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文化

皮肤是人体最大的器官,它都有哪些重要的功能?

曾梦龙2018-10-17 18:55:55

“皮肤为身体构筑起一道防止体液外渗的屏障。但皮肤仅仅是身体的‘包装纸’吗?皮肤难道没有任何自主性活动,而仅是一层‘保护膜’吗?”

作者简介:

傅田光洋(Mitsuhiro Denda):日本资生堂生命科学研究中心主研究员。日本科学技术振兴机构(JST)战略性创造研究项目(CREST)研究员。 1960 年出生于神户市。 1983 年毕业于京都大学工学系工业化学专业, 1985 年京都大学工学研究科分子工学方向硕士毕业。 1994 年获京都大学工学博士学位。 1993 年— 1996 年任加州大学旧金山分校研究员。2002年起任日本资生堂生命科学研究中心主研究员,主要研究环境对皮肤的影响,以及表皮的再生功能,其研究成果在海外获得很高关注。参与编写了多部英文著作。 1999 年和 2005 年曾在著名的高登研究会议(GRC,Gordon Research Conference)上发表演讲。

书籍摘录:

第一章 “外脏”皮肤——人体最大的器官

我任职于企业的研发部门,但有几名好友在宣传部门。在成果评价方面,研发和宣传其实一样,关键都在于社会的认可。若得不到大众和媒体好评,即便在公司内部誉满天下也毫无意义。可能因为这种相似性,我和从事设计、拍摄、广告文案创作的朋友尤其谈得来。

一次,和这几个朋友喝酒聊天时我随口说了句:“皮肤可是非常重要的器官啊。”这时,撰写广告文案的朋友端着啤酒杯问我:“心脏、胃、肝脏这些是内脏,那皮肤难道是‘外脏’吗?”“外脏”这词当然是他自己创造的,但我觉得这个形容很准确。如果把企业看成人体,那么人事部、财务部等部门是内脏,宣传部门就相当于“外脏”。

成年人的皮肤面积约为 1.6 平方米,大约相当于一张榻榻米的大小。去除皮下组织后,虽然不同部位的皮肤厚度存在差异,但基本为 1.5 毫米~ 4 毫米。皮肤重约 3 千克,与 1.4 千克的大脑、 1.2 千克~ 2 千克的肝脏相比可谓是“重量级选手”。对于人类而言,可以说皮肤就是最大的器官了。

皮肤的结构

大致来看的话,皮肤可以分为最外层较薄的表皮,以及表皮下较厚的真皮。图 1 为皮肤结构示意图。身体不同部位的表皮,其厚度各不相同,但整体的厚度为 0.06 毫米~ 0.2 毫米。

角质形成细胞是表皮的主要构成细胞之一。表皮最深处会发生细胞分裂,之后,这些细胞的形状会发生变化(细胞分化),并向皮肤表面转移,随后自动死亡。细胞在死亡的同时还会分泌出脂质,死亡细胞和脂质一起形成了阻止水分通过的角质层。所以严格意义上说,皮肤的表面就是由死亡细胞和脂质形成的角质层。

人体不同部位的角质层厚度各不相同。大多数部位的角质层都非常薄,只有 10 微米~ 20 微米(1 微米为 1 毫米的千分之一),但手掌、脚掌,特别是脚后跟的角质层能达到毫米级的厚度。不少人脚后跟皲裂后都撕下过一层皮吧,那层皮就是比较厚的角质层。

角质层形成后,不久会变成皮屑从皮肤脱落。表皮底层会继续分裂出细胞,这些细胞上移至表层形成新的角质层,新的角质层形成后,不久又会成为皮屑。健康的皮肤会以固定的速度不断重复上述过程。除了角质形成细胞,表皮基底层还有能够产生主要决定皮肤颜色的黑色素细胞,免疫活性细胞郎格罕细胞,以及影响触觉的梅克尔细胞。

真皮主要由胶原蛋白等纤维状蛋白质构成,厚度为 1 毫米~ 4毫米。动物皮革制品就是对真皮中的纤维状蛋白质进行防腐、柔化处理后制成的。真皮中含有能产生胶原蛋白的成纤维细胞、与免疫以及炎症相关的肥大细胞等多种细胞。

真皮内存在呈网状分布的血管(毛细血管),但血管不会延伸至表皮内。表皮所需的营养等“物资”,都由真皮来供给。皮肤中的神经会与表皮基底层中的梅克尔细胞、郎格罕细胞接触,部分神经还会延伸进表皮里。

“塑料膜”与皮肤屏障

生命诞生于海洋,我们的体内现在也依然存在“海洋的痕迹”。我们都知道,人类体重的 70% 左右是水分。不过,对于陆地上的生物而言,为了不丧失身体内部的“小海洋”,就必须有一张非常结实的“膜”来防止体内水分流失。

承担这种屏障功能的“膜”,就是前文提到的角质层。角质层由表皮中的死亡细胞和脂质构成,厚度只有百分之一毫米到五十分之一毫米。前文中曾提到,人体皮肤若被烧去三分之一,人就会死亡,这种情况实际上指的就是角质层的损伤程度。

