О коже
02.06.2014
О коже человека
Кожа является наружным покровом организма, осуществляющим его взаимосвязь с внешней средой. Суммарная площадь кожного покрова у взрослого человека составляет 1,6-2 м2: масса кожи достигает 5 кг и составляет 4-6% от общей массы тела. Масса кожи вместе с подкожной жировой клетчаткой значительно больше и составляет 20 кт (16-17%), а по числу составляющих кожу клеток (1011 клеток) и их плотности (6 млн·см-2) кожа является самым большим органом тела человека.
Что такое эпидермис?
Эпидермис является многослойным плоским ороговевающим эпителием и состоит из пяти слоев клеток, каждый из которых представляет собой определенную стадию дифференцировки кератобласта, который в результате ороговения (кератинизации) превращается в кератиноцит (греч. Кεроζ - рог). < Полный цикл клеток эпидермиса составляет 26-28 дней, формирования нового рогового слоя - 6-7 дней. В эпидермисе выделяют базальный иди зародышевый слои (striatum germinativum), шиповатый(striatum spinosum), зернистый (striatum granulosum), блестящий и роговой слой (striatum corneum).
Зародышевый (базальный) слой эпидермиса состоит из одного слоя клеток цилиндрической формы, примыкающих к базальной мембране (пластинке), отграничивающей эпидермис от дермы. Длинная ось кератиноцитов базального слоя направлена вертикально по направлению к поверхности кожи. В эпидермисе существуют базальные кератиноциты с ровной и зубчатой поверхностью. Первые из них делятся постоянно и обеспечивают непрерывную смену клеток, а вторые являются резервными и дифференцируются при повреждениях кожи. Базальные кератиноциты являются основным клеточным элементом эпидермиса. Они обладают всеми признаками эпителиальных клеток и содержат в цитозоле цитокератины, а на поверхности цитоскелета - молекулы кадхеринов, катенинов и интегринов, формирующих «клеточные мостики» - десмосомы, которые соединяют их с базальной мембраной и соседними клетками. Под влиянием факторов внешней агрессии (микроорганизмы, механические факторы, ультрафиолетовое излучение к др.) кератиноциты активируются - на их мембранах увеличивается количество рецепторов для молекул адгезии - интегринов и МНС-II. Последние являются инструментом «презентации» антигенов Т-лимфоцитов и запускают первичный иммунный ответ. Кроме того, кератиноциты выделяют противовоспалительные (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО), гемопоэтические колоннестимулирующие факторы: гранулоцитарно-макрофагальный (ГМ-КСФ), гранулоцитарный (Г-КСФ), моноцитарно-макрофагальный (М-КСФ), лимфопоэтический (ИЛ-7) и хемотаксические (нейтрофильный, лимфоцитарный и клеток Лангерганса) цитокины. В базальном слое, наряду с кератиноцитами расположены важные для выполнения различных функций кожи другие клетки - меланоциты, клетки Лангерганса, клетки Гринстейна, эпидермальные лимфоциты и базофилы.
