Строение кожи человека и ее основные функции

Наружные покровы позвоночных животных

Все животные, как простейшие, так и многоклеточные, имеют покровы тела, которые предохраняют организм от проникновения в него инородных тел и веществ, других организмов, излишков влаги, а также от механических повреждений. Защитная функция покровов проявляется и в регулировании температуры тела, и в предохранении его от потери воды. У многоклеточных животных покровы тела участвуют в обмене веществ. Одноклеточные организмы, имеющие постоянную форму тела, снаружи покрыты прочной оболочкой. У многоклеточных организмов внешние покровы тела усложняются и представляют собой слой удлинённых клеток. Такие покровы называют плоским эпителием. Покровы позвоночных животных имеют сложное строение. Кожа состоит из двух слоёв — эпидермиса и собственно кожи. Эпидермис — это наружный многоклеточный слой. В нём образуются роговые чешуйки, перья, когти, копыта, полые рога и многочисленные железы, пигментные клетки. Клетки эпидермиса постоянно делятся, а верхние слои отмирают и слущиваются. Собственно кожа обладает наибольшей прочностью. В ней развиваются корни волос, кожные роговые образования, сальные и потовые железы. У млекопитающих подкожная жировая клетчатка — самый глубокий слой кожи. В нём находятся в основном жировые клетки, откладываемые организмом про запас. Кроме того, слой жира смягчает внешние удары и сохраняет тепло.
Таким образом, эволюция покровов тела шла по пути увеличения числа их слоёв и появления в них новых образований: ресничек, желёз, известковый и хитиновый покров, чешуи, когтей, перьев, волос, рогов, копыт, ног.

Что такое кожа — орган или нет

В биологии человеческая кожа рассматривается как многофункциональный орган, один из крупнейших в организме. Он обеспечивает гомеостаз организма и защищает его от различных воздействий извне. Он участвует в терморегуляции, а также во множестве обменных процессов, включая дыхание.

В норме вес всех слоев кожи (включая гиподерму) составляет около 16% веса тела, а кожи в узком смысле — примерно 5%. Площадь же ее достигает 2,3 м² (у взрослого человека). Клетки кожи относятся к числу самых быстро делящихся, они полностью обновляются за срок от 3 недель до 1 месяца. Для сравнения: кровь, при сравнимом общем весе, полностью обновляется за 4 месяца.

Наружные покровы человека

Кожа — наружный покров тела человека. Площадь её — 1,5—1,6 м2. Она состоит из трёх слоёв: наружного — эпидермиса, среднего — дермы и внутреннего — подкожной жировой клетчатки (гиподерма). Кожа выполняет защитную функцию: предохраняет организм от многих вредных воздействий (механические, химические, физические), а также создаёт препятствие для большинства микробов. Она вырабатывает особые вещества, способствующие её самодезинфекции.

Кожа богата мышечными и эластичными волокнами, обладающими способностью растягиваться, придавая ей упругость и противостоять давлению. Благодаря этим волокнам кожа может после растяжения возвращаться к исходному положению. Растяжимость кожи в различных направлениях неодинакова. При внимательном осмотре можно заметить, что вся поверхность кожи испещрена большим количеством мельчайших складок, бороздок и линий, образующих сложный рисунок треугольных и ромбических полей. Кроме того, на коже есть едва заметные углубления. Это так называемые поры. Кожный рисунок из линий, бороздок и пор у молодых людей заметен мало. С возрастом он становится отчётливее. Особенно резко выделяются кожные бороздки на ладонях и подошвах, образуя на их участках сложный индивидуальный рисунок.

Подкожно-жировая клетчатка

Подкожно-жировая клетчатка, или гиподерма, — самый нижний слой кожи, располагается под дермой. Состоит из жировых долек, разделенных между собой соединительнотканными септами, содержащими коллаген и пронизанными крупными сосудами. Главными клетками жировых долек являются адипоциты, количество которых варьирует в различных областях тела. В настоящее время ПЖК рассматривают не только как энергетическое депо, но и как эндокринный орган, адипоциты которого участвуют в выработке ряда гормонов (лептина, адипонектина, резистина), цитокинов и медиаторов, оказывающих влияние на метаболизм, чувствительность к инсулину, функциональную активность репродуктивной и иммунной систем.

