Übersichtsarbeit
Meike Streker
Anti-Pollution: Bioaktive Kollagen-Peptide gegen umweltinduzierte Hautalterung
Anti-Pollution: bioactive collagen-peptides against environment induced skin aging
Keywords | Summary | Correspondence | Literature
Keywords
anti-pollution, collagen hydrolysates, Collagen peptides, extrinsic skin aging, fine dust
Schlüsselworte
Anti-Pollution, extrinsische Hautalterung, Feinstaub, Kollagenhydrolysate, Kollagenpeptide
Summary
For decades chronic UV exposure and even tobacco smoke have been known as causal factors for extrinsic skin aging in cosmetic medicine and dermatology. In recent years further investigations showed other noxious agents which induce premature skin aging. Currently the main focus of research is on the influence of traffic-based air pollution on human skin. The exact molecular mechanism are not known yet. However, studies have shown that air pollution increases hyperpigmentation, regulation of inflammatory processes and induce matrix-metalloproteinases, resulting in the degradation of collagen. Skin-Cleaning, as well as the use of antioxidants and other active ingredients which can strengthen the skin`s barrier function are also considered suitable cosmetic measures which can counteract signs of premature-aging. In addition, the oral systemic supplementation with bioactive collagen peptides is a further option to protect the skin against premature skin aging. They have a demonstrable effect on skin physiology and can, among other things, improve skin hydration as well as elasticity and induce collagen synthesis.
Zusammenfassung
Als Ursache extrinsischer Hautalterung galt in der medizinischen Kosmetik und Dermatologie seit Jahrzehnten eine chronische UV-Belastung oder auch Tabakrauch. Untersuchungen der letzten Jahre haben jedoch gezeigt, dass es weitere Noxen gibt, die eine vorzeitige Hautalterung induzieren. Im Fokus der Forschung steht derzeit insbesondere der Einfluss von verkehrsbedingter Luftverschmutzung auf die Haut. Die genauen molekularen Mechanismen, die hierbei zugrunde liegen, sind noch nicht final geklärt. Jedoch zeigen Studien, dass Feinstaub u.a. Hyperpigmentierungen, die Regulation von Entzündungsprozessen in der Haut sowie die Degradation des Kollagengeflechts durch Induktion von Matrixmetalloproteinasen bedingt. Kosmetische Maßnahmen, wie eine effektive Reinigung sowie die Verwendung von Antioxidantien oder barrierestabilisierenden Wirkstoffen, wirken einer Umweltalterung infolge von Feinstaub entgegen. Aber auch die orale systemische Supplementierung von bioaktiven Kollagenpeptiden stellt eine innovative Option zum Schutz gegen vorzeitige Hautalterung dar. Sie können nachweislich die Hautphysiologie positiv beeinflussen, indem sie unter anderem die Hautfeuchtigkeit und Elastizität verbessern und die Kollagensynthese stimulieren.
Einleitung
Umweltinduzierte Hautalterung wurde lange Zeit mit Lichtalterung gleichgesetzt. Seit einigen Jahren werden jedoch weitere Umweltfaktoren in Zusammenhang mit vorzeitiger Hautalterung diskutiert. Neben den Auswirkungen von Infrarot A-Strahlung, steht seit der ersten Publikation von Vierkötter et al. im Jahr 2010 vor allem die Auswirkung von Luftverschmutzungen, wie Feinstaubpartikel, im Fokus der dermatologischen Forschung [1].
Die Arbeit zeigte erstmals eine signifikante Korrelation zwischen einer Rußpartikelexposition und Hautalterungszeichen, wie Lentigines seniles und einer vermehrten Faltenbildung.
