skóra jest barierą między ludzkim ciałem a środowiskiem zewnętrznym . Chroni organizm przed egzogennymi czynnikami chemicznymi i fizycznymi, bierze udział w procesach metabolicznych, pełni funkcję resorpcyjną i termoregulacyjną, będąc pierwszą linią obrony przed patogennymi mikroorganizmami, bierze udział w procesach immunologicznych .
złożona struktura ludzkiej skóry i jej właściwości fizykochemiczne sprawiają, że staje się ona skuteczną zewnętrzną linią obrony przed czynnikami egzogennymi i pomaga utrzymać homeostazę ludzkiego ciała. Rolę tę odgrywa bariera naskórkowa, w której szczególnie ważną funkcję pełni warstwa rogowa naskórka . Składa się z 15-20 warstw w pełni zrogowaciałych keratynocytów – korneocytów. W dolnej części zrogowaciałej warstwy komórki ściśle przylegają do siebie, podczas gdy w górnej części są ułożone luźno i ulegają skalowaniu. Budowa warstwy rogowej przypomina ścianę, w której korneocyty stanowią cegłę, a obfita w tłuszcz macierz międzykomórkowa stanowi cement . Wnętrze komórek warstwy rogowej wypełnione jest włóknami cytokeratyny połączonymi filagryną. Komórki te otoczone są sztywnym, zakrzywionym otoczeniem zbudowanym głównie z białka lorikryny, wchodzącym w skład tzw. otoczki białkowo-lipidowej . Otoczka jest połączona z pozakomórkową matrycą ciekłokrystaliczną i stanowi granicę między hydrofilową powierzchnią komórek a lipofilowymi niepolarnymi kwasami tłuszczowymi matrycy otaczającej korneocyty .
grubość zewnętrznej warstwy naskórka, wielkość korneocytów i skład powierzchownych lipidów wpływają na właściwości regeneracyjne skóry, co przyczynia się do różnych przebiegu chorób dermatologicznych i procesu gojenia. Obszary anatomiczne z grubym naskórkiem są bardziej odporne na czynniki zewnętrzne . Z drugiej strony obszary o stosunkowo cienkiej warstwie zrogowaciałej, takie jak twarz, charakteryzują się dużą podatnością na czynniki szkodliwe, ale także zdolnością do bardzo szybkiego przywrócenia funkcji barierowej. Wiąże się to z dużą aktywnością proliferacyjną, a więc szybką regeneracją naskórka, intensywnym unaczynieniem, dobrym nawilżeniem oraz obecnością wielu gruczołów potowych .
stan bariery naskórkowej zależy od jej właściwości fizycznych, takich jak ilość wytwarzanego sebum, nawilżenie naskórka, transepidermalna utrata wody i gradient pH między powierzchnią skóry a wnętrzem ciała . Na modyfikację ww. procesów wpływa wiele czynników indywidualnych i środowiskowych, w tym wiek, płeć, rasa, anatomiczny obszar skóry, intensywność potu, temperatura skóry i temperatura otoczenia, wilgotność powietrza, pora roku, rytm dobowy, równowaga hormonalna i wiele innych .
powierzchnia zrogowaciałej warstwy pokryta jest warstwą lipidową, która odgrywa bardzo ważną rolę w funkcjonowaniu bariery naskórkowej. Pochodzi z dwóch źródeł: sebum wydzielanego przez gruczoły łojowe, stanowiące największą część płaszcza lipidowego, oraz lipidy naskórkowe, stanowiące część zrogowaciałej warstwy naskórka . Grubość płaszcza lipidowego wynosi od 0,5 do 5 µm, w zależności od liczby gruczołów łojowych w danym obszarze .
