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01.02.2016 | Hautalterung | Übersichtsartikel | Onlineartikel

Messverfahren der Hautalterung

aus: Der Hautarzt 2/2016

Zeitschrift:
Der Hautarzt

Autoren: M. Zieger, PD Dr. med. habil. M. Kaatz

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Abstrakt

Das Altern hat Einfluss auf die humane Haut und eine zunehmende Bedeutung bezüglich medizinischer, sozialer und ästhetischer Fragestellungen. Die Erfassung intrinsischer und extrinsischer Komponenten der Hautalterung erfordert verlässliche Messmethoden. Moderne Verfahren, z. B. basierend auf der direkten Abbildung, auf Spektroskopie oder hautphysiologischen Messungen, liefern ein breites Spektrum an Parametern für unterschiedliche Applikationen.
Die Lebenserwartung hat sich in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht, verbunden mit einem wachsenden Anteil älterer Menschen an der Gesamtbevölkerung. Damit verknüpft ist auch ein wachsendes Interesse an den Prozessen der Hautalterung, als Grundlage für die Entwicklung wirksamer Strategien ihr zu begegnen.
Dabei lassen sich 2 unterschiedliche Vorgänge zur Auslösung der Hautalterung unterscheiden. Die intrinsische Hautalterung ist v. a. genetisch bedingt bzw. wird über die Verkürzung der Telomere vermittelt. Diese Form der Hautalterung kann kaum beeinflusst werden und weist große individuelle Unterschiede auf. Die extrinsische Hautalterung wird dagegen durch exogene Noxen ausgelöst. Dabei hat die UV-Strahlung durch die vielfältigen Wirkungen ihrer einzelnen Wellenlängenanteile und ihr Potenzial einer Lichtschädigung die größte Bedeutung. Allerdings können auch Nikotin und andere Aspekte des persönlichen Lebensstils die extrinsische Hautalterung beeinflussen.
Klinisch zeigt sich die Hautalterung durch eine Verdünnung mit dem Verlust von Hautanhangsgebilden, aber auch der Ausbildung von Falten, aktinischen Keratosen oder Lentigines. Gleichzeitig verändern sich die Eigenschaften der Haut nachhaltig – mit einer nachlassenden Elastizität und einer erhöhten Verletzlichkeit. In den einzelnen Lebensdekaden stehen dabei jeweils unterschiedliche Prozesse im Vordergrund. Eine Beurteilung und Quantifizierung der Hautalterung muss deshalb zahlreiche Aspekte berücksichtigen, um eine objektive Bewertung zu ermöglichen.
Goldstandard in der Untersuchung der Haut ist weiterhin die histologische Aufarbeitung. Diese Untersuchungstechnik ist jedoch nicht beliebig oft wiederholbar und deshalb für kosmetische Fragestellungen nur bedingt geeignet. Klinische Scores [z. B. SCINEXA („score for intrinsic and extrinsic skin ageing“)] sind ebenfalls wichtige Hilfsmittel zur Beschreibung der in- und extrinsischen Hautalterung [ 54].
Durch die fortschreitende technische Entwicklung steht jedoch mittlerweile eine große Anzahl nichtinvasiver Untersuchungsmethoden zur Verfügung, die eine visuelle Beurteilung ergänzen und zahlreiche Aspekte einer histologischen Aufarbeitung ohne die Notwendigkeit einer Gewebeentnahme lassen. Diese bildgebenden Verfahren können durch hautphysiologische Messungen in ihrer Aussagekraft noch verbessert werden. Die Wahl der einzelnen Verfahren ist von der Fragestellung abhängig, da sie sich hinsichtlich ihrer Auflösung ebenso unterscheiden wie in der Erfassung spezifischer Eigenschaften. Direkte bildgebende Verfahren ermöglichen Informationen über die Zellmorphologie und den Gewebeaufbau der Haut, während eine andere Methodengruppe die physikalisch (bio)chemischen Parameter ermitteln. Zunehmend wird auch eine Kopplung verschiedener Verfahren bzw. eine dreidimensionale Beurteilung mit einem zunehmenden Erkenntnisgewinn möglich. Ein Beispiel ist die Entwicklung der hyperspektralen Bildgebung, die eine 2-D-Bilderzeugung mit einer spektralen Information jedes Bildpunktes kombiniert [ 34].