Строение и функции кожи

Эпидермис — наружный слой образован плоским эпителием и имеет толщину от 0,07 до 2,5 мм и зависит от характера и силы воздействия окружающей среды. Наиболее толстый эпидермис на ладонях и подошвах, наиболее тонкий на веках. Поверхностный слой эпидермиса состоит из ороговевших мёртвых клеток (он же образует волосы, ногти), имеющих вид чешуек и плотно прилегающих друг к другу.

В основе эпидермиса лежит один ряд призматических клеток, которые постоянно делятся и образуют новые клетки эти клетки продвигаются к наружным слоям, изменяя свою форму, становятся плоскими, ороговевают, отмирают и отслаиваются. В эпидермисе находятся пигментные клетки, (меланин) придающие коже определённый цвет. Пигментация способствует поглощению коротковолновых лучей и тем самым предохраняет внутренние органы от повреждений.

Цвет кожи зависит от нескольких факторов. Пигмент меланин придаёт коже коричневый оттенок, роговой слой эпидермиса — серо-жёлтый, а зернистый слой — беловатый оттенок. Розовый или красноватый цвет кожи объясняется тем, что через роговой слой просвечивают кровеносные сосуды. Тканевые жидкости, преломляя лучи света, придают коже матово-белый оттенок. Из сочетания всех этих оттенков и складывается обычный цвет кожи, который меняется с возрастом и при некоторых заболеваниях. В коже новорождённых пигмент отсутствует. Даже у негров кожа новорождённого ребёнка светлая, красноватая и получает свою окраску только спустя некоторое время после рождения. Пигментация кожи человека оформляется в течение первых месяцев и лет жизни и зависит не только от количества пигментных клеток, сколько от их функциональной способности, т.е. от степени образования в них пигмента. У лиц со светлой кожей в молодом возрасте пигмент распределяется равномерно. Кровоснабжение кожи в этом возрасте развито хорошо. Кожа богата тканевой жидкостью, придающей ей беловато-матовый оттенок.

У людей пожилого возраста роговой и зернистый слой эпидермиса утолщается, а кровообращение ухудшается. Бело-жёлтый или серо-жёлтый цвет начинает преобладать над преимущественно розовым. Кроме того, обезвоживаются ткани в стареющей коже и начинают пропускать лучи света глубже, от чего и зависит желтоватый цвет кожи. Под влиянием эндокринных факторов, нервной системы и внешних явлений (солнечного света, температуры воздуха, ветра, механических раздражителей) увеличивается и количество пигмента меланина, придавая коже желтовато-коричневый оттенок. Причём распределение пигмента в коже с возрастом нарушается: появляются пигментные пятна. Таким образом, в результате всех этих изменений стареющая кожа приобретает бледно-жёлтую или серо-землистую окраску, часто пигментными пятнами различных размеров на отдельных участках лица, шеи, рук.

Дерма, или внутренний слой (собственно кожа), намного толще эпидермиса. Он состоит из плотной соединительной ткани, образованной клетками и тесно переплетающимися волокнами. Волокна придают коже эластичность: она легко растягивается и смещается.

Этот слой кожи обильно снабжён кровеносными сосудами и нервными окончаниями. Здесь находятся многочисленные образования: волосяные сумки, сальные и потовые железы, рецепторы. К волосяным сумкам подходят кровеносные сосуды, нервы и мышцы. Сокращение этих мышц происходит рефлекторно при охлаждении и выпрямляет волосы, что способствует улучшению теплоизоляционных свойств кожи. У человека при этом появляется «гусиная кожа». Очень редкие и короткие волосы покрывают почти всю кожу человека (кроме ладоней и стоп). Они утратили своё защитное значение и являются рудиментарными. Вместе с ногтями волосы принадлежат к кожным роговым образованиям.

Сальные железы, расположенные у корней волос, выделяют жир, смазывающий волосы и кожу и защищают их от пересыхания. Потовые железыобразуют и выделяют пот, который по составу близок к моче, но менее концентрирован. Они имеют трубчатое строение и представляют собой скрученную в клубочек трубочку, оплетённую кровеносными капиллярами.

