Эпидермис
Наружный слой кожи — постоянное обновление и барьер.
Эпидермис — наружный слой кожи
Эпидермис — это самый наружный, верхний слой кожи, который мы видим и трогаем. Его название происходит от греческих слов «epi» — «над» и «derma» — «кожа», то есть буквально «то, что над кожей». Это тонкий, но очень прочный пласт, отделяющий тело от внешнего мира. Общее устройство кожи разобрано в обзоре кожи; здесь — о том, как устроен и работает именно наружный слой.
Эпидермис построен из многослойного эпителия — разновидности ткани, клетки которой плотно прилегают друг к другу, образуя сплошной пласт. По типу он называется ороговевающим — потому что его верхние клетки со временем превращаются в прочный белок кератин (от греч. «keratos» — «рог»). Именно кератин делает наружный слой кожи жёстким, устойчивым к трению и почти непроницаемым для воды и микробов.
Пять слоёв эпидермиса
Главная особенность эпидермиса — он слоистый. Клетки в нём рождаются в самом низу, постепенно поднимаются наверх, по пути меняются и в конце отшелушиваются с поверхности. Поэтому в эпидермисе выделяют несколько слоёв — как этажи одного дома, где на каждом этаже клетки находятся на своей «стадии жизни». Снизу вверх это:
- Базальный слой (от греч. «basis» — «основание») — самый нижний, лежит прямо на границе с дермой. Он состоит всего из одного ряда живых клеток, которые постоянно делятся. Это ростковый слой: именно здесь рождаются новые клетки эпидермиса, которые затем поднимаются выше. Здесь же расположены меланоциты — клетки, вырабатывающие пигмент меланин, и осязательные клетки Меркеля.
- Шиповатый слой — несколько рядов клеток над базальным. Своё название получил из-за маленьких «шипиков» — выростов, которыми клетки сцеплены друг с другом. Здесь клетки начинают синтезировать кератин и активно делятся, пополняя запас верхних слоёв. В этом слое живут клетки Лангерганса — иммунные клетки кожи. Шиповатый слой вместе с базальным называют ростковым, потому что именно они обеспечивают обновление.
- Зернистый слой — 2–4 ряда клеток, в которых появляются заметные зёрна (гранулы) кератогиалина — вещества-предшественника кератина. Здесь клетки начинают «готовиться к смерти»: они уплощаются, а их ядро и органеллы постепенно разрушаются. В этом же слое между клетками откладывается липидный цемент — смесь жиров и восков, которая склеивает клетки и создаёт водонепроницаемый барьер.
- Блестящий слой (лат. «stratum lucidum» — «светящийся слой») — тонкая полупрозрачная прослойка, различимая только там, где эпидермис особенно толстый — на ладонях и подошвах. Клетки здесь уже мёртвые, заполнены особым прозрачным веществом (элеидином), ядра в них нет. У большинства людей на большей части тела этот слой выражен слабо или отсутствует.
- Роговой слой («лат. corneum — «роговой» (от cornu — «рог»), «кератин» — от греч. keras/keratos («рог»); отсюда и слово «кератин», и «рог») — самый верхний и самый толстый. Он состоит из множества рядов мёртвых плоских клеток, целиком заполненных кератином, — их называют корнеоцитами (от лат. «cornu» — «рог» + «kytos» — «клетка»). Ядра и органеллы в них отсутствуют, клетки похожи на плоские чешуйки, склеенные липидным цементом. Именно роговой слой образует прочную наружную «броню» кожи. Его поверхностные клетки постоянно сшелушиваются — этот процесс называется десквамацией (от лат. «squama» — «чешуя»).
Полный путь клетки из базального слоя до отшелушивания с поверхности занимает в среднем около 28 дней (у разных участков тела — от 2 недель до нескольких месяцев). Этот процесс непрерывного «подъёма» клеток и их превращения в кератин называется кератинизацией, или ороговением. Поэтому эпидермис — это не статичная плёнка, а постоянно текущий «конвейер»: снизу нарождаются новые клетки, сверху старые покидают тело.
Граница с дермой
Под эпидермисом лежит дерма — средний слой кожи. Граница между ними не ровная, а особая, устроенная сложнее, чем кажется.
Во-первых, это базальная мембрана (лат. «membrana basalis») — тонкая плёнка, к которой снизу крепится эпидермис. Она служит «фундаментом»: удерживает эпидермис на месте, пропускает питательные вещества из дермы, а также участвует в заживлении ран.
