Kožné karotenoidy ako markery výživy a stresu - kozmetická medicína
Jürgen Lademann
Kožné karotenoidy ako markerové látky pre výživu a stres
Kožné karotenoidy ako markerové látky pre výživu a stres
Kľúčové slová
Kľúčové slová
Zhrnutie
Štúdie interakcie medzi antioxidantmi a voľnými radikálmi v pokožke sú dôležitým predpokladom pre vývoj stratégií proti predčasnému starnutiu pokožky. Tento článok sa venuje výskumu tejto témy uskutočňovanému v Centre experimentálnej a aplikovanej kožnej fyziológie Charity. - Universit.tsmedizin Berlín.
Zhrnutie
Vyšetrovanie interakcie antioxidantov a voľných radikálov v pokožke je dôležitým základom pre vývoj stratégií prevencie starnutia pokožky. Štúdie, ktoré sa uskutočnili v oblasti fyziológie kože na Charité, sú opísané v tomto článku.
úvod
Túžba po mladej pokožke až do vysokého veku je stará ako ľudstvo. Oleje sa už v starom Egypte používali na starostlivosť o pokožku a chránili ju pred vysušením.
Dôležitou príčinou starnutia pokožky je vplyv slnečného žiarenia, ktoré vytvára v pokožke voľné radikály [1–3]. Ďalším aspektom je genetická predispozícia, ktorú máme [4].
Antioxidanty tvoria dôležitý ochranný systém v ľudskom organizme pred škodlivými účinkami voľných radikálov [5–7]. V nízkych koncentráciách sú tieto voľné radikály dôležité na riadenie signálnych procesov. Vo vysokých koncentráciách poškodzujú bunky a bunkové zložky [8]. Môže to mať za následok starnutie pokožky, imunosupresiu a dokonca aj rakovinu kože [9–11]. Medzi antioxidanty v ľudskej pokožke patria vitamíny, karotenoidy a niektoré enzýmy. Väčšina z týchto antioxidantov sa nemôže vytvárať v ľudskom organizme, ale musí sa dodávať spolu s potravinami, najmä vo forme ovocia a zeleniny. Antioxidanty tvoria ochranné reťazce v ľudskej pokožke. To znamená, že spolupracujú proti účinkom voľných radikálov. Ak je možné jednu z týchto látok zistiť, získajú sa informácie o celom antioxidačnom potenciáli ľudskej pokožky, aj keď existujú rozdiely z hľadiska kinetiky, akumulácie a degradácie. Karotenoidy predstavujú z. B. predstavujú také markerové látky pre celý antioxidačný potenciál ľudskej pokožky [12, 13].
V minulosti bolo ťažké merať antioxidanty, najmä karotenoidy, v pokožke. Tu bolo potrebné odobrať vzorky tkaniva alebo krvi, ktoré sa potom analyzovali pomocou vysokotlakovej kvapalinovej chromatografie (HPLC) alebo hmotnostnej spektroskopie (MS). Ide o invazívne zákroky. Okrem toho nie je možné analyzovať vzorku odobratú druhýkrát počas kinetických meraní.
Asi desať rokov je možné detegovať karotenoidy neinvazívne v koži pomocou rezonančnej Ramanovej spektroskopie [14, 15], ale aj remisnej spektroskopie [16]. Oba systémy boli kalibrované a vykazovali identické namerané hodnoty. Merania trvajú iba pár sekúnd. Dnes sú pre remisnú spektroskopiu k dispozícii miniaturizované meracie systémy s rozmermi podobnými počítačovej myši.
Na oddelení fyziológie kože Katedry dermatológie, venerológie a alergológie Charité - Universitätsmedizin Berlin bol vyvinutý Ramanov spektrometer, pomocou ktorého je možné selektívne a vysoko citlivo detegovať betakarotén a lykopén v ľudskej koži. Tento merací systém je zobrazený na obrázku 1 vľavo, zatiaľ čo obrázok vpravo zobrazuje miniaturizovaný skener pokožky od spoločnosti biozoom services GmbH, ktorý meraním remisie určuje koncentráciu karotenoidov v koži.
Obrázok 1: Fotografie rezonančného Ramanovho spektrometra (hore) a kožného skenera na stanovenie karotenoidov v ľudskej koži (dole).
Kinetika koncentrácie karotenoidov u subjektov do jedného roka
Obr. 2: Akčné spektrum tvorby voľných radikálov v spektrálnom rozsahu slnečného žiarenia [3].
