Есть контакт

Опасные химические вещества окружают нас повсюду, а между тем человек редко обращает на них внимание: ведь его тело с головы до пят покрыто кожей. Этот важный орган прекрасно справляется со своей защитной функцией, и исследователям конечно же интересно, как ему удаётся создавать барьер между окружающей средой и живыми клетками органов и тканей.

Рис. 1. Схема воздействия химических веществ на кожу.

Напомним, что кожный покров состоит в основном из трёх слоев. Верхний — это условно мёртвые клетки: обезвоженные, они тем не менее дышат, в них функционируют некоторые ферменты. В клетки верхнего слоя превращаются с течением времени живые клетки эпидермиса, которые лежат ниже. А глубже всех находится дерма — базовый слой, пронизанный микрососудами и капиллярами.

Процесс воздействия веществ на кожу схематически представлен на рис. 1. Под „химикатами из окружающей среды“ каждый читатель может понимать то, что попадает на его руки чаще всего: автолюбители — бензин и масла, домохозяйки — моющие средства, садоводы — удобрения и пестициды.

Ступенчатая защита

Химические компоненты, контактирующие с кожей, в первую очередь воздействуют на ороговевшие кожные чешуйки, у которых есть своя функция: они закрывают проходы в межклеточное пространство. Не всякому веществу, адсорбировавшемуся на них, удаётся преодолеть это препятствие, тем более что сразу под верхним слоем кожи находится эффективный барьер, мешающий проникновению воды (а значит, и растворённых в ней веществ) в тело. Это межклеточный слой жироподобных соединений — липидов, толщиной примерно 0,02 микрона.

Рис. 2. Изменение значения рН по толщине кожи: 1) верхний слой; 2) барьерная зона; 3) эпидермис; 4) кровеносные сосуды; 5) дермис.

Наличие такого барьера подтверждают измерения рН кожи: в процессе погружения в неё электрода этот показатель меняется очень существенно. Если на поверхности значение рН близко к 6,0 (слабо кислая среда), то на границе с эпидермисом оно снижается до 4,5 (рис. 2), потому что в составе липидов есть остатки жирных кислот. Если же погрузить электрод ещё глубже, реакция среды вновь становится близкой к нейтральной: рН достигает величин 7–7,5. Такова особенность нормальной кожи, хотя вообще-то её рН — очень нестабильный и чувствительный параметр: он меняется от механического воздействия, влажности воздуха или облучения кожи ультрафиолетом.

А то, что именно липиды препятствуют проникновению воды внутрь, можно подтвердить экспериментально. Для этого на поверхность нормальной кожи наносят водный раствор иодистого натрия, в состав которого входит радиоактивный изотоп 131I. За проникновением ионов иода (а значит, и молекул воды) в глубь эпидермиса можно следить с помощью микродозиметра. Если обработать один участок поверхности тела эфиром, в котором липиды хорошо растворяются, а другой оставить нетронутым, то видно, что изотоп иода проникает в толщу кожи на этих участках с разной скоростью (рис. 3). Обезжиренная кожа через час впитает в себя до 40% растворённого изотопа, а через шесть часов — 80%, в то время как даже за восемь часов сквозь необработанную поверхность ионы иода, а следовательно, и молекулы воды в эпидермис практически не проникнут.

В общем, слой межклеточных липидов — препятствие действительно серьёзное. Однако если он нарушен, то любой химикат может проникнуть сквозь наружные чешуйки и заполнить поры в межклеточном пространстве эпидермиса, используя в том числе и обходные пути — волосяные фолликулы, протоки потовых и сальных желёз (рис. 4).

Рис. 4. Схема прохождения химических веществ через кожу (на примере компонентов крема).
Что же происходит, когда „химикату из окружающей среды“ удалось преодолеть первое препятствие?

Вещества, воздействующие на кожу, можно разделить на гидрофильные, которые менее опасны для неё, и гидрофобные — они проникают через кожу лучше, так как преодолевают липидный барьер без особых проблем.

Гидрофильные вещества, проникшие в глубокие слои эпидермиса и достигшие кровеносных сосудов дермы, обычно выводятся из организма с мочой через почки. Сама кожа в их обезвреживании почти не участвует, если, конечно, эти вещества не относятся к химически агрессивным: сильные кислоты или щёлочи, как известно, вызывают ожоги любых тканей, и первой от них страдает кожа, защищая лежащие под ней слои.

