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发布时间:2020-06-06 17:10:40

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作者:董银卯、孟宏、马来记 编著

出版社:化学工业出版社

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皮肤表观生理学

皮肤表观生理学试读:

前言

化妆品是指以涂擦、喷洒或者其他类似方法,散布于人体表面任何部位(皮肤、毛发、指甲、口唇等),以达到清洁、消除不良气味、护肤、美容和修饰目的的日用化学工业产品。目前我国的化妆品分为普通用途化妆品和特殊用途化妆品两大类,其中特殊用途化妆品又分为育发、染发、烫发、脱毛、美乳、健美、除臭、祛斑(美白)、防晒共九类产品。

显然,化妆品解决的是皮肤的表观问题。做好化妆品研究和开发工作,认识皮肤表观现象相关的生理和病理生理至关重要。健康的皮肤是由皮肤内部的健康结构和功能所决定的,为了保持皮肤的美观,延缓衰老的速度,皮肤的结构和功能必须得到补充和保护。为此,了解如何补充和保护皮肤,了解皮肤的基本解剖结构和成分是化妆品研发工作的基础。目前市场上尽管有许多介绍化妆品科学和皮肤科学的书籍,但化妆品科学书籍侧重讲述化妆品的分类、功效机理、配方制作等,皮肤科学书籍侧重讲述皮肤生理、病理基础。基于此,针对化妆品领域关注的皮肤表观问题,特编著《皮肤表观生理学》一书,为化妆品科技工作者提供适用的皮肤科学知识,促进化妆品行业发展。

皮肤表观生理学主要研究与皮肤健康美丽相关的构成皮肤的各组织和细胞的正常活动过程,特别是皮肤各层细胞功能表现的内部机制,不同细胞之间的互相联系和相互作用,并阐明皮肤作为一个整体,其各部分的功能活动如何相互协调、相互制约,从而能在复杂多变的环境中维持正常的生命活动过程。在研究皮肤正常生命活动的基础上,还要研究皮肤表观异常生命活动的规律。皮肤表观生理学首先要诠释皮肤微生态、皮脂膜、表皮、真皮的生理学基础,再探讨皮肤表观症状与皮肤病理生理之间的关系,总结归纳解决皮肤表观症状的途径和方法,为开发功效原料以及解决皮肤表观症状的化妆品提供科学依据。

本书共分七章,第一章主要介绍了皮肤表观生理结构与生理功能,让读者对皮肤构成与功能有一个宏观的了解。第二章至第五章主要根据皮肤结构分布,由表及里对皮肤微生态、皮肤表面脂质、表皮、真皮进行分章阐述。第六章、第七章主要对表皮、真皮中都存在的皮肤两大调节系统——皮肤免疫系统、皮肤神经内分泌系统进行阐述。

在第一章“皮肤表观生理结构与功能”中主要根据化妆品研究人员需求,对皮肤组织结构、生理功能进行描述,使读者对皮肤结构与功能有一个宏观的认识。值得一提的是,本章不但描述了皮肤解剖结构,还描述了皮肤面积、厚度、纹理、毛孔等,尤其是皮肤面积与体重的关系的描述,对化妆品安全评价具有重要的参考价值。最后阐述了皮肤吸收、呼吸、排泄以及感觉功能在化妆品研发工作中的意义。

随着生命科学研究的不断深入,越来越多的证据表明皮肤问题的出现与皮肤微生态紊乱有关,如痤疮、黄褐斑、特应性皮炎、尿布疹、头皮屑等。但是微生物看不见、摸不到,微生态紊乱这个概念对化妆品研究人员来讲或许比较生疏。什么是皮肤微生态?皮肤微生态的作用是什么?皮肤微生态如何影响常见皮肤表观问题?为什么会造成皮肤微生态紊乱?等等一系列问题困扰着化妆品研究人员。第二章“皮肤微生态”对皮肤微生物组成及影响因素、皮肤微生态生理功能以及皮肤微生态对常见皮肤表观问题的影响做了阐述,以期能够指导化妆品研究人员,从原料研发起步,构建科学的、兼顾微生态状态的、解决皮肤问题的配方方案。

皮肤表面脂质,通常称为皮脂膜,同样是肉眼看不到的,除非皮脂腺分泌特别旺盛者,可见皮肤表面一层油光。其实,皮肤表面脂质像一层无形的屏障影响皮肤的健康,但并未引起化妆品研究人员过度关注。目前越来越多的证据表明,皮肤表面脂质对皮肤健康有深远影响。第三章“皮肤表面脂质”对皮肤表面脂质成分、作用、代谢过程、影响因素以及与皮肤问题的关系进行了阐述,以期能够给读者以提示,从影响皮肤表面脂质角度来进行功能化妆品开发。

第四章“表皮”描述了表皮的砖墙结构中的“砖”和“灰浆”,例如:“砖”中的角蛋白的分类、发生、发展和转归,“灰浆”中的结构脂质的特性等,并分节阐述了表皮对化妆品常见皮肤问题——干燥、色素、衰老、敏感、痤疮的影响。值得一提的是,本章将“表皮渗透功能”单独分节,对研究人员就化妆品活性原料的生物利用度、功效性产品(如保湿、美白、抗衰老、抗敏、祛痘等产品)开发具有很好的指导作用。

第五章“真皮”围绕真皮主要的细胞成分以及细胞间质展开,并对与真皮最相关的两个皮肤问题——皱纹、弹性进行分节阐述,详细阐述皱纹、弹性的影响因素、形成机制以及测定方法等。

现代功效性化妆品活性原料,很多具有抗炎、抗氧化功能,深刻认识皮肤的致炎性和抗炎性机理,有利于提高化妆品研发效率。但一般讲述皮肤免疫系统的书籍,多涉及医学领域内容,化妆品研究人员会感到“云山雾绕”,难以理解。第六章“皮肤免疫”从皮肤免疫概念入手,着重介绍与化妆品研究相关皮肤免疫学知识,深入浅出,以期能够让化妆品研究人员对皮肤免疫有侧重的认识。皮肤中细胞及细胞间存在的“自分泌、旁分泌、内分泌”等调节关系,是皮肤功能维护的基础,也构成了庞大的“皮肤神经内分泌系统”。“皮肤神经内分泌系统”的失调,导致皮肤功能紊乱,表现出皮肤表观问题,如:粗糙、细纹、色素沉着以及皮肤敏感、炎症产生等。该内容放在第七章中阐述。《皮肤表观生理学》各章各有侧重,以期将纷繁的皮肤生理基础内容与化妆品研究重点相结合,让化妆品研究人员高效、快速地获取想要的皮肤生理基础知识,指导化妆品的开发。

本书在编写过程中得到了化妆品领域众多专家、学者和企业家的支持,在此表示衷心的感谢。

由于编者水平及时间的限制,书中难免有不妥和疏漏之处,敬请读者批评指正。编者 2018年8月第一章 皮肤表观生理结构与功能

皮肤是人体最大的器官,占人体重的5%~8%,若包括皮下组织2重量则可达体重的16%。成人皮肤面积约为1.7m。作为解剖学和生理学上的重要边界器官,皮肤覆盖于人体全身表面,主要功能为保护、感觉、调节体温、分泌和排泄等。它保护机体免受外界环境中机械的、物理的、化学的、生物的等有害因素的侵害,感知冷、热、痛、触等刺激,并做出相应的应激反应,控制机体内的各种营养物质、电解质和水分的损失,通过皮脂与汗液排泄机体代谢产物,通过周期性更新表皮,有效保持机体的内环境稳定和保持皮肤自身的动态平衡。皮肤正常功能对机体的健康很重要,同时,机体的异常情况也可以在皮肤上反映出来。

