Объясните в чем заключаются особенности функций эпидермиса

Обновлено: 19.04.2024

Млекопитающие или Звери – это высшие теплокровные позвоночные животные, тело которых имеет большое количество желёз (потовые, молочные, пахучие, сальные) и покрыто шерстью. При этом шерстяной покров может быть видоизменённой формы (щетина, иглы, панцирь).

Особенность млекопитающих в том, что своих детёнышей они вынашивают, рождают (живорождение) и выкармливают молоком. Конечности у них располагаются под туловищем. Зубы дифференцированы на коренные, клыки и резцы. Черепная коробка большая, в которой размещен хорошо развитый мозг, что поясняет сложное поведение, реакции, движения и т.д.

2. Сравните строение покровов тела млекопитающих и рептилий, и установите черты сходства и различия между ними.

Особенности	Млекопитающие	Рептилии
Кожа	Эпидермис	Многослойный ороговевший эпителий, чешуи
Верхний слой эпидермиса	Способен к слущиванию и ороговению	Способен к слущиванию и ороговению
Концевые фаланги пальцев	Ногти и когти, копыта	Когти
Волосяной покров	Шерсть, пух	Отсутствует
Кутис	Развит, имеется подкожная жировая клетчатка	Есть, в нем образуются местные окостенения
Кожные железы	Сальные, млечные, потовые, пахучие	Очень мало или вовсе отсутствуют
Роговые чешуи	Могут образовываться а хвосте (крысы, бобры)	Покрывают все тело

3. Объясните, в чем заключаются особенности функций эпидермиса кожи млекопитающих.

Одна из главных функций эпидермиса заключается в защите внутренних органов мышц и костей от воздействия различных факторов окружающей среды. В состав его пигмента входит меланин, который обеспечивает окраску внешнего покрова тела млекопитающих. Эпидермис принимает участие в процессах теплопродукции, теплоотдачи, конвекции и потоотделения, за счет чего обеспечивает необходимый уровень терморегуляции.

4. Сравните строение опорно-двигательной системы земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих (можете обратиться к таблице, заполняемой вами в течение года). Укажите черты сходства и различия.

Земноводные	Пресмыкающиеся	Млекопитающие
Сходства
Скелет	Состоит из позвоночника, черепа, скелета и поясов свободных передних и задних конечностей	Состоит из позвоночника, черепа, скелета и поясов свободных передних и задних конечностей	Состоит из позвоночника, черепа, скелета и поясов свободных передних и задних конечностей
Отделы позвоночника	Есть	Есть	Есть
Скелет передней свободной конечности	Имеет плечо, предплечье, запястье, пясть и фаланги пальцев	Имеет плечо, предплечье, запястье, пясть и фаланги пальцев	Имеет плечо, предплечье, запястье, пясть и фаланги пальцев
Скелет задней свободной конечности	Имеет бедро, голень, плюсну, предплюсну, фаланги пальцев	Имеет бедро, голень, плюсну, предплюсну, фаланги пальцев	Имеет бедро, голень, плюсну, предплюсну, фаланги пальцев
Количество пальцев на кистях и стопах конечностей	Пять	Пять	Пять
Пояс передней конечности	Имеет ключицу, лопатку	Имеет ключицу, лопатку	Имеет ключицу, лопатку
Различия
Количество шейных позвонков	Один	Семь	Семь
Грудная клетка	Нет	Есть	Есть
Череп	Хрящевой	Костный	Костный
Количество отделов позвоночника	4 (туловищный, шейный, крестцовый и хвостовой)	5 (шейный, туловищный, крестцовый, поясничный, хвостовой)	5 (шейный, туловищный, крестцовый, поясничный, хвостовой)
Мозговой отдел черепа	Слабо развит	Слабо развит	Хорошо развит
Коракоиды в поясе передних конечностей	Два	Редуцированы	Редуцированы
Крестцовые позвонки	Есть	Есть	Срослись в единую кость

5. По образу жизни млекопитающих делят на несколько экологических групп: 1) типично наземные, 2) наземно-древесные, 3) почвенные, 4) летающие, 5) водные, 6) околоводные. Приведите примеры всех указанных групп.