Во-вторых, нижний край эпидермиса образует множество выростов — эпидермальные гребешки. Они вдаются в ответные углубления дермы, как шипы и пазы конструктора. Такое зацепление прочно скрепляет два слоя: именно поэтому кожа не отслаивается при растяжении и трении. Заодно эти выросты увеличивают площадь соприкосновения — так питательные вещества из дермы успевают дойти до всех клеток эпидермиса.
Важное следствие: в самом эпидермисе нет кровеносных сосудов. Все его клетки — от базального слоя до рогового — получают питание и кислород диффузией (проникновением) из сосудов дермы через базальную мембрану. Чем дальше клетка от основания, тем хуже она снабжается — и потому верхние слои постепенно отмирают. Именно поэтому у самой поверхности эпидермис мёртвый: живые клетки там просто не выжили бы без питания.
Клетки эпидермиса
Хотя эпидермис выглядит однородным, в нём живут клетки нескольких типов, и у каждого — своя роль.
- Кератиноциты (от греч. «keratos» — «рог» + «kytos» — «клетка») — главные клетки, около 90% всех клеток эпидермиса. Именно они производят кератин и проходят весь путь от базального слоя до рогового. Вся «слоистость» эпидермиса — это по сути последовательные стадии жизни кератиноцита.
- Меланоциты (от греч. «melas» — «чёрный») — клетки базального слоя, вырабатывающие пигмент меланин. Меланоцитов относительно немного (несколько процентов), но они играют ключевую роль: поглощают ультрафиолетовое излучение и не дают ему повреждать ядра клеток. Чем активнее меланоциты, тем темнее кожа. Их работа подробно разобрана в разделе про защитную функцию ниже.
- Клетки Лангерганса — иммунные клетки, названные по имени учёного Пауля Лангерганса, описавшего их в 1868 году. Это разновидность дендритных клеток (от греч. «dendron» — «дерево»): у них есть ветвистые отростки, которыми они «ощупывают» окружающее пространство. Их задача — захватывать чужеродные частицы (бактерии, вирусы), попавшие в эпидермис, и «предъявлять» их иммунной системе, запуская защитный ответ.
- Клетки Меркеля — осязательные клетки, названные по имени учёного Фридриха Меркеля. Лежат в базальном слое, особенно много их на кончиках пальцев и губах. Они воспринимают лёгкое давление и прикосновение и передают сигнал в нервную систему. О работе этих рецепторов — в разделе Осязание.
Межклеточный барьер
Прочность эпидермиса создают не только клетки, но и то, что находится между ними. Это межклеточный «клей» и липидный барьер — предмет постоянного внимания современных средств по уходу за кожей, поэтому стоит разобраться, как он устроен.
Соседние клетки эпидермиса соединены особыми контактами — десмосомами (от греч. «desmos» — «связь» + «soma» — «тело»). Это механически прочные «заклёпки», наподобие межклеточных сварных точек, которые не дают клеткам разойтись при растяжении и трении. Именно благодаря десмосомам эпидермис ведёт себя как единая прочная плёнка, а не как рассыпающиеся отдельные клетки.
Ещё важнее — липидный цемент (от греч. «lipos» — «жир»). Это заполняющее промежутки между клетками вещество из жиров, восков, холестерина и церамидов (жировых молекул, которых особенно много именно в коже). Он образует непрерывный «водонепроницаемый слой». Именно липидный цемент — тот барьер, который не даёт воде испаряться изнутри и не пропускает воду снаружи. Когда ухаживают за сухой кожей с помощью увлажняющих кремов, задача во многом состоит в том, чтобы восполнить или защитить этот липидный барьер и не дать коже терять влагу.
Как обновляется эпидермис
Эпидермис — один из самых быстро обновляющихся органов тела. Его постоянное самообновление — ключ ко всему: к заживлению ран, к защите от травм и к тому, что кожа с возрастом и повреждениями остаётся прочной.
Обновление идёт непрерывным «конвейером»:
- В базальном слое клетки делятся, порождая новые кератиноциты.
- Новые клетки поднимаются вверх, проходя через шиповатый и зернистый слои, меняясь и накапливая кератин.
- В роговом слое они превращаются в плоские мёртвые чешуйки, заполненные кератином.
- На поверхности чешуйки отшелушиваются и отпадают в виде микроскопических частиц.
Каждую минуту с поверхности кожи человека осыпается порядка 30–40 тысяч мёртвых клеток — это их большая часть и составляет домашнюю пыль. Клетки кожи бывают удивительно устойчивы: даже мёртвые ороговевшие чешуйки сохраняют структуру, пока не отделятся.
Скорость обновления зависит от возраста и состояния кожи: у молодых людей она выше, чем у пожилых; на ладонях и подошвах цикл длиннее, чем на лице. Ряд средств по уходу и процедур пилинга ускоряют отшелушивание, помогая коже выглядеть более гладкой.