Direkte bildgebende Verfahren

Neben vergleichsweise einfachen und seit Langem in der Dermatologie etablierten Verfahren wie der fotografischen Dokumentation und der Dermatoskopie [ 5, 16] stehen verschiedene weitere Technologien zur Verfügung, die eine direkte Abbildung des Untersuchungsareals zur Beurteilung der Hautalterung liefern (Tab.  1).
Tab. 1
Bildgebende Methoden zur Untersuchung der Hautalterung
Methode
Auflösung lateral/vertikal
Eindringtiefe
Referenz
Sonographie
Frequenzabhängig: 20 MHz: 120 µm/80 µm
150 MHz: 30 µm/15 µm
< 1 cm
[ 37, 55]
MRI
15 µm/65 µm
> 1 cm
[ 49]
OCT
10–15 µm/5–10 µm
1–2 mm
[ 2]
HD-OCT
3 µm/3 µm
0,5 mm
[ 2]
CLSM
1,25 µm/5 µm
Ca. 250 µm
[ 15]
MPT/MPM
< 1 µm/1–2 µm
Ca. 250 µm
[ 24]
MRI Magnetresonanztomographie, OCT optische Kohärenztomographie, HD-OCT „high definition-OCT“, CLSM konfokale Laserscanningmikroskopie, MPT/MPM Multiphotonentomographie/Multiphotonenmikroskopie.

Hochauflösender Ultraschall

Die Verwendung von Schallwellen zur Visualisierung geweblicher Strukturen hat eine lange diagnostische Tradition. Allerdings sind die in der Routine etwa beim Lymphknotenultraschall oder bei Gefäßuntersuchungen verwendeten Frequenzen aufgrund ihrer beschränkten Auflösung für eine Untersuchung der Haut nur bedingt geeignet. Deshalb wurden Geräte mit einer höheren Frequenz entwickelt, die eine wesentlich höhere Auflösung besitzen. Regelmäßig wird dabei die 20-MHz-Sonographie eingesetzt, die für eine Bestimmung der Hautdicke geeignet ist [ 20, 46, 47]. Verschiedene Applikationsmöglichkeiten garantieren einen breiten diagnostischen Einsatz [ 20].
Bestimmung der Hautdicke durch 20-MHz-Sonographie
Neben der Hautdicke kann sich durch die Alterungsprozesse der Haut auch die Echogenität verändern, wie Waller und Maibach [ 56] nachweisen konnten.
Durch den raschen Bildaufbau und die einfache Handhabung ist der hochauflösende Ultraschall zudem als nichtinvasive In-vivo-Methode auch als Monitoringverfahren geeignet, wie in einer Untersuchung von Crisan et al. [ 7] gezeigt werden konnte. Die dreidimensionale Ultraschallmikroskopie erlaubt darüber hinaus die Darstellung von Mikrostrukturen (Talgdrüsen, Haarfollikel) in hoher Auflösung [ 27].

Optische Kohärenztomographie

Mit der optischen Kohärenztomographie („optical coherence tomography“, OCT) steht der Dermatologie ein schnelles, nichtinvasives Verfahren zur Visualisierung von Hautstrukturen zur Verfügung, das mit einer Eindringtiefe im Bereich von 1–2 mm zwischen den hochauflösenden mikroskopischen Verfahren [(Multiphotonentomographie (MPT)/Multiphotonenmikroskopie (MTM), konfokale Laserscanningmikroskopie (CLSM)] und der Sonographie angesiedelt ist (Tab.  1). Damit sind Untersuchungen der Epidermis in vivo bis hin zur mittleren Dermis möglich (Abb.  1). Auch die Auflösung dieser Technik liegt zwischen denen der mikroskopischen und der sonographischen Methoden (lateral 10–15 µm; axial 5–10 µm) [ 2]. Eine verbesserte Auflösung (ca. 3 µm) bei reduzierter Eindringtiefe erreicht die hochauflösende OCT („high definition-OCT“, HD-OCT) [ 2]. Weiterentwicklungen generieren Verbesserungen in der Visualisierung und im Handling [ 59].
Das zugrunde liegende physikalische Prinzip der OCT ist die Interferenz eines Referenzlichtstrahles mit dem in das untersuchte Gewebe ein- und davon wieder zurückgestrahlten Messstrahl [ 2]. Neben den etablierten dermatologischen Anwendungen der OCT zur Beurteilung nichtmelanozytärer Hauttumoren wird diese Technik zunehmend auch bei Fragestellungen der Hautalterung eingesetzt [ 36].
Gambichler et al. [ 11] führten Epidermisdickenbestimmungen bei insgesamt 83 Patienten in vivo mittels OCT durch. Dabei wurden insgesamt 6 verschiedene Körperregionen untersucht und die Patienten in 2 Altersgruppen (20 bis 40 Jahre vs. 60 bis 80 Jahre) eingeteilt. Die Epidermisdicke zeigte in dieser Untersuchung eine altersabhängige Abnahme an allen untersuchten Lokalisationen. Die mit dem Verfahren erhobenen Daten ließen sich auch bei wiederholten Messungen etwa zu verschiedenen Tageszeiten gut reproduzieren. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Männern und Frauen mit Ausnahme von Messungen im Bereich der Stirn [ 11].
In einer Pilotstudie an jeweils 20 Probandinnen in 3 Altersgruppen (20 bis 39 Jahre, 40 bis 59 Jahre, 60 bis 79 Jahre) dokumentierten Boone et al. [ 1] die Eignung der HD-OCT-Technik zur quanti- und qualitativen Analyse altersabhängiger Hautveränderungen in hoher Auflösung [ 1]. Durch Zusammenführung der erzeugten senkrechten Schnittbilder zur Generierung der horizontalen Schichtdarstellung (En-face-Darstellung) gelingt mit der Methode auch die Visualisierung der Oberflächentextur [ 1]. In der Studie wurde die intrinsische Alterung an nicht sonnenexponierter Lokalisation am Arm untersucht. Es wurden Veränderungen der dermalen Matrixfasern und eine mit dem Hautalter zunehmende Kompaktheit der Hautschichten nachgewiesen [ 1].
Weiterführende Untersuchungen von Tsugita et al. [ 52] an 116 japanischen Frauen in 11 Lokalisationen bestätigten die Abnahme der Epidermisdicke mit zunehmendem Alter für die meisten der Messareale. Nur im Bereich von Handrücken, Abdomen und Rücken wurde keine negative Korrelation nachgewiesen [ 52].
Systematische Untersuchungen durch Trojahn et al. (2015) haben weitere Parameter, die die epidermalen Dickenmessungen ergänzen können, analysiert. So wurden beispielsweise die Reflexivität des Stratum corneum und der oberen Dermis sowie der dermoepidermale Kontrast als geeignete Parameter zur Beurteilung der Hautalterung im OCT erkannt [ 50].

Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie („magnetic resonance imaging“, MRI) ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem Atomkerne durch statische und hochfrequente magnetische Felder phasensynchron angeregt werden. Die dabei entstehende Bewegung kann als Signal in Form einer Wechselspannung erfasst und visualisiert werden. Mit der Untersuchungsmethode lassen sich zahlreiche innere Organe beurteilen, insbesondere als Methode zur Beurteilung von „Weichgeweben“ ist die Methode gut geeignet. Durch die Standarduntersuchungstechnik konnten mit dem Verfahren bisher jedoch nur größere Tumoren der Haut sichtbar gemacht werden.
In einer Pilotstudie von Sharma [ 49] wurden mehrere Ex-vivo-Hautproben von Probanden in verschiedenem Lebensalter mit sog. „magnetic resonance microimaging“ untersucht und die Ergebnisse mit histologischen Untersuchungen und NMR („nuclear magnetic resonance“)-Spektroskopie korreliert. In allen Proben wurden die Epidermis- und Dermisdicke, aber auch die Größe der Haarfollikel gemessen sowie die Talgdrüsen dargestellt. Dabei ergab sich eine gute Korrelation in 6 (67 %) von 9 untersuchten Proben (18 bis 65 Jahre) insbesondere im Vergleich zur histologischen Aufarbeitung [ 49]. Weitere Untersuchungen müssen jedoch abgewartet werden, um die Methode als Messverfahren zur Beurteilung der Hautalterung endgültig bewerten zu können.

