Mesure de la perte insensible en eau

Introduction
La mesure in vivo de la perte insensible en eau (PIE), en anglais
transepidermal water loss (TEWL), est utilisée pour apprécier, de façon
non vulnérante, la fonction barrière du stratum corneum. Il existe
deux possibilités pour l’eau de traverser la peau de l’intérieur du
corps vers l’extérieur : de façon active par transpiration, de façon
passive par diffusion à travers la couche cornée. La transpiration
(perspiratio sensibilis) peut atteindre des valeurs maximales de 2 à
4 L/h. À l’inverse de la transpiration, la perte insensible d’eau
(perspiratio insensibilis) n’est pas visible à l’oeil nu. En l’absence de
turbulences, la peau est entourée par une zone de transition de 7 à
10 mm d’épaisseur au repos [28], dans laquelle l’humidité est
transportée de la surface cutanée vers l’air ambiant. La quantité
d’eau traversant le stratum corneum par cette voie est évaluée entre
300 et 400 mL/j dans des conditions normales, c’est-à-dire un
dixième à un vingtième de la transpiration. En raison de cette
différence d’ordre de grandeur, il est impératif d’éliminer la
transpiration lors des mesures de perte insensible en eau ayant pour
but l’investigation de la seule fonction barrière du stratum corneum.
Notions de base
La barrière de diffusion de l’eau est située entièrement dans la
couche cornée [18, 39]. La PIE représente un phénomène passif
conséquent au gradient de pression de vapeur d’eau de chaque côté
de l’épiderme. L’épiderme est bien hydraté au contact du derme et
ce degré d’hydratation se retrouve à la base de la couche cornée. Sa
surface, au contact de l’air ambiant beaucoup plus sec, présente une
concentration en eau plus faible. Ce gradient est le moteur de la
diffusion passive de l’eau au travers de la couche cornée. Cette
diffusion est décrite par la première loi de Fick [18, 35] : le flux d’une
molécule (J en mol/cm/s) par unité de distance (d en cm) est
proportionnel au gradient de concentration (DC) et au coefficient de
diffusion (D en cm2/s) de cette molécule. Cependant, comme le
stratum corneum n’est pas une simple membrane inerte mais
possède une certaine affinité pour l’eau, la loi de Fick doit être
modifiée en introduisant le coefficient de partage Km
[31, 39] :
Km =
(Concentration de l'eau dans le stratum corneum profond)
(Concentration dans les espaces intercellulaires de l'épiderme vivant)
La formule devient ainsi :
J = -Km x D (DC/Dd)
Km a une valeur de 0,06 [31]. Le signe « - » indique que le flux est
dirigé vers les concentrations les plus faibles. Ceci explique la
dépendance de la PIE à l’égard de l’humidité relative de l’air
ambiant. Ainsi, lorsque l’humidité relative extérieure atteint 100 %,
la PIE tombe à 0, et lorsque l’humidité relative est de 0 %, la PIE est
maximale (fig 1).
Méthodes et appareils de mesure
Il existe différentes méthodes de mesures qui ont été décrites en
détail par Wilson et Maibach [39] avec leurs avantages et leurs
inconvénients. Certaines de ces méthodes sont maintenant obsolètes.
Celle de loin la plus employée depuis quelques années et pour
laquelle différents instruments de mesures sont présents sur le
marché et sont couramment utilisés est la méthode du cylindre
ouvert [27, 29].

MÉTHODE DU CYLINDRE OUVERT
Une sonde appliquée sur la peau délimite une chambre cylindrique,
ouverte à l’air ambiant. La surface de peau située à l’intérieur du
cylindre est d’environ 1 cm2 (selon l’appareil utilisé, cf infra). À
l’intérieur de cette chambre, sont placés, en position verticale, l’un
au-dessus de l’autre, deux détecteurs semi-conducteurs sensibles à
l’humidité, et chacun couplé à un thermistor. L’éloignement des
détecteurs par rapport à la surface de la peau est calculé de manière
à mesurer, dans des conditions optimales, le gradient de vapeur
d’eau se mettant en place entre la surface cutanée et l’air ambiant.
