Epidermide

Epidermide
n., plurale: epidermides o epidermises

Definizione: Uno o più strati di cellule che formano la parte più esterna della pelle o del tegumento
Fonte: modificato da Maria Victoria Gonzaga, da BruceBlaus (schema della pelle umana, a sinistra), CC BY 3.0. Golovetskiy (pelle di cipolla, a destra), CC BY-SA 4.0.

Definizione di epidermide

Che cos’è l’epidermide? Possiamo definire l’epidermide come uno o più strati di cellule che formano lo strato esterno duro e protettivo della pelle o del tegumento (rivestimento naturale). L’epidermide è un rivestimento esterno protettivo di molte piante e animali. Può essere composta da un singolo strato, come nelle piante, o da diversi strati di cellule sopra il derma, come in quelli degli animali vertebrati.

Epidermide umana

Negli esseri umani, la pelle è il più grande organo del sistema tegumentario. Circonda la superficie esterna del corpo. Il ruolo della pelle è vitale in quanto protegge il corpo (specialmente i tessuti sottostanti) da agenti patogeni, luce UV, sostanze chimiche, lesioni meccaniche e perdita eccessiva di acqua. È anche coinvolta nel fornire isolamento, regolazione della temperatura e sensazioni. Gli strati della pelle negli esseri umani e in altri mammiferi sono composti da tre strati principali: l’epidermide, il derma e l’ipoderma. Il ruolo principale dell’epidermide è quello di proteggere gli strati più sensibili della pelle.

Struttura dell’epidermide

Ci sono tre strati che compongono la pelle. Questi includono l’epidermide, il derma e l’ipoderma. La figura 1 mostra la struttura della pelle.

L’epidermide è composta principalmente da epitelio squamoso stratificato cheratinizzato. Stratificato è definito come essere più di uno strato spesso e squamoso si riferisce alla struttura delle cellule che assomigliano a “scaglie” o che hanno un aspetto appiattito. Il componente principale delle cellule epidermiche sono i cheratinociti. Queste cellule producono la proteina cheratina. La cheratina è una forte proteina strutturale fibrosa che è uno dei principali costituenti dei rivestimenti esterni dei vertebrati tra cui la pelle, le piume, i capelli e gli zoccoli.

Le cellule epidermiche non hanno un apporto diretto di sangue; quindi, si affidano alla diffusione dai capillari sanguigni nel derma per l’ossigeno e i nutrienti.

L’epidermide è fatta di quattro o cinque strati a seconda della sua posizione. Dove ci sono solo quattro strati, viene descritta come pelle sottile, dove ci sono cinque strati viene descritta come pelle spessa. Lo spessore della pelle varia a seconda di dove si trova nel corpo. In generale, la pelle senza peli è la più spessa perché l’epidermide ha uno strato extra conosciuto come lo strato lucido. La pelle spessa si trova sulle piante dei piedi e sui palmi delle mani. Gli strati della pelle saranno descritti più in dettaglio qui sotto.

Ci sono cinque strati dell’epidermide. Questi sono lo strato basale, lo strato spinoso, lo strato granuloso, lo strato lucido e lo strato corneo. Lo strato lucido si trova solo nella pelle spessa e si trova tra lo strato corneo e lo strato granuloso. La figura 2 mostra gli strati dell’epidermide.

(1) Lo strato basale

Lo strato basale, che è anche conosciuto come lo strato germinato, è lo strato più interno dell’epidermide. Le cellule qui sono cuboidali o colonnari. Si trovano sulla membrana basale che separa il derma dall’epidermide. Lo strato basale consiste principalmente di 2 tipi di cellule: (1) cheratinociti e (2) melanociti. Altri tipi di cellule, per esempio le cellule di Merkel, sono presenti in quantità molto piccole.

La maggior parte delle cellule che si trovano in questo primo strato sono cheratinociti che sono responsabili della ricostituzione delle cellule perse sulla superficie della pelle. Queste cellule si dividono per mitosi portando alla produzione di milioni di nuovi cheratinociti nello strato basale ogni giorno. Il processo di mitosi avviene solo in questo strato dell’epidermide perché si trova vicino ai capillari che gli permettono di ottenere molto ossigeno e nutrienti per diffusione. Le nuove cellule spostano le vecchie attraverso gli strati dell’epidermide. Nel corso del tempo, mentre queste cellule si muovono, cambiano la loro forma e composizione. I cheratinociti aiutano anche a tenere insieme l’epidermide.

