Сафари по коже - Монти Лиман

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 - Промежуточный продукт превращения кератогиалина в кератин, содержащийся в клетках блестящего слоя эпидермиса. ]. 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 - Griffiths, C., Barker, J., Bleiker, T., Chalmers, R. and Creamer, D. Eds, Rook’s Textbook of Dermatology, Vols. 1–4, 2016, John Wiley & Sons]. 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 - Layton, D. W. and Beamer, P. I., ‘Migration of contaminated soil and airborne particulates to indoor dust’, Environmental Science & Technology, 43(21), 2009, pp. 8199–205]. 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 - Weaire, D., ‘Kelvin’s foam structure: a commentary’, Philosophical Magazine Letters, 88(2), 2008, pp. 91–102].

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 - Yokouchi, M., Atsugi, T., Van Logtestijn, M., Tanaka, R. J., Kajimura, M., Suematsu, M., Furuse, M., Amagai, M. and Kubo, A., ‘Epidermal cell turnover across tight junctions based on Kelvin’s tetrakaidecahedron cell shape’, Elife, 5, 2016].

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 - Hanifin, J. M., Reed, M. L. and Eczema Prevalance and Impact Working Group, ‘A population-based survey of eczema prevalence in the United States’, Dermatitis, 18(2), 2007, pp. 82–91]. 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 - Maintz, L. and Novak, N., ‘Getting more and more complex: the pathophysiology of atopic eczema’, European Journal of Dermatology, 17(4), pp. 267–83, 2007]. Тем не менее, в 2006 году исследование, проведенное командой Университета Данди, обнаружило, что мутации гена, несущего код белка филаггрина [17 - Структурный белок кожи, который специфически взаимодействует с промежуточными филаментами – кератинами. ], тесно связаны с экземой [18 - Palmer, C. N., Irvine, A. D., Terron-Kwiatkowski, A., Zhao, Y., Liao, H., Lee, S. P., Goudie, D. R., Sandilands, A., Campbell, L. E., Smith, F. J. and O’Regan, G. M., ‘Common loss-of-function variants of the epidermal barrier protein filaggrin are a major predisposing factor for atopic dermatitis’, Nature Genetics, 38(4), 2006]. 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 - Engebretsen, K. A., Kezic, S., Riethm? ller, C., Franz, J., Jakasa, I., Hedengran, A., Linneberg, A., Johansen, J. D. and Thyssen, J. P., ‘Changes in filaggrin degradation products and corneocyte surface texture by season’, British Journal of Dermatology, 178(5), 2018, pp. 1143–50]. 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.