動物解剖學和生理學/皮膚
皮膚是我們將要描述的十一個身體系統中的第一個。從現在開始的每一章都將涵蓋一個身體系統。
皮膚，有時被稱為皮膚系統，實際上是身體最大的器官。它具有複雜的結構，由許多不同的組織組成。它執行許多對維持體內穩態至關重要的功能。其中最重要的功能可能是控制體溫。皮膚還可以保護身體免受物理損傷和細菌入侵。皮膚有一系列感覺器官可以感知外部環境，以及可以在陽光下製造維生素D的細胞。
皮膚是動物生病時最先受到影響的系統之一，因此對任何與動物打交道的人來說，瞭解皮膚的結構和功能至關重要，這樣他們才能快速識別疾病的跡象。
完成本節後，您應該知道
- 皮膚的一般結構
- 沉積在表皮中的角蛋白的功能
- 角蛋白皮膚結構的結構和功能，包括胼胝、鱗片、指甲、爪子、蹄子和角
- 鹿角既不是由角蛋白構成，也不是在表皮中形成的
- 毛髮的結構
- 不同型別羽毛的結構和梳理的功能
- 汗腺、氣味腺、梳理腺和乳腺的一般結構和功能
- 皮膚在感知刺激、體溫控制和維生素 D 產生方面的基本功能
- 皮膚調節體溫的機制
皮膚有各種各樣的紋理和形狀。有蟾蜍和鱷魚的幹疣皮膚，魚類和青蛙的溼滑皮膚，龜類的硬殼以及蛇類和人類的柔軟光滑的皮膚。哺乳動物的皮膚覆蓋著毛髮，鳥類的皮膚覆蓋著羽毛，魚類和爬行動物有鱗片。皮膚、毛髮或羽毛中的色素可以使外表面呈現彩虹中的幾乎所有顏色。
Skin is one of the largest organs of the body, making up 6-8% of the total body weight. It consists of two distinct layers. The top layer is called the epidermis and under that is the dermis
表皮是我們起水泡時起泡的層，正如我們從這種體驗中得知的那樣，它沒有血液或神經。表皮基部的細胞不斷分裂並向上推擠上面的細胞。當這些細胞向上移動時，它們會死亡並變成從皮膚表面脫落的乾燥的片狀鱗片。表皮中的細胞死亡是因為一種叫做角蛋白的特殊蛋白質沉積在其中。角蛋白是一種非常重要的物質，因為它使皮膚防水。如果沒有它，像爬行動物、鳥類和哺乳動物這樣的陸地脊椎動物，就像青蛙一樣，只能在潮溼的地方生存。
爬行動物、鳥類和哺乳動物的腳趾末端都有指甲或爪子。它們保護腳趾的末端，並可用於抓握、梳理、挖掘或防禦。它們不斷磨損，並從其基部的生長層不斷生長（見圖 5.2）。
File:Anatomy and physiology of animals Carnivores claw.jpg
圖 5.2 - 食肉動物的爪子
蹄子存在於綿羊、牛、馬等動物身上，也就是所謂的有蹄類哺乳動物。這些動物在進化過程中失去了腳趾，並用剩餘腳趾的“指甲”行走。蹄子是由角質材料組成的圓柱體，它包圍並保護腳趾尖（見圖 5.3）。
圖 5.3 - 馬的蹄子
真正的角是由角蛋白構成的，存在於綿羊、山羊和牛身上。它們從不分叉，一旦長成，就永遠不會脫落。它們由真皮中產生的骨骼核心組成，並與頭骨融合。角本身以一個空心的圓錐形鞘的形式在骨骼周圍形成（見圖 5.4）。
圖 5.4 - 角
雄鹿的鹿角結構完全不同。它們不是在表皮中形成的，也不由角蛋白組成，而是完全由骨骼組成。它們每年都會脫落，並且經常分叉，尤其是在較老的動物中。生長時，它們被叫做鹿茸的皮膚覆蓋，鹿茸形成骨骼。後來鹿茸脫落，留下骨質鹿角。鹿茸通常被人工去除，並在亞洲被用作傳統藥物出售（見圖 5.5）。
圖 5.5 - 鹿角
其他動物頭部也有並非真正角的突出物。長頸鹿頭部的角是由骨骼構成，並覆蓋著皮膚和毛髮，“犀牛角”是由修飾和融合的毛髮狀結構組成。
毛髮也是由角蛋白構成的，並在表皮中發育。它覆蓋著大多數哺乳動物的身體，在那裡它充當絕緣體並有助於調節體溫（見下文）。毛髮中的顏色是由與皮膚顏色相同的色素黑色素形成的。毛色可以幫助動物偽裝，有時也會吸引異性。