Примеры млекопитающих по экологическим группам:

Типично наземные (хищны – львы, тигры, кошки; копытные – лошади, антилопы, ослы; кенгуру, тушканчики);

Наземно-древесные (коалы, белки, обезьяны, ленивцы, опоссумы, шерстокрылы);

Почвенные (кроты, слепыши, цокоры);

Летающие (рукокрылые – ушаны, вечерницы, летучие мыши);

Водные (водные грызуны; ластоногие – моржи, тюлени; китообразные – киты, дельфины);

Околоводные (норка, утконос, ондатра, выдра, бобр, выхухоль).

Параграф 31. Внутреннее строение млекопитающих

Стр. 234

1. Какое строение имеют дыхательная и кровеносная системы птиц?

Особенности дыхательной системы птиц направлены на эффективное обеспечение их организма энергией во время полетов и на уменьшение удельной массы тела. Представлена она дыхательными путями, лёгкими, воздушными мешками. В состав дыхательных путей также входит носовая полость, верхняя гортань, трахея, два бронха.

Лёгкие у птиц обладают значительной поверхностью, которая необходима для процессов газообмена. Бронхи, которые заходят в лёгкие, разветвляются. А их главные разветвления расширяются и открываются за пределами лёгких в тонкостенные воздушные мешки. Мешки находятся между внутренними органами и нужны для того, чтобы уменьшать удельную массу птицы, что особенно важно во время полёта. Они уменьшают трение внутренних органов и предотвращают перегревание тела птицы, потому как в них заходит только холодный воздух.

Наличие воздушных мешков обеспечивает организму птиц особый механизм газообмена – двойное дыхание. При входе воздух поступает в лёгкие, откуда кислород попадает в кровь. Однако небольшая часть свежего воздуха минует лёгкие и отправляется в воздушные мешки. Во время выдоха свежий воздух из мешков снова поступает в лёгкие, снабжая, таким образом, кровь повторно кислородом.

У птиц четырехкамерное сердце (два предсердия и два желудочка), а потому артериальная кровь не смешивается с венозной. Кровеносная система замкнутого типа, два круга кровообращения. Дуга аорты только правая, потому что левая редуцирована.

При движении кровь проходит два круга. Большой – от левого желудочка сердца, далее по всему телу и до правого предсердия. Малый круг подразумевает направление крови от правого желудочка сердца через лёгкие к левому предсердию. Аким образом потоки крови никогда не смешиваются.

Эпидермис — это наружный слой кожного покрова человека, верхняя производная многослойного эпителия.

Отличительная особенность эпидермиса — способность к быстрой регенерации. Такая способность включает ряд определенных превращений, миграцию кератиноцитов из глубоких кожных слоев.

Когда чешуйки кожи отслаиваются, вместе с ними с поверхности удаляются различные биологические и химические патогены. А еще эпидермис состоит из некоторых компонентов иммунной системы.

Есть несколько основных слоев в строении эпидермиса:

базальный или ростковый слой кожи. Он включает базальный и шиповатый слои. Для базального слоя эпидермиса характерно связывание клеток кератиноцитов между собой при помощи десмосом;
шиповатый слой. Его образуют клетки, расположенные в 10 и более рядов. Этот слой может включать клетки Лангерганса. Именно этот слой является основным слоем эпидермиса, в задачи которого входит образование естественного кожного барьера;
зернистый слой. Он представляет собой один или два ряда вытянутых параллельного коже клеток. Эти клетки содержат небольшое количество органелл общего и специального значения;
блестящий или цикловидный слой. Как клеточная структура он не проявляется и имеет вид блестящей полоски. Состоит из одного или двух рядов клеток. Для клеток не характерны четкие границы и наличие ядер. Такой слой получил наибольшее развитие на ладонях и подошвах;
роговой слой эпидермиса. Этот слой не включает живые клетки. Его основная функция — защитная. Роговой слой состоит из роговых чешуек. Толщина слоя определяется физической нагрузкой. Отличается хорошо развитой барьерной функцией.

