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Barrera cutánea ¿qué es y en qué contextos se encuentra alterada?

Resumen breve

La piel, vista como un conjunto compuesto de epidermis, dermis e hipodermis, constituye una barrera entre el organismo y el exterior (Figura 1A). Esta barrera va a servir de protección contra numerosas agresiones: agentes físicos (traumatismos), agentes químicos, agentes infecciosos, así como protección también contra los ultravioletas. Sin embargo, de forma general, cuando se habla de barrera cutánea en dermatología (típicamente en el contexto de dermatitis atópica) se hace referencia…

¿Qué es la barrera cutánea?

La piel, vista como un conjunto compuesto de epidermis, dermis e hipodermis, constituye una barrera entre el organismo y el exterior (Figura 1A). Esta barrera va a servir de protección contra numerosas agresiones: agentes físicos (traumatismos), agentes químicos, agentes infecciosos, así como protección también contra los ultravioletas. Sin embargo, de forma general, cuando se habla de barrera cutánea en dermatología (típicamente en el contexto de dermatitis atópica) se hace referencia a la epidermis y más concretamente al resultado de su diferenciación terminal: el estrato córneo. La epidermis es un epitelio estratificado (Figura 1B). En el estrato basal algunos de los queratinocitos (células madre) se multiplican. Algunas de las células hijas seguirán un proceso complejo de diferenciación a medida que ascienden en el epitelio, a este proceso se le denomina cornificación. A través de los diferentes estratos (estrato espinoso y granuloso) las células van a sufrir una serie de profundas modificaciones que las llevarán hasta una diferenciación terminal en corneocito. Los corneocitos son células muertas por apoptosis, que aparecen aplanadas, deshidratadas y rígidas. Los corneocitos se apilan unos con los otros y aparecen rodeados de una gran cantidad de lípidos, el conjunto forma el estrato córneo. Esta composición hace que se compare el estrato córneo con un muro de ladrillos (con los corneocitos siendo los ladrillos y los lípidos el cemento). Este muro en condiciones fisiológicas está intacto y constituye una verdadera barrera contra la deshidratación y contra la penetración de sustancias del entorno. El proceso de cornificación es extremadamente complejo y está regulado muy finamente por una gran cantidad de genes agrupados en el genoma en el complejo de diferenciación epidérmica. La aparición de estos genes fue decisiva para la posibilidad de la vida fuera del agua (y evitar así, entre otras cosas, la deshidratación).

FIGURA 1. (A) Vista general de la piel y de sus anexos. Créditos: Pininterest. com.
FIGURA 1. (A) Vista general de la piel y de sus anexos. Créditos: Pininterest. com.
FIGURA 1. (B) Vista general de la epidermis. Obsérvese el cambio radical en la morfología celular desde los queratinocitos cuboidales en el estrato basal hasta los corneocitos completamente aplanados en el estrato córneo. Créditos: Pininterest. com.
FIGURA 1. (B) Vista general de la epidermis. Obsérvese el cambio radical en la morfología celular desde los queratinocitos cuboidales en el estrato basal hasta los corneocitos completamente aplanados en el estrato córneo. Créditos: Pininterest. com.

Ictiosis

Las ictiosis son un grupo de enfermedades cutáneas de origen genético (generalmente autosomal recesivo) que tienen en común algunas características clínicas como la piel escamosa y seca5. Las mutaciones afectan principalmente genes involucrados en el proceso de cornificación descrito anteriormente, produciendo en estos animales alteraciones primarias de la queratinización. En el perro se han identificado genes responsables de ictiosis en diferentes razas (y con diferentes fenotipos) y se citarán brevemente algunos que están en relación con las estructuras clave implicadas en el proceso de cornificación descritas anteriormente.

La forma de ictiosis más frecuentemente encontrada en dermatología de pequeños animales es sin duda la que está ligada a la mutación del gen PNPLA1 en Golden Retrievers.

Estos animales presentan una descamación generalizada (aunque más importante en tórax y abdomen) con hiperpigmentación ventral. Las escamas pueden ser blanquecinas o pigmentadas. Se trata de una forma benigna de ictiosis que no suele tener consecuencias clínicas importantes para el animal. El gen PNPLA1 codifica una aciltransferasa involucrada en la síntesis de las ceramidas. En consecuencia, la formación de los lípidos intercorneocitarios se ve afectada.

