Сафари по коже. Удивительная жизнь органа, который у всех на виду - читать онлайн

1 Орган – швейцарский нож Множество слоев и жизней кожи

Мы постоянно видим кожу, и на себе, и на других. Но когда вы в последний раз по-настоящему на нее смотрели? Возможно, вы регулярно осматриваете себя в зеркале во время ежедневных процедур по уходу за кожей, но я имею в виду – правильно смотрели. И удивлялись. Удивлялись замысловатым неповторимым завиткам на кончиках пальцев, бороздкам и впадинам на ладонях. Удивлялись тому, как эта тонкая стенка может удержать внутренности внутри и не пропустить угрозу снаружи. Она царапается, сминается и растягивается тысячи раз в день, но не рвется – по крайней мере, не так просто – и не стирается. Она страдает от высокоактивного солнечного излучения, но не позволяет ему даже прикоснуться к внутренним органам. Множество самых смертоносных членов зала славы бактерий побывало на поверхности вашей кожи, но единицы из них смогли проникнуть сквозь нее. Хотя мы принимаем все это как должное, барьер, который создает кожа, абсолютно невероятен и постоянно поддерживает в нас жизнь.

Ничто так не подтверждает важность кожи, чем редкие, но от этого не менее печальные истории о том, как кожа терпит поражение. 5 апреля 1750 года, тихим весенним утром в Чарльз-Тауне (сейчас Чарльстон), Южная Каролина, назначенный недавно преподобный Оливер Харт спешил на срочный вызов. Харт был необразованным плотником из Пенсильвании, который привлек внимание руководства церкви в Филадельфии и в двадцать шесть лет получил должность пастора в Первой баптистской церкви Чарльз-Тауна (позже он стал влиятельным американским священнослужителем). Его дневник – это удивительная капсула времени, рассказывающая о сложностях жизни Америки восемнадцатого века: бушующих болезнях, ураганах и стычках с британцами. В одной из первых записей, написанной в первые несколько месяцев службы, Харт описывает детали срочного визита к новорожденному ребенку одного из членов общины, потому что то, что он обнаружил, было не похоже ни на что виденное ранее:

Эта запись – первое известное описание ихтиоза арлекина[5], редкого и страшного генетического заболевания кожи. Мутация одного гена, который называется ABCA12, сокращает производство кирпичей (белков) и строительного раствора (жиров), которые формируют stratum corneum, внешний роговой слой кожи[6]. Ненормальное развитие выражается в появлении утолщенных, напоминающих рыбью чешую областей (ichthys – с древнегреческого «рыба») и незащищенных трещин между ними. Исторически дети с ихтиозом арлекина умирали в течение нескольких дней из-за разрушенного барьера, который выпускал наружу хорошее – что вело к серьезной потере жидкости и обезвоживанию – и впускал плохое – например, возбудителей болезней. Без кожи, регулирующей температуру тела, такое состояние также грозит постоянным риском опасной для жизни гипертермии или гипотермии (проще говоря, перегрева или переохлаждения)[7]. Для этой ломающей жизнь болезни до сих пор нет лечения, хотя современные методы интенсивного ухода помогают восстановить защитную функцию кожи и позволяют некоторым детям с заболеванием дожить до взрослого возраста, хотя и под постоянным наблюдением врачей.

Мы так легко принимаем как должное бесчисленные роли, которые самый сложный орган играет в нашей жизни, не говоря о его самой прозаичной функции – барьера. Но неправильно сформировавшаяся кожа может оказаться смертным приговором. Чтобы понять красоту и сложность самого большого органа, представьте, что вы сели в микроскопическую шахтерскую вагонетку и спускаетесь через два отдельных, но одинаково важных слоя: эпидермис и дерму.

Наружный слой, находящийся на внешних границах тела – это эпидермис (буквально «на дерме»). Обычно его толщина составляет меньше 1 мм, ненамного толще этой страницы, но на него возложены почти все защитные функции кожи. Он справляется со всеми видами повреждений, которые получает намного чаще, чем любые другие ткани организма. Его секрет – многослойные живые кирпичики, кератиноциты[8]. Эпидермис состоит из 50-100 слоев кератиноцитов, именуемых так по названию их основного белка кератина. Кератин невероятно прочен – из него состоят как наши волосы и ногти, так и неразрушимые когти и рога представителей животного мира. Само слово «кератин» происходит от греческого Keras, «рог» (как и английское название носорога, rhinoceros). Если бы вы смогли посмотреть на свою ладонь с увеличением в 200 раз, вы бы увидели твердые перекрывающиеся кератиновые чешуйки, напоминающие броню броненосца. Этот биологический доспех – кульминация интереснейшей жизни кератиноцита.