La pression de vapeur d’eau (p) à chaque niveau est calculée suivant
la formule :
p = RH x psat
psat est la pression à saturation. L’humidité relative RH ( %) est
mesurée par les semi-conducteurs ; psat est calculée en fonction de
la température indiquée par les thermistors à chaque niveau de
mesure. La différence de pression de vapeur d’eau entre les deux
niveaux est utilisée par l’appareil pour déterminer le gradient
recherché. La PIE est exprimée directement sur un écran à cristaux
liquides en g/m_/h (ou g x m–2 x h–1).
APPAREILS DE MESURE
Trois appareils utilisant la technique du cylindre ouvert sont
commercialisés (dans l’ordre chronologique d’apparition) :
l’Évaporimètrey, le Tewamètrey et l’appareil multifonctions
Dermalaby (adresse des fournisseurs(1)). Différentes publications
récentes ont pour objet la comparaison de ces appareils entre eux
[3, 4, 16]. La géométrie des sondes respectives diffère légèrement et les
valeurs obtenues pour une situation particulière, bien qu’étroitement
corrélées, peuvent aussi différer. De même, les réactions à un
stimulus donné affectant la fonction barrière de la couche cornée,
comme une occlusion ou une irritation, peuvent générer des
changements de valeurs qui ne sont pas identiques d’un appareil à
l’autre [4, 16].
Technique de mesure, sources
d’erreur, standardisation,
recommandations pratiques
La mesure de la PIE étant dépendante du gradient de vapeur d’eau
établi à la surface cutanée, tout facteur intrinsèque ou extrinsèque
ayant une influence sur l’épaisseur de cette couche de transition ou
sur la pente du gradient modifie la valeur de la PIE. En plus, les
instruments de mesure étant extrêmement sensibles, toute variation
du microclimat environnant est détectée et a pour conséquence une
modification des valeurs indiquées. C’est pourquoi il importe de
standardiser les conditions de mesure de façon rigoureuse. À ce
sujet, des recommandations très précises ont été publiées [30, 33].
Les facteurs de variation peuvent être classés en :
– facteurs dus à l’instrument ;
– facteurs dus à l’environnement ;
– facteurs individuels, dus aux volontaires ou patients.
Leur liste exhaustive et leur influence relative sur les mesures ont
été précisées dans des publications récentes [30].
FACTEURS DUS À L’INSTRUMENT
À titre d’exemple, on retiendra :
– un préchauffage de l’électronique suffisant : ne pas éteindre
l’appareil entre les mesures ;
– le zéro instrumental effectué après le préchauffage et sous
conditions de mesure : la variation du zéro pendant la période de
mesure est à contrôler régulièrement ;
– la restriction des variations de l’humidité et de la température à
l’intérieur de la sonde : éloigner la sonde de la peau après chaque
mesure et éviter par exemple le contact avec la sueur ou avec un
produit cosmétique éventuellement présent sur le site de mesure ;
– un plan de mesure horizontal ;
– une calibration effectuée régulièrement selon les recommandations
du constructeur et suivant les procédures définies par les bonnes
pratiques de laboratoire.
FACTEURS DUS À L’ENVIRONNEMENT
Ce sont principalement :
– les turbulences et la convection pendant la mesure ;
– la température et l’humidité ambiantes.
FACTEURS INDIVIDUELS
Ils doivent être étroitement contrôlés. Citons :
– la transpiration des sujets ;
– la température cutanée ;
– le site anatomique.
Le poids de ces différents facteurs sur les mesures n’est pas le même.
