Реферативная работа студента 2 курса группы №42 Русина Ильи.
Московская медицинская академия им. Сеченова
Москва, 2008
Кожа человека выполняет множество жизненно важных функций. Занимая пограничное положение между организмом и внешней средой, она защищает его от вредных внешних воздействий, высыхания, проникновения частиц грязи, микроорганизмов, токсинов, а также является сенсорным органом, который отвечает за температурную, тактильную и болевую чувствительность. Кроме всего прочего, кожа как внешняя оболочка организма играет исключительно важную роль во взаимоотношениях людей.
Эпидермальный барьер – это собирательное название, подчеркивающее одну из основных функций эпидермиса – быть преградой на пути проникновения различных соединений, бактериальных и вирусных частиц в организм и из него. До 70-х годов XX века познания о составе и физиологии кожных покровов накапливались медленно. С внедрением в экспериментальную медицину биофизических и биохимических методов исследования удалось узнать многое о микроскопическом строении эпидермиса и рогового слоя, приоткрыть тайну о взаимоотношениях клеток и слоёв кожи, изучить влияние и методы проникновения различных экзогенных веществ через эпидермальный барьер.
С начала 80-х годов в дерматологии появились сведения о структурном и количественном состоянии липидов кожи в норме и патологии, пересматривались основные представления о роговом слое как о пассивном механическом барьере. Систематическое нарушение целостности барьерного слоя может привести к развитию хронических кожных заболеваний. И наоборот, вещества, способные взаимодействовать с липидными структурами рогового слоя и восстанавливать его целостность, могут использоваться при лечении большого спектра кожных заболеваний.
В начале XXI века исследования перешли на новый этап. Исследователи задались вопросом: «Как можно использовать данные о строении липидного барьера кожи для трансдермальной доставки лекарственных веществ, вакцин. Данные исследования могут иметь и обратную сторону – какие вещества и методы защиты можно разработать для защиты от возможных ядов, способных проходить через кожный барьер.
Кожа (integumentum commune, cutis) покрывает всю поверхность тела, переходя в слизистую оболочку в области естественных отверстий рта, носа, мочеполовых органов и заднего прохода. Поверхность кожи у взрослого человека достигает 1,5—2 м2. Соединительными тяжами (retinaeula cutis) кожа прикрепляется к подлежащей фасции. Толщина кожи без подкожной жировой клетчатки составляет 0,5—4 мм. Толщина подкожножировой клетчатки колеблется в более широких пределах. У взрослого нормально развитого человека вес кожи составляет около 5% веса тела. (1)
На поверхности кожи имеются многочисленные складки, углубления, возвышения, то нежные, то более грубые бороздки. Бороздки делят поверхность кожи на ряд полей, большей частью треугольной или ромбической формы. К грубым бороздкам кожи относятся морщины на лице, складки ладоней, складки мошонки и бороздки на разгибательных поверхностях сочленений.
Кожа состоит из двух различных по своему строению и развитию частей: наружной части эктодермального происхождения, представленной эпидермисом (epidermis), и внутренней мезодермального происхождения — соединительнотканной основы.
Внутренняя часть делится на два слоя:
средний — собственно кожа (cutis propria, derma) и
самый глубокий слой — «подкожно-жировой (subcutis, hypoderma).
Эпидермис образован многослойным плоским ороговевающим эпителием (epithelium stratificatum squamosum cornificatum), который покрывает поверхность кожи. В нём проходит процесс ороговения (кератинизации), связанный с дифференцировкой эпителиальных клеток - кератиноцитов в роговые чешуйки наружного слоя эпидермиса. Дифференцировка кератиноцитов проявляется в их структурных изменениях в связи с синтезом и накоплением в цитоплазме специфических белков – цитокератинов (кислых и щелочных), филлагрина, кератолинина и др. В эпидермисе различают несколько слоёв клеток – базальный, шиповатый, зернистый, блестящий и роговой. (1)
Роговой слой состоит из корнеоцитов — мертвых клеток, шестиугольных пластинок, заполненных фибриллярным белком кератином и аморфным веществом, и образующих роговые «чешуйки» толщиной 0.2–0.4 μм и ≈40 μм в диаметре. Корнеоциты – это прошедшие все этапы миграции (шиповатый, зернистый и блестящий слои) потомки базальных кератиноцитов. Корнеоциты соединены между собой корнеодесмосомами, связывающими клетки в прочную сеть. Непроницаемым роговой слой делает липидный матрикс, в который «погружены» корнеоциты; он состоит в основном из церамидов, холестерина и жирных кислот, образующих систему мультиламеллярных бислоев. Ниже находится слой живых эпидермальных клеток и слой дермы, пронизанной капиллярами, способными «разнести» проникшее через барьер вещество по всему организму.
