Брой 10/2017
Д-р В. Брощилова, д.м., гл. ас.
Клиника по кожни и венерически болести, Александровска болница – София
Резюме
Терминалната диференциация на епидермалните кератиноцити играе основна роля във формирането на епидермалната бариера. Класическата теория за хидролипидната обвивка, осъществяваща ограничаване на трансепидермалната водна загуба и интеракция с екзогенните физични, химични и биологични стимули, търпи различна трактовка в светлината на новите научни открития. Основно значение се отдава на наскоро идентифицирания градиент, наречен Tight Junctions, който механично отделя две полярни течни среди, представлява регулатор на имунната антигенна реакция и индуцира процеса на корнеоцитна апоптоза. Протекцията на кожната бариера изисква балансирано хидратиране с подходящи емолиенти, които да поддържат оптимален воден запас и намалят микробиологичното контаминиране.
Въведение
Кожата е високоспециализиран мултифункционален компартимент, осъществяващ протективна, терморегулаторна, екскреторна, резорбтивна, метаболитна, имунологична и сензорна роля 1. Отграничавайки вътрешната хомеостаза, кожата участва най-активно и в интеракцията с околната среда, идентифицирайки екзогенните физикални, химични и биологични стимули и представяйки ги на имунната система. Този процес в най-голяма степен зависи от структурния и функционален интегритет на кожната бариера 2. Дисбаланс в епидермалната протективна функция може да инициира и поддържа възпалителен процес, който да отключи и хронифицира различни дермалотологични заболявания 3.
Класическа обосновка
Терминът „кожна бариера“ се въвежда през второто десетилетие на 20-ти век от Marchionini и Schade 4 след идентифициране на хидро-липидния компонент, покриващ епидермиса. Изгражда се теорията за кератинопоезата като холокринна секреция, свързана със синтеза на специфични белтъчни молекули и мастни субстанции, които при дезинтеграцията на кератиноцитите, формират интактна покривка, наподобяваща „стена от тухли и спояващ я хоросан“ 5.
Според класическата теория, терминалната диференциация на епидермалните кератиноцити играе основна роля във формирането на епидермалната бариера 6,7. Пролиферирайки асцендентно, кератиноцитите формират последователно кератин 5 и 14, кератин 1 и 10, профилагрин, инволукрин, лорикрин и енвелокрин 8. Филагринът подпомага образуването на кератинови макрофибрили и при разпада си до свободни аминокиселини образува естествения овлажняващ фактор (NMF) 9,10. Основен регулатор на белтъчния метаболизъм е ензимът трансглутаминаза-1 11. Мастните субстанции, представени от церемиди, холестерол, холестеролови естери и свободни мастни киселини се синтезират в себацейните жлези и под въздействие на различни протеази и липази се трансформират в интерцелуларни двуслойни липидни ламели, разположени по периферията на белтъчния матрикс. Това е двукомпонентният морфологичен модел на епидермалната бариера 12,13.
Концепцията за кожната бариера се развива особено бързо през последните години, когато с помощта на иновативни визуализиращи практики се идентифицира структурата й, разкриват се различни биофизични параметри и се верифицират имунните й характеристики.
Съвременни аспекти
Tight junctions
С напредване на експерименталната методология и създаването на бифотонния микроскоп стана възможно изграждане на морфо-физиологичен модел на епидермалната бариера, основан на електрофизиологичните й свойства. Проучванията на Kubo et al 14 показаха, че на границата между роговия и гранулозния слой съществува плътна обвивка, наречена tight junctions (TJ), която рязко променя електричния потенциал и създава два течни компартимента със съвършено различни биофизични характеристики. Тя може да се разглежда като непропусклив градиент между две течни среди с много важни регулаторни функции.
Имуно-компетентни интраепидермални популации
Под TJ се разполагат класическите кератиноцити, представени с полигоналната си форма и десмозомални контакти. Между тях се намират двата вида имуно-компетентни антиген-представящи клетки на епидермиса – лангерин (+) Лангерхансови и лангерин (-) интраепидермални дендритни клетки. При нормални условия детритите на антиген-представящите клетки остават под TJ. В случай на екзогенна стимулация, активираните Лангерхансови клетки се елонгират, проминират през TJ и идентифицират антигенния стимул. Патологично повишена реактивност на епидермалните имунокомпетентни клетки може да се очаква при структурен или функционален дефект в TJ. Повишената неспецифична свръхреактивност при пациенти с атопичен дерматит може да се обясни с подобна бариерна дисфункция.
Корнеоцитна апоптоза
Епидермалният компартимент, разположен над TJ има различни структурни характеристики. Същият научен колектив установява, че в процеса на терминална диференциация корнеоцитите добиват форма на тетракайдекахедрон. Преминаването на TJ представлява важен медиаторен индикатор за стартиране на процес на дезинтеграция на клетъчните структури, т.е. на осъществяване на процес на апоптоза. В последната година Fischer et al. 15 доказаха присъствието на специфични нуклеази, участващи в деградацията на корнеоцитите както в гладкия епидермис, така и в пило-себацейния фоликул. Експресията на DNA 1А и DNA 2 се индуцира веднага над нивото на TJ, което е индикатор, че апоптозата стартира непосредствено след преминаването на кератиноцитите през този градиент. Какъв е стимулът, предизвикващ процеса на деструкция, остава обект на допълнителни задълбочени анализи.
