第三章 皮肤的生物化学与生理功能
皮肤作为人体最大的器官，和其他器官一样具有共同的生化代谢过程，但由于其解剖结构的特殊性，皮肤具有自己的代谢特点及特定 生理功能。
第一节 皮肤的新陈代谢
一、能源代谢
皮肤以葡萄糖或脂肪作为能源物质，通过有氧分解和糖酵解供能。由于表皮无血管、含氧量较低、乳酸脱氢酶量高而丙酮酸脱氢酶量低，与之相适应的代谢特点是糖酵解途径特别旺盛。表皮的糖利用率高于真皮，毛囊生长期、创伤和银屑病的表皮利用率均显著提高，体现了与其功能密切相关的代谢特点。
二、糖代谢
皮肤尤其是表皮含葡萄糖的量较高，患糖尿病时更高，使之更易被感染。糖除了供能之外可作为粘多糖、糖原、脂质、核酸、蛋白质等的生物合成底物。
三、蛋白质代谢
表皮蛋白质有纤维状结构蛋白和非纤维状结构蛋白两种，前者是角蛋白的主要成分，是表皮细胞、毛发和甲的结构蛋白质，后者参与了除角化过程外的其他细胞功能。真皮结缔组织纤维中的硬蛋白包括胶原蛋白和弹性蛋白，基质中为粘蛋白。
肽链内切酶和外切酶两种蛋医学.全在线www.med126.com白质水解酶一方面参与了皮肤细胞内外蛋白质的正常分解代谢，另一方面也参与了病理过程如皮肤炎症反应和恶性细胞的转移与入侵。引起了趋化性肽的释放、血管通透性增高、结构蛋白质降解与周转、细胞的分离和对细胞的细胞毒作用。真皮中胶原蛋白酶可使基底膜下皮肤裂解。皮肤血管壁与皮面脂质中的纤维蛋白溶解酶可激活纤溶酶原使纤维蛋白降解。汗腺中的激肽释放酶可释放血管活性肽，使血管通透性升高。
四、脂类代谢
脂肪主要作为能源，类脂质（磷脂、糖脂、固醇、固醇酯)是构成生物膜的主要成分。高脂血症和血清蛋白异常可使脂质沉着于真皮引起皮肤黄瘤损害。
表皮中的亚油酸和花生四烯酸两种必需脂肪酸参与正常皮肤的屏障功能，也作为一些重要活性物质的前体。如花生四烯酸可合成前列腺素这一介质，细胞损伤时本身也可作为趋化性物质，其代谢产物在锌的运转中起重要调节作用，因此可能是表皮功能的调节物。
五、水和电解质代谢
皮肤是人体水和电解质的重要贮存库之一，水主要存于真皮内，电解质则主要存于皮下组织内。皮肤损害或发生炎症时，水分、钠、氯化物增加，限制水盐摄入则有利于皮肤炎症的消退。
第二节 皮肤脂质、黑素与结缔组织的代谢
一、脂质代谢
皮脂主要由以下成分组成：①皮面脂膜，构成皮肤表面的脂质，由皮脂腺和表皮内源性以及细菌、真菌、化妆品等外源性脂质提供，包括游离脂肪酸、蜡酯、类固醇酯、角鲨烯、甘油三酯等。②皮表脂质，作为能源和生物膜成分，包括甘油三酯、脂肪酸、类固醇、磷脂和维生素D的前体7-去氢胆固醇等。③皮脂腺的脂质，有甘油三酯、蜡酯、角鲨烯及少量胆固醇。④真皮脂质，主要是脂肪酸。⑤皮下组织的脂质基本上是甘油三酯，有少量不饱和脂肪酸及类固醇如胆固醇、7-去氢胆固醇、脂色素等。
皮脂腺的脂质代谢中，皮脂是腺体脂肪细胞最后分化的产物，皮面脂质中游离脂肪酸较多，完整的皮脂腺腺体及细胞中含量则极少。皮面脂质中以及粉刺内的游离脂肪酸来自皮脂腺的甘油三酯，经毛囊皮脂腺内的细菌尤其粉刺棒状杆菌分泌的脂肪酶作用形成。皮脂腺细胞的分化和皮脂转运入毛囊内的过程中，固醇类的酯化不断增加。
