Кожа как защитный барьер

Кожа — самый крупный орган человеческого тела, состоящий из трех основных слоев: эпидермиса, дермы и гиподермы (подкожно-жировой клетчатки) [см. Строение нормальной кожи].

Одной из важнейших функций кожи является формирование надежного барьера между внутренней средой организма и внешним миром. Кожа поддерживает баланс «изнутри наружу», контролируя потерю влаги, и барьер «снаружи внутрь», защищая организм от механических, химических и инфекционных повреждений.

Функции эпидермального барьера

 

Анатомические структуры кожи, обеспечивающие физический барьер

Роговой слой (stratum corneum)

Самым поверхностным слоем эпидермиса является роговой слой (stratum corneum), состоящий из безъядерных дегидратированных клеток — корнеоцитов, расположенных по типу «кирпичей и цементного раствора».

Модель «кирпичной кладки» рогового слоя

 

Ключевая барьерная задача эпидермиса — контроль диффузии молекул через кожный покров: предотвращение избыточной трансэпидермальной потери воды (ТЭПВ / TEWL) в направлении «изнутри наружу» и проникновения химических агентов «снаружи внутрь». Диффузия через эпидермис может осуществляться двумя путями: межклеточным (через эпидермальный липидный матрикс) или трансцеллюлярным (непосредственно через корнеоциты). Скорость диффузии через роговой слой определяется следующими факторами:

  • Уникальной ламеллярной организацией межклеточного липидного матрикса и его взаимодействием с белковыми структурами кератиноцитов, включая плотные контакты (tight junctions) и каркасные белки.
  • Длиной пути диффузии, которая зависит от толщины рогового слоя, количества рядов корнеоцитов, их размеров и силы межклеточной адгезии (сцепления).

Придатки кожи

Придатки эпидермиса

Барьерные функции кожи

Ногти
  • Кутикула (эпонихий), расположенная между проксимальным ногтевым валиком и ногтевой пластиной, образует водонепроницаемый изоляционный барьер, препятствующий проникновению химических веществ и микроорганизмов.

Волосы
  • Удерживают тонкую прослойку теплого воздуха у поверхности кожи, сводя к минимуму теплопотерю.
  • Выполняют роль системы раннего предупреждения и сенсорной детекции на волосистой части головы, предотвращая легкие механические травмы.
  • Густой волосяной покров защищает подлежащий эпидермис от воздействия ультрафиолетового излучения.

Сальные железы
  • Продуцируют липидный секрет (кожное сало), который:
  • Препятствует избыточному испарению воды.
  • Подавляет размножение некоторых патогенных бактерий.

Потовые железы
  • Обеспечивают терморегуляцию за счет потоотделения и испарения влаги.
  • Поддерживают физиологический слабокислый pH поверхности кожи.

Подкожно-жировая клетчатка (гиподерма)

Подкожная клетчатка преимущественно состоит из жировых клеток — адипоцитов. Жировая ткань участвует в термогенезе и создает изолирующий слой, играя критически важную роль в терморегуляции. Кроме того, гиподерма служит амортизирующим механическим барьером, поглощающим внешнее давление и удары, тем самым защищая глубжележащие ткани, фасции и кости скелета.

Биохимические факторы кожного барьера

pH кожи

Поверхность здоровой кожи человека характеризуется слабокислым диапазоном pH от 4,5 до 5,5 (кислотная мантия Маркионини), что имеет решающее значение для проницаемости барьера. Ферменты рогового слоя, включая β-глюкоцереброзидазу и кислую сфингомиелиназу, обладают максимальной активностью в кислой среде; они отвечают за гидролиз липидов и синтез церамидов и свободных жирных кислот, регулирующих диффузию. Слабокислый pH также сдерживает избыточную активность калликреинов (KLK-5 и KLK-7) — ферментов, разрушающих корнеодесмосомы (белковые комплексы межклеточного сцепления корнеоцитов).

Кислый pH поверхности в сочетании с ненарушенным роговым слоем подавляет колонизацию кожи патогенной флорой и поддерживает стабильность комменсального микробиома [см. Микроорганизмы на коже].

Филаггрин

Филаггрин — специализированный структурный белок («filament-aggregating protein»), необходимый для механической прочности и упорядоченности рогового слоя. Он агрегирует промежуточные кератиновые филаменты внутри корнеоцитов и участвует в сборке ороговевшей клеточной оболочки (cornified envelope). Натуральный увлажняющий фактор (NMF) представляет собой смесь продуктов гидролитического расщепления филаггрина; компоненты NMF обеспечивают влагоудерживающую способность и кислую реакцию рогового слоя. Другой продукт деградации филаггрина — уроканиновая кислота — играет роль естественного хромофора, экранирующего кожу от повреждающего действия ультрафиолетового излучения.

