Эффективная медицина

Главная » Эстетическая косметология » Что определяет микрорельеф нашей кожи?

Что определяет микрорельеф нашей кожи?

Введение

В замечательном научно-популярном фильме "Неизвестный мир" (Sveriges Television, 1996), рассказывающем о тысячах невидимых глазом "монстров", живущих в нашем теле, на его поверхности и в наших квартирах, есть примечательная сцена. Молодая, излучающая здоровье и красоту женщина спрашивает кокетливо своего мужа: "Ну, как я выгляжу?" - "Великолепно!" - отвечает он. После этого закадровый голос меланхолично поясняет зрителям, что все это великолепие лишь слой мертвых ороговевших клеток, покрывающих снаружи наше тело и составляющих основной рацион питания невидимых обитателей наших жилищ - пылевых клещей.

Действительно, эстетический эффект кожи определяется прежде всего физическими свойствами ее поверхности: рельефом, цветом, матовостью или блеском, неуловимыми переходами оттенков. Среди основных характеристик "эстетичности" кожи косметологи выделяют упругость и эластичность, микрорельеф и наличие морщин. Все вышеперечисленные критерии здоровой и красивой кожи определяются в первую очередь содержанием в ней воды, ее тургором. Открытый для обозрения окружающим рельеф кожи отражает как содержание жидкости в эпидермисе, так и тургор дермы, от которой зависит формирование глубоких морщин. Именно поэтому содержание воды играет первоочередную роль в формировании внешнего вида кожи. При гипергидратации кожа сморщивается и набухает, а при потере воды - теряет упругость и покрывается морщинками. Для наземных животных сохранение влаги в коже было равноценно сохранению жизни, поэтому водосберегающие системы постоянно совершенствовались в процессе эволюции. Без понимания функционирования этих систем невозможно разрабатывать новые косметологические средства и воздействия, направленные на сохранение и поддержание водного баланса, создающего устойчивый эффект гладкой кожи.

С точки зрения механики кожу нередко сравнивают с матрацем, упругость и устойчивость которого к механическим нагрузкам определяются как качеством "пружин" - волокон коллагена и эластина, так и качеством водного геля, образованного гликозаминогликанами [1]. Ослабление пружин либо нехватка воды формируют на этом матраце провалы, аналогичные глубоким морщинам на коже человека. Если продолжить эту образную и глубокую аналогию, то матрац обычно накрывают одеялом. Лучше представить себе стеганое одеяло, состоящее из отсеков, заполненных шерстью, т. е. овечьим кератином, поскольку оно представляет собой аналог рогового слоя кожи, состоящего из мертвых роговых конвертов, заполненных также кератином. Складки на одеяле моделируют микрорельеф кожи. В довершение аналогии накроем одеяло тонкой водонепроницаемой тканью, защищающей его от случайного попадания воды и являющейся аналогом себума кожи. Как известно, функцией одеяла является создание барьера, предотвращающего потерю тепла, функцией рогового слоя - создание барьера, предотвращающего потерю воды. Как у заботливой хозяйки на покрывале отсутствуют складки, а на кровати не видны прогибы матраца, так и ухоженная кожа впечатляет окружающих своей гладкостью и отсутствием морщин. Чтобы понять, как добиться этого, следуя предложенной аналогии, рассмотрим физико-химические механизмы, обеспечивающие поддержание упругости и гладкости кожи.

Тонкая пленка себума

Если начать наше путешествие с самой поверхности кожи, то тонкая пленка покрывающих ее липидов, несмотря на свою гидрофобность, вероятно, вносит определенный, но не решающий вклад в поддержание водного баланса, необходимого для сохранения упругости кожи. В состав этой пленки входят триглицериды (60%) и продукты их гидролиза (диглицериды, моноглицериды и свободные жирные кислоты), возникающие за счет липолитической активности резидентной микрофлоры, эфиры восков (24-26%), холестерин и его эфиры (2,5-3,0%), а также сквален (11,5-15,0%) - полиненасыщенный тритерпен, который редко встречается в липидах поверхности кожи других млекопитающих и, по-видимому, является уникальным веществом себума кожи человека [2]. Принцип защиты от испарения воды с помощью обогащенных восками пленок универсален для живой природы. У млекопитающих сходная по составу пленка липидов формируется на поверхности слезной жидкости, покрывающей роговицу. Растительные воска покрывают листья многих растений-ксерофитов, обитающих в засушливом климате, придавая поверхности листьев характерный сизоватый оттенок. Но если у растений эта пленка весьма внушительна, достигая по толщине у восковой пальмы нескольких сантиметров, то у человека она нестойка: легко смывается мылом при умывании, постоянно разрушается липофильными микроорганизмами, обитающими на поверхности кожи, а также удаляется при десквамации чешуек кожи.