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 болезнью, разрушающей жизнь, долго считалась чисто «внутренним» заболеванием, внутренним нарушением баланса в организме, проявляющимся в повреждении кожи[16]. Тем не менее, в 2006 году исследование, проведенное командой Университета Данди, обнаружило, что мутации гена, несущего код белка филаггрина[17], тесно связаны с экземой[18]. Филаггрин жизненно важен для целостности барьерного рогового слоя кожи. Он скрепляет мертвые, накладывающиеся друг на друга кератиноциты и естественным образом увлажняет этот слой эпидермиса. Потеря этого белка вызывает трещины, которые ослабляют стенку, позволяя аллергенам и микробам из внешней среды проникнуть в кожу, и вызывают потерю воды. Эта «внешняя» модель предполагает, что экзема (или как минимум многие ее случаи) вызвана скорее структурными нарушениями в защитном барьере кожи, чем внутренними сбоями иммунной системы. Она также может объяснить, почему люди с экземой сталкиваются с сезонными изменениями кожи. Исследование, опубликованное в Британском журнале дерматологии в 2018 году, обнаружило, что зимой – по крайней мере, в северных широтах – выработка филаггрина сокращается и клетки рогового слоя съеживаются под воздействием холода, уменьшая эффективность защиты[19]. Это помогает объяснить, почему экзема обостряется зимой, и исследователи советуют тем, кто в группе риска, использовать в этот период дополнительные смягчающие средства. Около половины людей с тяжелой экземой являются носителями мутантного гена филаггрина, и, хотя это не единственная причина этого комплексного заболевания – в числе других причин находятся внешняя среда и иммунная система – мы знаем, что главным фактором служит дисфункция защитного барьера.

Хотя эпидермис – это самая доступная часть самого заметного органа, мы все еще открываем его секреты. В последние годы стало очевидно, что эпидермис более динамичен, чем когда-либо считалось. Новые свидетельства предполагают, что клетки кожи содержат сложные внутренние часы, которые подчиняются двадцатичетырехчасовому ритму «главных часов», тикающих в области мозга, которая называется гипоталамус[20]. Ночью кератиноциты активно растут, подготавливая и защищая наружный барьер от воздействия солнечного света и повреждений, которые появятся днем. В течение дня эти клетки выборочно включают гены, связанные с защитой от ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения. Исследование 2017 года шагнуло дальше и обнаружило достаточно примечательный факт – ночное обжорство может на самом деле привести к солнечным ожогам[21]. Если мы едим поздно вечером, часы нашей кожи решают, что наступило время обеда и соответственно отключают активности генов, отвечающих за защиту от утреннего УФ-излучения, и из-за этого мы на следующий день остаемся с ослабленной защитой. Так что в то время как все больше исследований показывают, что недостаток сна губителен для общего физического и душевного здоровья, теперь видно и то, что коже дополнительный сон тоже выгоден. Хотя эпидермис создан для контакта с окружающим миром, но все больше ясно, что он смотрит и на внутренние факторы, даже на то, в какое время мы едим.

Под эпидермисом находится совершенно другой слой – дерма. Дерма составляет большую часть толщины кожи, и в ней происходит очень разнообразная активность. Представьте, что эпидермис – это крыша завода, с которой можно заглянуть в оживленный цех. Кабели нервных волокон и трубы кровеносных и лимфатических сосудов змеятся вокруг возвышающихся источников белка, а пространство вокруг них наполнено разнообразными рабочими – специализированными клетками.

Если кератиноциты – самые важные клетки эпидермиса, то в дерме это место отведено фибробластам – рабочим-строителям. Эти клетки производят белки, которые служат строительными лесами кожи: волокна коллагена придают коже силу и объем, а эластин позволяет ей растягиваться и восстанавливаться после деформаций. Пространство между этими несущими конструкциями заполнено гелеобразной матрицей, богатой живыми молекулами, например, гиалуроновой кислотой, которая несет множество функций, в том числе восстанавливает ткани после повреждений от солнца. Общая длина кровеносных сосудов в коже – одиннадцать миль[22], этого достаточно, чтобы соединить Европу и Африку через Гибралтарский пролив. Сосуды доставляют питательные вещества развивающемуся эпидермису и многим специализированным структурам дермы.

