ЛИПИДНАТА ПРЕГРАДА НА КОЖАТА

 

Загадката на епидермалната бариера

Човешката кожа изпълнява множество жизнено важни функции. Заемайки гранична позиция между организма и външната среда, тя го защитава от вредните външни въздействия, от изсушаване, от проникване на замърсяващи частици, микроорганизми, токсини, а така също играе ролята на сензорен орган, отговарящ за възприемането на болка, температурни промени и др. Освен всичко друго кожата, като външна обвивка на организма, играе изключително важна роля във взаимоотношенията на хората.

Естетическото значение на кожата е велико, но за съжаление, с течение на времето, тя неумолимо губи своята привлекателност. За да съхрани кожата си млада и здрава, човек употребява козметични средства, които да и осигурят допълнителна защита, да я омекотяват, почистват и  снабдяват с подхранващи вещества.

До скоро нямаше никакъв начин да разберем каква е ползата от козметиката и дали тя е попаднала на точното място. Създаването на препарати за нанасяне върху кожата, както козметични, така и фармацевтични, бяха в голяма степен емпирични, основани на практически наблюдения. Научният подход стана възможен, когато учените проникнаха в тайната на епидермалната бариера.

Епидермалната бариера – това е събирателно понятие, подчертаващо една от основните функции на епидермиса – да бъде преграда по пътя на свободното прониквне на различни съединения в и извън организма. Най-важната съставна част на епидермалната бариера е роговия слой ( лат.  – stratum corneum), който осъществява основната физическа защита. Първият, който е заговорил за роговия слой като за обект, достоен за най-съсредоточено внимание е Албърт Клигман. Не случайно Албърт Клигман е наречен „баща на съвременната дерматология”. Неговите трудове, голяма част от които са станали класически, са положили началото на ред перспективни научно-изследователски направления и са наложили преразглеждането на много постулати, считани за непоклатими. Изследване на кожната мазнина, комедогенността на различните съединения, изучаване действието на ретиноидите върху кожата, стратегия за лечението на псориазис – това е малка част от богатото наследство на д-р Клигман. Но най-голямата гордост на Клигман, по негово собствено мнение, е появяването на корнеологията – наука, изучаваща роговия слой.

По принцип, роговият слой се е считал за „мъртъв”, тъй като е съставен от клетки, загубили своите ядра. Учените дълги години са пренебрегвали дължимото внимание на мъртвия рогов слой, концентрирайки се в изследването на по-дълбоките слоеве на кожата – там, където се намират живите клетки и където протичат основните метаболитни процеси. Информацията за структурата на роговия слой, представена в учебниците по хистология в края на 80-те години, е крайно оскъдна. Максималното, което може да се научи от нея е това, че „роговият слой се състои от мъртви кератинови люспици (корнеоцити), пространството между които е запълнено с аморфна белтъчно-липидна маса”.

90-те години на миналото столетие са действително революционни за дерматологията. Чрез активното внедряване на биохимичните и биофизичните методи на изследване в експерименталната медицина, конкретно на електронната микроскопия, кристалографския анализ, различните варианти на хроматографията, спектроскопията и др., стана възможно да се разгледат неизвестните по-рано подробности в строежа на епидермиса и роговия слой, да се преоткрие тайната на взаимоотношението между клетките и слоевете на кожата, да се узнаят много нови факти за влиянието на екзогенните вещества върху роговия слой. Изясни се, че роговият слой е сложно организирана структура, в която голяма роля играят специфичните липиди. При това, липидите на роговия слой се различават от липидите на кожната мазнина, които се намират на повърхостта на кожата, както по своя състав, така и по способността да образуват определени структури, от състоянието на които зависи надеждността на бариерата.