化妆品主要是作用到皮肤上的日用化学工业产品,故此作为化妆品研究人员,首要是对皮肤结构、功能有一个宏观的了解。本章主要根据化妆品研究人员需求,对皮肤组织结构、生理功能进行描述,并列举了不同性别、不同年龄人员的皮肤结构、功能的差异性。值得一提的是,本章不但描述了皮肤解剖结构,还描述了皮肤面积、厚度、纹理、毛孔等,对化妆品研究人员开发化妆品细分化产品具有重要意义,如皮肤面积与体重之间的关系能够帮助儿童化妆品开发时安全使用化妆品原料;毛孔大小发生机制与开发改善毛孔大小化妆品息息相关;皮肤纹理对使用化妆品时涂抹和按摩方向具有指导作用。第一节 皮肤表观生理结构一、皮肤解剖结构

从皮肤解剖学、皮肤病学等教材或参考文献中均可以了解到皮肤的结构。

皮肤由表皮、真皮和皮下组织构成,并与其下的组织相连(图1-1)。皮下组织在解剖学中称浅筋膜,由疏松结缔组织和脂肪组织组成,它在身体各部的厚度差别相当大。皮肤中还含有丰富的血管、淋巴管、神经、肌肉及各种皮肤附属器:毛发、毛囊、汗腺、皮脂腺、指(趾)甲等。其中表皮基本结构详见第四章第一节;真皮基本结构详见第五章第一节。图1-1 皮肤结构图

皮肤与外界环境直接接触,其结构复杂且皮肤中的细胞功能高度特异化。皮肤中含有各种类型的细胞,如成纤维母细胞、角朊细胞、黑素细胞等,它们各自执行相应的功能,如表1-1所示,使皮肤成为一个相对独立的组织系统,与其他器官组织一起参与机体的代谢活动。表1-1 皮肤中的细胞类型和功能  二、皮肤面积与体重

1.面积与体重的关系

从重量与面积的角度来看,皮肤为人体最大的器官。新生儿皮肤22总面积约为0.21m,婴儿约为0.41m,成人皮肤总面积约为1.5~222m,平均1.6m,详见表1-2。 表1-2 体表面积与体重的关系  

值得注意的是,成人的皮肤面积和重量与婴儿的皮肤面积和重量之间存在较大差异,这也提示化妆品研究人员对儿童产品的功效性、安全性评价上要与成人产品有所区分。

成人的皮肤面积大约是新生儿的7~8倍,成人的体重/体表面积的比值是新生儿的2.4倍,分别是6个月和12个月幼儿的2.1倍和1.6倍。关于不同年龄体表面积与体重的关系,Adam在2012年欧洲化妆品安全性评价培训课程做了报道(详见表1-3),其对儿童产品的功效性或安全性评价具有非常重要的意义。表1-3 成人与不同年龄的儿童体重/体表面积比值倍数关系  

2.体表面积/体重关系在化妆品研发中的意义

化妆品中不仅含有皮肤有益物质,而且含有保障化妆品稳定性的防腐剂以及表面活性剂,诸如此类的物质,如使用剂量不当,通过作用皮肤表面或吸收,可能对皮肤产生伤害。新生儿与成人的皮肤通透性几乎相同,但早产儿的皮肤通透性比足月新生儿和成人皮肤大10倍。另外新生儿药物透皮吸收的增加与新生儿体表面积和体重比例有关,伴随体重增加,体表面积也增加,但体表面积增加速度较慢,新生儿体表面积/体重(每单位体重的相对体表面积)远远高于成人,因此在相同部位皮肤表面涂擦同一化妆品时,婴幼儿对物质的吸收比成人高,由此导致儿童不安全性更高的风险。因此,了解体表面积/体重关系,从而确定安全剂量,才能确保婴幼儿产品的安全性。三、皮肤厚度

若只计算表皮和真皮,不包括皮下组织,皮肤厚度为0.5~4mm。表皮的厚度受许多因素的影响,差异较大,厚度从0.07mm至1.6mm不等,如眼睑0.04mm、足跖1.6mm,总平均约0.1mm。真皮厚度是表皮的15~40倍,为0.4~2.4mm不等。

皮肤的厚度因解剖部位、性别和年龄不同而异。以躯干背部及臀部较厚,眼睑和耳后的皮肤较薄;同一肢体,内侧偏薄,外侧较厚。女性皮肤比男性薄,老年人皮肤较年轻人薄,儿童皮肤较成人薄,成年人皮肤厚度为新生儿的3.5倍,但至5岁时,儿童皮肤厚度基本与成人相同,20岁时表皮最厚,30岁时真皮最厚,以后逐渐变薄并伴有萎缩。

当皮肤过厚,特别是角质层和颗粒层过厚,透光性差,就会影响皮肤的颜色,导致皮肤发黄;而皮肤太薄,对外界环境的抵抗力减弱,则导致皮肤敏感性增加。

化妆品经皮吸收不仅与皮肤面积有关,与皮肤的厚度亦密切相关。由于影响皮肤厚度的因素较多,在开发产品过程中,要充分考虑产品使用的部位、使用人的年龄和性别。

1.表皮厚度

随年龄的增长,前额、前臂屈侧表皮厚度略有增加。使用共聚焦显微镜观察到老年人前臂屈侧表皮厚度较厚,男性手背的表皮厚度大于女性。表皮厚度也随部位的不同而有差异,手背最厚,其次依次为颧、前额及前臂屈侧(表1-4)。表皮厚度不受季节的影响。表1-4 不同性别角质层厚度的比较(平均数±标准差,μm)  注:n为志愿者人数;t为t检验;Z为wilcoxon秩和检验。

值得一提的是角质层厚度,虽然随年龄增长表皮厚度有所增加也会对角质层屏障功能生理参数造成一定影响,但对角质层厚度的影响却无统计学意义。角质层厚度顺序依次为:手背>前臂屈侧>前额=颧,男性前额和手背的角质层厚度高于女性,面部角质层厚度较薄,能够使外界的刺激物、抗原、微生物更易侵入皮肤,这也可能是面部皮肤对外界刺激较敏感、对局部外用产品不能耐受,易发接触性皮炎、湿疹的重要原因。

2.真皮及皮下组织厚度

皮肤全层的厚度(包括表皮、真皮和皮下脂肪的厚度)随着年龄的增长而发生很大的变化,特别是女性,其皮下脂肪从10岁前后急剧增加,20岁左右仍继续增加;男孩皮下脂肪的增厚稍迟,在13~14岁开始增加,16~18岁停止增加。

无论什么年龄,身体部位不同,皮肤厚度亦不相同,如足背皮肤薄,而手掌、足底皮肤厚。但在婴儿期,身体各部分的皮肤厚度几乎没有差异,出生时皮肤的厚度与体重有关。

在各个年龄段,男性皮肤都比女性厚。从45岁开始,男性和女性的皮肤厚度都随着年龄的增长而降低,并且降低速率相同。男性皮肤含有更多的胶原,但是不管男性还是女性,胶原蛋白含量都随着年龄增加而减少。胶原密度是皮肤胶原和厚度的比值,代表真皮纤维的紧密度,相较于男性各年龄阶段女性胶原密度较低。其原因可能是胶原密度与雄激素分泌相关,比如男性化的女性患者胶原密度增加,因此,女性比男性更早显出衰老。皮褶厚度是皮下脂肪厚度的一个重要指标。用测径器测得的前臂皮褶厚度,女性开始于35岁减少,男性始于45岁减少。从35岁开始,女性比男性薄。男女的脂肪分布也是不同的。男性的脂肪增加倾向于集中在腹部和身体上半部,而女性则位于下半部,特别是臀部和大腿。四、皮肤纹理