В дерме находятся собственные миниатюрные органы кожи – потовые железы, сальные железы и волосяные луковицы, которые и определяют нашу кожу как человеческую. Если вы спросите у любой аудитории, что именно позволило нашему виду выжить, развиться и безоговорочно покорить планету, вы можете услышать в ответ «сложный мозг» или «противопоставленный большой палец», но человечества бы не случилось, если бы не уникальные, хотя и не слишком романтичные, свойства нашей кожи – отсутствие шерсти и способность потеть.

Независимо от температуры снаружи, нашему телу необходимо балансировать на тонкой линии между 36° C и 38° С, а температура выше 42 градусов для нас смертельна. Высокоразвитый, но чувствительный к жаре человеческий мозг не смог бы распространиться по всей планете без способности тела передвигаться на большие расстояния в жарком климате. Это было возможно только благодаря работе эккриновых потовых желез[23]. Этот вид потовых желез по форме напоминает длинные макаронины, один конец которых свернут в спираль в глубине дермы, а другой выходит к поверхности, заканчиваясь устьем. На коже около четырех миллионов этих желез, и все вместе они способны произвести буквально ведро пота ежедневно, а у некоторых людей выделяется три литра пота в час. В жаркие дни чувствительный гипоталамус отмечает повышение внутренней температуры тела и отправляет через автономные (работающие без участия сознания) нервы сигналы эккриновым железам, приказывая им вывести пот на поверхность кожи. Когда пот – по большей части состоящий из воды со следовыми количествами солей – оказывается на голой коже, он быстро испаряется. Процесс испарения удаляет высокоэнергетические, содержащие жар молекулы из организма, немедленно охлаждая кожу и кровеносные сосуды дермы. Охлажденная венозная кровь затем возвращается из кожи к органам, предотвращая опасный для жизни подъем температуры.

Эккриновые потовые железы есть по всей поверхности тела, но больше всего их на ладонях и ступнях. Тем не менее, эти области не выделяют много пота в ответ на жару или на нагрузку. Вместо этого железы на руках и ногах чутко реагируют на другой стимул для наших автономных нервов – на стресс. Это объясняет, почему у нас ладони становятся влажными независимо от температуры, когда мы сидим под дверью комнаты для собеседований. Возможно, это покажется неожиданным, но пот на ладонях и ступнях на самом деле увеличивает трение и способность кожи сцепляться с поверхностью, поскольку тело готовится вступить в схватку с врагом или взобраться на дерево. Пот нужен, в том числе, для самозащиты.

Но пот – только одна из составляющих терморегуляции кожи. Кровеносные сосуды дермы, на которые также воздействуют нервы, либо расширяются, чтобы отвести тепло от тела, либо сужаются, чтобы сохранить его. По сравнению с другими млекопитающими, на теле человека волосы практически отсутствуют, и это критично для испарения, с помощью которого мы теряем тепло. И напротив, когда нам нужно согреться, у нас может не быть толстого слоя меха, но волосяные луковицы начинают работать над созданием другого покрова. Волоски на нашей коже обычно просто лежат на ней, но, когда становится холодно, мышцы, поднимающие волос, которые прикрепляются к каждой волосяной луковице, сокращаются. Из-за этого сокращения волосы поднимаются, удерживая тонкий слой теплого воздуха у поверхности кожи и создавая временное укрытие. Термостат кожи ходит по тонкой грани, постоянно проверяя температуру и реагируя на нее, и этим поддерживает жизнь.

Другой тип потовых желез в дерме – апокриновые железы. Апокриновые железы физически устроены так же, как эккриновые, но их маслянистые выделения послужили в развитии человечества совершенно другой цели. Апокриновые железы находятся в подмышках, на сосках и в паху, что указывает на их явную роль в занятиях любовью.

