Fisiopatologia della guarigione delle ferite Barbara Zavan, Dipartimento di Istologia, Microbiologia e Biotecnologie Mediche Università di Padova

Il processo di guarigione delle ferite Introduzione Il processo di guarigione delle ferite Le fasi del processo di guarigione I differenti tipi di guarigione La classificazione delle ferite

La guarigione patologica I processi di guarigione a livello della parete addominale La guarigione delle ferite della parete intestinale L’ingegneria dei tessuti

Introduzione Ferita – lesione traumatica di un organo/tessuto causata da un agente fisico esterno e caratterizzata dall’interruzione della continuità tessutale. Processo di guarigione – combinazione ordinata di eventi rigenerativi e di riparo (sintesi di nuova matrice extracellulare, contrazione della ferita, riepitelizzazione) che conduce al ripristino della continuità del tessuto leso.

Introduzione Tutti i tessuti del corpo rispondono piu’ o meno con la stessa sequenza di eventi biochimici e cellulari in risposta ad un danno.

Introduzione La comprensione degli eventi biochimici e cellulari che guidano il processo di guarigione è la base della chirurgia e permette di pianificare in modo razionale la terapia delle ferite, dall’ulcera da decubito alla sutura estetica di una ferita cutanea.

Il processo di guarigione

Il processo di guarigione Il processo di guarigione ha luogo in maniera ordinata e sequenziale Coagulazione Flogosi Chemiotassi Proliferazione cellulare Sintesi di collagene Sintesi della matrice extracellulare Contrazione della ferita

Il processo di guarigione Le 3 FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO DI GUARIGIONE: Fase infiammatoria Fase proliferativa Fase di rimodellamemento

Le cellule coinvolte nel processo di guarigione

Fase infiammatoria

Fase infiammatoria Caratterizzata dall’emostasi e dall’infiammazione e dall’inizio della migrazione degli elementi epiteliali Il suo obiettivo è di limitare il danno tessutale: Fermando il sanguinamento Impermeabilizzando la superficie della ferita Rimuovendo tessuti necrotici, corpi estranei e batteri

FASE INFIAMMATORIA

L’infiammazione è un evento positivo 2- 4 giorni Le cellule dell’infiammazione uccidono i microrganismi e rilasciano proteasi (MMP, elastasi) che rimuovono i componenti non vitali della ECM e permettono la prosecuzione del processo di guarigione.

EMOSTASI I vasi danneggiati mettono in contatto il collagene IV e V con le piastrine promuovendone l’aggregazione Le piastrine vengono attivate e secernono: - PDGF - Fibronectina - TGF- - Fibrinogeno - IGF-1 - Trombospondina - VWF Inoltre rilasciano serotonina che causa vasodilatazione ed aumento della permeabilità capillare

EMOSTASI Sia la via intrinseca che quella estrinseca della coagulazione vengono attivate, portando alla formazione di trombina: Ulteriore attivazione delle piastrine Conversione del fibrinogeno in fibrina Le maglie di fibrina intrappolano i globuli rossi, permettendo così la formazione del coagulo

EMOSTASI Le maglie di fibrina forniscono anche l’impalcatura per l’adesione e proliferazione delle altre cellule coinvolte nel processo di guarigione: Cellule endoteliali Cellule dell’infiammazione Fibroblasti

INFIAMMAZIONE La serotonina secreta dalle piastrine e l’istamina secreta dai mastociti aumentano la permeabilità vascolare. Il PDGF e il TGF- attirano (CHEMIOTASSI) ed attivano i PMN e i MACROFAGI nel sito della lesione. Queste cellule aderiscono alla parete dei vasi e migrano attraverso di essa.

INFIAMMAZIONE CHEMIOTASSI

NEUTROFILI Degradano i frammenti di tessuto necrotico, i corpi estranei ed i batteri Una loro azione prolungata può portare anche alla distruzione del tessuto sano

NEUTROFILI

MACROFAGI I monociti vengono convertiti in macrofagi a livello della ferita Rilasciano numerose citochine in grado di stimolare ed orchestrare le fasi successive del processo di guarigione Continuano il lavoro di fagocitosi iniziato dai neutrofili

MACROFAGI

MACROFAGI I macrofagi producono enzimi proteolitici, secernono collagenasi proseguendo gli eventi colliquativi. Secernono inoltre fattori di crescita che stimolano la proliferazione dei fibroblasti, la secrezione di collagene e l’angiogenesi. Coordinano l’iniziale sviluppo del tessuto di granulazione.

