چرا پوست ما همیشه در برابر نفوذ مایعات مقاوم است؟

پوست ما شاید گاهی اوقات برای ما دردسر و نگرانی ایجاد کند؛ اما از یک چیز مطمئن هستیم و آن این است که هیچ‌گاه خون و عرق از آن به‌صورت غیرقابل کنترل به بیرون «نشت» نمی‌کنند؛ آن‌هم در حالی که هر ۲۴ ساعت حدود  ۵۰۰ میلیون سلول پوستی جدید جایگزین سلول‌های مرده می‌شوند.

بله، درست حدس زده‌اید! ما در هر دو تا چهار هفته یک‌بار کل پوست بدنمان را جایگزین می‌کنیم؛ اما هیچ‌گاه پوست ما حین این پروسه دچار نشتی نمی‌شود و حالا دانشمندان می‌گویند که دلیل آن را کشف کرده‌اند. آن‌ها می‌گویند پوست ما از ساختار منظمی به نام تترادکاهیدرون (Tetradecahedron) شکل گرفته است که عملا تمام منافذ را می‌پوشاند، حتی زمانی که سلول‌های مرده سطح پوست را ترک می‌کنند. ریکو تاناکا از کالج سلطنتی لندن و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی می‌گوید:

مطالعات ما می‌تواند به فهم این نکته کمک کند که چگونه سلول‌های سازنده‌ی پوست می‌توانند نوعی چسب تولید کنند که باعث چسبیدن سلول‌ها به یکدیگر و حفظ انسجام پوست می‌شود.

در همین راستا، تاناکا و تیم او تصمیم گرفتند تا روی لایه‌های مختلف سازنده‌ی اپیدرم پستانداران که به بیرونی‌ترین بخش پوست اطلاق می‌شود و نقش محافظت از آن را بر عهده دارد، تحقیقاتی انجام دهند. مطالعات قبلی نشان داده‌اند اپیدرم پستانداران شامل دو سد محافظتی فیزیکی در دو لایه‌ی بالایی آن است.

نزدیک سطح پوست، یک سد محافظتی با رابط هوا-مایع وجود دارد که توسط خارجی‌ترین لایه‌ی پوست تشکیل شده است و با نام لایه‌ی شاخی (stratum corneum) شناخته می‌شود. در زیر آن یک سد محافظتی با رابط مایع-مایع وجود دارد که توسط پیوندهای رسوخ‌ناپذیر (Tight junction) ایجاد شده است. پیوند رسوخ‌ناپذیر، فضای باریک بین سلول‌های موزاییکی پوست است که تقریبا در مقابل مایع غیر قابل‌نفوذ است.

در حالی که دانشمندان سال‌ها است که روی بیرونی‌ترین لایه‌ی اپیدرم - که به‌طور مداوم در حال از دست دادن سلول‌های مرده و جایگزین کردن آن با سلول‌های جدید‌تر و سالم‌تر است - در حال تحقیق هستند؛ اما اطلاعات کمی در مورد سد محافظتی نازک زیرین آن به نام لایه‌ی بافتی گرانولوزم (stratum granulosum) وجود دارد. وجود لایه‌ی بافتی گرانولوزم برای نشت نکردن پوست ما حیاتی است، چون در این لایه است که پیوندهای رسوخ‌ناپذیر ساخته می‌شوند و بدون وجود آن‌ها، تشکیل یافتن بیرونی‌ترین لایه‌ی پوست غیرممکن است.

همچنین لایه‌ی بافتی گرانولوزم نقش مهمی در فرآیند پوست‌اندازی ایفا می‌کند. برای اینکه لایه‌ی بیرونی پوست پستانداران با سلول‌های جدید جایگزین شود، لازم است سلول‌های پوستی جدید به‌طور مداوم در لایه‌های زیرین اپیدرم تولید شوند و سپس با حرکت به سمت بالا به لایه‌ی بافتی گرانولوزم برسند. در اینجا است که آن‌ها با سلول‌های مرده جایگزین می‌شوند، سپس این سلول‌های مرده به‌سوی بیرونی‌ترین لایه‌ی اپیدرم حرکت کنند تا عملا از سطح پوست جدا شوند.

تاکنون کسی موفق به توضیح نحوه‌ی جایگزینی سلول‌های لایه‌ی بافتی گرانولوزم، بدون ایجاد مزاحمت برای پیوندهای رسوخ‌ناپذیر نشده بود. زمانی که عملکرد پیوندهای رسوخ‌ناپذیر مختل شود، انتظار می‌رود مایعات بدن از طریق پوست به‌شدت به سمت بیرون نشت کنند.