Выделения апокриновых желез сами по себе не имеют запаха, но содержащийся в них коктейль из белков, стероидных гормонов и липидов – это настоящий пир для легионов бактерий, живущих на коже и перерабатывающих все это в не такой уж приятный запах тела. Долгое время считалось, что эти естественные «духи» содержат феромоны, химические соединения, которые запускают физическую или социальную реакцию у других людей. Хотя наука до сих пор не обнаружила молекул, которые могли бы повлиять на привлекательность, тем не менее, люди удивительно умело определяют «запах партнера». Если понюхать любимого человека, это запустит счастливые воспоминания и снизит уровень стресса[24].

Апокриновый пот – это еще и любовное зелье. Все указывает на то, что запах пота может играть роль в сексуальной готовности. В 2010 году в Университете Флориды исследователи предложили бесстрашным (ну или согласившимся за хорошее вознаграждение) мужчинам понюхать нестиранные футболки женщин-добровольцев. Интересно, что уровень тестостерона поднялся только у тех мужчин, кому достались футболки женщин, у которых была овуляция[25]. Это «изучение потных футболок» впервые было проведено в 1995 году швейцарским ученым Клаусом Ведекиндом[26], и оригинальный эксперимент показал потрясающие результаты. Сорок четыре участника-мужчины должны были не мыться и не менять футболку два дня. Затем футболки поместили в неподписанные коробки. Сорок девять женщин оценивали запах коробок, распределяя их по интенсивности, приятности и даже сексуальности. Результат был ошеломительным – оказалось, что женщин больше привлекал запах мужчин, гены главного комплекса гистосовместимости[27] (ГКС) которых отличались от их собственных[28]. Эти гены отвечают за способность организма узнавать чужеродные молекулы (и, следовательно, опасных микробов), и они эффективно определяют рамки нашего иммунитета. У одного человека не может быть полного набора этих генов, вместо этого по человеческой популяции распределено бесчисленное количество вариаций. Такое разнообразие означает, что любой существующий микроорганизм будет опознан иммунной системой, по меньшей мере, нескольких человек и, например, эпидемия нового вида гриппа никогда не сможет уничтожить все человечество. Выбор партнера с непохожими генами имеет очевидное значение с точки зрения предотвращения близкородственной связи, но исследования показывают, что потомки партнеров с различными ГКС обладают более разнообразной и зачастую более сильной иммунной системой, чем дети от связи людей с более похожими генами ГКС[29]. Вероятно, связь между кожей и носом, возможная благодаря апокриновым потовым железам, на самом деле может спасти нас от вымирания.

Последний вид желез в дерме – это сальная железа, источник жира для кожи. Этот крохотный мешочек присоединен к волосяной луковице и выделяет маслянистую субстанцию, которая распределяется по волосу и по коже, смазывая их и помогая эпидермису оставаться водонепроницаемым. Кислоты в секрете сальных желез также помогают сохранять на поверхности кожи слабокислую среду (от pH4.5 до pH6), что отпугивает потенциально опасных бактерий, а те из них, кто адаптировался к кислой среде, не смогут выжить, если просочатся сквозь кожу и попадут в щелочную среду крови. В то время как нервы стимулируют потовые железы, на сальные железы больше всего влияют половые гормоны. Это может быть проблемой в подростковом возрасте, когда возросший уровень тестостерона запускает избыточную выработку кожного сала, что ведет к появлению акне.

У дермы в арсенале множество инструментов, и мы продолжаем обнаруживать новые. В 2017 году исследователи из Кембриджского университета и Каролинского института в Швеции выяснили, что кожа мышей и, возможно, человеческая тоже, помогает контролировать кровяное давление. Кожа содержит белки под названием «факторы, индуцируемые гипоксией» (HIFs), которые влияют на сокращение и расширение – и, соответственно, на сопротивляемость – кровеносных сосудов дермы. Если коже не хватает кислорода, эти белки вызывают срочный десятиминутный подъем кровяного давления и частоты сердечных сокращений, за которым следует падение и возвращение в норму в течение сорока восьми часов[30]. Девять из десяти случаев высокого кровяного давления у людей случаются по неизвестным причинам[31], но иногда ответ может быть в коже.

