Fisiopatologia della Fisiopatologia della guarigione delle feriteguarigione delle ferite

Barbara Zavan, Barbara Zavan,

Dipartimento di Istologia, Microbiologia e Dipartimento di Istologia, Microbiologia e Biotecnologie MedicheBiotecnologie Mediche

Università di PadovaUniversità di Padova

IntroduzioneIntroduzione

Il processo di guarigione delle feriteIl processo di guarigione delle ferite

Le fasi del processo di guarigioneLe fasi del processo di guarigione I differenti tipi di guarigioneI differenti tipi di guarigione

La classificazione delle feriteLa classificazione delle ferite

La guarigione patologicaLa guarigione patologica I processi di guarigione a livello I processi di guarigione a livello

della parete addominaledella parete addominale La guarigione delle ferite della La guarigione delle ferite della

parete intestinaleparete intestinale L’ingegneria dei tessutiL’ingegneria dei tessuti

IntroduzioneIntroduzione

FeritaFerita – – lesione traumatica di un lesione traumatica di un organo/tessuto causata da un agente organo/tessuto causata da un agente fisico esterno e caratterizzata fisico esterno e caratterizzata dall’interruzione della continuità dall’interruzione della continuità tessutale.tessutale.

Processo di guarigioneProcesso di guarigione – – combinazione combinazione ordinata di eventi rigenerativi e di ordinata di eventi rigenerativi e di riparo (sintesi di nuova matrice riparo (sintesi di nuova matrice extracellulare, contrazione della ferita, extracellulare, contrazione della ferita, riepitelizzazione) che conduce al riepitelizzazione) che conduce al ripristino della continuità del tessuto ripristino della continuità del tessuto leso.leso.

IntroduzioneIntroduzione

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

IntroduzioneIntroduzione

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

Il processo di guarigioneIl processo di guarigione

Il processo di guarigioneIl processo di guarigione

Il processo di guarigione ha luogo in Il processo di guarigione ha luogo in maniera ordinata e sequenzialemaniera ordinata e sequenziale

1.1. CoagulazioneCoagulazione

2.2. FlogosiFlogosi

3.3. ChemiotassiChemiotassi

4.4. Proliferazione cellulareProliferazione cellulare

5.5. Sintesi di collageneSintesi di collagene

6.6. Sintesi della matrice extracellulareSintesi della matrice extracellulare

7.7. Contrazione della feritaContrazione della ferita

Il processo di guarigioneIl processo di guarigione

Le 3 FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO DI Le 3 FASI PRINCIPALI DEL PROCESSO DI GUARIGIONE:GUARIGIONE:

1.1. Fase infiammatoriaFase infiammatoria

2.2. Fase proliferativaFase proliferativa

3.3. Fase di rimodellamementoFase di rimodellamemento

Le cellule coinvolte nel Le cellule coinvolte nel processo di guarigioneprocesso di guarigione

Fase infiammatoriaFase infiammatoria

Fase infiammatoriaFase infiammatoria Caratterizzata dall’emostasi e Caratterizzata dall’emostasi e

dall’infiammazione e dall’inizio della dall’infiammazione e dall’inizio della migrazione degli elementi epitelialimigrazione degli elementi epiteliali

Il suo obiettivo è di limitare il danno Il suo obiettivo è di limitare il danno tessutale:tessutale:

Fermando il sanguinamentoFermando il sanguinamento

Impermeabilizzando la superficie della Impermeabilizzando la superficie della feritaferita

Rimuovendo tessuti necrotici, corpi Rimuovendo tessuti necrotici, corpi estranei e batteriestranei e batteri

FASE INFIAMMATORIAFASE 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.

EMOSTASIEMOSTASI I vasi danneggiati mettono in contatto il I vasi danneggiati mettono in contatto il

collagene IV e V con le piastrine collagene IV e V con le piastrine promuovendone l’aggregazionepromuovendone l’aggregazione

Le piastrine vengono attivate e secernono:Le piastrine vengono attivate e secernono:

- PDGF- PDGF - Fibronectina- Fibronectina- TGF-- TGF- - Fibrinogeno- Fibrinogeno- IGF-1- IGF-1 - Trombospondina- Trombospondina- VWF- VWF

Inoltre rilasciano serotonina che causa Inoltre rilasciano serotonina che causa vasodilatazione ed aumento della permeabilità vasodilatazione ed aumento della permeabilità capillarecapillare

EMOSTASIEMOSTASI

Sia la via intrinseca che quella estrinseca Sia la via intrinseca che quella estrinseca della coagulazione vengono attivate, della coagulazione vengono attivate, portando alla formazione di trombina:portando alla formazione di trombina:

Ulteriore attivazione delle piastrineUlteriore attivazione delle piastrine

Conversione del fibrinogeno in fibrinaConversione del fibrinogeno in fibrina Le maglie di fibrina intrappolano i Le maglie di fibrina intrappolano i

globuli rossi, permettendo così la globuli rossi, permettendo così la formazione del coaguloformazione del coagulo

EMOSTASIEMOSTASI

Le maglie di fibrina forniscono anche Le maglie di fibrina forniscono anche l’impalcatura per l’adesione e l’impalcatura per l’adesione e proliferazione delle altre cellule proliferazione delle altre cellule coinvolte nel processo di guarigione:coinvolte nel processo di guarigione:

Cellule endotelialiCellule endoteliali

Cellule dell’infiammazioneCellule dell’infiammazione

FibroblastiFibroblasti

INFIAMMAZIONEINFIAMMAZIONE

La serotonina secreta dalle piastrine e La serotonina secreta dalle piastrine e l’istamina secreta dai mastociti l’istamina secreta dai mastociti aumentano la permeabilità vascolare.aumentano la permeabilità vascolare.

Il Il PDGFPDGF e il e il TGF-TGF- attirano attirano ((CHEMIOTASSICHEMIOTASSI) ed attivano i ) ed attivano i PMNPMN e e i i MACROFAGIMACROFAGI nel sito della lesione. nel sito della lesione. Queste cellule aderiscono alla parete Queste cellule aderiscono alla parete dei vasi e migrano attraverso di essa.dei vasi e migrano attraverso di essa.

INFIAMMAZIONEINFIAMMAZIONECHEMIOTASSICHEMIOTASSI

NEUTROFILINEUTROFILI

Degradano i frammenti di tessuto Degradano i frammenti di tessuto necrotico, i corpi estranei ed i necrotico, i corpi estranei ed i batteribatteri

Una loro azione prolungata può Una loro azione prolungata può portare anche alla distruzione portare anche alla distruzione del tessuto sanodel tessuto sano

NEUTROFILINEUTROFILI

MACROFAGIMACROFAGII monociti vengono convertiti in I monociti vengono convertiti in

macrofagi a livello della feritamacrofagi a livello della feritaRilasciano numerose citochine in Rilasciano numerose citochine in

grado di stimolare ed orchestrare le grado di stimolare ed orchestrare le fasi successive del processo di fasi successive del processo di guarigioneguarigione

Continuano il lavoro di fagocitosi Continuano il lavoro di fagocitosi iniziato dai neutrofiliiniziato dai neutrofili

MACROFAGIMACROFAGI

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.

MACROFAGIMACROFAGI

CITOCHINE 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

↓ TNF-α, IL-1, sintesi di IL-6↓ attivazione dei macrofagi e dei PMN

Principali citochine coinvolte nel processo di guarigione

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

INFIAMMAZIONE

TESSUTO DI GRANULAZION

E

CONTRAZIONE DELLA FERITA

↑ Collagene

Rimodellamento

GIORNI

MACROFAGI

FASE PROLIFERATIVAFASE PROLIFERATIVA

FASE PROLIFERATIVAFASE PROLIFERATIVA

Qunado la fase dell’emostasi e Qunado la fase dell’emostasi e dell’infiammazione acuta si stanno dell’infiammazione acuta si stanno concludendo, si inizia a creare una concludendo, si inizia a creare una matrice ricca di fattori per il matrice ricca di fattori per il proseguimento degli eventi di riparo.proseguimento degli eventi di riparo.

Inizia la fase PROLIFERATIVA della Inizia la fase PROLIFERATIVA della guarigione, che incomincia 2-3 guarigione, che incomincia 2-3 giorni dopo il trauma e si protrae per giorni dopo il trauma e si protrae per circa 2-4 settimanecirca 2-4 settimane

FASE PROLIFERATIVAFASE PROLIFERATIVA

È rappresentata da:È rappresentata da:

Angiogenesi (endoteli)Angiogenesi (endoteli)Fibroplasia (fibroblasti)Fibroplasia (fibroblasti)Riepitelizzazione Riepitelizzazione (cheratinociti)(cheratinociti)

FASE PROLIFERATIVAFASE PROLIFERATIVA

Caratterizzata dalla formazione Caratterizzata dalla formazione del tessuto di granulazionedel tessuto di granulazione

Fitta rete di microcapillariFitta rete di microcapillariFibroblastiFibroblastiMacrofagiMacrofagiFibre collagene, Fibre collagene, fibronectina, acido fibronectina, acido ialuronicoialuronico

Il tessuto di granulazioneI 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

1.È un tessuto specializzato, transitorio (presente solo dove e quando è necessario)

2.Il suo sviluppo è coordinato dai macrofagi che rilasciano fattori di crescita e citochine con attività angiogenetica

3.Le prime cellule presenti nel suo contesto sono le cellule endoteliali ed i fibroblasti

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.