Меланоциты - крупные отростчатые клетки нейроглиальной природы, расположенные под слоем базальных кератипоцитов в соотношении 1:10 (в некоторых участках - 1:4). С помощью десмосом они связаны с базальной мембраной и соседними кератиноцитами. Выделяют недифференцированные биполярные меланоциты (не содержащие пигментов), меланоциты волосяных фолликулов и эпидермальные меланоциты. В апикальных полюсах последних из тирозина каскадом окислительных реакций синтезируется коричневый (DHICH) и чёрный (DHI) пигменты - эумеланины - преобладающие в нормальной и смуглой коже. В меланоцытах рыжеволосых из тирозина синтезируются серосодержащие меланины желтого, красного и коричневого цвета - феомеланины. Меланосомы с пигментом перемещаются по длинным отросткам, расположенным между кератиноцитами и путём пиноцитоза транспортируются в соседние кератиноциты, обеспечивая конституциональную пигментацию кожи. Она может меняться под действием физических факторов, в том числе и ультрафиолетового излучения, (физиологическая пигментация) и патологических процессов (патологическая). Последние два вида пигментации составляют факультативную пигментацию кожи. У чернокожих и белых людей количество меланоцитов в коже примерно одинаково. Количество меланоцитов максимально в коже половых органов и минимально на животе. Меланин защищает кожу от повреждающего действия оптического излучения (фотопротективное действие), участвует в процессах клеточного иммуногенеза и является мощным антиоксидантом. Клетки Лангерганса (внутриэпидермальные макрофаги, кожные макрофаги) имеют костно-мозговое (моноцитарное) происхождение и представляют собой отростчатые клетки со специфическими включениями в виде гранул, имеющих форму ракетки. Общее число таких клеток в коже 109 (2-3% от клеток эпидермиса). Их предшественники проникают в дерму из кровотока, привлекаемые хемокинами кератиноцитов, и устанавливают с ними межклеточные контакты. Путем эндоцитоза они поглощают растворимые антигены с последующим включением содержащихся в них пептидных фрагментов в состав молекул МКС-II, экспрессирующихся на по верхности плазмолеммы. Под влиянием ИЛ-1 и ФНО клетки Лангерганса перемещаются из эпидермиса потоком тканевой жидкости в афферентные лимфатические сосуды. В процессе перемещения они созревают и приобретают способность презентировать антигенные петиды Т-лимфоцитам в региональных лимфатических узлах. В результате формируется пул эффекторных Т-клеток и плазмоцитов, секретирующих антитела и клетки «памяти», специфичные к данному антигену. Клетки Лангерганса стимулируют рост и дифференцировку кератиноцитов, а также инициируют их апоптоз. Путем экзоцитоза мет энкефалнна клетки Лангерганса способны модулировать импульсную активность стадии меланогенеза в коже проводников тактильной и болевой чувствительности в коже человека.
Клетки Гринетейна составляют 1-3% от всех клеток эпидермиса. По строению они сходны с клетками Ланг Берганса, однако являются их антагонистами в иммунном ответе. Они являются естественными киллерами, тормозящими иммунный ответ эпидермальных Т-лимфоцитов. и осуществляющим» лизис трансформированных кератиноцитов. Результат такого взаимодействия и определяет характер конечного имунного ответа кожи. Клетки Меркеля распространены преимущественно в базальном и шиповатом слоях эпидермиса, а также в луковицах волосяных фолликулов. Они немногочисленны и в наибольшем количестве содержатся в коже подошв и ладоней (200-400 мм-2), биологически активных точек, тогда как на других участках их в десять раз меньше. Клетки Меркеля крупнее кератиноцитов и имеют более светлую цитоплазму, в которой локализованы специфические нейросекреторные гранулы с вазоактивным интестинальным полипептидом, фактором роста нервов, бомбезином, мет-энкефалином и β-эндорфином. Первые два соединения индуцируют регенерацию нервов и придатков кожи, рост волос, а последние модулируют импульсную активность связанных с этими клетками нервных проводников.
Шиповатый слой составляют 5-10 рядов клеток многоугольной формы, разделенных узкими пространствами, пересеченными тонкими отростками («шипиками»). Кератиноциты этого слоя имеют более толстые пучки тонофиламентов и связаны между собой большим числом десмосом, количество которых в верхних рядах уменьшается, уступая контактам других типов.
Зернистый слой в зависимости от типа кожи («тонкая» или «толстая») имеет различную толщину и состоит из 3-10 рядов дифференцирующихся кератиноцитов. Клетки этого слоя имеют ромбовидную форму, плотно прилежат друг к другу и содержат в цитозоле гранулы кератогиалина. Длинная ось каждой зрелой клетки параллельна лежащему сверху гребешку или бороздке. Блестящий (элеидиновый) слой эпидермиса не всегда хороню выражен. Он состоит из нескольких рядов клеток, имеет малую толщину и выглядит как однородная яркая светлая полоска. По этой причине его назвали блестящим слоем. В состав кератиноцитов этого слоя входят гранулы элеидина. который является продуктом дальнейшего превращения керагогиалина.