Анти-инфламаторни епидермални протектори
Известно е, че крайните продукти от деструктивния процес действат инфламаторно и може да инициират патологично състояние. Може би това е причината над TJ да се изолират и противовъзпалителни медиатори. Eckhart et al. 16 наскоро съобщиха, че транскрипцията на антиинфламаторните интерлевкини IL36 и IL37 е неколкократно повишена в този епидермален сегмент. Нека си припомним, че TJ ограничават надлежащо заселване на имунокомпотентни клетки, с което също се постига анти-инфламаторна авторегулация.
Биофизични характеристики на гранулационния слой
Изследвания на гранулационния слой чрез йонно-обменна спектрометрия диференцират три подслоя 14. Те се различават по съдържанието на калий и аргинин, което определя абсорбционните им характеристики. Под нивото на TJ се намира най-дълбокия подслой, който поради своите хидрофобни свойства изпълнява роля на ограничител на трансепидермалната водна загуба. Вторият и третият подслой се разполагат над TJ. Отличават се с изразено хидрофилни качества, като горният слой задържа водните молекули, а средният служи като резервоар, който ги абсорбира и съхранява. По този начин се постига максимална хидратация на кожата чрез превенция на загубата на собствена вода и привличане на водните молекули от ятрогенно аплицирани субстанции. Следователно, емолиентите, представляващи двукомпонентна дисперсна система, отдават водните си молекули над нивото на TJ, улеснявайки хомеостазата на горните епидермални редове и нормалното функциониране на бариерната функция на кожата. Това обяснява ключовата им роля в лечението и превенцията на хроничните дерматологични заболявания.
Роля на микробиологичната контаминация
Интересно е, че епидермалната бариерна функция пряко зависи не само от генетични фактори, но може да се модифицира и под въздействие на екзогенни биологични агенти. Известно е, че повече от 50% от пациентите с ксероза и атопична диатеза имат проявена в различна степен мутация на гена на филагрин 7,10. Това води до образуване на дефектни кератинни макрофибрили и непълноценно структуриране на белтъчната компонента на хидро-липидната мантия. Последиците са дисфункция на трите подслоя на гранулозния ред и висока трансепидермална водна загуба. Дехидратацията прави епидермиса по-податлив на вторични инфекции с Грам-позитивни коки, най-вече S.aureus. Суперпонираната инфекция на свой ред хронифицира инфламаторния отговор, стимулирайки синтез на плеада от медиатори и допълнителна дехидратация 3,6.
В последните години се доказа, че съществува реципрочност на епителния бариерен механизъм. Експериментални лабораторни модели на мишки с пълна пенетрантност на филагринова мутация 14, напълно лишени от нормално структурирана хидро-липидна мантия, се очаква да развият изразен ендогенен атопичен дерматит. Интересното наблюдение е, че в случай, че мишките бъдат оставени в напълно стерилни условия на околната среда и нямат контакт с екзогенни микроорганизми, те не проявяват симптоми на кожна реактивност и дори нямат субективни симптоми, свързани със сърбеж и раздразнение. Тези изследвания показват, че дори при генетично предразположени към атопичен дерматит пациенти, благоприятните условия на средата, елиминиращи възможността за бактериална контаминация, превантират развитието на патологичното състояние. Този експериментален модел е в подкрепа на съвременната теория за необходимостта от адеквантна локална грижа при всички новородени с рисков фенотип и фамилна анамнеза за атопия.
Терапевтични подходи
Епидермалната бариера представлява сложен хидро-липиден комплекс със строго специфични биофизични характеристики. Функционален дисбаланс е възможно да се предизвика от различни генетични, физични, имунологични и екзогенни фактори. Независимо каква е непосредствената причина за възникването му, симптоматичните терапевтични действия изискват рационално приложение на емолиенти. Това са дисперсни системи за локална употреба, съдържащи хидрофилна фаза и хидрофобна дисперсна среда. Апликацията им предизвиква отдаване на водните молекули на нивото на надлежащия TJ епидермален сегмент с последваща хидратация и възстановяване на електрическия градиент. Целта е постигане на оптимално рН на епидермиса до стойности от 4.5-5.5.
