皮膚與性病學-電子教材:第三章　皮膚的生物化學與生理功能

第三章　皮膚的生物化學與生理功能

皮膚作為人體最大的器官，和其他器官一樣具有共同的生化代謝過程，但由于其解剖結構的特殊性，皮膚具有自己的代謝特點及特定 生理功能。

第一節(jié)　皮膚的新陳代謝
一、能源代謝
皮膚以葡萄糖或脂肪作為能源物質，通過有氧分解和糖酵解供能。由于表皮無血管、含氧量較低、乳酸脫氫酶量高而丙酮酸脫氫酶量低，與之相適應的代謝特點是糖酵解途徑特別旺盛。表皮的糖利用率高于真皮，毛囊生長期、創(chuàng)傷和銀屑病的表皮利用率均顯著提高，體現了與其功能密切相關的代謝特點。
二、糖代謝
皮膚尤其是表皮含葡萄糖的量較高，患糖尿病時更高，使之更易被感染。糖除了供能之外可作為粘多糖、糖原、脂質、核酸、蛋白質等的生物合成底物。
三、蛋白質代謝
表皮蛋白質有纖維狀結構蛋白和非纖維狀結構蛋白兩種，前者是角蛋白的主要成分，是表皮細胞、毛發(fā)和甲的結構蛋白質，后者參與了除角化過程外的其他細胞功能。真皮結締組織纖維中的硬蛋白包括膠原蛋白和彈性蛋白，基質中為粘蛋白。
肽鏈內切酶和外切酶兩種蛋醫(yī)學.全在線zxtf.net.cn白質水解酶一方面參與了皮膚細胞內外蛋白質的正常分解代謝，另一方面也參與了病理過程如皮膚炎癥反應和惡性細胞的轉移與入侵。引起了趨化性肽的釋放、血管通透性增高、結構蛋白質降解與周轉、細胞的分離和對細胞的細胞毒作用。真皮中膠原蛋白酶可使基底膜下皮膚裂解。皮膚血管壁與皮面脂質中的纖維蛋白溶解酶可激活纖溶酶原使纖維蛋白降解。汗腺中的激肽釋放酶可釋放血管活性肽，使血管通透性升高。
四、脂類代謝
脂肪主要作為能源，類脂質（磷脂、糖脂、固醇、固醇酯)是構成生物膜的主要成分。高脂血癥和血清蛋白異�？墒怪�質沉著于真皮引起皮膚黃瘤損害。
表皮中的亞油酸和花生四烯酸兩種必需脂肪酸參與正常皮膚的屏障功能，也作為一些重要活性物質的前體。如花生四烯酸可合成前列腺素這一介質，細胞損傷時本身也可作為趨化性物質，其代謝產物在鋅的運轉中起重要調節(jié)作用，因此可能是表皮功能的調節(jié)物。
五、水和電解質代謝
皮膚是人體水和電解質的重要貯存庫之一，水主要存于真皮內，電解質則主要存于皮下組織內。皮膚損害或發(fā)生炎癥時，水分、鈉、氯化物增加，限制水鹽攝入則有利于皮膚炎癥的消退。

