СЛОИ КОЖИ
ЭПИДЕРМИС
Кератиноциты появляются на свет в самом нижнем, базальном слое эпидермиса, который находится прямо над дермой. Этот исчезающе тонкий, иногда толщиной всего в одну клетку, слой состоит из стволовых клеток, которые постоянно делятся и обновляются. Каждая клетка нашей кожи изначально происходит из этих загадочных источников жизни. Каждый новый кератиноцит после формирования медленно движется вверх, к следующему слою, stratum spinosum, или шиповатому слою[9]. Здесь молодые клетки начинают связываться с уже существующими кератиноцитами с помощью очень прочных белковых структур – десмосом. Также они начинают производить разные виды жира, которые вскоре превратятся в очень важный «строительный раствор» для внешней стены кожи. Возносясь на следующий уровень, кератиноциты приносят огромную жертву. В stratum granulosum, зернистом слое, клетки уплощаются, высвобождают жиры и теряют ядро, мозг клетки, содержащий гены. Всем клеткам организма, за исключением красных кровяных телец и тромбоцитов, ядро необходимо для работы и выживания, так что когда кератиноциты достигают верхнего слоя кожи, stratum corneum, рогового слоя, они уже очевидно мертвы. Но они достигли своей цели: этот невероятно тонкий слой становится защитной стеной тела. Живые кератиноциты становятся твердыми, перекрывающими друг друга кератиновыми пластинками, а окружающий их жировой «раствор» делает нашу кожу водонепроницаемой, как вощеная ткань. По окончании жизни продолжительностью около месяца, под воздействием окружающей среды, эти чешуйки отшелушиваются и опадают. Но эта потеря не нарушает прочность барьера, поскольку молодые клетки постоянно поднимаются из глубин кожи, чтобы встать лицом к лицу с внешним миром. Кератиноциты создают тонкий, но прочный защитный слой, оберегая триллионы клеток внутри тела. Нигде больше столь многие не оказываются в долгу перед столь малым числом.
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]. 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]. 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]. 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].
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].
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]. Экзема, которая может как проявиться в виде раздражающей сухости и зуда, так и стать