Konfokale Laserscanningmikroskopie

Die konfokale Laserscanningmikroskopie („confocal laser scanning microscopy“, CLSM) ist ein nichtinvasives Verfahren, bei dem jeweils ein kleines Fokusvolumen angeregt und das dabei reflektierte Licht bzw. die entstehende Fluoreszenz detektiert wird. Das nachfolgend entstehende Bild besitzt eine hohe Auflösung (lateral/vertikal: 1,25/5 µm) und Detailtreue (Abb.  2). Die vertikale Eindringtiefe dieser Methode ist ähnlich der MPT/MPM auf ca. 250 µm begrenzt und generiert oberflächenparallele Schnittbilder (Abb.  2; [ 53]).
Longo et al. (2013) haben 75 freiwillige Probanden in 4 Gruppen unterteilt und sich bei ihren Messungen am SCINEXA orientiert, einem Scoring-System, das verschiedene Aspekte der intrinsischen und extrinsischen Hautalterung beinhaltet. Daran angelehnt wurden für die Epidermis, die dermoepidermale Junktionszone und die Dermis insgesamt 10 konfokale Diskriminatoren bestimmt und mit dem SCINEXA sowie der Histologie verglichen. Die wichtigsten Unterschiede zeigten sich dabei in der Morphologie der Keratinozyten, die parallel zum Alter zunehmend Größenunterschiede aufweisen und insgesamt ein polymorphes Aussehen annehmen. Die in der jüngsten Alterskohorte zarten und zumeist linear ausgerichteten Fasern werden kompakter und weisen eine vermehrte Kräuselung auf – ein Aspekt der mit einer vermehrten Elastose gleichzusetzen ist. Gleichzeitig ließ sich insbesondere für die beiden gegensätzlichen Alterskohorten eine Abnahme der Epidermisdicke nachweisen. In Einzelfällen wurden die Ergebnisse auch mit der Histologie verglichen. Dabei ließen sich zahlreiche Übereinstimmungen zeigen [ 32].
Auf diesen Ergebnissen aufbauend, wurde in einer weiteren Arbeit ein Scoringsystem entwickelt, das sich aus 3 Einzelscores zusammensetzt, die jeweils mehrere unterschiedliche Diskriminatoren beinhalten [ 33].
  • Der epidermale Disarray-Score umfasst die Aspekte des irregulären Honigwabenmusters, der epidermalen Dicke und der Falten und stieg v. a. bei Probanden jenseits des 65. Lebensjahres stark an.
  • Zur Bildung des ebenfalls epidermalen Hyperplasie-Scores wurden der Grad einer fleckigen Pigmentierung, die polyzyklische Papillenbildung und ebenfalls die Epidermisdicke herangezogen. Dieser Score zeigte v. a. Unterschiede im jungen und mittleren Alter.
  • Der Kollagen-Score hat dagegen ausschließlich Form und Dicke der Kollagenfasern erfasst und die Spannbreite zwischen dünnen retikulären Fasern bis zur Kollagenverklumpung untersucht. Hier konnte ebenfalls ein positiver Trend mit dem Alter beobachtet werden [ 33].
In einer Untersuchung von Kutlu Haytoglu et al. [ 28] wurden bei 120 freiwilligen Probanden in verschiedenen Altersgruppen die Jochbeinregion sowie beide Seiten der Ohrläppchen untersucht, um damit ein sonnenexponiertes einem sonnengeschützten Areal gegenüberzustellen [ 28]. In den sonnenexponierten Arealen waren häufiger irreguläre Honigwabenmuster und polyzyklische Papillen zu beobachten. Zudem fanden sich gedrängte und grob strukturierte Fasern, eine Verdickung der Epidermis und eine stärkere Furchung. Demgegenüber zeigten die sonnengeschützten Areale dünnere retikuläre Kollagenfasern und statistisch eine signifikant höhere Zahl von Kollagenfasern [ 28].
Mondon et al. [ 40] untersuchten die extrazelluläre dermale Matrix und die dermoepidermale Junktionszone in 2 Untersuchungsgruppen. In einem breiten Altersspektrum (3 bis 72 Jahre) konnte eine signifikante Abnahme der Komplexität nachgewiesen werden. Die Tiefe der papillären Dermis und die Amplitude der Papillen nahmen deutlich ab [ 40].
Wurm et al. [ 61] haben alters- und vorrangig UV-induzierte Hautveränderungen untersucht. Insgesamt wurden 75 Probanden mit den Hauttypen I–III nach Fitzpatrick in 2 Altersgruppen (20 bis 30 und 50 bis 60 Jahre) beurteilt [ 61]. Es wurden jeweils die Dorsalseite und die Volarseite des Unterarmes untersucht. Als Zeichen der Hautalterung wurde ein Verlust der feinen Hautlinien beobachtet, gleichzeitig zeigten sich ein inhomogenes epidermales Honigwabenmuster, fleckförmig pigmentierte Keratinozyten/Melanozyten, polymorph begrenzte Papillen sowie eine abnehmende Dichte dünner Kollagenfasern, die zunehmend zur Verklumpung neigten. Insgesamt wurden 15 statistisch signifikante unterschiedliche Zeichen einer Hautalterung bzw. UV-Schädigung in der konfokalen Laserscanningmikroskopie identifiziert [ 61].
In einer Arbeit von Wheller et al. [ 58] wurden verschiedene nichtinvasive Untersuchungsverfahren vergleichend angewendet [ 58]. Dabei wurden 2 Gruppen unterschieden: ≤ 29 Jahre und eine Gruppe ≥ 59 Jahre. Es zeigte sich beim Vergleich der beiden Gruppen ein deutlicher Unterschied in der rhomboidalen Felderung der Hautlinien. Gleichzeitig wurden breitere Furchen bei den älteren Probanden bzw. in Bereichen einer aktinischen Schädigung nachgewiesen [ 58].

