Caractéristiques structurelles et biophysiques de la peau humaine pour maintenir une fonction de barrière épidermique appropriée | I'm running

La peau est une barrière entre le corps humain et l’environnement extérieur. Il protège le corps contre les facteurs chimiques et physiques exogènes, participe aux processus métaboliques, joue une fonction de résorption et de thermorégulation, étant la première ligne de défense contre les microorganismes pathogènes et participe aux processus immunologiques.

La structure complexe de la peau humaine et ses caractéristiques physico-chimiques en font une ligne de défense extérieure efficace contre les facteurs exogènes et aident à maintenir l’homéostasie du corps humain. Ce rôle est joué par la barrière épidermique, dans laquelle la couche cornéenne de l’épiderme a une fonction particulièrement importante à remplir. Il se compose de 15 à 20 couches de kératinocytes– cornéocytes entièrement cornés. Dans la partie inférieure de la couche cornée, les cellules sont étroitement adjacentes les unes aux autres, tandis que dans la partie supérieure, elles sont disposées de manière lâche et subissent une mise à l’échelle. La construction de la couche cornéenne ressemble à un mur dans lequel les cornéocytes représentent des briques, et une matrice intercellulaire abondante en graisse est le ciment. L’intérieur des cellules de la couche cornéenne est rempli de filaments de cytokératine liés à la filaggrine. Ces cellules sont entourées d’un encasement rigide et cornifié construit principalement de la protéine de loricrine, formant une partie de l’enveloppe dite protéine-lipide. L’enveloppe est reliée à la matrice extracellulaire à cristaux liquides et constitue la frontière entre la surface hydrophile des cellules et les acides gras non polaires lipophiles de la matrice entourant les cornéocytes.

L’épaisseur de la couche externe de l’épiderme, la taille des cornéocytes et la composition des lipides superficiels ont un impact sur les propriétés régénératrices de la peau, ce qui contribue aux différents cours de maladies dermatologiques, ainsi qu’au processus de guérison. Les zones anatomiques à épiderme épais sont plus résistantes aux facteurs externes. D’autre part, les zones à couche cornée relativement mince, telles que la face, sont caractérisées par une grande sensibilité aux facteurs dommageables, mais aussi par la capacité de rétablir très rapidement la fonction barrière. Il est lié à une activité proliférative élevée, donc une régénération rapide de l’épiderme, une vascularisation intensive, une bonne hydratation et la présence de nombreuses glandes sudoripares.

L’état de la barrière épidermique dépend de ses propriétés physiques, telles que la quantité de sébum produite, l’hydratation de l’épiderme, la perte transépidermique d’eau et le gradient de pH entre la surface de la peau et l’intérieur du corps. De nombreux facteurs individuels et environnementaux influent sur la modification des processus susmentionnés, notamment l’âge, le sexe, la race, la zone anatomique de la peau, l’intensité de la transpiration, la température de la peau et la température ambiante, l’humidité de l’air, la saison de l’année, le rythme quotidien, l’équilibre hormonal et bien d’autres.

La surface de la couche cornée est recouverte d’un film lipidique, qui joue un rôle très important dans le fonctionnement de la barrière épidermique. Il provient de deux sources : le sébum sécrété par les glandes sébacées, constituant la plus grande partie du manteau lipidique, et les lipides épidermiques, formant une partie de la couche cornée de l’épiderme. L’épaisseur du manteau lipidique s’élève à 0,5 µm à 5 µm, en fonction du nombre de glandes sébacées dans une zone donnée.

Les lipides de la matrice intercellulaire de la couche cornéenne de l’épiderme se développent dans le processus de conversion de leurs précurseurs fournis par les corpuscules odoraux multilamellaires de la couche granulaire. Les lipides polaires sont convertis en lipides non polaires, l’hydrolyse des glycolipides génère des céramides, tandis que les phospholipides sont métabolisés en acides gras libres. Ces processus aboutissent à la création d’une structure constituée de lamelles serrées, positionnées parallèlement à la surface des cellules épidermiques. Les lipides intercellulaires sont principalement des sphingolipides, ou céramides (45-50%), ainsi que du cholestérol (20-25%), des acides gras libres saturés (10-15%) et de petites quantités de lipides non polaires. Dans la peau humaine, nous pouvons différencier neuf sous-classes de céramides marquées de 1 à 9, en fonction de la structure chimique du groupe principal. On trouve le plus souvent des fractions de la longueur de la chaîne carbonée C24 à C26 parmi les céramides. Le céramide qui joue le rôle principal dans l’épiderme est l’acide linoléique. D’autre part, parmi les acides gras libres, ceux dont la longueur de chaîne est en C22 et en C24 semblent dominer. Environ 2 à 5% des constituants de la matrice sont du sulfate de cholestérol, responsable de l’inhibition des enzymes protéolytiques, digérant les liens desmosomes entre les cellules épidermiques.