تاناکا و تیم او با استفاده از روش میکروسکوپی هم‌کانونی (Confocal microscopy) به بررسی سلول‌های لایه‌ی بافتی گرانولوزم در گوش موش‌های آزمایشگاهی پرداختند. آن‌ها دریافتند شکل این سلول‌ها بر نوع سد حفاظتی تشکیل‌شده توسط آن‌ها تأثیر زیادی می‌گذارد. این شکل اساسا نمونه‌ی مسطح شده‌ی شکل تترادکاهیدرون است؛ تترادکاهیدرون یک ۱۴ وجهیِ متشکل از ۶ مستطیل و ۸ شش‌ضلعی است.

این شکل برای اولین بار توسط یک مهندس، فیزیکدان و ریاضی‌دان به نام ویلیام تامسون معروف به لرد کلوین معرفی شد. او در سال ۱۸۸۷ ادعا کرد ساختار او بهترین شکل برای پر کردن فضا است. در تصویر‌های گرفته‌شده از لایه‌های اپیدرم موش‌های آزمایشگاهی، به نظر می‌رسد نسخه‌ی مسطح شده‌ای از شکل مورد بحث وجود دارد که باعث تشکیل پیوندهای رسوخ‌ناپذیر در لبه‌های آن شده است و به این ترتیب یکپارچگی سد محافظتی پوست با وجود آمدورفت‌ سلول‌های منفرد، حفظ می‌شود. تاناکا در این باره می‌گوید:

شگفت‌انگیز است که چگونه یک شکل انتزاعی معرفی‌شده توسط یک ریاضی‌دان در یک قرن پیش، ممکن است نقشی چنین حیاتی در طبیعت ایفا کند و به پوست ما یاری دهد نقش محافظتی خود را به‌طور مؤثر ایفا کند.

تیم تحقیقاتی دریافتند که این شکل به چه طریقی به سلول‌های پوستی اجازه می‌دهد در حین فرآیند جایگزینی، یک نوع پروتئین تولید کنند تا نقش چسب را ایفا کند. این چسب باعث می‌شود سلول‌های مرده در بالا و سلول‌های جدید در زیر آن‌ها و در ناحیه‌ی Tight junctions بتوانند به سلول‌های اطراف خود بچسبند و به این ترتیب حتی با از دست رفتن پیش از موعد سلول بالایی، انسجام پوست حفظ می‌شود.

البته این آزمایش‌ها تنها روی یک موش آزمایشگاهی انجام شده است، با این حال اپیدرم پستانداران به‌خصوص در لایه‌های پایین‌تر، در گونه‌های مختلف پستانداران تا اندازه‌ی زیادی شبیه هستند. محققان می‌گویند که Corneocytes، که نوعی سلول در بیرونی‌ترین لایه‌ی اپیدرم است، در انسان‌ها نسبت به موش‌ها متنوع‌تر است. البته شکل آن‌ها همان شکل تترادکاهیدرون است؛ اما این مسئله تفاوت بزرگی میان شرایط انسانی و موش‌ها‌ی آزمایشگاهی ایجاد می‌کند.

تیم تحقیقاتی معتقد است درک بهتر از ساختار اپیدرم پستانداران و اینکه چطور این لایه‌ی پوست، پیوندهای رسوخ‌ناپذیر را کنار هم نگه می‌دارد؛ به ما در یافتن توضیح علت ریشه‌ای شرایط مزمن پوستی مانند اگزما و سوریاس کمک می‌کند. این شرایط پوستی از جمله بیماری‌هایی هستند که پیشگیری و درمان آن‌ها دشوار است. محققان توضیح می‌دهند که:

عملکرد ناقص در تولید پیوندهای رسوخ‌ناپذیر، می‌تواند یکی از فاکتورهای دخیل در ظهور اگزما در برخی از افراد باشد. فردی که مبتلا به اگزما است، به‌تدریج سد محافظتی پوست خود را از دست می‌دهد و شرایط برای نفوذ باکتری، بروز التهاب، خارش و سایر عفونت‌ها مهیا می‌شود. همچنین در موارد دیگر، وجود نقص در سد‌های محافظتی بین سلول‌های پوستی یا همان پیوندهای رسوخ‌ناپذیر می‌تواند تا حدی توضیح‌دهنده‌ی این موضوع باشد که چرا در افراد مبتلا به سوریاس، تولید بیش از حد سلول‌های اپیدرم وجود دارد.

تولید بیش از حد سلول‌های اپیدرم در افراد مبتلا به سوریاس منجر به تشکیل توده‌های بزرگی از سلول‌ در سطح پوست می‌شود. اکنون برنامه‌ی بعدی تیم تحقیقاتی این است که دریابند چگونه ضخامت پوست در لایه‌های مختلف اپیدرم تعیین می‌شود و چگونه تعادل بین رشد سلول‌های جدید و از دست دادن سلول‌های پیر برقرار می‌شود. آن‌ها امیدوارند با پی بردن به این موضوعات ریشه‌ی نقص‌های پوستی را شناسایی کنند.