Radikalbildung in vivo /ex vivo nach Bestrahlung verschiedener Wellenlängen

Abstract

Sonnenlicht leistet durch die Vitamin-D-Synthese in der Haut einen wichtigen Beitrag für unsere Gesundheit. Wird zu lange in der Sonne verweilt, übersteigen die negativen Aspekte und es kann zu einer vermehrten Bildung von Radikalen kommen. Diese können zu Schäden der DNS, Hautalterung und letztendlich Krebsentstehung führen. Ziel war es zu untersuchen, ob in vivo nicht nur die Bestrahlung mit UV-Licht, sondern auch die Bestrahlung mit VIS- und NIR-Licht Radikale bilden und diese Ergebnisse mit ex vivo Ergebnissen zu vergleichen. Zu diesem Zweck wurden insgesamt 23 Probanden mit den o.g. Lichtspektren bestahlt. Die entstandenen Radikale der Haut wurden mit einem L-Band ESR Spektrometer und einer Markersubstanz (PCA) quantitativ gemessen. Zum Vergleich dieser in vivo Ergebnisse mit ex vivo Hautmodellen wurde Humanhaut von Bauch- und Brusthautresektionen (n=6) sowie Haut von Schweineohren als Tiermodell unter vergleichbaren Bedingungen untersucht (n=18). Um Auswirkungen der Bestrahlung auf die Hautlipide zu studieren, wurde die Lipidzusammensetzung des Stratum corneum der Probanden vor und nach Bestrahlung mittels HPTLC bestimmt. Mit UV-Licht bestrahlte Probanden bildeten wie erwartet den größten Anteil an Radikalen. Dies ist mit der hohen Absorption von UV-Licht im Gewebe und dem stetigen Nachschub von Sauerstoff in das durchblutete Gewebe geschuldet. Ex vivo wurden deutlich weniger Radikale gebildet. Mit VIS/NIR-Licht bestrahlte Probanden bildeten im Vergleich zur ex vivo Untersuchung ebenfalls signifikant mehr Radikale. Auch bei der Bestrahlung von ex vivo Haut mit VIS/NIR-Licht kam es noch eindeutig zur Bildung von Radikalen, jedoch deutlich weniger im Vergleich zu in vivo. Da NIR-Licht, entsprechend seiner Wellenlänge, in tiefere Hautschichten eindringen kann, wird davon ausgegangen, dass enzymatische Prozesse bei der Bildung von Radikalen von entscheidender Rolle sind. Der schnelle Funktionsverlust der Enzyme ex vivo führt entsprechend zur verminderten Bildung von Radikalen. Selbst bei der Bestrahlung mit isoliertem NIR-Licht in vivo entstanden noch 34 % der Radikale von VIS- und NIR-Licht zusammen und 18 % der Radikale von UV-Licht. Die Analyse der Lipidzusammensetzung ergab nach der Bestrahlung mit UV- sowie VIS/NIR-Licht eine Abnahme verschiedener Lipide. Diese Abfälle könnten durch die Bildung von Radikalen in der Haut nach der Bestrahlung mit UV- und VIS/NIR-Licht erklärt werden. Diese Studie zeigte, dass Sonnenlicht nicht nur im UV-, sondern auch im VIS- und NIR-Bereich zur Bildung von Radikalen in der Haut führt. Um einen optimalen Sonnenschutz zu gewährleisten ist es notwendig Haut im gesamten Sonnenspektrum vor schädlicher Wirkung zu schützen.

Sunlight plays a major part for healthy living through vitamin-D-synthesis. However, if people stay for too long in sunlight hazard effects exceed. Consequences like increased production of radicals which are able to damage the DNA, skin aging and finally cancer can occur. Aim was to investigate if in vivo not only UV-light, but also VIS- and NIR-light leads to the formation of radicals too and compare these findings with the ex vivo results. For this aim 23 subjects with the above-mentioned light spectra were irradiated. The new formed radicals were quantitative measured with a marker substance (PCA) and an L-Band-EPR spectrometer. To compare these in vivo results with ex vivo skin models, human abdominal skin and skin from breast reduction (n=6), as well as pig ear skin as an animal model, were investigated (n=18). To investigate effects of the irradiation to skin lipids, the lipid composition of the stratum corneum of the subjects was determined before and after irradiation using HPTLC. As expected, subjects irradiated with UV-light produced the biggest part of radicals. This is due to the high absorption of UV-light in the skin and the constant oxygen supply in the blood perfused tissue. Clearly less radicals were produced ex vivo. Comparatively subjects irradiated with VIS/NIR-light as well formed many radicals compared to ex vivo investigation. Also after irradiation of ex vivo skin with VIS/NIR-light radical formation clearly was observed however, it was less pronounced compared to in vivo. NIR-light is able to reach deeper skin layers through its longer wavelength. This is why it’s assumed here enzymatic processes play a key role in radical production. The fast loss of function of enzymes ex vivo leads to a reduced production of radicals. Even irradiation with isolated NIR-light in vivo formed 34 % of the radicals of VIS- and NIR-light combined and even 18 % of the radicals of UV-light. The analysis of the lipid composition after irradiation with UV- and VIS/NIR-light shows a lowering of certain lipids. These decreases could be explained by the creation of radicals in the skin after irradiation with UV- and VIS/NIR-light. This study shows that sunlight leads to the creation of radicals not only in the UV- but also in the VIS/NIR-range. To provide an optimal protection it’s necessary to protect skin in the whole spectral range against harmful effects.