Metodi quantitativi di valutazionedel rilievo cutaneo

J.-M. Lagarde, H. Zahouani

La dermocosmetologia riveste un ruolo leader da 30 anni nello sviluppo di nuovetecnologie di esplorazione e di valutazione della superficie cutanea. Tutte le tecniche diimaging, come risonanza magnetica, tomografia a fibre ottiche coerenti, ecografia adalta risoluzione, microscopia confocale, risonanza Raman ecc., sono utilizzate oggi neglistudi farmacoclinici di oggettivazione dell’efficacia dei prodotti. L’ambito delladermatologia è sempre più interessato a queste tecniche, che migliorano la presa incarico dei pazienti e il loro follow-up grazie a una migliore osservazione dei fenomenicutanei. Il rilievo cutaneo è sicuramente il campo più studiato della dermocosmetica. È, ineffetti, estremamente sensibile alle aggressioni e un riflesso dell’invecchiamento.All’origine, i parametri di caratterizzazione del rilievo cutaneo provenivano dall’industriadella lamiera e dallo studio delle rigature. I lavori condotti da diversi decenni hannoportato a molti metodi di acquisizione, nonché a molti metodi di caratterizzazione piùadatti a questa materia vivente che è la pelle. In questo articolo presentiamovelocemente un insieme di tecniche che permettono di acquisire l’informazione 3D in vivoo su replica. I principali tipi di rilievo illustrati di seguito. I metodi di caratterizzazione diquesto rilievo sono presentati in particolare insieme all’analisi dell’anisotropia,parametro realmente intrinseco al rilievo cutaneo rispetto ai parametri di rugosità. Infine,per dimostrarne l’interesse, noi ci basiamo su alcuni esempi di applicazioni di questetecniche negli studi clinici di oggettivazione dell’effetto della radioterapia sul rilievo, di unlaser di rimodellamento, di prodotti antirughe.© 2007 Elsevier Masson SAS. Tutti i diritti riservati.

Parole chiave: Rilievo cutaneo; Anisotropia; Rugosità; Topografia; Invecchiamento cutaneo

Struttura dell’articolo

¶ Superficie cutanea 1

¶ Tecniche di ricostruzione tridimensionale 2

¶ Tecnica di presa di impronta 2

¶ Illustrazione e valutazione di diversi tipi di rilievocutaneo 3

Rilievo microdepressivo (RMD) 3Rughe 3Cuscinetti 3

¶ Anisotropia della rete delle linee di tensionecutanee e invecchiamento cronologico 4

¶ Illustrazione del trattamento dermatologico 5Effetto della radioterapia 5Effetto di un trattamento laser 6Effetto di un prodotto dermocosmetico antirughe 6

■ Superficie cutaneaAl fine di presentare chiaramente da cosa è costituita

la superficie cutanea, esaminiamo un testo del professor

Pierre Agache tratto dal suo libro Fisiologia della pelle edesplorazioni funzionali cutanee [1].

«La superficie cutanea è sede di un ecosistema il cuisupporto è lo strato corneo in via di desquamazione (lostratum disjunctum) e la cui parte vivente è costituitadalla flora batterica e micotica residente, in prolifera-zione costante in seno a un ambiente complesso for-mato da lipidi di origine sebacea e intercorneocitaria, daprodotti di degradazione dei desmosomi, da acqua diorigine transepidermica, da sudore. I fenomeni fisico-chimici (tensione superficiale ed elettrochimica) vigiocano un ruolo considerevole. Questo ecosistema siriproduce incessantemente e riesce a mantenersi mal-grado la desquamazione di uno strato, cioè di circa unterzo dello stratum disjunctum ogni giorno. La suapartecipazione alla fisiologia della pelle è essenziale.»

La superficie cutanea presenta un rilievo, variabile aseconda delle regioni corporee e caratteristico di ognunadi esse. È formato dalla combinazione di solchi, diorifici follicolari o di pori sudoripari, e dalla prominenzadi ogni corneocita. Quasi dappertutto i principali solchi,detti «di primo ordine», da 70 a 200 µm di profondità,sono orientati almeno secondo due diverse direzioni edelimitano dei plateau di forma variabile secondo le sedi

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anatomiche. Gli orifizi follicolari si situano nell’incrociodi questi solchi, mentre i pori sudoripari si trovano dipreferenza sui plateau o nei solchi più superficiali, detti«di secondo ordine», profondi da 30 a 70 µm. I solchidi terzo ordine separano in maniera imperfetta deigruppi di corneociti e sono incostanti.