Гиподерма — подкожная жировая клетчатка — самый глубокий слой кожи, состоящий из рыхло соединительной ткани, в которой есть волокна и много жировых клеток. Здесь откладываются запасы жира. Кроме того, подкожная клетчатка служит для защиты органов, покрытых ею, от ударов и охлаждения.

Дерма

Дерма представляет собой сложноорганизованную рыхлую соединительную ткань, состоящую из отдельных волокон, клеток, сети сосудов и нервных окончаний, а также эпидермальных выростов, окружающих волосяные фолликулы и сальные железы. Клеточные элементы дермы представлены фибробластами, макрофагами и тучными клетками. Лимфоциты, лейкоциты и другие клетки способны мигрировать в дерму в ответ на различные стимулы.

Дерма, составляя основной объем кожи, выполняет преимущественно трофическую и опорную функции, обеспечивая коже такие механические свойства, как пластичность, эластичность и прочность, необходимые ей для защиты внутренних органов тела от механических повреждений. Также дерма удерживает воду, участвует в терморегуляции и содержит механорецепторы. И, наконец, ее взаимодействие с эпидермисом поддерживает нормальное функционирование этих слоев кожи.

В дерме нет такого направленного и структурированного процесса клеточной дифференцировки, как в эпидермисе, тем не менее в ней также прослеживается четкая структурная организация элементов в зависимости от глубины их залегания. И клетки, и внеклеточный матрикс дермы также подвергаются постоянному обновлению и ремоделированию.

Внеклеточный матрикс (ВКМ) дермы, или межклеточное вещество, в состав которого входят различные белки (главным образом коллаген, эластин), гликозаминогликаны, самым известным из которых является гиалуроновая кислота, и протеогликаны (фибронектин, ламинин, декорин, версикан, фибриллин). Все эти вещества секретируются фибробластами дермы. ВКМ представляет собой не беспорядочное скопление всех компонентов, а сложноорганизованную сеть, состав и архитектоника которой определяют такие биомеханические свойства кожи, как жесткость, растяжимость и упругость. К белкам ВКМ прикрепляются кератиноциты эпидермиса, которые тесно состыкованы друг с другом. Именно они и формируют плотный защитный слой кожи. Структура ВКМ также способна оказывать регулирующее влияние на погруженные в него клетки. Регуляция может быть как прямой, так и косвенной. В первом случае белки и гликозаминогликаны ВКМ непосредственно взаимодействуют с рецепторами клеток и инициируют в них специфические пути передачи сигнала. Косвенная регуляция осуществляется посредством действия цитокинов и ростовых факторов, удерживаемых в ячейках сети ВКМ и высвобождаемых в определенный момент для взаимодействия с рецепторами клеток. Структурная сеть ВКМ подвергается ремоделированию ферментами из семейства матриксных металлопротеиназ (ММР). В частности, ММР-1 и ММР-13 инициируют деградацию коллагенов I и III типов. Плотность сети ВКМ дермы неравномерна – в папиллярном слое она более рыхлая, в ретикулярном — значительно плотнее как за счет более близкого расположения волокон структурных белков, так и за счет увеличения диаметра этих волокон.

Коллаген – один из главных компонентов ВКМ дермы. Синтезируется фибробластами. Процесс его биосинтеза сложный и многоступенчатый, в результате которого фибробласт секретирует в экстрацеллюлярное пространство проколлаген, состоящий из трех полипептидных α-цепей, свернутых в одну тройную спираль. Затем мономеры проколлагена ферментивным путем собираются в протяженные фибриллярные структуры различного типа. Всего в коже не менее 15 типов коллагена, в дерме больше всего I, III и V типов этого белка: 88, 10 и 2% соответственно. Коллаген IV типа локализуется в зоне базальной мембраны, а коллаген VII типа, секретируемый кератиноцитами, играет роль адаптерного белка для закрепления фибрилл ВКМ на базальной мембране (рис. 4). Волокна структурных коллагенов I, III и V типов служат каркасом, к которому присоединяются другие белки ВКМ, в частности коллагены XII и XIV типов. Считается, что эти минорные коллагены, а также небольшие протеогликаны (декорин, фибромодулин и люмикан) регулируют формирование структурных коллагеновых волокон, их диаметр и плотность образуемой сети. Взаимодействие олигомерных и полимерных комплексов коллагена с другими белками, полисахаридами ВКМ, разнообразными факторами роста и цитокинами приводит к образованию особой сети, обладающей определенной биологической активностью, стабильностью и биофизическими характеристиками, важными для нормального функционирования кожи. В папиллярном слое дермы волокна коллагена располагаются рыхло и более свободно, тогда как ее ретикулярный слой содержит более крупные тяжи коллагеновых волокон.

