Kinetics of carotenoid antioxidant substances in the human skin

Abstract

The aim of the present work was an in-vivo investigation of the antioxidative protection system of the human skin, using carotenoid antioxidants as marker substances. The kinetics of carotenoid antioxidant substances in the human skin subsequent to the influence of negative and positive factors were investigated in-vivo, using a newly developed non-invasive Raman spectroscopic measuring system. It was shown for the first time in the in-vivo measurements that the cutaneous carotenoids beta-carotene and lycopene decreased subsequent to UV and IR irradiation of the skin. Carotenoids cannot be synthesized by the human body itself, thus they should be obtained with foodstuffs or through topical application. An influence of specially selected nutrition rich in carotenoids on the carotenoid level of the skin was clearly demonstrated. Moreover, it was observed that volunteers with a higher concentration level of carotenoid lycopene in the skin had a younger-looking skin in regard to the presence of furrows and wrinkles. Thus the level of carotenoids in the skin varies individually depending on both nutrition and the influence of possible stress factors and their intensity. It was shown and explained that the palmar-plantar erythrodysesthesia (PPE) syndrome, which occurs after the application of medication Doxorubicin to cancer patients, can be prevented by the topical application of the formulation containing antioxidant substances including carotenoids.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in in-vivo-Untersuchungen zum antioxidativen Potenzial der menschlichen Haut unter Nutzung der Karotinoide als Markersubstanzen. Die Kinetik der Karotinoide in der menschlichen Haut unter Berücksichtigung von negativen und positiven äußeren und inneren Faktoren wurde in vivo untersucht. Diese Experimente wurden möglich, nachdem es im Rahmen dieser Doktorarbeit gelungen ist, eine laserspektroskopische Untersuchungsmethode zu entwickeln, mit der es erstmals möglich ist, die Karotinoide nichtinvasiv und online in der Haut zu bestimmen. In in-vivo- Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, daß die Konzentration von b-Karotin und Lycopin in der menschlichen Haut durch UV- und IR-Strahlung reduziert wird. Karotinoide können im menschlichen Organismus nicht oder nur unzureichend synthetisiert werden. Sie müssen daher mit der Nahrung aufgenommen werden. Der Einfluss der Nahrung, speziell von Obst und Gemüse, auf das antioxidative Potenzial der Haut konnte im Rahmen einer Studie klar nachgewiesen werden. So konnte gezeigt werden, dass Probanden mit einer höheren Konzentration von Antioxidantien in der Haut weniger Falten und Furchen aufweisen als Probanden mit einer geringen Karotinoidkonzentration. Ein weiterer wesentlicher Forschungsschwerpunkt im Rahmen der Doktorarbeit war auf die Entwicklung einer Therapie zur Verhinderung der Palmar-Plantar- Erythrodysesthe¬sia (PPE) gerichtet. Es konnte gezeigt werden, dass das Chemotherapeutikum Doxorubicin mit dem Schweiß aus der Haut austritt, hier auf der Oberfläche spreitet und wie topisch appliziert wieder in das Stratum corneum penetriert. Die Anwendung von Creme und Lösungen, welche Antioxidantien enthalten, konnte diese Nebenwirkung drastisch reduzieren bzw. in den meisten Fällen verhindern.