。
UVA比UVB更多地到達(dá)地表,。由于其具有長波長,可透過表皮角質(zhì)層的黑色素與角蛋白滲透至真皮,。
到達(dá)真皮的UVA導(dǎo)致彈性纖維或膠原纖維,、粘多糖類等的分泌造成惡性影響,使皮膚的彈性或緊致度下降,,招致皺紋或下垂等皮膚老化現(xiàn)象(光老化)以及皮膚疾病,。同時(shí)使已經(jīng)形成的黑色素發(fā)生氧化,導(dǎo)致肌膚變黑。
紫外線引起的皮膚損傷可通過顯微鏡觀察染色的皮膚表皮層厚度進(jìn)行評(píng)價(jià),。但是,,任意抽取單獨(dú)視野進(jìn)行測量的方法,會(huì)導(dǎo)致各視野數(shù)據(jù)差生差異,,難以進(jìn)行穩(wěn)定的評(píng)價(jià),。此外,由于樣品無法完整地進(jìn)入視野時(shí),,需分段進(jìn)行數(shù)次觀察,,從而必須反復(fù)進(jìn)行對(duì)焦及照明設(shè)定。
基恩士的一體化熒光顯微成像系統(tǒng)BZ-X800,,可在確認(rèn)整體圖像的同時(shí),,只需通過點(diǎn)擊最外側(cè)的4點(diǎn)注冊坐標(biāo)的簡單操作,即可連續(xù)高速拍攝大量圖像,??善唇痈哌_(dá) 50000 × 50000 pixel 的圖像。利用高精度陰影消除算法,,可修復(fù)由于物鏡像差產(chǎn)生的亮度不均,,從而修復(fù)圖像拼接時(shí)產(chǎn)生的接縫??捎^察沒有接縫的自然拼接圖像,。另外,在進(jìn)行局部觀察時(shí),,只需在拼接圖像點(diǎn)擊要觀察的位置,,即可瞬時(shí)移到該坐標(biāo)進(jìn)行高分辨率觀察。
使用混合細(xì)胞計(jì)數(shù),,可基于顏色或亮度、輪廓信息準(zhǔn)確抽取目標(biāo)位置,,進(jìn)行面積定量化,。使用拼接圖像,可獲得準(zhǔn)確且易于視覺辨認(rèn)的高品質(zhì)數(shù)據(jù),。
存在多個(gè)樣品時(shí),,使用宏細(xì)胞計(jì)數(shù),通過將首張的測量條件批量應(yīng)用到其他圖像,,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量,。不僅能縮短測量時(shí)間,還能消除由于測量條件不同所造成的誤差,,可以提高數(shù)據(jù)的可靠性,。
例:小鼠皮膚的紫外線損傷觀察
A拼接圖像拍攝;B高分辨率的局部觀察;C損傷部位的抽取與定量化 面積 72865 μm2
如果引進(jìn)一體化熒光顯微成像系統(tǒng)BZ-X800
通過圖像拼接,,可快速獲取大范圍的圖像數(shù)據(jù),。可使用自然無接縫的高分辨率拼接圖像進(jìn)行觀察,。
由于可提取表皮層整個(gè)區(qū)域進(jìn)行面積測量,,因此可在短時(shí)間內(nèi)獲得沒有偏差的定量數(shù)據(jù)。
當(dāng)需要評(píng)價(jià)多個(gè)樣本時(shí),,可以同一條件測量各個(gè)樣本,,可進(jìn)行排除了隨意性的正確對(duì)比評(píng)價(jià)。
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