La pelle è una barriera tra il corpo umano e l’ambiente esterno. Protegge l’organismo da fattori chimici e fisici esogeni, partecipa ai processi metabolici, svolge una funzione di riassorbimento e termoregolazione, essendo la prima linea di difesa contro i microrganismi patogeni, e partecipa ai processi immunologici .
La complessa struttura della pelle umana e le sue caratteristiche fisico-chimiche la trasformano in un’efficace linea di difesa più esterna contro i fattori esogeni e aiutano a mantenere l’omeostasi del corpo umano. Questo ruolo è giocato dalla barriera epidermica, in cui lo strato corneale dell’epidermide ha una funzione particolarmente importante da svolgere . Consiste di 15-20 strati di cheratinociti completamente cornificati-corneociti. Nella parte inferiore dello strato cornificato, le cellule sono strettamente adiacenti l’una all’altra, mentre nella parte superiore sono disposte liberamente e subiscono il ridimensionamento. La costruzione dello strato corneale assomiglia a un muro in cui i corneociti rappresentano mattoni e una matrice intercellulare abbondante di grasso è il cemento . L’interno delle cellule dello strato corneale è riempito con filamenti di citocheratina legati con filaggrina. Queste cellule sono circondate da un involucro rigido e cornificato costruito principalmente dalla proteina loricrina, formando una parte del cosiddetto involucro proteico-lipidico . L’involucro è collegato con la matrice extracellulare a cristalli liquidi e costituisce il confine tra la superficie idrofila delle cellule e gli acidi grassi lipofili non polari della matrice che circonda i corneociti .
Lo spessore dello strato esterno dell’epidermide, la dimensione dei corneociti e la composizione dei lipidi superficiali influenzano le proprietà rigenerative della pelle, che contribuisce ai vari corsi di malattie dermatologiche e al processo di guarigione allo stesso modo. Le aree anatomiche con epidermide spessa sono più resistenti ai fattori esterni . D’altra parte, le aree con uno strato cornificato relativamente sottile, come il viso, sono caratterizzate da un’elevata suscettibilità a fattori dannosi, ma anche dalla capacità di ristabilire la funzione di barriera molto velocemente. È collegato ad un’elevata attività proliferativa, quindi rapida rigenerazione dell’epidermide, vascolarizzazione intensiva, buona idratazione e presenza di molte ghiandole sudoripare .
La condizione della barriera epidermica dipende dalle sue proprietà fisiche, come la quantità di sebo prodotto, l’idratazione dell’epidermide, la perdita transepidermica di acqua e il gradiente di pH tra la superficie della pelle e l’interno del corpo . Molti i fattori individuali e ambientali impatto la modifica dei suddetti processi, tra cui l’età, il sesso, la razza, l’area anatomica della pelle, l’intensità della sudorazione, la temperatura della pelle e la temperatura ambiente, l’umidità dell’aria, stagione dell’anno, il ritmo quotidiano, l’equilibrio ormonale, e molti altri .
La superficie dello strato cornificato è coperta da un film lipidico, che svolge un ruolo molto importante nel funzionamento della barriera epidermica. Proviene da due fonti: il sebo secreto dalle ghiandole sebacee, che costituisce la maggior parte del mantello lipidico, e i lipidi epidermici, che formano una parte dello strato cornificato dell’epidermide . Lo spessore del mantello lipidico varia da 0,5 µm a 5 µm, a seconda del numero di ghiandole sebacee in una determinata area .
I lipidi della matrice intercellulare dello strato corneale dell’epidermide si sviluppano nel processo di conversione dei loro precursori forniti dai corpuscoli multilamellari di Odland dello strato granulare . I lipidi polari vengono convertiti in quelli non polari, l’idrolisi dei glicolipidi genera ceramidi, mentre i fosfolipidi vengono metabolizzati in acidi grassi liberi. Questi processi portano alla creazione di una struttura costituita da lamelle strettamente imballate, posizionate parallelamente alla superficie delle cellule epidermiche . I lipidi intercellulari sono principalmente sfingolipidi o ceramidi (45-50%), così come il colesterolo (20-25%), acidi grassi saturi liberi (10-15%) e piccole quantità di lipidi non polari . Nella pelle umana possiamo differenziare nove sottoclassi di ceramidi contrassegnate da 1 a 9, a seconda della struttura chimica del gruppo principale. Le frazioni della lunghezza della catena di carbonio da C24 a C26 si trovano più spesso tra le ceramidi. La ceramide che svolge il ruolo principale nell’epidermide è l’acido linoleico . D’altra parte, tra gli acidi grassi liberi, quelli con la lunghezza della catena di C22 e C24 sembrano dominare. Circa il 2-5% dei costituenti della matrice è il solfato di colesterolo, che è responsabile dell’inibizione degli enzimi proteolitici, digerendo i collegamenti desmosomici tra le cellule epidermiche .