Вероятно, липиды кожного сала играют заметную роль в создании гидроизоляционного барьера на поверхности волос. А на остальной поверхности такого безволосого примата, как человек, себум при жаркой погоде (около 30 °С) играет роль поверхностно-активного вещества, снижающего поверхностное натяжение пота. Благодаря этому в присутствии себума пот не формирует капель, которые напрасно стекали бы с кожи, а распределяется по ее поверхности и, испаряясь, эффективно охлаждает кожу. При низких температурах жиры, покрывающие волосы и кожу, застывают и создают водоотталкивающий слой [3]. Таким образом, тонкая пленка себума защищает организм не от потери воды, а скорее наоборот, от гипергидратации, т. е. проникновения воды в кожу из окружающей среды, что может привести при длительном купании или ручной стирке к формированию набухшей "крокодиловой" кожи.

Почему сухой воздух изменяет микрорельеф кожи?

Основную барьерную роль в коже принимает на себя роговой слой, состоящий из роговых конвертов и окружающих их липидных мембран. Хотя такая конструкция и напоминает стеганое одеяло, но чаще его сравнивают с кирпичной стеной, в которой кирпичи (аналог роговых конвертов) окружены цементом (аналог липидных мембран). Роговой слой содержит около 20% липидов, 40% белков и 15-20% воды. Достаточно подробное описание структуры и функций рогового слоя и влияния на него косметических средств приведено в недавно вышедшей монографии [4].

Долгое время считалось, что липиды придают пластичность этому слою, и поэтому именно эти вещества рекомендовались дерматологами прошлого в качестве средств, размягчающих кожу. Однако почти полвека тому назад было выяснено, что пластичность рогового слоя прямо пропорциональна содержанию в нем воды [5]. В очень простом эксперименте было показано, что для того чтобы размягчить засохший кусочек рогового слоя кожи, его нужно поместить в воду, а не жиры. Все попытки размягчить сухой ороговевший слой кожи ланолином, вазелином или оливковым маслом были безуспешны. Из этих опытов следовало, что именно содержание воды в роговом слое кожи является главным фактором, определяющим эластичность ее поверхности.

Прямые доказательства взаимосвязи между содержанием воды в роговом слое кожи и его гладкостью были получены на безволосых мышах, которых в течение 3 дней содержали в сухом воздухе с 10%-ной относительной влажностью. Контрольных мышей содержали при относительной влажности 80% [б]. Оценку гладкости кожи проводили по компьютерному анализу реплик поверхности кожи экспериментальных животных [7]. Реплика на основе силиконовой пленки отражает неровности микрорельефа кожи. Пропуская свет от источника параллельного излучения через такую реплику, получают изображение, на котором после компьютерного моделирования количественно оценивают неровности рельефа, т. е. его морщинистость. Из-за трудоемкости изготовления реплик кожи в настоящее время большое распространение получили методы анализа, получаемые напрямую с помощью цифровых камер высокого разрешения.

Шероховатость кожи после трехдневного содержания мышей в сухом воздухе увеличилась более чем вдвое. При этом электрическая проводимость поверхности кожи падала в 4-5 раз, что свидетельствует об уменьшении содержания воды в роговом слое. Смачивание кожи каплей 10%-ного глицерина всего лишь раз в сутки при содержании в сухом воздухе приводило к нормализации и сохранению гладкости кожи. Просто нанесение капель воды без глицерина практически не защищало кожу от иссушающего действия воздуха. В данной работе было также показано, что гладкость кожи зависела от двух параметров: содержания воды в роговом слое и толщины рогового слоя. С ростом толщины рогового слоя возрастала и его шероховатость.