Principali citochine coinvolte nel processo di guarigione CELLULE AZIONI Citochine pro-infiammatorie Tumor Necrosis Factor (TNF-α) Interleuchina-1 (IL-1) Interleuchina-6 (IL-6) Interleuchina-8 (IL-8) Interferone-γ (INF-γ) Macrofagi Macrofagi, cheratinociti Macrofagi, cheratinociti, PMN Macrofagi, fibroblasti Macrofagi, T-linfociti ↑ marginazione dei PMN, ↑ sintesi MMP ↑ chemiotassi dei fibroblasti e cheratinociti, ↑ sintesi MMP ↑ proliferazione dei fibroblasti ↑ chemiotassi dei macrofagi e dei PMN, ↓ sintesi collagene ↑ cehmiotassi dei macrofagi e dei PMN, ↓ sintesi collagene, ↑ sintesi MMP Citochine anti-infiammatorie Interleuchina-4 (IL-4) Interleuchina-10 (IL-10) Linfociti-T, basofili, mast-cellule Linfociti-T, macrofagi, cheratinociti ↓ TNF-α, IL-1, sintesi di IL-6 ↑ proliferazione dei fibroblasti, sintesi di collagene ↓ attivazione dei macrofagi e dei PMN

I macrofagi attivati coordinano lo sviluppo del tessuto di granulazione Rilasciano citochine e fattori di crescita che promuovono: l’angiogenesi l’attivazione dei fibroblasti che producono nuova ECM provvedono alla rimozione della matrice provvisoria, formatasi durante le fasi precoci del processo di guarigione

CONTRAZIONE DELLA FERITA TESSUTO DI GRANULAZIONE MACROFAGI CONTRAZIONE DELLA FERITA TESSUTO DI GRANULAZIONE ↑ Collagene Rimodellamento INFIAMMAZIONE GIORNI

FASE PROLIFERATIVA

FASE PROLIFERATIVA Qunado la fase dell’emostasi e dell’infiammazione acuta si stanno concludendo, si inizia a creare una matrice ricca di fattori per il proseguimento degli eventi di riparo. Inizia la fase PROLIFERATIVA della guarigione, che incomincia 2-3 giorni dopo il trauma e si protrae per circa 2-4 settimane

FASE PROLIFERATIVA È rappresentata da: Angiogenesi (endoteli) Fibroplasia (fibroblasti) Riepitelizzazione (cheratinociti)

FASE PROLIFERATIVA Caratterizzata dalla formazione del tessuto di granulazione Fitta rete di microcapillari Fibroblasti Macrofagi Fibre collagene, fibronectina, acido ialuronico

Il tessuto di granulazione I fibroblasti secernono grandi quantità di collagene III e I e fibronectina che costituiscono una matrice tridimensionale per lo scorrimento di nuovi vasi (angiogenesi) e del nuovo epitelio.

TESSUTO DI GRANULAZIONE È un tessuto specializzato, transitorio (presente solo dove e quando è necessario) Il suo sviluppo è coordinato dai macrofagi che rilasciano fattori di crescita e citochine con attività angiogenetica Le prime cellule presenti nel suo contesto sono le cellule endoteliali ed i fibroblasti

TESSUTO DI GRANULAZIONE È ricchissimo di micro-capillari derivanti dalle cellule endoteliali originarie dai vasi pre-esistenti e dal sangue periferico (cellule endoteliali progenitrici circolanti). Ha la funzione di portare ossigeno, nutrienti, fattori di crescita, anticorpi, necessari al proseguimento degli eventi di riparo.

Eventi molecolari e cellulari a livello di una ferita cutanea durante i primi 4-8 giorni.

La matrice provvisoria di fibrina viene progressivamente sostituita dal tessuto cicatriziale I fibroblasti, con il progredire del processo di guarigione, vengono stimolati a produrre nuovo collagene, elastina e glicoproteine che rimpiazzano la matrice provvisoria di fibrina e iniziano a formare la cicatrice.

