尽管您通常不会将皮肤视为一个器官,但它实际上是由组织组成的,这些组织作为单一结构一起工作,以执行独特且关键的功能。皮肤及其附属结构组成了 外皮系统,为身体提供全面的保护。皮肤由多层细胞和组织组成,通过结缔组织将其固定在底层结构上(图 1)。皮肤深层血管化良好(有大量血管)。它还具有大量的感觉神经、自主神经和交感神经纤维,确保与大脑之间的通信。
图 1. 皮肤层。皮肤由两个主要层组成:表皮由紧密堆积的上皮细胞组成,真皮由致密、不规则的结缔组织组成,其中含有血管、毛囊、汗腺和其他结构。真皮下方是皮下组织,主要由疏松结缔组织和脂肪组织组成。
表皮
表皮 由角化的复层鳞状上皮 组成。它由四层或五层上皮细胞组成,具体取决于其在体内的位置。它内部没有任何血管(即,它是无血管的)。有四层细胞的皮肤被称为“薄皮肤”。从深层到浅层,这些层是基底层、棘层、颗粒层和角质层。大多数皮肤都可以归类为薄皮肤。“厚皮”只存在于手掌和脚底。它有第五层,称为透明层,位于角质层和颗粒层之间(图 2)。
图 2. 薄皮与厚皮。这些幻灯片显示了 (a) 薄皮肤和 (b) 厚皮肤的表皮和真皮的横截面。注意厚皮肤上皮层厚度的显着差异。从上往下,LM × 40,LM × 40。(显微照片由密歇根大学医学院董事会提供 © 2012)
除基底层外的所有层中的细胞称为角质形成细胞。角质形成细胞是 制造和储存角蛋白的细胞。 角蛋白 是一种细胞内纤维蛋白,赋予头发、指甲和皮肤硬度和防水特性。角质层中的角质形成细胞死亡并定期脱落,被更深层的细胞取代(图 3)。
图 3. 表皮。表皮是由多层细胞组成的上皮。基底层由立方细胞组成,而外层是鳞状、角化细胞,因此整个上皮通常被描述为角化复层鳞状上皮。LM × 40。(显微照片由密歇根大学医学院董事会提供 © 2012)
基底层
基底层 (也称为生发层)是最深的表皮层,将表皮附着在基底层上,基底层下方是真皮层。基底层中的细胞通过缠绕的胶原纤维(称为基底膜)与真皮结合。在真皮的表层部分发现了一个手指状的突起或褶皱,称为真皮乳头 (复数=真皮乳头)。真皮乳头增加表皮和真皮之间的连接强度;折叠越大,连接越牢固(图 4)。
图 4. 表皮层。厚皮肤的表皮有五层:基底层、棘层、颗粒层、透明层和角质层。
基底层是主要由基底细胞组成的单层细胞。基底 细胞 是一种立方形干细胞,是表皮角质形成细胞的前体。所有角质形成细胞都是由这一单层细胞产生的,这些细胞不断地经历有丝分裂以产生新细胞。当新细胞形成时,现有细胞被从表面上推离基底层。发现另外两种细胞类型分散在基底层的基底细胞中。第一个是 默克尔细胞,它充当受体,负责刺激大脑感知为触觉的感觉神经。这些细胞在手和脚的表面特别丰富。第二种是黑色素细胞,一种产生黑色素的细胞。 黑色素 赋予头发和皮肤颜色,还有助于保护表皮活细胞免受紫外线 (UV) 辐射损伤。
在成长中的胎儿中,指纹在基底层细胞与下方真皮层(乳头层)的乳头相遇的地方形成,从而导致手指上形成脊,您将其识别为指纹。指纹对于每个人来说都是独一无二的,并且用于法医分析,因为指纹模式不会随着生长和衰老过程而改变。
棘层
顾名思义, 棘层外观呈多刺状,这是由于突出的细胞突起通过桥粒 结构将细胞连接起来 。桥粒相互连锁并加强细胞之间的结合。有趣的是,该层的“刺”性质是染色过程的产物。未染色的表皮样品不表现出这种特征性外观。棘层由 8 至 10 层角质形成细胞组成,是基底层细胞分裂的结果(图 5)。该层的角质形成细胞中散布着一种称为 朗格汉斯细胞的树突状细胞,它通过吞噬该层中的细菌、异物颗粒和受损细胞来发挥巨噬细胞的作用。
图 5. 表皮细胞。表皮各层细胞均起源于基底层的基底细胞,但各层细胞又有明显不同。EM × 2700。(显微照片由密歇根大学医学院董事会提供 © 2012)
棘层中的角质形成细胞开始合成角蛋白并释放防水糖脂,有助于防止体内水分流失,使皮肤相对防水。当基底层顶部产生新的角质形成细胞时,棘层的角质形成细胞被推入颗粒层。
颗粒层