Основные функции эпидермиса

То, из чего состоит эпидермис, определяет и его функции. Каковы же функции кожи? Можно выделить следующие:

барьерно-защитная. Препятствует проникновению в организм вредных вирусов, бактерий, грибов. Также благодаря ей снижается негативный эффект от химического, механического и физического воздействия. Барьерный иммунитет — это неспецифический иммунитет. Действие защитных клеток позволяет организму избегать серьезных нарушений гомеостатических показателей;
диффузия химических веществ. Проникновение веществ в организм происходит через сухие кератиновые пластинки, склеенную в однородную массу при помощи липидов. У живых клеток эпидермиса также есть способность задерживать все перечисленные вещества. Бактерицидность эпидермиса — результат низких значений pH верхних слоев эпидермиса;
формирование кислотной мантии. Это своего рода нивидимая оболочка на поверхности кожи. Она образуется из смеси остатков клеток, пота и кожного сала. Эта структура несет большую пользу для нормального функционирования всего кожного слоя;
натуральное увлажнение. Его формирование также связано с кислотной мантией, удерживающей воду в эпидермисе. Натуральное увлажнение необходимо для поддержания всех защитных свойств кожи. В противном случае уже на ранних стадиях можно будет наблюдать нарушение иммунной функции всего организма;
микробный антагонизм. Он основан на внешней бактерицидности эпидермиса и не затрагивает микробов-спорофитов. По этой причине нормальная микрофлора кожи имеет большое значение в образовании постоянной антимикробной защиты. Самый распространенный и полезный сапрофит — эпидермальный стафилококк. Он выделяет токсины, у которых отмечается антибиотикоподоное действий. Эти токсины также угнетают жизнедеятельность патогенной микрофлоры. Стафилококк вырабатывает кислоты, таким образом участвуя в формировании кислотной мантии эпидермиса;
физиологическое шелушение. Это постоянный процесс, лежащий в основе обновления кожи и устранении в результате обновления различных микробов и болезнетворных бактерий.

Физиологическое шелушение представляет собой процесс, при котором происходит отхождение верхних роговых чешуек эпидермиса и их удаление с поверхности кожи во вне вместе с микробами, на них закрепленными.

водосберегающая функция эпидермиса. Суть этой функции — в нахождении на пути испарения воды рогового слоя эпидермиса. Также важно, что основа сбережения воды — полярные липиды. Формирования таких липидных структур (церамид) в специфические мембраноподобные пласты происходит в роговом слое. Такие пласты осуществляют склейку отдельных частей рогового слоя в одну массу. За полнцоценность липидной склейки и непроницаемость рогового слоя отвечает особое вещество — линолевая кислота.

Недостаток линолевой кислоты приводит к ряду нарушений:

нарушается тургор кожи лица и шеи;
различные слои кожного покрова становятся сухими;
возникает невозможность формирования липидных спаек;
наступает дисбаланс в системе гомеостаза организма.

Как видно, основная функция эпидермиса — защита от различного негативного воздействия: механического, бактериального, ультрафиолетового и др. Благодаря эпидермису кожный покров приобретает монолитность и не происходит трансэпидермальное испарение.

В случае нарушения эпидермального барьера снижается устойчивость кожи к воздействию внешних факторов. Но проницаемость кожи в таком случае возрастает: возникает шелушение и различные нагноения. Все это проявляется в том, что кожа гиперемирована, шелушится, негативно реагирует на мыло, косметику и погодные явления. Наблюдаются сухость, жжение, кожный зуд — все приметы дерматита.

Эпидермис — важная система органов, отвечающая за поддержание гомеостаза организма.

Эпидермис самый поверхностный слой кожи, который защищает наш организм от опасных факторов окружающей среды, токсинов, инфекции, а также препятствует обезвоживанию.

Эпидермис образован многослойным эпителием.