皮肤表面有许多肉眼可见的沟、嵴和粗纹,还有肉眼不易见的细纹,这些皮肤标志统称为皮肤线。对皮肤纹理、皮肤线的研究,对美容小工具的开发、化妆品使用后的按摩手法的制定等,均具有指导意义。

皮肤上致密的多种走向的沟纹称皮沟,皮沟是由于皮肤附着于深部组织,随着纤维束的排列和张力的牵引而形成的,其深浅不一,以面部、手掌、阴囊以及其他活动部位较深。皮沟间大小不等的菱形或多角形的隆起部分称为皮嵴或皮丘,也称为皮野,皮嵴上有很多凹陷的小孔,为汗孔,是汗腺导管开口的部位。

手掌和足跖及指(趾)屈侧的许多细嵴和浅沟,呈平行排列,并构成特殊的图样。隆起的细嵴称为乳头嵴,也称摩擦嵴。各条嵴间有细窄的沟,在嵴的中线上,汗腺按一定的距离开口于表面,在手掌和指的表面尤其明显,每条嵴的下面有一个真皮乳头,乳头的形状和排布样式决定了嵴的样式。嵴下面的真皮乳头中有丰富的触觉神经末梢,这些嵴和沟也增加了手和足的握力。

皮纹是皮肤纹理的简称,是指人体皮肤各个部位由表皮和真皮隆起的皮肤嵴纹及皮沟所构成的纹理。目前,所谓的皮纹主要是掌(跖)及指(趾)纹。掌跖、指(趾)末端曲面皮沟和皮嵴平行排列形成涡纹状图案即指纹(图1-2)。指(跖)纹的样式是在胚胎发生早期由遗传因素决定的,在一生中稳定不变,且每个人之间都有差别。单卵孪儿的指(趾)纹图形也有差异,因此常可作为鉴别个体的可靠根据之一。图1-2 指纹

真皮内有缠绕着胶原纤维且成束排列的弹力纤维,故此皮肤具有一定的弹性并保持持续的张力,且不同部门的皮肤弹性及张力各不相同,不同部位的皮肤张力各有其固定的方向。1861年Langer用圆锥形长钉随意穿刺新鲜尸体皮肤,发现皮肤可形成菱形裂缝的长轴,并且在不同部分呈固定的方向排列,将其连接起来便形成了皮纹,后人称为朗氏线,即皮肤张力线(图1-3)。面部由于表情肌运动而形成的表情线和颈部、躯干、四肢由于屈伸运动而形成的皮肤松弛线,共同组成了皮肤最小张力线。在进行美容手术时,顺皮肤张力的切口,愈合后皮肤瘢痕较小,能最大限度保持皮肤的美容外观。1892年Kocher提出,外科切口应沿皮肤张力线切开,否则不仅裂口较宽,愈合后也容易瘢痕增生。但此后发现,皮肤的皱纹、皱褶和屈折线与皮肤张力线常不一致,实际上沿皱纹、皱褶和屈折线的切口,形成的瘢痕才比较纤细而且不太明显。但是1977年Ksander提出,真皮胶原纤维的排列方向与皮肤张力线并不完全一致。新近多数人的观点认为,沿皮肤最小张力线的切口,愈合后瘢痕增生才会不明显。在活体皮肤上,由于面部表情肌运动而形成的垂直于表情肌收缩方向的面部表情线、皱褶和由于屈伸运动而在颈部、躯干、四肢形成的皮肤松弛线共同组成了皮肤最小张力线。图1-3 皮肤张力线

近年来,美容护肤不再单单着重于产品本身,为了进一步辅助提升产品效果,越来越多的化妆品开始配有使用手册,教育消费者使用化妆品时的涂抹方式、按摩手法等,美容工具、美容按摩手法的开发也逐渐兴起。为此,皮肤张力线的描述,对美容护肤具有重要的指导作用。五、皮肤毛孔

皮肤上的毛孔(图1-4)虽然为大多数人所熟知,但其并不是解剖学和组织学上的确切概念。但毛孔粗大一直是皮肤美容行业、化妆品行业关注的热点。图1-4 皮肤毛孔

1.毛孔结构及影响因素

以前人们认为皮肤上的凹陷就是毛孔,但是以解剖学和组织学的观点,毛孔不单是指一个凹陷结构,至少包含3个部分:肉眼不可见的汗腺开口、肉眼可见的毛囊皮脂腺开口、肉眼可见内含角栓的毛囊皮脂腺开口。汗腺形成的不可见的毛孔分布于除黏膜以外的全身皮肤。可见的毛囊皮脂腺开口为圆形、中空的管状结构,主要分布于上胸部。内含角栓的毛囊皮脂腺开口主要分布于面部,尤其是鼻及两侧鼻翼。

对于毛孔大小尚无确切定义,一般面部毛孔明显可见,影响美观时,即认为是毛孔粗大。皮肤毛孔粗大,在正常人群中较大毛孔的发生率为鼻翼(66.57%)>鼻正面(59.55%)>颊部(58.46%)。鼻及其周围皮肤粗大的毛孔多属于可见的内含角栓的毛囊皮脂腺开口,皮脂、灰尘和化妆品残留物等混合而成的角栓,质硬,不易清洗,使毛孔扩大。而毛囊皮脂腺的分布在鼻翼多于鼻正面,且皮脂分泌更旺盛,形成的角栓体积更大。面颊部的毛孔是肉眼可见的毛囊皮脂腺开口,不含角栓,易清洁,毛孔相对较小。

影响毛孔大小的因素包括内源性因素和外源性因素,内源性因素有遗传、毛囊皮脂腺分泌旺盛、激素水平、维生素A缺乏及皮肤自然老化等,外源性因素有化学物质、慢性紫外线照射及慢性放射线照射等。此外,毛孔大小还与皮肤的状态有关,毛孔粗大的皮肤,经皮水分丢失较正常皮肤高,富含不饱和游离脂肪酸,伴角化不全。

随着年龄的增长,自然老化、光老化的累加作用,加上外界化学物质的长期刺激等均使毛孔粗大的发生率增加。随年龄增加,皮肤老化不断加剧,表皮变薄,表皮突结构消失,弹力纤维和胶原纤维减少,呈束状排列,毛孔由于失去胶原纤维的支持和牵拉而变得松弛,表现为毛孔粗大。男性和女性由于遗传、激素等因素的影响,皮肤粗糙度、胶原密度、皮脂腺分布与分泌均存在差异。男性毛孔粗大的发生率与女性相比具有差异性,且鼻正面、鼻翼、颊部均高于女性。就面部而言,两性均在鼻翼最高,但男性鼻正面最低,女性颊部最低。男性与女性面部毛孔粗大发生率不同,除了体质因素外,也可能与平时生活是否规律、美容护肤习惯等后天因素有关系。