Как считают дерматологи, идеальное содержание воды в роговом слое должно составлять от 20 до 35% [8]. Увеличения содержания воды в стареющей коже можно добиться несколькими путями. Во-первых, можно уменьшить трансэпидермальную потерю воды кожей, т. е. искусственно задержать ее потерю путем блокирования (окклюзии) испарения воды с поверхности. В качестве подобных средств для лечения сухости кожи издавна использовали ланолин или вазелин [8]. Окклюзивные увлажняющие средства применяют обычно для ограниченной площади и в ситуациях, когда нужно выиграть время, необходимое, например, для завершения репаративных процессов. Более физиологическим методом является нанесение на роговой слой гигроскопичных средств, связывающих воду и тем самым вызывающих ее перераспределение из эпидермиса в роговой слой. Подобным эффектом обладает уже упоминавшийся глицерин, а также низкомолекулярные вещества, такие, как аминокислоты, пептиды, органические кислоты, глюкозамин, креатинин, неорганические ионы. Эти естественные гигроскопичные компоненты кожи получили название естественного увлажняющего фактора кожи. Многие из этих веществ добавляются к увлажняющим средствам для усиления их эффективности.

Прочность рогового слоя может создать проблемы

Сравнение кожи с матрацем, накрытым покрывалом, не учитывает самого важного аспекта живых систем - их способности к автопоэзу, или, говоря проще, постоянному обновлению. Видимый нами роговой слой кожи представляет собой в действительности поток клеток, растущих навстречу поверхности и постоянно слетающих с нее, превращаясь в пыль. Нормальное движение и отшелушивание роговых чешуек кожи требует разрушения связей между клетками, а поддержание барьерных свойств рогового слоя, наоборот, требует прочного соединения клеток. Если вернуться к сравнению рогового слоя с кирпичной стеной, то от строителей такой стены требуется, чтобы прочность цемента была высокой внутри дома и низкой снаружи, где стена "разносится по кирпичику".

Эта непростая задача решена в роговом слое с помощью вездесущего протеолитического фермента химотрипсина, аналог которого переваривает белки и пептиды в нашей двенадцатиперстной кишке. В поверхностных слоях эпидермиса специфический для рогового слоя кожи химотрипсин (называемый в данном случае каликреином 7) появляется внутри ламеллярных телец, секретируемых кератиноцитами. Ламеллярные тельца образуются из лизосом, формируемых в клетках эпидермиса. Как известно, в шиповатом слое эпидермиса клетки прочно соединены между собой десмосомами, играющими роль заклепок, которые превращают отдельные клетки в эпителиальный пласт. Такие пласты ороговевших клеток можно наблюдать у ящериц и змей при их линьке. Десмосомы рогового слоя часто называют корнеосомами. К десмосомам эпителия кожи прикрепляются кератиновые волокна. В структуру клеточного контакта входит, по крайней мере, 5 типов различных белков: десмоглеины, десмоколины, десмоплакины, плакоглобины и десмокалмины [9]. Благодаря этим белкам кератиновые волокна соседних корнеоцитов формируют единый пласт. Рептилии обновляют свой роговой слой с помощью линьки. Млекопитающие с их достаточно влажной кожей обновляют ее по-другому, используя протеолитические ферменты.

В зернистом слое эпидермиса в корнеоцитах формируются лизосомы, содержащие сериновые протеазы, типичным представителем которых является химотрипсин. На границе зернистого и рогового слоев лизосомы с протеолитическими ферментами поступают во внеклеточное пространство, где из липидных оберток бывших лизосом формируются липидные пласты между корнеоцитами, а химотрипсин начинает разрушать корнеодесмосомы, что необходимо для десквамации роговых чешуек.

Если вспомнить физиологию пищеварения, то у человека в норме за сутки выделяется 1-2 л слюны, 2-3 л желудочного сока, около 2 л панкреатического сока, т. е. процесс переваривания происходит только в водной фазе. Естественно, что основная часть этой жидкости обратно всасывается в толстом кишечнике. А достаточно ли воды для эффективной работы химотрипсина на поверхности кожи?