圖 5.6 - 毛髮
毛髮位於毛囊中，從血管豐富的毛根生長。毛髮本身由死角蛋白細胞層組成，通常在皮膚中傾斜地生長。一束小的平滑肌纖維（豎毛肌）附著在每根毛髮的側面，當它收縮時，毛髮就會豎起來。這會增加毛皮的絕緣能力，一些動物還會利用它在面對敵人或競爭對手時使自己看起來更大（見圖 5.6）。
貓的鬍鬚和刺蝟的刺是特殊型別毛髮的例子。
角蛋白的輕盈和堅韌也是鳥類飛行的關鍵。以羽毛的形式，它提供了拍打和滑翔飛行所需的巨大機翼。以另一種形式，輕盈蓬鬆的絨羽，也是由角蛋白構成，是已知的最好的天然絕緣體之一。這種優越的絕緣效能是幫助維持鳥類高體溫所必需的。
圖 5.7 - 廓羽
廓羽是覆蓋身體、翅膀和尾部的較大羽毛。它們有一個展開的羽片，為有效飛行提供了光滑、連續的表面。這個表面是由從中央羽軸延伸出來的羽枝形成的。如果你仔細觀察羽毛，你會發現每根羽枝的兩側都有數千根羽小枝，它們透過複雜的鉤子和缺口系統相互連線。如果這種排列被打亂，鳥類會用喙將羽枝和羽小枝再次拉在一起，這種動作被稱為梳理（見圖 5.7）。
圖 5.8 - 絨羽
圖 5.9 - 翮羽
絨羽是覆蓋雛鳥的唯一羽毛，並形成成年鳥類廓羽下的主要絕緣層。它們沒有羽軸，而是由一簇簡單、細長的分支組成（見圖 5.8）。
翮羽有一個細長的毛髮狀羽軸，末端通常有一小簇羽枝。它們存在於其他羽毛之間，幫助鳥類瞭解其羽毛的排列情況（見圖 5.9）。
腺體是產生和分泌體液的器官。它們通常根據是否有管道或導管來運送其分泌物進行分類。有導管的腺體稱為 **外分泌腺**，包括皮膚中的腺體以及在腸道中產生消化酶的腺體。**內分泌腺** 沒有導管，直接將分泌物（激素）釋放到血液中。垂體和腎上腺是內分泌腺的例子。
大多數脊椎動物在皮膚中都有外分泌腺，它們產生各種分泌物。魚類和青蛙皮膚上的粘液是由皮膚腺體產生的 **粘液**，一些魚類和青蛙也從變形的腺體中產生毒液。事實上，一些青蛙的皮膚腺體產生已知的最毒化學物質。爬行動物和鳥類皮膚乾燥，腺體很少。** preen gland** 位於鳥類尾巴基部附近，產生油脂來幫助保持羽毛的良好狀態。哺乳動物有一系列不同的皮膚腺體。這些包括蠟腺、汗腺、皮脂腺和乳腺。
**蠟腺** 位於耳朵中。
**皮脂腺** 將油性分泌物分泌到毛囊中。這種分泌物稱為 **皮脂**，它使毛髮柔軟並有助於防止細菌生長（見圖 5.6）。
**汗腺** 由一個盤繞的管子和通向皮膚表面的導管組成。它們在顯微鏡下觀察時的外觀啟發了第一批觀察它們的科學家之一，將其稱為“仙女腸”（見圖 5.1）。汗液含有鹽和尿素等廢物，汗液在皮膚表面蒸發是許多哺乳動物身體冷卻的主要機制之一。馬在劇烈運動時一天可以出汗多達 30 升液體，但貓和狗的汗腺很少，必須透過喘氣來冷卻自己。許多動物汗液中的氣味用於標記領地或吸引異性。
**乳腺** 僅存在於哺乳動物中。它們被認為是變形的汗腺，存在於兩性中，但在雄性中很少活躍（見圖 5.10）。腺體的數量因物種而異。它們在發育良好的乳頭處開口到表面。牛奶含有蛋白質、糖類、脂肪和鹽，儘管具體成分因物種而異。
圖 5.10 - 乳腺
適量的陽光中的紫外線對皮膚形成 **維生素 D** 是必要的。這種維生素可以預防骨骼疾病，例如室內飼養的動物易患的佝僂病。過度暴露於陽光中的紫外線會造成傷害，沉積在表皮基部細胞中的色素 **黑色素** 有助於保護皮膚的深層組織免受這種傷害。黑色素也會使皮膚著色，黑色素含量的差異會產生從淡黃色到黑色的顏色。
過度暴露於陽光會造成曬傷。這在人類中很常見，但像貓和豬這樣的淺色動物也會曬傷，尤其是在耳朵上。皮膚癌也可能是過度暴露於陽光造成的。隨著臭氧層空洞的增加，人們和動物暴露在陽光的紫外線輻射下，皮膚癌的發病率也在上升。
皮膚的深層，稱為真皮，比表皮厚得多，但結構更均勻（見圖 5.1）。它由疏鬆結締組織組成，其中含有大量的 **膠原蛋白** 和 **彈性纖維**。牛、豬等的皮膚的這一部分經過處理後成為商業皮革。真皮有豐富的血管供應，因此切口和燒傷穿透到真皮會導致出血或嚴重的液體流失。真皮中還有許多神經末梢和觸覺感受器，因為當然，皮膚對觸覺、疼痛和溫度很敏感。
在顯微鏡下觀察皮膚切片時，可以看到毛囊、汗腺和皮脂腺深入真皮。然而，這些結構不是起源於真皮，而是源於表皮。
在真皮的較低水平，有一層脂肪或 **脂肪組織**（見圖 5.1）。它充當能量儲存庫，是一種極好的絕緣體，特別是在像鯨魚這樣毛髮很少的哺乳動物中。
脊椎動物可以根據它們是否控制其內部溫度分為兩組。兩棲動物（青蛙）和爬行動物被稱為“ **冷血動物** ”（**變溫動物**），因為它們的體溫大約遵迴圈境溫度。鳥類和哺乳動物被稱為 **溫血動物（恆溫動物**），因為它們可以保持一個大致恆定的體溫，而不管環境溫度如何變化。
熱量是由身體的生化反應（尤其是在肝臟中）以及肌肉收縮產生的。身體大部分的熱量損失是透過皮膚髮生的。因此，許多控制體溫的機制在這裡起作用就不足為奇了。
當動物處於寒冷的環境中需要減少熱量損失時，豎毛肌收縮，導致毛髮或羽毛豎起，增加被它們捕獲的絕緣空氣的層。
圖 5.11a) 毛髮肌肉放鬆...............圖 5.11b) 毛髮肌肉收縮
透過收縮位於真皮中的大量血管，也可以減少皮膚表面的熱量損失。這將血液流動帶到更深的地方，從而減少熱量損失並導致皮膚蒼白（見圖 5.12a）。
圖 5.12a) 皮膚減少熱量損失
顫抖是由肌肉抽搐引起的，產生的熱量也有助於提高體溫。
動物在炎熱環境中或劇烈活動增加內部熱量產生時，使用兩種主要機制來增加透過皮膚損失的熱量。第一種是擴大真皮中的血管，使血液流經皮膚表面，熱量可以散失到環境中。第二種是透過汗腺產生汗液（見圖 5.12b）。這種液體在皮膚表面蒸發會產生冷卻效果。
調節體溫的機制受大腦一個小區域（稱為 **下丘腦**）的控制。它就像一個恆溫器。
圖 5.12b) - 皮膚增加熱量損失
從身體表面散失的熱量與動物的皮膚面積與其身體的總體積之比有關。
像老鼠這樣的小動物與它們的總體積相比，皮膚面積非常大。這意味著它們往往會損失大量的熱量，並且在寒冷的天氣中難以保暖。它們可能需要保持活躍才能維持體溫，或者可能冬眠來避免這個問題。
像大象這樣的大型動物則相反。與它們的總體積相比，它們只有相對較小的皮膚面積，並且可能難以保持涼爽。這是這些大型動物往往毛髮稀疏的原因之一。
- 皮膚由兩層組成：薄的表皮以及在其下的較厚的真皮。
- 表皮由基底細胞分裂形成，這些細胞將上面的細胞推向表面，在那裡它們會死亡並脫落。
- 角蛋白是一種蛋白質，沉積在表皮細胞中。它使皮膚防水。
- 在表皮中形成的各種皮膚結構由角蛋白構成。這些包括爪子、指甲、蹄子、角、毛髮和羽毛。
- 在表皮中形成的各種外分泌腺（有導管）包括汗腺、皮脂腺和乳腺。
- 黑色素沉積在表皮基底的細胞中，保護深層細胞免受太陽的有害影響。
- 真皮由疏鬆結締組織組成，並有豐富的血液供應。
- 真皮下方是絕緣的脂肪組織。
- 體溫透過汗液、毛髮豎立、真皮毛細血管的擴張和收縮以及顫抖來控制。
使用皮膚練習題來幫助你瞭解所有關於皮膚的知識。
現在使用這個皮膚測試自己，看看你學到了多少，並記住。
- a) 表皮
- b) 真皮
角蛋白
毛髮、指甲、足墊、羽毛、爬行動物的鱗片
外分泌腺
黑色素
- a. 顫抖
- b. 血管收縮
關於角蛋白皮膚結構 - 毛髮、羽毛、角等方面很好。
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維基百科關於（人類）皮膚的介紹。一如既往地好，但資訊比你需要的多。