2.毛孔粗大与化妆品研发

基于毛孔粗大的内因和外因,化妆品研究人员常常使用下列物质来控制毛孔粗大:(1)收敛剂 收敛毛孔,但无法做到真正控油。以往的控油产品以无机粉体作为收敛毛孔的成分,如氧化锌、硫酸锌、氯化铝、硫酸铝等,此类成分的作用类似于用木塞堵住漏水的水龙头,对出油的毛孔来讲,无真正意义上的控油,长期使用还会造成皮肤负担。目前常用的有机酸(如单宁酸、柠檬酸、乳酸等)同样具有收敛毛孔作用,副作用少,收敛效果明显,在较短时间内就能够感受到毛孔变得细致。(2)清凉剂 只能瞬间收缩毛孔,效果不持久,如酒精、薄荷等。(3)维生素 维生素作为油脂调理剂,主要针对因缺乏维生素B而造成的脂溢性皮炎的人。换言之,并非对所有油性皮肤的人均6有效。含维生素B、维生素B和维生素B的控油产品,往往能够达637到治本的效果。(4)角质剥离溶解剂 水杨酸、AHA果酸水杨酸对于毛孔中的角质栓塞溶解较好,但会使皮肤变薄,且十分干燥。第二节 皮肤表观生理功能一、屏障功能

人体正常皮肤有两方面的屏障作用:一方面保护机体内各种器官和组织免受外界环境中机械的、物理的、化学的和生物的有害因素的侵袭;另一方面防止组织内的各种营养物质、水分、电解质和其他物质的丧失。因此,皮肤在保持机体内环境的稳定上起着重要的作用。

皮肤屏障的含义具有广义和狭义之分。其中,从广义的角度上,皮肤屏障包含机械性屏障、物理性屏障、化学性屏障、生物性屏障以及色素屏障等。从狭义的角度上,皮肤屏障主要是指物理屏障。(一)机械性屏障

正常皮肤的表皮、真皮及皮下组织共同形成一个完整的整体,它坚韧、柔软,具有一定的张力和弹性。故在一定程度内,皮肤对外界的各种机械性刺激,如摩擦、牵拉、挤压及冲撞等有一定的保护能力,并能迅速地恢复正常状态。经常受摩擦和压迫的部位,如手掌、足跖、四肢伸侧和臀部等处,角质层增厚或发生胼胝,增强了对机械性刺激的耐受性。如果外界机械性刺激太强烈,则可引起保护性的神经反射动作,回避对机体的损伤。

角质层也具有防止机械损伤的功能。将人角质层撕开2mm宽,需40g的力;但将角质层脱水后,只要用10g的力即可撕开。如将角质层全部去除,则表皮即丧失其张力。对抗外界的压力主要依靠真皮,因其具有有弹性的胶原纤维。全厚度的人腹部皮肤每平方厘米具有50~200kg的张力。皮下脂肪可对皮肤所受的冲击起缓冲作用。(二)物理性屏障

1.限制侵入和外流

角质层位于皮肤的最表面,是由已角化的细胞构成的层状物质,厚度约为10~20μm,由15~20层的长扁平状角蛋白细胞组成。单个细胞侧面近似六角形,长约35~45μm,厚约0.5~1.5μm。角质层并不均匀,其外面的2~3层较松,细胞易脱落,故其屏障作用较弱,14其余部分较均匀,对外界物质透入的屏障作用较强。 C标记的氢化可的松在正常皮肤只吸收1%~2%,而在剥脱角质层的皮肤可吸收90%。胶布粘剥后角质层愈薄,物质愈易通透,这可用Fick原理来解释——物质透过薄膜的量与膜的厚度成反比。

角质层细胞是像砖块一样交叉叠合在一起的,通常称为“砖墙结构”,其中角质细胞类似砖墙结构中的“砖块”,角质形成细胞间隙中的脂质则是“灰浆”。角质层脂质是构成表皮屏障功能的重要因素,角质层和细胞间脂质能够防止体内水分、电解质和营养物质的丢失,并阻抑外界物质侵入,达到有效的防护作用,以保持内环境稳定。细胞间脂质具有典型的生物膜双分子层结构,即亲脂基团向内,亲水基团向外,形成水脂相间的多层夹心结构。此结构一方面保留了生物膜的半通透或选择性通透的性质,有利于某些小分子营养物质如电解质的吸收渗透,另一方面它结合了一部分水分子,并将其固定下来,这些水即所谓的结合水,因此可有效保持机体的含水量。

除角质层外,毛囊、皮脂腺和汗腺也可为物质透过的通道,用组织化学、放射自显影以及荧光显微镜等方法可见透入物沿毛囊入侵。但有人认为这个途径并不重要,其依据为:手掌皮肤虽然汗腺密度很大,但除对水分外,对其他物质通透性极弱。先天性汗腺缺乏的人,其经表皮水分弥散并不减少;啮齿动物皮肤毛囊比人类多百倍,然而其通透性仅比人类大3~5倍。

2.防御环境射线(1)电的不良导体 皮肤是电的不良导体,它对低电压电流有一定的阻抗能力。电阻值受皮肤部位、汗腺分泌和排泄活动、精神状态及气候等因素的影响,特别和皮肤角质层的含水量及其表面湿度有关,电阻值的高低和水分的多少成反比,即干燥时皮肤电阻值比潮湿时大,导电性低。皮肤对电的屏障作用主要位于角质层,如果去掉角质层,真皮及皮下组织则成为电的良导体,严重削弱皮肤对电损伤的防护能力。(2)吸收射线 正常皮肤对光有吸收能力,以保护机体内的器官和组织免受光的损伤。光透入人体组织的能力和它的波长及皮肤组织的结构有密切的关系,一般波长愈短,透入皮肤的程度愈表浅。皮肤组织吸收光有明显的选择性,如角质层内的角质细胞能吸收大量的短波紫外线(波长为180~280nm),棘层的棘细胞和基底层的黑素细胞则吸收长波紫外线(波长为320~400nm)。故皮肤组织对不同波长的光的吸收情况是不同的,紫外线大部分被表皮吸收。随着波长的增加,光的透入程度也有变化,红光及其附近的红外线,透入皮肤最深,但都被皮肤吸收,而长波红外线(波长为15~400μm)透入程度很差,大部分被表皮所吸收。

基底层中的黑素细胞对防止紫外线损伤有重要作用,黑素细胞产生的黑素颗粒,有吸收紫外线的能力,可以被输送到角质形成细胞中。黑素颗粒对防止紫外线可能引起的日晒损伤具有屏障作用。(3)抗氧化防御系统 紫外线不仅可以损伤皮肤中带有芳香环的DNA,紫外线还可以通过人体的其他色基等吸收,导致活性氧(ROS)释放,ROS具有一个或多个未配对电子的原子或分子,包括过氧化氢、单线态氧及超氧阴离子等,其可引起皮肤红斑、水肿、光老化及光致癌等。

皮肤具有完善的抗氧化防御系统拮抗外界氧化压力,该系统包括多种酶及非酶性抗氧化物质。酶性抗氧化物质的作用主要是使环境中有害因素和内生活性氧中间产物失活。表皮中抗氧化剂的含量明显高于真皮层。角质层中非酶抗氧化物质包括:维生素E、维生素C及谷胱甘肽等,这些抗氧化物质也能够使环境中有害因素和内生活性氧中间产物失活。(4)吸收电磁波 磁对人体组织,包括皮肤在内,产生一定的磁生物效应。一般认为它可以影响组织内生物电流的大小和方向,引起细胞内、外电解质及酶系统发生变化,它本身还可以产生磁电流,但是一般不会引起组织损伤。(三)化学性屏障

正常皮肤对各种化学物质都有一定的屏障作用,屏障部位主要在角质层,其次是皮肤表面的氢离子浓度对酸、碱等的缓冲能力。角质层中角质细胞的胞浆、胞膜及细胞间隙物质都对化学物质有屏障作用。角质层中的致密部分就是对化学物质的主要屏障区。