lipidy macierzy międzykomórkowej warstwy rogowej naskórka rozwijają się w procesie konwersji ich prekursorów dostarczanych przez wielowarstwowe krwinki Odlanowe warstwy ziarnistej . Lipidy polarne są przekształcane w niepolarne, hydroliza glikolipidów wytwarza ceramidy, natomiast fosfolipidy są metabolizowane do wolnych kwasów tłuszczowych. W wyniku tych procesów powstaje struktura składająca się z ciasno upakowanych lameli, ułożonych równolegle do powierzchni komórek naskórka . Lipidy międzykomórkowe to głównie sfingolipidy lub ceramidy (45-50%), a także cholesterol (20-25%), nasycone wolne kwasy tłuszczowe (10-15%) i niewielkie ilości niepolarnych lipidów . W ludzkiej skórze możemy wyróżnić dziewięć podklas ceramidów oznaczonych od 1 do 9, w zależności od budowy chemicznej głównej grupy. Ułamki długości łańcucha węglowego od C24 do C26 występują najczęściej wśród ceramidów. Ceramid, który odgrywa główną rolę w naskórku, to kwas linolowy . Z drugiej strony, wśród wolnych kwasów tłuszczowych dominują te o długości łańcucha C22 i C24. Około 2-5% składników matrycy stanowi siarczan cholesterolu, który jest odpowiedzialny za hamowanie enzymów proteolitycznych, trawiących związki desmosomu między komórkami naskórka .
Sebum jest lepką cieczą i jest mieszaniną niepolarnych lipidów. Składa się on z trójglicerydów (∼16%), wolne kwasy tłuszczowe (∼33%), estrów woskowych (∼26%), skwalen (∼12%), estry cholesterolu (∼3%) i cholesterolu (∼1.5%) . Dominującymi kwasami tłuszczowymi są niezbędne kwasy tłuszczowe o długości łańcucha węglowego C16 i C18, przy czym dominującym kwasem jest kwas oleinowy . Wśród nasyconych kwasów tłuszczowych najczęściej występuje kwas palmitynowy. Skład sebum jest stosunkowo stały, a jego zmiany mogą pociągać za sobą niektóre choroby skóry. Największe zmiany w składzie sebum obserwuje się u młodzieży, podczas nasilonej hydrolizy trójglicerydów do wolnych kwasów tłuszczowych. Produkcja sebum jest procesem bardzo dynamicznym, uwarunkowanym indywidualnymi cechami i czynnikami środowiskowymi. Obserwowana produkcja sebum jest większa u mężczyzn niż u kobiet . Produkcja sebum zależy od gęstości, lokalizacji i aktywności gruczołów łojowych . W takich obszarach, jak skóra głowy, strefa T twarzy, mostek lub obszary międzyżuchwowe, ich gęstość wynosi 900 na centymetr kwadratowy skóry, ale w innych miejscach obserwuje się mniej niż 100 gruczołów łojowych na centymetr kwadratowy .
Sebum bierze udział w tworzeniu trójwymiarowej struktury lipidów naskórka, co pomaga utrzymać jego integralność . Tworzy warstwę ochronną przed namnażaniem się drobnoustrojów chorobotwórczych, posiadając zarówno właściwości prozapalne, jak i przeciwzapalne . Ilość wytwarzanego sebum wpływa na wzrost kolonizacji licznymi mikroorganizmami, które pozyskują z sebum substancje odżywcze, np. Propionibacterium acnes czy drożdże Malassezia . Sebum stanowi rodzaj izolacji przed nadmierną wilgotnością i wahaniami temperatury otoczenia . Ponadto pomaga utrzymać zdolność wiązania wody naskórka . Prawidłowa produkcja sebum koreluje z wysokim poziomem nawilżenia zrogowaciałej warstwy . Dzięki swoim właściwościom fizykochemicznym wpływa na selektywne przenikanie związków nanoszonych na skórę . Ponadto ma właściwości antyoksydacyjne i chroni skórę przed promieniowaniem UBV, co jest związane z dysfunkcją acetylohydrolazy II aktywującej płytki łojowe .
