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Le PROPRIETA’ REOLOGICHE dei FILLER di ACIDO IALURONICO

da Dr. Andrea Armenti

Nel report 2018 dell’ ISAPS – International Society of Aesthetic Plastic Surgery – il trend (dal 2014 al 2018) delle procedure di medicina estetica legate ai filler di acido ialuronico è in forte aumento (+27,9%).

In questo articolo parleremo delle “fondamenta” dei filler di acido ialuronico: le loro proprietà reologiche (la reologia è la scienza che studia la deformabilità della materia dopo sollecitazioni). In rete ci sono decine e decine di pagine, professionali e non, dedicate a loro; tuttavia c’è grandissima confusione soprattutto sulle loro caratteristiche.


L’acido Ialuronico: partiamo dalle basi

Dal punto di vista chimico l’acido ialuronico è un polimero lineare (cioè è un filamento formato da una specifica coppia di molecole che si ripetono una dopo l’altra) [Figura 1], appartenente alla classe dei glicosaminoglicani . Il cosiddetto Peso Molecolare (misurato in kDa) non è altro che “il conteggio” del numero di queste coppie  ripetute. In generale nei filler il range utilizzato varia dai 500 ai 6000 kDa.

Figura 1 – la coppia delle due molecole | il ripetersi di questa coppia determina la formazione del filamento a catena dell’acido ialuronico.

E’ uno dei componenti fondamentali dei tessuti animali:  a livello della cute (ed in particolar modo nel derma) è presente sia in forma libera, sia unito alle proteine. Conferisce alla cute idratazione grazie alle sue capacità di trattenere l’acqua; tonicità grazie alle sue proprietà di aggregante della matrice extracellulare  (la sostanza “compattante” il derma). 

Una sua carenza determina un indebolimento “dell’impalcatura” della cute con conseguente riduzione di tono, idratazione e resistenza. Le basi per ciò che può essere considerata, secondo un canone puramente estetico, la “formazione delle rughe”.


Modificazione e Cross – Linkaggio dei filler

L’acido ialuronico libero non ha proprietà biomeccaniche. Cosa vuol dire? Vuol dire che è liquido. Non è un gel solido. Se venisse iniettato “sotto una ruga” per risollevarla, non si avrebbe nessun risultato; inoltre, essendo liquido sarebbe assorbito dal tessuto nel giro di poche ore.

Per questo motivo, l’acido ialuronico deve essere “trasformato” in gel: un gel in grado di “reggere il peso di un tessuto e sollevarlo” (nel caso di una ruga cutanea, ma anche nel caso di una articolazione deteriorata come quella del ginocchio). Il gel di ialuronico dei filler (quelli che vengono commercializzati e utilizzati come dispositivi medici) è creato attraverso processi industriali per acquisire PROPRIETA’ BIOMECCANICHE (Viscosità e Elasticità) e per INTEGRARSI nel TESSUTO (quello che in maniera semplicistica viene definito DURATA). 

In cosa consistono questi processi industriali?

Durante il processo di lavorazione si utilizza una sostanza chimica “legante”, anche detta cross-linkante (una delle più utilizzate è il BBDE) per creare dei legami (più o meno stabili) tra i filamenti di acido ialuronico. I filamenti legati tra loro diventano stabili, come una rete compatta, e il tutto diventa un gel solido. 

Facciamo ora un piccolo riassunto per ricapitolare il tutto:

  • Acido ialuronico libero: nessuna proprietà visco elastica, liquido al tatto, durata di poche ore. E’  utilizzato come iniettivo nella cosiddetta “biostimolazione”: essendo liquido, da solo uno stimolo e nel tessuto dove viene iniettato è assorbito rapidamente.
  • Acido ialuronico reticolato o cross-linked: proprietà visco – eleastiche tipiche – vari gradi di durezza o mordibezza – gelatinoso al tatto – durata variabile quantificata in mesi. E’utilizzato invece per integrarsi con i tessuti, dare loro “una forma” e “durare nel tempo”.

Cerchiamo di capire meglio il ruolo del cross- linkante

Ricordate i filamenti di acido ialuronico legati tra loro dal cross-linkante per avere delle proprietà visco-elastiche? Bene: ripartiamo da loro.