Съществува широка гама от подобни медико-козметичните средства. Едни от най-ефективните обаче, са т.нар. „обърнати емулсии“. Те представляват дисперсни системи от типа вода-масло, в които процентното съдържание на водната фаза е по-голяма от количеството на хидрофобната компонента. Това създава условия за по-мощна хидратация, поради по-големия брой на потенциално абсорбируеми водни молекули. Тези вехикулуми са подходящи и като базисни субстанции за приготвяне на сложни магистрални форми. В зависимост от количеството на хидрофилната фаза се различават два препарата: Липобаза и Нанобаза. По-интензивната хидратация, постигана с Нанобаза, изисква приложение само върху засегнатите от екземния процес участъци. Липобаза може да се използва както превантивно, така и за лечение на остри и хронични възпалителни дерматози, свързани с нарушена бариерна функция. Възстановяването на протективната роля на епидермиса се постига чрез адекватна хидратация и формиране на механична бариера, възпрепятстваща микробиологична контаминация.
Заключение
Представен бе съвременния ракурс на структурните и биофизични характеристики на епидермалната бариера. Подчерта се ролята на наскоро идентифицирания хидрофобен градиент, наречен TJ, който не само чисто механично отделя две полярни течни среди, представлява имунологичен регулатор на автореактивността и медиаторното стимулиране на антигенния отговор, но индуцира и процеса на корнеоцитна апоптоза и последваща десквамация, регулирайки епидермалната пролиферация и матурация на кератиноцитите. Балансираното хидратиране на епидермалната бариера и екзогенното й протектиране от микробиологична контаминация е важно условие за поддържане на оптималната й функция, дори и при наличието на доказани генетични аберации.
Библиография
1. Forslind B. A domain mosaic model of the skin barrier. Acta Derm Venereol 1994;74:1-6.
2. Norlen L. Skin barrier structure and function: The single gel phase model. J Invest Dermatol 2001;117:830-836.
3. Hill JR, Wertz PW. Molecular models of the intercellular lipid lamellae from epidermal stratum corneum. Biochim Biophys Acta 2003;1616:121-126.
4. Willea JJ, Kydonieus A. Palmitoleic acid isomer (c16:1delta6) in human skin sebum is effective against gram-positive bacteria. Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology 2003;16:176-187.
5. Tagami H, Kobayashi H, O‘Goshi K, Kikuchi K: Atopic xerosis: Employment of noninvasive biophysical instrumentation for the functional analyses of the mildly abnormal stratum corneum and for the efficacy assessment of skin care products. J Cosmet Dermatol. 2006;5:140-149.
6. Fluhr JW, Kao J, Jain M, Ahn SK, Feingold KR, Elias PM. Generation of free fatty acids from phospholipids regulates stratum corneum acidification and integrity. J Invest Dermatol 2001;117:44-51.
7. Rawlings AV, Matts PJ: Stratum corneum moisturization at the molecular level: An update in relation to the dry skin cycle. J Invest Dermatol 2005;124:1099-1110.
8. Rawlings AV: Sources and role of stratum corneum hydration; in Elias PM, Feingold KR (eds): Skin barrier. New Yourk, Taylor & Francis Group, LCC, 2006, pp 399-425.
9. Candi E, Schmidt R, Melino G. The cornified envelope: A model of cell death in the skin. Nat Rev Mol Cell Biol 2005;6:328-340.
10. Oji V, Seller N, Sandilands A, Gruber R, Gerss J, Huffmeier U, Hamm H, Emmert S, Aufenvenne K, Metze D, Luger T, Loser K, Hausser I, Traupe H, McLean WH. Ichthyosis vulgaris: Novel flg mutations in the german population and high presence of cd1a+ cells in the epidermis of the atopic subgroup. Br J Dermatol 2009;160:771-781.
11. O‘Regan GM, Sandilands A, McLean WH, Irvine AD. Filaggrin in atopic dermatitis. J Allergy Clin Immunol. 2009;124: 2-6.
36 Sandilands A, Terron-Kwiatkowski A, Hull PR, O‘Regan GM, Clayton TH, Watson RM, Carrick 12. T, Evans AT, Liao H, Zhao Y, Campbell LE, Schmuth M, Gruber R, Janecke AR, Elias PM, van Steensel MA, Nagtzaam I, van Geel M, Steijlen PM, Munro CS, Bradley DG, Palmer CN, Smith FJ, McLean WH, Irvine AD: Comprehensive analysis of the gene encoding filaggrin uncovers prevalent and rare mutations in ichthyosis vulgaris and atopic eczema. Nat Genet 2007;39:650654.
13. Darlenski R, Kazandjieva J, Tsankov N. Skin barrier function: morphological basis and reulatory mechanisms. J Clin Med. 2011; 4: 36-45.
14. Kubo A, Nagao K, Amagai M. Epidermal barrier dysfunction and cutaneous sensitization in atopic diseases. J Clin Invest 2012; 122: 440-447.
15. Fischer H, Szabo S, Scherz J, Jaeger K, et al. Essential role of the keratinocyte-specific endonuclease DNase1L2 in the removal of nuclear DNA from hair and nails. J Invest Dermatol 2011; 131: 1208-1215.
16. L. Eckhart, H. Fischer, E. Tschachler. Mechanisms and emerging functions of DNA degradation in the epidermis. Front Biosci 2012; 17: 2461-2475.
