皮膚系統

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皮膚覆蓋身體,是全身最大的器官(佔人身體質量的 15~20%。)它可分為兩層,表皮(epidermis)由角化複層扁平上皮(keratinized stratified squmaous epithelium)組成,不斷生長(但厚度不會因此改變),由外胚層發育而來;真皮(dermis)由緊密結締組織構成,提供支撐與皮膚的強度,亦決定皮膚的厚度,由中胚層發育而來。所謂的表皮衍生物亦是皮膚的一部份,它們包括:毛囊與毛髮、汗腺、皮脂腺、指(趾)甲,以及乳腺。(外部連結示意圖:皮膚
皮膚的功能主要與其和外界接觸的特徵有關,包括:

  • 屏障:可遮蔽阻斷外界的各種物理、化學、或生物的因子。(如:機械力、紫外線、酸鹼等。)
  • 免疫功能:皮膚內的抗原呈現細胞(APC)可將抗原呈現與淋巴系統。
  • 恆定:調控體溫。
  • 感覺
  • 內分泌:皮膚能製造維他命 D 的前質,以及一些荷爾蒙、細胞激素(cytokine)與生長因子(growth factor)。
  • 外分泌:包括汗腺、皮脂線與頂泌腺(aprocrine,一種特殊汗腺)。

另外,有部分脂溶性物質可通過皮膚進入體內,雖然這不能算是一種功能,不過可以用於一些藥物的給藥,比如尼古丁貼片、固醇類荷爾蒙、以及暈車貼片。
皮膚的厚度變化很大,從小於 1 mm 到大於 5 mm 者都有,不過依照顯微鏡或肉眼下的型態,則可以明確區分為「厚皮(thick skin)」(手、腳掌)與「薄皮(thin skin)」(其他地方)兩種。這分類以表皮部分的型態為準,而非絕對厚度,實際上人體最厚的皮膚位於背部上半,但其表皮仍屬於「薄皮」型態。厚皮無毛囊、無豎毛肌、無皮脂腺,表皮層較厚,而薄皮則大多具有毛囊,僅少數部位例外。

表皮(Epidermis)

表皮層由扁平複層上皮組成,在「薄皮」約在 0.07 mm 至 0.12 mm 左右,在手掌約為 0.8 mm 而腳掌則更厚,1.4 mm。表皮層又可分為五層(其中一層僅「厚皮」具有),由深至淺分別是:stratum basale、stratum spinosum、stratum granulosum、stratum lucidum(只在「厚皮」)、stratum corneum。
表皮的角質細胞(keratinocyte)其分化被認為是一種特殊的細胞自殺(apoptosis),例如位於 stratum granulosum 的細胞其細胞核型態便如典型的 apoptotic nuclear。但這些細胞並不如正常細胞自殺那樣碎裂成片,而是裝滿角質纖維(此時約佔整個細胞的 85%),最後自表面脫落。損失的細胞則由最底層的 stratum basale 分裂補充。這樣從分裂到死亡的過程約 20~30 天。(外部連結示意圖:表皮
Stratum basale 是緊鄰基底膜(basal lamina)的單層細胞。內含可分裂的幹細胞,故又稱為 stratum germinativum。細胞小,呈立方狀或矮柱狀,NC ratio 較其上方的 stratum spinosum 為高,細胞質亦較 basophilia,這顏色由其豐富的 free ribosome 而來。(而較成熟細胞所沉積的角質纖維則 eosinophilic)細胞內並內含數量不等之黑色素(melanin),是由鄰近的黑色素細胞(melanocyte)所給予。Basal cells 彼此間以及與上方的 stratum spinosum 的細胞間,均以許多 desmosome 連接,而與下方的基底層則以 hemidesmosome 相接。
分裂出來的新角質細胞往上推,即形成 stratum spinosum。它們較 stratum basale 的細胞大,並具有許多細胞質突起,此層因此得名,而這些細胞也因此又稱為 prickle cell 或者 spinous cell。這些突起以 desmosome 與相鄰細胞的突起相接,相接處在電子顯微鏡下看來較厚,稱為 node of Bizzozero。上述這兩層有時亦合稱 Malpighian layer。
再向上移,細胞會逐漸變大、變平。細胞先形成 stratum granulosum,這是尚未角化細胞的最表層,細胞內含許多大小不一,形狀不規則,basophilic 且不具膜的顆粒,於 H&E 染色中著色很深,故得名。顆粒中含富 cystin 與 histidine 的蛋白質,filaggrin 與 trichohyalin,它們會促進角質素聚合成角質纖維。這角化的過程需時 2 到 6 小時。另外 stratum granulosum 的細胞內亦含有具膜的顆粒(lamellar body),胞吐後形成防水脂層,並連帶阻斷來自下方血管的養分與氧氣,使細胞死亡。

