DE19606025C2 - Verfahren und Vorrichtung zur in vivo-Bestimmung optischer Strahlung innerhalb und unterhalb der Epidermis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die quantitative Bestimmung der Intensität und der spektralen Verteilung optischer Strah­ lung innerhalb und unterhalb der Epidermis.

Zu diesem speziellen Anwendungsfeld ist aus der Literatur bekannt, daß gegenwärtig die Erythembildung bzw. die daraus abgeleiteten Größen. Licht- oder Sonnenschutz­ faktor, als alleiniges Maß zur Charakterisierung der Wirk­ samkeit von Sonnenschutzmitteln herangezogen werden. Es ist ferner bekannt, daß bei Einwirkung von optischer Strahlung weitere strahlungsbedingte Schädigungen, z. B. Hautalterung, Tumorinitiierung oder -auslösung, sowie Immunsuppression, auftreten. In der Literatur wird die Schutzwirkung von Sonnenschutzmitteln, insbesondere in bezug auf die Fähigkeit das Immunsystem zu schützen, kontrovers diskutiert. Es sind Ergebnisse über Unter­ suchungen am Immunsystem und über statistische Vergleiche publiziert, die auf eine fehlende Schutzwirkung gegenüber dem Immunsystem hinweisen. Diese Aussagen besitzen wegen der weltweit zunehmenden Intensität der UV-Strahlungsbe­ lastung eine hohe gesundheitspolitische Bedeutung.

Ein Komplex von bekannten Maßnahmen umfaßt die Charakterisierung von Sonnenschutzmitteln aufgrund der Analyse des Transmissionsspektrums von dünnen Filmen und Folien vor und nach dem Auftragen von Sonnenschutzmitteln, s. Ambach W, Blumthaler M, Schopf T, Ambach E. Rabl W, Zelger B, Hinter H, Optical characteristics of UV trans­ mission of normal human epidermis, Z Med Phys 1994: 4: 65-­ 68; Bruls WAG, Slaper H, Van der Leun JC. Berrens L, Transmission of human epidermis and stratum corneum as a function of thickness in the ultraviolet and visible wavelength, Photochem Photobiol 1984: 40: 485-494; Tuchin VV, Utz SR, Yaroslavsky IV, Tissue optics, ligth distribution, and spectroscopy, Opt Eng 1994: 33: 3178-3188

Diese Untersuchungsmethoden haben keinen Bezug zu in vivo Messungen und berücksichtigen nicht die Penetrationseigen­ schaften der Sonnenschutzmittel.

Um hierbei den Bezug zu realen Verhältnissen herzustellen, wurden von verschiedenen Autoren die Folien und Filme durch menschliche und tierische Hautsubstrate ersetzt. Aber auch unter diesen Bedingungen sind keine Aussagen über Penetrationseigenschaften der Sonnenschutzmittel möglich. Das gleiche trifft für Untersuchungen der Hautfluoreszenz nach Applikation von Sonnenschutzmitteln zu, s. Hoppe U, Sauermann G, Moderne kosmetische Wirkstoffe und der Nachweis ihrer Funktion, Hautkr. 1990: 65: 123-131.

Die bislang eingesetzten Meßverfahren zur Charakterisie­ rung der Wirksamkeit von Sonnenschutzmitteln ermöglichen nicht die direkte Bestimmung der spektralen Intensitäts­ verteilung innerhalb der Epidermis und die Erfassung des Einflusses unterschiedlicher Sonnenschutzmittel auf die wirksame Strahlungsintensität, was als primäre Ursache der medizinisch relevanten Schädigungen anzusehen ist. Sie ermöglichen auch nicht die direkte Bestimmung der in der Epidermis absorbierten Strahlungsintensität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Intensität und spektrale Verteilung optischer Strahlung (UV-, VIS- und Wärmestrahlung) innerhalb und unterhalb der Epidermis unter in vivo-Bedingungen quantitativ zu bestimmen, insbesondere mit dem Ziel, den Einfluß der auf der Haut oder in die Haut applizierten Substanzen oder anderer gezielter Störungen, z. B. applizierter Licht- oder Sonnenschutzmittel, nachfolgend Einflußgrößen genannt, zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, und 7 gelöst, die Unteransprüche enthalten weitere vorteilhafte Angaben zur Erfindung.