表皮的脂代谢中，不同细胞分化阶段内脂质组成不同。随着分化进行，固醇类含量增高，磷脂逐渐缺乏，角层中有蜡酯和脑酰胺。因此，表皮脂质代谢特点是磷脂的水解和角化末期的中性酯质聚集，这一特点对发挥皮肤屏障作用至关重要。病变皮损中的脂代谢异常，使该作用明显受损。
二、黑素代谢
表皮黑素单位是由一个表皮黑素细胞与其邻近的约36个角朊细胞构成的，具有在结构和功能上的合作关系。黑素细胞形成黑素体，角朊细胞将其摄取并转运，合成与清除过程在局部基因调控和内、外源调节因子作用下处于动态平衡之中。不同部位有活性的表皮活素单位数目不同，皮肤色素因此具有差异。
黑素细胞主要分布于表皮基层和毛球部位，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，并使多巴进一步氧化黑素体之后完成黑素化过程。
黑素体是黑素细胞中的一种色素颗粒，其形成过程为：核糖体中合成的酪氨酸酶经内质网到高尔基体内聚集成有膜状外廓小囊的球形细胞器即第I 期黑素体。其内膜结构充分发育并有许多膜状细丝的细胞器时始有黑素沉积，沉积不断增加，至第Ⅳ期时内部结构无法辨认，充满黑素时完成了黑素化过程，之后被角朊细胞及毛皮质细胞摄取，并在胞内进行黑素体的转运、降解或排除。
黑素可分为黑褐色的真黑素和黄红色的褐黑素，是一种结构紧密的与蛋白质相结合的有吲哚与醌等基本结构的高分子聚合物。其生成与酪氨酸酶、酪氨酸和分子氧浓度有关，速度及量受到多种因素控制。多巴、巯基、微量元素铜和锌等均可促进其合成，铁、银、汞、金铋、砷等重金属可使皮肤色素加深；垂体分泌的垂体肽如黑素细胞刺激素（MSH)可促进合成，而肾上腺皮质激素抑制MSH分泌，雌激素和甲状腺素可促进合成过程；副交感神经可使之增加，交感神经作用则与之相反；酪氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸和泛酸、叶酸、生物素、对氨苯甲酸等维生素参与黑素形成，其量的多少直接影响到黑素生成的多少。
三、结缔组织代谢
皮肤结缔组织由各种纤维（胶原纤维、弹力纤维、网状纤维)、细胞（成纤维细胞、组织细胞、肥大细胞及一些血液细胞)和基质组成。纤维中蛋白质主要是胶原蛋白和弹性蛋白，网状蛋白是一种特殊类型的胶原纤维。结缔组织疾病主要指胶原病变，也包括弹性蛋白和基质病变，临床上三者常同时存在。
胶原是体内含量最多的蛋白质，是结缔组织的主要纤维成分，由许多胶原微纤维组成，主要由成纤维细胞合成。其分解主要通过胶原酶作用水解断裂成小的片段。病理情况如大疱性表皮松解症、难治性溃疡时，该酶活性增高，抑制其活性可促进愈合。
弹力纤维的氨基酸组成类似于胶原纤维，但分布有随机性且有较多的缬氨酸和丙氨酸，纤维间共价交联多，结构较复杂，具有弹性。中性粒细胞或巨噬细胞能将其吞噬，其溶酶体中的弹性蛋白酶对之有分解作用。常伴有胶原病变的弹力纤维疾病表现为量的增减和质的改变，如退行性变、肿胀断裂、颗粒化等。
基底膜位于表皮与真皮交界处，由胶原成分如Ⅳ型胶原、Ⅴ型胶原和非胶原成分如糖蛋白、蛋白多糖组成。