ANGIOGENESI È necessaria per il proseguimento degli eventi di riparo Viene stimolata da diverse citochine: FGF TGF-α, TGF- TNF-α VEGF È stimolata dall’ipossia, dalla fibronectina e dall’acido ialuronico che si trovano in grande quantità a livello del letto della ferita

ANGIOGENESI Proteolisi Migrazione e chemiotassi proliferazione Formazione del lume vasale Aumento della permeabilità capillare

FIBROPLASIA I fibroblasti attirati dagli stimoli chemiotattici a livello della ferita, proliferano e producono i principali componenti della matrice extracellulare Vengono stimolati ed attivati dai fattori rilasciati dalle piatrine e dai monociti Producono principalmente glicosaminoglicani e pro-collagene

COLLAGENE È la molecola dominante nel contesto della matrice della ferita e del tessuto cicatriziale Costiuisce una sottile maglia che conferisce proprietà cellulari e meccaniche alla ferita

COLLAGENE Il collagene di tipo 3 viene attivamenete secreto durante le prime fasi del processo di guarigione I livelli di collagene aumementano nel corso dellle prime tre settimane Con l’aumentare della quantità di collagene diminuisce il numero dei fibroblasti Il collagene di tipo 1 viene quasi completamente sostituto dal collagene di tipo 3 durante il processo di maturazione della cicatrice (Rapporto nella cute normale 4:1)

Principali tipi di collagene e loro distribuzione Tipo Distribuzione nei tessuti I Tutti I tessuti connettivi ad eccezione della cartilagine e della membrana basele, rapresenta il 90% del collagene presente nei tessuti II Cartilagine, umor vitreo, disco intervertebrale III Cute, vasi sanguigni, organi interni IV Membrana basale (Lamina Densa) V In tutti i tessuti VI In tutti i tessuti

RIEPITELIZZAZIONE Inizia già nelle prime ore dopo la ferita Segue sempre un’ordinata sequenza di eventi: Mobilizzazione Migrazione Mitosi Differenziazione cellulare

RIEPITELIZZAZIONE I follicoli piliferi presenti sono la principale fonte di cheratoniciti ad alta potenzialità rigenerativa Nelle fasi di riparo e rigenerazione, la migrazione dei cheratinociti dai margini della ferita o dai follicoli piliferi rappresenta l’evento fondamentale

RIEPITELIZZAZIONE MEMBRANA BASALE FOLLICOLO PILIFERO

RIEPITELIZZAZIONE - MOBILIZZAZIONE I cheratinociti presenti nei tessuti circostanti la lesione: Cambiano morfologia Si appiattiscono Si distaccano dalle cellule circostanti e dalla membrana basale

RIEPITELIZZAZIONE - MIGRAZIONE Lo stimolo alla migrazione è dato dalla perdita della inibizione da contatto Quando le cellule iniziano a migrare dai margini della ferita, le cellule a loro immediatamente vicine entrano nella fase di mobilizzazione Questi eventi caratterizzano il flusso dei cheratinociti lungo il letto della ferita Il processo continua fintantochè le cellule confluiscono incontrandosi → INIBIZIONE DA CONTATTO

RIEPITELIZZAZIONE - MITOSI Durante la migrazione il numero dei cheratinociti è mantenuto attraverso la mitosi cellulare Le cellule della membrana basale iniziano I processi di mitosi per rimpiazzare le cellule che stanno migrando Con il progredire del processo di riepitelizzazione le cellule che stanno migrando si dividono e si differenziano aumentano lo spessore del nuovo epitelio

RIEPITELIZZAZIONE - DIFFERENZIAZIONE Quando i cheratinociti hanno ristabilito la continuità dell’epitelio al di sopra della ferita, riprendono i normali processi differenziativi Cellule basali in attiva mitosi → Cheratinociti differenziati

FASE DI RIMODELLAMENTO

FASE DI RIMODELLAMENTO Inizia circa 3 settimane dopo l’insulto iniziale e dura fino ad un anno La sintesi e la degradazione del collagene sono accellarate Non si osserva un aumento della quantità totale di collagene → EQUILIBRIO DEL COLLAGENE

FASE DI RIMODELLAMENTO I capillari continuano a svilupparsi nel letto della ferita Le fibre collagene cominciano a diporsi ed organizzarsi in base alle linee di trazione delle forze meccaniche locali La maggior parte del collagene III è sostituito dal collagene I

FASE DI RIMODELLAMENTO Sebbene non ci sia un netto incremennto della quantità di collagene, il collagene si dispone in maniera da aggiungere resistenza meccanica al nuovo tessuto cicatriziale.

TENSIONE DELLA FERITA

CONTRAZIONE DELLA FERITA È un evento essenziale nel processo di riparo Permette la chisura di perdite di sostanza tessutali I MIOFIBROBLASTI sono le cellule responsabili della contrazione

MIOFIBROBLASTI Sono reponsabili della contrazione Contengono microfilamenti che li rendono simili alle cellule muscolari lisce Hanno strutture specializzate di adesione intercellulare Gli innesti di cute inibiscono il processo di contrazione riducendo la differenziazione di fibroblasti in miofibroblasti a livello della ferita