Строение эпидермиса

В его составе 5 слоев клеток:

роговой слой – самый поверхностный, состоит из 5—6 рядов сплющенных, утративших свою форму неживых клеток, которые называются корнеоциты. Этот слой наиболее развит там, где кожа подвергается значительному механическому воздействию. Например, на ладонях и подошвах этих рядов бывает до 10—15.

блестящий слой – представлен 3 - 4 рядами уплощенных клеток, границы между которыми трудно различить. Он также более выражен на ладонях и стопах;

зернистый слой состоит из 2-4 рядов плотно прилегающих клеток ромбовидной формы;

шиповатый слой состоит из 3-6, а иногда 15 слоев клеток многоугольной формы, которые отделены друг от друга узкими пространствами, соединяясь тонкими отростками, имеющими вид шипиков.

базальный слой является регенераторным. Он представлен 1 рядом клеток кератиноцитов (90% ) и меланоцитов (5%).

Базальный слой эпидермиса

Эпидермис отделен от дермы базальной мембраной, которая представляет собой тонкую пластинку, состоящую из ретикулярных волокон, аморфного вещества и микроэлементов.

Базальная мембрана выполняет несколько важных функций:

- является опорой для клеток эпидермиса - кератиноцитов;

- базальная мембрана прочно связывает эпидермис с подлежащей дермой;

- препятствует росту эпидермиса в дерму;

- через базальную мембрану из сосудов дермы осуществляется питание, снабжение кислородом и выведение продуктов жизнедеятельности клеток эпидермиса.

Базальный (самый нижний слой) называется ростковым или зародышевым, так как он дает начало всем клеткам эпидермиса.

Между собой клетки базального слоя соединены межклеточными мостиками (десмосомами), а к базальной мембране крепятся полудесмосомами. Десмосомы по мере созревания клеток уплотняются и становятся практически неразрывными в роговом слое.

Основная функция базального слоя заключается в регулярном обновлении эпидермиса. Клетки базального слоя (кератиноциты) делятся (1 деление на 400 клеток), давая начало новым, которые, продвигаясь выше к поверхности, созревают, накапливают нерастворимый белок кератогиалин, утрачивают органеллы и все функции, постепенно превращаясь в неживые роговые чешуйки - корнеоциты.

Примерно за 28 - 30 дней «новорожденные» клетки базального слоя достигают поверхностного рогового, а затем они отшелушиваются и сменяются новыми. В детстве процесс обновления клеток эпидермиса идет более активно, а с возрастом замедляется. При травме кожи способность к делению появляется в клетках шиповатого слоя, что обеспечивает быстрое заживление.

Меланоциты - пигментные клетки эпидермиса

Между клетками базального слоя располагаются пигментные клетки –меланоциты. Эти клетки имеют большое количество отростков, распространяющихся до рогового слоя эпидермиса. Главной функцией меланоцитов является синтез меланина — пигмента, придающего цвет коже, волосам, а так же отвечает за загар, который проявляется под действием ультрафиолетовых лучей. Кроме того, меланин обладает хорошими теплоизоляционными свойствами.

Меланоциты синтезируют, накапливают меланин в виде капелек – меланосом, которые по своим отросткам передают базальным кератиноцитам, образуя защитный экран от ультрафиолетового и радиоактивного излучения. У людей с темной кожей пигмент проникает также в клетки шиповатого и зернистого слоев.

Подобно меланоцитам, иммунные клетки Лангерганса обладают большим количеством отростков. Они обычно располагаются в пределах шиповатого слоя (средней части эпидермиса), хотя случайные клетки также могут встречаться и в самых нижних слоях эпидермиса. Клетки Лангерганса выполняют функцию защиты от инородных тел и микробов.

Плотные соединения между роговыми чешуйками в сочетании с поверхностной сально-жировой пленкой, образованной продуктами жизнедеятельности эпителия, сальных и потовых желез кожи, имеет слабокислую реакцию (4,5-5,5), задерживает испарение воды из эпидермиса и является естественным первым защитным барьером при проникновении инфекционных, химических и физических агентов в организм человека.