Multiphotonentomographie/-mikroskopie

Die nichtinvasive Multiphotonentomographie (MPT) respektive -mikroskopie (MPM) der Haut nutzt die Möglichkeit der Anregung endogener Fluorophore durch mehrere langwellige Photonen zur Autofluoreszenz (AF) für die Untersuchung in vivo. Die genutzten Anregungswellenlängen (typischerweise > 700 nm) und die auf 50 mW begrenzte Laserleistung reduzieren potenzielle Zell- und Gewebeschäden durch die Untersuchungstechnik. Zudem wird die notwendige Photonenflussdichte durch gepulste Laser (Pulsdauer < 100 fs) nur in einem eng begrenzten Volumen erreicht [ 62].
Mit der MPT/MPM sind Untersuchungen der Epidermis sowie der oberen Dermisschichten bis in eine Tiefe von ca. 250 µm in subzellulärer Auflösung (< 1 µm lateral, 1–2 µm axial) möglich [ 24]. Dabei kann auf eine zusätzliche Fluoreszenzmarkierung verzichtet werden.
Parallel können zur Autofluoreszenz auch die Fluoreszenzabklingzeit („fluorescence lifetime measurement“, FLIM) und die Frequenzverdopplung („second harmonic generation“, SHG) detektiert werden.
FLIM und SHG-Messungen ergänzen die Aussagen der AF bei der Beurteilung der intrinsischen und extrinsischen Hautalterung [ 29, 30, 58].
Insbesondere die elastischen und kollagenen Fasern der Dermis, deren Verhältnis und Beschaffenheit sich im Verlauf des Alters ändern, können durch die parallele Erfassung von AF und SHG durch die Verwendung spezieller Filtertechniken unterschieden werden. Während elastische Fasern eine starke AF zeigen, generieren kollagene Fasern ein intensives SHG-Signal (Abb.  3). Daraus konnten Lin et al. [ 31] einen altersabhängigen Index, den SAAID [SHG to AF aging index of dermis = SAAID = (SHG − AF)/(SHG + AF)], zur quantitativen Beschreibung der Faserqualitäten entwickeln [ 31].
Erste Untersuchungen von Koehler et al. [ 21] in vivo an 18 Probanden unterschiedlichen Alters belegten eine alterskorrelierte Abnahme im SAAID und die Möglichkeiten zur Charakterisierung der Hautalterung durch AF- und SHG-Messungen [ 21]. In einer weiterführende Studie konnten altersabhängige Charakteristika im Kurvenverlauf von AF, SHG und SAAID bei 30 hautgesunden Probanden (21 bis 82 Jahre) gezeigt werden [ 17]. In Abhängigkeit von der Hauttiefe wurden neben den typischen AF- und SHG-Eintrittspeaks an der Oberfläche des Stratum corneum, dem SHG-Peak der papillären Dermis und der Erhöhung des AF-Signals im Bereich der Basalzellschicht (Stratum basale) bei älteren Probanden eine charakteristische Abnahme des SHG-Signals unterhalb seines Maximums im Bereich der papillären Dermis sowie eine korrespondierende Abnahme des SAAID beobachtet. Dabei ist das SAAID-Maximum auf das Kollagen der Grenzzone zwischen dermoepidermaler Junktionszone und dem Gebiet der aktinischen Elastose zurückzuführen [ 17]. Bei jüngeren Probanden blieb dagegen das Verhältnis von elastischen und kollagenen Fasern in der oberen Dermis und damit der SAAID weitgehend konstant. Eine signifikante altersbedingte SAAID-Abnahme wurde für eine Hauttiefe von 150 µm nachgewiesen, die zwischen SHG-Peak und der maximalen Fokustiefe liegt [ 17].
In einer weiteren Studie untersuchten Koehler et al. [ 22] an 60 Patienten die Abhängigkeit des SAAID von der Sonnenexposition durch den Vergleich von Innen- und Außenseite des Unterarms. Die SAAID-Werte an der sonnenexponierten Außenseite des Unterarms waren in allen Altersgruppen niedriger als an der geschützten Arminnenseite. Signifikante Unterschiede ließen sich dabei v. a. bei älteren Probanden nachweisen (Männer: 74,7 ± 5,4 Jahre; Frauen: 71,9 ± 1,9 Jahre) [ 22].
Durch Puschmann et al. [ 45] wurde mit einem weiteren Score („elastin to collagen ratio“, ELCOR) ein ebenfalls auf AF und SHG beruhender Parameter zur Quantifizierung der Hautalterung auf Grundlage von Veränderungen der dermalen Matrix eingeführt [ 45]. In Untersuchungen konnten sie eine ELCOR-Erhöhung mit zunehmendem Alter und bei chronischer Sonnenexposition zeigen [ 45].
Mithilfe der MPT wurden durch Koehler et al. [ 23] ebenfalls die akuten, durch UVB bedingten Veränderungen der Haut an 10 Probanden, die mit einer erythematösen UVB-Dosis bestrahlt wurden, über einen Zeitraum von 72 h untersucht [ 23]. Dabei konnten typische Hautveränderungen wie ein Anstieg der Epidermisdicke, eine Zunahme der Pigmentierung und der epidermalen Pleomorphie sowie eine Spongiose nach UVB-Exposition nachgewiesen werden [ 23].
Wheller et al. [ 58] nutzten die Fluoreszenzlebensdauermessungen (FLIM) zur Charakterisierung der sonnenlichtbedingten Hautalterung [ 58]. Dabei wurde als Marker das Verhältnis von freiem und an Protein gebundenem Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP) genutzt, und es wurden Unterschiede zwischen junger, alter und sonnenexponierter Haut gefunden [ 58].
Decenciere et al. [ 8] entwickelten einen Algorithmus, der die automatisierte 3-D-Segmentation der Haut ermöglicht. Zur Validierung wurden jeweils 15 Probandinnen in 2 Altersgruppen (18 bis 25 Jahre vs. 70 bis 75 Jahre) in die Studie eingeschlossen. Mit der Untersuchungstechnik konnten deutliche Unterschiede insbesondere beim SAAID und der Epidermisdicke nachgewiesen werden [ 8].