Il sebo è un liquido appiccicoso ed è una miscela di lipidi non polari. Si compone di trigliceridi (∼16%), acidi grassi liberi (∼33%), esteri della cera (∼26%), squalene (∼12%), esteri del colesterolo (∼3%) e colesterolo (∼1.5%) . Gli acidi grassi dominanti sono acidi grassi essenziali della lunghezza della catena di carbonio C16 e C18, per cui l’acido dominante è l’acido oleico . Tra gli acidi grassi saturi, l’acido palmitico è il più comune. La composizione del sebo è relativamente costante e i suoi cambiamenti possono comportare alcune malattie della pelle. I maggiori cambiamenti nella composizione del sebo si osservano negli adolescenti, durante l’idrolisi intensificata dei trigliceridi in acidi grassi liberi. La produzione di sebo è un processo molto dinamico, condizionato da caratteristiche individuali e fattori ambientali. La produzione osservata di sebo è più grande negli uomini che nelle donne . La produzione di sebo dipende dalla densità, dalla posizione e dall’attività delle ghiandole sebacee . In aree come il cuoio capelluto, la zona T del viso, lo sterno o le aree interscapolari, la loro densità ammonta a 900 per centimetro quadrato della pelle, ma in altri luoghi si osservano meno di 100 ghiandole sebacee per centimetro quadrato .
Il sebo partecipa alla creazione della struttura 3-dimensionale dei lipidi epidermici, che aiuta a mantenere la sua integrità . Forma uno strato protettivo contro la moltiplicazione di microrganismi patogeni, con proprietà proinfiammatorie e antinfiammatorie . La quantità di sebo prodotto influenza l’aumento della colonizzazione con numerosi microrganismi che derivano sostanze nutritive dal sebo, ad esempio Propionibacterium acnes o lieviti Malassezia . Il sebo forma un tipo di isolamento contro l’umidità eccessiva e le variazioni della temperatura ambiente . Inoltre, aiuta a mantenere la capacità di legame dell’acqua dell’epidermide . La corretta produzione di sebo si correla con un alto livello di inumidimento dello strato cornificato . Grazie alle sue caratteristiche fisico-chimiche, influisce sulla permeazione selettiva dei composti applicati sulla pelle . Inoltre, ha proprietà antiossidanti e protegge la pelle dalle radiazioni UBV, che è collegata alla disfunzione dell’acetilidrolasi II attivante le piastrine sebacee .
I lipidi dello strato cornificato svolgono un ruolo molto importante nella regolazione dell’assorbimento di vari composti dalla superficie della pelle . Ci sono due modi di assorbimento: attraverso l’epidermide e attraverso le appendici cutanee. Il modo principale è l’assorbimento selettivo attraverso l’epidermide. La struttura lamellare a due strati della carica elettrica opposta dei lipidi extracellulari facilita la dissoluzione delle sostanze lipofile. Le loro proprietà idrofobiche impediscono un’eccessiva perdita di acqua e la dissoluzione di sostanze idrofile . L’assorbimento di sostanze dalla superficie della pelle dipende in gran parte dalla dimensione dei corneociti dello strato cornificato ed è proporzionale alla capacità dello spazio intercellulare e inversamente proporzionale alla dimensione delle cellule . I composti non polari di peso molecolare inferiore a 500 Da permeano facilmente attraverso l’epidermide . L’assorbimento di sostanze attraverso appendici cutanee (ghiandole sudoripare, ghiandole sebacee, follicoli piliferi) avviene solo in misura modesta. È indicato come il percorso di permeazione veloce a causa della minore selettività e della possibilità di assorbire molecole più grandi. Per questo motivo le aree con molte ghiandole sudoripare, come il viso o la parte superiore del busto, sono più esposte all’assorbimento di sostanze potenzialmente proinfiammatorie, spesso la causa dietro le eruzioni cutanee .