Роговой слой образован клетками, находящимися на заключительной стадии кератиннзацми - роговыми чешуйками. В них отсутствуют ядра и цитоплазматические органеллы. Выделяют роговые чешуйки с рыхлым и плотным заполнением керати новых фибрилл. Первые (Т-клетки) расположены ближе в зернистому слою и содержат небольшое количество митохондрий и других органелл, а вторые расположены более поверхностно. Толщина рогового слоя зависит как от скорости размножения и продвижения в вертикальном направлении клеток (полный цикл - 6-7 сут), так и скорости их отторжения, которая составляет 10-14 г /сут. Структурно эпидермис организован в вертикальные столбы (колонны) клеток, называемые эпидермальными пролиферативными единицами (ЭПЕ). Фундамен том ЭПЕ является клетка Лангерганса. которая «управляет» дифференцировкой окружающих кератиноцитов и меланоцитов. Такая организация эпидермиса обеспечивает воспроизведение, миграцию и конечные превращения креатиноцитов. В отсутствие внешних напряжений вертикальная структура ЭПЕ сохраняется и кожа является тонкой. При механической нагрузке на кожу упорядоченная «столбчатая» структура ЭПЕ нарушается, происходит утолщение эпидермиса и развивается гиперекератоз (толстая кожа). Для внешнего вида кожи кардинальное значение имеют следующие характеристики эпидермиса:
- кератинизация- процесс ороговения эпидермальных клеток;
- функции сальных желез - образование водно-липидной мантии;
- гидратация - содержание воды в коже.
На поверхности эпидермиса имеется защитный жировой слой. Его основу составляют липиды, выделяемые сальными железами (пландулярные липиды, кожное сало, seburn) и липиды межклеточных пространств рогового слоя (эпидермальные липиды) в соотношении 40(50):1, что определяет ее слабокислую реакцию (рН 4,5-5,5). Эпидермальные липиды имеют фосфолипидную структуру, содержат поверхностно-активные вещества и удерживают необходимое количество воды в эпидермисе. Смешиваясь на поверхности эпидермиса с кожным салом и отшелушивающимися чешуйками, они образуют водно-липидную мантию, которая вместе с роговым слоем выполняет барьерную функцию кожи. В состав мантии входят свободные жирные кислоты (30%), триацилглицериды (25%), воски (20%), сквален (15%), эфиры холестерина (5%) и другие вещества. Состав и количество жира определяют внешний вид кожи к являются точкой приложения большинства косметических средств. Роговый слой от других слоев кожи отделяет водный барьер - содержание воды в роговом слое и мантии - 2-10%, а в клетках глубжележащих слоев - 72%. В сутки через кожу выделяется до 2 л жидкости.
Эпидермис от дермы отделяет базальная мембрана (пластина), которая представляет собой волнистую линию сложной формы. Она выполняет опорную функцию для клеток эпидермиса, обеспечивает связь дермы и эпидермиса, регулирует развитие всех слоев кожи и обеспечивает ее селективную проницаемость. Базальная пластинка является специализированной формой внеклеточною матрикса, который синтезируется окружающими ее клетками и содержит коплаген IV типа, гликозаминогликаны и ряд адгезивных молекул (ламинин, фибронектин, нидоген / энтактин и др.). Базальная мембрана имеет сложную организацию. По данным электронной микроскопии в ней выделяют четыре слоя: плазмолемму базальных клеток со специализированными контактами (полудесмосомами), светлую пластинку (lamina lucida), плотную пластинку (lamina densa), субэпидермальные укрепляющие («якорные») фибриллы. В базальной мембране, помимо придатков кожи и гребешков (выростов I и II типа) имеются инвагинации плазмолеммы базальных клеток, которые вместе с базальной мембраной внедрились в дерму - микро- и ультраструктурные выросты III и IV типа и обеспечивают прочную связь дермы и эпидермиса. При повреждении базальной мембраны часто формируются пузыри (дерматоз) и происходит ускоренное развитие рубцовой ткани.