Интересные факты об эпидермисе

Самый толстый эпидермис на ладонях и стопах, самый тонкий в области половых органов и век. Толщина рогового слоя зависит от скорости размножения и продвижения кератиноцитов в вертикальном направлении и скорости отторжения роговых чешуек.

Эпидермис обладает полярностью: строение клеток базального и рогового слоя радикально отличается.

Эпидермису присуща высокая способность к регенерации. Восстановление происходит за счет деления кератиноцитов базального, шиповатого слоя, а также за счет стволовых клеток кожи.

В эпидермисе нет сосудов. Питание эпидермиса осуществляется через базальную мембрану за счет дермы.

Деление базальных кератиноцитов происходит в основном по ночам и в утренние часы.

Между клетками эпидермиса практически нет межклеточного, аморфного вещества, а клетки связаны между собой с помощью отростков и прочных десмосом (межклеточных мостиков).

Каждый день с кожи слущивается от 6 до 14 грамм роговых чешуек.

Цвет кожи зависит от степени кровенаполнения сосудов и от количества пигмента – меланина в одной клетке, а не от общего количества меланоцитов, которое примерно постоянно у людей различных рас, хотя доказано, что под действием ультрафиолетовых лучей деление меланоцитов может усиливаться.

Как правило, у светлокожих и светловолосых людей накапливается незначительное количество пигмента в клетках базального слоя, а у смуглых брюнетов содержание пигмента больше. У жителей тропических стран пигмента очень много и он располагается не только в базальном, но и в шиповидном слое. Людей с полным отсутствием меланоцитов называют альбиносами.

От состояния эпидермиса во многом зависит наш внешний вид.

С возрастом клетки эпидермиса становятся мелкими, очень медленно делятся и продвигаются к поверхности, как правило, роговой слой становится толще, так как нарушается слущивание кожи. С другой стороны ослабляются связи (десмосомы) между роговыми чешуйками, поэтому характерно неравномерное шелушение. Вместо полного обновления клетки наслаиваются друг на друга, а мы получаем толстую и ороговевшую кожу.

Анатомия и физиология кожи

Кожа – наш самый большой орган, составляющий 15% от общей массы тела. Она выполняет множество функций, прежде всего защищает организм от воздействия внешних факторов физической, химической и биологической природы, от потери воды, участвует в терморегуляции. Последние научные данные подтверждают, что кожа не только обладает собственной иммунной системой, но и сама является периферическим иммунном органом.

Структура кожи

Кожа состоит из 3 слоев: эпидермиса, дермы и подкожной жировой клетчатки (ПЖК) (рис. 1). Эпидермис – самый тонкий из них, представляет собой многослойный ороговевающий эпителий. Дерма – средний слой кожи. Главным образом состоит из фибрилл структурного белка коллагена. ПЖК содержит жировые клетки – адипоциты. Толщина этих слоев может значительно варьировать в зависимости от анатомического места расположения.

Рис.1. Структура кожи

Эпидермис

Рис. 2. Эпидермис

Эпидермис – постоянно слущивающийся эпителиальный слой кожи, в котором представлены в основном из 2 типа клеток – кератиноциты и дендритные клетки. В небольшом количестве в эпидермисе присутствуют меланоциты, клетки Лангерганса, клетки Меркеля, внутриэпидермальные Т-лимфоциты. Структурно эпидермис разделяется на 5 слоев: базальный, шиповатый, зернистый, блестящий и роговой , различающиеся положением и степенью дифференцировки кератиноцитов, основной клеточной популяции эпидермиса (рис. 2).

Кератинизация. По мере дифференцировки кератиноцитов и продвижения от базального слоя до рогового происходит их кератинизация (ороговевание) – процесс, начинающийся с фазы синтеза кератина кератиноцитами и заканчивающийся их клеточной деградацией. Кератин служит строительным блоком для промежуточных филаментов. Пучки из этих филаментов, достигая цитоплазматический мембраны, формируют десмосомы, необходимые для образования прочных контактов между соседними клетками. Далее, по мере процесса эпителиальной дифференцировки, клетки эпидермиса вступают в фазу деградации. Ядра и цитоплазматические органеллы разрушаются и исчезают, обмен веществ прекращается, и наступаетапоптозклетки, когда она полностью кератинизируется (превращается в роговую чешуйку).