Feinstaubpartikel, wie Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), haften sich an die Haut und können aufgrund der sehr kleinen Partikelgröße und ihrer Lipophilie in die Haut penetrieren [2]. Studien haben gezeigt, dass PAKs, die an Feinstaub haften zu Chinone umgewandelt werden. Mittels Oxidoreduktasenentstehen durch Ein-Elektronen-Reduktion sogenannte Semichinone, besonders reaktive Sauerstoffspezies (ROS ) [3]. ROS schädigen nachweislich die DNA der Hautzellen und führen so zu Hautalterungszeichen. Darüber hinaus ist bekannt, dass oxidativer Stress die Expression von Matrixmetalloproteinasen, wie MMP-1 (Kollagenase), MMP-2 und MMP-9 erhöht, was in einem Abbau von Kollagen und einer Degradation der Extrazellulären Matrix resultiert [4, 5]. Ferner induzieren ROS die Sekretion von proinflammatorischen Zytokinen wie TNF-α, IL-1α und IL-6 was ebenfalls in einer vorzeitigen Hautalterung resultiert. So führt TNF-α zu DNA Schäden und hemmt nachweislich die Kollagensynthese mittels Steigerung der Expression von MMP-9 [6, 7].
IL-1α und IL-6 beeinträchtigen das Wechselspiel von Lipogenese und Lipolyse und induzieren so einen Verlust an subkutanen Fett [8]. Weitere durch freie Radikale induzierte Veränderungen sind die Akkumulation von Elastin durch die Erh.hung des m-RNA und
Protein-Levels [9, 10].
Ferner hat eine im Mai 2017 publizierte Arbeit aufgezeigt, dass es einen synergetischen Effekt von UV-Strahlung und Feinstaubpartikel auf der Haut gibt [11]. Soeur et al. konnten anhand epidermaler Keratinozyten und eines rekonstruierten Hautmodells aufzeigen, dass UV-Strahlen und Feinstaubpartikel, insbesondere PAKs, auf ähnliche Weise die Keratinozyten schädigen. Darüber hinaus kommt es durch die Einwirkung von UV-Strahlung in Kombination mit PAKs zu einer Schädigung der kutanen Homeostase, sodass sonnenbedingte Lichtschäden in der Haut potenziert werden.
Diese recht jungen wissenschaftlichen Fakten um die Auswirkung von Luftverschmutzung auf die Haut führen zu einem Umdenken im Bereich der extrinsischen Hautalterung. Galt bisher der Schutz vor UV-Strahlung als effektivstes Mittel im Kampf gegen vorzeitige Hautalterung, so sollte heute ebenfalls ein adäquater Schutz gegen Luftverschmutzung Teil der täglichen Pflegeroutine sein. Der beste Schutz vor Feinstaub ist eine effektive Reinigung, damit feinste Partikel nicht in die Haut penetrieren können. Ferner schützen Antioxidantien wie Vitamin C und Resveratrol nachweislich die Hautzellen vor schwebstaubbedingtem oxidativen Stress [12, 13]. Wirkstoffe wie Niacinamid stärken die hauteigene Barriere, sodass ein Eindringen schädlicher Stoffe erschwert wird [14]. Aber auch sogenannte Kollagenpeptide, die oral z. B. in Trinkampullen eingenommen werden können, wirken extrinsischer Hautalterung entgegen. Kollagenpeptide werden durch eine enzymatische Hydrolyse gewonnen und verfügen über eine hohe Bioverfügbarkeit. Sie stimulieren die Synthese von Kollagen, Elastin und Fibrillin. Eine klinische, placebokontrollierte Studie von 2014 an 114 Probanden hat gezeigt, dass Kollagenpeptide Falten reduzieren können und positive Effekte auf die Synthese der Extrazellul.ren Matrix in der Dermis haben [15]. So konnte nachgewiesen werden, dass es nach einer achtwöchigen Einnahme von Kollagenpeptiden im Vergleich zum Placeboprodukt zu einem statistisch signifikant h.heren Gehalt an Prokollagen Typ I und Elastin in der Dermis gekommen ist. Ferner wurde eine Stimulation der Synthese von Biglycan, Versican und Decorin dokumentiert.