Nach der erfindungsgemäßen Konzeption soll die bisher übliche Bestimmung einer spezifischen Hautreaktion zur Charakterisierung der durch optische Strahlung ausge­ lösten biologischen Veränderung durch die Messung der spektralen Intensitätsverteilung innerhalb und unterhalb der Epidermis ersetzt werden. Dabei wird zur Bestimmung der Intensitätsverteilung innerhalb der Epidermis auf das bekannte Verfahren zurückgegriffen, einzelne Schichten der Epidermis mittels eines haftenden Materials, z. B. Tesa­ filmstreifen, abzustrippen. Die optische Transmission der so gewonnenen Proben der Epidermis erlaubt es, die Absorp­ tions- und Streuverluste in den verschiedenen Schichten der Epidermis zu bestimmen. Unbehandelte Hautpartien des gleichen Probanden werden mit Hautbereichen verglichen, auf die oder in die Substanzen, z. B. Sonnenschutzmittel, appliziert wurden oder die anderen gezielten Störungen ausgesetzt waren.

Die Bestimmung der Intensitätsverteilung (Restintensität) unterhalb der Epidermis erfolgt unter Nutzung der Saugblasentechnik (suction blister methode). Dabei wird die erzeugte Epidermisabhebung mit optischer Strahlung beaufschlagt und die in der Epidermisabhebung erfaßte Strahlung ausgewertet.

Es ist bekannt, daß Saugblasen genutzt werden, um körper­ eigene Flüssigkeiten für biologische, biochemische und/oder chemische Untersuchungen zu gewinnen.

Weiterhin ist bekannt, daß die abgehobene Epidermisprobe, das "Blasendach" für biologische, biochemische und/oder chemische Untersuchungen genutzt wird. Die erfindungsgemäß vorgesehenen optischen Messungen in der Saugblase gehören nicht zum vorbekannten Stand der Technik.

Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens ermöglicht einmal Aussagen über die in der Epidermis absorbierten Photonenzahlen und zum anderen Aussagen über die auf die Dermis auftreffende Strahlungsintensität.

Damit werden konkrete Meßergebnisse möglich über die von den unterschiedlichen Einflußgrößen ausgelösten Verände­ rungen auf die spektrale Intensitätsverteilung optischer Strahlung in den unterschiedlichen Schichten der Epidermis und damit über die Effektivität der Schutzwirkung appli­ zierter Substanzen. z. B. von Sonnenschutzmitteln. Die Methode erlaubt es auch, den zeitlichen Verlauf des Ein­ dringens der biologisch aktiven Komponenten in die Haut. Aufbau und Veränderungen der durch diese Komponenten ent­ stehenden Struktur sowie mögliche "Auswascheffekte" zu bestimmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß die bisher bestimmte biologische Wirkung durch die direkte Erfassung der auslösenden Fakto­ ren, der spektralen Intensitätsbeurteilung der optischen Strahlung innerhalb und/oder unterhalb der Epidermis ersetzt wird. Die mit der beschriebenen Methode zugäng­ lichen Ergebnisse zu Dosis-Wirkungs-Beziehungen eröffnen, unter Einbeziehung vorhandener Daten, die Möglichkeit, aus den gemessenen spektralen Intensitätsverteilungen die zu erwartenden biologischen Veränderungen für medizinisch und kosmetisch relevante Schädigungen in der Epidermis und der Dermis abzuleiten. Damit sind, z. B. im Fall der Sonnen­ schutzmittel, Voraussetzungen geschaffen, konkrete Forde­ rungen an das Absorptions- und/oder Streuverhalten und eine optimale Plazierung innerhalb der Epidermis abzulei­ ten.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen.

Für die in vivo-Bestimmung der spektralen Intensitätsver­ teilung optischer Strahlung innerhalb der Epidermis wird die bekannte Methode des Abstrippens der Epidermis mittels Tesafilm genutzt, um nacheinander einzelne Schichten der Epidermis zu gewinnen. Mit bekannten spektroskopischen Methoden wird die Transmission der einzelnen Epidermis­ schichten bestimmt. Der Vergleich der Transmission der an der ungestörten Epidermis bzw. an der mit Placebo be­ handelten Haut gewonnenen Probestreifen mit Probestreifen nach der gezielten Störung der Epidermis, z. B. durch das Auftragen von Sonnenschutzmitteln, bietet die Möglichkeit, ausgelöste Veränderungen der spektralen Intensitätsvertei­ lung quantitativ zu bestimmen.

