Las matemáticas de la piel

Dr. Luís Carlos Jiménez Nieto

La piel traducida en números impresiona.

Es el órgano más grande del cuerpo humano.

Posee una extensión aproximada de 1.85 m2 de superficie.

Constituye el 6 % del peso corporal, mucho mayor que órganos como el cerebro o el hígado (tabla I).

Alcanza un volumen medio de 4200 ml.

Sin embargo su espesor apenas llega a 2.2 mm.

ÓRGANO PES0 (gramos)

PIEL 4.200

HÍGADO 1.400

CEREBRO 1.300

PULMÓN 550

CORAZÓN 300

RIÑÓN 150

Tabla I. La piel como órgano de peso específico

SUPERFICIE CUTÁNEA

El volumen de sangre que circula por la piel puede llegar a 1800 ml, lo que supone el 30 % de la sangre total del organismo.

La piel es un órgano ricamente inervado, que alcanza los 4 metros en nervios con más de 5000 órganos sensitivos (tabla II).

Órgano sensitivo Número por cm2 de piel

Dolor 200

Presión (Pacini) 25

Frío (Krause) 12

Calor (Ruffini) 2

Tabla II. La piel como órgano sensorial.

Anexos de la piel Media aritmética por cm2

Folículos pilosos 5 Glándulas sebáceas 15 Glándulas sudoríparas 100

La piel no se caracteriza por ser un desierto liso, sino más bien un denso bosque de pelos acompañados con glándulas (tabla III). Tabla III. Los anexos asociados a la piel.

Color del cabello Diámetro del cabello (mm)

Número de cabellos

Rubio 0.016 140.000

Negro 0.063 110.000

Pelirrojo 0.180 90.000

El número total de pelos oscila alrededor de los 5 millones; pero la cantidad no es igual en todos los individuos (sexo, raza, edad, etc.) como se puede comprobar en el cabello (tabla IV). Tabla IV. Comparativa del diámetro y número de cabellos según el color.

La velocidad de crecimiento del pelo varía con la zona cutánea y el sexo del individuo (tabla V).

Zona corporal Velocidad de crecimiento (mm/día)

Muslo femenino 0,21

Cuero cabelludo femenino 0,50

Pecho masculino 0,40

Mentón masculino 0,38

Tabla V. Velocidad de crecimiento del pelo en distintas áreas corporales según sexo.

Nuestras glándulas en un día normal sin calor pueden llegar a eliminar 8640 gotas de sudor.

Si observamos la piel al microscopio descubriremos un universo celular de unos 6 millones de células por cm2.

La epidermis de tan sólo 0. 1 mm de espesor, alberga varias capas celulares que mudan cada 28 días para desprenderse en forma de escamas de manera imperceptible.

A lo largo de toda la vida, una piel normal puede llegar a descamar alrededor de 18 kg de células muertas (escamas imperceptibles), el peso aproximado de un niño de 6 años.

La química de la piel es tan compleja como su estructura.

La composición cutánea incluye material inorgánico constituido por agua y electrólitos, y material orgánico formado por proteínas, lípidos y otras sustancias.

La piel contiene entre el 20 – 40 % del agua total del cuerpo. El mayor porcentaje se halla en la dermis y el menor en la superficie cutánea (tabla VI).

Estructura cutánea Porcentaje de aguaEstrato córneo epidérmico 2 %

Estrato espinoso epidérmico 10 %

Dermis superficial 71 %

Dermis profunda 61 %

Hipodermis 30 %

Tabla VI. Distribución del agua en la piel.

Los componentes hidroelectrolíticos varían si es piel o se trata de faneras (pelo y uñas) (tabla VII).

El material orgánico cutáneo lo forman las proteínas epidérmicas (queratina, melanina), las proteínas fibrilares dérmicas (colágeno, elastina, etc.), sus componentes previos (filagrina, queratohialina, precolagenasas, tropocolágeno, etc.) y sus componentes posteriores (material nitrogenado).