lipidy zrogowaciałej warstwy odgrywają bardzo ważną rolę w regulacji wchłaniania różnych związków z powierzchni skóry . Istnieją dwa sposoby wchłaniania: przez naskórek i przez wyrostki skóry. Głównym sposobem jest selektywne wchłanianie przez naskórek. Blaszkowa, dwuwarstwowa struktura przeciwnego ładunku elektrycznego lipidów zewnątrzkomórkowych ułatwia rozpuszczanie substancji lipofilowych. Ich właściwości hydrofobowe zapobiegają nadmiernej utracie wody i rozpuszczaniu się substancji hydrofilowych . Absorpcja substancji z powierzchni skóry zależy w dużym stopniu od wielkości korneocytów zrogowaciałej warstwy i jest proporcjonalna do pojemności przestrzeni międzykomórkowej, a odwrotnie proporcjonalna do wielkości komórek . Niepolarne związki o masie cząsteczkowej poniżej 500 Da łatwo przenikają przez naskórek . Wchłanianie substancji przez przydatki skóry (gruczoły potowe, gruczoły łojowe, mieszki włosowe) odbywa się tylko w niewielkim stopniu. Określa się ją jako ścieżkę szybkiego przenikania ze względu na mniejszą selektywność i możliwość wchłaniania większych cząsteczek. Z tego powodu obszary z wieloma gruczołami potowymi, takie jak twarz lub górna część tułowia, są bardziej narażone na wchłanianie potencjalnie prozapalnych substancji, często przyczyną wykwitów skórnych .
powierzchnia zdrowej skóry może charakteryzować się kwaśnym pH, oscylującym między 4,0 A 6,0. PH ludzkich narządów wewnętrznych jest zbliżone do neutralnego-od 7,35 do 7,46, jest zróżnicowane w różnych obszarach skóry. Najwyższe wartości pH obserwuje się w najbardziej nawilżonych obszarach, takich jak fałdy skórne i fosy stawowe . Utrzymanie kwaśnego pH zależy od tworzenia wolnych kwasów tłuszczowych, głównie kwasu mlekowego i aminokwasów, związków wodorowych i amonowych, a także od składu lipidów sebum i białek warstwy rogowej naskórka . Składniki te determinują powstanie gradientu pH związanego ze znaczną różnicą jego wartości na powierzchni skóry i w obrębie żywych warstw naskórka, gdzie osiąga wartość ok. 7.0 . W ten sposób utrzymuje się tzw. objętość buforowa naskórka . Istotną rolę w tworzeniu płaszcza kwasowego odgrywa prawidłowa aktywność enzymów lipolitycznych, biorących udział w metabolizmie wewnątrzkomórkowych lipidów warstwy rogowej. Kwaśne pH w dolnych warstwach naskórka jest utrzymywane przez białka wymiany sodowo-protonowej-NHE. Usuwają jony H+ z komórek i pobierają jony Na+, jednocześnie chroniąc środowisko wewnątrzkomórkowe przed zakwaszeniem . Wartość pH może być modyfikowana przez poziom nawilżenia skóry, warunki atmosferyczne, intensywność wydzielania potu i aktywność fizyczną. Dodatkowo zależy to od czynników genetycznych, współistniejących chorób i stosowanych leków lub kosmetyków . Płeć najprawdopodobniej nie wpływa na różnice w wartości pH, chociaż istnieją doniesienia sugerujące, że istnieje taka korelacja . Również wiek nie zmienia tej wartości, jednak wśród noworodków i osób powyżej 80 roku życia obserwuje się wyższe wartości pH .
kwaśne pH powierzchni skóry i różnica między pH powierzchni skóry a pH głębszych warstw rogowej warstwy naskórka kontrolują florę fizjologiczną i potencjalnie zakaźną. Tempo wzrostu i gęstość kolonizacji bakterii i grzybów wzrasta wraz ze wzrostem pH. z drugiej strony obecność mikroorganizmów saprofitycznych pozytywnie wpływa na utrzymanie kwasowości powierzchni skóry m.in. poprzez rozpad trójglicerydów do wolnych kwasów tłuszczowych .