正常皮肤表面偏酸性,其pH值约为5.5~7.0,最低可到4.0,最高可到9.6。它受一些体内外因素的影响,如小汗腺较多的部位pH值约为5.5±0.5,顶泌汗腺较多的部位则为6.5±0.5。一般在上肢及手背处偏酸性,头部、前额及腹股沟处偏碱性。故皮肤有中和酸、碱的能力。皮肤表面呈弱酸性,对碱性物质起缓冲作用,被称为碱中和作用。皮肤和碱性溶液接触后,最初5min皮肤的中和能力最强,经过一段时间,皮肤表面的pH值又恢复正常。皮肤对pH值在4.2~6.0范围内的酸性物质也有相当的缓冲能力,被称为酸中和作用,以防止一些酸性物质对机体的损害。(四)生物性屏障2

人体皮肤面积约1.8m,具有生境多样、褶皱丰富、内陷和特殊壁龛(生态位)的生态系统,支持广泛的微生物群体。皮肤是人体与外界环境的一个接口,作为“殖民地”接收不同的微生物种群,包括细菌、真菌、病毒以及螨虫。共生微生物占据了广泛的皮肤龛,并防止病原性或有害性生物的入侵。这些微生物还起到训导皮肤中亿万T细胞的作用,引发它们防御相似的致病因素。皮肤作为一个生态系统存在系统的平衡,在平衡破坏时可以导致皮肤疾病或感染。宿主与微生物关系的影响因素包括内源性(例如:遗传变异,选择一个特定的微生物群落)或外源性(例如:洗手)。

另外,角质层对微生物有良好的屏障作用,一般直径约200nm的细菌以及直径约为其1/2的病毒,在正常情况下都不能进入皮肤内。其次,皮肤表面pH偏酸性,对寄生菌的生长是不利的。此外,皮肤表面脂质中的某些游离脂肪酸对寄生菌的生长有抑制作用,如长链游离饱和脂肪酸和油酸对化脓性链球菌有抑制作用;皮肤干燥和脱屑对寄生菌的生长也有影响。(五)色素屏障

人体与外部环境之间,皮肤作为一个屏障,避免来自环境中的物理、化学和生物侵害。但人们也同时暴露于太阳辐射下,皮肤遭受不同的损伤。皮肤中的生物大分子或小分子化合物,作为有色物质,吸收特定波长的辐射,导致细胞内产生级联反应。在西方国家,皮肤癌(包括黑素瘤和非黑素瘤皮肤癌)的发病率已大幅增加,是由于太阳紫外辐射诱导基因产生各种各样的生物有机分子损伤,包括DNA、蛋白质和其他小分子物质(如叶酸)。这些色素物质,包括皮肤中的所有核酸、尿刊酸、辅因子NADPH和NADH、芳香族氨基酸、色氨酸和酪氨酸、核黄素、卟啉及其前体和黑素等大小分子。这些物质吸收质子,并经历了一系列的结构和化学变化。这些色素物质的结构和化学变化,在某种程度上保护着机体遗传物质免受外界射线导致的损伤。

更为重要的是在表皮的基底层有黑素细胞,黑素细胞合成的黑素,吸收紫外线或其他射线,在保护皮肤免受辐射损伤过程中起着重要的作用。紫外辐射诱导黑素细胞合成黑素,通过对黑素的化学修饰,形成即刻色素黑化。黑素细胞将合成的黑素小体转移至角质形成细胞,在角质形成细胞的核部位形成一个帽子状的防护结构,保护细胞的DNA免受辐射损害。紫外线暴露,可以导致皮肤的延迟性晒黑,紫外线诱导的色素沉着,被认为在防止DNA损伤和突变的积累过程中扮演着主要角色。鉴于黑素和皮肤色素沉着在保护机体免受太阳辐射损伤中的重要性,人类皮肤色素沉着的进化受到了广泛的关注。皮肤色素沉着被认为是人类进化过程中的保护性适应,避免机体直接暴露于太阳辐射下产生的破坏性影响。二、吸收功能

角质层的屏障作用是对物质被动扩散的阻力作用,是纯粹的物理化学作用,它不依赖于活细胞,不需要能量过程,其依据为:①屏障阻力在体内和离体时一样,皮肤离体后很长时间仍有屏障阻力作用;②一般服从理化定律;③在实验室中可将表皮的方向倒置而不影响其弥散结果;④角质层是高度分化、代谢上不活跃的组织,水分经表皮向外渗出是一个被动过程,仅取决于外界湿度,角质层温度、厚度及其完整性。人体的绝大部分外界湿度接近零时,经表皮丧失的水分约2为每小时0.25mg/cm。(一)皮肤渗透速率

低浓度时,单位时间、单位面积内物质的渗透率与其浓度成正比,也即服从Fick定律。J=KDΔC/δ          sm式中 J——单位面积单位时间的渗透量;s

        K——物质在角质层和在赋形剂中的分配系数;m

        D——物质在角质层中的扩散常数;

        ΔC——物质在角质薄膜(角质层)两侧溶液浓度之差;

        δ——角质层厚度。

上述公式假定皮肤角质层是一均匀的渗透屏障,实际上皮肤尚有许多附属器官,即使没有附属器官,角细胞是由角蛋白纤维和间质交替镶嵌而成的,并非均质。

同时皮肤渗透速率与分配系数也有关系。分配系数接近1时经皮吸收最好,PC=C/C          sv式中 PC——分配系数;

        C——在平衡时物质在角质层的浓度;s

        C——在平衡时物质在赋形剂中的浓度。v(二)皮肤的吸收途径

皮肤主要通过四个途径吸收外界物质,即角质层、毛囊、皮脂腺和汗腺管。

角质层是皮肤吸收的最重要的途径。角质层的物理性质相当稳定,它在皮肤表面形成一个完整的半通透膜,在一定的条件下水分可以自由通过,经过细胞膜进入细胞内。角质层的这种性能除了和组织结构有关外,还与其物理性质有关。有一些物质是通过毛囊、皮脂腺和汗腺管侧壁弥散到真皮中去的,极少数重金属及其化学物质通过这两种途径进入皮肤。皮肤外用的生物大分子,如抗原,主要经细胞内或细胞间的路线穿透连续的角质层。此外,附属器包括毛囊、皮脂腺、汗腺也能成为抗原的入口。毛囊和相关结构的存在能帮助大分子进入有活力的皮肤细胞,然后在毛囊里面或其周围表达的蛋白会扩散到周围的皮肤组织及全身血液循环中,产生局部或全身的生物效应。(三)影响皮肤吸收作用的因素

1.生理、病理因素(1)年龄、性别 关于不同年龄、性别对皮肤吸收能力的影响的资料很少。大多数研究认为婴儿和老年人皮肤比其他年龄组皮肤透皮吸收能力更强。但是目前也有研究显示,新生儿和婴儿的皮肤的透皮吸收能力与其他年龄组相比减少或正常,且无性别差异。(2)部位 人体全身皮肤的屏障作用并不一致。阴囊最易透入,而面部、前额和手背比躯干、上臂和小腿更易透过水分。手掌皮肤除水分外几乎一切分子均不能透过,这也是接触性皮炎在手掌比手背明显减少的主要原因。有人发现前臂角质层的通透率与跖部及指甲同样厚度的角质层的通透率相同,所以认为各个部位的通透性不同可用角质层厚度不同来解释。(3)皮脂膜 皮肤表面皮脂膜对阻止皮肤吸收的作用极微,可以忽视。去除皮肤表面脂质后不影响皮肤对水的通透性,使用脂溶剂如酒精和乙醚后,可促使某些化合物更易于被吸收,是因为损及表皮屏障而非单纯去除表皮脂膜之故。(4)血流变化 当皮肤充血,血流增速时,经过表皮到真皮的物质很快即被移去,所以皮肤表面与深层之间的物质浓度差大,物质易于透入。(5)屏障损伤与吸收