La superficie della pelle sana può essere caratterizzata da un pH acido, oscillante tra 4,0 e 6,0. Il pH degli organi interni umani è vicino al neutro-tra 7,35 e 7,46, differenziandosi in varie aree della pelle. I valori di pH più alti si osservano nelle aree più idratate, come le pieghe cutanee e le fosse articolari . Il mantenimento del pH acido dipende dalla creazione di acidi grassi liberi, principalmente acido lattico e amminoacidi, composti di idrogeno e ammonio, nonché dalla composizione dei lipidi sebacei e dalle proteine dello strato corneale dell’epidermide . Questi costituenti determinano la creazione del gradiente di pH collegato alla differenza significativa tra il suo valore sulla superficie della pelle e all’interno degli strati viventi dell’epidermide, dove raggiunge il valore di ca. 7.0 . In questo modo, viene mantenuto il cosiddetto volume tampone dell’epidermide . Un ruolo significativo nella creazione del mantello acido è giocato dalla corretta attività degli enzimi lipolitici, che partecipano al metabolismo dei lipidi intracellulari dello strato corneale. Il pH acido negli strati inferiori dell’epidermide è mantenuto dalle proteine di scambio sodio/protone – NHE. Rimuovono gli ioni H + dalle cellule e disegnano gli ioni Na+, proteggendo allo stesso tempo l’ambiente intracellulare dall’acidificazione . Il valore del pH può essere modificato dal livello di idratazione della pelle, dalle condizioni atmosferiche, dall’intensità della secrezione di sudore e dall’attività fisica. Inoltre, dipende da fattori genetici, comorbilità e farmaci o cosmetici utilizzati . Il sesso molto probabilmente non influisce sulle differenze nel valore del pH, anche se ci sono alcuni rapporti che suggeriscono che esiste una tale correlazione . Anche l’età non modifica questo valore, ma tra i neonati e le persone sopra gli 80 anni di età, si notano valori di pH più elevati .
Il pH acido della superficie cutanea e la differenza tra il pH della superficie cutanea e il pH degli strati più profondi dello strato corneale dell’epidermide controllano la flora fisiologica e potenzialmente infettiva. Il ritmo di crescita e la densità di colonizzazione di batteri e funghi aumentano con l’aumento del pH. D’altra parte, la presenza di microrganismi saprofiti ha un’influenza positiva sul mantenimento dell’acidità della superficie cutanea, tra l’altro mediante la degradazione dei trigliceridi agli acidi grassi liberi .
Il corretto pH interviene anche nel mantenimento della corretta idratazione dell’epidermide. Il suo aumento attiva le catepsine, abbattendo la filaggrina e diminuendo in questo modo la creazione del fattore idratante naturale (NMF) . L’aumento dei valori di pH corrisponde anche ad un aumento della perdita di acqua transepidermica (TEWL), uno degli indicatori più significativi della funzione barriera epidermica . Inoltre, il pH cutaneo svolge uno dei ruoli più importanti nella corretta organizzazione dei lipidi della matrice, regolandone la struttura superficiale e la stabilità . I lipidi intracellulari sono sensibili alle fluttuazioni del pH che potrebbero modificare le reazioni idrolitiche, causando il cambiamento della loro composizione e struttura spaziale .
L’integrità della barriera epidermica protegge la pelle dall’eccessiva perdita di acqua e protegge il mantenimento della corretta idratazione dell’epidermide. L’acqua viene accumulata grazie allo strato corneale dell’epidermide e la quantità di acqua in questo strato è definita come l’idratazione della pelle . Il corretto livello di umidità è influenzato da fattori quali la quantità di acqua fornita dagli strati inferiori di epidermide, derma e ghiandole sebacee, e anche la quantità di acqua persa per evaporazione e la capacità dello strato corneale di accumulare acqua. La ritenzione idrica in questo strato è anche influenzata dalla presenza di lipidi della matrice extracellulare e dal rivestimento proteico delle cellule .
Lo strato corneale mantiene il gradiente d’acqua tra la superficie della pelle e gli strati inferiori dell’epidermide. L’idratazione dei cheratinociti diminuisce con il loro passaggio dallo strato basale alla superficie dell’epidermide . L’acqua costituisce circa il 15-20% della massa totale dello strato corneale e si accumula principalmente all’interno dei corneociti, mentre negli strati viventi dell’epidermide, l’acqua costituisce il 70% della sua massa . Il più superficiale – la parte superiore dello strato corneale è la meno idratata e sotto la grande influenza di fattori esterni sul contenuto d’acqua. Lo spessore dello strato cornificato è di 30 µm. Dopo l’inumidimento liberale, sale anche a 40 µm . La parte più profonda di epidermide contiene più acqua e così l’impatto di ambiente esterno è insignificante. L’area centrale, a sua volta, è la zona con le più alte possibilità di regolare l’accumulo di acqua. È caratterizzato da un’alta concentrazione di NMF, che si trova all’interno dei corneociti . Il fattore idratante naturale è responsabile del mantenimento della corretta idratazione dell’epidermide e della plasticità cutanea. Costituisce il 10-30% della massa secca dello strato corneale e consiste principalmente di aminoacidi liberi e dei loro metaboliti, come l’acido urocanico (UCA) e l’acido carbossilico pirrolidone che sono i prodotti della proteolisi della filaggrina. Altri costituenti dello strato corneale con proprietà igroscopiche sono lattati, urea, proteine, saccaridi, acidi organici e numerosi elettroliti secreti attraverso le ghiandole sudoripare e glicerolo consegnato dalle ghiandole sebacee .