Рис. 4. Схематичное представление слоев кожи и распределения коллагенов разных типов.

Коллаген постоянно обновляется, деградируя под действием протеолитических ферментов коллагеназ и замещаясь вновь синтезированными волокнами. Этот белок составляет 70% сухого веса кожи. Именно коллагеновые волокна «держат удар» при механическом воздействии на нее.

Эластин формирует еще одну сеть волокон в дерме, наделяя кожу такими качествами, как упругость и эластичность. По сравнению с коллагеном эластиновые волокна менее жесткие, они скручиваются вокруг коллагеновых волокон. Именно с эластиновыми волокнами связываются такие белки, как фибулины и фибриллины, с которыми, в свою очередь, связывается латентный TGF-β-связывающий белок (LTBP). Диссоциация этого комплекса приводит к высвобождению и к активации TGF-β, самого мощного из всех факторов роста. Он контролирует экспрессию, отложение и распределение коллагенов и других матриксных белков кожи. Таким образом, интактная сеть из волокон эластина служит депо для TGF-β.

Гиалуроновая кислота (ГК) представляет собой линейный полисахарид, состоящий из повторяющихся димеров D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Количество димеров в полимере варьирует, что приводит к образованию молекул ГК разного молекулярного веса и длины — 1х105-107 Да (2-25 мкм), оказывающих, соответственно, различный биологический эффект.

ГК — высокогидрофильное вещество, влияющее на движение и распределение воды в матриксе дермы. Благодаря этому ее свойству наша кожа в норме и в молодости обладает высоким тургором и сопротивляемостью механическому давлению.

ГК с легкостью образует вторичные водородные связи и внутри одной молекулы, и между соседними молекулами. В первом случае они обеспечивают формирование относительно жестких спиральных структур. Во втором – происходит ассоциация с другими молекулами ГК и неспецифическое взаимодействие с клеточными мембранами, что приводит к образованию сети из полимеров полисахаридов с включенными в нее фибробластами. На длинную молекулу ГК, как на нить, «усаживаются» более короткие молекулы протеогликанов (версикана, люмикана, декорина и др.), формируя агрегаты огромных размеров. Протяженные во всех направлениях, они создают каркас, внося вклад в стабилизацию белковой сети ВКМ и фиксируя фибробласты в определенном окружении матрикса. В совокупности все эти свойства ГК наделяют матрикс определенными химическими характеристиками – вязкостью, плотностью «ячеек» и стабильностью. Однако сеть ВКМ является динамической структурой, зависящей от состояния организма. Например, в условиях воспаления агрегаты ГК с протеогликанами диссоциируют, а образование новых агрегатов между вновь синтезированными молекулами ГК (обновляющимися каждые 3 дня) и протеогликанами блокируется. Это приводит к изменению пространственной структуры матрикса: увеличивается размер его ячеек, меняется распределение всех волокон, структура становится более рыхлой, клетки меняют свою форму и функциональную активность. Все это сказывается на состоянии кожи, приводя к снижению ее тонуса.

Помимо регуляции водного баланса и стабилизации ВКМ, ГК выполняет важную регуляторную роль в поддержании эпидермального и дермального гомеостаза. ГК активно регулирует динамические процессы в эпидермисе, включая пролиферацию и дифференцировку кератиноцитов, окислительный стресс и воспалительный ответ, поддержание эпидермального барьера и заживление раны. В дерме ГК также регулирует активность фибробластов и синтез коллагена. Ремоделируя матрикс, ГК управляет функционированием клеток в матриксе, влияя на их доступность для различных факторов роста и изменяя их функциональную активности. От действия ГК зависит миграция клеток и иммунный ответ в ткани. Таким образом, изменения в распределении, организации, молекулярном весе и метаболизме ГК имеют значимые физиологические последствия.