prawidłowe pH bierze również udział w utrzymaniu prawidłowego nawilżenia naskórka. Jego wzrost aktywuje katepsyny, rozkładając filagrynę i zmniejszając w ten sposób tworzenie naturalnego czynnika nawilżającego (NMF) . Podwyższone wartości pH odpowiadają również wzrostowi transepidermalnej utraty wody (TEWL), jednego z najważniejszych wskaźników funkcji bariery naskórkowej . Ponadto pH skóry odgrywa jedną z najważniejszych ról w prawidłowej organizacji lipidów matrycowych, regulując ich strukturę powierzchni i stabilność . Lipidy wewnątrzkomórkowe są wrażliwe na wahania pH, które mogą modyfikować reakcje hydrolityczne, powodując zmianę ich składu i struktury przestrzennej .
integralność bariery naskórkowej chroni skórę przed nadmierną utratą wody i chroni utrzymanie prawidłowego nawilżenia naskórka. Woda gromadzi się dzięki rogowej warstwie naskórka, a ilość wody w tej warstwie określa się jako nawilżenie skóry . Na prawidłowy poziom wilgoci mają wpływ takie czynniki, jak ilość wody dostarczanej z dolnych warstw naskórka, skóry właściwej i gruczołów łojowych, a także ilość wody utraconej w wyniku parowania i zdolność warstwy rogówki do gromadzenia wody. Na retencję wody w tej warstwie wpływa również obecność lipidów macierzy zewnątrzkomórkowej i powłoki białkowej komórek.
warstwa rogówki utrzymuje gradient wody między powierzchnią skóry a dolnymi warstwami naskórka. Nawilżenie keratynocytów zmniejsza się wraz z ich przejściem od warstwy podstawnej do powierzchni naskórka . Woda stanowi około 15-20% całkowitej masy warstwy rogowej i gromadzi się głównie wewnątrz korneocytów, podczas gdy w żywych warstwach naskórka woda stanowi aż 70% jej masy . Najbardziej powierzchowna-górna część warstwy rogówki jest najmniej nawodniona i pod dużym wpływem czynników zewnętrznych na zawartość wody. Grubość warstwy rogowatej wynosi 30 µm. Po liberalnym zwilżeniu wzrasta nawet do 40 µm . Najgłębsza część naskórka zawiera więcej wody, a zatem wpływ środowiska zewnętrznego jest nieznaczny. Z kolei obszar środkowy to strefa o najwyższych możliwościach regulacji akumulacji wody. Charakteryzuje się wysokim stężeniem NMF, który znajduje się wewnątrz korneocytów . Naturalny czynnik nawilżający odpowiada za utrzymanie prawidłowego nawilżenia naskórka i plastyczności skóry. Stanowi 10-30% suchej masy warstwy rogówki i składa się głównie z wolnych aminokwasów i ich metabolitów, takich jak kwas urokanowy (UCA) i kwas pirolidonowy karboksylowy, które są produktami proteolizy filaggryny. Innymi składnikami warstwy rogówki o właściwościach higroskopijnych są mleczany, mocznik, białka, sacharydy, kwasy organiczne oraz liczne elektrolity wydzielane przez gruczoły potowe, a także glicerol dostarczany przez gruczoły łojowe .
lipidy przestrzeni wewnątrzkomórkowej warstwy rogowej naskórka przeciwdziałają nadmiernej utracie wody z naskórka, głównie dzięki swojej budowie anatomicznej i biochemicznej, co sprawia, że pełnią rolę składnika barierowego . Są to płytki równoległe, ściśle przylegające do siebie i chronią przed odparowaniem wody z wnętrza warstwy rogowej naskórka. Szczególną rolę odgrywa obecność ceramidów, które zwiększają retencję wody w warstwie rogówki . Zmniejszenie zawartości ceramidów, cholesterolu i wolnych kwasów tłuszczowych macierzy wewnątrzkomórkowej zmniejsza nawilżenie skóry . W procesie nawodnienia żywych warstw naskórka ważną rolę odgrywa aquaporin-3. Jest składnikiem kanałów wodnych błon komórkowych, ułatwiając transport wody, mocznika i glicerolu do komórek naskórka . Prawidłowa zawartość wody w skórze właściwej jest utrzymywana dzięki kwasowi hialuronowemu, dzięki jego właściwościom hydrofilowym. Niektóre mniejsze ilości tego kwasu można również znaleźć w macierzy wewnątrzkomórkowej warstwy rogówki .
