Верить в то, что эпидермис — это не более чем верхний слой кожи, простительно. Но если копнуть чуть глубже, выяснится, что сам эпидермис состоит из нескольких слоев, число которых может доходить до пяти.
Самый нижний слой эпидермиса — это базальный слой. Он располагается чуть выше дермы и образуется одним слоем «живых» эпителиальных клеток (см. параграф «Квартет тканей» на стр. 43). Такие клетки называются кератиноцитами. Остальные слои эпидермиса состоят из клеток, которые в буквальном смысле доживают последние дни. И действительно: эпидермис — это место, где мертвые покоятся над живыми.
На этом микроснимке показаны клетки эпидермиса. Клетки всех слоев над самым глубоким, или базальным, слоем называются кератиноцитами. Постепенно они отмирают, сплющиваются и затвердевают, а под давлением новых клеток выталкиваются ближе к поверхности.
Зародышевый слой — зачастую так называют базальные кератиноциты. Они постоянно делятся и создают новые клетки, которые затем выталкиваются в поверхностный слой. В процессе этого движения кератиноциты вырабатывают белок — кератин, который придает эпидермису прочность и водостойкость. По мере продвижения на поверхность кератиноциты сплющиваются, теряют ядро, затвердевают и умирают, лишая верхний слой живых клеток. Этот верхний, или роговой, слой отпадает в результате ежедневной активности человека. Крайне важно, чтобы клетки в базальном слое обновлялись с той же скоростью, с которой они отмирают в роговом слое. Дисбаланс может привести к развитию псориаза. При такой патологии клетки заменяются слишком быстро (каждые 3–7 дней) и скапливаются в утолщенных чешуеобразных пятнах.
Создан защищать
Толщина кожи по всему телу неоднородна. Она зависит от количества слоев эпидермиса и интенсивности воздействия, которому подвергается кожа. Самый тонкий участок кожи — веки, а самый толстый — ладони и ступки. В них, помимо стандартных четырех слоев эпидермиса, присутствует еще и пятый. Также в эпидермисе содержатся иммунные клетки — клетки Лангерганса, которые очищают кожу от инвазивных микроорганизмов.
Кератиноциты в нижних слоях эпидермиса склеиваются между собой в определенных участках — десмосомах, что повышает механическую прочность кожи.
Эта модель показывает молекулярную структуру белка кератина, который присутствует в эпидермисе, волосах и ногтях.
Базальная мембрана
Эпидермис крепится к следующему слою — дерме — с помощью межклеточного вещества, которое называют базальной мембраной. Эта мембрана выполняет адгезивную функцию, а также защищает нижние структуры кожи от потенциально опасных объектов, включая наши собственные клетки, которые могут мутировать и превращаться в злокачественные.
Меланин защищает ДНК наших клеток от вредного ультрафиолетового излучения. Он поглощает ультрафиолетовые лучи, отводя их от ДНК. Нарушение этого процесса вызывает мутацию, способную привести к развитию рака.
Люди всех цветов кожи вырабатывают одинаковое количество меланоцитов. Темный оттенок кожи определяется степенью активности меланоцитов и количеством дендритов, которые могут «дотягиваться» до других клеток. У темнокожих людей более крупные меланоциты. Такие клетки вырабатывают больше меланина, а большее количество дендритов в клетках охватывает большую поверхность кожи.
Как бы странно это ни звучало, но у альбиносов тоже есть меланоциты, однако их способность вырабатывать и распространять меланин ограничена генетической мутацией. Все это приводит к тому, что кератиноциты лишаются пигмента.
Родинки, или невусы, образуются при скоплении групп меланоцитов. Веснушки появляются, когда под действием ультрафиолета гиперактивные меланоциты начинают вырабатывать много меланосом. И группы кератиноцитов в огромном количестве поглощают эти меланосомы.
Чаще всего веснушки встречаются у бледнокожих и рыжеволосых людей, поскольку такие люди являются носителями варианта гена MC1R.