Hautphysiologische Messverfahren

Biophysikalische Messverfahren sind seit Langem etabliert, um funktionelle Eigenschaften wie die Farbe der Haut, die Hydratisierung, die Barrierefunktion sowie Elastizität oder den Gehalt des Sebums zu erfassen. Viele dieser Methoden weisen eine Altersabhängigkeit auf und können zur Charakterisierung des aktuellen Zustandes der Haut beitragen.

Farbmessung (Chromametrie)

In einer aktuellen Untersuchung von Miyamoto et al. [ 38] wurden 108 Japanerinnen, die bei Einschluss in die Studie ein Alter zwischen 5 und 64 Jahren aufwiesen, mit zahlreichen nichtinvasiven Methoden untersucht [ 38]. Die Untersuchungen wurden 11 Jahre später wiederholt und verglichen. Dabei wurden die Hautfarbe, Hydration und die Barrierefunktion erfasst. Gleichzeitig erfolgte eine visuelle Analyse. Die Ergebnisse wurden zusammengefasst und eine Klusteranalyse durchgeführt. Aus den Ergebnissen wurde ein Score gebildet, der eine Einteilung in milde, dem jeweiligen Alter entsprechende und ausgeprägte Hautalterung erlaubte. Dabei gab es eine gute Übereinstimmung zwischen den optischen und den physikalischen Eigenschaften [ 38].
Farbmessverfahren wie die hyperspektrale Bildgebung („hyperspectral imaging“, HSI) kombinieren die bekannte 2-D-Bilderzeugung mit einer spektralen Information, die Einsatzmöglichkeiten in der Tumordiagnostik und Wundanalyse verspricht [ 3, 34] und für die zukünftig ebenfalls weitere Anwendungen bezüglich der Hautalterung zu erwarten sind.

Korneometrie

Mit dem Verfahren kann der Wassergehalt der Hornschicht (Stratum corneum) bestimmt werden. Die Bestimmung ist über die Messung von Kapazitätsänderungen möglich, da die Haut ein dielektrisches Medium darstellt. Das Messverfahren wurde in zahlreichen Studien, jedoch nie als alleinige Methode zur Beurteilung der Hautalterung eingesetzt. So haben Choi et al. [ 4] mehrere Parameter mithilfe der Korneometrie erhoben. Die Faltenparameter Sew und R3mr zeigen dabei eine negative Korrelation zum Hydratationslevel an [ 4].

Transepidermaler Wasserverlust

Die Bestimmung des transepidermalen Wasserverlustes („transepidermal water loss“, TEWL) dient der Beurteilung der Barrierefunktion der Haut. Mit 2 Feuchtigkeitssensoren und 2 Thermometern wird mit einem offenen Messkopf das Mikroklima über einer definierten Fläche bestimmt. Grundlage ist der durch Diffusion körpereigenen Wassers entstehende Druck.
Es besteht eine negative Korrelation zwischen TEWL und Alter
Messungen zum TEWL wurden bereits frühzeitig zur Untersuchung der Altersabhängigkeit eingesetzt [ 60]. So konnten Conti et al. [ 6] in einer Studie mit 93 Probanden verschiedener Altersgruppen die Ergebnisse von Wilhelm et al. [ 60] bestätigen und eine negative Korrelation zwischen TEWL und Alter zeigen [ 6]. Eine Metaanalyse durch Kottner et al. [ 25] unterstützt diese Resultate [ 25].

Sebumetrie

Die Sebumproduktion ist ebenfalls ein hautphysiologischer Parameter, der eine Altersabhängigkeit aufweist. Insbesondere in der Pubertät steigert sich die Sebumproduktion durch eine hormonelle Umstellung. Später nimmt der Sebumgehalt der Haut wieder ab, wie schon in der Studie von Conti et al. [ 6] gezeigt wurde [ 6]. In einer aktuellen Studie an 300 gesunden Männern und Frauen (20 bis 74 Jahre) wurde bei Männern eine höhere, altersunabhängige und bei Frauen eine mit dem Alter abnehmende Sebumproduktion nachgewiesen [ 35].

pH-Wert der Haut

Traditionell wird auch der pH-Wert der Hautoberfläche als leicht zugänglicher hautphysiologischer Parameter zur Charakterisierung der Haut verwendet. Altersabhängig wurde in verschiedenen Studien eine pH-Zunahme gezeigt ([ 48], [ 51]).