TESSUTO DI GRANULAZIONE

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.

ANGIOGENESIANGIOGENESIÈ necessaria per il proseguimento degli eventi di È necessaria per il proseguimento degli eventi di

riparoriparoViene stimolata da diverse citochine:Viene stimolata da diverse citochine:

FGFFGFTGF-TGF-αα, TGF-, TGF-TNF-TNF-ααVEGFVEGFÈ stimolata dall’ipossia, dalla fibronectina e È stimolata dall’ipossia, dalla fibronectina e dall’acido ialuronico che si trovano in dall’acido ialuronico che si trovano in grande quantità a livello del letto della feritagrande quantità a livello del letto della ferita

1.Proteolisi

2.Migrazione e chemiotassi

3.proliferazione

4.Formazione del lume vasale

5.Aumento della permeabilità capillare

ANGIOGENESIANGIOGENESI

FIBROPLASIAFIBROPLASIA

I fibroblasti attirati dagli stimoli I fibroblasti attirati dagli stimoli chemiotattici a livello della ferita, chemiotattici a livello della ferita, proliferano e producono i principali proliferano e producono i principali componenti della matrice componenti della matrice extracellulareextracellulare

Vengono stimolati ed attivati dai Vengono stimolati ed attivati dai fattori rilasciati dalle piatrine e dai fattori rilasciati dalle piatrine e dai monocitimonociti

Producono principalmente Producono principalmente glicosaminoglicani e pro-collageneglicosaminoglicani e pro-collagene

COLLAGENECOLLAGENE

È la molecola dominante nel È la molecola dominante nel contesto della matrice della contesto della matrice della ferita e del tessuto cicatrizialeferita e del tessuto cicatriziale

Costiuisce una sottile maglia Costiuisce una sottile maglia che conferisce proprietà che conferisce proprietà cellulari e meccaniche alla feritacellulari e meccaniche alla ferita

COLLAGENECOLLAGENE Il collagene di tipo 3 viene attivamenete Il collagene di tipo 3 viene attivamenete

secreto durante le prime fasi del processo secreto durante le prime fasi del processo di guarigionedi guarigione

I livelli di collagene aumementano nel I livelli di collagene aumementano nel corso dellle prime tre settimanecorso dellle prime tre settimane

Con l’aumentare della quantità di collagene Con l’aumentare della quantità di collagene diminuisce il numero dei fibroblastidiminuisce il numero dei fibroblasti

Il collagene di tipo 1 viene quasi Il collagene di tipo 1 viene quasi completamente sostituto dal collagene di completamente sostituto dal collagene di tipo 3 durante il processo di maturazione tipo 3 durante il processo di maturazione della cicatrice (Rapporto nella cute della cicatrice (Rapporto nella cute normale 4:1)normale 4:1)

Principali tipi di collagene e Principali tipi di collagene e loro distribuzioneloro distribuzione

TipoTipo Distribuzione nei tessutiDistribuzione nei tessuti

II Tutti I tessuti connettivi ad eccezione Tutti I tessuti connettivi ad eccezione della cartilagine e della membrana della cartilagine e della membrana basele, rapresenta il 90% del basele, rapresenta il 90% del collagene presente nei tessuticollagene presente nei tessuti

IIII Cartilagine, umor vitreo, disco Cartilagine, umor vitreo, disco intervertebraleintervertebrale

IIIIII Cute, vasi sanguigni, organi interniCute, vasi sanguigni, organi interni

IVIV Membrana basale (Lamina Densa)Membrana basale (Lamina Densa)

VV In tutti i tessutiIn tutti i tessuti

VIVI In tutti i tessutiIn tutti i tessuti

RIEPITELIZZAZIONERIEPITELIZZAZIONE

Inizia già nelle prime ore dopo la Inizia già nelle prime ore dopo la feritaferita

Segue sempre un’ordinata Segue sempre un’ordinata sequenza di eventi:sequenza di eventi:MobilizzazioneMobilizzazioneMigrazioneMigrazioneMitosiMitosiDifferenziazione cellulareDifferenziazione cellulare

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

RIEPITELIZZAZIONERIEPITELIZZAZIONE

RIEPITELIZZAZIONERIEPITELIZZAZIONE

MEMBRANABASALE

FOLLICOLOPILIFERO

I cheratinociti presenti nei tessuti I cheratinociti presenti nei tessuti circostanti la lesione:circostanti la lesione:

Cambiano morfologiaCambiano morfologia Si appiattisconoSi appiattiscono Si distaccano dalle cellule Si distaccano dalle cellule

circostanti e dalla membrana circostanti e dalla membrana basalebasale

RIEPITELIZZAZIONE - RIEPITELIZZAZIONE - MOBILIZZAZIONEMOBILIZZAZIONE

Lo stimolo alla migrazione è dato dalla Lo stimolo alla migrazione è dato dalla perdita della inibizione da contattoperdita della inibizione da contatto