由于角质形成细胞 从棘层推出时发生进一步变化,颗粒层呈现颗粒状外观。细胞(三到五层深)变得更平坦,细胞膜变厚,并产生大量纤维状角蛋白和 透明角质蛋白,在细胞内积聚为层状颗粒(见图 4)。这两种蛋白质构成了颗粒层中角质形成细胞团的大部分,并赋予该层颗粒状外观。随着细胞死亡,细胞核和其他细胞器解体,留下角蛋白、透明角质蛋白和细胞膜,形成透明层、角质层以及头发和指甲的附属结构。
透明层
透明层是 表皮的光滑、看似半透明的层,位于颗粒层上方和角质层下方。这种薄薄的细胞层只存在于手掌、脚底和手指的厚皮肤中。组成透明层的角质形成细胞已死亡且变平(见图 4)。这些细胞密集地含有 eleiden,这是一种富含脂质的透明蛋白质,源自透明角质蛋白,它赋予这些细胞透明(即清澈)的外观,并提供水的屏障。
角质层
角质层 是表皮最表层,是暴露于外界环境的层(见图4)。该层细胞的角化(也称为角质化)增加,因此得名。角质层通常有15至30层细胞。这种干燥的死层有助于防止微生物的渗透和底层组织的脱水,并为更脆弱的底层提供防止磨损的机械保护。该层中的细胞定期脱落,并被从颗粒层(或手掌和脚底的透明层)推上来的细胞所取代。整个层在大约 4 周的时间内更换。微晶磨皮等美容手术有助于去除一些干燥的上层皮肤,旨在保持皮肤看起来“新鲜”和健康。
真皮
图 6. 真皮层。 这张染色的载玻片显示了真皮的两个组成部分——乳头层和网状层。两者都是由结缔组织组成,胶原纤维从一个延伸到另一个,使得两者之间的边界有些模糊。延伸至表皮的真皮乳头属于乳头层,而下方致密的胶原纤维束属于网状层。LM × 10。(来源:“kilbad”/维基共享资源对作品的修改)
真皮 可能被认为是外皮系统的“核心”(derma – =“皮肤”),与表皮(epi – =“之上”或“之上”)和皮下组织(hypo – =“之下”)不同。它包含血管和淋巴管、神经和其他结构,例如毛囊和汗腺。真皮由两层结缔组织组成,构成由成纤维细胞产生的弹性蛋白和胶原纤维互连的网状结构(图 6)。
乳头层
乳头 层 由疏松的乳晕结缔组织组成,这意味着该层的胶原蛋白和弹性蛋白纤维形成疏松的网状结构。真皮的表层伸入表皮基底层,形成手指状真皮乳头(见图 6)。乳头层内有成纤维细胞、少量脂肪细胞(脂肪细胞)和丰富的小血管。此外,乳头层含有吞噬细胞、防御细胞,有助于对抗细菌或其他破坏皮肤的感染。该层还包含毛细淋巴管、神经纤维和称为迈斯纳小体的触觉感受器。
网状层
乳头层下面是更厚的 网状层,由致密、不规则的结缔组织组成。该层血管丰富,具有丰富的感觉和交感神经供应。由于纤维的紧密网状结构,网状层呈现网状(网状)。 弹性蛋白纤维 为皮肤提供一定的弹性,使皮肤能够运动。胶原纤维提供结构和拉伸强度,胶原纤维延伸到乳头层和皮下组织。此外,胶原蛋白还能结合水份,保持皮肤水分。胶原蛋白注射和 Retin-A 霜分别通过外部引入胶原蛋白或刺激血液流动和真皮修复来帮助恢复皮肤弹性。
皮下组织
皮下组织 (也称为皮下层或浅筋膜)是真皮正下方的一层,用于将皮肤与骨骼和肌肉的底层筋膜(纤维组织)连接起来。严格来说,它不是皮肤的一部分,尽管皮下组织和真皮之间的边界可能很难区分。皮下组织由血管丰富、疏松、网状结缔组织和脂肪组织组成,其功能是脂肪储存的一种方式,并为体皮提供绝缘和缓冲作用。
日常联系:脂质储存
当人们试图控制体重时,皮下组织是大多数脂肪的所在地。皮下组织中的脂肪组织由称为脂肪细胞的脂肪储存细胞组成。这些储存的脂肪可以作为能量储备,隔离身体以防止热量流失,并充当缓冲垫以保护底层结构免受创伤。
脂肪在皮下沉积和积聚的位置取决于激素(睾酮、雌激素、胰岛素、胰高血糖素、瘦素等)以及遗传因素。随着我们身体的成熟和衰老,脂肪分布会发生变化。与女性(胸部、臀部、大腿和臀部)相比,男性更容易在不同部位(颈部、手臂、下背部和腹部)积累脂肪。体重指数 (BMI) 通常被用作脂肪的衡量标准,尽管该衡量标准实际上是从体重(质量)与身高进行比较的数学公式得出的。因此,对于身体极其健康的人来说,其作为健康指标的准确性可能会受到质疑。