Фибробласты представляют собой основной тип клеточных элементов дермы. Именно эти клетки отвечают за продукцию ГК, коллагена, эластина, фибронектина и многих других белков межклеточного матрикса, необходимых для формирования соединительной ткани. Фибробласты в различных слоях дермы различаются и морфологически, и функционально. От глубины их залегания в дерме зависит не только количество синтезируемого ими коллагена, но и соотношение типов этого коллагена, например I и III типов, а также синтез коллагеназы: фибробласты более глубоких слоев дермы производят меньшее ее количество. Вообще, фибробласты – очень пластичные клетки, способные менять свои функции и физиологический ответ и даже дифференцироваться в другой тип клеток в зависимости от полученного стимула. В роли последнего могут выступать и сигнальные молекулы, синтезированные соседними клетками, и перестройка окружающего ВКМ.

Защитная функция кожи

Кожа снабжена большим количеством разнообразных чувствительных нервов и соответствующих нервных окончаний (рецепторов), благодаря чему она выполняет функции сложного органа чувств. Кожные рецепторы воспринимают разнообразные раздражения внешней среды и сигнализируют о них в кору головного мозга. Вот почему мы способны чувствовать прикосновения и осязать предметы, ощущать тепло и холод, испытывать чувство давления и боли. Рецепторы кожи дают возможность получать представления об окружающих нас предметах, их величине, форме, характере их поверхности, температуре.

Функции и свойства

Функции кожи следующие:

• дыхательная — она способна поглощать из воздуха кислород и выделять углекислоту, обеспечивая до 7% потребности человека в кислороде;
• защитная — защита от механических, химических, радиационных воздействий, проникновения опасных микроорганизмов и излишков воды;
• терморегуляционная — за счет выделения пота и прямого излучения тепла (испускания инфракрасных лучей);
• водно-солевой обмен;
• выделительная — продукты обмена выводятся через пот;
• депо крови — в сосудах дермы может пребывать одновременно до 20% всего объема крови тела;
• метаболическая и эндокринная — синтез и накопление некоторых гормонов и витамина D;
• рецепторная — вся поверхность тела представляет собой орган осязания;
• иммунная — участие в работе иммунной системы и выработке иммунной реакции.

Таким образом, однозначно ответить на вопрос, какую функцию выполняет кожа, невозможно: функций у нее много. Основные — защитная и рецепторная.

Терморегуляция кожи

Кожа принимает участие в теплорегуляции. Она предохраняет организм от перегревания и охлаждения, помогает сохранять постоянную температуру тела. Около 80% тепла, образующегося в организме, выделяется через кожу. Кожа — главный орган терморегуляции. Через кожу организм отдаёт тепло в окружающую среду путём теплопроведения, теплоизлучения и значительную часть — при испарении пота. Если, например, мокрую руку держать на воздухе, появляется ощущение холода, потому что испарение воды охлаждает руку.

Теплоотдача путём испарения пота происходит разными путями: с испарением пота, образование которого зависит от количества крови, проходящей через кожные сосуды; в результате излучения тепла в окружающий воздух; за счёт передачи тепла предметам, непосредственно контактирующим с телом, например одежде; благодаря перемешиванию воздушных потоков, при котором тёплый воздух, окружающий поверхность тела, замещается более прохладным.

Теплоотдача путём испарения пота происходит непрерывно в виде незаметной для нас испарины. За сутки кожа выделяет с потом вдвое больше воды, чем лёгкие за то же время. В жаркую погоду организм теряет больше тепла потому, что кровеносные сосуды расширяются, ток крови в них ускоряется, увеличивается количество крови, протекающей вблизи поверхности нашего тела, где она охлаждается. В холодную погоду кожные сосуды сужаются, кожа бледнеет, а отделение пота резко снижается, в результате чего отдача тепла уменьшается.