Quando le cellule iniziano a migrare dai Quando le cellule iniziano a migrare dai margini della ferita, le cellule a loro margini della ferita, le cellule a loro immediatamente vicine entrano nella immediatamente vicine entrano nella fase di mobilizzazionefase di mobilizzazione

Questi eventi caratterizzano il flusso dei Questi eventi caratterizzano il flusso dei cheratinociti lungo il letto della feritacheratinociti lungo il letto della ferita

Il processo continua fintantochè le Il processo continua fintantochè le cellule confluiscono incontrandosi → cellule confluiscono incontrandosi → INIBIZIONE DA CONTATTOINIBIZIONE DA CONTATTO

RIEPITELIZZAZIONE - RIEPITELIZZAZIONE - MIGRAZIONEMIGRAZIONE

Durante la migrazione il numero dei Durante la migrazione il numero dei cheratinociti è mantenuto attraverso la cheratinociti è mantenuto attraverso la mitosi cellularemitosi cellulare

Le cellule della membrana basale iniziano Le cellule della membrana basale iniziano I processi di mitosi per rimpiazzare le I processi di mitosi per rimpiazzare le cellule che stanno migrandocellule che stanno migrando

Con il progredire del processo di Con il progredire del processo di riepitelizzazione le cellule che stanno riepitelizzazione le cellule che stanno migrando si dividono e si differenziano migrando si dividono e si differenziano aumentano lo spessore del nuovo aumentano lo spessore del nuovo epitelioepitelio

RIEPITELIZZAZIONE - RIEPITELIZZAZIONE - MITOSIMITOSI

Quando i cheratinociti hanno Quando i cheratinociti hanno ristabilito la continuità dell’epitelio ristabilito la continuità dell’epitelio al di sopra della ferita, riprendono i al di sopra della ferita, riprendono i normali processi differenziativinormali processi differenziativi

Cellule basali in attiva mitosi → Cellule basali in attiva mitosi → Cheratinociti differenziatiCheratinociti differenziati

RIEPITELIZZAZIONE - RIEPITELIZZAZIONE - DIFFERENZIAZIONEDIFFERENZIAZIONE

FASE DI FASE DI RIMODELLAMENTORIMODELLAMENTO

FASE DI FASE DI RIMODELLAMENTORIMODELLAMENTO

Inizia circa 3 settimane dopo Inizia circa 3 settimane dopo l’insulto iniziale e dura fino ad l’insulto iniziale e dura fino ad un announ anno

La sintesi e la degradazione del La sintesi e la degradazione del collagene sono accellaratecollagene sono accellarate

Non si osserva un aumento della Non si osserva un aumento della quantità totale di collagene quantità totale di collagene

→ → EQUILIBRIO DEL COLLAGENEEQUILIBRIO DEL COLLAGENE

I capillari continuano a I capillari continuano a svilupparsi nel letto della feritasvilupparsi nel letto della ferita

Le fibre collagene cominciano Le fibre collagene cominciano a diporsi ed organizzarsi in a diporsi ed organizzarsi in base alle linee di trazione delle base alle linee di trazione delle forze meccaniche localiforze meccaniche locali

La maggior parte del collagene La maggior parte del collagene III è sostituito dal collagene IIII è sostituito dal collagene I

FASE DI FASE DI RIMODELLAMENTORIMODELLAMENTO

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

FASE DI FASE DI RIMODELLAMENTORIMODELLAMENTO

TENSIONE DELLA TENSIONE DELLA FERITAFERITA

CONTRAZIONE DELLA FERITACONTRAZIONE DELLA FERITA

È un evento essenziale nel È un evento essenziale nel processo di riparoprocesso di riparo

Permette la chisura di perdite Permette la chisura di perdite di sostanza tessutalidi sostanza tessutali

I I MIOFIBROBLASTI MIOFIBROBLASTI sono le sono le cellule responsabili della cellule responsabili della contrazionecontrazione

MIOFIBROBLASTIMIOFIBROBLASTI Sono reponsabili della contrazioneSono reponsabili della contrazione Contengono microfilamenti che li Contengono microfilamenti che li

rendono simili alle cellule muscolari rendono simili alle cellule muscolari liscelisce

Hanno strutture specializzate di Hanno strutture specializzate di adesione intercellulareadesione intercellulare

Gli innesti di cute inibiscono il Gli innesti di cute inibiscono il processo di contrazione riducendo processo di contrazione riducendo la differenziazione di fibroblasti in la differenziazione di fibroblasti in miofibroblasti a livello della feritamiofibroblasti a livello della ferita