En el Jack Russel Terrier existe una forma de ictiosis ligada a la mutación del gen que codifica por la transglutaminasa I, una enzima que es fundamental en el ensamblaje proteico de la cubierta cornificada de los corneocitos. Estos animales presentan una descamación adherente amarillenta-marronácea generalizada. La atenuación de la cubierta cornificada es fácilmente visible en microscopía electrónica. Estos animales están fuertemente predispuestos a las infecciones superficiales por Malassezia pachydermatis.

En el Bulldog americano existe una ictiosis causada por la mutación del gen NIPAL4. Este gen codifica por una proteína llamada ichthyina que funciona como transportador de magnesio y que parece tener un rol importante en el metabolismo de los cuerpos lamelares en el estrato granuloso de la epidermis. Estos animales presentan una descamación blanquecina generalizada con escamas de gran tamaño. En el abdomen especialmente la piel aparece eritematosa. Las infecciones por Malassezia son muy frecuentes. Esta mutación también se ha descrito en el American Bully (Figura 4).

FIGURA 4. A-B) American Bully con ictiosis causada por la mutación del gen NIPAL4. Obsérvese la presencia generalizada de grandes escamas adherentes y el eritema abdominal. Créditos: Pauline Panzuti.
FIGURA 4. A-B) American Bully con ictiosis causada por la mutación del gen NIPAL4. Obsérvese la presencia generalizada de grandes escamas adherentes y el eritema abdominal. Créditos: Pauline Panzuti.
FIGURA 4. (A-B) American Bully con ictiosis causada por la mutación del gen NIPAL4. Obsérvese la presencia generalizada de grandes escamas adherentes y el eritema abdominal. Créditos: Pauline Panzuti.
FIGURA 4. (A-B) American Bully con ictiosis causada por la mutación del gen NIPAL4. Obsérvese la presencia generalizada de grandes escamas adherentes y el eritema abdominal. Créditos: Pauline Panzuti.

Dermatitis atópica

Esta enfermedad es sin duda la que más ha sido estudiada en el contexto de defectos de barrera cutánea. La importancia de estas anomalías en la patogénesis de la enfermedad es mayor. En 2006 se descubrió que las mutaciones con pérdida de función del gen que codifica la filaggrina (como se ha descrito anteriormente, una proteína que juega un rol principal en el proceso de cornificación) constituyen el mayor factor de riesgo conocido al desarrollo de la dermatitis atópica en el hombre6. Las personas con estas mutaciones tienen un riesgo de 3 a 5 veces superior de desarrollar la enfermedad. Gracias a este descubrimiento, muchos otros defectos de barrera cutánea han sido evidenciados tanto en personas como en perros. Algunos de estos defectos pueden ser primarios, de origen genético, pero muchos otros son secundarios a la inflamación cutánea.

En el perro también se conocen numerosas alteraciones de la barrera cutánea en el contexto de dermatitis atópica. Sin embargo, en 2023, todavía no se ha demostrado la existencia de defectos primarios (de orden genético) en asociación con esta enfermedad en perros (todos los defectos conocidos podrían ser secundarios al medio citoquínico proinflamatorio de la piel atópica (tanto en piel con lesiones como en piel no lesional). Algunos de los defectos conocidos son los siguientes.

Incremento de la pérdida de agua transepidérmica

Aunque esta medida está sujeta a grandes variaciones que limitan su interpretación ciertos estudios realizados en condiciones muy estandardizadas muestran resultados interesantes. La pérdida de agua es superior en animales con dermatitis atópica especialmente en aquellas áreas del cuerpo en las que las lesiones suelen desarrollarse (oreja, axila, pliegue del codo, etc.). Esta pérdida de agua se vuelve más importante con la inflamación y tiene tendencia a normalizarse con la desaparición de las lesiones7.

Alteraciones en los lípidos

Varios trabajos han mostrado, en microscopia electrónica a transmisión, como la cantidad de lípidos presente en los espacios intercorneocitarios del estrato córneo de perros atópicos es inferior. Estos espacios aparecen más frecuentemente vacíos y los lípidos tienen un aspecto desorganizado (contrariamente a los perros sanos en los que las laminillas lipídicas están perfectamente formadas)8. Los lípidos han sido además caracterizados y cuantificados y se trata en su mayoría de una deficiencia de ciertas ceramidas en los perros atópicos. Esta deficiencia en ceramidas se agrava con la inflamación y tiene tendencia a normalizarse una vez que ésta está controlada9.