Базальный слой эпидермиса состоит из одного ряда митотически активных кератиноцитов, которые делятся в среднем каждые 24 часа и дают начало новым клеткам новым клеткам вышележащих эпидермальных слоев. Они активируются только в особых случаях, например при возникновении раны. Далее новая клетка, кератиноцит, выталкивается в шиповатый слой, в котором она проводит до 2 недель, постепенно приближаясь к гранулярному слою. Движение клетки до рогового слоя занимает еще 14 дней. Таким образом, время жизни кератиноцита составляет около 28 дней.

Надо заметить, что не все клетки базального слоя делятся с такой скоростью, как кератиноциты. Эпидермальные стволовые клетки в нормальных условиях образуют долгоживущую популяцию с медленным циклом пролиферации.

Шиповатый слой эпидермиса состоит из 5-10 слоев кератиноцитов, различающихся формой, структурой и внутриклеточным содержимым, что определяется положением клетки. Так, ближе к базальному слою, клетки имеют полиэдрическую форму и круглое ядро, но по мере приближения клеток к гранулярному слою они становятся крупнее, приобретают более плоскую форму, в них появляются ламеллярные гранулы, в избытке содержащие различные гидролитические ферменты. Клетки интенсивно синтезируют кератиновые нити, которые, собираясь в промежуточные филаменты, остаются не связанными со стороны ядра, но участвуют в образовании множественных десмосом со стороны мембраны, формируя связи с соседними клетками. Присутствие большого количества десмосом придает этому слою колючий вид, за что он и получил название «шиповатый».

Зернистый слой эпидермиса составляют еще живые кератиноциты, отличающиеся своей уплощенной формой и большим количеством кератогиалиновых гранул. Последние отвечают за синтез и модификацию белков, участвующих в кератинизации. Гранулярный слой является самым кератогенным слоем эпидермиса. Кроме кератогиалиновых гранул кератиноциты этого слоя содержат в большом количестве лизосомальные гранулы. Их ферменты расщепляют клеточные органеллы в процессе перехода кератиноцита в фазу терминальной дифференцировки и последующего апоптоза. Толщина гранулярного слоя может варьировать, ее величина, пропорциональная толщине вышележащего рогового слоя, максимальна в коже ладоней и подошв стоп.

Блестящий слой эпидермиса (назван так за особый блеск при просмотре препаратов кожи на световом микроскопе) тонкий, состоит из плоских кератиноцитов, в которых полностью разрушены ядра и органеллы. Клетки наполнены элейдином – промежуточной формой кератина. Хорошо развит лишь на некоторых участках тела – на ладонях и подошвах.

Роговой слой эпидермиса представлен корнеоцитами (мертвыми, терминально-дифференцированными кератиноцитами) с высоким содержанием белка. Клетки окружены водонепроницаемым липидным матриксом, компоненты которого содержат соединения, необходимые для отшелушивания рогового слоя (рис. 3). Физические и биохимические свойства клеток в роговом слое различаются в зависимости от положения клетки внутри слоя, направляя процесс отшелушивания наружу. Например, клетки в средних слоях рогового слоя обладают более сильными водосвязывающими свойствами за счет высокой концентрации свободных аминокислот в их цитоплазме.

Рис. 3. Схематичное изображение рогового слоя с нижележащим зернистым слоем эпидермиса.

