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Aquaporation – ein neues Verfahren zur Verbesserung der Elastizität und Feuchtigkeit Seite 2 von 5 kommt zu Hauterkrankungen wie beispielsweise atopischer Dermatitis, Psoriasis, Rosacea, Akne, trockener und empfindlicher Haut oder auch zu einer vorzeitigen Hautalterung. Der Wassergehalt der Epidermis regelt Elastizität und Spannkraft der Haut. Wasser wird in dem hydrophoben Milieu des Stratum corneum durch die Substanzen des natürlichen Feuchtigkeitsfaktors (NMF) wie beispielsweise Glycerin, Harnstoff, Aminosäuren und Peptide gebunden. Für die Schutzfunktion der Hautbarriere ist die spezifische Lipidzusammensetzung von entscheidender Bedeutung. In den verschiedenen Hautschichten werden die Lipide durch Enzyme verändert. Für eine ausreichende Enzymaktivität sind Wasser und ein saurer pH-Wert in der Epidermis notwendige Voraussetzungen. Das intakte Stratum corneum stellt eine unüberwindbare Barriere für hydrophile Substanzen dar. Zahlreiche pharmazeutische und apparative Verfahren wurden entwickelt, um Substanzen durch die Schutzbarriere zu transportieren. Elektrischer Strom, Schall- und Lichtenergie versetzen die zähflüssige Lipiddoppelschicht in Schwingungen und verändern dadurch die Konsistenz und Durchlässigkeit der Membran. Geeignete Vehikel für den Transport über die Schutzbarriere sind Liposomen und Nanopartikel, deren Hüllen aus hautphysiologischen Phospholipiden besteht. In Liposomen werden hydrophile, in Nanopartikel lipophile Substanzen verkapselt. Bei Hautkontakt verbindet sich die Hülle mit den Lipiden des Stratum corneum und transportiert den Inhalt der Liposomen und Nanopartikel in tiefe Hautschichten. Aquaporine Alle lebenden Organismen müssen den Zu- und Abfluss von Wasser zu den Zellen regulieren, damit Funktion, Form und Größe der Zellen erhalten bleiben. Dafür sind spezielle Proteine zuständig, die als “Aquaporine“ bezeichnet werden. Aquaporine (AQP) sind Wasserkanäle, die von außen geregelt werden können, um den Wasserfluss in und aus der Zelle zu steuern. Die Tatsache, dass Wasser über Zellmembranen ausgetauscht werden kann, ist lange bekannt. Nach der Entdeckung der Lipiddoppelschicht in Plasmamembranen in den späten 1920er Jahren ging man von der einfachen Diffusion von Wasser durch die Zellmembran aus. In den 1970er Jahren wurde unter anderem von Arthur Solomon, Robert Macey und Alan Finkelstein aufgrund biophysikalischer Modelle die Existenz von spezifischen Wasserkanälen postuliert. Erst Anfang der 1990er Jahre gelang es der Arbeitsgruppe um Peter Agre, den gesuchten Wasserkanal zu identifizieren. Sie nannten dieses Protein dann Aquaporin-1 (AQP1). 2003 erhielt er für seine Forschungen auf dem Gebiet der Aquaporine den Nobelpreis für Chemie. Bis heute sind eine ganze Reihe von Aquaporinen beim Menschen, bei Tieren, Pflanzen und Bakterien identifiziert worden. Quellen: [Agre P. et al: Aquaporin water channels – from atomic structure to clinical medicine. J. Physiol. (2002) 542, 3-16. Agre P et al: Aquaporin water channels: molecular mechanisms for human diseases. FEBS Lett (2003) 555, 72-78. Burghardt, B: Distribution of aquaporin water channels AQP1 and AQP5 in the ductal system of the human pankreas. GUT (2003) 52, 1008-1016] Aquaporine sind integrale Membranproteine Alle bekannten Aquaporine weisen eine ähnliche Struktur und Aminosäurensequenz auf. Das AQP1 besteht aus einer Kette von 268 Aminosäuren. Diese bildet sechs Helices, welche die Membran durchspannen (integrales Membranprotein). Am Ende der Helix befindet sich eine charakteristische Struktur, bestehend aus drei Aminosäuren (Asparagin–Prolin–Alanin), die wesentlich zur Selektivität des Wasserkanals beiträgt. Der Kanal ist in der Mitte am engsten (0,3 nm), an den beiden Öffnungen beträgt der Durchmesser 2 nm. In Säugetieren sind 12 verschiedene Aquaporine bekannt. Die Wasserleitfähigkeit pro Kanal und Sekunde beträgt bis zu 3 x 10 9 Wassermoleküle. Das bedeutet, dass eine 10 x 10 cm 2 große Membran mit eingebetteten Aquaporinen einen Liter Wasser in ca. 7 Sekunden filtern kann. Quelle: [Farage MA. Textbook of Aging Skin, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010] Aquaporine sind hoch selektiv. Auf Grund des Engpasses in der Mitte des Kanals können keine größeren Teilchen als Wassermoleküle den Kanal passieren. Die hohe Effizienz der Aquaporine liegt darin begründet, dass sie die Wassermoleküle einzeln und geordnet durch den Kanal leiten und dabei die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Wassermolekülen zeitweise lösen. Der Durchtritt von Kationen, die kleiner als ein Wassermolekül sind, wird von positiv gelade- Kosmetik Konzept KOKO GmbH & Co.KG • D-42799 Leichlingen • Moltkestr. 25 • www.dermaviduals.com • Seite 2 von 5
