Общебиологические процессы функционального изменения и возрастного старения кожи

Э. М. Орехова, д.м.н., профессор, Е. С. Васильева, к.м.н.

РНЦ восстановительной медицины и курортологии, Москва

Источник: Новые медицинские технологии / Новое медицинское оборудование 2008 № 12

Кожа как важнейший орган

Кожа является наиболее крупным органом человеческого тела — ее поверхность составляет 2 м2, а вес 15-20% веса тела. Каждый квадратный сантиметр кожи содержит 6*10 миллионов клеток, 5000 чувствительных окончаний и 15 сальных желез.

Кожа играет роль биологического барьера между внешней средой и организмом, выполняя функции первой линии защиты от вредных факторов, принимая на себя «удар». Она защищает организм от механических, физических, химических и температурных воздействий, препятствует проникновению в кровь микробов, различного вида излучений. В свою очередь, любые патологические изменения во внутренних органах отражаются на состоянии кожи и ее придатков. В ней происходят химические превращения веществ, находящихся в связи с обменными процессами других органов, например, процессы катаболизма белков, жиров и углеводов .

В коже располагаются многочисленные рецепторы, обеспечивая ее прямую связь с нервной системой и внутренними органами. Кожа депонирует кровь, лимфу, макро- и микроэлементы, временно задерживает белковые метаболиты, токсические вещества, выполняя при этом дезинтоксикационную функцию. Кроме того, кожа выводит из организма продукты метаболизма, токсины, излишки солей и воду, осуществляя выделительную функцию. Через кожный барьер выделяется около 9 грамм углекислоты и 3-4 грамма кислорода поглощается за сутки.

Известно, что в коже синтезируется под действием ультрафиолетовых лучей витамин Д, недостаток которого ведет к развитию рахита, остеопороза и других патологических состояний. Важна роль кожи в терморегуляции. Участие ее в поддержании температуры тела определяется наличием терморецепторов, потовых желез и сети кровеносных сосудов.

Кожу с ее кровеносными, лимфатическими сосудами, циркулирующими лимфоцитами и другими иммунными клетками выделяют как самостоятельную иммунологическую единицу.

Старение кожи

С течением времени и под влиянием факторов окружающей среды кожа начинает стареть. На скорость старения влияют множество экзогенных и эндогенных факторов. К внешним причинам старения кожи относятся влияние резких температурных колебаний, атмосферные загрязнения, хлорированная вода [48], ультрафиолетовое облучение.

Внутренние причины старения определяются наследственностью, интенсивностью обменных процессов, функционированием нервной, эндокринной и иммунной систем. Кожу относят к гормонозависимым органам. Так, половые гормоны (эстрогены и андрогены) влияют на митотическую функцию эпидермиса и дермы. Эстрогены способствуют поддержанию упругости и эластичности кожи, стимулируя синтез фибробластами коллагеновых, эластиновых волокон и гиалуроновой кислоты. Резкое снижение уровня эстрогенов у женщин в период менопаузы приводит к дегидратации кожного покрова и образованию морщин.

Gilchrest В.А. с соавторами (1982) отмечает снижение с возрастом числа кожных макрофагов, что отражается на иммунной функции кожи. Этим, в частности, объясняется замедление реакции гиперчувствительности у пожилых лиц. Снижение иммунного надзора над канцерогенезом ведет к учащению случаев опухолей кожи.

Наиболее выраженные изменения кожи определяются на открытых участках тела, которые подвергаются регулярному солнечному воздействию. В области мягких тканей лица, шеи, декольте, кистей рук раньше других участков кожи наблюдается обезвоживание, морщины, нарушение пигментации (пигментные пятна, желтый оттенок кожи), провисание кожи и формирование новообразований.

С возрастом отмечено уменьшение толщины эпидермиса, его атрофия. По мнению Balin А.К. (1989), Freinkel R.K. (2001) эти изменения связаны с уменьшением развития капиллярной сети, снижением количества сосочков дермы и цитоплазматических выступов на базальных клетках, что вызывает угнетение пролиферации в эпидермисе. К возрастным изменениям кожи относится замедление десквамации корнеоцитов, снижение синтеза липидов, уменьшение количества филаггрина, что приводит к трансэпидермальной потере воды и кожа становится сухой.

К описанным внешним маркерам старения относится изменение цвета кожи, появление пигментных пятен, обусловленные не только склерозированием кровеносных сосудов, но и уменьшением количества эпидермальных меланоцитов, неравномерным распределением меланина.