皮膚防水功能來源有二:

  • 角質細胞細胞膜內面沉積了一層不溶於水的蛋白質,此稱為 cell envelope,厚度約 15 nm。當外界壓力增加,此層亦隨之變厚。
  • 細胞膜外面的脂肪層,稱為 lipid envelope,厚約 5nm。它被釋放於 stratum granulosum 與 stratum corneum 間,是多種脂質的混合物,其中最多的要屬 ceramides,但最重要的則是 acylglucosylceramide,它可提供「鐵氟龍般的覆蓋」。

通常,在有核的 stratum granulosum 與無核扁平的 stratum corneum 間的變化是突然而非漸變的,後者是分化最完全的角質細胞。Stratum corneum 的厚度變化最大,其決定表皮層之厚度。在「厚皮」,stratum granulosum 與 stratum corneum 間則多一層 stratum lucidum,其被認為是 stratum corneum 的分支,細胞易碎、淡染、已角化、無核或僅底部少數核。

表皮中的其他細胞

除了角細胞,亦存在黑色素細胞(melanocyte)、蘭格罕細胞(Langdhans’ cell)、與。

  • 黑色素細胞(melanocyte):來自神經塉(neural crest),分散於 basal layer,樹突狀,和角質細胞間沒有 desmosome 連接,但與基底膜間有 hemidesmosome。黑色素細胞與角質細胞的比例不論種族膚色,是約略固定的(1:4~1:10),也就是一個黑色素細胞將其突起伸至固定數量的角質細胞中,這稱之為一個 epidermal melanin unit。不似角質細胞只有 basal layer 可分裂,黑色素細胞終其生保有分裂的能力,但速度較慢,以維持 epidermal melanin unit 比例的固定。在 H& E 染色下,可見黑色素細胞具有拉長的核,以及透明的細胞質,在電顯中則可看見黑色素。黑色素細胞所做出的黑色素可防止非離子化紫外光的侵害,其是由 Tyrosine 氧化後形成 DOPA,在經過數個步驟轉換而成,這過程發生於稱為 premelanosome 的胞器內,它來自 Golgi 氏體,黑色素填滿後便稱為 melanosome,藉由隨突起斷落進入角質細胞中。
  • 蘭格罕細胞(Langerhans’ cell):抗原呈現細胞(APC),又稱為樹突細胞(dendritic cell),與第四型過敏反應有關,可移動到淋巴結中將外來抗原表現給淋巴球「看」。Langerhans’ cell 在 H&E 染色下難以分辨,其核顏色深,細胞質透明,和周圍的細胞不形成 desmosome,膜上具有IgG 之 Fc 受體與 C3b 受體,細胞內並含有網球拍狀的 Birbeck granules(又叫做 vermiform granule)。Langerhans’ cell 源自骨髓中的 CD34+ 細胞,故屬於 mononuclear phagocyte system 的成員之一。雖然最主要分佈在皮膚,但在口腔黏膜、食道與陰道之複層鱗狀上皮亦可發現。
  • Merkel’s cell(梅克爾氏細胞):位於 stratum basale,具有感覺功能,與角質細胞已 desmosome 相接。外型上,具有分葉的核,電子顯微鏡下的特徵為 80 nm dense cord neurosecretory granules。來自真皮的神經末梢裸露,然後穿出基底膜,並接於 Merkel’s cell 底部,這樣神經-Merkel’s cell 和在一起的構造稱之為 Merkel’s corpuscle,是一種機械力受體。