Какую работу выполняет эпидермис
Эпидермис решает несколько важнейших задач, и все они связаны с положением этого слоя — он находится на самой границе организма и внешнего мира.
Роговой слой, десмосомы и липидный цемент вместе создают прочный защитный барьер. Он не пропускает внутрь микробов и большинство химических веществ, а наружу — воду. Именно эпидермис удерживает влагу в организме и спасает его от высыхания.
Меланоциты базального слоя производят меланин, который поглощает ультрафиолетовое излучение и защищает ядра живых клеток от повреждения. Под действием солнца синтез меланина усиливается — кожа темнеет, формируется загар. При избытке ультрафиолета защита может не справиться — с последствиями вплоть до рака кожи.
Клетки Лангерганса непрерывно «патрулируют» эпидермис: захватывают чужеродные частицы и переносят их в лимфатические узлы, где запускают иммунный ответ. Так эпидермис становится первым рубежом иммунной обороны кожи.
Клетки Меркеля базального слоя воспринимают лёгкое давление и прикосновение. Вместе с другими рецепторами кожи они дают нам чувство осязания и позволяют ощущать текстуру поверхностей.
Отдельно стоит подчеркнуть ещё одну функцию: эпидермис участвует в заживлении ран. При повреждении клетки базального слоя начинают активно делиться и мигрировать, закрывая дефект — рана «стягивается». Именно высокая способность к обновлению делает эпидермис главным «ремонтником» кожи.
Что происходит при нарушениях
Поскольку эпидермис — наружный слой, его заболевания и повреждения встречаются особенно часто и хорошо заметны.
При постоянном давлении или трении (например, от неудобной обуви) эпидермис отвечает усиленным ороговением — образуются мозоли и натоптыши. Это защитный механизм: так кожа приспосабливается к нагрузке. При некоторых состояниях (например, ихтиозе) роговой слой утолщается и покрывается чешуйками по всему телу из-за нарушенного ороговения.
При псориазе кератиноциты делятся слишком быстро — цикл обновления сокращается с 28 дней примерно до 3–5. Из-за этого клетки не успевают нормально ороговеть, и на коже появляются красные бляшки с серебристыми чешуйками. В основе лежит сбой иммунной регуляции, из-за которого иммунные клетки ускоряют деление эпидермиса.
Из клеток эпидермиса могут развиваться злокачественные опухоли. Причина — накопление повреждений ДНК, чаще всего от ультрафиолета. Базалиома растёт из базального слоя и обычно развивается медленно, плоскоклеточный рак — из шиповатого слоя. А самая опасная опухоль кожи, меланома, берёт начало из меланоцитов. Именно поэтому избыточное солнце и солярии повышают риск рака кожи.
При недостатке липидного цемента (например, при атопическом дерматите) барьер ослабевает: кожа теряет влагу, становится сухой, а внутрь легче проникают аллергены и микробы. Это наглядно показывает, насколько важен межклеточный «клей» и липидный слой для здоровья кожи.
Связи с другими системами
- Дерма и кожа в целом: эпидермис лежит прямо на дерме и питается от её сосудов. Вместе они образуют полноценную кожу. Подробнее — в разделах Кожа и Дерма.
- Иммунная система: клетки Лангерганса делают эпидермис частью иммунной защиты. Подробнее — в разделе Иммунная система.
- Нервная система: через клетки Меркеля и другие рецепторы эпидермис связан с осязанием. Подробнее — в разделе Осязание.
- Эндокринная система: выработка меланина и работа эпидермиса зависят от гормонов и солнечного света. Подробнее — в разделах Кожа и витамин D и Эндокринная система.
- Клеточная биология: механизмы деления и обновления клеток эпидермиса — частный случай общих процессов клетки. Подробнее — в разделе Жизненный цикл клетки.
Таким образом, эпидермис — это наружный слой кожи, построенный из многослойного ороговевающего эпителия. Он состоит из пяти слоёв, по которым клетки поднимаются от базального (где рождаются) до рогового (где превращаются в прочную кератиновую «броню»). Обновление идёт непрерывно и занимает около 28 дней. В эпидермисе нет сосудов — питание идёт диффузией из дермы, а с дермой он соединён базальной мембраной и волнистыми гребешками. Кроме кератиноцитов, в нём работают меланоциты (пигмент и защита от солнца), клетки Лангерганса (иммунитет) и клетки Меркеля (осязание). Барьер, удержание влаги, защита от ультрафиолета и участие в заживлении ран — вот главные задачи этого тонкого, но жизненно важного слоя.