基质的粘多糖是其粘蛋白的辅基，以氨基糖为主要成分，已改称氨基多糖，是基质的主要组成成分。基质中还有水、盐、糖蛋白等与血浆类似成分。粘多糖主要由透明质酶和硫酸皮肤素以及少量6-硫酸软骨素和硫酸类肝素等成分，由氨基己糖和糖醋酸组成，呈酸性。其分解代谢主要在细胞内溶酶体中进行，若溶酶体中缺乏相关酶类不能及时将其水解，即为粘多糖症的病因。
第三节 表皮角化过程及其调节
一、表皮通过时间
从基底层细胞，经历棘层、粒层，最终成为角质细胞的不断向上移行的过程中，角朊细胞产生了一系列形态学变化和复杂的生物化学改变，完成了其具有重要特征的角化过程。表皮细胞分裂形成细胞后从基底层到角层最终脱落约需28天，称为表皮通过时间或更替时间。
二、表皮角化的阶段
表皮角化分为合成和降解两个阶段。在前一阶段表皮细胞合成角蛋白细丝、被膜颗粒、透明角蛋白和其他一些物质；在后一阶段，细胞核和细胞器降解消失后余下的成分形成角蛋白，细胞膜增厚。
三、角蛋白的生化
角蛋白是指存在于表皮角层的蛋白质（由纤维状蛋白和无定形基质形成的角蛋白复合体)或从基层至角层细胞中的纤www.med126.com/sanji/维状蛋白（角蛋白细丝中的内含物)。纤维状蛋白由多肽链组成，分子量40000~70000，随不同分化阶段变化，因此角蛋白多肽是细胞分化的一个标志。在表皮、毛发和甲中，角蛋白化学组成类似，但胱氨酸含量明显不同，表皮中含量更低，同时毛发与甲中有一种附加结构蛋白质称为基质蛋白，因此毛发角蛋白对由表皮角蛋白所制备的抗体无交差反应。
角蛋白异常包括异常角蛋白细丝、透明角质颗粒或被膜颗粒的质与量异常。如寻常型的银屑病和鱼鳞病和毛囊角化病中角蛋白细丝减少，聚集减弱，直径改变，皮损中表皮角蛋白的分子量为67000的多肽消失，出现表皮角化过度或不全等病理改变。
四、表皮生长与分化的调节
（一) 环腺苷酸（cAMP)与环鸟苷酸（cGMP)
两者为主要的环核苷酸，其中cAMP可抑制表皮细胞有丝分裂和增殖，由ATP经腺苷酸环化酶作用而生成，存在于整层表皮中，同能影响该酶的激活的因素均可间接影响表皮细胞的分化增殖。cGMP与之作用相反，由鸟苷酸环化酶作用产生，组胺及表皮生长因子可刺激该酶活性，故可间接促进表皮增生。
（二) 花生四烯酸代谢产物
产物中前列腺素E2可增加cAMP水平和增加DNA合成而使表皮增殖，白三烯对DNA合成亦有刺激作用。
（三) 调钙蛋白（CaM)
能活化腺苷酸环化酶，促使cAMP生成，使cAMP转变为5"-AMP；使花生四烯酸等不饱和脂肪酸增加，因此导致前列腺素和白三烯增加；通过调节酶促进DNA合成。
（四) 表皮生长因子（EGF)
可促使表皮增生，加速有丝分裂，增加细胞DNA与RNA成分、二硫键成分和络氨酸脱羧酶与鸟苷酸环化酶合性。
（五) 蛋白酶、鸟苷酸脱羧酶（ODC)与多胺
蛋白酶活性可诱发增殖；ODC使鸟苷酸产生腐胺和多胺。二者在银屑病等慢性增生性皮肤病中活性明显增加。
（六) 类固醇激素与抑素
两者均可抑制表皮细胞有丝分裂，前者还可促使花生四烯酸类化合物合成减少，同时促进cAMP增加。