Дерма - соединительная ткань кожи
Дерма представляет собой соединительную ткань, состоящую из коллагеновых. эластиновых и аргирофильных волокон (внеклеточный матрикс), между которыми находятся клеточные элементы. В дерме заложены придатки кожи: сальные и потовые железы: волосяные фолликулы, мышцы, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы и нервные окончания. Дерма преимущественно состоит из внеклеточного матрикса, клеточных элементов в ней относительно мало.
Главными клеточными элементами дермы являются фиброциты и фибробласты, гистиоциты, тканевые базофилы. лаброциты. макрофаги, плазмоциты. Кроме них в дерме имеются клетки, формирующие кровеносные сосуды, нервы и придатки. Базовым элементом дермы являются фиброциты и фибробласты. Пул фибробластов включает малодифференцированные и дифференцированные фибробласты, фиброциты, фиброкласты и миофибробласты. Они образуют волокна и основное вещество, составляющие рыхлую соединительную ткань, которая служит стромой (каркасом) кожи. Выделяют две популяции фибробластов: короткоживущие и долгоживущие. Короткоживущие фибробласты активно участвуют в образовании новой соединительной ткани при заживлении ран. Напротив, долгоживущие клетки осуществляют преимущественно опорную (механическую) функцию. Функциональными антагонистами фибробластов являются фиброкласты, которые фагоцитируют и разрушают компоненты внеклеточного матрикса, благодаря чему его состав постоянно обновляется. Миофибробласты обеспечивают контракцию краев раны.
Значительную часть дермы занимает внеклеточное пространство, заполненное сложной сетью макромолекул, составляющих экстрацеллюлярный или внеклеточный матрикс. Он влияет на дифференцировку, пролиферацию, организацию и прикрепление клеток дермы и включает в себя разнообразные полисахариды и белки, которые секретируются самими клетками и организуются в упорядоченную сеть. Внеклеточный матрикс дермы составляют два основных типа макромолекул гликозаминогликаны (ГАГ), связанные с белками в виде протеогликанов, и фибриллярные белки - преимущественно структурные (эластин, коллаген), или адгезивные (фибропектин, ламинин). Выделяют следующие гликозаминогликаны: гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфат и дерматансульфат, генарансульфат и гепарин, а также кератансульфат. Все они обладают способностью образовывать гель даже в очень низкой концентрации.
Обладая высокой гидрофильностью и относительно низкой подвижностью, молекулы ГАГ стремятся принять конформацию очень рыхлого неупорядоченного клубка, который занимает значительный для своей массы объем. Из-за высокой плотности отрицательных зарядов их молекулы притягивают осмотически активные электролиты (Na+), что, в свою очередь, привлекает молекулы воды. В результате в матриксе возникает осмотическое давление, определяющее тургор кожи, а сама гиалуроновая кислота играет важную роль в регенерации поврежденных тканей дермы. Содержание воды в дерме составляет 60-70%, а в подкожной клетчатке - 30%.
Ковалентно связываясь с белками, гликозаминогликаны (кроме гиалуроновой кислоты) образуют протеогликаны, которые по своему строению напоминают елочную веточку - к «сердцевинному» белку прикрепляются «иголочки» - молекулы ГАГ. Протеогликаны различаются по содержанию белка, размерам и количеству молекул ГАГ, а также типу гликозаминогликановых цепей. Протеогликаны формируют гидратированное пространство между клетками и образуют гели, связывают секретируемые клетками «сигнальные молекулы» (ростовые факторы, цитокины), которые участвуют в регуляции процессов регенерации и дифференцировки. Молекула гиалуроновой кислоты состоит из огромного количества (до нескольких десятков тысяч) повторяющихся несульфатированных дисахаридных единиц.