wartości nawilżenia naskórka różnią się w zależności od anatomii. Najwyższe wartości można znaleźć na skórze twarzy, fosy stawowe, niższe wartości – na przedramionach, a najniższe-na goleniach . Zależy to głównie od grubości naskórka i lokalizacji gruczołów łojowych i potowych . Poziom wilgotności zmienia się również w zależności od wilgotności otoczenia i temperatury. Parametry te wpływają na retencję wody i stopień jej odparowania z warstwy rogówki, mając pewien wpływ na zmianę gradientu nawodnienia między naskórkiem a otoczeniem . Co więcej, na wartość wilgotności może mieć również wpływ rodzaj spożywanej żywności. Jedno z badań wykazało, że nawodnienie naskórka zmniejsza się w wyniku diety bogatej w nasycone lub jednonienasycone kwasy tłuszczowe .
utrata wody ze skóry jest wynikiem wydzielania potu i przezskórnej dyfuzji biernej. Utrata wody przez naskórek jest opisywana przez wartość TEWL i wpływa na poziom nawilżenia naskórka . Transepidermalna utrata wody jest parametrem odzwierciedlającym integralność warstwy wodnej naskórka i jest bardzo czułym wskaźnikiem uszkodzenia bariery naskórkowej . Transepidermalna utrata wody jest gradientem ciśnienia pary mierzonym w dwóch punktach leżących prostopadle do powierzchni skóry wewnątrz otwartej komory i jest wartością pośrednią przenoszenia wody z warstwy rogówki. W stabilnych warunkach otoczenia TEWL oscyluje wokół 4-10 g / h / m2, w zależności od obszaru skóry, ale może wzrosnąć nawet do 30 razy wyższej wartości w przypadku uszkodzenia naskórka . Wartość TEWL zmienia się nawet pod wpływem takich czynników jak temperatura skóry, przepływ krwi przez naczynia krwionośne, tempo regeneracji naskórka, grubość warstwy rogówki, zawartość lipidów w warstwie rogówki, liczba i aktywność gruczołów potowych na danym obszarze skóry, temperatura i wilgotność otoczenia i wiele innych . Parametr ten zależy od prawidłowej struktury połączeń między komórkami warstwy rogówki i ziarnistej, które są miejscem przejścia między niskim i wysokim stężeniem wody. Połączenia te regulują przenoszenie wody i innych rozpuszczonych w niej substancji do żywych warstw naskórka . Najwyższe wartości TEWL występują na skórze dłoni, podeszew, twarzy, narządów płciowych i okolicy stawów; natomiast najniższe – na łydkach . Transepidermalne wartości utraty wody najprawdopodobniej nie zależą od płci, chociaż niektóre badania wskazują na wyższe wartości tego parametru u mężczyzn . Jego zmienność w zależności od wieku jest również kontrowersyjna . Najprawdopodobniej niższe wartości TEWL występują u osób powyżej 60 roku życia . Parametr ten wpływa również na regulację złuszczania naskórka i funkcje enzymatyczne towarzyszące keratynizacji. Im intensywniejsza utrata wody, tym intensywniejszy jest proces keratynizacji, co ma swój kliniczny przejaw w nadmiernym złuszczaniu i rumieniu .
wskaźnikiem zdrowej skóry jest prawidłowe funkcjonowanie bariery naskórkowej chroniącej przed czynnikami zewnętrznymi i przed patogennymi mikroorganizmami. Utrata integralności strukturalnej lub funkcjonalnej tej bariery ułatwia występowanie zmian skórnych towarzyszących wielu chorobom dermatologicznym. Znajomość procesów biofizycznych zachodzących w skórze może być przydatna w realizacji działań profilaktycznych, których celem jest przywrócenie funkcji barierowej i Ochrona przed rozwojem zmian patologicznych, a także może być pomocna w inicjowaniu skutecznego leczenia.