Първите публикации, посветени на липидите на роговия слой, се появяват в научната преса в началото на 80-те години. В тези ранни трудове, основно се говори за анализ и идентификация на липидите. Доста по-късно, в средата на 80-те години, са започнали да се появяват сведения за структурната организация на липидите и връзката й с нормалното и патологично състояние на кожата. В края на 80-те вече са се натрупали достатъчно данни, които са наложили да се преразгледа отношението към роговия слой като към пасивна механична бариера. Тези изследвания откриват широк хоризонт за разработка на принципно нови препарати, базирани на по-ефективна система за доставка на активни компоненти, а също така и по-безопасни при приложение. Без преувеличение може да се каже, че в дерматологията започва нова ера. Към изследванията в тази област се присъединяват все повече учени. Работите, започнати в няколко лаборатории, излизат от рамките на експерименталните изследвания и били продължени на клинична основа. Годините на изследвания позволиха да се направи важен извод – действието на всеки препарат, нанесен на повърхността на кожата, следва да се разглежда преди всичко от гледна точка на неговото възможно влияние върху епидермалната бариера. Системното нарушение на целостта на бариерния слой може да доведе до развитие на хронични кожни заболявания и обратно - мерките за възстановяване на бариерната функция на кожата позволяват да се подобри нейното състояние при редица патологии. Всички вещества, способни да взаимодействат с липидните структури на роговия слой (липиди, повърхностно активни вещества, органични разтворители и др.) могат да окажат съществено влияние върху физиологията на кожата. При това реалната вреда от веществата, разрушаващи липидната бариера, може да се окаже по-важна от предполагаемия положителен ефект на биологично активните вещества. От друга страна веществата, защитаващи роговия слой от разрушителните фактори и ускоряващи възстановяването на липидната бариера, могат да се окажат по-полезни от активните добавки.

Друго важно направление в изследванията стана изучаването на взаимното влияние на епидермиса и роговия слой. Оказва се, че в кожата съществуват сложни сигнални механизми, които позволяват на клетките на епидермиса да получават информация за това какво става на повърхостта на кожата и незабавно да реагират и на най-малките повреди в роговия слой. Всичко това заставя учени, лекари-дерматолози и разработчици на козметични средства да преосмислят своето отношение към препаратите, които се нанасят на повърхността на кожата. Става ясно, че роговият слой не е просто досадна пречка на пътя на биологично активните вещества, а част от сложната биосистема на кожата, в която некомпетентната и груба намеса може да доведе до развитието на патологични процеси. Съществуващата тясна връзка между роговия слой и епидермиса открива нови перспективи в използването на локално действащи препарати за възстановяване нормалното функциониране на кожата и поддържане на нейната красота и младост.

 

Рогов слой на епидермиса

На строежа и физиологията на кожата са посветени немалко научни трудове. Но този орган, за който ни се струва, че науката го е изучила много добре, не престава да удивлява своите изследователи със сложността на свето устройство и разнообразието от протичащите в него физиологични процеси.

         Обикновено разделят кожата на три части, различаващи се по своите структурни и функционални характеристики – подкожна мастна съединителна тъкан, дерма и епидермис. Роговият слой е част от епидермиса, неговата роля обаче е толкова важна, че даже трябва да се разглежда отделно: дермата принадлежи на вътрешната среда на организма, епидермисът заема гранично положение, а роговият слой е тънката граница, зад която започва външния свят (Рис.1 и 2а).

За разлика от другите тъкани, които са образувани от живи клетки, роговият слой е пласт от мъртви рогови люспици. Реално той е много тънък (дебелината му е около 13-15 микрона и само на стъпалата и дланите дебелината на роговия слой може да достигне 600 микрона), но въпреки всичко той успешно защитава кожата, а заедно с нея и целия организъм от външните влияния.

Ако на повърхостта на кожата не съществуваше рогов слой всички вируси, бактерии и токсини, намиращи се във външната среда, биха имали пряк достъп до живите клетки. Колкото по-добре роговият слой се справя с ролята на бариера, толкова по-малко негативни въздействия достигат до клетките на дермата и епидермиса. По тази причина за кожата е много важно роговият слой да не се поврежда. При разрушаване на роговия слой или повишаване на неговата пропускливост външното натоварване на живите клетки на кожата рязко се покачва, което води до нарушение на тяхната жизнена активност. При продължително въздействие на неблагоприятните външни фактори върху клетките на кожата се получава постепенно натрупване на увреждания в генетичния апарат на клетките и в междуклетъчното вещество, а това е една от причините за стареене на кожата.

         Роговите люспици постоянно се отделят от повърхността на кожата, давайки по този начин своя принос в образуването на битовия прах. Именно това откритие на еволюцията – непрекъснатото обновяване на повърхностния слой, при което повредените люспици неизменно се заменят от нови, позволява на кожата да издържа на агресията на външната среда.