Меланоциты
Одной из популяций клеток, которая чаще всего превращается в злокачественную, являются особые клетки — меланоциты. Эти клетки располагаются вдоль базального слоя и вырабатывают темный пигмент меланин. Именно он придает окрас нашей коже, волосам и радужной оболочке глаз. Это возможно благодаря дендритам — пальцевидным отросткам цитоплазмы меланина. Дендриты встречаются не только у меланоцитов, они широко распространены и в нервных клетках. Меланоциты и клетки нервной системы очень похожи, ведь когда-то, когда мы еще были развивающимися эмбрионами, группа клеток, которой суждено было стать меланоцитами, отделилась от области, из которой в дальнейшем сформировался спинной мозг.
Меланоциты, как альтруистичные осьминоги, упаковывают меланин в гранулы (меланосомы) и распределяют их по соседним кератиноцитам для дальнейшего всасывания. Оказавшись внутри, меланосомы распадаются, а клетки наполняются меланином. Это «клеточное подношение» повторяется по всей поверхности кожи, делая ее способной разрушать ультрафиолетовое излучение.
Дерма
Эпидермис аваскулярен, то есть в нем отсутствуют кровеносные сосуды. Именно поэтому поверхностные порезы кожи не кровоточат и болят не так сильно. Однако если рана рассекает эпидермис насквозь, то обнажается белоснежный слой плоти, и начинается кровотечение. Если травма доходит до дермы с ее внутренними системами восстановления и сетями кровеносных и лимфатических сосудов, то после заживления остается шрам.
Этот толстый слой соединительной ткани отвечает за питание эпидермиса. Скрученные белковые волокна коллагена и эластина помогают дерме создавать прочный и эластичный каркас, который позволяет нашей коже растягиваться и сжиматься. Между этими волокнами располагается целая популяция различных структур.
Наша способность различать тактильные ощущения, незначительную боль и тепло зависит от всех этих структур.
Сосочки
Сосочки — это крошечные кожные отростки, или бугорки, выступающие из дермы в эпидермис. Лучше всего сосочки видны на стопах и ладонях. Там они образуют петли и завитки, из которых складываются отпечатки пальцев. Под микроскопом сосочки видны как завитки крошечных кровеносных сосудов (капилляров), которые объединяются в вертикальные дуги. Кстати, именно эти дуги вызывают точечные кровоизлияния при ссадинах.
Сосочки дермы питают эпидермис и содержат тактильные рецепторы, или осязательные тельца Мейснера. Тельца Мейснера позволяют различать даже легкие прикосновения.
Сенсорные рецепторы
Дермальные нервы проходят через эпидермис, благодаря чему оба слоя могут передавать сенсорную информацию в головной мозг. Большинство сенсорных рецепторов реагирует на давление, температуру и осязание.
Эти специально приспособленные нервные окончания располагаются в дерме на разной глубине, именно поэтому мы можем реагировать на различные типы прикосновений. Малейшее нарушение или искажение запускает нервный импульс, который либо заглушает реакцию, и мы забываем о происходящем (например, при трении одежды о кожу), либо посылает сигналы для привлечения нашего внимания (например, когда мы испытываем боль).
Потовые железы
Говорят, что лошади — взмыливаются, мужчины — покрываются испариной, а женщины сияют.
Но что это: пережиток викторианских культурных традиций или научный факт? Японское исследование, проведенное в 2010 году, доказало научную обоснованность этого утверждения. Ученые выяснили, что небольшая группа женщин из 37 испытуемых начинала потеть только после повышения температуры тела. В то время как у мужчин подобной закономерности не отмечалось. Мужчины начинали потеть быстрее, возможно под влиянием тестостерона.
Наше тело содержит миллионы потовых пор (показаны на микроснимке), которые образуют изогнутые каналы у основания дермы.
Другие ученые оспорили эти результаты, указав на ограниченность исследования и подчеркнув тот факт, что потоотделение регулируется абсолютной силой, а не половой принадлежностью.
Если оставить в стороне научные объяснения, то получается, что все мы потеем, даже находясь в покое. Но не всегда замечаем это. Процесс потоотделения реализует потовая железа — длинный, полый и извитый проток эпидермальных клеток.