Faktory ovplyvňujúce antioxidačný potenciál
V jednoročnej štúdii, ktorá sa uskutočňovala na subjektoch oddelenia kožnej fyziológie, nebol ovplyvnený životný štýl ani stresové správanie. V ďalších štúdiách sa parametre, ktoré sa v ročnej štúdii ukázali ako významné, ako napr B. UV žiarenie, konzumácia alkoholu a infračervené žiarenie sa používajú na preskúmanie ich vplyvu na antioxidačný potenciál pokožky.
Táto druhá štúdia ukázala, že vodka alebo bacardi v množstve zvyčajne konzumovanom pri oslavách (1 ml etanolu na kilogram telesnej hmotnosti) významne znižujú antioxidačný potenciál [18]. Už po 30 minútach dochádza k veľmi výraznému poklesu antioxidačného potenciálu a na dosiahnutie pôvodných hodnôt sú potrebné 4 dni zdravej výživy.
V rámci tejto štúdie bol zmeraný nielen antioxidačný potenciál, ale aj minimálna dávka erytému (MED) u testovaných osôb. Minimálna dávka erytému je dávka ultrafialového (UV) žiarenia nevyhnutná na spálenie pokožky od slnka. Tieto testy sa pomocou testovacieho prístroja na erytém uskutočňovali na začiatku štúdie, keď bol vysoký antioxidačný potenciál. Meranie MED sa uskutočňovalo po požití alkoholu, keď sa antioxidačný potenciál znížil na minimum [18]. Ukázalo sa, že testované osoby so zníženým antioxidačným potenciálom sa spálili slnkom oveľa rýchlejšie ako s neporušeným antioxidačným ochranným systémom.
Je zaujímavé, že vplyv alkoholu na antioxidačný potenciál sa mohol znížiť, keď sa vodka alebo Bacardi pili s pomarančovým džúsom [18]. Tu zjavne dochádza k interakcii antioxidantov v pomarančovej šťave s voľnými radikálmi, ktoré vznikajú pri konzumácii alkoholu, takže antioxidačný potenciál pokožky je len mierne znížený [18].
Ako je známe z literatúry, UV žiarenie vedie k zníženiu antioxidačného potenciálu pokožky [19]. Tento efekt bol tiež preukázaný v štúdiách na Charité [20]. Ďalej sa preukázalo, že infračervené žiarenie vedie k tvorbe voľných radikálov v pokožke [21]. Tento výsledok je veľmi prekvapivý, pretože energia infračervených fotónov nie je dostatočná na vznik radikálov. Výsledky získané pomocou rezonančnej Ramanovej spektroskopie však bolo možné potvrdiť meraniami elektrónovej spinovej rezonancie (ESR) [22, 23]. Pomocou meraní elektrónovej spinovej rezonancie je možné priamo analyzovať tvorbu voľných radikálov v ľudskom tkanive za podmienok in vivo.
Voľné radikály a ochrana pred slnkom
Skutočnosť, že v infračervenej oblasti, a ako by sa dalo neskôr preukázať, že aj vo viditeľnej oblasti sú voľné radikály generované slnečným žiarením, potvrdili v roku 2009 Zastrow et al. [3, 21], ktorým sa určilo akčné spektrum voľných radikálov v spektrálnom rozsahu slnečného žiarenia (obr. 2). Ukázalo sa, že asi 50% voľných radikálov sa tvorí v UV rozsahu a ďalších asi 50% vo viditeľnom a infračervenom spektrálnom rozsahu [21]. Pretože však krémy na ochranu proti slnečnému žiareniu obsahujú iba UV filtre, t. J. Chránia pred spálením v UV rozsahu, znamená to, že títo ľudia zostávajú na slnku oveľa dlhšie bez toho, aby sa spálili [24]. Počas tejto doby sa však ich dávka viditeľného a infračerveného svetla dramaticky zvyšuje, čo vedie k vysokým koncentráciám radikálov.
Ochrana proti škodlivým účinkom slnečného žiarenia vo viditeľnom a infračervenom spektrálnom rozsahu okrem ochrany proti UV žiareniu bola preukázaná pre všetky štyri skúmané slnečné krémy.
Voľné radikály a starnutie pokožky
Pomocou rezonančnej Ramanovej metódy merania dostupnej v oblasti fyziológie kože bolo doteraz analyzovaných niekoľko tisíc testovaných osôb. Zistilo sa, že ľudia s vysokou koncentráciou karotenoidov v koži vyzerajú na svoj vek mladšie. Tento subjektívny pocit by mala potvrdiť objektívna štúdia. Tu boli testované osoby vo veku približne 50 rokov vyšetrené z hľadiska ich starnutia a antioxidačného potenciálu [29].
