Чтение онлайн

Мы так легко принимаем как должное бесчисленные роли, которые самый сложный орган играет в нашей жизни, не говоря о его самой прозаичной функции – барьера. Но неправильно сформировавшаяся кожа может оказаться смертным приговором. Чтобы понять красоту и сложность самого большого органа, представьте, что вы сели в микроскопическую шахтерскую вагонетку и спускаетесь через два отдельных, но одинаково важных слоя: эпидермис и дерму.

Наружный слой, находящийся на внешних границах тела – это эпидермис (буквально «на дерме»). Обычно его толщина составляет меньше 1 мм, ненамного толще этой страницы, но на него возложены почти все защитные функции кожи. Он справляется со всеми видами повреждений, которые получает намного чаще, чем любые другие ткани организма. Его секрет – многослойные живые кирпичики, кератиноциты [8] . Эпидермис состоит из 50-100 слоев кератиноцитов, именуемых так по названию их основного белка кератина. Кератин невероятно прочен – из него состоят как наши волосы и ногти, так и неразрушимые когти и рога представителей животного мира. Само слово «кератин» происходит от греческого Keras, «рог» (как и английское название носорога, rhinoceros). Если бы вы смогли посмотреть на свою ладонь с увеличением в 200 раз, вы бы увидели твердые перекрывающиеся кератиновые чешуйки, напоминающие броню броненосца. Этот биологический доспех – кульминация интереснейшей жизни кератиноцита.

СЛОИ КОЖИ

ЭПИДЕРМИС

Кератиноциты появляются на свет в самом нижнем, базальном слое эпидермиса, который находится прямо над дермой. Этот исчезающе тонкий, иногда толщиной всего в одну клетку, слой состоит из стволовых клеток, которые постоянно делятся и обновляются. Каждая клетка нашей кожи изначально происходит из этих загадочных источников жизни. Каждый новый кератиноцит после формирования медленно движется вверх, к следующему слою, stratum spinosum, или шиповатому слою [9] . Здесь молодые клетки начинают связываться с уже существующими кератиноцитами с помощью очень прочных белковых структур – десмосом. Также они начинают производить разные виды жира, которые вскоре превратятся в очень важный «строительный раствор» для внешней стены кожи. Возносясь на следующий уровень, кератиноциты приносят огромную жертву. В stratum granulosum, зернистом слое, клетки уплощаются, высвобождают жиры и теряют ядро, мозг клетки, содержащий гены. Всем клеткам организма, за исключением красных кровяных телец и тромбоцитов, ядро необходимо для работы и выживания, так что когда кератиноциты достигают верхнего слоя кожи, stratum corneum, рогового слоя, они уже очевидно мертвы. Но они достигли своей цели: этот невероятно тонкий слой становится защитной стеной тела. Живые кератиноциты становятся твердыми, перекрывающими друг друга кератиновыми пластинками, а окружающий их жировой «раствор» делает нашу кожу водонепроницаемой, как вощеная ткань. По окончании жизни продолжительностью около месяца, под воздействием окружающей среды, эти чешуйки отшелушиваются и опадают. Но эта потеря не нарушает прочность барьера, поскольку молодые клетки постоянно поднимаются из глубин кожи, чтобы встать лицом к лицу с внешним миром. Кератиноциты создают тонкий, но прочный защитный слой, оберегая триллионы клеток внутри тела. Нигде больше столь многие не оказываются в долгу перед столь малым числом.

Дополнительный, пятый слой эпидермиса можно найти на более толстых участках кожи, таких как ладони и ступни. Stratum lucidum, блестящий слой, имеет толщину в 4–5 клеток и расположен прямо поверх рогового слоя. Он состоит из многочисленных мертвых кератиноцитов и содержит прозрачный белок под названием элеидин [10] . Этот слой помогает коже на рабочих участках конечностей справляться с постоянными воздействиями и растяжением. Среди защитных механизмов эпидермиса есть как физические, так и химические – слой антимикробных молекул и кислот создан для того, чтобы отпугивать незваных гостей, от насекомых до раздражающих веществ, и для того, чтобы увлажнять кожу [11] . Водонепроницаемый барьер для нас жизненно важен. В жутких (и, к счастью, по большей части исторических) случаях, когда с людей заживо сдирали кожу, они умирали невероятно мучительной смертью от обезвоживания. Жертвы ожогов, потерявшие большую часть поверхности кожи, нуждаются в огромных количествах жидкости (иногда больше 20 литров в день). Без обертки из кожи мы бы просто испарились.