Weitere Arbeiten konnten nachweisen, dass Kollagenpeptide die Expression von MMPs reduzieren und darüber hinaus die Fibroblastenproliferation in der Dermis anregen [16, 17]. In einer doppelblinden, placebokontrollierten Studie an 69 Probanden konnte mittels biophysikalischer Messverfahren nachgewiesen werden, dass es nicht nur einen Einfluss auf die extrazellul.re Matrix gibt, sondern dass Kollagenpeptide die Stratum corneum Hydratation und die Hautelastizität signifikant verbessern und damit einhergehend eine ebenfalls signifikante Faltenreduktion eintritt [18]. Die Ergebnisse werden von einer weiteren in vivo Untersuchung an 16 Probanden im Alter von 45–60 Jahren bestätigt. So führte die Einnahme von kurzkettigen Kollagen-Peptiden (Prüfpräparat: Elasten. Trinkampullen) über einen Zeitraum von drei Monaten zu einer signifikanten Verbesserung der Hautparameter Feuchtigkeit, Elastizit.ä und Hautrauigkeit [19]. Neuere Arbeiten von 2016 und 2017 zeigen, dass insbesondere Kollagenhydrolysate, die über eine hohe Konzentration an bioaktiven Kollagenpeptiden verfügen, die Hautqualität verbessern können [20, 21]. Wesentliche Bestandteile der bioaktiven Kollagenpeptide sind hautrelevante Aminosäuren wie Hydroxyprolin und Glycin. Nach Einnahme der bioaktiven Kollagenpeptide kam es zu einer signifikanten Verbesserung der Hautparameter wie Feuchtigkeit, Elastizität und Hautrauigkeit.
Darüber hinaus konnte anhand einer ex-vivo Studie die Bioverfügbarkeit von Kollagenpeptiden an der Haut nach oraler Aufnahme bestätigt werden [18].
Oral supplementierte bioaktive Kollagenpeptide können demnach die Kollagenstrukturen der Haut von innen aufbauen und umweltbedingten Alterungsprozessen der Haut, ausgelöst durch UV-Strahlung oder Feinstaubbelastung, ursächlich und nachhaltig entgegenwirken. Sie stellen eine moderne und effektive Ergänzung zur täglichen Pflegeroutine dar.
Korrespondenz-Adresse
Dr. Meike Streker
Kosmetikwissenschaftlerin
dr.streker@web.de
Literatur
1. Vierkötter A, Schikowski T, Ranft U, Sugiri D, Matsui M, Krämer U, Krutmann J (2010) Airborne particle exposure and extrinsic skin aging. J Invest Dermatol 130: 2719-26.
2. Krutmann J, Liu W, Li L, Pan X, Crawford M, Sore G, Seite S (2014) Pollution and skin: from epidemiological and mechanistic studies to clinical implications.J. Dermatol Sci 76: 163-8.
3. Kim KE, Cho D, Park HJ (2016) Air pollution and skin diseases: Adverse effects of airborne particulate matter on various skin diseases. Life Sci 152: 126-34.
4. Birkedal-Hansen H (1987) Catabolism and turnover of collagens: collagenases. Methods Enzymol 144: 140-171.
5. Yoshiharu Kawaguchi, Hiroshi Tanaka, Tomio Okada, Hiroaki Konishi, Masahide Takahashi, Masafumi Ito, Junpei Asai (1996) The effects of ultraviolet A and reactive oxygen species on the mRNA expression of 72-kDa type IV collagenase and its tissue inhibitor in cultured human dermal fibroblasts. Arch Dermatol Res 288:39-44.
6. Chou DH, Lee W, McCulloch CA (1996) TNF-alpha inactivation of collagen receptors: implications for fibroblast function and fibrosis. J Immunol156:4354-62.
7. Li WH, Pappas A, Zhang L, Ruvolo E, Cavender D (2013) IL-11, IL-1α, IL-6, and TNF-α are induced by solar radiation in vitro and may be involved in facial subcutaneous fat loss in vivo. J Dermatol Sci 71:58-66.
8. van Hall G, Steensberg A, Sacchetti M, Fischer C, Keller C, Schjerling P, Hiscock N, Møller K, Saltin B, Febbraio MA, Pedersen BK (2003) Interleukin-6 stimulates lipolysis and fat oxidation in humans. J Clin Endocrinol Metab 88:3005-10.