Le sébum est un liquide collant et un mélange de lipides non polaires. Il se compose de triglycérides (environ 16%), les acides gras libres (environ 33%), les esters de cire (environ 26%), le squalène (environ 12%), les esters de cholestérol (∼3%), et le taux de cholestérol (∼1.5%) . Les acides gras dominants sont des acides gras essentiels de la longueur de la chaîne carbonée C16 et C18, l’acide dominant étant l’acide oléique. Parmi les acides gras saturés, l’acide palmitique est le plus courant. La composition du sébum est relativement constante et ses modifications peuvent entraîner certaines maladies de la peau. Les plus grands changements dans la composition du sébum sont observés chez les adolescents, lors d’une hydrolyse intensifiée des triglycérides en acides gras libres. La production de sébum est un processus très dynamique, conditionné par des caractéristiques individuelles et des facteurs environnementaux. La production de sébum observée est plus importante chez l’homme que chez la femme. La production de sébum dépend de la densité, de l’emplacement et de l’activité des glandes sébacées. Dans des zones telles que le cuir chevelu, la zone T du visage, le sternum ou les zones interscapulaires, leur densité s’élève à 900 par centimètre carré de peau, mais dans d’autres endroits, on observe moins de 100 glandes sébacées par centimètre carré.

Le sébum participe à la création de la structure tridimensionnelle des lipides épidermiques, ce qui contribue à maintenir son intégrité. Il forme une couche protectrice contre la multiplication des microorganismes pathogènes, ayant à la fois des propriétés pro-inflammatoires et anti-inflammatoires. La quantité de sébum produite a une influence sur l’augmentation de la colonisation par de nombreux microorganismes qui tirent des substances nutritives du sébum, par exemple les levures Propionibacterium acnes ou Malassezia. Le sébum forme un type d’isolation contre l’humidité excessive et les variations de température ambiante. De plus, il aide à maintenir la capacité de liaison à l’eau de l’épiderme. Une bonne production de sébum est corrélée à un niveau élevé d’humidification de la couche cornée. Grâce à ses caractéristiques physico-chimiques, il impacte la perméation sélective des composés appliqués sur la peau. De plus, il possède des propriétés antioxydantes et protège la peau du rayonnement UBV, qui est lié au dysfonctionnement de l’acétylhydrolase II activant les plaquettes sébacées.

Les lipides de la couche cornée jouent un rôle très important dans la régulation de l’absorption de divers composés à la surface de la peau. Il y a deux manières d’absorption: à travers l’épiderme et à travers les appendices cutanés. La voie principale est l’absorption sélective à travers l’épiderme. La structure lamellaire à deux couches de charge électrique opposée des lipides extracellulaires facilite la dissolution des substances lipophiles. Leurs propriétés hydrophobes empêchent une perte excessive d’eau et la dissolution de substances hydrophiles. L’absorption des substances de la surface de la peau dépend dans une large mesure de la taille des cornéocytes de la couche cornée et est proportionnelle à la capacité de l’espace intercellulaire et inversement proportionnelle à la taille des cellules. Les composés non polaires d’un poids moléculaire inférieur à 500 Da pénètrent facilement à travers l’épiderme. L’absorption des substances par les appendices cutanés (glandes sudoripares, glandes sébacées, follicules pileux) n’a lieu que dans une mesure modeste. On parle de voie de perméation rapide en raison d’une sélectivité moindre et de la possibilité d’absorber des molécules plus grosses. Pour cette raison, les zones avec de nombreuses glandes sudoripares, telles que le visage ou la partie supérieure du torse, sont plus exposées à l’absorption de substances potentiellement pro-inflammatoires, souvent à l’origine des éruptions cutanées.

La surface d’une peau saine peut être caractérisée par un pH acide, oscillant entre 4,0 et 6,0. Le pH des organes internes humains est proche de neutre – entre 7,35 et 7,46, se différenciant dans diverses zones de la peau. Les valeurs de pH les plus élevées sont observées dans les zones les plus hydratées, telles que les plis cutanés et les fosses articulaires. Le maintien du pH acide dépend de la création d’acides gras libres, principalement d’acide lactique et d’acides aminés, de composés d’hydrogène et d’ammonium, ainsi que de la composition des lipides du sébum et des protéines de la couche cornéenne de l’épiderme. Ces constituants déterminent la création d’un gradient de pH lié à la différence significative entre sa valeur à la surface de la peau et à l’intérieur des couches vivantes de l’épiderme, où elle atteint la valeur d’env. 7.0 . De cette façon, le volume dit tampon de l’épiderme est maintenu. Un rôle important dans la création de la couche acide est joué par l’activité correcte des enzymes lipolytiques, participant au métabolisme des lipides intracellulaires de la couche cornéenne. Le pH acide dans les couches inférieures de l’épiderme est maintenu par les protéines échangeuses de sodium / protons – NHE. Ils éliminent les ions H + des cellules et attirent les ions Na +, tout en protégeant l’environnement intracellulaire contre l’acidification. La valeur du pH peut être modifiée par le niveau d’hydratation de la peau, les conditions atmosphériques, l’intensité de la sécrétion de sueur et l’activité physique. De plus, cela dépend de facteurs génétiques, de comorbidités et des médicaments ou cosmétiques utilisés. Le sexe n’affecte probablement pas les différences dans la valeur du pH, bien que certains rapports suggèrent qu’il existe une telle corrélation. De plus, l’âge ne modifie pas cette valeur, mais chez les nouveaux-nés et les personnes de plus de 80 ans, des valeurs de pH plus élevées sont notées.