许多动物都有一种将多余热量储存为脂肪的模式,以便在食物不易获得时使用。在许多发达国家,运动不足加上高热量食物的容易获得和消费,导致许多人出现不必要的脂肪组织积累。尽管过量脂肪的周期性积累可能为我们的祖先提供了进化优势,他们经历了不可预测的饥荒,但现在它已成为慢性并被认为是主要的健康威胁。最近的研究表明,我们人口中超重和/或临床肥胖的比例令人痛苦。这不仅对受影响的个人来说是一个问题,而且对我们的医疗保健系统也产生了严重影响。生活方式的改变,特别是饮食和锻炼,是控制体内脂肪堆积的最佳方法,尤其是当其达到增加心脏病和糖尿病风险的水平时。
色素沉着
皮肤的颜色受到多种色素的影响,包括黑色素、胡萝卜素和血红蛋白。回想一下,黑色素是由称为黑素细胞的细胞产生的,这些细胞分散在表皮基底层中。黑色素通过称为 黑素体的细胞囊泡转移到角质形成细胞中 (图 7)。
图 7. 皮肤色素沉着。皮肤的相对颜色取决于基底层黑素细胞产生并被角质形成细胞吸收的黑色素的量。
黑色素有两种主要形式。真黑素呈黑色和棕色,而褐黑素呈红色。深色皮肤的人比浅色皮肤的人产生更多的黑色素。暴露于太阳的紫外线或晒黑沙龙会导致黑色素在角质形成细胞中产生和积聚,因为阳光暴露会刺激角质形成细胞分泌刺激黑色素细胞的化学物质。角质形成细胞中黑色素的积累导致皮肤变黑或晒黑。黑色素积累的增加可以保护表皮细胞的 DNA 免受紫外线损伤和叶酸的分解,而叶酸是我们健康和福祉所必需的营养物质。相反,过多的黑色素会干扰维生素 D 的产生,维生素 D 是参与钙吸收的重要营养素。因此,我们皮肤中黑色素的含量取决于可用阳光和叶酸破坏、紫外线辐射防护和维生素 D 生成之间的平衡。
初次接触阳光后,黑色素合成需要大约 10 天才能达到峰值,这就是为什么浅肤色的人最初容易遭受表皮晒伤的原因。深色皮肤的人也可能被晒伤,但比浅色皮肤的人受到更多保护。黑素体是临时结构,最终会因与溶酶体融合而被破坏。这一事实,加上角质层中充满黑色素的角质细胞脱落,使得晒黑变得短暂。
过多的阳光照射最终会因皮肤细胞结构的破坏而导致皱纹,在严重的情况下,可能会导致足够的 DNA 损伤,从而导致皮肤癌。当皮肤中黑色素细胞不规则堆积时,就会出现雀斑。痣是较大的黑色素细胞团,虽然大多数是良性的,但应监测它们是否有可能表明存在癌症的变化(图 8)。
图 8. 痣的范围从良性黑色素细胞堆积到黑色素瘤。这些结构构成了我们皮肤的景观。(来源:国家癌症研究所)
外皮系统疾病
临床医生首先看到的是皮肤,因此皮肤检查应该是任何彻底体检的一部分。大多数皮肤病相对良性,但包括黑色素瘤在内的少数皮肤病如果不治疗可能致命。白化病和白癜风等一些更明显的疾病会影响皮肤及其附属器官的外观。虽然两者都不致命,但很难说它们是良性的,至少对于受此折磨的人来说是这样。
图 9. 白癜风。白癜风患者会出现色素脱失,导致皮肤出现浅色斑块。这种情况在深色皮肤上尤其明显。(来源:克劳斯·D·彼得)
白化病 是一种遗传性疾病,会(完全或部分)影响皮肤、头发和眼睛的颜色。该缺陷主要是由于黑素细胞无法产生黑色素。由于皮肤和头发中缺乏黑色素,白化病患者往往显得白色或非常苍白。回想一下,黑色素有助于保护皮肤免受紫外线辐射的有害影响。白化病患者往往需要更多的紫外线辐射保护,因为他们更容易晒伤和皮肤癌。他们还往往对光更敏感,并且由于视网膜壁缺乏色素沉着而存在视力问题。这种疾病的治疗通常涉及解决症状,例如限制皮肤和眼睛的紫外线照射。在 白癜风中,某些区域的黑素细胞失去产生黑色素的能力,可能是由于自身免疫反应。这会导致色块颜色丢失(图 9)。白化病和白癜风都不会直接影响个人的寿命。
肤色外观的其他变化可能表明与其他身体系统相关的疾病。肝脏疾病或肝癌会导致胆汁和黄色色素胆红素积聚,导致皮肤呈现黄色或黄疸(jaune 是法语中“黄色”的意思)。垂体肿瘤会导致分泌大量黑素细胞刺激激素(MSH),从而导致皮肤变黑。同样,阿狄森氏病会刺激释放过量的促肾上腺皮质激素(ACTH),从而使皮肤呈现深古铜色。氧合突然下降会影响肤色,导致皮肤最初变成灰白色(白色)。随着氧气水平的长期降低,深红色脱氧血红蛋白在血液中占主导地位,使皮肤呈现蓝色,这种情况被称为紫绀(kyanos是希腊语“蓝色 ”的意思)。当氧气供应受到限制时,例如当有人因哮喘或心脏病而呼吸困难时,就会发生这种情况。然而,在这些情况下,对肤色的影响与皮肤色素沉着无关。