①物理性创伤 磨损和粘剥后的皮肤易透入,若用胶布将角质层全部粘剥去,水分经皮肤外渗可增加30倍,各种外界分子的渗入也同样加速。

②脱水 水分是角质层成形不可缺少的。若角质层水分含量低于10%,角质层即变脆易裂,肥皂和去污剂易于透入。影响角质层水分下降的因素有:a.湿度,当零点下降时,水分即从皮肤表面蒸发直到角质层表面与外周环境形成新的平衡为止;b.温度,温度低时角质层水分含量也降低,所以寒冷、干燥天气皮肤易开裂;c.若角细胞膜受损,它们的渗透功能受损,即使在良好的环境下水分也可以从细胞中丧失。摩擦或过度接触肥皂、去污剂、脂溶剂也可使细胞膜损伤。细胞膜损伤后,束缚细胞内水分的吸收分子也流到细胞外,使细胞功能不可逆地丧失。

③化学性损伤 损伤性物质如芥子气、酸、碱等伤害屏障细胞,使其通透性增加。用脂溶剂,如乙醚,反复擦皮肤去除皮面脂质,其屏障功能未发生多大变化,但若将离体表皮长期浸于脂溶剂或放在脂溶剂中煮沸,其屏障作用即完全丧失,角细胞膜的这种半透性质取决于它们的脂质含量。

④皮肤疾病 影响角质层的皮肤病可影响其屏障作用。急性红斑和荨麻疹对皮肤的屏障和吸收作用无影响。角化不全的皮肤病,如银屑病和湿疹,使屏障功能减弱,而吸收功能则增强,皮损处水分弥散总是增速,外用的治疗药物在该处也比在正常皮肤处更易透入。

2.环境因素(1)时间 在同一部位测量几个星期,其结果也不一样。因为:①角质层在生长、脱落和不同时间内功能上有差异;②湿度和温度有改变,温度从26℃增至35℃时表皮的水的弥散可增加一倍。(2)温度 外界温度升高时,皮肤的吸收能力增强,这是由于物质弥散速度加快,物质被不断地移于血液循环中所致。(3)湿度 当外界湿度升高时,由于角质层内外水分的浓度差减小,影响了皮肤对水分的吸收,因此,对其他物质的吸收能力也降低。如果外界湿度低,甚至使皮肤变得很干燥,即角质层内水分降到10%以下时,则角质层吸收水分的能力明显增强。

3.物质因素

以下几方面因素影响皮肤的吸收能力:

①对脂质和水分的溶解度 表皮的通透性很大程度上是由细胞膜的脂蛋白结构所决定的。脂溶性物质(如酒精、酮等)可透入细胞膜,水溶性物质因细胞中含蛋白质可吸收水分,故也可透入。角质层细胞的内部切面也为镶嵌型,有脂质20%~25%,蛋白质75% ~80%,所以水溶性物质可通过蛋白质透入,有机溶剂则通过脂质而透入。

②透入物的分子量 分子量与通透常数之间尚无单相关。分子量小的氨气极易透入皮肤,分子量大的物质,如汞软膏、葡聚糖分子(分子量为15300)也都可透入皮肤。而有些小分子物质则不易透入皮肤。这种情况可能和分子的结构、形状、溶解度等有关系。

③浓度 气体及大多数物质浓度愈大,透入率愈大;但也有少数物质浓度高,对角蛋白有凝固作用,反而影响了皮肤的通透性,导致吸收不良。如苯酚,低浓度时,皮肤吸收良好;高浓度时,不但吸收不好,还会造成皮肤损伤。

④电离子透入 一般经皮肤附属器官透入,但有人用放射性核素钍标记的氯化钍电离子透入后,其经皮透入量显著增加。

⑤赋形剂 赋形剂可能促进物质经皮肤附属器官吸收,但其作用不大,可以忽视。物质能否吸收主要看它本身性质,赋形剂不能将本身不能吸收的物质带过屏障带。但有人认为赋形剂也很重要。同样浓度的HgCl结晶和HgCl水溶液放在豚鼠皮肤上,作用一周后前者死22亡为0/20,而后者死亡为9/20。有人发现,酚在水性赋形剂中比在花生油或聚乙二醇中更易通透。近几年发现二甲基亚砜及其所溶解的物质能很快透入皮肤,其作用机制尚未完全弄清,可能是分配系数有变化之故。(1)水分 放在37℃水中的离体角质层,吸收的水分可高达60%,但完整的皮肤只吸收很少量的水分。水分主要是透过角质细胞-32的胞膜进入体内,25℃时其通透常数为每小时0.5×10cm。--(2)电解质 过去认为阴离子除I、Cl外,一般不能经皮吸收,+2+2++阳离子中非生理性的Li、Sr和Ba不能渗透,生理性的Na和2++++Ca也不能渗透。然而,放射性离子实验表明,Na、K、Br可很13189快透过皮肤, I、 Sr和放射性钙在鼠皮肤上均可吸收。(3)脂溶性物质 皮肤可大量吸收脂溶性物质,如维生素A、维生素D及维生素K容易经毛囊和皮脂腺透入。激素中的脂溶性激素,如雌激素、睾酮、孕酮、脱氧皮质类固醇等也透入良好。凡在脂及水中都能溶解的物质吸收最好,大多数物质其吸收速度可与消化道黏膜的吸收和注射后的吸收相似。而单纯水溶性物质,如维生素B、维生素C、蔗糖、乳糖及葡萄糖等都不被吸收。(4)酚类物质 一般酚类物质可由皮肤透入。

①苯酚 高浓度(大于5%~10%)时可使皮肤蛋白质凝固,低浓度时可很快吸收,皮肤擦伤时比正常皮肤吸收增加50%,烫伤时增加130%。婴儿用含酚的卡氏搽剂可引起急性溶血性贫血和正铁血红蛋白血症。

②水杨酸 非离子化的水杨酸为脂溶性,离子化的水杨酸为非脂溶性。用5%的水杨酸和水杨酸钠的霜剂在正常皮肤上贴布24h,测其尿中排泄量,可见脂溶性水杨酸霜明显吸收而水溶性的水杨酸钠则全不吸收。有报道银屑病患者用3%~6%水杨酸外搽,每日4~6次,临床可出现恶心、耳鸣、呼吸困难和幻觉。儿童大面积用药时更易中毒,一般用药面积不宜超过体表面积的25%。其他脂溶性的酚衍生物,如间苯二酚、氢醌、焦性没食子酸,不管何种赋形剂均可渗透皮肤。(5)激素 睾酮、孕酮、脱氧皮质类固醇等容易迅速地被皮肤吸收。

可的松不被皮肤吸收,氢化可的松可被皮肤吸收,婴幼儿外用氢化可的松可能会导致生长受阻滞。倍他米松外用效果比氢化可的松强10倍。氟轻松外用效果最好,皮肤吸收也最好。糖皮质激素外用时,儿童比成人更易吸收,所以在治疗婴儿湿疹时不宜久用,须注意经皮吸收后可引起系统反应。水溶性激素的经皮吸收尚无一定结论。(6)有机盐基类 皮肤对这类物质吸收情况各有不同,其中有植物碱、合成杀虫剂、抗组胺剂、镇静剂、防腐剂、收敛剂等,如果它们的盐基是脂溶性的游离盐基,则皮肤吸收良好;如果是水溶性的,则皮肤吸收不好。如尼古丁是脂溶性有机盐类物质,皮肤吸收良好。(7)重金属及其盐类 重金属的脂溶性盐类可经皮吸收,如氯化汞可通过正常皮肤,但浓度超过0.5%可凝固蛋白质,妨碍其通过。金属汞、甘汞、黄色氧化汞主要经毛囊和皮脂腺而透入,表皮本身不能透过。氯化氨基汞本身不溶于水、脂质及有机溶剂,故极少吸收。临床上之所以能吸收是因为经角质层和汗液的酸化,使汞离子分解游离之故。