L’altro tipo principale di cellule dell’epidermide comprende i melanociti che producono melanina. Queste cellule sono responsabili del colore dei capelli e della pelle. La figura 3 mostra un campione di cheratinociti e melanociti colorati al microscopio.

Altre cellule presenti nello strato basale sono le cellule di Merkel (Figura 4). Le cellule di Merkel sono state originariamente scoperte da Friedrich Merkel alla fine del 1800. Sono cellule epiteliali scarse e specializzate che si trovano direttamente sopra la membrana basale e funzionano come meccano-recettori di tipo 1. Sono in grado di percepire il tocco leggero/leggero perché la loro membrana interagisce con le terminazioni nervose che si trovano nella pelle. Pertanto, si trovano principalmente nelle labbra, nei polpastrelli e sul viso, dove la percezione sensoriale è più sensibile. Dall’altro lato della loro membrana, sono legati ai cheratinociti da complessi multiproteici desmosomi.

Lo strato basale è attaccato alla membrana basale da desmosomi ed emidesmosomi. Questi sono complessi multiproteici che permettono una forte adesione cellulare. Sono giunzioni intercellulari che danno forza meccanica al tessuto.

(2) Lo Strato Spinoso

Lo strato sopra lo strato basale è lo strato spinoso, noto anche come strato pungente. È spesso circa 8 – 10 cellule e contiene cellule di forma poliedrica. Le cellule di questo strato contengono molti desmosomi che hanno la funzione di ancorare le cellule tra loro. Quando questo strato cellulare viene preparato su un vetrino per la microscopia, gli spazi tra i desmosomi si restringono dando alle cellule un aspetto appuntito. Questo aspetto appuntito non è come le cellule appaiono nella vita reale. I desmosomi agiscono come supporto strutturale e forniscono flessibilità ed elasticità.

I cheratinociti iniziano a produrre cheratina in questo strato. Questa forte proteina fibrosa aiuta a mantenere l’acqua all’interno delle cellule. Ogni cheratinocita contiene tonofibrille che iniziano e finiscono in ogni desmosoma. Le tonofibrille sono filamenti intermedi di cheratina, componenti del citoscheletro dei cheratinociti. Qui, hanno un ruolo di supporto strutturale molto importante.

Le cellule dendritiche del sistema immunitario si trovano anche nella porzione superficiale di questo strato. Le cellule dendritiche sono chiamate cellule di Langerhans quando si trovano nell’epidermide. Si trovano molto vicine ai cheratinociti in questo strato. Estendono anche i loro processi allo strato successivo, lo strato granuloso. Queste cellule di Langerhans riconoscono gli agenti patogeni e gli allergeni negli strati epidermici e migrano verso il linfonodo dove possono iniziare una risposta immunitaria appropriata.

Come i nuovi cheratinociti si muovono in questo strato, spingono i cheratinociti più vecchi fuori nello strato epidermico successivo della pelle, lo strato granuloso.

(3) Lo strato granuloso

Lo strato granuloso è spesso circa 3-5 cellule. In questo strato, le cellule sono leggermente appiattite a forma di diamante. I cheratinociti qui producono grandi quantità di proteine cheratina e cheratoialina. La cheratoialina si accumula in granuli chiamati granuli di cheratoialina. Questi granuli circondano i filamenti di cheratina creando una matrice intracellulare.

I granuli lamellari (o corpi lamellari) si trovano anche in questo strato dell’epidermide. Questi sono organelli secretori che contengono glicolipidi, enzimi e proteine che vengono secreti sulla superficie cellulare. Agiscono come una colla che permette alle cellule di rimanere strettamente impacchettate insieme e rivestono le cellule rendendole impermeabili per prevenire la perdita d’acqua. Questo processo impedisce anche la diffusione dei nutrienti dentro e fuori i cheratinociti. Questo, a sua volta, porta alla morte dello strato superficiale del granulosum, come si vede dalla perdita dei loro nuclei. Le cellule di questo strato diventano appiattite e schiacciate nell’aspetto. (Vedi Figura 5)