Aquaporation – ein neues Verfahren zur Verbesserung der Elastizität und Feuchtigkeit Seite 3 von 5 nen Aminosäure-Resten im Inneren des Kanals verhindert. Der Wasserhaushalt von Zellen wird über den osmotischen Druck geregelt. Der Unterschied zwischen Diffusion und kanalvermittelter Permeabilität ist erheblich. Diffusion ist ein Prozess, der mit geringer Kapazität in beide Richtungen durch die Membran aller Zellen abläuft. Beim Vorhandensein von spezifischen Wasserkanälen kann das Wasser fast ungehindert in Richtung des osmotischen Gradienten wandern. Der Kanal arbeitet bidirektional, d.h. Wasser kann in beiden Richtungen durch den Kanal wandern. Während die Diffusion nicht blockiert werden kann, können unter anderem Quecksilberverbindungen die Aquaporine verschließen. Andererseits können bestimmte Substanzen wie Glycerylglucosid, Coffein und Theophyllin, aber auch ein osmotischer Stress von außen die Bildung von Aquaporinen stimulieren. In der Lipidmembran der Haut wurden ebenfalls Aquaporine nachgewiesen. Die Lipidschicht des Stratum corneum ist in ihrem Inneren wasserabweisend (hydrophob). Daher ist ihre Leitfähigkeit für Wassermoleküle sehr gering. Damit Wasser über die Lipidschicht in tiefe Hautschichten gelangen kann, muss freies Wasser entweder über spezifische Kanäle geleitet oder an hydrophilen Substanzen gebunden entlang der Desmosomenbrücken in die Epidermis transportiert werden. Der Wassergehalt der Epidermis wird durch die Substanzen des natürlichen Feuchtigkeitsfaktors (NMF) geregelt. Bei Barriereschäden kommt es zu einem vermehrten Wasserverlust (TEWL = transepidermaler Wasserverlust), der zu einer trockenen und empfindlichen Haut führt. Geeignete dermatokosmetische Produkte können den Feuchtigkeitsgehalt der Epidermis entscheidend verbessern, wenn sie die Transportmöglichkeiten von Wasser über die Aquaporine nutzen. Die Proteinfamilie der Aquaporine wird in so genannte einfache Aquaporine und Aquaglyceroporine unterteilt. Einfache Aquaporine sind reine Wasserkanäle. Aquaglyceroporine leiten zusätzlich kleine organische Moleküle wie Glycerin und Harnstoff. In der Haut scheint Aquaglyceroporin-3 eine besondere Rolle zu spielen. Hara et al. konnten zeigen, dass bei defektem Aquaporin-3 der Wasser- und Glycerintransport in die Epidermis gestört ist. Dadurch ist die Feuchtigkeit und Elastizität der Haut vermindert und Barrierestörungen werden nur verzögert repariert. Quelle: [Hara M et al. Glycerol replacement corrects defective skin hydration, elasticity and barrier function in aquaporin-3 deficient mice. Prog Natl Acad Sci USA (2003) 100, 7360- 7365] Die Aquaglyceroporine sind sehr wichtige Transportkanäle für Feuchthaltesubstanzen der Haut und sollten daher “Korneoporine“ genannt werden. Aquaporin-3 der Haut transportiert nicht nur Wasser, sondern auch Glycerin und Harnstoff in tiefere Hautschichten. Dadurch kommt es zu einer besseren Durchfeuchtung der Haut mit einer gesteigerten Aufnahmefähigkeit von Glycerin und Wasser aus kosmetischen oder dermatologischen Präparaten. Radiofrequenztherapie Die Radiofrequenztherapie nutzt die Diathermie (griechisch für Wärmedurchdringung), bei der Wärme im Körper mit Hilfe von hochfrequentem elektrischen Strom erzeugt wird. Dazu werden Elektroden auf die Haut aufgesetzt, die mit einer Hochfrequenzquelle verbunden werden. Eine Elektrode ist der Sender, die Gegenelektrode die Empfängerantenne. Die Radiowellen induzieren im Gewebe Wirbelströme, die zur Wärmeentwicklung führen. Der physikalische Vorgang der Erwärmung beruht auf der Erhöhung der inneren Energie des Gewebes. Die Ursache der Erwärmung sind Bewegungsanregungen der im Gewebe vorhandenen Wasserdipole. Durch die Erwärmung wird die Permeation auch von lipophilen Molekülen durch die Hautbarriere verbessert. Wie stark verschiedene Gewebe erwärmt werden, hängt von der Gewebezusammensetzung und der Permittivität (lat.: durchlassen) für elektrische Felder ab. Durch die Erwärmung wird die zähflüssige Lipidmembran der Haut fluidisiert und Kollagen- und Elastinfasern “geschrumpft“, so dass eine Faltenglättung zu beobachten ist. Durch die milde Wärmeentwicklung und die Stimulation der Fibroblasten in der Dermis werden Kollagen- und Elastinfasern neu gebildet. Für dermatokosmetische Behandlungen werden mono-, bi- und tripolare Radiofrequenzgeräte verwendet. Laut Hersteller sollen bi- und tripolare Geräte bessere Behandlungsergebnisse zeitigen, da die Hitzeentwicklung für den Patienten nicht so belastend sei. Aus physikalischer Sicht muss dieser Darstellung widersprochen werden. Bei bipolaren Geräten befinden sich die aktive Elektrode und die Antennenelektrode nebeneinander im Handstück. Zwischen beiden Elektroden breitet sich das Kosmetik Konzept KOKO GmbH & Co.KG • D-42799 Leichlingen • Moltkestr. 25 • www.dermaviduals.com • Seite 3 von 5
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