铅、锡、铜、砷、锑、汞与皮肤、皮脂中脂肪酸结合成复合物的倾向,使本来的非脂溶性变为脂溶性,从而使皮肤易于吸收。(8)气体 皮肤吸收气体的数量很少,全身皮肤吸氧量约为肺的1/160。一氧化碳不被吸收,二氧化碳则内外相通,由溶度高的一侧向低的一侧弥散或透入。此外,氦气、氮气、氨气、硝基苯及特殊的芳香族油类蒸气等也可以透入皮肤。(四)吸收功能与化妆品研发

外来物质进入皮肤主要通过两个途径:表皮和附属器(汗腺和毛囊)。多数情况下,物质是以表皮进入皮肤的,并经历三个阶段:①经皮渗透,即透过表皮进入真皮;②皮肤吸收,在真皮通过毛细血管作用进入体循环;③在作用部位积聚。这是临床治疗疾病时的药物经皮给药的全过程,最终目的是利用皮肤给药的优点(使用方便和毒副作用小)治疗全身性疾病。药物的经皮给药实际上是透皮吸收给药。

化妆品的经皮输送过程与药物输送的主要区别在于化妆品功能性成分是以经皮渗透后积聚在作用皮肤层为最终目的,而非将其输送到全身。多数化妆品功能性成分需要进入皮肤,是按产品的有效性作用于皮肤表面或进入表皮或真皮,并在该部位积聚和发挥作用,不需要透过皮肤进入体循环。如防晒剂应滞留在皮肤表面,如果渗透到皮肤内,则失去了防晒剂的功能属性,且大大增加对皮肤的伤害可能性。抗氧化剂、皮肤美白剂和抗衰老功效成分,经常作用于表皮的角质形成细胞、黑素细胞或真皮的成纤维细胞等,如果只是停留在皮肤表面而不能达到相应的作用部位,也失去了使用活性成分的意义。因此,化妆品研究人员在研究功能性成分的经皮输送时,要促进这些成分的经皮渗透,避免透皮给药。三、呼吸功能

除了某些厚度超过1mm的特殊部位外,表皮可以通过皮肤表面弥散获得它所需要的全部氧气;经皮肤排出的二氧化碳,部分来自于皮肤本身,部分来自于浅表血管的血液。皮肤呼吸占人体整个呼吸量的比例:氧的吸收低于1%~1.9%,二氧化碳排出为2.7%。皮肤虽然具有一定的气体交换功能,但尚难称其为呼吸器官。

1.二氧化碳

表皮角质形成细胞在增殖、分化成熟过程中产生的CO通过角质2层弥散进入到空气中,或经过真皮进入皮肤循环,并由血液清除。皮肤表面CO的弥散与角质层的完整性及皮肤屏障功能相关。皮肤中和2碱性物质的能力与其CO的释放相关。在皮肤的不同部位,CO弥散22存在生理学差异。腋窝和前额是CO释放较多的部位,而前胸、背部、2腹部及手掌等部位的CO释放率较低。汗腺在CO释放中可能起一定22作用,显性出汗时,CO释放增多,所以,环境温度应是影响CO释22放率的主要因素。用乙酰胆碱刺激汗腺显示CO释放增多,此与不显2性水分丢失增多相关,表明CO通过与水分相关的汗腺被排出,CO22丢失与角质层完整性之间存在一种对应关系。异位性皮炎、银屑病患者的皮肤与正常皮肤在CO弥散方面存在差异,而婴儿和成人之间没2有差异。

2.氧气

皮肤与外界环境间的氧气(O)交换早在1851年已被证实。角2质层是氧气流通的最大阻力,角质层厚度和组成成分(脂类)的变化可引起O流通改变。离体皮肤对O转运的阻力显著减少,与血液相22关的经皮氧分压(transcutaneous oxygen pressure,TCPO)在局部2充血时增高,许多局部因素如角质层和表皮厚度、炎症、紫外线照射、皮肤病和水肿均可影响TCPO。TCPO为评价正常皮肤中动脉氧分22压和微循环提供了一种有用的方法。在银屑病、痤疮患者中,TCPO降低。2

3.皮肤呼吸功能与化妆品研发

正常情况下,皮肤毛细血管内的血氧释放在到达皮肤表面之前大部分弥散至周围组织,仅小部分参与皮肤细胞代谢,而且由于表皮结构的阻挡,经弥散到达皮肤表面的氧量很难被检测到。但是,当皮肤被加热至43~45℃时,毛细血管达到最大程度的扩张,血流量最大,流速最快,此时绝大部分血氧可以弥散至皮肤表面,此时可通过监测经皮氧的散失情况来监测皮肤微循环状态。

近年来,化妆品研究人员已经关注并应用调节皮肤微循环的活性物质来改善皮肤的健康状态,并且达到相应的效果。这些改善微循环的化妆品,其功能评价往往使用经皮氧分压作为一个硬性指标,当然也可使用激光多普勒和红外热成像等技术。四、排泄功能

皮肤具有分泌和排泄功能,这主要是通过汗腺和皮脂腺进行的。(一)汗腺

汗腺分为小汗腺(或称外分泌腺)和大汗腺(或称顶泌汗腺)两种,它们各自有不同的生理活动,但都有分泌汗液的能力。小汗腺分泌大量水分,与体温调节有关;而大汗腺在人体已退化,仅局限于部分有毛存在之处,与体温调节无关。除此之外,两者神经调节也有所不同,大汗腺受肾上腺素能神经调节,小汗腺由乙酰胆碱能神经支配,但这种区别也不是绝对的,大汗腺可受乙酰胆碱性物质刺激,小汗腺可对肾上腺素和异丙肾上腺素起反应,两者均受双重神经支配。

1.小汗腺(1)小汗腺的分布 除口唇、龟头、包皮内层、阴蒂外,小汗腺分布全身,其密度随部位而不同,一般以掌、跖最多,屈侧比伸侧多。成人皮肤上的小汗腺数量为200万~500万个,平均每平方厘米有143~339个,它因人种、年龄、性别及部位等有所不同。这些小汗腺按其生理活动状态,可分为活动状态小汗腺及休息状态小汗腺。(2)汗液的成分 汗液相对密度约为1.001~1.006,pH值约为5.5±0.5,主要成分为液体和固体两部分,前者占99%~99.5%,后者仅占0.5%~1.0%。液体内主要是水分,固体内有无机物和有机物,有机物中以乳酸及尿素最多,无机物中以氯化钠最多。此外,还含有钙、镁、磷、铁。汗液中还含有多种氨基酸类,具体如下:①尿素,汗液中含尿素氮约50~60mg/dL,比血中的含量高2倍,尿酸约为0~0.7mg/dL;②乳酸,汗液中含量约为220~370mg/dL,平均约为300mg/dL,比血中的含量高4~40倍;③氯化物,成人不显性出汗时,氯化钠的含量约为5~18mmol/L,24h可排出330mg氯化钠;④氨基酸类,总含氮值约为1.57~4.76mg/dL,约为尿中的1/4,这些氨基酸有谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、酪氨酸及蛋氨酸等;⑤其他,如免疫球蛋白,汗液中IgG比IgA多(IgG/IgA=3/4),异位性皮炎患者汗液中的IgE比正常人高。汗液中的各种成分及其含量范围见表1-5。表1-5 汗液中的各种成分及其含量范围  (3)小汗腺的分泌和排泄机制 在室温条件下,只有少数小汗腺有分泌活动,多数处于休息状态,当外界温度升高到32℃以上时,活动状态小汗腺增加。身体各部位活动状态小汗腺的数目是不一致的。如气温高于临界水平(31~32℃),则全身皮肤可见到或多或少的突然出汗。当气温低于临界水平时,汗腺分泌只能在显微镜下可见,肉眼看不见,这不仅是因为汗珠太小,而且其刚出表皮即被蒸发。这种不可见的出汗是人体不自觉失水的一部分。另一部分则是通过表皮角化过程的不显汗,这部分汗不是小汗腺排出的。