Если же мы имеем дело с менее едким веществом, то за его судьбой в толще кожи можно проследить. В качестве примера возьмем нитроглицерин — действующую основу специального лечебного пластыря. Когда это вещество помечено изотопом 14С, его с лёгкостью выявляют в различных биологических жидкостях. Наложив пластырь на кожу и сделав затем анализы крови и мочи, удалось установить, что в плазму крови попадает примерно 87% изотопа, а с мочой выводится около 82%. Из этого следует, что клетки кожи перерабатывают только 10–15% лекарственного препарата, а в кровяном русле вступает в метаболизм не более 5% вещества.

Много это или мало — 10–15%? Если конечные продукты метаболизма идут на обновление структур клеток или, по крайней мере, нетоксичны, то всё в порядке. А вот когда в коже „застревает“ 10–15%, скажем, ядохимиката, это может сказаться на ней не лучшим образом: если вещество или продукты его метаболизма токсичны, раздражения, а то и язв не избежать.

Однако гидрофильные вещества — это ещё полбеды. Мало того что гидрофобные соединения без труда преодолевают липидный барьер, так ещё и бороться с агрессивными молекулами приходится в основном нашему покровному органу. Главную роль играют здесь ферменты — монооксигеназы, содержащиеся в эпидермисе. Они пытаются окислить непрошеных гостей так, чтобы у молекул появились гидроксильные группы и они стали гидрофильными.

Если это не удаётся, то в результате метаболизма с этими веществами протекает ряд реакций с образованием азот- или серосодержащих соединений. Многие химические продукты, например пестициды, накапливаются при этом в коже и могут стать потенциальными источниками её разрушения, аллергии и других патологий....

Бег с препятствиями

Когда вещества лечебного пластыря или крема контактируют с живыми клетками эпидермиса, они запускают сразу несколько различных процессов. В частности, густой крем или мазь закупоривает поры, затрудняя воздушное дыхание клеток, и тогда они начинают потреблять энергию в анаэробном режиме. Это способствует накоплению в клетках молочной кислоты (как в мышцах бегуна на длинной дистанции), а её избыток, в свою очередь, смещает внутриклеточный рН в сторону более низких значений. При снижении рН ионные насосы в мембране клеток активизируются, а значит, усиливается приток к этим клеткам новых питательных веществ, причём как изнутри, так и снаружи. В результате клетки становятся способны усваивать компоненты крема или лекарство.

Рис. 7. Схема распределения потоков воды в коже: а) открытый участок б) участок, покрытый слоем крема.

Процесс будет протекать более эффективно, если кожа хорошо увлажнена, или, как говорят специалисты, гидратирована. Слой крема или пластырь решают и эту проблему — ведь они изменяют процесс испарения воды с поверхности тела (рис. 7). Скорость выделения пота уменьшается, и собравшиеся в капиллярах капельки распределяются в межклеточном пространстве эпидермиса.

С токсикологической точки зрения это, правда, не особенно хорошо, зато компоненты крема начинают активнее проникать в толщу кожи. Пока относительная влажность кожи невысока, вода сорбируется в областях, где больше полярных функциональных групп (например, пептидных), а при более высокой влажности она образует тонкие плёнки и включается в виде кластеров в белковые структуры. При избытке межклеточной влаги вода проникает сквозь оболочку клетки внутрь (осмотический эффект), клетка расширяется и продолжает увеличиваться в объёме до тех пор, пока снова не наступит равновесие между давлением изнутри и снаружи. Степень набухания клетки зависит от способности содержащихся в ней веществ адсорбировать воду, а также от эластичности оболочки. Гидратация кожи создаёт благоприятные условия для доставки к живым клеткам лекарств и питательных веществ извне.

Коэффициент диффузии веществ в гидратированной коже больше, чем в сухой, а следовательно, выше скорость прохождения сквозь покровы компонентов крема и лекарств.

Барьерный слой кожи представляет собой двухфазную систему, состоящую из гидратированного слоя и лежащего под ним слоя липидов. При этом неполярные компоненты крема (масла и некоторые витамины) растворяются в неполярной липидной матрице и диффундируют в ней. Полярные вещества (вода, гликоли) проходят через водные слои, но диффузия водорастворимых веществ сильно затруднена. Ведь свободной воды в коже практически нет, она включена, как правило, в белковые структуры. Отсюда следует, что без хорошей гидратации белков пользы от водорастворимых компонентов крема будет немного. Это свидетельствует о важной роли ПАВ и других органических компонентов с небольшой длиной цепи в составе композиции.

Проникая в глубокие слои кожи, компоненты крема могут оказывать прямое стимулирующее воздействие на клетки и сосуды, причём иногда вещества, составляющие композицию, действуют как бы поодиночке, а иногда желаемый эффект достигается только в результате их совместного влияния. Продукты, которые не усваиваются клетками кожи и не вступают ни в какие реакции после попадания в кровяное русло, удаляются затем через почки, лимфатическую систему, потовые и сальные выделения....

полностью статья