Из всего разнообразия рабочих клеток, населяющих «город» дермы, самые впечатляющие, пожалуй, иммунные клетки. Кожа на постоянной основе подвергается бомбардировке бесчисленными микроорганизмами, поэтому неудивительно, что она имеет грозное вооружение из разных видов специализированных иммунных клеток. Хотя большинство иммунных клеток кожи располагается в дерме или в ней же собирается на битву, они полагаются на стражей, которые обитают в верхнем слое эпидермиса и предупреждают о приближении чужаков. Эти стражи носят имя клеток Лангерганса[32]: их открыл в 1868 году немецкий биолог Пауль Лангерганс в нежном возрасте двадцати одного года. Когда потенциально опасные бактерии начинают просачиваться сквозь эпидермис, клетки Лангерганса обнаруживают вторжение[33]. Затем они поглощают маленькие молекулы бактерий и расщепляют их на еще более мелкие части. Эти крохотные фрагменты называются эпитопы[34] и у каждого вида бактерий они уникальны. Затем клетки Лангерганса помещают эти бактериальные эпитопы на свою поверхность, как штрих-коды.

Дальше происходит нечто невероятное. Клетки Лангерганса, удерживая захваченный бактериальный штрих-код, отправляются в дальнее путешествие от кожи к лимфоузлам. С помощью серии невероятно сложных взаимодействий, многие из которых мы еще не поняли, клетки Лангерганса показывают Т-клеткам «сводку с фронта» – где именно на коже происходит битва и с каким именно врагом. Т-клетки передают сигнал другим клеткам и организуют общий иммунный ответ любому вторжению[35].

Еще более примечательное свойство этого ответа – то, что многие Т-клетки, например, B-клетки, производящие антитела, «запоминают» виды бактерий и, если в будущем этот вид бактерий снова прорвет оборону кожи, с ним можно будет справиться быстрее.

ИМУННЫЕ КЛЕТКИ

Еще один пример такого сложного, скоординированного точечного удара иммунной системы – это зудящая, болезненная сыпь, которую вызывает ядовитый плющ. Когда лист ядовитого плюща контактирует с кожей, он оставляет на ней крохотные молекулы масла под названием урушиол[36], которые начинают просачиваться сквозь эпидермис глубже в дерму. Некоторые молекулы связываются с белками, находящимися на поверхности клеток кожи. Так сложилось, что у большинства людей иммунная система распознает эти специфические соединения белков и масла как опасные чужеродные микробы. Клетки Лангерганса проводят ту же операцию, что и с забором бактериальных белков, захватывая молекулы соединения белка и масла, переносят его к лимфоузлам в глубине организма и представляют Т-клеткам. Когда кожа впервые контактирует с ядовитым плющом, аллергическая реакция не проявляется, но организм уже взбудоражен и готов к действию. При следующем контакте этого участка кожи с растением Т-клетки организма организуют полномасштабную атаку, ошибочно считая, что произошло бактериальное вторжение. Поднятые по тревоге Т-клетки разрушают и клетки Лангерганса, содержащие молекулы урушиола, и окружающие их здоровые клетки кожи, запуская воспаление, которое вызывает такие же симптомы, как реакция кожи на инфекцию – зуд, раздражение и волдыри.

Иммунная система кожи содержит много других видов оружия, каждый из которых реагирует на определенную ситуацию, чтобы уберечь нас от опасности. Наша дерма полна шарообразных, покрытых пятнам клеток, которые называются тучные клетки. Они – противопехотные мины нашей кожи, под завязку набитые мощными молекулами, самый заметный из которых – гистамин. Он вызывает симптомы воспаления и аллергии. Если хотите поэкспериментировать, поцарапайте кожу на кисти ногтем или острым предметом, например, карандашом. Произойдут три вещи. Сначала в течение нескольких секунд появится красная линия. Ее появление вызвано тем, что тучные клетки выпускают в окружающую их среду содержимое, и гистамин расширяет маленькие кровеносные сосуды дермы, чтобы увеличить приток крови к поврежденной области. Затем, через минуту или две, покраснение распространится шире, вокруг границ царапины. Это называется аксонный рефлекс, при котором гистамин активирует нервные окончания, в свою очередь отправляющие сигналы к спинному мозгу и обратно к коже. Эти сигналы велят еще большему количеству сосудов в коже вокруг повреждения немедленно расшириться. Наконец, вокруг изначальной красной линии появляется припухлость. Это происходит из-за того, что расширение кровеносных сосудов повышает их проницаемость и плазма крови (жидкость, в которой плавают клетки крови) вытекает из сосудов в окружающие ткани. Это вызывает отек, который практически всегда сопровождается воспалением. Воспаление как ответ на повреждение играет очень важную роль в борьбе против ран и заражения – делая доступными все пути к пораженному участку, кожа позволяет иммунной системе быстрее определить, чем именно вызвано повреждение.