Lorsque la standardisation des conditions de mesure est assurée, les
facteurs dus à l’instrument passent au second plan. Ceux dus à
l’environnement et les facteurs individuels sont alors à l’origine des
plus grandes variations. Les figures 2 et 3 illustrent l’influence de
l’environnement sur les valeurs mesurées. La figure 3, montrant de
toutes récentes données, est particulièrement intéressante : le
passage brutal de l’humidité relative de 53 % à 89 % (par exemple
ouverture d’une porte sur l’extérieur de la pièce où s’effectuent les
mesures) fait chuter la PIE, qui revient lentement se stabiliser ensuite
à un niveau inférieur au niveau de départ. Ce dernier phénomène
est dû au changement concomitant de l’hydratation de la couche
cornée, elle aussi dépendante de l’humidité relative environnante.
En pratique, le contrôle des conditions ambiantes implique
(1) Évaporimètret : Servo Med, P O Box 129, S-511 21 Kinna, Suède ; Tewamètret : Courage +
Khazaha electronic GmbH, Mathias-Brüggen-Str. 91, D-50829 Cologne, Allemagne. Dermalab :
Cortex Technology, Smedevaenget 10, DK 9560 Hadsund, Denmark.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
PIE (g x m-2 x h-1)
Humidité relative (%)
Goodman et Wolf
Rieger et Deem
1 Influence de l’humidité relative ambiante sur la perte insensible en eau (PIE). (Résultats
de deux études différentes. Illustration tirée de Rieger MM et Deem DE. Skin
moisturizers. I: Methods for measuring water regain, mechanical properties and transepidermal
moisture loss of stratum corneum. J Soc Cosmet Chem 1974 ; 25 :
239-252).

d’effectuer les mesures dans une pièce climatisée, à température et
humidité constantes. Les turbulences et la convection aux alentours
de la sonde sont éliminées par l’utilisation d’une couveuse [30]. La
pression de la sonde sur la peau reste légère.
En ce qui concerne les facteurs individuels, le tableau I donne des
exemples de variations dues au site anatomique sur lequel est placée
la sonde [6]. De récents résultats font aussi état de différences dues à
la motricité dominante d’un côté du corps [32]. Le contrôle des
facteurs individuels est assuré par un protocole clinique strict
comprenant au moins une relaxation préalable des sujets et leur
adaptation aux conditions environnementales pendant 20 minutes
avant le début des mesures. La prise d’aliments épicés ou autres
pouvant provoquer une transpiration importante doit être évitée. Le
stress psychique, pouvant lui aussi provoquer la transpiration, est
minimalisé par une information adéquate et la relaxation.
La PIE est extrêmement sensible à l’intégrité de la fonction barrière
de la couche cornée. Mais la fonction barrière est aussi dépendante
du contenu en eau de la couche cornée. Les relations entre la PIE et
l’hydratation sont à prendre en compte lorsque des situations
particulières sont rencontrées, par exemple chez le nouveau-né, chez
le sujet âgé ou chez les sujets présentant certaines maladies [5]. Il
importe enfin de savoir que certains composants de produits
dermatologiques peuvent avoir une influence sur les valeurs
mesurées. Par exemple, le propylène glycol peut conduire à des
valeurs de PIE surestimées, par suite de l’adsorption de ce composé
sur le matériel de la sonde [23]. Si les produits appliqués contiennent
de l’eau susceptible de s’évaporer au contact de la peau, ils peuvent
entraîner une fausse appréciation des valeurs, car cette évaporation
s’ajoute, pendant un certain temps, à la PIE sous-jacente.
Exemples d’application de la mesure
de la perte insensible en eau
FONCTION BARRIÈRE DE LA PEAU
Les travaux de Rougier [34] ou du groupe de Ponec [26], par exemple,
ont montré un lien étroit entre la PIE d’une part et la pénétration
cutanée de substances aussi diverses que l’acide benzoïque, l’acide
acétylsalicylique, la caféine ou le nicotinate d’hexyle. Cette relation
subsiste lors de certaines situations pathologiques [17].
STANDARDISATION DES ÉTUDES
DE PÉNÉTRATION IN VITRO
La PIE, mesurée in vitro sur la peau isolée, permet avantageusement
de contrôler l’intégrité de l’échantillon lors des études de pénétration
utilisant des cellules de diffusion de type Franz [25].