第二節(jié)　皮膚脂質、黑素與結締組織的代謝

一、脂質代謝
皮脂主要由以下成分組成：①皮面脂膜，構成皮膚表面的脂質，由皮脂腺和表皮內源性以及細菌、真菌、化妝品等外源性脂質提供，包括游離脂肪酸、蠟酯、類固醇酯、角鯊烯、甘油三酯等。②皮表脂質，作為能源和生物膜成分，包括甘油三酯、脂肪酸、類固醇、磷脂和維生素D的前體7-去氫膽固醇等。③皮脂腺的脂質，有甘油三酯、蠟酯、角鯊烯及少量膽固醇。④真皮脂質，主要是脂肪酸。⑤皮下組織的脂質基本上是甘油三酯，有少量不飽和脂肪酸及類固醇如膽固醇、7-去氫膽固醇、脂色素等。
皮脂腺的脂質代謝中，皮脂是腺體脂肪細胞最后分化的產物，皮面脂質中游離脂肪酸較多，完整的皮脂腺腺體及細胞中含量則極少。皮面脂質中以及粉刺內的游離脂肪酸來自皮脂腺的甘油三酯，經毛囊皮脂腺內的細菌尤其粉刺棒狀桿菌分泌的脂肪酶作用形成。皮脂腺細胞的分化和皮脂轉運入毛囊內的過程中，固醇類的酯化不斷增加。
表皮的脂代謝中，不同細胞分化階段內脂質組成不同。隨著分化進行，固醇類含量增高，磷脂逐漸缺乏，角層中有蠟酯和腦酰胺。因此，表皮脂質代謝特點是磷脂的水解和角化末期的中性酯質聚集，這一特點對發(fā)揮皮膚屏障作用至關重要。病變皮損中的脂代謝異常，使該作用明顯受損。
二、黑素代謝
表皮黑素單位是由一個表皮黑素細胞與其鄰近的約36個角朊細胞構成的，具有在結構和功能上的合作關系。黑素細胞形成黑素體，角朊細胞將其攝取并轉運，合成與清除過程在局部基因調控和內、外源調節(jié)因子作用下處于動態(tài)平衡之中。不同部位有活性的表皮活素單位數目不同，皮膚色素因此具有差異。
黑素細胞主要分布于表皮基層和毛球部位，具有形成和分泌黑素的能力，其合成的酪氨酸酶使酪氨酸氧化成多巴，并使多巴進一步氧化黑素體之后完成黑素化過程。
黑素體是黑素細胞中的一種色素顆粒，其形成過程為：核糖體中合成的酪氨酸酶經內質網到高爾基體內聚集成有膜狀外廓小囊的球形細胞器即第I 期黑素體。其內膜結構充分發(fā)育并有許多膜狀細絲的細胞器時始有黑素沉積，沉積不斷增加，至第Ⅳ期時內部結構無法辨認，充滿黑素時完成了黑素化過程，之后被角朊細胞及毛皮質細胞攝取，并在胞內進行黑素體的轉運、降解或排除。
黑素可分為黑褐色的真黑素和黃紅色的褐黑素，是一種結構緊密的與蛋白質相結合的有吲哚與醌等基本結構的高分子聚合物。其生成與酪氨酸酶、酪氨酸和分子氧濃度有關，速度及量受到多種因素控制。多巴、巰基、微量元素銅和鋅等均可促進其合成，鐵、銀、汞、金鉍、砷等重金屬可使皮膚色素加深；垂體分泌的垂體肽如黑素細胞刺激素（MSH)可促進合成，而腎上腺皮質激素抑制MSH分泌，雌激素和甲狀腺素可促進合成過程；副交感神經可使之增加，交感神經作用則與之相反；酪氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸和泛酸、葉酸、生物素、對氨苯甲酸等維生素參與黑素形成，其量的多少直接影響到黑素生成的多少。
三、結締組織代謝
皮膚結締組織由各種纖維（膠原纖維、彈力纖維、網狀纖維)、細胞（成纖維細胞、組織細胞、肥大細胞及一些血液細胞)和基質組成。纖維中蛋白質主要是膠原蛋白和彈性蛋白，網狀蛋白是一種特殊類型的膠原纖維。結締組織疾病主要指膠原病變，也包括彈性蛋白和基質病變，臨床上三者常同時存在。
膠原是體內含量最多的蛋白質，是結締組織的主要纖維成分，由許多膠原微纖維組成，主要由成纖維細胞合成。其分解主要通過膠原酶作用水解斷裂成小的片段。病理情況如大皰性表皮松解癥、難治性潰瘍時，該酶活性增高，抑制其活性可促進愈合。
彈力纖維的氨基酸組成類似于膠原纖維，但分布有隨機性且有較多的纈氨酸和丙氨酸，纖維間共價交聯(lián)多，結構較復雜，具有彈性。中性粒細胞或巨噬細胞能將其吞噬，其溶酶體中的彈性蛋白酶對之有分解作用。常伴有膠原病變的彈力纖維疾病表現為量的增減和質的改變，如退行性變、腫脹斷裂、顆�；�等。
基底膜位于表皮與真皮交界處，由膠原成分如Ⅳ型膠原、Ⅴ型膠原和非膠原成分如糖蛋白、蛋白多糖組成。
基質的粘多糖是其粘蛋白的輔基，以氨基糖為主要成分，已改稱氨基多糖，是基質的主要組成成分�；�質中還有水、鹽、糖蛋白等與血漿類似成分。粘多糖主要由透明質酶和硫酸皮膚素以及少量6-硫酸軟骨素和硫酸類肝素等成分，由氨基己糖和糖醋酸組成，呈酸性。其分解代謝主要在細胞內溶酶體中進行，若溶酶體中缺乏相關酶類不能及時將其水解，即為粘多糖癥的病因。