Эпидермис должен быть прочной стеной, но в то же время он постоянно в движении, стволовые клетки в базальном слое непрерывно производят новые клетки кожи. В среднем один человек теряет в день больше миллиона клеток кожи, и из них состоит примерно половина объема домашней пыли [12] . Наш эпидермис полностью обновляется за месяц, но, что примечательно, это постоянное движение не приводит к разрушению барьера. Этот фундаментальный секрет кожи был открыт посредством довольно странного утверждения.

К 1887 году лорд Кельвин, шотландский математик и физик, уже был известен многочисленными научными открытиями, не последним из которых стало определение абсолютного нуля температуры. А в поздние годы он искал идеальную структуру пены. Это странное предположение имело целью ответ на до того не решенный математический вопрос: какой формы должны быть объекты равного объема, чтобы заполнить пространство и соприкасаться как можно меньше? Несмотря на то, что современники Кельвина отказались от поиска решения как от «чистой траты времени» и «абсолютно бессмысленной затеи», он продолжал вычисления, наконец предложив трехмерную форму с четырнадцатью гранями, которая при соединении с другими такими же объектами создавала красивую структуру, похожую на соты [13] .

Гипотетический «тетрагекаэдрон» не стал известным, и около столетия казалось, что наработки Кельвина не имеют связи ни с материальной наукой, ни с природой. Но затем в 2016 году ученые в Японии и в Лондоне с помощью продвинутых технологий увеличения более внимательно рассмотрели человеческий эпидермис [14] .

ТЕТРАГЕКАЭДРОН

Они обнаружили, что когда кератиноциты попадают в зернистый слой эпидермиса перед финальным подъемом к поверхности, они принимают уникальную четырнадцатигранную форму. Так что хотя клетки кожи постоянно движутся, прежде чем отшелушиться, контакт между поверхностями клеток настолько тесный, что вода сквозь них не просачивается. Получается, что наша кожа – это идеальная пена. Подобно замысловатым геометрическим плиткам, которые использовались в средневековой мусульманской архитектуре, наша кожа сочетает функциональность и форму, чтобы создать прекрасный барьер.

Если нашу наружную стенку постоянно бить и тереть, эпидермис отвечает, ускоряя образование клеток, и каждый, чья кожа страдала от постоянных потертостей, имел дело с мозолями (от строителей до гребцов). У меня есть друг, который дома постоянно бренчит на гитаре, а на природе забирается на головокружительные скалы. Постоянное воздействие этих двух занятий заставило кератоциты его эпидермиса вырабатываться в намного больших количествах, чем обычно, создав на его пальцах толстые мозоли.

Формирование мозолей – гиперкератоз – это нормальная защитная реакция кожи, если ей нужно укрепить стену. Но нежелательная избыточная выработка кератоцитов может привести к многочисленным кожным проблемам. Примерно один из трех человек сталкивался с «гусиной кожей», или фолликулярным кератозом, при котором маленькие пупырышки телесного цвета появляются по большей части на предплечьях, бедрах, спине и ягодицах. Выглядят они как постоянные не исчезающие мурашки, а ощущаются как грубая наждачная бумага. Это наследственное заболевание вызвано избытком кератиноцитов, покрывающих и блокирующих волосяные луковицы, заставляя волосы расти внутри запечатанных «могил».