I lipidi dello spazio intracellulare dello strato corneale dell’epidermide contrastano l’eccessiva perdita di acqua dall’epidermide, soprattutto grazie alla loro struttura anatomica e biochimica, che li fa svolgere il ruolo di costituente barriera . Sono piastre parallele, imballate strettamente aderenti l’una all’altra e proteggono dall’evaporazione dell’acqua dall’interno dello strato corneale dell’epidermide. Un ruolo speciale è giocato dalla presenza di ceramidi che aumentano la ritenzione idrica nello strato corneale . Una diminuzione del contenuto di ceramidi, colesterolo e acidi grassi liberi della matrice intracellulare diminuisce l’umidità della pelle . Nel processo di idratazione degli strati viventi dell’epidermide, un ruolo importante è svolto da aquaporin-3. È un costituente dei canali d’acqua delle membrane cellulari, facilitando il trasporto di acqua, urea e glicerolo nelle cellule dell’epidermide . Il corretto contenuto di acqua all’interno del derma è mantenuto grazie all’acido ialuronico, grazie alle sue proprietà idrofile. Alcune piccole quantità di questo acido possono essere trovate anche nella matrice intracellulare dello strato corneale .
I valori di idratazione dell’epidermide variano a seconda dell’area anatomica. I valori più alti si trovano sulla pelle del viso, sulle fosse articolari, valori più bassi – sugli avambracci mentre i più bassi – sugli stinchi . Ciò dipende principalmente dallo spessore dell’epidermide e dalla posizione delle ghiandole sebacee e sudoripare . Il livello di umidità cambia anche a seconda dell’umidità e della temperatura ambiente. Questi parametri influenzano la ritenzione idrica e il grado di evaporazione dallo strato corneale, avendo una certa influenza sul cambiamento del gradiente di idratazione tra l’epidermide e l’ambiente . Inoltre, il valore di umidità può anche essere influenzato dal tipo di alimenti consumati. Uno degli studi ha dimostrato che l’idratazione epidermica è diminuita a causa della dieta ricca di acidi grassi saturi o monoinsaturi .
La perdita di acqua dalla pelle è il risultato della secrezione di sudorazione e della diffusione passiva transepidermica. La perdita di acqua attraverso l’epidermide è descritta dal valore TEWL e influenza il livello di umidità dell’epidermide . La perdita di acqua transepidermica è un parametro che riflette l’integrità dello strato di acqua dell’epidermide ed è un indicatore molto sensibile del danno della barriera dell’epidermide . La perdita di acqua transepidermica è un gradiente della pressione di vapore misurata in due punti perpendicolari alla superficie cutanea all’interno di una camera aperta ed è un valore intermedio della trasmissione dell’acqua dallo strato corneale. In condizioni ambientali stabili, TEWL oscilla intorno a 4-10 g/h / m2, a seconda della zona della pelle, ma può aumentare anche fino a un valore 30 volte superiore quando l’epidermide è danneggiata . Il valore TEWL cambia anche sotto l’influenza di fattori quali la temperatura della pelle, il flusso sanguigno attraverso i vasi cutanei, il ritmo della rigenerazione dell’epidermide, lo spessore dello strato corneale, il contenuto lipidico nello strato corneale, il numero e l’attività delle ghiandole sudoripare su una determinata area cutanea, la temperatura ambiente e l’umidità e molti altri . Questo parametro dipende dalla corretta struttura delle giunzioni tra le cellule degli strati corneali e granulari, che sono il luogo del passaggio tra una bassa e alta concentrazione di acqua. Queste connessioni regolano la trasmissione di acqua e altre sostanze disciolte in esso agli strati viventi dell’epidermide . I valori più alti di TEWL si trovano sulla pelle di palme, suole, viso, genitali e le aree delle articolazioni; mentre il più basso – sui polpacci . I valori di perdita di acqua transepidermica molto probabilmente non dipendono dal sesso, anche se alcuni studi indicano valori più alti di questo parametro tra gli uomini . Anche la sua variabilità a seconda dell’età è controversa . Molto probabilmente valori TEWL più bassi si verificano tra le persone sopra i 60 anni di età . Questo parametro influenza anche la regolazione dell’esfoliazione dell’epidermide e le funzioni enzimatiche che accompagnano la cheratinizzazione. Più intensa è la perdita di acqua, più intenso è il processo di cheratinizzazione, che ha la sua manifestazione clinica in eccessiva esfoliazione ed eritema .
Un indicatore di pelle sana è la corretta funzione della barriera epidermica che protegge da fattori esterni e da microrganismi patogeni. La perdita di integrità strutturale o funzionale di questa barriera facilita il verificarsi di lesioni cutanee che accompagnano molte malattie dermatologiche. La conoscenza dei processi biofisici all’interno della pelle può essere utile per l’attuazione di azioni profilattiche il cui scopo è ripristinare la funzione barriera e proteggere dallo sviluppo di lesioni patologiche e può essere utile anche per avviare un trattamento efficace.