第三節(jié)　表皮角化過程及其調節(jié)

一、表皮通過時間
從基底層細胞，經歷棘層、粒層，最終成為角質細胞的不斷向上移行的過程中，角朊細胞產生了一系列形態(tài)學變化和復雜的生物化學改變，完成了其具有重要特征的角化過程。表皮細胞分裂形成細胞后從基底層到角層最終脫落約需28天，稱為表皮通過時間或更替時間。
二、表皮角化的階段
表皮角化分為合成和降解兩個階段。在前一階段表皮細胞合成角蛋白細絲、被膜顆粒、透明角蛋白和其他一些物質；在后一階段，細胞核和細胞器降解消失后余下的成分形成角蛋白，細胞膜增厚。
三、角蛋白的生化
角蛋白是指存在于表皮角層的蛋白質（由纖維狀蛋白和無定形基質形成的角蛋白復合體)或從基層至角層細胞中的纖zxtf.net.cn/sanji/維狀蛋白（角蛋白細絲中的內含物)。纖維狀蛋白由多肽鏈組成，分子量40000~70000，隨不同分化階段變化，因此角蛋白多肽是細胞分化的一個標志。在表皮、毛發(fā)和甲中，角蛋白化學組成類似，但胱氨酸含量明顯不同，表皮中含量更低，同時毛發(fā)與甲中有一種附加結構蛋白質稱為基質蛋白，因此毛發(fā)角蛋白對由表皮角蛋白所制備的抗體無交差反應。
角蛋白異常包括異常角蛋白細絲、透明角質顆�；虮荒ゎw粒的質與量異常。如尋常型的銀屑病和魚鱗病和毛囊角化病中角蛋白細絲減少，聚集減弱，直徑改變，皮損中表皮角蛋白的分子量為67000的多肽消失，出現表皮角化過度或不全等病理改變。
四、表皮生長與分化的調節(jié)
（一) 環(huán)腺苷酸（cAMP)與環(huán)鳥苷酸（cGMP)
兩者為主要的環(huán)核苷酸，其中cAMP可抑制表皮細胞有絲分裂和增殖，由ATP經腺苷酸環(huán)化酶作用而生成，存在于整層表皮中，同能影響該酶的激活的因素均可間接影響表皮細胞的分化增殖。cGMP與之作用相反，由鳥苷酸環(huán)化酶作用產生，組胺及表皮生長因子可刺激該酶活性，故可間接促進表皮增生。
（二) 花生四烯酸代謝產物
產物中前列腺素E2可增加cAMP水平和增加DNA合成而使表皮增殖，白三烯對DNA合成亦有刺激作用。
（三) 調鈣蛋白（CaM)
能活化腺苷酸環(huán)化酶，促使cAMP生成，使cAMP轉變?yōu)?"-AMP；使花生四烯酸等不飽和脂肪酸增加，因此導致前列腺素和白三烯增加；通過調節(jié)酶促進DNA合成。
（四) 表皮生長因子（EGF)
可促使表皮增生，加速有絲分裂，增加細胞DNA與RNA成分、二硫鍵成分和絡氨酸脫羧酶與鳥苷酸環(huán)化酶合性。
（五) 蛋白酶、鳥苷酸脫羧酶（ODC)與多胺
蛋白酶活性可誘發(fā)增殖；ODC使鳥苷酸產生腐胺和多胺。二者在銀屑病等慢性增生性皮膚病中活性明顯增加。
（六) 類固醇激素與抑素
兩者均可抑制表皮細胞有絲分裂，前者還可促使花生四烯酸類化合物合成減少，同時促進cAMP增加。