Наибольшие изменения, сопровождающие процесс старения, наблюдаются в дерме. Маркером старения дермы является уменьшение капиллярной сети. Известно, что внутрикожное сосудистое русло состоит из двух сетей: поверхностной (артериолы, капилляры, венулы), расположенной под базальной мембраной в сосочковом слое и глубокой, находящейся на границе с подкожножировой клетчаткой, состоящей из крупных артериоально-венозных сплетений, бедной капиллярами. С кровеносной системой кожи тесно связана лимфатическая сеть, выполняющая дренажную функцию.

Поверхностная лимфатическая сеть начинается из сосочковых синусов, образуя между артериальной и венозной сетями поверхностное лимфатическое сплетение. Из поверхностного сплетения лимфа оттекает в субдермальное лимфатическое сплетение.

В коже пожилых людей сосуды поверхностной и глубокой сетей частично склерозируются, частично расширяются с выходом плазменных элементов в окружающие ткани, что проявляется отечностью кожи, нарушением лимфооттока, вследствие чего развивается гипоксия тканей, накопление свободных радикалов и усугубление дистрофических процессов.

Один из главных важных признаков старения — появление морщин, возникает за счет уменьшения толщины дермы и изменения структуры коллагена. Verardi S. (2004) отмечает, что возрастные изменения кожи связаны с уменьшением числа фибробластов — коллаген-продуцирующих клеток. Коллаген — основная структурная часть дермы, обеспечивающая упругость и эластичность кожи.

Найдено более 20 генетических разновидностей коллагена.

Для коллагеновых белков характерна тканевая гетерогенность. Каждый тип соединительной ткани характеризуется наличием определенного типа коллагена. В дерме взрослого человека выделяют три основных интерстициальных типа коллагена — 1, 3 и 5 . Коллаген первого типа составляет около 80-90%, на долю коллагена третьего типа приходится 8-12% и 5% — составляют коллагены 4 и 5 типов.

В коже взрослого человека более тонкие волокна коллагена 3 типа оплетают волокна 1 типа и ориентируют их в пространстве. Коллаген 3 типа преобладает в фетальной и постнатальной коже, также его содержание увеличивается на первых стадиях репаративных процессов после повреждения кожи. Коллаген 1 типа синтезируется на более поздних стадиях заживления ран и становится до¬минирующим в рубцовой ткани.

С возрастом состояние межклеточного матрикса изменяется, в частности, отмечается достоверное снижение синтеза коллагена, уменьшение его количества и изменение структуры, а также соотношения между разными типами коллагена. В своих исследованиях Эпштейн продемонстрировал, что содержание коллагена 3 в фетальной коже и в коже новорожденных достоверно больше, чем у взрослых. Гетлингом (2002) доказано достоверное уменьшение соотношения коллагена 3 к коллагену 1 в процессе старения.

Тонковолокнистая структура ювенильной кожи обусловлена большим содержанием коллагена 3, который играет главную роль в формировании дермальной архитектуры. Иммунофлюоресцентные методы окрашивания дермальных фибробластов показывают значительное снижение флюоресценции с возрастом, что свидетельствует о снижении синтеза и содержания коллагена 3. Коллаген пятого типа объединен в фибриллах с коллагеном первого и третьего типов и участвует в регуляции диаметра фибрилл. Коллаген 6 типа распространен на всем протяжении дермы, связан с фибриллами и, предположительно, участвует в организации межуточного вещества дермы. Коллаген 4 встречается в базальной мембране, сосудах и придатках кожи. Коллаген 7 формирует якорные фибриллы в дермо-эпидермальной пластине и связан с фибриллами сосочкового слоя дермы.

Содержание коллагенов типа 4 и 7 уменьшается с возрастом, что более выражено у лиц, подвергавшихся длительной инсоляции. Кроме того, уменьшение крепящих фибрилл и формирующего их коллагена типа 7 приводит к ослаблению связи между дермой и эпидермисом и является одной из причин формирования морщин.

Эластин составляет всего 2% от общего количества белков дермы, однако он наделяет кожу эластичностью. Изменение эластиновых волокон способствует развитию вялости, провисанию кожи и, в конечном итоге, образованию морщин. С возрастом замечается нарушение структуры эластиновых волокон, а к 70 годам большинство из них разрушается. В эластиновых волокнах ретикулярного слоя дермы появляются лакуны, изменяется форма фибрилл, сетчатая структура теряет свои очертания. В сосочковом слое дермы окситалановые фибриллы, расположенные под базальной мембраной, постепенно редуцируются. Доказано снижение выработки эластина зрелыми фибробластами in vitro.