Antioxidačný potenciál subjektov sa meral na pokožke čela vystavenej svetlu. V rovnakom bode sa navyše určil stav kože. Pomocou prístroja na meranie povrchovej profilometrie Primos (GMF Messtechnik, Teltow) bolo možné merať drsnosť pokožky, t. H. určiť hustotu a hĺbku záhybov vo forme miery. Porovnanie tejto drsnosti pokožky s koncentráciou antioxidantov v ľudskej pokožke ukázalo, že ľudia s vysokou koncentráciou antioxidantov mali výrazne nižšiu drsnosť pokožky ako ľudia s nízkou alebo neexistujúcou koncentráciou antioxidantov [29].
Tieto výsledky jasne ukazujú, že zdravý životný štýl s konzumáciou ovocia a zeleniny je najlepšou prevenciou proti starnutiu pokožky. Výsledkom tejto štúdie bolo, že mnoho jedincov, ktorí mali nízku hladinu antioxidantov, sa rozhodlo zmeniť stravovacie návyky a stresové správanie. Ak sa testované osoby rozhodnú vo veku 50 rokov, je to dobrý predpoklad na zníženie starnutia pokožky v nasledujúcich niekoľkých desaťročiach. Bohužiaľ však nie je možné znovu sa jesť „mladý“.
Preto sa rozhodlo uskutočniť také štúdie na dospievajúcich, ktorých stravovacie návyky a stresové správanie je možné ovplyvniť ešte predtým, ako sa objavia prvé vrásky.
Vývoj vedomého spôsobu života u školákov pri meraní biofeedbacku V tomto prípade sa vyšetrenia nevykonávali pomocou rezonančného Ramanovho spektrometra, ale pomocou kožného skenera od spoločnosti biozoom services GmbH. Skener kože má veľkosť počítačovej myši, a preto by sa mohol veľmi úspešne použiť v tejto štúdii na 50 školákoch, ktorí sa pripravovali na technický diplom v odbore technológia výživy a biológie. Štúdia [30] prebiehala dva mesiace, pričom študenti boli požiadaní, aby si v prvom mesiaci zachovali obvyklý životný štýl. Boli namerané, ale namerané hodnoty im neboli oznámené. V druhom mesiaci boli požiadaní, aby výrazne zmenili svoj stres a stravovacie návyky. Boli vyškolení na informačnom stretnutí, dostali zdravý obed v školskej jedálni a požiadali ich, aby na raňajky jedli ovocie a zeleninu. Tento mesiac dostali študenti svoje údaje hneď po meraní.
Prekvapivo boli koncentrácie antioxidantov namerané v pokožke študentov už prvý mesiac veľmi vysoké. Študenti si boli vedomí meraní a snažili sa vylepšiť svoj životný štýl, aj keď nepoznali hodnoty. V druhom mesiaci sa koncentrácie karotenoidov v pokožke opäť významne zvýšili, čo ukázalo, že zdravá výživa je veľmi dôležitá, ale množstvo stresových procesov - napríklad choroba alebo úzkosť z testu - môže opäť znížiť antioxidačný potenciál [30].
Aj keď študenti pôvodne považovali tieto štúdie za hru, pokúsili sa zvýšiť svoj antioxidačný potenciál. Výmenou hodnôt počas obednej prestávky sa vytvorila skupinová dynamika, v ktorej sa každý snažil nájsť tie najlepšie hodnoty. Po niekoľkých týždňoch si subjekty všimli, že sa cítia efektívnejšie ako na začiatku vyšetrovania. Na konci štúdie sa študenti pýtali na ich skúsenosti zo štúdie. Takmer všetci poukazovali na to, že hoci len ťažko dbajú na rady svojich rodičov a učiteľov o životnom štýle, berú biofeedback so svojimi vlastnými telami vážne a sú ochotní z toho vyvodiť závery.
Šesť mesiacov po ukončení štúdie sa antioxidanty v pokožke stanovili znova - pre študentov neohlásene - s otázkou, či výrazné zlepšenie ich výživového a stresového správania v druhom mesiaci malo trvalý účinok alebo či tento účinok bolo spôsobené iba pravidelným meraním antioxidantov [30]. Toto meranie rýchlo ukázalo, že študenti mali aj po šiestich mesiacoch stále veľmi vysoké hodnoty, v niektorých prípadoch dokonca vyššie hodnoty ako po druhom mesiaci. Takmer všetci študenti výrazne zlepšili svoje stravovacie a stresové správanie a po štúdiu sa ich snažili udržať. Tieto výsledky testu boli tak prekvapivo pozitívne, že takéto merania by sa mali začleniť do bežných hodín, aby všetci študenti mohli pozitívne rozvíjať svoje výživové a stresové správanie.