Se trata de macromoléculas de elevado peso molecular (tabla VIII) que contienen largas secuencias de aminoácidos, como la filagrina, que presenta todos los aminoácidos que integran el NMF (Natural Moisturizing Factor : Factor Natural de Hidratación) (tabla IX).

Componente Piel Pelo Uñas Agua (gramos) 694 ------ ------Cloro : Cl- (mEq) 71,4 ------ ------Sodio : Na+ (mEq) 79,3 ------ ------Potasio : K+ (mEq) 23,7 ------ ------Calcio : Ca++ (mEq) 9,5 94 - 245 ------Magnesio : Mg++ (mEq) 3,1 0,8 – 8,4 1,9 – 9,2Manganeso : Mn++ (mg) ------ 10-5 - 46 ‹ 1Hierro : Fe+++ (mg) ------ 0,8 - 170 18 - 65Cinc : Zn++ (mg) ------ 9 - 562 116 - 3080Silicio : Si --- (mg) ------ 150 - 3600 1700 - 5400

Cobre : Cu++ (mg) ------ 4 - 128 9 - 81Aluminio : Al +++ (mg) ------ trazas ------Níquel : Ni ++ (mg) ------ trazas ------Cobalto : Co++ (mg) ------ trazas ------Cromo : Cr+++ (mg) ------ trazas ------Plomo : Pb ++++ (mg) ------ 17 - 508 97 -240Estroncio : Sr++ (mg) ------ indicios ------Plata : Ag + (mg) ------ indicios ------Titanio : Ti (mg) ------ indicios ------Fósforo :P--- (mmol) 14 ------ ------Nitrógeno : N--- (mEq) 53 ------ ------

Tabla VII. Composición inorgánica de la piel y las faneras en el adulto (valores por Kg)

Sustancia proteínica Peso Molecular (Daltons) Filagrina 37 000 Queratohialina 36 000 Queratina 40 000 – 70 000 Melanina 318 283

Precolagenasas 52 000 – 57 000 Colágeno I 285 000 Colágeno nativo 300 000 Tropoelastina 60 000 – 72 000 Elastina 72 000 Dermatán sulfato 16 000 – 17 000 Heparán sulfato 6 000 – 25 000 Condroitin-4-sulfato 5 000 – 50 000 Syndecán 1 100 000 Decorín 90 000 – 140 000

Tabla VIII. Peso molecular de las macromoléculas cutáneas.

Aminoácidos de la filagrina que forman parte del NMF Porcentaje aproximado

Ácido glutámico y ácido pirrolidin carboxílico 30 %

Arginina, ornitina y citrulina 12 %

Serina 10 %

Prolina 9 %

Ácido urocánico y ácido aspártico 7 %

Glicina e histidina 5 %

Alanina, lisina, treonina, leucina, valina, isoleucina, tirosina, fenilalanina, cistina, metionina y triptófano

‹ 1 %

Tabla IX. Secuencia de aminoácidos que componen la proteína filagrina y están presentes en el NMF (Factor Natural de Hidratación) de la piel.

También se encuentran otras estructuras macromoleculares como los proteoglicanos, proteínas unidas a polisacáridos que constituyen diferentes sustancias (dermatán sulfato, heparán sulfato, condroitín -4-sulfato, syndecán 1, decorín, etc.) de alto peso molecular (tabla VIII).

La composición orgánica de la piel puede variar a lo largo de la vida (tabla X).

Edad Nitrógeno del colágeno (gramos)

Mucopolisacáridos (gramos)

Feto 2,4 ―

Recién nacido

16,8 2,9

Adulto 45,7 2

Tabla X. Composición orgánica de la piel en distintas etapas del desarrollo vital.

En el material orgánico existen abundantes tipos de lípidos (ácidos grasos libres y esterificados, fosfolípidos, etc.) procedentes de la secreción sebácea, que también sufren modificaciones a lo largo de la vida (tabla XI).