(4) Lo Strato Lucido

A circa 2 – 3 cellule di spessore, questo strato è presente solo nella pelle spessa. A questo punto, i cheratinociti sono morti a causa della mancanza di nutrienti e di ossigeno. Questo strato è chiaro e si trova solo nei siti del corpo senza peli dove la pelle è spessa, come le piante dei piedi e i palmi delle mani. (Vedi Figura 2)

(5) Lo strato corneo

Infine, lo strato superiore dell’epidermide è spesso circa 20-30 cellule. (Vedi Figura 2) Questo strato è fatto di cheratinociti morti che non hanno nucleo. È effettivamente uno strato di cheratina di cellule rattrappite, appiattite e cornificate. Possono essere definite cellule squamose anucleate e questo strato è talvolta descritto come lo strato corneo. I cheratinociti ora sono quasi privi di acqua e pieni di cheratina. A questo punto, sono conosciuti come corneociti. Queste cellule si sfaldano nell’ambiente.

I cheratinociti morti secernono defensine, che agiscono come parte del sistema immunitario. Le defensine sono peptidi antimicrobici che agiscono contro alcuni virus, batteri e funghi.

L’intero ciclo di un cheratinocita, dalla sua generazione a quando viene espulso, può durare da 25 a 45 giorni. La figura 2 mostra un’immagine al microscopio dell’epidermide dallo strato basale allo strato corneo. Si noti lo sfaldamento delle cellule morte nello strato corneo.

Funzioni dell’epidermide con esempi

L’epidermide ha molte funzioni tra cui agire come barriera d’acqua, stabilità strutturale, difesa immunitaria, omeostasi del corpo, funzioni endocrine ed esocrine, e sensazione/tatto. Ognuno sarà discusso più in dettaglio qui sotto.

Barriera d’acqua e difesa immunitaria

In primo luogo, l’epidermide serve come barriera non solo all’acqua, ma ai microbi, ai prodotti chimici e ai danni UV. Funziona come una barriera d’acqua grazie alla superficie interna idrofoba della membrana plasmatica. Questa superficie è composta da proteine reticolari che danno all’epidermide anche la sua stabilità strutturale. Inoltre, anche la superficie esterna della membrana plasmatica è idrofoba. Quando i cheratinociti dello strato spinoso producono granuli lamellari, questi vengono esportati tramite esocitosi negli spazi intracellulari. Questi granuli lamellari sono pieni di ceramidi, fosfolipidi e glicosfingolipidi che, durante la secrezione, contribuiscono a formare la membrana extracellulare ricca di lipidi. Questo blocca il movimento dell’acqua. Inoltre, gli acidi grassi sono antimicrobici ed è anche in questi granuli di lamelle che vengono rilasciate ulteriori sostanze chimiche antimicrobiche come le defensine.

Integrità strutturale

La struttura della pelle, con la sua abbondanza di cheratina, proteina fibrosa, permette all’epidermide di agire come un rivestimento protettivo che agisce contro lo stress meccanico e le lesioni. È forte e flessibile e protegge gli strati di tessuto sotto l’epidermide. L’aspetto della pelle di una persona ci permette di vedere la sua salute generale e la sua età.

Omeostasi del corpo, funzioni endocrine ed esocrine

Negli strati spinoso e granuloso dell’epidermide viene prodotta la vitamina D. Questo avviene nei cheratinociti con l’aiuto della luce UV del sole che converte il 7-deidrocolesterolo in vitamina D. Un recettore della vitamina D e i relativi enzimi sono espressi anche dai cheratinociti permettendo alla vitamina D di essere convertita nella sua forma attiva. La stimolazione del recettore della vitamina D incoraggia la generazione di cheratinociti nello strato basale e la differenziazione dei cheratinociti mentre migrano attraverso gli strati dell’epidermide.

L’epidermide regola anche la temperatura e la perdita di acqua. Le funzioni esocrine includono la sudorazione e le azioni delle ghiandole sebacee. Le ghiandole sebacee sono una ghiandola apocrina (un tipo di ghiandola esocrina) che secernono oli contenenti lipidi e proteine, noti come sebo, che germogliano nell’area circostante un follicolo pilifero attraverso dei dotti. Quest’olio sale attraverso il fusto del pelo e poi ricopre l’epidermide proteggendo dalla perdita d’acqua. Le ghiandole sebacee si trovano di solito nelle parti pelose del corpo e non si trovano sulle piante dei piedi o sui palmi delle mani. La figura 6 mostra la posizione della ghiandola sebacea nella pelle.