Cutometrie

Die Cutometrie kann zur Quantifizierung des altersabhängigen Verlustes an Elastizität der Haut eingesetzt werden. Mithilfe einer auf die Haut aufgesetzten Sonde, die durch Unterdruck die Haut ansaugt, kann über einen Sensor die Stabilität bzw. Elastizität des Hautareals gemessen werden.
Durch Krueger et al. [ 26] wurden 120 Probandinnen im Alter von 18 bis 65 Jahren in 4 Altersgruppen eingeteilt und an 5 Lokalisationen mithilfe eines Cutometers untersucht [ 26]. Die Arbeitsgruppe nutzte verschiedene Parameter („ratio of elastic recovery to distensibility“, „gross elasticity“) zur Beschreibung der mechanischen Hauteigenschaften und korrelierte sie mit dem Hautalter [ 26].
Die viskoelastischen und elastischen „recovery ratios“ waren linear korreliert mit dem Alters-Pearson’s-Korrelation-Koeffizient zwischen dem Alter und den Cutometer-Parametern.
Das Alter war positiv korreliert mit der Fluidität und negativ korreliert mit der elastischen „recovery ratio“ (R7). Gleichzeitig ergab sich eine definierte lineare Verbindung zwischen Alter und R7 („regression formula“: R7 = − 0,034 × age + 0,65) [ 4].

Profilometrie/Topometrie/3-D-Bildgebung

Insgesamt wurden 100 Probanden im Alter ab 30 Jahren im Bereich des Handrückens untersucht, und dabei wurde die Anzahl der Grids (Raster/Gitter: ein Texturparameter) erfasst. Die Messungen erfolgten sowohl manuell als auch automatisch – mit einem vergleichbaren Ergebnis. Der automatisch gemessene Wert korrelierte negativ mit dem Alter, während sich der Beagley-Gibson-Score von 3 auf 6 erhöhte [ 12].
Bei insgesamt 180 Probanden eines australischen Kollektivs im Alter zwischen 18 und 83 Jahren wurden aktinische Veränderungen und die Faltentiefe im Gesichtsbereich bestimmt. Dazu erfolgte eine digitale Untersuchung (Visia Analysis System, Canfield Scientific, Fairfield, NJ, USA) zur Bestimmung der Hyperpigmentierung und der Falten. Gleichzeitig wurde mittels eines Fragebogens die Anzahl der Sonnenstunden erfasst [ 19].
In der Untersuchung zeigte sich eine nichtlineare Beziehung zu der Lebenszeit. Die Haut jüngerer Teilnehmer unter 50 Jahren zeigte sich dabei empfindlicher als die Haut im höheren Lebensalter [ 19].
In 2 doppelblinden Studien wurde die Wirksamkeit von Anti-Aging-Produkten (Carnosine, Pal-KT, Pal-KTTKS, Carnosine) überprüft. Insgesamt haben an den beiden Studien innerhalb des Projektes 77 Probandinnen im Alter zwischen 30 und 70 Jahren teilgenommen. Mit einer standardisierten Methode zur 3-D-Bildgebung wurden die mittlere Rauigkeit (Ra) und der Durchschnitt der maximalen Rauigkeit (Rz) erfasst. Eine Kontrolle nach 4 Wochen zeigte eine deutliche Verbesserung dieser Parameter. Insgesamt zeigten sich in der Krähenfußregion der lateralen Augenwinkel eine zunehmende Weichheit und eine reduzierte Faltentiefe [ 18].
Zudem sind verschiedene Verfahren zur topografischen Bestimmung der Hautoberflächenstruktur etabliert worden. So werden neben FOITS („fast optical in vivo topometry of human skin“) und anderen direkten Messungen an der Haut [ 9, 44] auch die Möglichkeiten einer Reliefvermessung durch Abformungen (Replica) der Oberfläche (Visioline® bzw. Skin-Visiometer®, Courage + Khazaka electronic GmbH) genutzt.
Wichtige Parameter der Hautalterung sind die Stabilität und Festigkeit.
Bisher wurde noch keine Methode entwickelt, die diese Parameter evaluieren kann. Mit einem neu entwickelten System (Magic Ring®) wurden die Hautlinien des Gesichtes und ihre Ausrichtung untersucht. Daraus wurde der sog. Ageless-Vector gebildet und mit einer visuell und mechanisch erfassten Hautfestigkeit (R5) verglichen. Gleichzeitig wurde eine Veränderung des Parameters nach 14-tägiger Applikation eines Moisturisers untersucht. Es zeigte sich eine gute Korrelation zwischen allen 3 Parametern [ 39].