Secreción sebácea Infancia Pubertad Adulto

Ácidos grasos libres 17,8 18,8 16,4

Triglicéridos 47,4 42,9 41

Colesterol total 8,9 6 3,5

Ceras 17,8 23,6 25

Escualeno 8,3 8,4 12

Tabla XI. Composición de la secreción sebácea en diferentes etapas de la vida.

La concentración de electrólitos en el sudor ecrino (tabla XII),la materia orgánica y nitrogenada del sudor apocrino (tabla XIII) y el contenido en lípidos de la secreción sebácea (tabla XIV), facilitan el desarrollo de una flora comensal de microorganismos a lo largo de la superficie cutánea que residen habitualmente o bien la invaden de forma transitoria (tabla XV).

Electrólitos del sudor ecrino Concentración (mM) Na+ 7 - 80 Cl - 5 - 70 K + 4 - 24 Ca ++ 0,67

Tabla XII. Concentración de electrólitos en el sudor ecrino.

Componentes del sudor apocrino Porcentaje Agua 99 %Sustancias orgánicas y nitrogenadas 0,5 %Sales minerales 0,5 %

Tabla XIII. Composición orgánica e inorgánica del sudor apocrino.

Fracción lipídicadel sebo

Componentes (porcentajes)

Saponificable ■ Ácidos grasos esterificados (50 %) : - Ésteres glicéridos (25 %) - Ésteres no glicéridos (25 %)■ Ácidos grasos libres (30 %) : - Saturados (10 %) - No saturados (20 %)■ Colesterol (5 %) : - Libre (2,5 %) - Combinado (2,5 %)

No saponificable ■ Hidrocarburos (14 %)

■ Fosfolípidos (1 %)

Tabla XIV. Composición lipídica de la secreción sebácea.

La flora cutánea está compuesta por microorganismos que residen habitualmente en la superficie cutánea y otros procedentes del medio ambiente (tabla XV).

Flora cutánea Grupos de microorganismos (ejemplo característico)

Residente • Cocos aerobios (Staphylococcus Epidermidis)• Difteroides aerobios (Corynebacterium) • Difteroides anaerobios (Propyonibacterium)• Bacilos Gram positivos (Enterobacter)

Transitoria • Cocos (Staphylococcus Aureus)• Levaduras (Pityrosporum Ovale)

Tabla XV. Composición de la flora cutánea.

La proliferación de microorganismos en la piel (tabla XVI) depende de la distribución de las glándulas secretoras(tablas XVII y XVIII) y del género masculino o femenino (tabla XIX).

Zona de la piel Colonias de bacterias por cm2

Antebrazos, piernas 60 Cara, cuello, cuero cabelludo, palmas de las manos

600

Axilas, genitales, plantas de los pies 500 000 – 1 000 000

Tabla XVI. Distribución aproximada del número de colonias bacterianas en la piel.

Zona de la piel Número de glándulas sudoríparas ecrinas por cm2

Cara 200 - 300Tronco 60 - 150Plantas de los pies 600 - 800

Tabla XVII. Distribución de las glándulas sudoríparas ecrinas en la piel.

Zona de la piel Número de glándulas sebáceas por cm2

Cara 80 ― 100

Tórax 80 ― 100

Antebrazo 50

Dorso de las manos 10 ― 20

Palmas de las manos 0

Plantas de los pies 0

Tabla XVIII. Distribución de las glándulas sebáceas en la piel.

Microorganismos ♀ ♂

Difteroides lipofílicos 60 % 85 %

Cocos ˃ 80 % ˃ 80 %

Gérmenes anaerobios 47 % 70 %

Difteroides no lipofílicos 25 % 25 %

Tabla XIX. Composición de la flora residente cutánea según diferenciación de sexo femenino (♀) o masculino (♂)

La flora cutánea está constituida por una población microbiana que coloniza la superficie cutánea y el espacio intrafolicular (tabla XX). Para desarrollarse precisa de unas condiciones favorables de temperatura, humedad y pH.