В нашей коже можно насчитать до 3 миллионов потовых желез. Они вырабатывают водянистый секрет, который помогает телу охлаждаться и сохранять постоянную температуру, или, метафорически говоря, остывать. И в каждом из этих случаев потовыми железами управляет нервная система.
Извитый клубок потовой железы располагается глубоко в слое дермы, а проток позволяет выводить пот на поверхность. Но не все потовые железы одинаковы, как известно вашему носу. Существует два типа потовых желез.
Апокринные. Эти потовые железы располагаются в волосистых областях кожи (подмышки и пах), а также вокруг сосков. В период полового созревания апокринные железы стимулируют выделение пота с характерным запахом. Этот запах вызывают сочетание продуктов распада, выделяемых бактериями на поверхности кожи при разрушении углеводных, белковых и жировых компонентов пота, и мускусный аромат феромонов, связанных с сексуальной привлекательностью.
Эккринные. Эккринные потовые железы встречаются чаще и располагаются по всей поверхности тела, кроме губ и определенных участков гениталий. Наиболее распространены на ладонях и ступнях. В основном эккринные железы выделяют воду, соль и продукты распада, включая незначительное количество мочевины. В жаркий день мы можем терять с потом до 2 л жидкости, поскольку организм охлаждается за счет того, что тепло собственного тела испаряется через пот.
Еще одним типом секреции является ушная сера, или cerumen. Ее вырабатывает церуминозная железа — видоизмененная потовая железа в ухе. Она выделяет липкий воскоподобный субстрат, состоящий из пота и маслянистого себума. Сера служит защитной для барабанной перепонки.
Сальные железы
Сальные железы вызывают прыщи. Но имейте в виду: это происходит только при закупорке или инфицировании желез. Эти специализированные эпидермальные клетки служат для тела источником естественного увлажнения. Они присутствуют повсюду (кроме век) и прикрепляются к волосяному фолликулу, в который выделяют маслянистую жирную субстанцию для смазки кожи и волос. Если не мыть лицо или голову несколько дней подряд, то этот жир — кожное сало — накапливается.
Кожное сало, которое вырабатывают сальные железы, может смешиваться с омертвевшими клетками кожи и вызывать появление угрей. Угрем (комедоном) называют закупоренный волосяной фолликул. Черные или белые угри инфицируются бактериями, что приводит к воспалению, повреждению и возможному рубцеванию кожи или волосяного фолликула.
Кожное сало не только поддерживает водостойкость кожи, но и создает неблагоприятную среду для определенных типов бактерий и грибков, поскольку при смешивании с потом окисляет поверхность кожи. Количество выделяемого кожного сала (себума) зависит от наших половых гормонов. Эти гормоны активируются в период полового созревания, поэтому подростковые годы сопровождаются появлением характерных прыщей.
Мышцы волоса
В коже есть все четыре типа тканей: эпителиальная, нервная, соединительная и мышечная (см. параграф «Квартет тканей» на стр. 43–44). Мышечная ткань представлена в виде arrector pili — мышцы, поднимающей волос. Эти небольшие пучки гладких мышц располагаются по диагонали и в непосредственной близости к волосяным фолликулам. Контролировать их мы не можем. Когда нам холодно или страшно, мышцы сами сокращаются, натягивая основание волоса и приподнимая его кончик. Это называется пилоэрекцией.
Гусиная кожа, или мурашки, — это эволюционное наследие от наших предков — волосатых обезьян.
Скорее всего, пилоэрекция знакома вам под названием «гусиная кожа» или «мурашки». В те времена, когда наши предки выглядели как йети, это была необычайно важная функция. Сейчас же пилоэрекция больше нужна мохнатым животным, ведь она удерживает у поверхности тела воздух, повышая теплоизоляцию. Кроме того, в ситуациях «бей или беги» пилоэрекция помогает животным выглядеть крупнее. К счастью, у нас не бывает гусиной кожи на лице (а также в бровях, ресницах, усах и носах). У таких волосков нет мышц.