Questa rete di solchi è già presente alla nascita e lasua profondità aumenta con l’età fino alla pubertà. Sulviso, l’età fa inoltre comparire delle rughe fini (profon-dità 0,2 a 1 mm) e delle rughe (profondità > 1 mm).Peraltro, i solchi più accentuati si approfondiscono, imeno profondi spariscono, e la superficie cutanea sitrova distesa (Fig. 1). La principale funzione del sistemadei solchi è di ordine meccanico: distendendosi (inparte), i solchi permettono una estensione della super-ficie cutanea, dell’epidermide e del derma superficiale.Anche la loro disposizione anatomica riflette per ogniregione la direzione delle tensioni meccaniche ai qualila cute è sottoposta. I solchi servono anche da canali discolo e di ritenzione del sebo e del sudore. Captano dipreferenza e trattengono più a lungo le sostanze appli-cate sulla pelle: sono quindi delle sedi preferenzialidell’assorbimento percutaneo.

■ Tecniche di ricostruzionetridimensionale

Lo studio del rilievo cutaneo è un campo moltoampiamente studiato. La sua accessibilità, la sua com-plessità e la sua sensibilità alle aggressioni esterne e aiprodotti cosmetici fanno sì che resti uno dei campi piùstudiati in dermocosmetica.

Per caratterizzarlo, molte equipe e molti industriehanno sviluppato delle tecniche di acquisizione e divalutazione in tre dimensioni.

È possibile raggruppare le tecniche più utilizzate nellostudio del rilievo cutaneo, in particolare del microri-lievo, in cinque grandi famiglie tecnologiche.

La profilometria ottica è basata sull’individuazione delriflesso luminoso in funzione della differenza di profon-dità e di angolo dei solchi cutanei [2-4].

La profilometria meccanica consiste nel fare percorrerela replica con uno stiletto i cui movimenti verticaligenerano una variazione di tensione la cui ampiezzaviene quantificata per permettere in seguito una rico-struzione in immagini [2, 5-7].

La profilometria laser è un metodo di misurazioneottica basato sull’amplificazione e sul riflesso luminososulla replica in funzione del rilievo. Raggruppa tretecniche differenti, delle quali la prima utilizza unafocalizzazione dinamica. Il fascio laser è focalizzato inpermanenza sul campione. L’altezza di un punto delcampione viene dedotta dalla misurazione della posi-zione dell’obiettivo mobile [2, 8, 9]. Le ultime due sonobasate sulla teoria della triangolazione; quest’ultima puòessere semplice o duplice, ma il principio generalerimane lo stesso. Quando l’altezza del campione varia,la posizione della macchia luminosa, riflessa sul sensore,varia determinando l’altezza del campione. Per le tretecniche viene eseguita una scansione della superficiedel campione grazie a una tavola meccanica di sposta-mento XY. Si ottiene così una misurazione 3D di questasuperficie [10, 11].

La profilometria per trasmissione è una delle tecnichepiù recenti. Essa misura la variazione di assorbimento infunzione della trasparenza, e dunque dello spessore,della replica [2, 12].

La profilometria interferometrica consiste nel calcolareun’immagine di fase a partire da immagini di proiezionedi frange di interferenza. Questa immagine di fasepermette di risalire all’altitudine in ogni punto [13-16].

Se ci si riferisce al quadro comparativo (Tabella 1),constatiamo che tali tecniche sono molto diverse intermini di tempo di misurazione, di precisione e difacilità di esecuzione [2, 17, 18].

La conoscenza delle limitazioni di queste tecniche èfondamentale. La scelta della tecnica deve tener contodi diverse grandezze come la dimensione dell’oggetto(rughe, solchi, orientamento dei solchi), la profonditàdel rilievo, l’angolo formato dai due versanti dellerughe.

■ Tecnica di presa di improntaLa maggior parte delle tecniche non è in grado di

acquisire l’informazione 3D in vivo. Soltanto la tecnicadi proiezione delle frange permette delle acquisizioni diinformazioni in vivo. È quindi necessario realizzare dellerepliche in «negativo» della superficie della pelle conl’aiuto di un elastomero al silicone. L’elastomero utiliz-zato nella maggior parte dei casi è il Silflo® bianco o ilSilbione® marrone (Fig. 2), mescolato a un catalizzatoredurante la realizzazione dell’impronta. Il tempo di

30 - > 40 anni 41 - > 50 anni 51 > 60 anni

61 - > 70 anni > 71 anni

Figura 1. Illustrazionedell’invecchiamentodell’avambraccio.