Zona cutánea Número de bacterias Superficie cutánea 10 4 - 105

Espacio intrafolicular 105 - 106

Tabla XX. Contenido en bacterias de la piel a pH ácido.

La superficie cutánea está recubierta por una fina emulsión que presenta un pH ácido (entre 5 y 6). Esta acidez que impide la proliferación microbiana es resultado de los ácidos del sudor y de los ácidos grasos de la secreción sebácea. También participan el CO2 del metabolismo celular, los restos de aminoácidos procedentes de los queratinocitos y de las uniones desmosómicas desintegradas por la acción enzimática.

La escala de pH es un instrumento para conocer la concentración de iones basándose en el producto iónico del agua (figura 1).

Kw = [H+][OH-]

Kw : producto iónico del agua.

[H+] : concentración de iones de hidrógeno (protones con carga positiva).

[OH-]: concentración de iones hidroxilo (con carga eléctrica negativa).

Figura 1. Producto iónico del agua.

pH = log 1/[H+] = - log [H+]   Disolución neutra : [H+] = [OH-] = 1 x 10 -7 M  pH de una disolución neutra : pH = - log [H+] = log 1/1 x 10 -7 = 7 pH = 7

Figura 2. Obtención del pH neutro.

En una disolución el intervalo de acidez entre la concentración de H+ y de OH- se mide a través del pH, que se define comoel menos logaritmo decimal de la concentración de H+ (figura 2).

En una disolución neutra a 25 ºC de temperatura el pH es 7 (figura 2).

La escala de pH es una escala logarítmica, lo que significa que cada valor representa una acidez 10 veces mayor que el valor precedente.

Por ejemplo, una disolución a pH igual a 5 es 1000 veces más ácida que otra a pH igual a 8, pero sólo 100 veces más alcalina que otra disolución a pH igual a 3 (Tabla XXI).

1x10-1410-14

H+

1 1x10-1

1x10-2

1x10-3

1x10-4

1x10-5

1x10-6

1x10-7

1x10-8

1x10-9

1x10-10

1x10-11

1x10-12

1x10-13

1x10-14

pH 0 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

OH-

1x10-14

1x10-13

1x10-12

1x10-11

1x10-10

1x10-9

1x10-8

1x10-7

1x10-6

1x10-5

1x10-4

1x10-3

1x10-2

1x10-1

1

ACIDO NEUTRO ALCALINO

Tabla XXI. Escala de pH.

El pH es un parámetro importante para la molécula de queratina. Si el valor es de 4,1 las cargas positivas y negativas de la molécula están compensadas (punto isoeléctrico), volviéndose la queratina más estable (tabla XXII).

Carganeta

pH Desplazamiento Estabilidad de la molécula de queratina

0 4.1 No Mayor

(-) ˃ 4.1 Al ánodo Menor

(+) < 4.1 Al cátodo Menor

Tabla XXII. Punto isoeléctrico de la queratina.

Los ácidos se definen como dadores de protones (H) y las bases o álcalis como aceptores de protones (A).

En un par conjugado ácido- base se obtiene una constante de disociación (K).

La transformación logarítmica de la constante de disociación (pK) permite obtener la ecuación de Henderson-Hasselbalch (figura 3).

K = [H+][A-] ` [HA]

[H+] = K ∙ [HA] ` [A-]

pK = log 1/K = - log K

pK = - log K = - log [H+][A-] ` [HA]

pH = - log [H+]

pH = -log K ∙ [HA] ` [A-] = pK – log [HA] ` [A-] pH = pK + log [A-] ` [HA] (Ecuación de Henderson-Hasselbalch)

Figura 3. Obtención de la ecuación de Henderson-Hasselbalch a partir de la constante de disociación.

La ecuación de Henderson-Hasselbalch permite el cálculo del pH de un par conjugado ácido-base como piel y jabón, así como explicar el desequilibrio originado por el jabón (alcaliniza la piel) es restablecido por sistemas amortiguadores procedentes de los corneocitos.