Период обновления кожи человека

Кожные покровы на протяжении всей жизни постоянно обновляются: с их поверхности отшелушиваются омертвевшие клетки и удаляется все, что скапливается на них, — продукты выделения и то, что оседает из внешней среды.

Этот процесс идет тем активнее, чем человек младше. Старые клетки отходят потому, что на их место из глубины приходят новые. Новые же клетки со временем начинают появляться все реже — отсюда и зависимость от возраста.

Эпидермис и средний слой кожи разделены базальной мембраной со слоем постоянно делящихся клеток. Очередной ряд клеток, возникнув, постепенно движется от нее к поверхности. Там происходит его лущение и отшелушивание. При обновлении эпидермис полностью восстанавливается: родинки, шрамы, веснушки и папиллярные узоры воспроизводятся с высочайшей точностью.

Весь цикл от рождения клеток до их потери у молодого человека составляет 21-28 суток. Но уже с 25 лет начинается постепенное замедление процесса. К 40 годам темпы обновления падают до 34-46 дней, а позже 50 лет составляют уже 55-75 дней. Зримое «старение» кожи обусловлено этим обстоятельством.

Придатки кожи — ногти и волосы

На всех пальцах у человека с тыльной стороны конечных фаланг имеются ногти — тонкие и прозрачные ороговевшие пластинки. Это придаточные образования кожи, развивающиеся из эпидермиса. Ногти изогнуты соответственно поверхности ногтевой фаланги пальца. Большая часть ногтя — его тело — заканчивается свободным краем и переходит в самую тонкую часть ногтя — корень, который глубоко вдаётся в складку кожи. На месте перехода тела ногтя в корень под кожным валиком выступает имеющая полулунную форму более светлая часть ногтя — место его роста. Весь ноготь располагается в ногтевом ложе. Оно является образованием кожи и плотно соединено с бугристостью ногтевой фаланги при помощи пучков соединительно-тканных волокон. В области ногтевого ложа отсутствуют железы, но здесь большое количество окончаний чувствительных нервов.

Строение ногтя сходно со строением эпидермиса. В нём различают слои зачатковый и роговой. Первый соответствует ростковому слою, размножение клеток которого и обуславливает рост ногтя. У живого человека ноготь растёт непрерывно и довольно быстро — до 4 мм в месяц, особенно на пальцах рук. Вещество большей части ногтя состоит из рогового слоя. Ногтевая пластинка лишена кровеносных сосудов и нервов. Розовый цвет ногтя зависит от подногтевых сосудов, которые просвечивают через прозрачный роговой слой. При застойных явлениях от изменения цвета крови изменяется и цвет ногтей (синюшность).

К придаткам кожи относятся и нитевидные образования — волосы, покрывающие значительную часть поверхности кожи. Только в некоторых местах они отсутствуют совершенно (ладони и ладонные поверхности пальцев рук, подошвы и подошвенные поверхности пальцев ног, тыльные поверхности концевых фаланг всех пальцев). Все волосы по внешнему виду разделяются на несколько типов. К длинным относятся волосы головы, бороды и усов. К коротким, щетинистым относятся волосы бровей, ресниц, а также волосы, находящиеся у отверстия носа и наружного слухового прохода. Выделяют ещё тонкие, шерстистые волосы (пушок) которые находятся на туловище, конечностях и лице.

Волосы располагаются наклонно к поверхности кожи. Корень начинается утолщением, волосяной луковицей. Свободная часть каждого волоска, выступающая над кожей, называется его стержнем. К каждому волосу прикрепляется специальная выпрямляющая его мышца. Волосы имеют различную окраску — от бледно-жёлтой до чёрной. Цвет их зависит от наличия в корковом слое пигмента, интенсивность окраски — от количества последнего. При потере пигмента наступает поседение волос, которое усиливается от проникновения воздуха между клетками коркового слоя. Волосы у живого человека растут непрерывно. Волосы служат защитным приспособлением: ресницы, , брови оберегают глаза. Эти щетинистые волосы не только механически задерживают крупные пылевые частицы, но и являются чувствительными «антеннами». Даже лёгкое прикосновение к ним вызывает раздражение чувствительных нервных окончаний, густо оплетающих корень волос.