第四節(jié)　皮膚免疫及有關介質和微量元素對皮膚的影響
一、皮膚的免疫
表皮內能呈遞抗原的朗格漢斯細胞、可產生細胞因子的角朊細胞、親表皮的T細胞以及局部淋巴結，構成了具有免疫作用的獨特功能單位，稱為皮膚免疫系統(tǒng)。
角朊細胞可產生IL-1、IL-6、IL-7、IL-8、GM-CSF、TNF-α、TGF-α、TGF-β等多種細胞因子。朗格漢斯細胞可將抗原呈遞給CD4+的T細胞。表皮內的T細胞多為CD8+T細胞，主要位于基底層，其抗原受體主要是α、β受體，另外r d抗原受體的T細胞可能專門識別表皮所遇到的抗原。真皮結締組織中的CD4+或 CD8+淋巴細胞主要位于血管周圍，另外有散在的巨噬細胞。皮膚中的T細胞通常表達激活和記憶細胞的表面標志，如CD45R0及高水平的IL-2受體α鏈（CD25)。
進入皮膚的抗原主要由朗格漢斯細胞攝取、加工和攜帶，向CD4+的幼稚T細胞呈遞抗原。皮膚內的巨噬細胞和血管內皮細胞也可以向真皮的T細胞呈遞抗原。
皮膚朗格漢斯細胞和T細胞可啟動免疫應答，角朊細胞、巨噬細胞、肥大細胞、嗜酸性粒細胞和內皮細胞等通過分泌產物影響免疫細胞功能。作為效應細胞，這些細胞還直接參與免疫應答這一過程：朗格漢斯細胞攜抗原遷至淋巴結并向T細胞呈遞抗原，致敏T細胞回到皮膚受特異抗原刺激而增殖，并和巨噬細胞等效應細胞以及產生的效應分子共同作用消除抗原。
皮膚分泌物中的IgA可預防化膿性感染，皮膚也是由IgE介導的速發(fā)型變態(tài)反應的重要發(fā)生部位。
二、有關介質
（一)血管活性物質
組胺來源于肥大細胞和嗜堿性粒細胞，在皮膚可引起風團，致痛和癢。5-羥色胺來源于血小板，皮膚中并不含有，但可導致紅暈、發(fā)紺以及致痛和癢。血小板激活因子來源于中性粒細胞，引起皮膚紅斑、風團反應。花生四烯酸氧化產物可引起紅斑、水腫、疼痛、發(fā)熱等。緩激肽可引起風團和疼痛。
（二)趨化性介質
嗜酸性粒細胞趨化因子能吸引嗜酸性粒細胞及中性粒細胞并使之制動。中性粒細胞趨化因子則可使中性粒細胞產生趨化、制動作用。組胺H1可增強中性和嗜酸性粒細胞趨化性，H2則相反，起抑制作用�；ㄉ�四烯酸代謝產物、血小板激活因子、蛋白酶和補體主要對中性粒細胞起趨化作用。
（三)神經肽
P物質可引起風團、紅斑，致痛癢。鴉片樣肽可調節(jié)感覺神經活動。血管活性腸道多肽可致血管擴張并能調節(jié)汗腺分泌。
三、微量元素與皮膚病
鋅的缺少可引起或加重腸病性肢端皮炎、痤瘡、銀屑病、皮膚慢性潰瘍等。與銅的缺乏相關的疾病有白癜風、扭曲發(fā)病、天皰瘡和某些遺傳性結締組織疾病等；與銅增高有關的疾病則有黑變病、銀屑病、Behcet病、皮膚淀粉樣變等。鐵的不足可加重粘膜皮膚念珠菌病，鐵代謝異常的血色病則是一種少見的遺傳病。硒能減少頭皮脫落角質細胞數量，可用以治療某些角化不全性皮膚病如脂溢性皮炎、頭部糠疹。