В отличие от дермы роговой слой содержит около 10-20% воды в зависимости от влажности окружающей среды. Важно также отметить, что вода в роговом слое распределена неравномерно: ее концентрация с глубиной увеличивается [10,11], что закономерно отражает существующий физиологический градиент увлажненности от живых кератиноцитов до сухой, покрытой себумом, поверхности кожи, состоящей из мертвых корнеоцитов и слоев липидов. Следует отметить, что оценки содержания воды в роговом слое значительно колеблются в различных исследованиях, составляя от 10 до 30% от сухого веса. Причиной такой вариабельности может быть не только различие в методах оценки содержания воды, но и физиологическая лабильность этого параметра.

Влияние увлажненности рогового слоя на десквамацию эпителия

Влияние относительной влажности на активность химотрипсина и десквамацию корнеоцитов было изучено в недавно опубликованной работе [12]. Как показано авторами этого исследования, скорость десквамации корнеоцитов была максимальной при 100% влажности. При 80% влажности она уменьшалась на 8%, при 55% - на 40%, а при 44% влажности - на 75%. Иными словами, уже при 44% влажности десквамация роговых чешуек уменьшается в 5 раз. Важно отметить, что в помещениях с центральным отоплением относительная влажность нередко падает до 30%. Применение 10%-ного глицерина или иных увлажняющих средств резко увеличивало скорость десквамации роговых чешуек кожи.

Снижение концентрации свободных молекул воды в растворе таких ферментов, как трипсин, химотрипсин рогового слоя и панкреатический химотрипсин, всего на 15% (активность воды снижалась с 1,0 до 0,85) путем добавления молекул сахарозы, связывающих воду, приводило к снижению скорости работы этих ферментов в 10 раз [12]. Не исключено также, что уменьшение воды в межклеточном матриксе рогового слоя может существенно ограничить диффузию такого водорастворимого фермента, как трипсин, и тем самым замедлить скорость разрушения корнеосом.

Ясно, что снижение скорости десквамации при постоянном "напоре" растущих снизу клеток приведет к появлению складок на поверхности кожи, формирующих морщинистый микрорельеф. В связи с вышесказанным применение увлажняющих средств для разглаживания поверхности находит ясное физико-химическое объяснение. А именно, увлажняющие средства, увеличивая концентрацию воды в роговом слое, активизируют тем самым работу протеолитических ферментов, разрушающих связи между корнеоцитами.

Таким образом, десквамация роговых чешуек кожи является ферментативно-регулируемым процессом, состоящим, вероятно, из двух фаз. Первая фаза начинается уже в период формирования рогового слоя и проявляется в разрушении корнеодесмосом, в особенности на плоской поверхности корнеоцитов. Вторая фаза десквамации происходит в поверхностных слоях эпидермиса и состоит в разрушении корнеодесмосом между боковыми поверхностями роговых конвертов. Предполагается, что на скорость десквамации могут влиять такие факторы, как кислотность среды, окислительное повреждение белков, ингибиторы протеаз [13], а также состав липидной фазы рогового слоя, в частности, показано, что сульфатхолестерина ингибирует протеазы рогового слоя [14]. Поскольку на состав липидов рогового слоя можно повлиять косметическими средствами, то представляет интерес рассмотреть этот вопрос детальнее.

Какова роль липидов рогового слоя в поддержании гладкости его поверхности?

Согласно существующей с 1986 г. модели липидного барьера рогового слоя [15] формирование непрерывных многослойных пластов осуществляется за счет слияния ламеллярных телец друг с другом в межклеточном пространстве на границе перехода гранулярного слоя в роговой. Ламеллярные тельца представляют собой везикулы, которые отпочковываются от транс-сети аппарата Гольджи кератиноцитов и двигаются к апикальной стороне клетки. Позже появилась альтернативная модель возникновения мембранных пластов, в основе которой лежит не слияние отдельных мембран в пласт, а переход объемной липидной фазы, выглядящей только на срезах в виде везикул, в складчатые структуры [16].