Alteraciones estructurales del estrato córneo

Utilizando microscopía electrónica de transmisión se ha mostrado como los corneocitos en perros atópicos aparecen irregulares, más espesos, con un agenciamiento anómalo, y con separaciones intercorneocitarias de distancia variable (contrariamente a los perros sanos en los que los corneocitos aparecen finos, regulares y homogéneos)10 (Figura 5).

FIGURA 5A. microscopía electrónica a transmisión de las capas epidérmicas superficiales de un perro sano. Nótese como el estrato córneo está compuesto de corneocitos finos, con una arquitectura regular y espacios intercorneocitarios homogéneos. (B) Epidermis de perro atópico en zona lesional. Nótese el gran espesor de los corneocitos que presentan, además, un contorno muy irregular.
FIGURA 5A. microscopía electrónica a transmisión de las capas epidérmicas superficiales de un perro sano. Nótese como el estrato córneo está compuesto de corneocitos finos, con una arquitectura regular y espacios intercorneocitarios homogéneos. (B) Epidermis de perro atópico en zona lesional. Nótese el gran espesor de los corneocitos que presentan, además, un contorno muy irregular.
FIGURA 5B. microscopía electrónica a transmisión de las capas epidérmicas superficiales de un perro sano. Nótese como el estrato córneo está compuesto de corneocitos finos, con una arquitectura regular y espacios intercorneocitarios homogéneos. (B) Epidermis de perro atópico en zona lesional. Nótese el gran espesor de los corneocitos que presentan, además, un contorno muy irregular.
FIGURA 5B. microscopía electrónica a transmisión de las capas epidérmicas superficiales de un perro sano. Nótese como el estrato córneo está compuesto de corneocitos finos, con una arquitectura regular y espacios intercorneocitarios homogéneos. (B) Epidermis de perro atópico en zona lesional. Nótese el gran espesor de los corneocitos que presentan, además, un contorno muy irregular.

Además, la cubierta cornificada también aparecía más frecuentemente alterada en los perros atópicos.

Expresión de proteínas de la barrera cutánea

La expresión de algunas proteínas como la filaggrina-2 o los factores naturales de hidratación (productos de degradación de la filaggrina) aparece disminuida en la piel de perros atópicos11. Esta expresión se reduce más todavía en caso de inflamación aguda y tiene tendencia a restaurarse una vez la inflamación controlada.

En resumen, la piel de los perros con dermatitis atópica tiene una barrera cutánea defectuosa, aunque todavía se desconoce si estos defectos son de origen primario o secundarios al contexto inflamatorio de la piel. Varios estudios muestran cómo la inflamación agrava estos defectos y cómo el control de la misma permite una “normalización” de las alteraciones.

Bibliografía

  1. The stratum corneum, the rampart of the mammalian body. K. Nishifuji and Ji.S. Yoon. Veterinary Dermatology, 2013.
  2. Adherence by Staphylococcus intermedius to canine corneocytes: a preliminary study comparing noninflamed and inflamed atopic canine skin. N. McEwan et al. Veterinary Dermatology, 2006.
  3. Characterization of the canine skin barrier restoration following acute disruption by tape stripping. Vidémont et al. Veterinary Dermatology, 2011.
  4. Type 2 inflammation contributes to skin barrier dysfunction in atopic dermatitis. Beck et al. Journal of Investigative dermatology, 2022.
  5. Ichthyosis and hereditary cornification defects in dogs. E. Mauldin and P. Elias. Veterinary Dermatology, 2021.
  6. Common loss-of-function variants of the epidermal barrier protein filaggrin are a major predisposing factor for atopic dermatitis. Palmer et al. Nature genetics, 2006.
  7. Effects of age and allergen exposure on transepidermal water loss in a house dust mite-sensitized beagle model of atopic dermatitis. Hightower et al. Veterinary Dermatology, 2009.
  8. Electron microscopic observations of stratum corneum intercellular lipids in normal and atopic dogs.
  9. Dermatophagoides farinae house dust mite allergens challenges reduce stratum corneum ceramides in an experimental model of acute atopic dermatitis. Stahl et al. Veterinary Dermatology, 2012.
  10. The upper epidermis of atopic dogs is altered at the functional and structural levels. Combarros et al. Veterinary Dermatology, 2021.
  11. Update on canine filaggrin: a review. Combarros et al. Veterinary Quaterly, 2020.