到达皮肤表面的汗液数量的变化取决于小汗腺分泌丝球部的汗液分泌率。汗液主要是通过分泌细胞完整的细胞膜分泌出来的,并不包含细胞质的全部成分。分泌丝球部的暗细胞只分泌一种含黏多糖的黏液,透明细胞则分泌钠离子及水分等。这些物质在分泌丝球部的管腔内混合成类似血浆一样的等渗或轻度高渗的液体。当钠离子从分泌细胞内转移到细胞外时,水分也随之排出,这种活动是在透明细胞的内管道处进行的。在出汗率低时,则内管道关闭,钠离子分泌减少;出汗增多时,它全部开放,钠离子的分泌数量增多。

等渗或轻度高渗的汗液排到丝球汗管中,其中一部分钠离子又重新被管壁细胞吸收回去,使汗液变为低渗溶液。在出汗率高时,不存在水分的重吸收;在出汗率低时,水分则重新被吸收,但数量非常少。因为钠离子的分泌和重吸收保持着动态平衡,因此,不同的汗液流动率对钠离子重吸收的影响很小。汗液的pH值主要和乳酸盐有关,和钠及氯的关系也很密切。

钙离子透入剂——A23187可带钙离子经过细胞膜,体外实验证实其是汗液分泌的刺激剂,其强度与乙酰胆碱相同。在体外能诱发汗液分泌的强度依次为:乙酰胆碱-钙离子透入剂A23187>前列腺素E>肾上腺素>异丙去甲肾上腺素>茶碱>脱羟肾上腺素>DB-cAMP,5-羟色胺和组胺则无发汗作用。异丙去甲肾上腺素、茶碱和DB-cAMP的作用,可能与β-肾上腺素能拮抗剂-受体-腺苷酸环化酶系统有关。钙离子对小汗腺分泌的胆碱能和α-肾上腺素能的机制非常重要。在乙酰胆碱或脱羟肾上腺素诱导的汗腺分泌中,对钙离子有绝对依赖性。但在异丙去甲肾上腺素诱导的汗液分泌中,对钙离子依赖较少。可能是受α-肾上腺素能和乙酰胆碱刺激使细胞膜对钙的通透性增加,钙离子进入细胞膜所致。

在绝大多数组织中,钙离子和cAMP是调节细胞活性的内部信号系统的主要组成部分。汗腺在异丙去甲肾上腺素、茶碱和两者共同存在时的研究表明,不同时间的cAMP量,前者培育5min,cAMP即可达到饱和点,单用茶碱cAMP上升甚微,但两者并用时cAMP量可高达单用异丙去甲肾上腺素的一倍以上。(4)小汗腺分泌的生理功能

①散热降温 体内外温度升高时,排汗可以散热降温。24h不显性出汗的数量约为500~700g,由于水分的不断蒸发,带走大量热量,特别是在高温环境中,显性出汗散热降温的作用更明显,以此维持正常体温。

②角质柔化作用 在很多气候条件下,环境的湿度、汗液和透过表皮的不显汗可维持水分的供给与挥发的生理平衡,从而防止角质层干燥。汗液可补充角质层的水分散失,以保持角质层的正常含水量,使皮肤柔软、光滑、湿润。

③汗液在皮面的酸化作用 表皮呈酸性,在日常生活中可防御微生物,这种作用主要通过汗液的酸性来维持。至于汗液中哪些成分在酸化中起作用,尚未完全肯定。

④脂类乳化作用 汗液与皮脂的相互乳化力很强,形成乳化剂,在皮面上及其沟纹皱襞处,毛囊漏斗内形成脂类薄膜。

⑤排泄药物 汗腺分泌细胞对与蛋白质相结合的药物有很高的通透性,有不少的药物,如磺胺类、氨基比林、巴比妥类、灰黄霉素、奎宁、酒精及铅等,都可以从汗腺中分泌和排泄出去。

⑥分泌免疫球蛋白 如分泌型IgA。(5)影响小汗腺分泌的因素

①温度 小汗腺分泌受体内外温度的影响。实验证明,将肾上腺素和去甲肾上腺素直接注入脑室内,可使体温下降,小汗腺分泌减少;而5-羟色胺可使体温上升,并使小汗腺分泌活动增加。这种出汗称为中枢性排汗。另外,小汗腺处的胆碱能纤维可以直接接受皮肤及外界温度变化的刺激,引起反射性排汗增加,这种出汗称为直接性排汗,它不受麻醉剂的影响。在31℃以下室温时的排汗,称为不显性出汗,仅在显微镜下可以看到汗液;31℃以上时的出汗,称为显性出汗。

②精神 大脑皮质的兴奋及抑制对汗腺的分泌活动有影响,这种出汗称为精神性排汗。它常常发生在手掌、足跖、手背、头面及颈部,其次在前臂、小腿及躯干。小汗腺的活动受交感神经的支配,主要是胆碱能纤维,在组织学上尚未证实有肾上腺素能纤维存在。实验证明,局部注射乙酰胆碱可引起小汗腺大量分泌和排泄汗液。但是,在局部注射肾上腺素后,也可以引起小汗腺的分泌活动增加,排泄出少量的汗液。

③药物 有一些药物可以使小汗腺分泌活动增加或减少。例如,局部注射乙酰胆碱,也可引起小汗腺分泌活动增加,这种出汗称为胆碱能性排汗,它可用抗胆碱制剂对抗。此外,用肾上腺素皮内注射,也可以引起出汗,可能是作用到肌上皮细胞的结果,这种出汗称为肾上腺素能排汗。

④饮食 口腔黏膜、舌背等处分布有丰富的神经末梢及特殊的味觉感受器。在咀嚼时可引起口周、鼻、面颈及上胸部反射性出汗,特别是吃了辛辣食物或热烫食物后更加明显,这种出汗称为味觉性出汗。

⑤其他 新生儿(包括早产及足月产)的皮肤汗腺发育是不完全的,有的早产儿开始出汗常仅限于面部,皮肤常呈低温状态。随着时间的增长,四肢及躯干也可以出汗,一般在7~14天后全身可出汗。足月产儿第3天手掌有出汗,但皮肤汗腺对乙酰胆碱的反应差,出生后7~10天试验,结果仍比成人差,约为成人的1/3,这可能与新生儿大脑发育不良有关。

成人的温热发汗量男性较女性的潜伏期短,发汗量大,这可用男性基础代谢量大来解释。男性汗腺对乙酰胆碱的敏感度也髙,但也有

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