Raman-Spektrometrie

Bei der Bestrahlung von Gewebe mit monochromatischem Licht kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den elektromagnetischen Lichtwellen und den Gewebemolekülen. Die inelastische Streuung des eingestrahlten Lichtes generiert dabei ein charakteristisches Raman-Spektrum, das Aussagen zur molekularen Zusammensetzung der Probe und somit auch der Haut erlaubt. Erste Studien mittels Raman-Spektrometrie lieferten bereits Hinweise zu altersbedingten Unterschieden in der Proteinkonformationen in der Haut [ 57]. Gniadecka et al. [ 13] konnten an 10 Probanden im Alter von 74 bis 87 Jahren und 10 Probanden zwischen 22 und 29 Jahren die Effekte chronologischer (intrinsischer) und durch UV-Exposition induzierter Hautalterung nachweisen. In der gealterten und insbesondere in der lang andauernd sonnenexponierten Haut konnten Veränderungen in der Proteinkonformation gezeigt werden, die mit einer zunehmenden Proteinfaltung und verringerten Wasserbindungsfähigkeit korreliert waren ([ 13], [ 57]). González et al. [ 14] dokumentierten den Zusammenhang zwischen Raman-Spektrum und dem chronologischen Alter sowie mit der aktinischen Elastose und dem Kollagengehalt in einer Studie an 21 Probanden (32 bis 81 Jahre) durch Korrelation mit klinischen und histologischen Untersuchungen [ 14].
Weitere Untersuchungen mittels Raman-Mikrospektrometrie dienten der Suche nach spektralen Markern zur Charakterisierung des Hautalters und der Kollagenstruktur [ 10, 41]. Einen vergleichbaren Ansatz wählten Pezzotti et al. [ 43], die Informationen zur Proteinfaltung und den Lipidstrukturen zur Altersbestimmung herangezogen haben [ 43].

Fourier-Transform-Infrarot (FTIR)-Spektrometrie/FTIR-Mikroimaging

Mit einer auf Vibration beruhenden Technik kann die Orientierung von Kollagenfasern erfasst werden. Dabei wird die Aufnahme von Infrarot in der zu untersuchenden Probe gemessen. In einer Studie von Nguyen et al. [ 42] wurden bisher jedoch ausschließlich Biopsien untersucht und die Ergebnisse mit einer SHG-Messung verglichen.

Schlussfolgerung

Neben den physiologischen Funktionen als Schutzorgan vor physikalischen, chemischen oder mikrobiellen Einflüssen hat die Haut auch eine entscheidende Bedeutung für unsere Außenwahrnehmung. Gleichzeitig vollziehen sich während unseres Lebens tiefgreifende strukturelle Veränderungen am Hautorgan, die sowohl seine Eigenschaften als auch sein Aussehen nachhaltig verändern.
Um diese Prozesse zu objektivieren, steht eine Vielzahl verschiedener Methoden zur Verfügung. Jede dieser Methoden kann jedoch nur Teilaspekte der Hautalterung erfassen, sodass die Verfahren für die spezifischen Fragestellungen ausgewählt werden müssen. Eine Vielzahl etablierter sowie neuer, innovativer Technologien wird zunehmend in der Dermatologie zur Diagnostik schwerwiegender Erkrankungen, wie z. B. Hauttumoren oder Wundheilungsstörungen, für wissenschaftliche, aber zunehmend auch für kosmetisch-ästhetische Fragestellungen eingesetzt. Bildgebende Verfahren erreichen dabei eine immer höhere Auflösung, die zum Teil einer histologischen Beurteilung nahekommt (CLSM, MPT). Auch die OCT und die Hochfrequenzsonographie haben durch eine einfache Handhabung und verbesserte Eigenschaften eine zunehmende Bedeutung in der Beurteilung von altersbedingten Hautveränderungen. Ergänzt werden diese Methoden durch hautphysiologische bzw. physikalisch (bio)chemische Verfahren, die weitere Parameter zur Hautbeurteilung liefern.
Neben rein kosmetischen Anwendungen können die gewonnenen Daten zum Hautalter bzw. den durch exogene Noxen hervorgerufenen Schädigungen aber auch Hinweise für den Schutz exponierter Hautareale, die beispielsweise hinsichtlich arbeitsmedizinischer Maßnahmen von Bedeutung sind, ergeben.

Fazit für die Praxis

  • Im Laufe des Lebens kommt es zu tief greifenden strukturellen Veränderungen an der Haut.
  • Die Erfassung intrinsischer und extrinsischer Komponenten der Hautalterung erfordert verlässliche Messmethoden.
  • Bildgebende Verfahren erreichen eine immer höhere Auflösung, die zum Teil einer histologischen Beurteilung nahekommt.
  • Außerdem kommen hautphysiologische bzw. physikalisch (bio)chemische Verfahren zur Beurteilung der Haut zum Einsatz.

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt

M. Zieger und M. Kaatz geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.
Literatur