Le pH acide de la surface de la peau et la différence entre le pH de la surface de la peau et le pH des couches plus profondes de la couche cornéenne de l’épiderme contrôlent la flore physiologique et potentiellement infectieuse. Le rythme de croissance et la densité de colonisation des bactéries et des champignons augmentent avec l’augmentation du pH. D’autre part, la présence de microorganismes saprophytes a une influence positive sur le maintien de l’acidité de la surface de la peau, entre autres au moyen de la dégradation des triglycérides en acides gras libres.

Le pH correct participe également au maintien d’une hydratation correcte de l’épiderme. Son augmentation active les cathepsines, décomposant la filaggrine et diminuant ainsi la création du facteur hydratant naturel (NMF). L’augmentation des valeurs de pH correspond également à une augmentation de la perte d’eau transépidermique (TEWL), l’un des indicateurs les plus significatifs de la fonction de barrière épidermique. De plus, le pH de la peau joue l’un des rôles les plus importants dans la bonne organisation des lipides matriciels, en régulant leur structure de surface et leur stabilité. Les lipides intracellulaires sont sensibles aux fluctuations du pH qui peuvent modifier les réactions hydrolytiques, entraînant le changement de leur composition et de leur structure spatiale.

L’intégrité de la barrière épidermique protège la peau contre la perte excessive d’eau et protège le maintien d’une hydratation correcte de l’épiderme. L’eau s’accumule grâce à la couche cornéenne de l’épiderme et la quantité d’eau dans cette couche est définie comme l’hydratation de la peau. Le niveau correct d’humidité est affecté par des facteurs tels que la quantité d’eau fournie par les couches inférieures de l’épiderme, du derme et des glandes sébacées, ainsi que la quantité d’eau perdue par évaporation et la capacité de la couche cornéenne à accumuler de l’eau. La rétention d’eau dans cette couche est également affectée par la présence de lipides de la matrice extracellulaire et de la couche protéique des cellules.

La couche cornéenne maintient le gradient d’eau entre la surface de la peau et les couches inférieures de l’épiderme. L’hydratation des kératinocytes diminue avec leur passage de la couche basale à la surface de l’épiderme. L’eau représente environ 15 à 20% de la masse totale de la couche cornéenne et s’accumule principalement à l’intérieur des cornéocytes, tandis que dans les couches vivantes de l’épiderme, l’eau représente jusqu’à 70% de sa masse. La plus superficielle – la partie supérieure de la couche cornéenne est la moins hydratée et sous une grande influence de facteurs externes sur la teneur en eau. L’épaisseur de la couche cornée est de 30 µm. Après humidification libérale, il monte même à 40 µm. La partie la plus profonde de l’épiderme contient plus d’eau et l’impact de l’environnement extérieur est donc insignifiant. La zone médiane, à son tour, est la zone avec les possibilités les plus élevées de régulation de l’accumulation d’eau. Il est caractérisé par une forte concentration de NMF, qui est située à l’intérieur des cornéocytes. Le facteur hydratant naturel est responsable du maintien d’une hydratation correcte de l’épiderme et de la plasticité de la peau. Il constitue 10 à 30% de la masse sèche de la couche cornéenne et se compose principalement d’acides aminés libres et de leurs métabolites, tels que l’acide urocanique (UCA) et l’acide pyrrolidone carboxylique qui sont les produits de la protéolyse de la filaggrine. Les autres constituants de la couche cornéenne aux propriétés hygroscopiques sont les lactates, l’urée, les protéines, les saccharides, les acides organiques et de nombreux électrolytes sécrétés par les glandes sudoripares ainsi que le glycérol délivré par les glandes sébacées.