Основным структурным белком дермы является фибриллярный белок коллаген, имеющий жесткую трехцепочечную спиральную структуру. Три полипептидные α-цепи из 1000 аминокислот скручены наподобие каната в одну регулярную суперспираль, в результате чего образуется молекула коллагена, имеющая длину около 300 нм и толщину 1,5 нм. Выделяют более 20 белков этого класса, в числе которых три основных разновидности коллагена (I, II и III типа) и нефибриллярная форма (коллаген IV типа), которая входит в состав базальной пластинки. Коллаген секретируется фибробластами. После того, как молекулы коллагена 3-х основных типов переходят из клеток в межклеточное пространство, они организуются в упорядоченные полимеры, называемые коллагеновыми фибриллами, толщиной 10-300 нм. Ковалентные связи между коллагеновыми фибриллами образуют «сшивки», благодаря чему их прочность увеличивается. Коллагеновые волокна в дерме расположены в виде пучков, имеющих различное направление. В сосочковом слое тонкие пучки расположены преимущественно в вертикальном направлении (перпендикулярно к поверхности эпидермиса), а в сетчатом слое дермы пучки коллагена толстые и располагаются в различных направлениях. Коллаген противодействует растяжению дермы и определяет ее прочность.
Другим структурным белком дермы является гидрофобный негликолизированный белок эластин с изменчивой случайной конформацией и поперечными сшивками, придающими ему упругость. Переплетаясь между собой, тонкие (1-5 мкм) эластические волокна образуют непрерывные сети. Как и коллаген молекула эластина богата пролином и глицином, но в отличие от него содержит мало гидроксипролина. Молекулы эластина секретируются фибробластами во внеклеточное пространство, где образуют волокна и слои, связанные сшивками в разветвленную сеть. Такая структура эластина позволяет всей сети растягиваться и снова сжиматься, что обусловливает пластичность (эластичность) дермы.
Наряду с коллагеновыми и эластиновыми волокнами в коже имеются ретикулярные (или аргирофильные) волокна, расположенные преимущественно вблизи базальной мембраны, сосудов и придатков кожи. Эти волокна состоят из тонких (до 50 нм) коллагеновых фибрилл, заключенных в аморфный матрикс (сетку), в ячейки которой вплетены эластиновые волокна. Во внеклеточном матриксе имеются специфические молекулы - адгезивные гликопротеины, связывающие клетки и матрикс. Из этой группы соединений наиболее примечателен многофункциональный белок фибронектин, который существует в димерной растворимой форме (фибронектин плазмы), олигомерной форме, которая может прикрепляться к поверхности клеток и трудно растворимой фибриллярной форме во внеклеточном матриксе. Фибронектин участвует в процессах заживления ран, повышает клеточную адгезию, способствует фагоцитозу и миграции клеток.
Компоненты внеклеточного матрикса оказывают разнонаправленное действие на клетки матрикса, которые участвуют в регуляции регенерации ткани. Некоторые из них (фибронектин) способствуют клеточной миграции, другие (гепаран сульфат) обладают способностью связывать ростовые факторы и цитокины. В дерме выделяют два слоя: сосочковый (pars papillaris) и сетчатый (pars reticularis). Сосочковый слой тонкий и состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани. Его большая часть образована соединительнотканными сосочками, которые направлены к эпидермису. Величина и количество сосочков в различных частях тела неодинаковы. Наиболее крупные из них (до 0,2 мм) находятся в коже ладоней и подошв. В участках кожи с «толстым» эпидермисом этот слой выражен наиболее хорошо. Сосочковый слой дермы определяет общий рисунок кожи: на поверхности эпидермиса видны гребешки и бороздки различной формы. Сосочковый слой содержит пучки гладкомышечных клеток (musculus arrector pili), которые косо прикрепляются к соединительнотканной сумке волосяного фолликула и при сокращении приподнимают его (феномен «гусиной кожи») и выбрасывают на поверхность кожное сало. Такие мышцы отсутствуют и коже подбородка и лобка.
В дерме головы, щек, лба и тыльной поверхности конечностей также имеются свободные мышечные пучки, а также сеть очень тонких эластических волокон. Капилляры сосочкового слоя осуществляют питание эпидермиса, а путем изменения своего просвета участвуют в терморегуляции. Сетчатый слой состоит из плотной неоформленной соединительной ткани. Пучки коллагеновых волокон в нем переплетаются друг с другом и образуют выраженную сетчатую структуру. Клеточных элементов здесь существенно меньше, а немногочисленные эластиновые волокна расположены в различных направлениях.