除了 Merkel’s cprpuscle,皮膚中也含有許多其他的受體。當中最多數的是裸露的神經末端(free nerve ending),它們負責感受輕觸覺(fine touch)與冷熱,常位於毛囊旁邊,與毛囊的根鞘 root sheath 接觸,可以感受到毛髮的動作。幾種具有 capsule 的神經末梢範例包括:pacinian corpuscle、Ruffini’s corpuscle、與 Meissher’s corpuscle。Pacinian corpuscle 較大,呈橢圓形。埋在真皮深層與皮下組織中,亦存在於結締組織與關節、骨膜、內臟中。其為有髓鞘的神經末梢外圍包著 capsule,切面看起來就像洋蔥。其感覺壓力與震動。Meissher’s corpuscle 位於 dermal papilla,負責觸覺。Ruffini’s corpuscle 的構造最簡單,他感覺持續性的機械壓力。其餘各式各樣的受器,請參見神解課本。

真皮(Dermis)

表皮與真皮間的交界並不平坦,乃是犬牙交錯,所受的壓力越大,這個交錯的區域也就越深,表面的表皮也就越厚。真皮朝上突出的部分稱為 dermal ridge 與 dermal papilae,而表皮往下延伸的部分則稱為 epidermal ridge 或 rete ridge。但若平行表面橫削,則可見 epidermis 中指狀 dermis 所構成的「小島」。「厚皮」的 dermal ridge 間具有 dermal papilla,此與表面的皮紋(dermatoglyphic,包括指紋等)相符。這是由於 stratum basale 分裂的速度固定,當 dermal papilla 越深,basal layer 面積越大,分裂的細胞也就越多,使得表面的皮膚越厚之故。
而真皮便可分為 papillary layer 與 reticular layer 兩層。前者屬疏鬆結締組織,含第 I 型與第 III 型膠原蛋白與細長絲狀的 elastic fiber,此層含有供應表皮層的血管(但不進入表皮層),以及神經末梢;後者屬緊密結締組織,厚度多變,一般較 papillary layer 為厚,主要含第 I 型膠員蛋白與 elastic fiber,此二者集結成束,平行排列,形成身體所謂的 Langer’s line。(開刀時若沿著 Langer’s line 割開,則傷口癒合所形成之疤痕較不明顯。)在乳暈、陰莖、陰囊與會陰等處之 reticular layer 最深處具有疏鬆網狀排列的平滑肌,其可造成皮膚表面之皺縮。
在 reticular layer 下方則是皮下脂肪,可禦寒。豎毛肌亦位於皮下,屬於平滑肌。在哺乳類,此處有一層薄薄的骨骼肌,不過在人類則大多消失,僅於頸、臉與頭皮處存有,它們和其下的 platysma 或表情肌相連接。