Les lipides de l’espace intracellulaire de la couche cornéenne de l’épiderme neutralisent la perte excessive d’eau de l’épiderme, principalement grâce à leur structure anatomique et biochimique, qui leur fait jouer le rôle de constituant barrière. Ce sont des plaques parallèles, étroitement adhérentes les unes aux autres, et protègent contre l’évaporation de l’eau de l’intérieur de la couche cornéenne de l’épiderme. Un rôle particulier est joué par la présence de céramides qui augmentent la rétention d’eau dans la couche cornéenne. Une diminution des teneurs en céramides, en cholestérol et en acides gras libres de la matrice intracellulaire diminue l’hydratation de la peau. Dans le processus d’hydratation des couches vivantes de l’épiderme, l’aquaporine-3 joue un rôle important. C’est un constituant des canaux d’eau des membranes cellulaires, facilitant le transport de l’eau, de l’urée et du glycérol dans les cellules de l’épiderme. La teneur correcte en eau dans le derme est maintenue grâce à l’acide hyaluronique, en raison de ses propriétés hydrophiles. Des quantités plus faibles de cet acide peuvent également être trouvées dans la matrice intracellulaire de la couche cornéenne.

Les valeurs d’hydratation de l’épiderme varient en fonction de la zone anatomique. Les valeurs les plus élevées se trouvent sur la peau du visage, les fosses articulaires, les valeurs les plus basses – sur les avant–bras tandis que les plus basses – sur les tibias. Cela dépend principalement de l’épaisseur de l’épiderme et de l’emplacement des glandes sébacées et sudoripares. Le niveau d’humidité change également en fonction de l’humidité ambiante et de la température. Ces paramètres affectent la rétention d’eau et le degré d’évaporation de la couche cornéenne, ayant une certaine influence sur le changement de gradient d’hydratation entre l’épiderme et l’environnement. De plus, la valeur en humidité peut également être affectée par le type d’aliments consommés. L’une des études a montré que l’hydratation épidermique est diminuée en raison de l’alimentation riche en acides gras saturés ou monoinsaturés.

La perte d’eau de la peau est le résultat de la sécrétion de transpiration et de la diffusion passive transépidermique. La perte d’eau à travers l’épiderme est décrite par la valeur TEWL et affecte le niveau d’humidité de l’épiderme. La perte d’eau transépidermique est un paramètre reflétant l’intégrité de la couche d’eau de l’épiderme et est un indicateur très sensible des dommages de la barrière de l’épiderme. La perte d’eau transépidermique est un gradient de la pression de vapeur mesurée en deux points perpendiculaires à la surface de la peau à l’intérieur d’une chambre ouverte et est une valeur intermédiaire de la transmission de l’eau par la couche cornéenne. Dans des conditions ambiantes stables, le TEWL oscille autour de 4-10 g / h / m2, selon la zone de la peau, mais il peut même augmenter jusqu’à une valeur 30 fois plus élevée lorsque l’épiderme est endommagé. La valeur TEWL change même sous l’influence de facteurs tels que la température de la peau, le flux sanguin à travers les vaisseaux cutanés, le rythme de régénération de l’épiderme, l’épaisseur de la couche cornéenne, les teneurs en lipides de la couche cornéenne, le nombre et l’activité des glandes sudoripares sur une zone cutanée donnée, la température ambiante et l’humidité et bien d’autres. Ce paramètre dépend de la structure correcte des jonctions entre les cellules des couches cornéennes et granulaires, qui sont le lieu du passage entre une concentration d’eau faible et élevée. Ces connexions régulent la transmission de l’eau et des autres substances qui y sont dissoutes aux couches vivantes de l’épiderme. Les valeurs de TEWL les plus élevées se trouvent sur la peau des paumes, des plantes, du visage, des organes génitaux et des articulations; tandis que les plus basses – sur les mollets. Les valeurs de perte d’eau transépidermique ne dépendent probablement pas du sexe, bien que certaines études indiquent des valeurs plus élevées de ce paramètre chez les hommes. Sa variabilité en fonction de l’âge est également controversée. Les valeurs de TEWL sont très probablement plus faibles chez les personnes de plus de 60 ans. Ce paramètre influence également la régulation de l’exfoliation de l’épiderme et des fonctions enzymatiques accompagnant la kératinisation. Plus la perte d’eau est intensive, plus le processus de kératinisation est intensif, ce qui a sa manifestation clinique dans une exfoliation excessive et un érythème.

Un indicateur de peau saine est la fonction correcte de la barrière épidermique protégeant contre les facteurs externes et contre les microorganismes pathogènes. La perte d’intégrité structurelle ou fonctionnelle de cette barrière facilite l’apparition de lésions cutanées accompagnant de nombreuses maladies dermatologiques. La connaissance des processus biophysiques au sein de la peau peut être utile pour la mise en œuvre d’actions prophylactiques dont le but est de restaurer la fonction barrière et de protéger contre le développement de lésions pathologiques et peut également être utile pour initier un traitement efficace.

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