Beeinflussung der natürlichen Feuchthaltefaktoren der Haut durch Kosmetika und Untersuchungen zum Juckreiz

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1 Beeinflussung der natürlichen Feuchthaltefaktoren der Haut durch Kosmetika und Untersuchungen zum Juckreiz DISSERTATION zur Erlangung des Doktorgrades des Fachbereiches Chemie der Universität Hamburg aus dem Institut für Biochemie und Lebensmittelchemie -Abteilung Lebensmittelchemieder Universität Hamburg vorgelegt von Dörte Häntschel aus Perleberg Hamburg 1998

2 Danksagung Abstract Abkürzungsverzeichnis Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Inhaltsverzeichnis I III V XIII 1 Einleitung Aufbau und Funktion der menschlichen Haut Die Hautoberfläche Juckreiz Das Juckreizsymptom Die neuronale Vermittlung des Juckreizes Juckreizmediatoren - die Bedeutung des Histamins Potentielle Beteiligung von Stickstoffmonoxid am molekularen Mechanismus der Juckreizvermittlung Experimentelle Juckreizauslösung 6 Natürliche Feuchthaltefaktoren der Haut 7 Feuchthaltefaktoren und Juckreiz 7 Herkunft ausgewählter NMF-Komponenten 8 Harnstoff 8 Lactat 8 Aminosäuren 8 Urocaninsäure 9 Gewinnung von NMF-Komponenten 10 Topisch applizierte Wirkstoffe 10 Therapeutische Harnstoff-Anwendung 10 Therapeutische Lactat-Anwendung 11 Problemstellung Methoden Probanden 14 Experimentelle Auslösung von Juckreiz 14 Physikalische Stimulation der Haut 14 Mechanische Stimulation der Haut 14 Berührung der Hautoberfläche 14 Vibration 15 Elektrische Stimulation der Haut 15 Chemische Juckreizauslösung durch Histamm 16 Aufbau und Prinzip der Histamin-Iontophorese 16 Optimierung des Iontophoreseprotokolls 18 Optimierung der Histaminkonzentration 19 Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit der Empfindung und der Durchblutung 19 Auswertung des Histamin-induzierten Juckreizes 19 Quantitative Bestimmung der NMF-Komponenten 20 Harnstoff-Bestimmung : 20 VII