皮膚附屬物

如前所述,包括毛囊與毛髮、皮脂腺、汗腺與頂泌腺(apocrine,分泌物含有費落蒙)。
毛囊由表皮折陷入皮下。(示意圖:毛囊)除了手、腳掌,嘴唇與泌尿生殖道開口周圍之外,其他部分的皮膚全具有這個構造。其分佈受性荷爾蒙影響,包括男性的鬍子,以及兩性的陰毛與腋毛,均自青春期開始生長。男性的隨年齡增加而發生的髮線後退,與其雌激素(estrogen)與類雌激素荷爾蒙(estrogen-like hormone)分泌減少有關。毛髮的顏色決定於當中黑色素的種類與多寡(兩種黑色素:eumelanin 是棕黑色,而 phenomelanin 則是帶紅的黃。)
毛囊的基本結構可以分成 infundibulum(自表皮開口至皮脂腺開口)、isthmus(自infundibulum 至豎毛肌 insertion 處)以及 inferior segment(毛髮生長時,其為等粗,僅有最基部澎大稱之為 bulb,坐落於 dermal papilla)。
在 dermal papilla 的疏鬆結締組織與 bulb 的交界,有一層可分裂的細胞稱為 matrix cell,提供顏色的黑色素細胞則散佈其間。自 matrix cell 分裂而來的細胞形成毛髮製造角質,亦形成 internal root sheath。Internal root sheath 又可分為三層:cuticle 乃是直接面對毛髮表面的扁平細胞;Huxley’s layer 是單到雙層細胞,形成 internal root sheath 的中板(middle plate);以及 Henle’s layer,位於最外的單層立方細胞,鄰接於 external root sheath。
當離開 matrix 後,毛髮與 internal rooth sheath 很快開始角化,這一段稱為 keratogenous zone。毛髮角化形成硬角質,而 internal sheath 角化則形成軟角質,後者並未與毛髮一起伸出皮膚,而是接著分解。毛髮本身亦可分為三層:medulla 位於髮幹中間,由大而空泡的細胞組成,只有粗的毛髮才具有此部分;cortex 在 medulla 外,由立方細胞組成,它們會分化成裝滿角質的細胞;cuticle of hair shaft 則是扁平細胞,形成毛髮的最外層。
毛髮的生長並非持續過程,可以分成 anagen(生長期)、catagen(停頓期)、telegen(毛囊萎縮期),接著便脫落。在同一時間,頭皮上的頭髮有約有 80% 均楚於生長期。這些較粗大的 terminal hair 可長超過一公尺,生長數年(而萎縮期僅持續數月),而細短的 vellus hair 則生長時間較短。禿頭的過程並非沒有毛髮,而是在數個週期後,原本的 terminal hair 逐漸被 vellus hair 所取代。比 vellus hair 更細的毛髮稱之為 lanugo(胎毛)其表現於胎兒全身,出生後不久即脫落。
毛髮的生長在 16 到 46 歲間生長最佳,超過五十歲後則漸減。懷孕期間毛髮生長正常,但在生產後會有暫時的停頓與脫落。
皮脂腺以 holocrine 的方式分泌皮脂(sebum),其可維持皮膚質地與毛髮彈性,亦可能與抑制細菌繁殖、或作為屏障與費洛蒙有關。皮脂腺在臉、頭皮與前額處的皮膚密度最高,生長附屬於毛囊 external sheath,一個毛囊可長有多個皮脂腺。在沒有毛髮的皮膚(嘴唇、泌尿生殖道開口外),則直接開口於皮膚表面。唯有手腳掌厚皮處沒有皮脂腺。
皮脂腺的分泌會受性荷爾蒙調控。而所謂的青春痘(acne)則是皮脂腺阻塞後,皮脂與角質堆滿滿,並且產生慢性發炎。當中有厭氧菌生長,但這細菌與青春痘間的因果關係則尚未明白,可能與細菌分解三酸甘油酯,產生游離脂肪酸,或許會造成刺激。由於抗生素治療青春痘有效,所以認為細菌對造成痘子是有作用的。
汗腺可分成兩種:eccrine sweat gland 與 apocrine sweat gland。前者分佈於除了嘴唇與外生殖器外的全身皮膚,後者只在腋下、乳暈與乳頭、肛門周圍與外生殖器分佈。另外耳道的 ceruminous gland(耳垢腺)與眼瞼的 gland of Moll 亦屬於 apocrine sweat gland 的特殊型式。
