[논문]자외선 조사에 따른 모발의 물리화학적 변화에 관한 연구

장병수; 나수경; 이귀영

자외선 조사에 따른 모발의 물리화학적 변화에 관한 연구
Study on the Physicochemical Change of Human Hair Shaft Following Radiation with Ultraviolet 원문보기

한국전자현미경학회지 = Korean journal of electron microscopy, v.36 no.2, 2006년, pp.109 - 118

장병수 (한서대학교 보건학부 미용학과) , 나수경 (한서대학교 보건학부 미용학과) , 이귀영 (한서대학교 화학과 미용화학)

초록
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자외선 B를 사람의 두피에서 채취한 모발에 6시간, 12시간, 24시간. 48시간 동안 각각 조사한 후 모발의 미세구조적인 변화 과정과 모발 단백질의 분해에 의한 원소 성분의 함량 변화를 전자현미경 및 에너지분산분광분석기를 이용하여 분석하였다. 자외선에 6시간 조사된 모발에서 모발 표면은 중첩된 큐티클층이 분리되어 있거나 부러져있는 상태로 나타났다. 큐티클세포의 내큐티클에는 직경이 30nm에서부터 700nm크기의 공포를 형성하고 있었다. 자외선에 12시간 조사된 모발에서 피질은 치밀하게 배열되어 있는 각화세포의 세포막이 파괴되어 공포가 형성되었는데 공포는 세포막을 따가서 일렬로 배열되어 있었다. 또한, 멜라닌 과립과 접촉하고 있는 거대원섬유에서 공포가 형성되어 멜라닌 과립과 분리되는 것을 확인할 수 있었다. 이 시기에도 멜라닌 과립의 모양이나 크기의 변화는 나타나지 않았다. 자외선에 24시간 조사된 모발에서 큐티클세포들은 절단된 상태로 관찰되었고 세포질의 내큐티클에 형성된 공포들은 인접해 형성된 공포들과 융합되었다. 자외선에 48시간 조사된 모발은 표면이 거칠게 나타났고, 큐티클의 안쪽 층에 있는 세포에서부터 형성된 공로로 인해 위쪽에 있는 큐티클 세포는 들뜨면서 조각나 떨어져 나갔다. 자외선 조사를 받아 손상된 모발의 원소성분을 에너지 분산 분광분석기로 분석한 결과 정상모발 보다 산소성분의 함량이 높게 나타났으나 황의 성분은 감소되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The physicochemical properties of damaged hair by irradiation of ultraviolet-B (UV-B) have been investigated by using transmission electron microscope and scanning electron microscope. The range of irradiation of hair irradiated for expectative 6 hours, 12 hours, 24 hours and 48 hours with stimulated ultraviolet ray. The treated hairs showed characteristic morphological damage pattern in the cornified cell of matrix and the cuticle following time past. The various sized vacuoles in the endocuticle of the cuticular cells was formed. The statistically significant differences in diameter of cuticular cell were observed in terms of tranverse swelling by formation of vacuoles. The hair cortex and matrix undergo long term exposure to UV-B radiation. The macrofibrils of cortex appeared to be affected most by UV-B, although the morphology and volume of melanin granule was not changed. The physicochemical destruction of hair matrix and cuticular cells is largely accelerated by long term irradiation of UV-B.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구는 정상 성인 여성모발에 지구상에 도달하는 자외선 B에 해당하는 315 nm 파장의 자외선램프를 이용하여 각각 6시간, 12시간, 24시간, 48시간 조사한 후 모발 조직에 일어나는 형태학적 변화와 광화학적 변화를 고배율의 주사 및 투과전자현미경과 에너지분산분광분석기를 이용하여 각각 규명하였다.
포매된 조직은 초박절편기(ultramicrotome, LKB-2088)로 준초박절편을 제작하였다. 이어서, 초박절편을 제작하여 copper grid에 부착시킨 다음, uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 투과전자현미경 (JEOL 100 CX-II, Japan)으로 100kV에서 관찰하였다
자외선 조사에 의한 모발 표면의 형태적 변화를 관찰하기 위하여 각각의 시료를 2.5% paraformaldehyde-glutaraldehyde (4℃, phosphate buffer, pH 7.4)로 1시간 동안 전고정하고 이어서 인산완충용액(4℃, 0.4 M phosphate buffer, pH 7.4)으로 15분씩 2회 세척한 다음, 1 % OsO₄(4℃, phosphate buffer)로 1시간 후고정하였다. 고정이 끝난 재료는 동일 인산완충용액(4℃, 0.
정상모발과 자외선 조사에 의해 손상된 모발의 손상정도에 따른 모발 조직의 구성원소량을 비교하기위해서 예측되는 물질인 탄소, 산소, 수소, 황, 인 등의 분포양상을 알아보기 위하여 에너지 분산 분광분석기(INCA, Oxford Ins., Great Britain)를 사용하였다. 이때 가속전압은 15kV를 사용하였다.
정상모발과 자외선에 6시간, 12시간, 24시간, 48시간 조사된 각각의 모발을 2.5% paraformaldehyde-glutaraldehyde(4℃, phosphate buffer, pH 7.4)에 1시간 전고정하고, 1% OsO₄(4℃, phosphate buffer)로 1시간 후고정 하였다. 고정이 끝난 재료는 동일 완충용액으로 2회 씩 세척한 후, 알콜농도 상승순으로 탈수하고, propylene oxide로 치환하여 Epon-Araldite 혼합액에 포매한 다음, 60℃ vacuum drying oven (Yamato, Japan)에서 36시간 동안 중합반응 시켰다.
4)으로 15분 씩 2회 수세한 다음, ethanol 농도 상승순으로 탈수하여 isoamyl acetate로 치환하였다. 처리된 재료는 임계점건조기(critical point dryer, Hitachi SCP-II)에서 건조시킨 후, 이온침착기(ion coater, JFC-1100)를 사용하여 20 nm 두께로 금 도금(gold coating)한 다음 주사전자현미경(JSM-840 A, JEOL, Japan)으로 20kV에서 관찰하였다.