Фолликулярный кератоз безвреден и обычно не влияет на качество жизни, но не все виды гиперкератоза так безобидны. В 1731 году человек по имени Эдвард Ламберт был представлен Лондонскому Королевскому обществу. Его кожа (кроме лица, кистей рук и ступней) была покрыта черными хрупкими шипами, вызванными сильным гиперкератозом. «Человек-дикобраз», как его назвали, похоже, был первым в своем роде. Ламберт смог получить работу только в бродячем цирке, путешествующем по Британии и Европе, и в Германии он получил такой же нелестный титул Krustenmann – буквально «Хрустящий человек». Его имя сохранилось в современном названии этого крайне редкого заболевания – ichthyosis hystrix, иглистый ихтиоз. Hystrix – древнегреческое название дикобраза.

Помимо редких генетических заболеваний, сбои барьерной функции эпидермиса также проявляются в более распространенных болезнях. В Европе и США каждый пятый ребенок и каждый десятый взрослый сталкиваются с атопическим дерматитом (клиническое название экземы) [15] . Экзема, которая может как проявиться в виде раздражающей сухости и зуда, так и стать болезнью, разрушающей жизнь, долго считалась чисто «внутренним» заболеванием, внутренним нарушением баланса в организме, проявляющимся в повреждении кожи [16] . Тем не менее, в 2006 году исследование, проведенное командой Университета Данди, обнаружило, что мутации гена, несущего код белка филаггрина [17] , тесно связаны с экземой [18] . Филаггрин жизненно важен для целостности барьерного рогового слоя кожи. Он скрепляет мертвые, накладывающиеся друг на друга кератиноциты и естественным образом увлажняет этот слой эпидермиса. Потеря этого белка вызывает трещины, которые ослабляют стенку, позволяя аллергенам и микробам из внешней среды проникнуть в кожу, и вызывают потерю воды. Эта «внешняя» модель предполагает, что экзема (или как минимум многие ее случаи) вызвана скорее структурными нарушениями в защитном барьере кожи, чем внутренними сбоями иммунной системы. Она также может объяснить, почему люди с экземой сталкиваются с сезонными изменениями кожи. Исследование, опубликованное в Британском журнале дерматологии в 2018 году, обнаружило, что зимой – по крайней мере, в северных широтах – выработка филаггрина сокращается и клетки рогового слоя съеживаются под воздействием холода, уменьшая эффективность защиты [19] . Это помогает объяснить, почему экзема обостряется зимой, и исследователи советуют тем, кто в группе риска, использовать в этот период дополнительные смягчающие средства. Около половины людей с тяжелой экземой являются носителями мутантного гена филаггрина, и, хотя это не единственная причина этого комплексного заболевания – в числе других причин находятся внешняя среда и иммунная система – мы знаем, что главным фактором служит дисфункция защитного барьера.

Хотя эпидермис – это самая доступная часть самого заметного органа, мы все еще открываем его секреты. В последние годы стало очевидно, что эпидермис более динамичен, чем когда-либо считалось. Новые свидетельства предполагают, что клетки кожи содержат сложные внутренние часы, которые подчиняются двадцатичетырехчасовому ритму «главных часов», тикающих в области мозга, которая называется гипоталамус [20] . Ночью кератиноциты активно растут, подготавливая и защищая наружный барьер от воздействия солнечного света и повреждений, которые появятся днем. В течение дня эти клетки выборочно включают гены, связанные с защитой от ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения. Исследование 2017 года шагнуло дальше и обнаружило достаточно примечательный факт – ночное обжорство может на самом деле привести к солнечным ожогам [21] . Если мы едим поздно вечером, часы нашей кожи решают, что наступило время обеда и соответственно отключают активности генов, отвечающих за защиту от утреннего УФ-излучения, и из-за этого мы на следующий день остаемся с ослабленной защитой. Так что в то время как все больше исследований показывают, что недостаток сна губителен для общего физического и душевного здоровья, теперь видно и то, что коже дополнительный сон тоже выгоден. Хотя эпидермис создан для контакта с окружающим миром, но все больше ясно, что он смотрит и на внутренние факторы, даже на то, в какое время мы едим.