Регуляция пролиферации и дифференцировки кератиноцитов эпидермиса . Являясь непрерывно обновляющейся тканью, эпидермис содержит относительно постоянное число клеток и регулирует все взаимодействия и контакты между ними: адгезию между кератиноцитами, взаимодействие между кератиноцитами и мигрирующими клетками, адгезию с базальной мембраной и подлежащей дермой, процесс терминальной дифференцировки в корнеоциты. Основной механизм регуляции гомеостаза в эпидермисе поддерживается рядом сигнальных молекул – гормонами, факторами роста и цитокинами. Кроме этого, эпидермальный морфогенез и дифференцировка частично регулируются подлежащей дермой, которая играет критическую роль в поддержании постнатальной структуры и функции кожи.

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 - 1х10 5 -10 7 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.

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.

Кожа - самый большой по площади орган человека. Кожа образует наружный покров, отделяющий внутренние органы и ткани от окружающей среды.

Состоит кожа из эпидермиса (от греч. epi – над и derma – кожа) - наружного слоя, и дермы (собственно кожи) - внутреннего соединительно-тканного слоя. Ниже кожи расположена гиподерма (греч. hypo — вниз), представленная жировой тканью.

Эпидермис

Эпидермис кожи представлен многослойным ороговевающим эпителием. В эпидермисе различают (снизу вверх) 5 слоев: базальный, шиповатый, зернистый, блестящий и роговой. В базальном слое клетки интенсивно делятся митозом, по мере перемещения клеток к поверхности они отмирают и ороговевают. Ороговение связано с накоплением клетками особого вещества - кератина.

Роговой (самый верхний) слой эпидермиса полностью обновляется за 7-11 суток. Благодаря такому обновлению эпидермис весьма устойчив к действию механических и химических факторов, является барьером для микробов - бактерий, непроницаем для воды.

В базальном слое расположены меланоциты (от греч. melanos - чёрный) - клетки, которые накапливают пигмент черного цвета - меланин. Синтез этого пигмента усиливается при длительном нахождении на солнце, что и является причиной появления на коже "загара".

На самом деле загар представляет защитную реакцию организма на вредное воздействие ультрафиолетовых лучей, которая препятствует их прохождению через кожу во внутренние ткани и органы.

Дерма

Под эпидермисом расположена дерма (собственно кожа), в которой можно обнаружить потовые и сальные железы, а также волосяные фолликулы (лат. folliculus - мешочек). В дерме расположены кровеносные и лимфатические сосуды, нервы, мышечные волокна.

В дерме различают два слоя:

Образован рыхлой соединительной тканью в виде сосочков, вдающимися в нижние слои эпидермиса. Именно сосочковый слой определяет уникальный рисунок кожи человека. Здесь расположены кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания.

Образован плотной волокнистой соединительной тканью. Структурные белки - коллаген и эластин (вместе с гиалуроновой кислотой) - придают этому слою (и коже в целом) прочность и эластичность. В сетчатом слое локализуются потовые и сальные железы, волосяные фолликулы.

Мы приступаем к изучению придатков кожи: сальных, потовых желез, волос и ногтей. Термин придатки ни в коем случае не преуменьшает значимость этих образований, он лишь подчеркивает, что все они - производное (образовались из) эпидермиса кожного покрова.

Потовые железы - трубчатые экзокринные железы, протоки которых открываются на поверхность кожи порами. Выделяют секрет - пот, в составе которого присутствует вода, мочевина, мочевая кислота, соли. Потовые железы находятся почти по всей поверхности кожи.

Функции потовых желез:

Выделительная - удаляют из организма мочевину, мочевую кислоту
Участие в водном и солевом обмене - с потом выделяются вода и соли для поддержания гомеостаза
Терморегуляционная - при испарении пота кожа охлаждается, избавляясь от избытка тепла

Сальные железы расположены, в отличие от потовых, более поверхностно. Их выводные протоки могут открываться как в волосяную сумку, так и на поверхность кожи. Секрет сальных желез - кожное сало, которое предотвращает развитие на коже микробов, препятствует высыханию кожи, смягчает ее поверхность и является смазкой для придатков кожи - волос.

Волос - производное эпидермиса, состоящее из корня и стержня. Корень волоса заканчивается волосяной луковицей, в которую снизу входит волосяной сосочек с сосудами и нервами. Рост волос происходит за счет деления клеток волосяной луковицы. Снаружи корень волоса окружен волосяной сумкой, к которой крепится мышца, поднимающая волос.