Estructuras clave en el proceso de cornificación

Es necesario, para comprender la barrera cutánea y su implicación en patologías, entender como se lleva a cabo el proceso de cornificación. Detallar este complejo proceso no es el objetivo de este artículo, pero sí se expone brevemente la importancia de algunas estructuras específicas como los gránulos de queratohialina, los cuerpos lamelares, o los lípidos intercorneocitarios (todas estas estructuras aparecen en el proceso terminal de diferenciación del queratinocito en el estrato granuloso y córneo)1.

Los gránulos de queratohialina

Se trata de agregados proteicos insolubles que aparecen en el estrato granuloso y que son fácilmente observables en cortes histológicos al microscopio óptico (Figura 2). Lo mas importante que debe recordarse es que estos agregados contienen dos proteínas la profilaggrina y la loricrina. La loricrina formará parte de la cubierta cornificada. La profilaggrina juega un papel especialmente importante. Una vez que la concentración de calcio aumenta en el citoplasma del queratinocito la profilaggrina es liberada y degradada a monómeros de filaggrina. Esta filaggrina tienen la capacidad de agregar los filamentos intermediarios de queratina provocando el colapso agudo de la célula, juega un papel importantísimo en la reducción de tamaño del queratinocito que se diferencia hacia corneocito. Finalmente, en el estrato córneo, la filaggrina es degradada en factores naturales de hidratación.

FIGURA 2. Epidermis (corte histológico, tinción hematoxilina- eosina). Los gránulos de queratohialina aparecen señalados con las flechas blancas. Se trata de la piel de un perro con dermatitis atópica. La epidermis aparece irregularmente hiperplásica e hiperqueratótica.
FIGURA 2. Epidermis (corte histológico, tinción hematoxilina- eosina). Los gránulos de queratohialina aparecen señalados con las flechas blancas. Se trata de la piel de un perro con dermatitis atópica. La epidermis aparece irregularmente hiperplásica e hiperqueratótica.

Cubierta cornificada (“cornified envelope”)


En la última fase de la cornificación la membrana plasmática del queratinocito desaparece y es remplazada por el resultado del ensamblaje enzimático (por la transglutaminasa I principalmente) de múltiples proteínas, mayoritariamente involucrina y loricrina. Se forma de esta manera un verdadero escudo proteico rígido alrededor de la célula que otorga la forma y la resistencia al corneocito.

Cuerpos lamelares

En el estrato granuloso aparecen igualmente estas estructuras vesiculares provenientes del aparato de Golgi. Es importante retener que estas vesículas liberan todo su contenido al especio extracelular (formará el cemento del muro de ladrillos) y que contienen una gran diversidad de moléculas. Entre ellas las más abundantes son los lípidos ya que contienen ceramidas, ácidos grasos y colesterol (constituirán los lípidos intercornecitarios). También contienen corneodesmosina (una proteína que se unirá a los desmosomas para fortificar las uniones intercorneocitarias), péptidos antimicrobianos (que contribuirán a la defensa de la piel contra los agentes infecciosos) y toda una serie de enzimas necesarias para los últimos procesos de la diferenciación epidérmica y la descamación.

Lípidos extracelulares

Se presentan en dos estructuras. Una parte está unida covalentemente a la cubierta cornificada. La otra parte está constituida de los lípidos extracelulares organizados en forma de laminillas (“lamellae”) y rellenan los espacios entre los corneocitos (cemento). Estos lípidos están compuestos en su 50 % por ceramidas y provienen como indicado precedentemente, de los cuerpos lamelares.

Finalmente, no se debe olvidar que en este proceso complejo hay otras numerosas moléculas y estructuras como las uniones estrechas o la compleja red enzimática que permite el conjunto de reacciones metabólicas.

¿Qué consecuencias cuando la barrea es defectuosa?