Количество протеогликанов, которые составляют 0,2% удельного веса дермы — хондроэтинсульфата, изменяются с возрастом. Исследования показывают, что количество гиалуроновой кислоты в стареющей коже уменьшается, а количество хондроэтинсульфата, наоборот, увеличивается. Калантаевская К.А. (1972) наблюдала снижение гидрофильности коллоидов, уменьшение их электрического заряда, что проявляется внешними изменениями зрелой кожи.

Процесс старения не минует и придатки кожи: уменьшается количество потовых желез и снижается их функция. Количество сальных желез увеличивается, но их секреторная функция снижается.

В секрете сальных желез содержатся три вида жирных кислот, триглицериды, сквален, холестерин и воск. С возрастом падает уровень сквалена в липидной пленке кожи, а вместе с ней и его антиоксидантные свойства, защищающие другие липидные компоненты кожи. Перекисное окисление липидов играет важную роль в старении кожи, в формировании злокачественных опухолей кожи, токсическом действии ксенобиотиков. В условиях окислительного стресса происходит химическая модификация аминокислотных остатков, образование внутри — и межцепочковых белковых мостиков, взаимодействие металлов и ферментов, приводящие к окислению лизина, гистидина, пролина и аргинина.

По данным хемо- и трихограмм отмечено с возрастом уменьшение количества волос, их диаметра и снижение процента волос, находящихся в фазе роста. За счет снижения функциональной активности фибробластов волосяной луковицы волосы седеют.

Существует несколько теорий, объясняющих возрастные изменения кожи

Одна из них имеет генетическое обоснование. По мнению J. Bowles (1998), один из первых механизмов старения возник в процессе эволюции, когда эукариотическая клетка стала использовать линейную ДНК, вместо кольцевой, что привело к появлению особого типа старения, при котором во время репликации ДНК подвергалась укорочению. В процессе эволюции этот механизм был усовершенствован появлением теломер на концевых участках линейной ДНК. Установлено, что укорочение теломер регулирует продолжительность жизни многоклеточного организма и приводит сначала к замедлению пролиферации клеток, а затем к полной остановке клеточного деления.

Другая гипотеза старения получила название теории пептидной биорегуляции. Согласно предложенной концепции, эндогенные пептидные биорегуляторы — цитомедины контролируют экспрессию генов и синтез белка в клетках, что препятствует возрастному накоплению всех количественных и функциональных изменений. Нарушение пептидной биорегуляции снижает устойчивость организма к дестабилизирующим факторам внешней и внутренней среды, что является одной из причин ускоренного старения.

Chiara De Luca (2004) в своих исследования придает основное значение теории свободных радикалов, согласно которой химические реакции участием свободных радикалов являются основ ной причиной старения, на которую накладыва ются генетические факторы и окружающая среда

Важнейшим биохимическим процессом, вызываемым действием этих факторов, является окислительный стресс [76]. Оксиданты в норме образуются в течение клеточного цикла и, при отсутствии регулирующих механизмов, могут вызвать структурные и функциональные изменения в организме. В условиях окислительного стресса изменяется биосинтез коллагена, супероксидный анион может вызвать распад этого полимера, увеличивая количество поперечных сшивок и делая его более хрупким или увеличивая скорость его синтеза, что приводит к увеличению фиброзного компонента ткани.

Активный кислород изменяет также структуру гликозаминогликанов межклеточного вещества кожи (гиалуроновой кислоты, дематансульфата, гепарина и хондроитинсульфата) путем их распада и деполимеризации.

Влияние свободных радикалов и других активных форм кислорода особенно выражено в клетках кожи, подвергавшихся ультрафиолетовому облучению. Концентрация свободных радикалов также повышается при курении и злоупотреблении высококалорийной пищи.

По мнению других авторов старение может развиваться вследствие неферментативной реакции моносахаридов с аминокислотами белков. Связанные белки приводят к образованию патологически измененных тканей, например, патологического коллагена. Это, в свою очередь, ведет к дезорганизации дермы и образованию морщин.

Таким образом, возрастные изменения кожи являются проявлением общебиологического процесса старения и подчинены законам фундаментальной геронтологии. В основе возрастных изменений кожи лежит, прежде всего, нарушение регуляции микроциркуляции, сопровождающееся застойными явлениями в интерстиции, истончение дермо-эпидермального соединения, уменьшение коллаген-продуцирующих фибробластов, изменение соотношения первого и третьего типов коллагена в сторону увеличения грубоволокнистого коллагена 1, повышение вязкости основного вещества дермы, а также нарушение вводно-электролитного баланса кожи и усиление трасэпидермальной потери воды.

Коррекция возрастных изменений кожи требует дифференцированного подхода и проведения комплексной диагностики состояния кожи с определением состояния гидролипидной мантии (корнеометрия) — состояния микроциркуляции (ЛДФ) и морфологии кожи (ультрасонография).