Проток сальной железы открывается в волосяную воронку - место перехода корня волоса в стержень. Стержень состоит из мозгового и коркового вещества, представленного ороговевшими клетками. К старости количество пигмента в ороговевших клетках (чешуях) снижается, а количество пузырьков газа - увеличивается, что и является причиной поседения волос.

Волосы у человека по сравнению со многими другими животными - крошечные и не могут выполнять функцию термоизоляции. Ресницы, брови, волосы носа и уха выполняют защитную функцию. Брови служат для недопущения попадания пота, раздражителя, в глаза.

Ногти - производные эпидермиса, представляющие собой выпуклые роговые пластинки, расположенные в ногтевом ложе. Ногтевое ложе состоит из росткового эпителия и соединительной ткани, богато нервными окончаниями и кровеносными сосудами. Рост ногтя происходит за счет деления клеток росткового эпителия.

В нижней части ногтевое ложе окружено плотным кожистым валиком - кутикулой, которая предохраняет ростковую зону ногтя от попадания в нее бактерий, инородных частиц. Функция ногтя - защита чувствительной части пальца от механических повреждений и создание для нее опоры.

Кожа - орган терморегуляции

Вы уже знаете, что за счет испарения пота кожа может охлаждаться, тем самым выполняя терморегуляционную функцию. Однако, это не единственный механизм терморегуляции. В коже расположены сети кровеносных сосудов.

Во время жары сосуды расширяются, кровь заполняет их - теплоотдача увеличивается, таким образом, организм отдает лишнее тепло окружающей среде.

Во время холода сосуды сужаются, крови в них становится меньше (теплоотдача уменьшается), она устремляется во внутренние органы (печень), чтобы организм как можно дольше смог поддерживать оптимальную температуру.

Кожа - орган осязания

В коже находятся нервные окончания (рецепторы), воспринимающие различные раздражители: холод, тепло, давление, боль. Холодовые рецепторы находятся у поверхности кожи, тепловые - залегают в дерме (собственно коже). Боль воспринимается с помощью свободных нервных окончаний.

Кожа - место синтеза витамина D

Кожа активно участвует в синтезе витамина D. В ней содержится вещество предшественник витамина D - эргостерин, который под ультрафиолетовыми лучами (вот почему полезно бывать на солнце) преобразуется в витамин D.

У детей при недостатке солнечного облучения (инсоляции) может развиваться рахит - размягчение костной ткани, так как витамин D участвует в усвоении кальция.

Функции кожи

Защищает внутренние органы и ткани от механических повреждений, покрыта кожным салом, которое препятствует развитию болезнетворных микроорганизмов.

При попадании в кожу чужеродных веществ (антигенов) происходит их распознавание и уничтожение, удаление. Воспаление кожи называется дерматит (от др.-греч. δέρμα, δέρματος — кожа + лат. itis — воспаление).

Терморегуляция осуществляется за счет потовых желез, кровеносных сосудов и подкожно-жировой клетчатки, которая выполняет теплоизоляцию внутренних органов и тканей.

Благодаря работе потовых желез из организма удаляется мочевая кислота, мочевина - побочные продукты обмена веществ.

При наполнении сосудов кожи в них может депонироваться до 1 л крови.

В коже располагаются температурные, холодовые, болевые рецепторы, а также рецепторы давления. Все они обеспечивают осязательную функцию кожи.

За счет работы потовых желез кожа принимает участие в водно-солевом обмене, а за счет образования витамина D во время инсоляции (солнечного облучения).

Заболевания

Раздел медицины, изучающий кожу, называется - дерматология. Известно тяжелое наследственное заболевание кожи - ихтиоз (греч. «ихтис» — рыба). Характеризуется нарушением ороговения кожи: образуются чешуйки, напоминающие рыбью чешую. Порой ороговение выражено настолько сильно, что несовместимо с жизнью.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: