Principali unità funzionali della pelle coinvolte nella guarigione dei difetti cutanei e nelle cicatrici

Esistono numerose molecole adesive: tutte creano una rete di supporto lungo la quale si muovono le cellule, legandosi a determinati recettori sulla superficie delle membrane cellulari e trasmettendosi informazioni a vicenda tramite mediatori: citochine, fattori di crescita, ossido nitrico, ecc.

Cheratinocita basale

Il cheratinocita basale non è solo la cellula madre dell'epidermide, da cui originano tutte le cellule sovrastanti, ma anche un sistema bioenergetico mobile e potente. Produce numerose molecole biologicamente attive, come il fattore di crescita epidermico (EGF), i fattori di crescita insulino-simili (IGF), i fattori di crescita dei fibroblasti (FGF), il fattore di crescita piastrinico (PDGF), il fattore di crescita dei macrofagi (MDGF), il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), il fattore di crescita trasformante alfa (TGF-α), ecc. Avendo appreso del danno all'epidermide attraverso le molecole di informazione, i cheratinociti basali e le cellule cambiali delle ghiandole sudoripare e dei follicoli piliferi iniziano a proliferare attivamente e a muoversi lungo il fondo della ferita per la sua epitelizzazione. Stimolati dai detriti della ferita, dai mediatori dell'infiammazione e dai frammenti di cellule distrutte, sintetizzano attivamente fattori di crescita che promuovono una guarigione accelerata della ferita.

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Collagene

Il principale componente strutturale del tessuto connettivo e cicatriziale è il collagene. Il collagene è la proteina più comune nei mammiferi. Viene sintetizzato nella pelle dai fibroblasti a partire da amminoacidi liberi in presenza di un cofattore, l'acido ascorbico, e costituisce quasi un terzo della massa totale delle proteine umane. Contiene prolina, lisina, metionina e tirosina in piccole quantità. La glicina ne rappresenta il 35%, mentre l'idrossiprolina e l'idrossilisina il 22% ciascuna. Circa il 40% si trova nella pelle, dove è rappresentato dai collageni di tipo I, III, IV, V e VII. Ogni tipo di collagene ha le sue caratteristiche strutturali, una localizzazione preferenziale e, di conseguenza, svolge funzioni diverse. Il collagene di tipo III è costituito da sottili fibrille; nella pelle è chiamato proteina reticolare. È presente in quantità maggiori nella parte superiore del derma. Il collagene di tipo I è il collagene umano più comune e forma fibrille più spesse negli strati profondi del derma. Il collagene di tipo IV è un componente della membrana basale. Il collagene di tipo V fa parte dei vasi sanguigni e di tutti gli strati del derma, mentre il collagene di tipo VII forma fibrille di "ancoraggio" che collegano le membrane basali allo strato papillare del derma.

La struttura di base del collagene è una catena polipeptidica tripletta, che forma una struttura a tripla elica, composta da catene alfa di diverso tipo. Esistono 4 tipi di catene alfa, la cui combinazione determina il tipo di collagene. Ogni catena ha un peso molecolare di circa 120.000 kDa. Le estremità delle catene sono libere e non partecipano alla formazione dell'elica, quindi questi punti sono sensibili agli enzimi proteolitici, in particolare alla collagenasi, che rompe specificamente i legami tra glicina e idrossiprolina. Nei fibroblasti, il collagene si presenta sotto forma di triplette eliche di procollagene. Dopo l'espressione nella matrice intercellulare, il procollagene viene convertito in tropocollagene. Le molecole di tropocollagene sono collegate tra loro con uno spostamento di 1/4 della lunghezza, fissate da ponti disolfuro e acquisiscono così una striatura a strisce visibile al microscopio elettronico. Dopo il rilascio delle molecole di collagene (tropocollagene) nell'ambiente extracellulare, queste si raccolgono in fibre e fasci di collagene che formano reti dense, creando una solida struttura nel derma e nell'ipoderma.

Le subfibrille sono considerate la più piccola unità strutturale del collagene maturo del derma cutaneo umano. Hanno un diametro di 3-5 μm e sono disposte a spirale lungo la fibrilla, considerata un elemento strutturale del collagene di secondo ordine. Le fibrille hanno un diametro compreso tra 60 e 110 μm. Le fibrille di collagene, raggruppate in fasci, formano le fibre di collagene. Il diametro di una fibra di collagene varia da 5-7 μm a 30 μm. Le fibre di collagene, disposte in modo ravvicinato, formano fasci di collagene. A causa della complessità della struttura del collagene, e della presenza di strutture a tripletto spirali connesse da legami crociati di vario ordine, la sintesi e il catabolismo del collagene richiedono un lungo periodo, fino a 60 giorni.

In condizioni di trauma cutaneo, che sono sempre accompagnate da ipossia, accumulo di prodotti di decomposizione e radicali liberi nella ferita, l'attività proliferativa e sintetica dei fibroblasti aumenta, e questi rispondono con una maggiore sintesi di collagene. È noto che la formazione di fibre di collagene richiede determinate condizioni. Pertanto, un ambiente leggermente acido, alcuni elettroliti, il condroitinsolfato e altri polisaccaridi accelerano la fibrillogenesi. La vitamina C, le catecolamine e gli acidi grassi insaturi, in particolare quello linoleico, inibiscono la polimerizzazione del collagene. Anche l'autoregolazione della sintesi e della degradazione del collagene è regolata dagli amminoacidi presenti nell'ambiente intercellulare. Pertanto, il policatione poli-L lisina inibisce la biosintesi del collagene e il polianione poli-L glutammato la stimola. Poiché il tempo di sintesi del collagene prevale sul tempo della sua degradazione, si verifica un significativo accumulo di collagene nella ferita, che diventa la base per la futura cicatrice. La scomposizione del collagene avviene con l'ausilio dell'attività fibrinolitica di cellule speciali e di enzimi specifici.

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Collagenasi

L'enzima specifico per la degradazione dei tipi di collagene I e III più comuni nella pelle è la collagenasi. Enzimi come l'elastasi, il plasminogeno e altri enzimi svolgono un ruolo ausiliario. La collagenasi regola la quantità di collagene nella pelle e nel tessuto cicatriziale. Si ritiene che la dimensione della cicatrice che rimane sulla pelle dopo la guarigione della ferita dipenda principalmente dall'attività della collagenasi. È prodotta da cellule epidermiche, fibroblasti, macrofagi, eosinofili ed è una metalloproteinasi. I fibroblasti che partecipano alla distruzione delle strutture contenenti collagene sono chiamati fibroclasti. Alcuni fibroclasti non solo secernono collagenasi, ma assorbono e utilizzano anche il collagene. A seconda della situazione specifica della ferita, dello stato del macroorganismo, della razionalità delle misure terapeutiche, della presenza di flora concomitante, nella zona della lesione prevalgono processi di fibrinogenesi o fibroclasi, ovvero sintesi o distruzione di strutture contenenti collagene. Se le cellule fresche che producono collagenasi smettono di entrare nel sito di infiammazione e quelle vecchie perdono questa capacità, si crea un prerequisito per l'accumulo di collagene. Inoltre, un'elevata attività della collagenasi nel sito di infiammazione non garantisce l'ottimizzazione dei processi riparativi e la ferita è protetta contro le trasformazioni fibrose. L'attivazione dei processi fibrolitici è spesso considerata un'esacerbazione dell'infiammazione e della sua cronicizzazione, mentre la predominanza della fibrogenesi è considerata una sua attenuazione. La fibrogenesi, ovvero la formazione di tessuto cicatriziale nel sito di lesione cutanea, avviene principalmente con la partecipazione di mastociti, linfociti, macrofagi e fibroblasti. L'attivazione del momento vasoattivo avviene con l'aiuto dei mastociti, sostanze biologicamente attive, che contribuiscono ad attrarre i linfociti verso la lesione. I prodotti di decomposizione tissutale attivano i linfociti T, che tramite linfochine collegano i macrofagi al processo fibroblastico o stimolano direttamente i macrofagi con proteasi (necrormoni). Le cellule mononucleate non solo stimolano la funzione dei fibroblasti, ma la inibiscono anche, agendo come veri e propri regolatori della fibrogenesi, rilasciando mediatori infiammatori e altre proteasi.

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Mastociti

I mastociti sono cellule caratterizzate da pleomorfismo con grandi nuclei rotondi o ovali e granuli basofili ipercromicamente colorati nel citoplasma. Si trovano in grandi quantità nel derma superficiale e intorno ai vasi sanguigni. Sono una fonte di sostanze biologicamente attive (istamina, prostaglandina E2, fattori chemiotattici, eparina, serotonina, fattore di crescita piastrinico, ecc.). Quando la pelle viene danneggiata, i mastociti le rilasciano nell'ambiente extracellulare, innescando una reazione vasodilatatrice iniziale a breve termine in risposta alla lesione. L'istamina è un potente farmaco vasoattivo che induce vasodilatazione e aumento della permeabilità della parete vascolare, in particolare delle venule postcapillari. Nel 1891, II Mechnikov valutò questa reazione come protettiva al fine di facilitare l'accesso dei leucociti e di altre cellule immunocompetenti alla lesione. Inoltre, stimola l'attività sintetica dei melanociti, che è associata alla frequente pigmentazione post-traumatica. Stimola inoltre la mitosi delle cellule epidermiche, uno dei momenti chiave della guarigione delle ferite. L'eparina, a sua volta, riduce la permeabilità della sostanza intercellulare. Pertanto, i mastociti non sono solo regolatori delle reazioni vascolari nella zona della lesione, ma anche delle interazioni intercellulari e, quindi, dei processi immunologici, protettivi e riparativi nella ferita.

Macrofagi

Nel processo di fibrogenesi, nella riparazione delle ferite, linfociti, macrofagi e fibroblasti svolgono un ruolo decisivo. Altre cellule svolgono un ruolo ausiliario, poiché possono influenzare la funzione della triade (linfociti, macrofagi, fibroblasti) attraverso l'istamina e le ammine biogene. Le cellule interagiscono tra loro e con la matrice extracellulare attraverso recettori di membrana, molecole adesive intercellulari e della matrice cellulare, e mediatori. L'attività di linfociti, macrofagi e fibroblasti è stimolata anche dai prodotti di decadimento tissutale: i linfociti T, attraverso le linfochine, collegano i macrofagi al processo fibroblastico o stimolano direttamente i macrofagi con proteasi (necrormoni). I macrofagi, a loro volta, non solo stimolano le funzioni dei fibroblasti, ma le inibiscono anche rilasciando mediatori infiammatori e altre proteasi. Pertanto, nella fase di guarigione delle ferite, le principali cellule attive sono i macrofagi, che svolgono un ruolo attivo nella pulizia della ferita da detriti cellulari e infezioni batteriche, favorendo la guarigione.

La funzione dei macrofagi nell'epidermide è svolta anche dalle cellule di Langerhans, anch'esse presenti nel derma. Quando la pelle è danneggiata, anche le cellule di Langerhans vengono danneggiate, rilasciando mediatori dell'infiammazione, come gli enzimi lisosomiali. I macrofagi tissutali, o istiociti, costituiscono circa il 25% degli elementi cellulari del tessuto connettivo. Sintetizzano numerosi mediatori, enzimi, interferoni, fattori di crescita, proteine del complemento, fattore di necrosi tumorale, e hanno un'elevata attività fagocitaria e battericida, ecc. Quando la pelle è lesa, il metabolismo degli istiociti aumenta drasticamente, aumentano di dimensioni e la loro attività battericida, fagocitaria e sintetica aumenta, consentendo l'ingresso di un gran numero di molecole biologicamente attive nella ferita.

È stato dimostrato che il fattore di crescita dei fibroblasti, il fattore di crescita epidermico e il fattore insulino-simile secreti dai macrofagi accelerano la guarigione delle ferite, mentre il fattore di crescita trasformante beta (TGF-B) stimola la formazione di tessuto cicatriziale. L'attivazione dell'attività dei macrofagi o il blocco di determinati recettori delle membrane cellulari può regolare il processo di riparazione cutanea. Ad esempio, utilizzando immunostimolanti, è possibile attivare i macrofagi, aumentando l'immunità aspecifica. È noto che i macrofagi possiedono recettori che riconoscono i polisaccaridi contenenti mannosio e glucosio (mannani e glucani), presenti nell'Aloe Vera, pertanto il meccanismo d'azione dei preparati a base di aloe utilizzati per il trattamento di ferite, ulcere e acne che non guariscono a lungo termine è chiaro.

Fibroblasti

La base e la forma cellulare più diffusa del tessuto connettivo sono i fibroblasti. La funzione dei fibroblasti include la produzione di complessi carboidrati-proteine (proteoglicani e glicoproteine), la formazione di collagene, reticolina e fibre elastiche. I fibroblasti regolano il metabolismo e la stabilità strutturale di questi elementi, incluso il loro catabolismo, la modellazione del loro "microambiente" e l'interazione epitelio-mesenchimale. I fibroblasti producono glicosamminoglicani, di cui l'acido ialuronico è il più importante. In combinazione con le componenti fibrose dei fibroblasti, determinano anche la struttura spaziale (architettonica) del tessuto connettivo. La popolazione dei fibroblasti è eterogenea. I fibroblasti con diversi gradi di maturità si dividono in scarsamente differenziati, giovani, maturi e inattivi. Le forme mature includono i fibroclasti, in cui il processo di lisi del collagene prevale sulla funzione della sua produzione.

Negli ultimi anni, l'eterogeneità del "sistema fibroblastico" è stata specificata. Sono stati identificati tre precursori mitotici attivi dei fibroblasti: i tipi cellulari MFI, MFII, MFIII e tre fibrociti postmitotici: PMFIV, PMFV, PMFVI. Attraverso le divisioni cellulari, l'MFI si differenzia successivamente in MFII, MFIII e PMMV; PMFV, PMFVI. Il PMFVI è caratterizzato dalla capacità di sintetizzare collagene di tipo I, III e V, progeoglicani e altri componenti della matrice intercellulare. Dopo un periodo di elevata attività metabolica, il PMFVI degenera e va incontro ad apoptosi. Il rapporto ottimale tra fibroblasti e fibrociti è di 2:1. Con l'accumulo di fibroblasti, la loro crescita rallenta a causa della cessazione della divisione delle cellule mature che sono passate alla biosintesi del collagene. I prodotti di degradazione del collagene ne stimolano la sintesi secondo il principio di feedback. Le nuove cellule cessano di formarsi dai precursori a causa dell'esaurimento dei fattori di crescita e a causa della produzione di inibitori della crescita da parte degli stessi fibroblasti, i caloni.

Il tessuto connettivo è ricco di elementi cellulari, ma la gamma di forme cellulari è particolarmente ampia nell'infiammazione cronica e nei processi fibrosi. Pertanto, fibroblasti atipici, giganti e patologici compaiono nelle cicatrici cheloidee. di dimensioni (da 10x45 a 12x65 μm), che sono un segno patognomonico di cheloide. I fibroblasti ottenuti da cicatrici ipertrofiche sono chiamati miofibroblasti da alcuni autori a causa dei fasci di filamenti attinici altamente sviluppati, la cui formazione è associata all'allungamento della forma del fibroblasto. Tuttavia, questa affermazione può essere contestata, poiché tutti i fibroblasti in vivo, specialmente nelle cicatrici, hanno una forma allungata e i loro processi hanno talvolta una lunghezza superiore a oltre 10 volte la dimensione del corpo cellulare. Ciò è spiegato dalla densità del tessuto cicatriziale e dalla mobilità dei fibroblasti. Muovendosi lungo i fasci di fibre collagene nella massa densa della cicatrice, una quantità insignificante di sostanza interstiziale. Si estendono lungo il loro asse e talvolta si trasformano in sottili cellule fusiformi con processi molto lunghi.

L'aumentata attività mitotica e sintetica dei fibroblasti dopo un trauma cutaneo è stimolata innanzitutto dai prodotti di degradazione tissutale, i radicali liberi, poi dai fattori di crescita: (PDGF)-fattore di crescita derivato dalle piastrine, fattore di crescita dei fibroblasti (FGF), quindi iMDGF-fattore di crescita dei macrofagi. I fibroblasti stessi sintetizzano proteasi (collagenasi, ialuronidasi, elastasi), fattore di crescita derivato dalle piastrine, fattore di crescita trasformante-beta, fattore di crescita epidermico, collagene, elastina, ecc. La riorganizzazione del tessuto di granulazione in tessuto cicatriziale è un processo complesso basato su un equilibrio in continua evoluzione tra la sintesi del collagene e la sua distruzione da parte della collagenasi. A seconda della situazione specifica, i fibroblasti producono collagene o secernono collagenasi sotto l'influenza delle proteasi e, soprattutto, dell'attivatore del plasminogeno. La presenza di forme giovani e indifferenziate di fibroblasti; fibroblasti giganti, patologici e funzionalmente attivi, insieme all'eccessiva biosintesi del collagene, assicurano la crescita costante delle cicatrici cheloidi.

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Acido ialuronico

È un polisaccaride naturale ad alto peso molecolare (1.000.000 di dalton), contenuto nella sostanza interstiziale. L'acido ialuronico è idrofilo e non specie-specifico. Un'importante proprietà fisica dell'acido ialuronico è la sua elevata viscosità, che gli consente di svolgere la funzione di sostanza cementante, legando fasci e fibrille di collagene tra loro e alle cellule. Lo spazio tra fibrille di collagene, piccoli vasi e cellule è occupato da una soluzione di acido ialuronico. L'acido ialuronico, avvolgendo i piccoli vasi, ne rafforza la parete, prevenendo l'essudazione della parte liquida del sangue nei tessuti circostanti. Svolge principalmente una funzione di supporto, mantenendo la resistenza dei tessuti e della pelle ai fattori meccanici. L'acido ialuronico è un catione forte che lega attivamente gli anioni nello spazio interstiziale, quindi i processi di scambio tra lo spazio cellulare ed extracellulare e i processi proliferativi nella pelle dipendono dallo stato dei glicosamminoglicani e dell'acido ialuronico. Una molecola di acido ialuronico ha la capacità di trattenere circa 500 molecole d'acqua, il che è alla base dell'idrofilia e della capacità di idratazione dello spazio interstiziale.

L'acido ialuronico si trova in maggiori quantità nello strato papillare del derma, nello strato granulare dell'epidermide, nonché lungo i vasi e gli annessi cutanei. Grazie ai numerosi gruppi carbossilici, la molecola di acido ialuronico è carica negativamente e può muoversi in un campo elettrico. La depolimerizzazione dell'acido viene effettuata dall'enzima ialuronidasi (lidasi), che agisce in due fasi. In primo luogo, l'enzima depolimerizza la molecola e poi la scompone in piccoli frammenti. Di conseguenza, la viscosità dei gel formati dall'acido diminuisce drasticamente e la permeabilità delle strutture cutanee aumenta. Grazie a queste proprietà, i batteri che sintetizzano ialuronidasi possono facilmente superare la barriera cutanea. L'acido ialuronico ha un effetto stimolante sui fibroblasti, favorendone la migrazione e attivando la sintesi di collagene, e ha un effetto disinfettante, antinfiammatorio e cicatrizzante. Inoltre, ha proprietà antiossidanti e immunostimolanti e non forma complessi con le proteine. Trovandosi nello spazio intercellulare del tessuto connettivo sotto forma di gel stabile con acqua, garantisce l'eliminazione dei prodotti metabolici attraverso la pelle.

Fibronectina

Nel processo di arresto della reazione infiammatoria, la matrice del tessuto connettivo viene ripristinata. Uno dei principali componenti strutturali della matrice extracellulare è la glicoproteina fibronectina. I fibroblasti e i macrofagi della ferita secernono attivamente fibronectina per accelerare la contrazione della ferita e ripristinare la membrana basale. L'esame al microscopio elettronico dei fibroblasti della ferita rivela un gran numero di fasci paralleli di filamenti cellulari di fibronectina, che hanno permesso a diversi ricercatori di chiamare i fibroblasti della ferita miofibroblasti. Essendo una molecola adesiva ed esistendo in due forme, cellulare e plasmatica, la fibronectina nella matrice intercellulare agisce come "trave" e garantisce una forte adesione dei fibroblasti alla matrice del tessuto connettivo. Le molecole cellulari di fibronectina si legano tra loro tramite ponti disolfuro e, insieme a collagene, elastina e glicosaminoglicani, riempiono la matrice intercellulare. Durante la guarigione della ferita, la fibronectina agisce come una struttura primaria che crea un certo orientamento dei fibroblasti e delle fibre di collagene nella zona di riparazione. Lega le fibre di collagene ai fibroblasti tramite fasci attinici di filamenti di fibroblasti. Pertanto, la fibronectina può agire come regolatore dell'equilibrio dei processi fibroblastici, causando l'attrazione dei fibroblasti, legandosi alle fibrille di collagene e inibendone la crescita. Si può affermare che, grazie alla fibronectina, la fase di infiltrazione infiammatoria nella ferita stessa passa allo stadio granulomatoso-fibroso.

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