В состав липидного матрикса рогового слоя входят церамиды (около 25%), холестерин (около 19%), свободные жирные кислоты (около 26%), фосфолипиды (около 7%) и сульфат холестерина (около 2%) [4]. Большинство липидной фазы мембран эукариотических клеток состоит в основном из фосфолипидов, составляющих обычно около 40-50%, а также холестерина от 2,5 до 25% в зависимости от типа мембран. Фосфолипиды формируют бислой, а холестерин является пластификатором этого слоя, т. е. разжижает твердые участки и увеличивает вязкость жидкокристаллических областей. Содержание свободных жирных кислот не превышает в большинстве мембран 10%, но в мембранах аппарата Гольджи их содержание достигает 20%. Высокое содержание церамидов (более 20%) характерно для лизосомальных мембран. Добавление церамидов в фосфолипидный бислой превращает сферические мембраны в плоские цистерны. Так, добавление всего 5% ацилглюкозилцерамида к сферическим липосомам из фосфолипидов и холестерина (10:1) трансформировало их в уплощенные мешочки, которые соединялись между собой наподобие монетных столбиков [17]. Возможно, что именно благодаря высокому содержанию церамидов мембраны рогового слоя образуют плоские мембранные пласты.

Одной из загадок структурной организации липидной фазы рогового слоя является наличие двух ламеллярных фаз, имеющих периодичности 6 и 13 нм. Если первое значение периодичности соответствует толщине типичной бислойной мембраны в клетках эукариот, то второе значение соответствует вдвое более толстой мембране. Соединение двух бислойных мембран в одну без водной прослойки может быть обеспечено церамидами. Молекула церамида подобно фосфолипидам состоит из гидрофильной головки и двух гидрофобных хвостов, которые, в отличие от фосфолипидов, имеют неравную длину. Но если в фосфолипидах хвосты располагаются только в одном направлении, то молекула церамида может принимать две конформации: шпильки, где хвосты вытянуты в одном направлении, и скошенной конформации, где хвосты вытянуты в противоположных направлениях. Скошенная конформация может обеспечить соединение бислоев, когда один конец располагается в одном бислое, а другой конец - в соседнем [16]. Естественно, что в случае конформации шпильки формируются классические липидные бислой с прослойками воды между ними, как, например, в мыльном пузыре. Такие многослойные структуры из мембран и слоев воды содержат запас воды. Во втором случае части одной молекулы церамида входят в разные слои, между которыми вода отсутствует. В липидном матриксе рогового слоя, вероятно, представлена комбинация обеих конфигураций, поскольку экспериментально определяются два различных значения периодичности ламеллярных фаз.

Возможно, что, внося те или иные липиды в роговой слой, можно регулировать соотношение вышеописанных структур в этом слое и увеличивать долю липидных структур с запасом воды, которая так необходима для работы протеаз и обновления рогового слоя.

В пользу наличия таких водных прослоек в роговом слое свидетельствуют факты, полученные при изучении набухания рогового слоя в воде [16]. Во-первых, после предварительного удаления липидов органическими растворителями из рогового слоя его набухание в воде значительно уменьшается. Это доказывает, что при избытке воды гидратируется в основном не кератин, а какие-то липидные структуры. Во-вторых, набухание рогового слоя в воде анизотропно: площадь набухших образцов увеличивалась на 8,4%, следовательно, линейные размеры (длина) увеличивалась на 4,1%, при этом толщина рогового слоя увеличивались на 26,3%. Поскольку ламеллярные слои липидов расположены параллельно поверхности рогового слоя, то увеличение содержания воды между ними должно приводить к росту толщины рогового слоя, что и наблюдалось в опытах по набуханию.