         Роговата люспица (корнеоцит) се получава в крайния стадий в разделянето на клетките на епидермиса (кератиноцитите). Жизненият път на кератиноцитите започва в най-долния слой на епидермиса, който се нарича базален или зародишен, и се състои от един ред недиференцирани, интензивно делящи се кератиноцити, намиращи се на базалната мембрана – тънък, влакнест слой, разделящ дермата от епидермиса (Рис. 2б). Дъщерните клетки се отделят и веднага се придвижват с едно ниво нагоре. Основна черта на тази вертикална миграция на клетките е удивителния синхрон – клетките се движат толкова съгласувано, че епидермисът може да се раздели на слоеве, съответстващи на стадиите на развитие на клетките. Веднага след базалния слой започва шиповидният, състоящ се от клетки, произлезли от базалните кератиноцити. Клетките на шиповидния слой имат многобройни израстъци и вдлъбнатини върху клетъчната мембрана, чрез които се съединяват едни с други, подобно на цип. Освен това, клетките се съединяват и чрез десмозоми - специални уплътнения на плазмената мембрана. Здраво свързани по този начин,  клетките изминават "пътя на камикадзе" все по-нагоре и по-нагоре към повърхността на кожата.

В зърнестия слой, разположен над шиповидния, клетките вече нямат шипове. На електронните микрофотографии се вижда, че количеството митохондрий в клетките на зърнестия слой е намалено, а цитоплазмата е разредена и запълнена със светли и тъмни гранули. Тъмните гранули съдържат плътно опаковани фибрили на белтъка кератохиалин (или кератин). По повод на светлите гранули до сега няма единно мнение освен това, че те имат най-пряко отношение към основната бариерна структура на роговия слой - липидната бариера.

Клетъчната мембрана на кератиноцитите в горните пластове на зърнестия слой става разпокъсана, а след това изчезва. На нейно място остава белтъчно-липидна структура - рогова обвивка. След като кератиноцитът загубва органелите и ядрото си  /"мозъкът" на всяка жива клетка/, той формално става мъртъв. От този момент той се нарича корнеоцит или рогова люспица, а слоят, състоящ се от корнеоцити - рогов. Корнеоцитът изглежда като шестоъгълна пластинка, запълнена с кератинови фибрили и аморфно вещество. Дебелината на пластинките на корнеоцита варира от 0,1 до 1 микрона, а дължината около 10 микрона. Корнеоцитите се съединяват един с друг и с помощта на специални израстъци (десмозоми) така, че се образува плътен слой. Близо до повърхността на кожата, роговите люспици губят десмозомите и роговият слой става по-ронлив. Свободно лежащите люспици постепенно се отделят от повърхността на кожата (Рис. 3).

Ако в зърнестия слой липидите са съсредоточени във вътрешността на клетката, по-точно в състава на мембраната, то тук ситуацията противоположно се променя - липидите излизат от клетката и запълват междуклетъчното пространство. Всичко това напомня на торта,където липидите съединяват роговите люспици така, както кремът слепя блатовете на тортата или на тухли, прилепени с хоросан (Рис. 4).

 

Липидният слой на епидермиса играе изключително важна роля за кожата, тъй като той прави роговия слой водонепроницаем.

 

         Липидна бариера

            Общия „портрет” на липидната бариера е показан на фиг. 5.

 

Липидната бариера има определена структура. Тя изпълнява ролята на бариера до тогава, докато съхранява подредена структура и частично или напълно престава да се справя със своята задача, ако структурата й се наруши. Основата на липидната бариера представлява бислой от полярни липиди, т.е. липиди, на които „главите” и „опашките” имат различни свойства. В този случай хидрофобните части на липидите (опашките, съставени от мастни киселини) са обърнати към вътрешната част на бислоя, а хидрофилните – навън, където съществува воден слой. Множество бислоеве образуват единен липиден пласт, който се явява много надеждна бариера. Експериментите доказват, че при отделянето на липидния пласт, роговият слой престава да бъде водонепропусклив.

         В състава на липидните бислоеве влизат церамиди, известно количество свободни мастни киселини и холестерол. В основата на роговия слой присъстват бислоеве, съставени от церамиди с къси, наситени „опашки”, както и надеждни бислоеве, които да преграждат пътя на водата. Част от бислоевете се състоят от церамиди с дълги ненаситени опашки. Тези слоеве са по-гъвкави и непостоянни, отколкото наситените слоеве.

         Липидната бариера на епидермиса напомня на прошита завивка с пълнеж – липидните слоеве, от които се състои, са прошити от дълги вериги ненаситени мастни киселини, които влизат в състава на О-ацилцерамидите. Такива прошивки съществуват и между белтъчно-липидните обвивки на корнеоцитите и липидните пластове. С това се обясняват нарушенията, които възникват в кожата при дефицит на линолева киселина, а при недостатъчно здрава спойка в липидните пластове, липидната бариера губи целостта си и подредената структура.