IRRITATION CUTANÉE
La PIE se montre particulièrement sensible à l’irritation cutanée
provoquée par certaines substances telles que les détergents [9, 38],
l’acide all-transrétinoïque [10, 12], les acides alpha-hydroxylés comme
l’acide glycolique [8], les enzymes des selles du nourrisson [2], ou les
dérivés de la vitamine D [7, 11].
ÉVALUATION DE PRODUITS TOPIQUES
La PIE peut être avantageusement employée à cet effet. Elle permet
de distinguer les différentes phases de changement que traverse le
produit après son application sur la peau, l’effet des substances
actives (par exemple des humectants) qui peuvent y être
incorporées, de mesurer avec précision le pouvoir occlusif de
l’excipient [13, 22], mais aussi d’évaluer l’effet de produits appliqués
dans un but thérapeutique sur des zones de peau lésées ou irritées,
à fonction barrière anormale, chez l’animal ou chez l’homme
[14, 15, 19-21, 24]. La composition de ces produits peut également être
optimisée à l’aide de ces modèles expérimentaux [24].
APPLICATIONS EN CLINIQUE
Pinnagoda et Tupker [29] présentent des exemples pertinents de
pathologies où la PIE permet un suivi médical amélioré :
– différents types d’inflammation cutanée ;
– contrôle et suivi de l’efficacité du traitement de la dermatite
atopique [1, 21, 36, 40] ; en particulier, il a été montré que l’amélioration
de la fonction barrière (mesurée par la PIE) allait de pair avec le
changement de l’absorption cutanée de l’hydrocortisone utilisée
pour le traitement des patients [36] ;
– psoriasis, ainsi que différents types d’ichtyoses ;
– cicatrisation des blessures, régénération de la peau brûlée ;
– suivi des nouveau-nés.
Cette liste reste succincte et le lecteur est invité à se reporter à la
publication de Pinnagoda et Tupker [29] pour une information plus
approfondie sur les applications cliniques de la mesure de la PIE.
20 22 24 26 28 30
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Température (°C)
PIE (g x m-2 x h-1)
TewamètreTm
ÉvaporimètreTm
2 Réponse de la perte insensible en
eau (PIE) de l’avant-bras en fonction
de la température ambiante mesurée
avec l’Évaporimètrey ou le Tewamètrey
(d’après [4]).
15
12
9
6
3
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Temps (min)
PIE g x m-2 x h-1
PIE mesurée
PIE modélisée
3 Réponse de la perte insensible en eau (PIE) à un changement brutal de l’humidité
relative ambiante (augmentation de 53 % à 89 % au temps t = 60 minutes) (d’après
Van Kemenade [37]).
Tableau I. – Perte insensible en eau (PIE) moyenne sur différents sites
anatomiques, mesurée avec un Tewamètret. Moyennes et déviations
standards de 16 volontaires [6].
Site anatomique PIE (g x m-2 x h-1)
Front 20,1 ± 4,8
Poitrine 10,7 ± 1,3
Abdomen 9,9 ± 1,8
Avant-bras (surface intérieure) 10,4 ± 3,1
Mollet 9,6 ± 1,8

Conclusion
La PIE reflète l’intégrité de cette barrière physiologique extrêmement
importante constituée par la couche cornée. Grâce à la mise sur le
marché d’appareils pratiques et précis, sa mesure est devenue facile.
D’importantes informations concernant différentes influences sur la
barrière cutanée peuvent être recueillies lors de tests en dermatologie,
pour évaluer le comportement et la sécurité des produits topiques en
cosmétologie, pour comparer la fonction barrière chez l’animal et chez
l’homme en dermatopharmacologie etc. Ces informations sont d’autant
plus significatives que la PIE reste la technique de mesure la plus
sensible pour détecter une irritation cutanée. Il est évident que l’un des
obstacles importants à l’utilisation courante de cette technique en
milieu hospitalier reste l’impérieuse nécessité d’effectuer les mesures
sous conditions environnementales standardisées.
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