Клеточная мембрана керотиноцитов в верхних слоях зернистого слоя становится прерывистой, а потом исчезает. Вместо неё остаётся белково-липидная структура – роговой конверт, ядро и органеллы исчезают. И с этого момента начинается слой роговых чешуек.
На границе зернистого слоя и слоя роговых чешуек липиды выходят из клеток и заполняют межклеточное пространство. Всё это напоминает торт «Наполеон» - липиды склеиваются в роговые чешуйки, как заварной крем склеивает коржи торта. В зарубежных публикациях такую модель рогового слоя называют «brick and mortar» - кирпич и цемент (3). Липидная прослойка эпидермиса играет исключительно важную роль в коже, так как именно она делает роговой слой водонепроницаемым. Благодаря липидной прослойке роговой слой становится проницаемым только для липофильных веществ.
В роговом слое есть две разновидности липидов:
липиды кожного сала, располагающиеся на поверхности кожи и в верхних слоях рогового слоя;
эпидермальные липиды, которые обнаруживаются в средней и нижней части рогового слоя;
Согласно исследованиям, скорость секреции кожного сала не изменяется при обезжиривании кожи, а также кожа маленьких детей, почти не вырабатывающая кожного сала, не обезвоживается. Таким образом, единственным стимулом сальных желёз являются андрогены. (2)
В состав липидов рогового слоя входят церамиды[1], холестерин и сульфат холестерина. Они формируют в роговом слое упорядоченные структуры. Было обнаружено, что в липидном матриксе присутствуют как структурированные участки, где существует гексагональная или орторомбическая упаковка молекул («кристаллическая фаза»), так и неструктурированные участки («жидкокристаллическая фаза»). Таким образом, прежняя модель «brick and mortar» претерпела дальнейшие усложнения и превратилась в доменно-мозаичную модель. И в такой модели каждая разновидность церамидов рогового слоя играет свою роль в формировании липидного барьера – от формирования жёстких водонепроницаемых участков церамидами с короткими насыщенными цепями, так и формирования гибких, текучих участков, которые допускают ограниченную диффузию водорастворимых веществ.
Таким образом, липидный барьер имеет определённое строение, структуру. Данная структура чем-то напоминает «стёганное одеяло» - липидные слои прошиты длинными цепями О-ацилцерамидов. Такие же сшивки существуют и между белково-липидными оболочками корнеоцитов и липидными пластами. При нарушении данной структуры барьер перестаёт частично или полностью справляться со своей задачей. (3)
Например, особенно важную роль в роговом слое играют О-ацилцерамиды (содержат линолевую кислоту). Недостаток в организме линолевой и линоленовой кислоты, она заменяется на олеиновую. Построение протяжённых и непрерывных липидных пластов становится невозможным (нет «сшивки»). В роговой слой попадают разрозненные липидные пузырьки. Изменяется не только проницаемость, но и нарушается нормальная дифференцировка кератиноцитов. Клинически это проявляется сухостью, шелушением, зудом и покраснением кожи.
Абсорбция веществ, нанесённых на кожу - процесс пассивный, зависящий от физико-химических свойств рассматриваемого активного ингредиента, свойств рогового слоя в данном участке и от внешних факторов. Среди физико-химических факторов:
Липофильность и заряд;
Размер молекулы или частицы – не более 3 кДа, остальные не проходят через роговой слой вообще и остаются на поверхности;
Связывание со структурными компонентами кожи – если вещество будет соединяться со структурными компонентами корнеоцитов, скорость диффузии будет уменьшаться;
Основа, в которой находится рассматриваемое вещество (способность образовывать окклюзивный слой, поверхностная активность, термодинамическая активность, pH);
Что же касается свойств рогового слоя в разных участках тела человека – в июле 2006 года в журнале PLoS Genetics (4) были опубликованы результаты исследования, проведенного группой ученых с медицинского факультета Стэнфорда. В качестве объекта изучения были взяты фибробласты — основные клетки соединительной ткани, у которых определяли активность 337 генов. Было изучено 47 популяций фибробластов с 43 участков тела. Оказалось, что гены проявляют себя по-разному в зависимости от локализации клеток в организме. Но если разница между фибробластом, находящимся в соединительнотканной перегородке альвеол в легких, и фибробластом кожи не вызывает удивления, то разница в генной активности между дермальными фибробластами, расположенными на разных участках (например, предплечье и голень, заставляет призадуматься. В свете этих исследований стоит по-новому взглянуть на проблему создания дерматотропных препаратов с сигнальной активностью для кожи на разных частях нашего тела.