         В образуването на липидната бариера огромна роля играят ферментите. Те са необходими за синтез на церамиди от сфинголипидите и мастните киселини, за отделяне на мастни киселини от фосфолипидите и за сглобяването на мембранни структури.

         Роговият слой, имащ строго подреден строеж и съдържащ ферменти, правещи възможно протичането на сложни химически реакции, е трудно да се нарече мъртва тъкан. Внимателното отношение към него може да помогне за избягването на сериозни неприятности.

 

         Повреждане на липидната бариера при използване на козметика

            Козметичните средства представляват многокомпонентни смеси и по тази причина на повърхостта на кожата всеки път се озовават ред различни вещества. Някои от тях остават на повърхостта на роговия слой, където липидните структури частично се разрушават под въздействието на различни фактори и престават да бъдат преграда. Други проникват по-дълбоко и понякога достигат до базалния слой на епидермиса, където се намират живите клетки (Рис. 6).

 

Веществата, които непосредствено взаимодействат с липидите, повреждат липидните структури. Да си представим, че пред нас стои задачата да проникнем в нечий дом през покрива. Ако не притежаваме способността да преминаваме през стени, тогава ще ни се наложи частично да разрушим покрива, стараейки се да направим колкото е възможно по-незабележими повреди. Същото правим, когато нанасяме върху кожата си козметични средства – целта ни е да доставим биологично-активни и хранителни вещества на живите клетки на епидермиса, преодолявайки роговия слой.

         Има вещества, които могат да преминат през „покрива” на нашата кожа без да я повреждат. Това са мазнини и масла, за които липидните структури на епидермиса не са преграда. По отношение на другите ингредиенти, ситуацията е съвършено различна. По тази причина е много важно да се знае: (1) как различните съставки на козметичните средства взаимодействат с роговия слой; (2) кои вещества увеличават неговата пропускливост и, следователно, понижават бариерната му функция; и (3) с помощта на кои ингредиенти може да се разруши липидната структура на кожата дотолкова, че да се осигури постъпването в кожата на биологично-активни и хранителни вещества, без да се причинява забележима вреда.

Молекулите ПАВ са способни да си взаимодействат с липидните слоеве - в тях, както и при полярните липиди, има два участъка – хидрофилен и хидрофобен. Поради това, те могат да се вграждат в липидния слой, обръщайки се с хидрофобните си опашки към хидрофобната фаза. По този начин полярните групи ПАВ се вграждат в липидния слой така, че в него се образуват хидрофилни, т.е. водопропускливи участъци.

 

Съвременна теория на епидермалната бариера

            Въпросът за пропускливостта на кожното покритие, както и обсъждането на проблемите, свързани с разбирането на функционирането на всеки жив обект, е полезно да се разгледат през призмата на еволюционната теория. По пътя на еволюционния прогрес природата е направила всичко за това, нашата кожа да бъде непроницаема бариера. В дадения случай „непроницаемост” не следва да се приема буквално, тъй като кожата е способна да обменя вещества с обкръжаващата среда. Непроницаемите за вода покрития (като например при насекомите) биха съхранявали водата, но биха направили невъзможен газообмена. Задачата на уникалния състав на липидния слой на епидермиса е да предпазва организма от прекомерна загуба на вода и при това да не възпрепятства газообмена. Следва също да се отчете, че природата не е имала основание да снабдява кожата с механизми, които да я защитават от продължителен контакт с вода, съществено влошаващи бариерните способности на кожата (човекът не живее във водна среда и не ловува в нея). Именно от тази гледна точка трябва да се оценяват процесите на формиране на бариерата и нейната структура.

         Епидермаланата бариера е много сложна и фина структура, състояща се от много взаимосвързани компоненти. Това е структура с голяма здравина и мощен възстановителен потенциал, при това много гъвкава и умна, способна бързо да се преустройва. Това е структура, в която отделните компоненти взаимно се подсигуряват и помагат в изпълнението на най-главната функция – да бъдат преграда по пътя на проникващите вещества както от, така и в организма. Ако нашата бариера не притежаваше всички тези качества, ние не бихме имали шанса да оживеем.

 

Заключение

            Нашата кожа е уникален дар от природата и надеждна бариера, благодарение на която ние можем да съществуваме на този свят. Основната ни цел е да не разрушаваме тази бариера, да я укрепваме и защитаваме, ако е цяла, или да помогнем във възстановяването й, ако е разрушена.