第四节 皮肤免疫及有关介质和微量元素对皮肤的影响
一、皮肤的免疫
表皮内能呈递抗原的朗格汉斯细胞、可产生细胞因子的角朊细胞、亲表皮的T细胞以及局部淋巴结，构成了具有免疫作用的独特功能单位，称为皮肤免疫系统。
角朊细胞可产生IL-1、IL-6、IL-7、IL-8、GM-CSF、TNF-α、TGF-α、TGF-β等多种细胞因子。朗格汉斯细胞可将抗原呈递给CD4+的T细胞。表皮内的T细胞多为CD8+T细胞，主要位于基底层，其抗原受体主要是α、β受体，另外r d抗原受体的T细胞可能专门识别表皮所遇到的抗原。真皮结缔组织中的CD4+或 CD8+淋巴细胞主要位于血管周围，另外有散在的巨噬细胞。皮肤中的T细胞通常表达激活和记忆细胞的表面标志，如CD45R0及高水平的IL-2受体α链（CD25)。
进入皮肤的抗原主要由朗格汉斯细胞摄取、加工和携带，向CD4+的幼稚T细胞呈递抗原。皮肤内的巨噬细胞和血管内皮细胞也可以向真皮的T细胞呈递抗原。
皮肤朗格汉斯细胞和T细胞可启动免疫应答，角朊细胞、巨噬细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞和内皮细胞等通过分泌产物影响免疫细胞功能。作为效应细胞，这些细胞还直接参与免疫应答这一过程：朗格汉斯细胞携抗原迁至淋巴结并向T细胞呈递抗原，致敏T细胞回到皮肤受特异抗原刺激而增殖，并和巨噬细胞等效应细胞以及产生的效应分子共同作用消除抗原。
皮肤分泌物中的IgA可预防化脓性感染，皮肤也是由IgE介导的速发型变态反应的重要发生部位。
二、有关介质
（一)血管活性物质
组胺来源于肥大细胞和嗜碱性粒细胞，在皮肤可引起风团，致痛和痒。5-羟色胺来源于血小板，皮肤中并不含有，但可导致红晕、发绀以及致痛和痒。血小板激活因子来源于中性粒细胞，引起皮肤红斑、风团反应。花生四烯酸氧化产物可引起红斑、水肿、疼痛、发热等。缓激肽可引起风团和疼痛。
（二)趋化性介质
嗜酸性粒细胞趋化因子能吸引嗜酸性粒细胞及中性粒细胞并使之制动。中性粒细胞趋化因子则可使中性粒细胞产生趋化、制动作用。组胺H1可增强中性和嗜酸性粒细胞趋化性，H2则相反，起抑制作用。花生四烯酸代谢产物、血小板激活因子、蛋白酶和补体主要对中性粒细胞起趋化作用。
（三)神经肽
P物质可引起风团、红斑，致痛痒。鸦片样肽可调节感觉神经活动。血管活性肠道多肽可致血管扩张并能调节汗腺分泌。
三、微量元素与皮肤病
锌的缺少可引起或加重肠病性肢端皮炎、痤疮、银屑病、皮肤慢性溃疡等。与铜的缺乏相关的疾病有白癜风、扭曲发病、天疱疮和某些遗传性结缔组织疾病等；与铜增高有关的疾病则有黑变病、银屑病、Behcet病、皮肤淀粉样变等。铁的不足可加重粘膜皮肤念珠菌病，铁代谢异常的血色病则是一种少见的遗传病。硒能减少头皮脱落角质细胞数量，可用以治疗某些角化不全性皮肤病如脂溢性皮炎、头部糠疹。
第五节 皮肤的屏障和吸收作用
作为人体最大的器官，皮肤覆蔽全身，使体内各种组织和器官免受机械性、物理性、化学性或生物性因素的侵袭。其屏障作用主要体现在：一方面可防止体内水分、电解质和其他物质的丧失，另一方面可阻止外界有害的或不需要的物质入侵，这两方面对于保持机体内环境稳定极其重要。