Le ghiandole del sudore invece sono ghiandole eccrine che rispondono alla temperatura del corpo. Si trovano in grande quantità nel tessuto cutaneo di tutto il corpo, in particolare nei palmi delle mani e nelle piante dei piedi. Il loro compito è quello di secernere acqua ed elettroliti che si disperdono attraverso l’epidermide permettendo la regolazione della temperatura corporea attraverso la sudorazione.

Sensazione/Tocco

Come detto prima, le cellule di Merkel sono coinvolte nella mediazione della percezione del tocco leggero. Le cellule di Merkel sono descritte come cellule neuroendocrine o meccanorecettori. Si trovano in gruppi in aree chiamate cupole tattili. Nell’epidermide si trovano anche terminazioni nervose libere che aiutano con le funzioni sensoriali, comprese le sensazioni di calore, tatto, freddo e dolore.

L’epidermide di altri animali

La cheratina nell’epidermide della pelle si trova in una varietà di specie animali diverse. Per esempio, è un costituente di zoccoli, unghie, artigli, squame, piume, capelli e corna. Queste appendici sono fatte da modifiche dell’epidermide così come del derma e degli strati sottocutanei. Le corna, anche se composte di osso, hanno un rivestimento epidermico di velluto. (Figura 7)

Zocche, unghie, artigli e corna sono alcuni dei materiali biologici più resistenti grazie alla forza delle cellule morte riempite di cheratina. A causa della natura complessa del materiale cheratinico, la loro formazione può servire una vasta gamma di proprietà biologiche come la resistenza all’impatto (come negli zoccoli), l’attacco esterno (corna e unghie), e la resistenza alle forze aerodinamiche (piume).

L’epidermide delle piante

L’epidermide delle piante ha una struttura molto più semplice di quella degli animali. Di solito, è spessa solo una cellula e consiste di semplici cellule epidermiche, cellule di guardia e peli. Tuttavia, un’epidermide con più strati può essere trovata nelle foglie di alcune piante, come nel genere Figus e Nerium. L’epidermide dei fusti contiene cellule di forma tabulare. Le cellule dell’epidermide sono di solito strettamente unite con spazi intercellulari limitati. La figura 8 mostra la struttura di una foglia indicando la posizione dell’epidermide sui lati inferiore e superiore.

L’epidermide copre tutte le piante erbacee e si trova a coprire le foglie, i fusti, i fiori e le radici. Sopra la terra, le cellule epidermiche delle piante hanno un rivestimento ceroso noto come cuticola che è impermeabile all’acqua. (Figura 9) La cuticola mantiene l’acqua all’interno e gli agenti patogeni all’esterno, fornendo un ruolo protettivo. Una cera epicuticolare copre l’epidermide di alcune piante. Questo protegge ulteriormente le piante dalla perdita d’acqua così come dal vento e dalla forte luce solare. Queste piante sono adattate a vivere in ambienti caldi e secchi. La cuticola è trasparente e permette alla luce di attraversarla. Non ci sono quasi cloroplasti nello strato epidermico, questi si trovano negli strati sottostanti e poiché l’epidermide è traslucida, la luce del sole può raggiungerli con facilità.

Gli stomi sono presenti nell’epidermide delle foglie, si tratta di aperture che permettono lo scambio di gas. Gli stomi sono costituiti da una coppia di cellule di guardia che formano il poro stomatico. Queste cellule di guardia contengono cloroplasti che permettono loro di produrre cibo usando la fotosintesi. (Figura 10)

Estensioni dell’epidermide possono essere viste nella maggior parte delle piante, queste sono chiamate tricomi che agiscono per proteggere la pianta da insetti o erbivori. Possono farlo o secernendo sostanze tossiche o impedendo ai parassiti di raggiungere la superficie della pianta (punte o spine). Le ortiche pungenti sono un esempio in cui i loro tricomi possono rompersi e iniettare nell’animale/uomo istamine che irritano. Nelle piante insettivore, come nelle drosere (Drosera), i tricomi producono un nettare appiccicoso che attira e cattura gli insetti che la pianta deve digerire.