Заключение

Таким образом, микрорельеф нашей кожи зависит в первую очередь от увлажненности рогового слоя. Но зависимость эта не прямая и определяется двумя факторами. Во-первых, это необходимость наличия достаточного количества воды как среды для работы протеаз, разрушающих корнеодесмосомы между корнеоцитами на поверхности рогового слоя. Во-вторых, вода между липидными пластами создает упругую среду, разглаживающую роговой слой. Вода мгновенно релаксирует и быстро гасит любые деформации, в то время как достаточно жесткий кератин, "обмазанный" липидами,релак-сирует медленно. Воздействия, которые могут увеличить содержание воды в роговом слое, многообразны: это и нанесение гигроскопических средств, и влияние на липидный состав ламеллярных мембран, и разрушение связей между корнеоцитами химическими средствами. По крайней мере, наличие ясной физико-химической модели этого процесса позволит косметологии направленно его регулировать.

Литература

1. Марголина А.А., Эрнандес Е.И., Зайкина О.Э. Новая косметология. М.: 2000, с.13.

2. Де Люка К., Деев А.И., Коркина Л.Г. Сквален. Часть1. Сквален - уникальный компонент липидов поверхности кожи человека. Косметика и медицина. Научно-практический альманах. 2002; 5: 18-24.

3. Porter A.M.W. Why do we have apocrine and sebaceous glands? Journal of the Royal Society of Medicine 2001; 94: 236-7.

4. Эрнандес Е.И., Марголина А.А., Петрухина А.О. Липидный барьер кожи и косметические средства. М.: 000 "Фирма КЛАВЕЛЬ", 2003, с. 340.

5. Blank I.H. Factors which influence the water content of the stratum corneum. J Invest Dermatol 1952; 18:440-3.

6. Sato J., Yanai M., Hirao Т., Denda M. Water content and thickness of the stratum corneum contribute to skin surface morphology. Arch Dermatol Res 2000; 292: 412-7.

7. NacayamaY., Kawasaki K., Kumagai H., Kaneko 0., Mitsui T. Application of image analysis to the study of skin surface microtopography in relation to aging. J Appl Cosmetol. 1986; 4: 97-110.

8. Центурион С, Шварц Р., Томас И. Увлажняющие средства. Косметика и медицина 2002; 5: 26-39.

9. Burge S. Cohesion of the epidermis. Br J Dermatol 1994; 131:153-9.

10. Warner R.R., Myers M.C., Taylor D.A. Electron probe analysis of human skin: determination of the water concentration profile. J Invest Dermatol 1988; 90:218-24.

11. von Zglinicki Т., Lindberg M., Roomans G.M., Forslind B. Water and ion-distribution profiles in human skin. Acta Derm Venerol. (Stockh.)1993; 73: 340-3.

12. Watkinson A., Harding C, Moore A. Water modulation of stratum corneum chymotryptic enzyme activiity and desquamation. Arch Dermatol Res 2001; 293: 470-6.

13. FranzkeC.W.,WiedowO.,ChristophohersE. Regulatory functions of antileukoprotease in the process of desquamation of human skin. 3 Invest Dermatol 1998; 110: 547-52.

14. Sato 0., Denda M., Nakanishi J., Nomura J., Koyama J. Cholesterol sulfate inhibits proteases that are involved in desquamation of stratum corneum. J Invest Dermatol 1998;lll(2):189-93.

15. Landmann L Epidermal permeability barrier: transformation of lamellar granule-disks into intercellular sheets by a membrane-fusion process, a freeze-fracture study. Invest Dermatol. 1986;87(2): 202-9.

16. Норлен Л. Новые взгляды на формирование структуры и функционирование кожного барьера и их практическая ценность. Косметика и медицина, 2002; 5: 8-17.

17. Landmann L, Wertz P.W., Downing D.T. Acylglucosylceramide causes flattening and stacking of liposomes. An analogy for assembly of the epidermal permeability barrier. Biochim Biophys Acta 1984; 778(3): 412-8.

18. Norlen L, Emilson A., Forslind B. Stratum corneum swelling. Biophysical and computer assisted quantitative assessments. Arch Dermatol Res 1997; 289: 506-13.

Анатолий Деев
Российский государственный медицинский университет, Москва
Косметика & медицина 4/2004

Косметические проблемы: симптомы, диагноз, лечение, подробнее

Дополнительная информация:

Сегодня 27.05.2019
с 10:00 до 19:00
 на звонки
отвечает врач.