  • Se due filamenti di acido ialuronico non fossero legati tra loro, potrebbero vagare liberamente in ogni direzione: nell’insieme, la sostanza che avremmo sarebbe completamente liquida (tipo acqua).
  • Se i cross – linkanti si legano solo ad un filamento (e quindi non legano insieme i due filamenti) non creano nessuna rete ( tali legami nulli sono chiamati “legami pendant”) e i filamenti non legati tra loro potrebbero vagare liberamente in ogni direzione: nell’insieme, la sostanza che avremmo sarebbe completamente liquida (tipo acqua).
  • Se i filamenti fossero legati dal cross-linkante solo in un punto (ad esempio al centro) potrebbero comunque muoversi ai lati: nell’insieme, la sostanza che avremmo sarebbe semi -liquida, tipo lattigginosa.
  • Se invece fossero legati da molte molecole cross-linkanti (as esempio in tutta la lunghezza dei filamenti) non potrebbero muoversi: nell’insieme, la sostanza che avremmo sarebbe un gel. 

Pertanto il numero delle molecole cross-linkanti e il tipo di legame che formano (cioè legano i due filamenti di acido ialuronico o mneo) renderà il gel (il nostro filler) “morbido”, “denso” o ”duro”: più forti e numericamente alti saranno i legami maggiore sarà la rigidità e la durezza di un gel; al contrario, legami deboli e numericamente inferiori andranno a rendere il gel più morbido [Figura 2]

Figura 2

La Concentrazione di Acido Ialuronico nei Filler 

Naturalmente, non è importante solamente il grado e percentuale di cross – linkaggio. Esiste anche la concentrazione di acido ialuronico utilizzata (espressa in mg/ml). Se vi state chiedendo il perché, ve lo spiego con un semplice esempio.

  • Se avessimo 10 filamenti di acido ialuronico e 5 molecole cross-linkanti, ogni molecola di cross-linkante legherebbe i filamenti in coppie (ovviamente questo è un puro ragionamento esemplificativo), con il risultato di avere 5 “binari” legati da una sola molecola di cross-linkante: ogni “binario” avrebbe molta libertà di movimento e Il gel in questione sarebbe semi-liquido (quindi molto morbido).
  • Se invece avessimo solo 2 filamenti di acido ialuronico e 5 molecole di cross-linkante , le molecole unirebbero i due filamenti in vari punti lungo la loro lunghezza, rendendo “il binario” molto rigido: il gel in questione sarebbe al contrario molto duro.

Capito questo passaggio, si comprende bene che le proprietà del gel cambieranno in base al numero totale di filamenti (la cosiddetta concentrazione totale di acido ialuronico) e alla percentuale di filamenti legati (il numero effettivo di cross-linkante legato a due filamenti). La variazione della concentrazione di acido ialuronico e della concentrazione e tipologia di legame (legato o non legato) del cross-linkante è ciò che da al gel le cosiddette PROPRIETA’ VISCO – ELASTICHE.


Le proprietà Visco Elastiche dei Filler di Acido Ialuronico

Proviamo a fare un piccolo test per capire se i concetti sono chiari:

Scenario A 

Se un gel ha

1) Alta concentrazione di acido ialuronico

2) Alta concentrazione di molecole cross-linkanti

3) Alta percentuale di legami a binario tra i filamenti (cioè legati per bene uno con l’altro)

Come sarà questo gel? Morbido, Denso o Duro? Il gel in questione sarebbe Rigido e Duro!

Scenario B

Se un gel ha

1) Bassa concentrazione di acido ialuronico

2) Bassa concentrazione di molecole cross-linkanti

3) Bassa percentuale di legami a binario tra i filamenti (cioè scarsamente legati tra loro)

Come sarà questo gel? Morbido o Duro? Il gel in questione sarebbe Morbido.

Scenario MISTO A

Se un gel ha

1) Alta concentrazione di acido ialuronico

2) Alta concentrazione di molecole cross-linkanti

3) Bassa percentuale di legami a binario tra i filamenti (cioè scarsamente legati tra loro)

Come sarà questo gel? Morbido, Denso o Duro? Il gel in questione sarebbe Denso.

Scenario MISTO B

Se un gel ha

1) Bassa concentrazione di acido ialuronico

2) Bassa concentrazione di molecole cross-linkanti

3) Alta percentuale di legami a binario tra i filamenti (cioè scarsamente legati tra loro)

Come sarà questo gel? Morbido o Duro? Il gel in questione sarebbe a metà tra Morbido e Denso.