A continuación se citan las cuatro consecuencias principales de tener una barrera cutánea dañada: el incremento de la pérdida de agua transepidérmica, el incremento de la penetración en la piel de moléculas del entorno, el incremento de la colonización bacteriana y la activación de mecanismos de reparación de la epidermis.

Una pequeña cantidad de agua pasa de la epidermis al entorno de forma fisiológica. Esta pérdida de agua transepidérmica (en inglés denominada TEWL por “trans epidermal water loss”) puede ser medida fácilmente con diversos dispositivos (Figura 3) y supone una medida indirecta de la integridad de la barrera cutánea. En el contexto de enfermedades como la dermatitis atópica o con defectos primarios de la queratinización, la pérdida de agua transepidérmica aparecerá más elevada. La piel que pierde una cantidad de agua superior aparecerá deshidratada y de aspecto seco. En medicina humana, se mostró que los niños con medidas de pérdida de agua transepidérmica más elevadas tienen un riesgo superior de desarrollar dermatitis atópica. Igualmente se ha mostrado en numerosos estudios experimentales como la deficiencia o ausencia de ciertas proteínas epidérmicas como la filaggrina, la claudina-1 o la deficiencia en lípidos como las ceramidas son responsables de un aumento de este valor.

FIGURA 2. FIGURA 3. Aparato utilizado frecuentemente en estudios clínicos para la medición de la pérdida de agua transepidérmica. Vapometer, Delphin technologies®.
FIGURA 2. FIGURA 3. Aparato utilizado frecuentemente en estudios clínicos para la medición de la pérdida de agua transepidérmica. Vapometer, Delphin technologies®.

Como se ha dicho anteriormente, el estrato córneo es una barrera entre el organismo y el entorno. Si esta barrera está alterada, moléculas del entorno como alérgenos, irritantes o contaminantes podrán penetrar más fácilmente en el organismo. Esto tiene una gran importancia ya que el sistema inmunitario podrá entrar en contacto con moléculas con las que no debería interaccionar. Además, la vía de contacto transcutánea no es una vía inmunitaria tolerogénica sino favorecedora de una sensibilización más bien de tipo “alérgico”. En medicina humana los defectos de barreara cutánea no solo están relacionados con la dermatitis atópica sino también con otros fenómenos como la alergia alimentaria. En perros se ha demostrado experimentalmente cómo alérgenos provenientes de ácaros del polvo penetran más fácilmente y como estos individuos se sensibilizan a ellos (con la producción de IgE específicos) mucho más rápidamente y de forma más importante.

Se ha demostrado experimentalmente como el estafilococo canino (Staphylococcus pseudintermedius) tiene una mayor capacidad de adherirse a los corneocitos provenientes de perros con dermatitis atópica2. Los corneocitos de perros con defectos de barrera cutánea presentan una morfología alterada (deformados), con diminución de la expresión de filaggrina y sus productos de degradación, un pH alterado, etc., y es muy probable que estas alteraciones favorezcan la adhesión y la multiplicación de estas bacterias. Esto podría ayudar a explicar por qué las infecciones cutáneas son más frecuentes en perros con dermatitis atópica y en animales con alteraciones primarias de la queratinización como las ictiosis. Para complicar aún más la situación, la colonización de la piel por estafilococos agrava aun más los defectos de barrera cutánea.

Una epidermis con una barrea cutánea defectuosa no se encuentra en su estado fisiológico y en consecuencia pondrá en marcha diferentes mecanismos de reparación. Esto se ha demostrado experimentalmente al inducir de forma artificial defectos de la barrea cutánea (al pegar y despegar de forma sucesiva una cinta adhesiva en la superficie cutánea, cosa que permite retirar una gran parte del estrato córneo)3. En estos casos, además de haber un aumento de la pérdida de agua transepidérmica, se observa un aumento de la tasa de multiplicación de los queratinocitos basales e igualmente una inflamación dérmica eosinofílica. Es posible que los defectos cutáneos en animales con dermatitis atópica contribuyan al estado proinflamatorio cutáneo que se observa en su piel, incluso en los momentos en los que no hay crisis de inflamación severa.

En consecuencia, una piel con defectos de barrera cutánea se encuentra en un estado patológico que favorecerá su deshidratación, la penetración de alérgenos y la sensibilización del individuo a ellos, la colonización bacteriana de la piel y la activación de mecanismos de reparación con inflamación cutánea.

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