Во время одной особенно скучной лекции в медицинском университете один из моих друзей предложил мне поучаствовать в необычной игре. Мы могли писать на его коже, всего лишь слабо нажимая на нее кончиком карандаша. Обычно это заканчивалось игрой в крестики-нолики. Опухшие следы от нашей писанины могли исчезать больше чем за час, потому что у него был дермографизм (в буквальном переводе с греческого – «кожепись»), вызванный избытком гистамина, выделяемого тучными клетками. Такая избыточная реакция встречается у 5 процентов населения по всему миру, но ее причина на данный момент не ясна[37].

Наша иммунная система – это одна из самых быстро развивающихся областей науки, и кожа – это потрясающая лаборатория. Постоянно открываются новые виды взаимодействия и даже новые виды клеток. В лаборатории кожной иммунологии Оксфордского университета мне довелось изучать роль иммунных клеток кожи под названием «врожденные лимфоидные клетки». Эти клетки были неизвестны до 2010-х годов[38]. В последние годы манипуляции иммунитетом с использованием биологии – виды терапии, задействующие определенные иммунные клетки – поставили дерматологию с ног на голову. Например, чешуйчатые образования при псориазе – это результат избыточного роста эпидермиса, вызванного сбоем иммунной системы. Для кого-то эти участки кожи – просто зудящая неприятность, но в серьезных случаях они могут сильно влиять на качество жизни. Новые биологические виды лечения привели к уменьшению проявлений болезни у 75 % пациентов. С развитием новых лекарств и подбором лечения соответственно генетическому коду это число становится еще выше и очень похоже, что сильный псориаз вскоре останется в прошлом.

Наши эпидермис и дерма очень разные, но при этом тесно связаны. Оба с помощью толстых, похожих на шурупы молекул белка привязаны к тонкой «базальной мембране», которая их разделяет. Слои пересекаются с помощью неровной поверхности, и дерма прорастает в эпидермис с помощью рядов выступов. Эти выступы ярче всего выражены на кончиках пальцев рук и ног, где они образуют спирали нашей индивидуальности – отпечатки пальцев. Посмотрите на подушечку своего большого пальца, приглядитесь к хребтам и долинам, которые составляют ее ландшафт. Если вы не принадлежите к одной из четырех семей с адерматоглифией (генетическое отсутствие отпечатков пальцев), то вы увидите один или несколько из трех основных узоров: завиток – круглая спиральная форма, петля, которая начинается с одной стороны пальца, закручивается и возвращается на эту же сторону, и дуга, которая поднимается с одной стороны, изгибается вверх и заканчивается на другой стороне.

Отпечатки пальцев формируются в утробе и создаются с участием как генов, так и случайных факторов. Взгляд на отпечатки пальцев близких родственников указывает на генетическую составляющую – общий рисунок будет похож на ваш. Но даже если узор в общих чертах может казаться одинаковым, его мелкие части настолько уникальны, что различаются даже у идентичных близнецов. Но есть ли у отпечатков смысл? Устоявшееся мнение, что они позволяют крепче держаться за предметы, было оспорено исследованиями, которые показали, что выступы на самом деле уменьшают трение между пальцами и другими поверхностями[39].

ОТПЕЧАТКИ ПАЛЬЦЕВ

Другое предположение заключается в том, что они увеличивают тактильную чувствительность кожи. Также в этих областях сложнее натереть мозоли, поэтому они могут играть роль в снижении трения. Но в настоящее время функция отличительного знака нашей кожи все еще остается такой же загадочной, как и его индивидуальность. Но что мы точно знаем, так это то, что независимо от того, как растут наши пальцы, отпечатки остаются неизменными от рождения до смерти.

Фундаментальное значение буквально неразрывной связи между эпидермисом и дермой наиболее заметно на примере тех, кому этой связи не хватает. Представьте, что каждый раз, как вы почешетесь или зацепитесь ногой за ножку стола, у вас будет слезать кожа. Мозоль размером с монетку на ступне может причинять ужасную боль, но что, если 80 % вашей кожи – одна сплошная рана?