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essiccamento va da cinque a sette minuti. La cosa piùimportante è però l’individuazione della zona prelevataal fine di realizzare molto precisamente delle improntedello stesso sito in tempi diversi (Fig. 3). Noi utilizziamogeneralmente una maschera translucida sulla qualedisegnamo dei reperi anatomici invariabili come dei nei,o il contorno dell’occhio in caso di zampa d’oca.

■ Illustrazione e valutazionedi diversi tipi di rilievo cutaneo

Rilievo microdepressivo (RMD)

Si rileva sul corpo nel suo insieme (Fig. 4). È caratte-rizzato da parametri detti di rugosità [19] classicamentedefiniti in letteratura [13-15, 19].

Questo tipo di rilievo è particolarmente interessanteper valutare l’effetto dell’invecchiamento intrinseco. Le

reti di solchi presenti su una cute giovane si orientanoa poco a poco in una direzione privilegiata. Al fine dicaratterizzare questi cambiamenti di struttura, sono statisviluppati dei parametri di anisotropia (cfr. paragrafosull’anisotropia). Questi sono particolarmente utili pervalutare alcuni effetti di ristrutturazione del RMD.

Rughe

Sono localizzate soprattutto sulle zampe d’oca (Fig. 5),sulle labbra e sulla fronte. Sulle impronte di questi sitisono presenti due tipi di informazione, il RMD e i solchiprofondi denominati rughe.

Al fine di caratterizzarli, iniziamo a separare, perfiltraggio numerico, i due tipi di informazione.

Noi utilizziamo dei parametri di altitudine o disuperficie sviluppata per la valutazione delle rughe.

L’informazione di RMD è stata descritta più in alto.

CuscinettiEssi contengono, come le rughe, due tipi di rilievo

sovrapposti, il RMD e i cuscinetti stessi. È molto impor-tante non quantificare le due informazioni nella loroglobalità per evitare che degli effetti opposti si annul-lino. In alcuni studi sull’efficacia dei prodotti anticellu-lite o delle tecniche di massaggio, è possibile constatareuna riduzione delle ondulazioni (cuscinetti) e unaumento del microrilievo. Ciò si può spiegare attraversola tensione creata dai cuscinetti a livello del microrilievocutaneo. La diminuzione dei cuscinetti provoca unariduzione di questa tensione e un ravvicinamento deisolchi, e quindi un aumento della loro ampiezza.

Una prima fase consiste nel separare le due informa-zioni (Fig. 6). Noi otteniamo, a partire da un’immagine3D grezza, tre immagini che rappresentano la formagenerale, l’informazione di ondulazione (cuscinetti) el’informazione di RMD. I parametri sono poi calcolatisull’informazione di ondulazione.

Tabella 1.Tabella comparativa delle diverse tecniche di misurazione del rilievo cutaneo in vitro.

Metodi Precisione(µm)

Numerodi punti

Tempi diacquisizione (min)

Geometria del campione Funzioni speciali /limitazioni

Ottica 10 105 < 1 Superfici aleatorie, formecomplesse

Oggetti molli, fragili o liquidi,alte temperature, tempi reali

Meccanica < 1 103 10 Oggetti regolari Oggetti solidi

Laser 10-2 105 da 10 a 30 Oggetti regolari, forme semplici Oggetti molli, fragili o liquidi,alte temperature

Trasparenza 10 105 < 1 Piccola superficie piana di 1 cm2 Profondità di campo molto scarsa(500 µm)

Interferometriaper proiezionedi frangia di inter-ferenza

5 106 < 1 Da 5 × 4 mm2 a 35 × 27 mm2 Scarsa profondità di campo(1 mm)

Figura 2. Esecuzione dell’impronta.

Figura 3. Realizzazione di una maschera di reperimento delsito di prelievo.

“ Da ricordare

La tecnica di realizzazione delle impronte è allaportata di tutti. Di contro, sono necessari unesercizio intensivo e una pratica regolare perottenere delle impronte senza artefatti: fori (bollad’aria, follicolo pilifero), zona lucida (cattivamiscela della pasta e del catalizzatore). Questiartefatti possono nuocere notevolmente allaqualità delle misure di superficie.

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La separazione delle informazioni prima del calcolodei parametri è una fase molto importante che condi-ziona completamente i risultati di uno studio. Questirilievi hanno delle ampiezze simili, ma frequenze moltodiverse. Devono essere considerati come segnali che sisommano per formare una superficie. Tutta la periziaconsiste nel ritenere soltanto le buone frequenze delrilievo individuato dallo studio.