Меланин

Меланин — фотозащитный пигмент, синтезируемый меланоцитами базального слоя эпидермиса и упаковываемый в специализированные органеллы — меланосомы. Меланосомы переносятся в кератиноциты и локализуются над ядрами клеток в виде «зонтика», экранируя ДНК от мутагенного ультрафиолетового повреждения [см. Ультрафиолетовое излучение и здоровье человека].

Антимикробные пептиды

Антимикробные пептиды (дефензины, кателицидины), продуцируемые кератиноцитами, себоцитами и клетками потовых желез, обладают прямым микробицидным и иммуномодулирующим действием [см. Антимикробные пептиды].

Иммунологический барьер кожи

Кожа оснащена механизмами как врожденного (неспецифического), так и адаптивного (приобретенного) иммунитета. Иммунокомпетентные клетки распределены по эпидермису и дерме.

Ключевыми иммунными клетками эпидермиса выступают сами кератиноциты, а также эпидермальные макрофаги — клетки Лангерганса. В дерме сосредоточено множество эффекторных клеток: дермальные дендритные клетки, тучные клетки и субпопуляции лимфоцитов (T-клетки, B-клетки, естественные киллеры / NK-клетки) [см. Иммунная система кожи].

Роль витаминов в функционировании эпидермального барьера

Адекватное поступление микронутриентов, в частности витаминов, критично для поддержания структуры и регенерации кожного барьера. Как гиповитаминозы, так и токсические состояния (гипервитаминозы) приводят к декомпенсации защитных свойств кожи. Ниже суммированы данные о влиянии некоторых витаминов на барьерный гомеостаз.

Витамины, необходимые для барьерных функций кожи

Витамин

Механизм действия

Витамин A
  • Регулирует пролиферацию и дифференцировку кератиноцитов
  • Участвует в реакциях врожденного кожного иммунитета

Витамин B3 (никотинамид)

Стимулирует синтез структурных белков, церамидов и сфинголипидов, составляющих основу липидного барьера

Витамин B7 (биотин)

Участвует в метаболизме жирных кислот и синтезе кератина

Витамин D
  • Участвует во врожденном антимикробном иммунном ответе
  • Регулирует терминальную дифференцировку кератиноцитов
  • Стимулирует экспрессию гена филаггрина

Нарушения барьерной функции кожи

Приобретенные повреждения или генетически детерминированные дефекты любого из компонентов кожного барьера приводят к развитию дерматозов или системных метаболических расстройств.

Подробнее в статьях на DermNet:

Список литературы

  • Agner T (ed). Skin Barrier Function. Curr Prob Dermatol. Vol 49. Karger, 2016.
  • Baroni A, Buommino E, De Gregorio V, Ruocco E, Ruocco V, Wolf R. Structure and function of the epidermis related to barrier properties. Clin Dermatol. 2012;30(3):257–62. doi:10.1016/j.clindermatol.2011.08.007. PubMed
  • Choi MJ, Maibach HI. Role of ceramides in barrier function of healthy and diseased skin. Am J Clin Dermatol. 2005;6(4):215–23. doi:10.2165/00128071-200506040-00002. PubMed
  • Coates M, Blanchard S, MacLeod AS. Innate antimicrobial immunity in the skin: a protective barrier against bacteria, viruses, and fungi. PLoS Pathog. 2018;14(12):e1007353. doi:10.1371/journal.ppat.1007353. Journal
  • Dattola A, Silvestri M, Bennardo L, et al. Role of vitamins in skin health: a systematic review. Curr Nutr Rep. 2020;9(3):226–35. doi:10.1007/s13668-020-00322-4. PubMed
  • Elias PM. The how, why and clinical importance of stratum corneum acidification. Exp Dermatol. 2017;26(11):999–1003. doi:10.1111/exd.13329. Journal
  • Lee T, Friedman A. Skin barrier health: regulation and repair of the stratum corneum and the role of over-the-counter skin care. J Drugs Dermatol. 2016;15(9):1047–51. PubMed
  • Madison KC. Barrier function of the skin: "la raison d'être" of the epidermis. J Invest Dermatol. 2003;121(2):231–41. doi:10.1046/j.1523-1747.2003.12359.x. Journal
  • Proksch E. pH in nature, humans and skin. J Dermatol. 2018;45(9):1044–52. doi:10.1111/1346-8138.14489. PubMed
  • Proksch E, Brandner JM, Jensen JM. The skin: an indispensable barrier. Exp Dermatol. 2008;17(12):1063–72. doi:10.1111/j.1600-0625.2008.00786.x. Journal

Дополнительные материалы на DermNet

Книги о заболеваниях кожи