Eccrine sweat gland 為不分枝的捲曲線體,功能主要是調節(降低)體溫。其獨立,而不似毛髮由凹陷的 epidermis 長出。每個 eccrine 汗腺均為單一盲管,捲曲而覆蓋單層上皮。其可分成兩段,secretory segment 位於較深部且較卷;duct segment 則位於 epidermis。Sectory segment 所製造的分泌物成分接近血漿的濾出物(ultrafiltrate)到了 duct segment,當中的鈉與部分水分會被再吸收,最後形成低張的汗液,裡面含蛋白質量少,而具有不等濃度的氯化鈉、尿酸、尿素與氨。除了失水,出汗過量亦可能造成其它電解質的留失,如鉀、鎂等。在正常狀態下,人一天約有 600 mg 的無感失水,經由肺與皮膚的蒸發。(當然,天熱時便會增加。)
熱調控性發汗自額與頭皮開始,延伸到臉、全身,最後是手腳掌;與之相反的,情緒性發汗則由手腳掌與腋下最先開始。在自主神經系統中,前者屬膽鹼性神經支配,後者則是腎上腺性支配。
在 secretory segment 有三種組成細胞:clear cell、dark cell,以及 myoepithelial cell,前二者屬上皮細胞,第三個則屬可收縮的上皮細胞(具有平滑肌特性)。這三種細胞均附著於基底膜上,以偽複層的型式排列。Clear cell 含有豐富的 glycogen,因而 PAS (+),細胞膜多皺折,製造汗液的水樣部分。而 dark cell 內含較多粗糙內質網,與較大的 Golgi body,可以推論其功能偏向製造醣蛋白。Myoepithelial cell 含肌動蛋白,因而使染色時其有 eosinophila 的特性,收縮的功能用於快速排出汗液。
Duct segment 為複層(二層)立方上皮,沒有 myoepithelial cell,細胞較 secretory segment 小而深染,細胞頂端的細胞質因含有 tonofilament 而深染並呈現玻璃化的外觀。
Apocrine sweat gland 之管腔較大,常與毛囊相連,亦由 epidermis 凹陷而生。其 secretory segment 較寬,只含有一種細胞,分泌物富含蛋白質,並在多種動物有費洛蒙的功能。雖然名為 apocrine sweat gland,其分泌的方式後來卻發現其實是 merocrine,因而原本的名稱成為誤稱。Apocrine sweat gland 的分泌物原本是無嗅的,但會在經表皮細菌作用後而產生氣味。
這兩種汗腺均由交感神經支配,但 eccrine sweat gland 是由膽鹼性的神經(少數膽鹼性交感神經支配之動器),而 apocrine sweat gland 則由腎上腺性神經支配。
指甲的成分如毛髮一般,屬於硬角質,因此不會脫屑。它躺在指甲床(nail bed)上,後者與旁邊皮膚的 stratum basale 與 stratum spinosum 相連續。指甲的生長區稱為 nail matrix,內有幹細胞、上皮細胞、黑色素細胞、Merkel’s 細胞與 Langerhans’ 細胞。指甲基部白色半月型的 lunula,其顏色來自較厚而部分角化的 matrix,當角化完全後,指甲的顏色會變得更透明,因此能透出下方微血管床的顏色。Lunula 上方覆蓋一層短短的小皮,稱之為 eponychium 或 cuticle,它亦是由應角質所構成,因而不會脫屑,但因薄而會自動斷落,或者常在修指甲時人工去除。靠指尖,指甲凸出處下方較後的皮膚,則稱為 hyponychium。(外部連結:指甲組織圖

資料來源

  • Color textbook of histology, by Leslie P. Gartner and James L. Hiatt, first edition.
  • Histology, by michael H. Ross and Wojciech Pawlina, 4th edition.

This article was written by 封狼

17 thoughts on “皮膚系統”

  1. 真是太專業了你!
    但是希望有些英文可以上翻譯成中文
    讓我們可以在閱讀上更為簡單易懂
    感謝你

  2. 皮膚防水功能來源有二:
    角質細胞細胞膜內面沉積了一層不溶於水的蛋白質,此稱為 cell envelope,厚度約 15 mm。當外界壓力增加,此層亦隨
    應該是 15 nm 才對
    胞吐後形成防水脂層,並連帶組斷來自下方血管的養分與氧氣,使細胞死亡。
    阻斷…..

  3. 真的寫的棒! 謝謝 我剛到國外念高中 上課很多都弄不太懂
    幸好看到這個筆記””” 很清楚””

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