대상 데이터

사용하였다. 자외선 조사 실험에 사용된 모발은 두정부의 두피로부터 약 5 cm 떨어진 곳에서 10 cm 길이로 잘라서 채취하였고, 채취한 모발은 4 cm 길이의 접착테이프를 이용하여 가지런히 고정시켰다.
자외선 조사기기는 독일의 EXAKT Apparatebaw의 Typ/No-42/329 모델로 60 HZ, 0.01 kw, 0.2 A이며, 램프는 이태리의 Radium Ralutec, 9W 일자형 램프를 사용하였다.
자외선 조사에 의한 모발의 미세구조적 변화 과정을 관찰하기 위하여 사용된 시료모발은 물리적, 화학적 영향을 받지 않은 28세 여성의 정상 모발(virgin hair)을 사용하였다. 자외선 조사 실험에 사용된 모발은 두정부의 두피로부터 약 5 cm 떨어진 곳에서 10 cm 길이로 잘라서 채취하였고, 채취한 모발은 4 cm 길이의 접착테이프를 이용하여 가지런히 고정시켰다.
고정이 끝난 재료는 동일 완충용액으로 2회 씩 세척한 후, 알콜농도 상승순으로 탈수하고, propylene oxide로 치환하여 Epon-Araldite 혼합액에 포매한 다음, 60℃ vacuum drying oven (Yamato, Japan)에서 36시간 동안 중합반응 시켰다. 포매된 조직은 초박절편기(ultramicrotome, LKB-2088)로 준초박절편을 제작하였다. 이어서, 초박절편을 제작하여 copper grid에 부착시킨 다음, uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 투과전자현미경 (JEOL 100 CX-II, Japan)으로 100kV에서 관찰하였다