第五節(jié)　皮膚的屏障和吸收作用
作為人體最大的器官，皮膚覆蔽全身，使體內各種組織和器官免受機械性、物理性、化學性或生物性因素的侵襲。其屏障作用主要體現在：一方面可防止體內水分、電解質和其他物質的喪失，另一方面可阻止外界有害的或不需要的物質入侵，這兩方面對于保持機體內環(huán)境穩(wěn)定極其重要。
皮膚的吸收途徑主要有：①通過皮膚毛囊皮脂腺或汗管。②透過角層細胞間隙。③透過表皮細胞本身。其中以角質層細胞途徑為主。各種接觸皮膚的固體、液體、微量氣體均可能被皮膚吸收，但物質的理化性質對吸收率極為重要，如單純水溶性物質葡萄糖等不易被吸收，對電解質的吸收亦不明顯，對脂溶性物質如維生素A以及油脂類物質如凡士林吸收效果好，對外用藥軟膏與硬膏的吸收優(yōu)于粉劑、水溶液等。角層水合程度高，吸收則加強。不同部位吸收率不一樣，陰囊>前額>大腿內側>上臂屈側>前臂>掌跖。
第六節(jié)　皮膚的分泌和排泄作用
皮膚的分泌和排泄功能主要通過汗腺和皮脂腺進行汗液分泌和皮脂排泄。
小汗腺或外分泌腺在正常室溫下僅少數呈分泌活動狀態(tài)，無出汗感，即為不顯性出汗。環(huán)境溫度升高，活動性小汗腺增多，明顯有出汗感時為顯性出汗。小汗腺分泌活動要受膽堿能神經和體液因素影響。汗液與腎的部分排泄產物相似，與皮脂混合形成乳狀脂膜，起保護皮膚作用，其酸性能抑制細菌生長。排汗則可散熱降溫。
大汗腺或頂泌腺的分泌晨間稍高，分泌物含水分、脂肪酸等，若含有色物則在臨床上稱色汗癥。
皮脂腺分泌排泄皮脂受內分泌影響，雄激素、長期大量運用皮質激素可使皮脂分泌增加，不同性別、年齡、營養(yǎng)、氣候、種族等均可有所區(qū)別。皮脂在潤澤毛發(fā)、防止皮膚干裂、抑制皮膚表面某些細菌繁殖以及痤瘡發(fā)生中均起一定作用。

第七節(jié)　皮膚的體溫調節(jié)與感覺作用

體溫調節(jié)中樞通過交感神經調節(jié)皮膚血管的收縮與擴張，改變皮膚中的血流量及熱量的擴散，從而調節(jié)體溫。體表熱量的擴散主要通過皮膚表面的熱輻射、汗液蒸發(fā)、皮膚周圍空氣對流和熱傳導進行。
外界溫度升高時，交感神經功能降低，皮膚毛細血管擴張，通過的血流量增加，散熱量增加，體溫不會過度升高；相反，可防止體溫過快降低。汗液蒸發(fā)可帶走較多熱量，是重要的體溫調節(jié)途徑。
皮膚內具有的多種感覺神經末梢，可產生觸覺、壓覺、冷覺、熱覺等單一感覺，以及干、濕、光滑、粗糙、堅硬、柔軟、形體覺、兩點辨別覺、定位覺、圖形覺等復合感覺。
內源性化學介質、外界刺激、局部皮膚粘膜病變等多種因素可致皮膚瘙癢這一特殊感覺，目前對瘙癢的認識仍不清楚，似乎無專門感覺神經末梢來感覺瘙癢。感覺與刺激的時間可不相符，未去除刺激時感覺已消退稱為適應，去除后感覺仍持續(xù)一段時間則為后感覺。

第八節(jié)　毛發(fā)與指、趾甲的生理

人體除掌跖、指趾節(jié)末節(jié)背面、唇紅、乳頭、龜頭、包皮內層、小陰唇、大陰唇內側及陰蒂外，幾乎全身都有毛發(fā)，不同性別、年齡、個體和部位，其密度與生長速度也有差別。此外，夏季、白天、健康狀態(tài)、毛囊越粗等因素可使之生長更快。不同部位的毛發(fā)具有各自的生長周期，包括生長期、移行期、休止期，鄰近毛囊的生長周期并不同步。毛囊周期的活性可能受內分泌影響。
指、趾甲是緊密堅實的角化上皮，位于手指或足趾末端伸面，可保護其下柔軟皮膚。通常指頭愈長生長愈快，右手比左手快，指甲快于趾甲。甲中硫的含量高而水分含量少，故較堅硬。