9. Kawaguchi Y, Tanaka H, Okada T, Konishi H, Takahashi M, Ito M, Asai J (1997) Effect of reactive oxygen species on the elastin mRNA expression in cultured human dermal fibroblasts. Free Radic Biol Med 23:162-5.
10. Yun SP Lee SJ, Oh SY, Jung YH, Ryu JM, Suh HN, Kim MO, Oh KB, Han HJ (2014) Reactive oxygen species induce MMP12-dependent degradation of collagen 5 and fibronectin to promote the motility of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells. Br J Pharmacol 171:3283-97.
11. Soeur J, Belaïdi JP, Chollet C, Denat L, Dimitrov A, Jones C, Perez P, Zanini M, Zobiri O, Mezzache S, Erdmann D, Lereaux G, Eilstein J, Marrot L (2017) Photo-pollution stress in skin: Traces of pollutants (PAH and particulate matter) impair redox homeostasis in keratinocytes exposed to UVA1. J Dermatol Sci 86:162-169.
12. Soeur J, Eilstein J, Léreaux G, Jones C, Marrot L (2015) Skin resistance to oxidative stress induced by resveratrol: from Nrf2 activation to GSH biosynthesis. Free Radic Biol Med 78:213-23.
13. Valacchi G, Sticozzi C, Belmonte G, Cervellati F, Demaude J, Chen N, Krol Y, Oresajo C (2015) Vitamin C Compound Mixtures Prevent Ozone-Induced Oxidative Damage in Human Keratinocytes as Initial Assessment of Pollution Protection. PLoS One 13;10.
14. Mohammed D, Crowther JM, Matts PJ, Hadgraft J, Lane ME (2013) Influence of niacinamide containing formulations on the molecular and biophysical properties of the stratum corneum. Int J Pharm 441:192-201.
15. Proksch E, Schunck M, Zague V, Segger D, Degwert J, Oesser S (2014) Oral intake of specific bioactive collagen peptides reduces skin wrinkles and increases dermal matrix synthesis. Skin Pharmacol Physiol 27: 113-9.
16. Ohara H, Ichikawa S, Matsumoto H, Akiyama M, Fujimoto N, Kobayashi T, Tajima S (2010) Collagen-derived dipeptide, proline-hydroxyproline, stimulates cell proliferation and hyaluronic acid synthesis in cultured human dermal fibroblasts. J Dermatol 37: 330-8.
17. Zague V, de Freitas V, da Costa Rosa M, de Castro GÁ, Jaeger RG, Machado-Santelli GM (2011) Collagen hydrolysate intake increases skin collagen expression and suppresses matrix metalloproteinase 2 activity. J Med Food 14: 618-24.
18. Proksch E, Segger D, Degwert J, Schunck M, Zague V, Oesser S. (2013) Oral supplementation of specific collagen peptides has beneficial effects on human skin physiology: a double-blind, placebo-controlled study. Skin Pharmacol Physiol 27: 47-55.
19. Schlippe G, Bolke L, Voss W (2015) Einfluss oraler Einnahme von Kollagen-Peptiden auf relevante Parameter der Hautalterung: Hautfeuchtigkeit, Hautelastizität und Hautrauigkeit. Akt Dermatol 41: 529-534.
20. Inoue N, Sugihara F, Wang X (2016) Ingestion of bioactive collagen hydrolysates enhance facial skin moisture and elasticity and reduce facial ageing signs in a randomised double-blind placebo-controlled clinical study. J Sci Food Agric 96:4077-81.
21. Yazaki M, Ito Y, Yamada M, Goulas S, Teramoto S, Nakaya MA, Ohno S, Yamaguchi K (2017) Oral ingestion of collagen hydrolysate leads to the transportation of highly concentrated gly-pro-hyp and Its hydrolyzed form of pro-hyp into the bloodstream and skin.J Agric Food Chem 65:2315-2322.