3 2.3.2 Lactat-Bestimmung Aminosäure-Bestimmung Derivatisierung der Aminosäuren Wahl der Derivatisierungsreagenzien Derivatisierung mit FMOC-Cl i Derivatisierung mit OPA Reversed phase (RP)-HPLC mit Fluoreszenzdetektion Trennung von FMOC-Aminosäurederivaten Trennung von OPA-derivatisierten Aminosäuren Urocaninsäure-Bestimmung Gewinnung von NMF-Komponenten Gewinnung der NMF-Komponenten des Str.corneum Wäßrige Sfr.comeKm-Extrakte Prinzip der Gewinnung und Aufbewahrung wäßriger Str.corneum-Extrakte Optimierung der Extraktionszeit Aufbewahrung wäßriger Str.comeam-Extrakte Einfluß von TESA-Stripping Einfluß einer Ethylether-Vorbehandlung Gewinnung wäßriger Str.comeum-Extrakte von behaarten Körperarealen Gewinnung von Aminosäuren aus Hautschuppen Gewinnung von NMF-Komponenten aus dem Schweiß Biophysikalische Meßparameter Bestimmung der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Bestimmung des TEWL Bestimmung der Hautschuppigkeit (D-Squames) Bestimmung des Haut-pH-Wertes Bestimmung der Hautdurchblutung mittels Laser-Doppler-Imaging (LDI) Histamin-Iontophorese in Abhängigkeit biologischer Parameter Vergleich verschiedener Alterskollektive Histamin-Juckreizschwelle in Abhängigkeit der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Anwendung von NO-Synthase-Inhibitoren Penetration von NO-Synthase-Inhibitoren Einfluß eines NO-Synthase-Inhibitors auf den Histamin-induzierten Juckreiz Vergleichende Untersuchungen zu NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Vergleich verschiedener Körperareale hinsichtlich der NMF-Komponenten des Str.corneum und des Schweißes Vergleich von Unterarmarealen hinsichtlich der NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit Vergleich verschiedener Hautzustände hinsichtlich der NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Untersuchung des Einflusses von Hautreinigung auf die NMF-Komponenten und biophysikalische Hautparameter Bestimmung des Verlustes von NMF-Komponenten durch Hautreinigung mit einem Duschgel Bestimmung des Verlustes von Harnstoff und Lactat in Abhängigkeit vom Hautreinigungsprodukt 37 VIII Methodenentwicklung Experimentelle Auslösung von Juckreiz Physikalische Stimulation der Haut Mechanische Stimulation der Haut Elektrische Stimulation der Haut Chemische Juckreizauslösung - die Histamin-Iontophorese Empfindung und Hautreaktionen nach Anwendung der Histamin-Iontophorese Optimierung der Iontophoreseparameter Reproduzierbarkeit der Empfindung Reproduzierbarkeit der Durchblutung (Flux) Quantifizierung der NMF-Komponenten Harnstoff-, Lactat- und Urocaninsäure-Bestimmung Aminosäure-Bestimmung Auftrennung FMOC-Cl-derivatisierter Aminosäuren Auftrennung OPA-derivatisierter Aminosäuren Gewinnung von NMF-Komponenten - wäßrige Str. corneum-exiiakte Einfluß der Extraktionszeit Aufbewahrung wäßriger S'/r.co/'newm-Extrakte Einfluß von TESA-Stripping Einfluß einer Ethylether-Vorbehandlung Gewinnung von Aminosäuren aus Hautschabsein Untersuchungen zur Regeneration von NMF-Komponenten nach Hautreinigung 37 Bestimmung des Harnstoffverlustes des Str.corneum unter Einsatz Harnstoffsupplementierter Hautreinigungsprodukte 38 Untersuchung zum Harnstoffgehalt der Kopfhaut nach Anwendung Harnstoffhaltiger Haarshampoos 38 Bestimmung des Lactatverlustes des Str.corneum unter Einsatz Lactat-supplementierterHautreiniguhgsprodukte 38 Untersuchung des Einflusses der Anwendung verschiedener Hautreinigungsprodukte mit Variationen im Harnstoff- und Lipidgehalt auf biophysikalische Hautparameter und den Harnstoffgehalt des Str.corneum 39 Bestimmung des Einflusses topisch applizierter Wirkstoffe auf NMF- Komponenten und biophysikalische Hautparanieter 39 Bestimmung des Einflusses von Harnstoff-haltigen Pflegeprodukten auf die Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) und den Harnstoffgehalt des Str.corneum 39 Bestimmung des Einflusses von Harnstoff-haltigen Pflegeprodukten auf das Aminosäurespektrum wäßriger Str.corneum-Exttakte 40 Bestimmung des Einflusses semiokklusiver Aluminium-Chlorohydrat (ACH)- Applikationen auf die NMF-Komponenten und die Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) 40 Nachweis der Verminderung der Schweißdrüsenaktivität durch ACH-Applikation 40 Untersuchungen zur Regeneration von NMF-Komponenten nach Hautreinigung unter dem Einfluß einer verminderten Schweißdrüsenaktivität 40 Beeinflussung der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) und der NMF-Komponenten 41 Bestimmung des Einflusses einer Lactat-haltigen Creme auf biophysikalische Hautparameter und NMF-Komponenten 41 Statistik 42 Ergebnisse 43 Histamin-Iontophorese in Abhängigkeit biologischer Parameter 55 IX