L’epidermide è presente anche nelle radici delle piante. Qui, agisce per permettere l’assorbimento dell’acqua nel sistema radicale. L’epidermide delle radici ha una cuticola molto sottile per permettere l’assorbimento dell’acqua. Le radici possono produrre una sostanza chimica chiamata mucigel, che è un carboidrato idrofilo che permette alla radice di muoversi facilmente attraverso il terreno.

Conclusione

L’epidermide è presente negli animali e nelle piante come uno strato protettivo esterno che fornisce una barriera vitale agli agenti patogeni ambientali, alle sostanze chimiche e ai raggi UV, oltre ad avere un importante ruolo strutturale. Negli animali, l’epidermide è stata adattata alle singole specie per fornire protezione, difesa e regolazione del corpo attraverso la formazione di zoccoli, peli, piume e unghie. Allo stesso modo, le piante si sono adattate al loro ambiente aumentando lo spessore della loro cuticola sull’epidermide a seconda degli ambienti umidi o secchi. Hanno anche una vasta gamma di tricomi che agiscono per scoraggiare i parassiti e gli erbivori. Nel complesso, l’epidermide è responsabile della sicurezza dell’organismo che ricopre.

• Barbieri, J.S., et al. (2014). Pelle, struttura e funzione di base. Patologia della malattia umana. 1134-1144. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-386456-7.03501-2
• Borradori, L., Sonnenberg, A. (1999). Struttura e funzione degli emidesmosomi: Più che semplici complessi di adesione. Giornale di Dermatologia Investigativa. 112(4) 411-418. https://doi.org/10.1046/j.1523-1747.1999.00546.x
• Cole, A.S., et al. (1988) Epithelium. Biochimica e biologia orale. 26 (2) 400-405. https://doi.org/10.1016/B978-0-7236-1751-8.50033-8
• Di Meglio, P., Conrad, C. (2016). Psoriasi, Lupus Eritematoso Cutaneo e Immunobiologia della pelle. Enciclopedia di Immunobiologia. 5, 192 – 203. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374279-7.15008-8
• Feingold, K, R. (2012). Corpi lamellari: La chiave della funzione della barriera cutanea. Journal of Investigative Dermatology. 132, 1951 – 1953. https://core.ac.uk/download/pdf/82781113.pdf
• Fenner, J., Clark, R.A.F. (2016) Capitolo 1. Anatomia, fisiologia, istologia e immunochimica della pelle umana. Ingegneria dei tessuti cutanei e medicina rigenerativa. (1) 1-17. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801654-1.00001-2
• Honari, G., Maibach, H. (2014) Skin Structure and Function. Dermatotossicologia applicata. 1, 1-10. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-420130-9.00001-3
• Kobielak, K., et al. (2015). Rigenerazione della pelle e delle appendici cutanee. Medicina Rigenerativa Traslazionale. 22, 269-292. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-410396-2.00022-0
• Lopez, F.B., and Barclay, G.F. (2017) Plant Anatomy and Physiology. Farmacognosia. 4, 45-60. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802104-0.00004-4
• La pelle. Anatomia e fisiologia senza limiti. https://courses.lumenlearning.com/boundless-ap/chapter/the-skin/
• Sawamura, D., Goto, M., Shibaki, A. et al. (2005) Beta defensin-3 engineered Epidermis Shows Highly Protective Effect for Bacterial Infection. Gene Ther. 12, 857-861. https://doi.org/10.1038/sj.gt.3302472
• Sotiropoulou, P.A. e Blanpain, C. (2020). Sviluppo e omeostasi dell’epidermide cutanea. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology. https://cshperspectives.cshlp.org/content/4/7/a008383.full
• Wang, B., et al. (2016). Cheratina: struttura, proprietà meccaniche, presenza in organismi biologici e sforzi di bioispirazione. Progressi nella scienza dei materiali. 76, 229-318. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.06.001
• Che cos’è una cellula di Merkel? Merkelcell.org. https://merkelcell.org/about-mcc/what-is-a-merkel-cell/#:~:text=Merkel%20cells%20are%20found%20in%20the%20epidermis, strato%20esterno%20della%20pelle).
• Yousef H, Alhajj M, Sharma S. (2020). Anatomia, Pelle (Integument), Epidermis. StatPearls . Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470464/