Хассан, семилетний сирийский иммигрант, живущий в Германии, родился с генетическим заболеванием – буллезным эпидермолизом, при котором белок, связывающий дерму и эпидермис, отсутствует. Усилие, нужное, чтобы повернуть ручку двери, может содрать эпидермис с его руки, вызвать сильную боль и разрушить барьер кожи, выпуская наружу воду и впуская микробов внутрь. Участки здоровой кожи у Хассана остались только на лице, левом бедре и в нескольких местах на туловище. В таком состоянии он бы долго не прожил. Почти половина детей с этим диагнозом не доживает до совершеннолетия.

Врачи Хассана в университетской детской больнице в Бохуме, Германия, пытались использовать общепринятое лечение с помощью пересадки кожи отца мальчика, но его тело отторгло чужую ткань. В 2015 году врачи решили обратиться за помощью к доктору Микеле де Люка и его команде из Университета Модены и Реджо-Эмилии, Италия. Группа разрабатывала несколько интересных способов выращивания здоровой кожи в лабораторных условиях, но они еще не испытывались на людях – что уж говорить о мальчике, у которого здоровой была только пятая часть кожи. Тем не менее, у Хассана взяли клетки оставшегося здорового эпидермиса и поместили в лабораторную чашку. Буллезный эпидермолиз вызван мутацией гена LAMB3, который отвечает за формирование мембраны между дермой и эпидермисом. Поэтому итальянские ученые заразили эти клетки вирусом, содержащим здоровую версию гена, то есть генетически модифицировали их. Затем команда вырастила в лаборатории девять квадратных футов (около 0,85 кв. метра) этой обновленной кожи и с помощью двух операций укрыла открытую израненную кожу мальчика новым покровом. Весь процесс занял приблизительно восемь месяцев.

Тело Хассана не отторгло новую кожу, и впервые в жизни у него появился защитный внешний барьер. Но это было не самое примечательное открытие. Когда спустя два года после экспериментальной операции исследование было опубликовано, кожа Хассана все еще была здоровой[40]. Стволовые клетки, появившиеся в новой коже, сформировали совершенно новый базальный слой, постоянно производящий свежие, здоровые клетки кожи. В случае Хассана наш забытый орган послужил лабораторией сразу для двух важных полей революционной медицины – для терапии стволовыми клетками и генной терапии.

Продвигаясь в глубину кожи, мы перестаем различать, где заканчивается кожа и начинаются другие ткани. Матрица из коллагена и эластина в дерме постепенно уступает место бесформенной области, населенной адипоцитами, или жировыми клетками. Считать эту область, известную как гиподерма (или подкожная жировая клетчатка), третьим, отдельным слоем кожи или не относить к коже вообще – это только вопрос трактовки. Этот нелюбимый слой может казаться совершенно неинтересным, но адипоциты важны для хранения энергии, изоляции нашего организма от внешней среды и создания незаменимого слоя подкладки. В гиподерме также много сосудов, превращающих ее в идеальную среду для введения лекарств, например, инсулина.

Как бы то ни было, мы обычно имеем дело с гиподермой в виде нашего творожистого компаньона – целлюлита. Это выпадение наружу подкожного жира превращает кожу в подобие апельсиновой корки, покрытое ямочками. Это не болезнь, а естественный процесс, с которым сталкиваются практически все половозрелые женщины. Целлюлит встречается у 90 % женщин и только у 10 % мужчин, и это связано со строением подкожной жировой клетчатки. Подкожный жир удерживается на месте с помощью коллагеновых волокон, спускающихся из дермы. У женщин эти волокна расположены параллельно, как колонны в греческом храме. Под действием сложной смеси из гормонов, генетики, возраста и набора веса (хотя целлюлит часто встречается и у молодых, спортивных и худых женщин) адипоциты могут выпадать в дерму, образуя целлюлит. У мужчин коллагеновые волокна расположены крест-накрест, подобно готическим аркам, и удерживают жировую ткань в подкожном слое.

Кожа невероятна. Находясь на внешних границах тела, она одновременно и защищает нас от внешнего мира, и связывает с ним. Она знакома и в то же время полна загадок, и наука показывает, что чем внимательнее мы смотрим на кожу, тем больше узнаем о самих себе. И впереди еще очень много открытий.