皮肤的吸收途径主要有：①通过皮肤毛囊皮脂腺或汗管。②透过角层细胞间隙。③透过表皮细胞本身。其中以角质层细胞途径为主。各种接触皮肤的固体、液体、微量气体均可能被皮肤吸收，但物质的理化性质对吸收率极为重要，如单纯水溶性物质葡萄糖等不易被吸收，对电解质的吸收亦不明显，对脂溶性物质如维生素A以及油脂类物质如凡士林吸收效果好，对外用药软膏与硬膏的吸收优于粉剂、水溶液等。角层水合程度高，吸收则加强。不同部位吸收率不一样，阴囊>前额>大腿内侧>上臂屈侧>前臂>掌跖。
第六节 皮肤的分泌和排泄作用
皮肤的分泌和排泄功能主要通过汗腺和皮脂腺进行汗液分泌和皮脂排泄。
小汗腺或外分泌腺在正常室温下仅少数呈分泌活动状态，无出汗感，即为不显性出汗。环境温度升高，活动性小汗腺增多，明显有出汗感时为显性出汗。小汗腺分泌活动要受胆碱能神经和体液因素影响。汗液与肾的部分排泄产物相似，与皮脂混合形成乳状脂膜，起保护皮肤作用，其酸性能抑制细菌生长。排汗则可散热降温。
大汗腺或顶泌腺的分泌晨间稍高，分泌物含水分、脂肪酸等，若含有色物则在临床上称色汗症。
皮脂腺分泌排泄皮脂受内分泌影响，雄激素、长期大量运用皮质激素可使皮脂分泌增加，不同性别、年龄、营养、气候、种族等均可有所区别。皮脂在润泽毛发、防止皮肤干裂、抑制皮肤表面某些细菌繁殖以及痤疮发生中均起一定作用。
第七节 皮肤的体温调节与感觉作用
体温调节中枢通过交感神经调节皮肤血管的收缩与扩张，改变皮肤中的血流量及热量的扩散，从而调节体温。体表热量的扩散主要通过皮肤表面的热辐射、汗液蒸发、皮肤周围空气对流和热传导进行。
外界温度升高时，交感神经功能降低，皮肤毛细血管扩张，通过的血流量增加，散热量增加，体温不会过度升高；相反，可防止体温过快降低。汗液蒸发可带走较多热量，是重要的体温调节途径。
皮肤内具有的多种感觉神经末梢，可产生触觉、压觉、冷觉、热觉等单一感觉，以及干、湿、光滑、粗糙、坚硬、柔软、形体觉、两点辨别觉、定位觉、图形觉等复合感觉。
内源性化学介质、外界刺激、局部皮肤粘膜病变等多种因素可致皮肤瘙痒这一特殊感觉，目前对瘙痒的认识仍不清楚，似乎无专门感觉神经末梢来感觉瘙痒。感觉与刺激的时间可不相符，未去除刺激时感觉已消退称为适应，去除后感觉仍持续一段时间则为后感觉。
第八节 毛发与指、趾甲的生理
人体除掌跖、指趾节末节背面、唇红、乳头、龟头、包皮内层、小阴唇、大阴唇内侧及阴蒂外，几乎全身都有毛发，不同性别、年龄、个体和部位，其密度与生长速度也有差别。此外，夏季、白天、健康状态、毛囊越粗等因素可使之生长更快。不同部位的毛发具有各自的生长周期，包括生长期、移行期、休止期，邻近毛囊的生长周期并不同步。毛囊周期的活性可能受内分泌影响。
指、趾甲是紧密坚实的角化上皮，位于手指或足趾末端伸面，可保护其下柔软皮肤。通常指头愈长生长愈快，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，故较坚硬。