Scenario MISTO C

Se un gel ha

1) Alta concentrazione di acido ialuronico

2) Bassa concentrazione di molecole cross-linkanti

3) Bassa percentuale di legami a binario tra i filamenti (cioè scarsamente legati tra loro)

Come sarà questo gel? Morbido o Duro? Il gel in questione sarebbe Morbido


La VISCO-ELASTICITA’ è quindi quella proprietà conferita dal connubio tra grado di cross-linkaggio (ossia dalla tipologia e dalla quantità di legami fra i filamenti) e dalla concentrazione di acido ialuronico nel gel (dove la componente significativa è quella cross-linkata, non quella “libera”).

Le varie aziende producono varianti di gel cambiando questi parametri fondamentali: concentrazione di acido ialuronico e percentuale e grado di cross-linkaggio. In questo modo abbiamo gel con proprietà molto diverse tra loro: in termini di morbidezza|durezza, durata maggiore|minore, integrazione nel tessuto ottimale o meno.

Ora abbiamo posto le basi per capire meglio il tutto, facciamo un altro piccolo passo avanti e spieghiamo brevemente “i parametri più utilizzati” per quantificare le proprietà visco elastiche

  • Il modulo elastico – G’ (g prime): indica la capacità del filler di ritornare alla propria  forma originaria quando sottoposto a forze dinamiche. Più alto è il modulo elastico “più duro e compatto” sarà il gel.
  • La viscosità – G” (g secondo): la forza che lega insieme le particelle dell’acido ialuronico e indica la resistenza del filler alle forze dinamiche. In questo parametro potremmo anche definirlo come la coesività del gel, tuttavia a causa della mancanza di una tecnica di misurazione standardizzata, le opinioni scientifiche sono in conflitto.
  • il Tan delta: il rapporto tra G’ e G”

I gel non sono al 100% elastici o al 100% viscosi: sono sempre una percentuale di entrambe le caratteristiche, esattamente come è stato spiegato ampiamente nella descrizione del processo di costruzione industriale del gel.

  • 4. Lo swelling factor  – SwF:  la capacità del gel di idratarsi. Questo parametro è importante perché indica “quanta acqua richiama il gel una volta inserito nel tessuto”, e quindi è una misurazione “indiretta” di quanto quel tessuto “si gonfierà” nel post trattamento . In linea generale, più il G’ è alto, più il gel è duro e quindi compatto, MENO “si gonfierà”. AL contrario, più è basso il G’, più è mordibo e meno compatto il gel, più si gonfierà. Ovviamente questa è una indicazione molto generalizzata volta alla comprensione basica del fenomeno: non esistono dati clinici che colleghino Swelling factor e gonfiore post trattamento, perché i fattori che possono contribuire a determinare  il gonfiore dei tessuti possono essere tecnologie di cross-linkaggio proprietarie varie, tecniche di iniezione, qualità dei tessuti, etc.

Da quanto spiegato fino a questo punto, è chiaro che le informazioni sul tipo di gel  da utilizzare (in particolar modo la concentrazione e il tipo di cross-linkaggio), sono fondamentali nella scelta del TIPO di filler da utilizzare e sulla sua collocazione nel viso: Il medico che sceglie un determinato filler deve essere a conoscenza di queste basilari informazioni, perché è da loro che dipende la scelta giusta del filler. 

Ad esempio, se si deve trattare la zona sotto le palpebre si dovrà utilizzare un gel “morbido” (quindi con un grado e percentuale di cross-linkaggio bassi): è una zona delicata e con cute sottile; mettere un gel duro (e quindi con un grado e percentuale di cross-linkaggio alti) significherebbe creare dei noduli visibili. La conoscenza quindi del tipo di gel è fondamentale.


Se siete arrivati alla fine di questo articolo “sani e salvi”, consideratevi degli EROI, perché i concetti chiave che avete appreso sono in realtà difficilissimi. 

Spero di essere riuscito a colmare alcuni degli interrogativi più comuni e a soddisfare nel contempo esigenze conoscitive più sopraffini e specifiche, perché lo scopo di questo blog, attraverso i suoi articoli, è divulgare conoscenze specifiche rendendole comprensibili a tutti (..anche ai medici del settore, cosi se non avevano studiato prima, almeno si leggono “questo Bignami”).

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Fonte:

Jeffrey Kablik – Comparative Physical Properties of Hyaluronic Acid Dermal fillers Dermatol Surg 2009.35.302–312

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