仅靠死亡细胞和脂质,如何去完成如此重要的屏障任务呢?这个秘密就藏在角质层的特殊结构里。

角质层的结构示意图如图 2 所示。从图中可以看到,角质层的结构类似在巨大的钢筋混凝土结构中砌进了砖块。我的导师,加州大学旧金山分校的彼得•伊莱亚斯(Peter M. Elias)博士通过显微镜观察到这种结构并将其命名为“砖和泥浆的结构”。这里的 “砖”指的是已经死亡变硬的细胞,填充在砖块缝隙间的“泥浆”是脂质。脂质是神经酰胺、胆固醇、游离脂肪酸的混合物,另外,通过电子显微镜观察可知脂质的结构为层状(图 3)。

充当“泥浆”的脂质按照正确的规则排列,是皮肤屏障维持良好状态的必要条件。所以,脂质成分中的神经酰胺、胆固醇、游离脂肪酸,三者保持特定的比例非常重要。那么,结构如此精妙的角质层又是如何形成的呢?

图 4 为角质层形成过程的示意图。前文已经说过,角质形成细胞在表皮最深处诞生后,会逐渐上移至皮肤表层。当角质形成细胞到达角质层下方时,细胞中会生成由“泥浆”脂质聚集成的小颗粒,这种颗粒叫作板层颗粒。

角质形成细胞到达表皮的角质层下方时就会死亡,这是一种预先设定好的死亡。角质形成细胞死亡时,会将板层颗粒中的脂质推到细胞外。角质形成细胞死亡后会变硬变平,而被推到细胞外的脂质则会扩散到死亡细胞的缝隙间形成层状结构,由此角质层便形成了。健康的皮肤会不断重复这个过程。所以在角质层形成后,下一批更新的角质层又在不断诞生并上移至皮肤表面。旧的角质层无法再维持屏障作用时,就会逐渐成为皮屑从皮肤脱落。

“自知”的皮肤

角质层会不断更新,大家不觉得这很神奇吗?健康的角质层虽然在不同部位的厚度有别,但每个部位的角质层厚度却又相对固定。所以即使你偷懒几天不洗澡,身体其他部位的角质层也不会变得像脚后跟的角质层那样厚。

美国旧金山的伊莱亚斯实验室曾做过一个有趣的实验。用透明胶带破坏角质层,或者用有机溶媒抽提脂质的方法破坏角质层的屏障功能。之后,如果将板层颗粒中的脂质释放到细胞外,会加速屏障的修复。大约一天后,屏障功能就能恢复 80%。有意思的是,在破坏屏障功能时,若将防止水分渗透的塑料膜覆盖在皮肤上,屏障则不会再生修复。而如果将不影响水分渗透的戈尔特克斯膜覆盖在皮肤上,屏障仍会逐渐修复。也就是说,皮肤的屏障功能会时刻监测当前屏障的具体状况,并进行相应的自我调节。

还有一个非常有意思的实验,这个实验主要是以我们研究团队为中心来推进实施的。将皮肤分别暴露在干燥环境(湿度 10%以下)、普通环境(湿度 40% ~ 70%)、高湿度环境(湿度 80% 以上)一周以上。结果发现在低湿度中,皮肤角质层变厚,屏障功能自然相应增强,也就是说皮肤顺利地适应了干燥环境。但在高湿度环境中,角质层的屏障功能似乎会开始“偷懒”,角质层变薄,皮肤屏障功能会稍稍减弱。

其实仔细想来,在面对外界压力与刺激时,角质层同样会表现出这种环境适应能力。例如写字较多的人,中指的握笔处会生出老茧。皮肤局部持续受到压力后,角质层就会变厚,最后形成老茧,这其实就是皮肤对外界持续压力与刺激的适应能力。现代人用打字代替了手写,可能中指上的老茧不常见了,但年轻人长时间用手机打字,双手大拇指上又可能会长出新的“老茧”。

人脚掌的角质层是在直立行走后变厚的。还未直立行走的婴儿,其脚掌是非常柔软的。而在炎热环境中长期赤脚行走的人群,其角质层会非常厚,厚到即使他们光脚走在石子上也没有不适感。

角质层受损后的自我修复,是远离神经系统和循环系统的表皮的一种自主行动机制。伊莱亚斯研究室曾做过一个实验,提取角质层屏障形成前的白鼠的表皮进行培养,结果发现,尚未形成屏障功能的幼鼠表皮切片,在其表面与空气接触后,也逐渐形成了完整的屏障功能。这项实验中,皮肤与神经、血管被隔开,由此可见角质层的形成以及受到损伤后的再生修复,都是表皮自主活动的结果。

表皮会一直监测自身的屏障功能以及周围环境的变化。若环境发生变化进而引起屏障功能变化,表皮就会自主地去适应这种变化。


题图为电影《吾栖之肤》剧照,来自:豆瓣

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