4 3.2.1 Juckreizschwelle in Abhängigkeit vom Lebensalter Juckreizschwelle in Abhängigkeit von der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) NO-Synthase-Inhibitoren und Juckreiz Penetration von NO-Synthase-Inhibitoren in die Dennis Einfluß eines NO-Synthase-Inhibitors auf den Histamin-induzierten Juckreiz Vergleichende Untersuchungen zu NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) NMF-Komponenten - Vergleich verschiedener Körperareale NMF-Komponenten des Str.corneum NMF-Komponenten des Schweißes Vergleich der NMF-Komponenten des Str.corneum und des Schweißes Vergleich von Unterarmarealen hinsichtlich der NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Vergleich der NMF-Gehalte (nmol/ml) und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Vergleich der prozentualen Aminosäuregehalte Vergleich verschiedener Hautzustände hinsichtlich der NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Einfluß von Hautreinigung auf die NMF-Komponenten und biophysikalische Hautparameter Verlust von NMF-Komponenten durch Hautreinigung mit einem Duschgel Verlust von Harnstoff und Lactat in Abhängigkeit vom Hautreinigungsprodukt Regeneration von NMF-Komponenten nach Hautreinigung Einsatz Harnstoff-supplementierter Hautreinigungsprodukte Anwendung Harnstoff-haltiger Haarshampoos Einsatz Lactat-supplementierter Hautreinigungsprodukte Beeinflussung biophysikalischer Hautparameter und des Hamstoffgehaltes des Str.corneum durch Anwendung verschiedener Hautreinigungsprodukte mit Variationen im Harnstoff- und Lipidgehalt Einfluß topisch applizierter Wirkstoffe auf NMF-Komponenten und biophysikalische Hautparametcr Anwendung Harnstoff-haltiger Cremes Einfluß der Anwendung Harnstoff-haltiger Cremes auf die Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Einfluß der Anwendung Harnstoff-haltiger Cremes auf den Harnstoffgehalt des Str.corneum Einfluß der Anwendung Hanistoff-haltiger Cremes auf die prozentualen Aminosäuregehalte wäßriger Sfr.corneum-Extrakte Verminderung der Schweißdrüsenaktivität durch ACH-Anwendung Regeneration der NMF-Komponenten nach Hautreinigung unter dem Einfluß einer verminderten Schweißdrüsenaktivität Hautfeuchtigkeit (Comeometrie) unter dem Einfluß einer Verminderung der Schweißdrüsenaktivität mit verschiedener ACH-Konzentrationen NMF-Komponenten unter dem Einfluß einer Verminderung der Schweißdrüsenaktivität mit verschiedener ACH-Konzentrationen Vergleich der NMF-Gehalte (nmol/ml) Beeinflussung des Aminosäurespektrums Anwendung einer sauren 12 %-Lactat-haltigen Creme im Vergleich zu einer Lactat-freien Creme Beeinflussung der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) Beeinflussung des Haut-pH-Wertes 86 X Beeinflussung des Lactatgehaltes des Str.corneum 88 Beeinflussung der Aminosäuren des Str.corneum 88 Beeinflussung des Urocaninsäuregehaltes des Str.corneum 92 Korrelations-Untersuchungen zu NMF-Komponenten bzw. biophysikalischen Hautparametern 92 Korrelation zwischen den NMF-Komponenten des Str. corneum 92 Korrelation zwischen NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) 95 Korrelation zwischen Lactatgehalt der Haut und dem Haut-pH-Wert 97 Diskussion 99 Methodenetablierung 99 Experimentelle Auslösung von Juckreiz 99 Gewinnung und Quantifizierung von NMF-Komponenten 102 Histamin-Iontophorese in Abhängigkeit biologischer Parameter 104 Vergleich der NMF-Gehalte und der Hautfeuchtigkeit verschiedener Hautareale 106 Beeinflussung der NMF-Komponenten durch Hautreinigung 110 Topisch applizierte Wirkstoffe 113 Herkunft der einzelnen NMF-Komponenten aus dem Schweiß oder dem Proteinabbau im Str.corneum 118 Korrelationsuntersuchungen 121 Zusammenfassung 122 Literaturverzeichnis 124 Anhang 134 Geräte und Software 134 Chemikalien und Verbrauchsmaterial 134 Puffer und Lösungen 137 Arbeitsvorschriften 139 Harnstoff-Bestimmung 139 Lactat-Bestimmung 139 Derivatisierung der Aminosäuren 140 Derivatisierung mit FMOC-CL 140 Derivatisierung mit OPA 140 Meßbedingungen der RP-HPLC 141 Analytik OPA-2-Mercaptoethanol-derivatisierter Aminosäuren 141 Analytik von Urocaninsäure 142 Probandentests.*. 142 Histamin-Iontophorese 142 Gewinnung wäßriger Str. corneum-extrakte 142 Hautreinigung 143 XI

5 7.6.4 Cremeanwendung Applikation von ACH Tabellen Methodenentwicklung Histamin-Iontophorese Gewinnung von NMF-Komponenten Histamin-Iontophorese in Abhängigkeit biologischer Parameter Juckreizschwelle in Abhängigkeit des Alters und der Hautfeuchtigkeit Juckreizschwelle unter Einfluß eines NO-Synthase-Inhibitors Vergleichende Untersuchungen zu NMF-Komponenten und der Hautfeuchtigkeit Str.corneum-Extiakte und Schweiß verschiedener Körperareale Verschiedene Unterarmareale an zwei verschiedenen Meßtagen Vergleich verschiedener Hautzustände Originaldaten zur Hautreinigung Verlust von Harnstoff, Lactat und Aminosäuren durch Hautreinigung mit einem Duschgel Verlust von Harnstoff und Lactat in Abhängigkeit verschiedener Hautreinigungsprodukte Regeneration von NMF-Komponenten nach Hautreinigung mit einem Duschgel Anwendung Harnstoff-supplementierter Hautreinigungsprodukte Anwendung eines Harnstoff-supplementierten Haarshampoos Anwendung Lactat-supplementierter Hautreinigungsprodukte Einfluß einer 7-tägigen Anwendung verschiedener Hautreinigungsprodukte auf biophysikalische Hautparameter und den Harnstoffgehalt Originaldaten zur Anwendung topisch applizierter Wirkstoffe Anwendung Harnstoff-haltiger Pflegeprodukte Semiokklusive ACH-Applikation - Schweißdrüsenaktivität und NMF-Komponenten nach Hautreinigung Einfluß einer mehrmaligen semiokklusiven Applikation von unterschiedlich konzentrierten ACH-Lösungen auf die Hautfeuchtigkeit (Corneometrie) und die NMF- Komponenten Topische Applikation Lactat-haltiger Pflegeprodukte im Vergleich zu einem Produkt aufstearatbasis ; Chromatogramme Entsorgung der eingesetzten Chemikalien und Einwegartikel 204 XII