Antioxidanty a klinické aplikácie
O meranie antioxidantov v ľudskej pokožke sa zaujíma nielen v oblasti kozmetiky a wellness, ale takéto vyšetrenia sa používajú aj na klinikách. Týka sa to okrem iného. prevencia kožných vedľajších účinkov u pacientov liečených chemoterapiou, ako aj sprievodné opatrenia pri liečbe psoriázy a atopickej dermatitídy [31].
Na záver budú prezentované výsledky, ktoré boli získané týmito meraniami u tehotných žien a novorodencov. Cieľom štúdie bolo objasniť, ako sa antioxidačný potenciál organizmu mení počas tehotenstva na príklade kože a či majú deti matiek s vysokým antioxidačným potenciálom tiež vysoké koncentrácie antioxidantov [32]. Tieto vyšetrenia sa opäť uskutočňovali pomocou kožného skenera od spoločnosti biozoom services GmbH.
Matky boli merané v 39. týždni tehotenstva, pri nástupe na svet a v 1. a 5. deň po narodení dieťaťa. Zistilo sa, že všetky matky mali vysoký antioxidačný potenciál, pretože počas tehotenstva užívali doplnky výživy. V posledných niekoľkých dňoch pred pôrodom však došlo u tehotných žien k veľmi silnému poklesu antioxidantov. Tento prudký pokles možno v budúcnosti veľmi presne využiť na predpovedanie termínu splatnosti dieťaťa. Novorodenci mali bezprostredne po narodení veľmi vysoký antioxidačný potenciál, ktorý bol dvakrát (alebo dokonca štyrikrát) vyšší ako potenciál ich matiek [32]. Táto vysoká koncentrácia antioxidantov potom veľmi rýchlo klesá, čo poukazuje na stresovú situáciu novorodenca v neznámom prostredí po narodení. Tento prudký pokles bol kompenzovaný iba príjmom materského mlieka. Je zrejmé, že v posledných niekoľkých dňoch pred narodením matky dieťa ešte stále užíva značné množstvo antioxidantov, aby pri narodení dosiahlo tieto veľmi vysoké hladiny.
Výsledky/diskusia
V posledných rokoch nastal veľmi pozitívny vývoj v poskytovaní meracích systémov na stanovenie antioxidačného potenciálu ľudskej pokožky. Zatiaľ čo sa prvé výskumy v oblasti fyziológie kože na Charité ešte uskutočňovali pomocou veľkého rezonančného Ramanovho spektrometra, v súčasnosti existujú malé, praktické systémy, pomocou ktorých je možné určiť antioxidačný potenciál v pokožke neinvazívne. Tieto systémy sa používajú v kozmetickom aj wellness sektore, ale používajú sa aj na klinické vyšetrenia. Koncentrácia antioxidantov v ľudskej pokožke je vždy výsledkom nutričného a stresového správania subjektov.
Zatiaľ čo nutričné správanie je možné plánovať a hodnotiť individuálne bez potreby merania antioxidantov v pokožke, je pre jednotlivcov ťažké vyhodnotiť vplyv stresových procesov na náš organizmus. Vykonané štúdie ukazujú, že v dôsledku týchto meraní dochádza u testovaných osôb k zmene výživy a stresového správania, čo je vysoko udržateľné.
Aj keď existuje veľa stratégií a odporúčaní na presadzovanie zdravej výživy, existuje len málo opatrení zameraných na zvládanie stresu. Okrem toho neexistoval žiadny objektívny parameter, ktorý by ilustroval úspech stratégie zvládania stresu alebo zmeny v stravovaní, ktoré by sa dali používať nepretržite a plošne. Toto je zameranie budúceho vývoja, ktorý úzko súvisí s určením antioxidantov v ľudskej pokožke.
Korešpondenčná adresa
Prof. Dr. Dr.-Ing. Jürgen Lademann
Charité - University Medicine Berlin
Klinika dermatológie, venerológie a alergológie
Oddelenie fyziológie kože
Charitéplatz 1
D-10117 Berlín
Konflikt záujmov
Chceli by sme poďakovať spoločnosti biozoom services GmbH za poskytnutie meracej technológie a Univerzitnej ženskej a poliklinike na Klinikum Südstadt Rostock za podporu výskumných prác zameraných na analýzu antioxidačného potenciálu tehotných žien a novorodencov.