■ Anisotropia della retedelle linee di tensione cutaneee invecchiamento cronologico

Su quasi tutto il corpo, la tensione della cute è piùforte nella direzione indicata sulle linee di Langer [20].Queste sono state stabilite su un cadavere a partire dallaforma ovale assunta da una ferita eseguita con unpunteruolo rotondo e corrispondendo all’asse maggioredell’ovale. Una pelle asportata si restringe maggiormentee presenta un minimo di estensibilità in questa dire-zione. Si tratta quindi di una anisotropia della tensionespontanea della cute. Il fenomeno spiega l’anisotropiadel modulo di elasticità, la cui distribuzione angolarerivela peraltro un massimo nell’asse delle linee diLanger. Questi dati depongono per un orientamentosimile delle fibre elastiche coinvolte nella tonicità dellacute. I lavori di Manchot et al. [21] hanno mostrato cheil 76% delle fibre erano orientate secondo le linee diLanger e il 5,1% perpendicolarmente. Questa distribu-zione non riguarda ovviamente che le fibre parallele allasuperficie cutanea.

L’esame del derma al microscopio elettronico con-ferma questi dati [22]. Nella cute retratta i fasci di

Figura 4. Rilievo microde-pressivo dell’avambraccio diuna persona di 30 anni (sini-stra) e 70 anni (destra).

Figura 5. Ruga della zampa d’oca.

Misura grezza

Ondulazione Rilievo

Forma

Figura 6. Separazione dei differenti tipi di rilievo incluso in una impronta di cuscinetto.

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collagene appaiono tortuosi, senza direzione privilegiata,e delle fibre elastiche ondulate vi si attaccano in molte-plici punti, in particolare nella loro concavità. Nellapelle non retratta i fasci di collagene più sottili, nonchéle fibre elastiche, sono raddrizzate nella direzione dellelinee di Langer e sono quasi parallele; i fasci più spessirestano tortuosi e in ogni direzione, ma la loro formasembra modificata dalla trazione esercitata dai fasci edalle fibre orientati [22]. Le linee di Langer non riflettonodunque un’anisotropia della densità del collagene comesi credeva un tempo, ma una anisotropia della tensionedelle fibre elastiche. Questa, osservata in vitro con unesame difficile da realizzare è non soltanto verificata, maanche quantificata in vivo con l’esplorazione meccanica,il numero di fibre (di forza uguale) tese in ogni dire-zione essendo per di più indicato dal modulo di Young.

Si sa che il corion è normalmente un po’ retratto(tensione della cute) ed estensibile, e che l’epidermidenon possiede nessuna di queste proprietà. La plicaturaepidermica responsabile del microrilievo appare quindicome la trasformazione di una tensione con possibilitàdi stiramento in plicatura con possibilità di appiana-mento. Il derma superficiale, zona intermedia, è preci-samente il punto di origine del rilievo cutaneo. Il rilievocutaneo è quindi una traduzione della ripartizione delletensioni meccaniche esercitate dalle fibre elastiche nellediverse direzioni. Le valli del rilievo cutaneo definisconole linee dove le tensioni vengono esercitate. Queste sonogrossolanamente parallele e orientate secondo due odiverse direzioni. Questa disposizione è particolare perogni regione anatomica. La direzione predominante perla densità delle valli e la loro profondità è quella dellelinee di Langer.

La distribuzione dell’orientamento dei solchi è quan-tificata sotto forma di una rosa di direzioni [23, 24]

(Fig. 7). La lunghezza di un segmento della rosa in unadirezione data corrisponde alla densità delle valli deisolchi che hanno questo orientamento.

Questa informazione è fondamentale per studiare ilfenomeno dell’invecchiamento cutaneo (Fig. 8) [19] e indermocosmetica per differenziare l’efficacia di unprodotto idratante da un prodotto ristrutturante o anti-age. Un prodotto idratante avrà la tendenza ad aumen-tare lo spessore del derma, e quindi a tendere lasuperficie e i solchi, determinando una riduzionedell’ampiezza dei solchi. Un prodotto «anti-âge» avrà un

effetto sulla densità delle fibre di collagene e sullaristrutturazione della rete dei solchi che va nel senso diun ringiovanimento del rilievo.

Il concetto di anisotropia è particolarmente interes-sante perché fornisce delle informazioni intrinsechedella pelle contrariamente ai parametri detti di rugositàche provengono, all’origine, dallo studio delle superficidure (lamiere, carrozzerie).

■ Illustrazione del trattamentodermatologico

Questo capitolo non tanto è un inventario esaustivodelle applicazioni di queste tecnologie di studio delrilievo cutaneo quanto un saggio che permette dichiarire il loro potenziale.