성능/효과

피질과 직접 접촉하여 둘러싸고 있는 가장 안쪽의 큐티클 세포의 세포질에는 많은 공포들이 형성되어 있는데 이들 공포는 모두 내큐티클에 존재하고 있으며 공포가 크게 확대되면서 인접한 공포와 융합되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 큐티클 세포의 세포막은 전형적인 이중막의 구조를 하고 있었으며, 세포막 사이에는 약 25nm 두께의 cement 물질로 구성된 세포막사이 복합체(Intercellular membrane complex)가 뚜렷하게 관찰되었다(Fig. 13).
또한, 피질은 정상모발의 피질에서와 달리 각화세포의 세포막과 막 사이에 많은 공포가 형성되어 있었고 멜라닌 과립과 인접한 부위의 각화원섬유의 한계막(limiting membrane)에도 공포가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이 시기에 피질 내에 형성되는 공포는 직경이 약 250nm 크기로 측정되었다.
또한, 피질은 정상모발의 피질에서와 달리 각화세포의 세포막과 막 사이에 많은 공포가 형성되어 있었고 멜라닌 과립과 인접한 부위의 각화원섬유의 한계막에도 공포가 형성되는 것을 확인 할 수 있었다.
검은 모발에 있는 유멜라닌은 퀴논(quinone) 분자 구조를 가지고 있어서 금색 모발의 페오멜라닌 보다 높은 광보호 효과(photo protective effect)를 나타낸다. 본 연구에 사용된 검은 모발의 유멜라닌 과립은 자외선조사에 의한 형태적 변화나 색소의 퇴화 과정은 관찰되지 않았다.
, 2003). 본 연구에서 자외선 조사를 받은 모발의 큐티클 세포에서 자외선의 광화학적 반응에 의해서 손상된 부위가 주로 내 큐티클이었으며 이 부위에 세포막을 따라 많은 공포가 형성되었다. 이와 같이 내큐티클에 주로 형태적 변화가 나타나는 것은 황이 비교적 적은 비각화성 세포가 주를 이루는 구조적 특성에 기인하는 것으로 사료된다.
본 연구에서는 315 nm의 자외선을 조사한 후 6시간이 경과한 조직표본에서 광화학적인 변화가 시작됨을 확인 할 수 있었다. 모발 표면의 중첩된 큐티클 세포층은 분리되어 비늘이 갈라지고 떨어져 나가 있었다.
자외선 조사를 받아 손상된 모발의 원소성분을 에너지 분산 분광 분석기로 분석한 결과 정상모발 보다 산소성분의 함량이 높게 나타났으나 황의 성분은 줄어들어 있었다. 이것은 산소 유래 자유기가 cystine의 이황화 결합을 깨뜨리면서 노출된 황에 자유기가 부착되어 단백질의 변형을 초래한 것으로 확인하였다.
자외선에 12시간 조사된 모발을 관찰한 결과 주사전자현미경상에서 모발 표면의 비늘은 서로 분리되어있는 것이 뚜렷하게 관찰되었다(Fig. 5). 투과전자현미경상에서 피질은 치밀하게 배열되어 있는 각화세포의 세포막과 인접한 부위에서 세포막의 파괴와 함께 공포가 형성되었는데 공포는 세포막을 따라서 일렬로 배열되어 있고, 크기는 직경이 100~200nm 정도의 크기로 측정되었다(Fig.
자외선에 24시간 조사된 모발을 관찰한 결과 저배율의 주사전자현미경상에서 모발 표면은 떨어진 비늘의 조각들과 분리된 비늘들에 의해서 지저분한 상태로 관찰되었다 (Fig. 7). 모발을 가로 절단하여 투과전자현미경으로 관찰한 결과 이 시기에 큐티클은 이전 시기의 자외선 조사에서 보다 더 심하게 분리되어 있다.
자외선에 6시간 조사된 모발을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 모발 표면은 중첩된 큐티클세포층이 분리되어 있거나 부러져있는 상태로 매우 지저분하게 나타났다. 큐티클세포의 표면 쪽으로 노출된 비늘은 정상모발에서 보다 노출된 면적이 3~4배 이상 높은 것으로 나타났다(Fig.
정상모발과 자외선 조사를 받아 손상된 모발의 원소 함량을 에너지 분산 분광분석기로 비교 분석한 결과 정상모발은 51.33%의 산소원소를 함유하고 있으며, 자외선 조사를 받은 모발은 산소원소가 57.46%로 정상보다 6.13% 증가되어 나타났으며, 황 원소는 정상모발에서 35.38%를 차지하고 있으나 자외선조사를 받은 모발에서는 26.99%로 8.39% 감소하였다(Fig. 14).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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