Zur in vivo-Bestimmung der optischen Intensität unterhalb der Epidermis, gezeigt in Fig. 1, wird in bekannter Weise die "suction blister-Methode" benutzt, um die Epidermis 1 von der Dermis 2 abzuheben. Zur Bestrahlung der Hautpartie werden kommerzielle Bestrahlungslampen oder Sonnenlicht 3 eingesetzt. In die entstehende Blase wird ein in eine Injektionsnadel 4 eingeschobenes Lichtleitkabel 5 ein­ geführt. Die einfallende Strahlungsintensität und die spektrale Verteilung wird mit Hilfe eines geeigneten Meß­ gerätes, z. B. eines Spektrographen 6 und eines "Optical Multichannel Analyse" 7 bestimmt. Die unterhalb der Epi­ dermis gemessene Strahlungsintenität I und -verteilung 8 (aufgetragen über der Wellenlänge λ) wird, zur Bestimmung der Strahlungsverluste (Absorption, Streuung) in der Epi­ dermis, zur ungeschwächten Strahlungsintensität in Bezie­ hung gesetzt. Damit ist die Voraussetzung gegeben, die Wirkung unterschiedlicher Einflußgrößen, z. B. verschiede­ ner Sonnenschutzmittel, insbesondere in bezug auf die Abhängigkeit von der Art der benutzten aktiven Komponen­ ten, der Einwirkungszeit und dem Hauttyp quantitativ zu erfassen.

Claims (8)

1. Verfahren zur in vivo-Bestimmung der spektralen Intensitätsverteilung optischer Strahlung innerhalb und unterhalb der Epidermis, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Intensi­ tätsverteilung innerhalb der Epidermis die Transmission einzelner Epidermisschichten von behandelten und/oder unbehandelten oder mit Placebo behandelten Hautpartien im Bereich optischer Strahlung nach Abstrippen von Haut­ schichten mittels eines haftenden Materials, z. B. Tesa­ filmstreifen, bestimmt wird und die gemessenen Änderungen in den Absorptions- und/oder Streueigenschaften der mit dem haftenden Material abgestrippten Probe zur Charakteri­ sierung der spektralen Intensitätsverteilung in den unter­ schiedlichen Epidermisschichten genutzt werden und daß zur Bestimmung der Intensitätsverteilung unterhalb der Epidermis unter Nutzung der Saugblasentechnik, die Strah­ lungsintensität innerhalb einer mit Hilfe der Saugblasen­ technik (suction blister-Methode) erzeugten Epidermisabhe­ bung gemessen wird, wobei die Hautpartie mit optischer Strahlung beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß applizierter Substanzen oder anderer gezielter Störungen, z. B. der Einfluß von Sonnenschutzmitteln auf das Absorptions- und/oder Streuverhalten in den einzelnen Schichten der Epidermis bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Meßdaten genutzt werden, um Substanzen mit geeignetem Absorptions-/­ Streuverhalten, sowie einer angepaßten lokalen Anordnung auszuwählen, wodurch eine optimale Schutzwirkung gewähr­ leistet werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Epidermisabhebung erfaßte Strahlung einer geeigneten Nachweiseinheit zur Bestimmung der spektralen Intensitätsverteilung der Strahlung unterhalb der Epidermis zugeführt und zur ungeschwächten Strahlungsintensität der Lichtquelle in Beziehung gesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Strahlungs­ intensitäten zu Art und Menge der auf oder in die Haut applizierten Substanzen oder anderer gezielter Störungen, z. B. applizierter Sonnenschutzmittel, in Beziehung gesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bekannte Dosis-Wirkungs-Bezie­ hungen genutzt werden, um die Schutzwirkung kommerzieller Sonnenschutzmittel zu bestimmen.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Saugblasentechnik in der erzeugten Epidermisabhebung (1, 2) zur Erfassung der Strahlung (3, 8) ein Lichtleitkabel (5) eingeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitkabel (5) in eine Injektionsnadel (4) eingeschoben ist.