Effetto della radioterapia

La radioterapia induce una fibrosi del derma che siripercuote sul rilievo cutaneo di superficie. Le tecnichedi caratterizzazione di questo rilievo appaiono moltoutili per valutare indirettamente il grado di questafibrosi. In uno studio sulla chirurgia riparatrice per ilcancro del seno, sono state valutate le modificazioni delrilievo cutaneo tra il seno irradiato e quello non irra-diato, per 20 soggetti di età da 43 a 55 anni [25].

È stato dimostrato un aumento significativodei parametri di rugosità per il seno irradiato, asso-ciato a secchezza cutanea e rigidità alla palpazione. LaFigura 9 illustra bene questo aumento di altitudine, così

Indice di anisotropia = 9,92%

Indice di anisotropia = 62,51%

Figura 7. Rosa delle direzioni delle linee cutanee.

< 60 anni

> 60 anni

Età

Figura 8. Anisotropia delle linee di tensione durante il feno-meno dell’invecchiamento delle donne caucasiche.A. Anisotropia della rete di solchi cutanei durante l’invecchia-mento.B. Evoluzione dell’indice di anisotropia durante l’invecchia-mento.

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come la diminuzione del numero di solchi che va nelsenso di un aumento dell’anisotropia.

Effetto di un trattamento laser

Le tecniche laser sono sempre più utilizzate per iltrattamento delle rughe. È comunque difficile quantifi-care l’efficacia di queste tecniche laser e soprattutto èdifficile confrontarle.

La tecnica di impronta trova qui una delle sue appli-cazioni più interessanti, con il suo lato non invasivo esoprattutto con la possibilità di seguire nel tempo preci-samente lo stesso rilievo, o addirittura la stessa ruga.

Noi illustriamo qui uno studio [26, 27] sull’efficacia diun laser di rimodellamento (Er: glass 1540 nm) conl’aiuto del parametro di anisotropia.

I 16 soggetti erano stati trattati durante tutte lesei settimane sulla zampa d’oca e la zona periorale. Leimpronte sono state realizzate prima del terzo tratta-mento e prima del quinto, poi sei mesi e 35 mesi dopoil quinto trattamento.

Le ricostruzioni nei diversi tempi di misurazione(Fig. 10) rendono conto dei cambiamenti apportati datale trattamento, con una riduzione delle linee ditensione molto marcata a T2.

L’evoluzione del parametro di anisotropia è illustrataFigura 11.

Effetto di un prodottodermocosmetico antirughe

Per terminare, presentiamo il risultato di uno studioche riguarda un prodotto antirughe. L’efficacia di questoprodotto è stata testata sull’avambraccio dopo15 giornidi trattamento e sulla zampa d’oca dopo un mese, su16 soggetti femminili di età compresa tra i 40 e i50 anni.

È stato dimostrato un effetto lisciante contempora-neamente sulle rughe della zampa d’oca (-11% sull’at-teggiamento dei solchi profondi) e sul RMD dell’avam-braccio (-18% sulla rugosità media). La Figura 12 mostraquesti risultati.

Figura 9. A sinistra, rilievo non irra-diato; a destra, rilievo irradiato; per duesoggetti. Aumento dei parametri di ru-gosità.

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Figura 10. Ricostruzione 3D di una zampa d’oca, rispettivamente da sinistra a destra: T0, prima del trattamento; T1, prima del terzotrattamento; T2, prima del quinto trattamento; T3, sei mesi dopo il quinto trattamento.

Figura 11. Evoluzione dei livelli di anisotropia in differenti tempi di misurazione: (T0)prima del trattamento; (T1) prima del terzo trattamento; (T2) prima del quinto tratta-mento; (T3) 6 mesi dopo il quinto terapia; (T4) 35 mesi dopo il quinto trattamento.

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Figura 12. Efficacia di un trattamento antirughe sull’avambraccio (in alto) e sulla zampa d’oca (in basso).

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J.-M. Lagarde (jean.michel.lagarde@pierre-fabre.com).Laboratoire d’imagerie et d’ingénierie cutanées, Institut de recherche Pierre Fabre, 2, rue Viguerie, B.P. 3071, 31025 Toulouse, France.

H. Zahouani.Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes, École Centrale de Lyon - CNRS UMR 5513 - 36, avenue Guy-de-Collongue, B.P.163, 69131 Ecully, France.

Ogni riferimento a questo articolo deve portare la menzione: Lagarde J.-M., Zahouani H. Metodi quantitativi di valutazione del rilievocutaneo. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Cosmetologia Medica e Medicina degli Inestetismi Cutanei, 50-140-H-10, 2007.

Disponibile su www.emc-consulte.com/it

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