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Transepidermaler Wasserverlust

spezifischer Massestrom von Wasserdampf durch die Haut je Flächeneinheit und Zeit
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Der Transepidermale Wasserverlust, auch als TEWL für englisch Transepidermal Water Loss abgekürzt, ist die Messgröße für die Diffusionsrate von Wasserdampf durch die Epidermis von Menschen, Tieren oder Pflanzen. Sie bemisst den spezifischen Massestrom von Wasserdampf pro Fläche und Zeitspanne durch die Haut. Der TEWL wird üblicherweise in Einheiten von g/m²/h bzw. µg/mm²/h angegeben. Die Messung des TEWL ist eine in der dermatologischen Forschung gebräuchliche Methode zur Charakterisierung der Membranfunktion der Haut.[1]

Prinzipieller Aufbau eines Gerätes zur TEWL-Messung. Durch den transparent dargestellten Zylinder diffundiert Wasserdampf. Der gelbe Pfeil deutet die Diffusonsrichtung an. Die beiden quadratischen Elemente stellen zwei Sensorpaare dar, die sowohl relative Feuchte als auch Temperatur messen.

Für einzelne Regionen der menschlichen Epidermis werden spezifische Fachbegriffe für den Transepidermalen Wasserverlust verwendet. So wird der Wasserverlust durch Finger- und Fußnägel als Transonychialer Wasserverlust – abgekürzt TOWL – bezeichnet.[2]

Geschichte

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Die ersten Versuche, den Wasserverlust der menschlichen Haut zu bewerten, wurden bereits im siebzehnten und achtzehnten Jahrhundert unternommen, indem die Gewichtsabnahme des gesamten Körpers auf einer Waage bestimmt wurde. Im Jahr 1926 beobachteten Benedict und Root[3] eine Abnahme des Körpergewichts zwischen 19,5 und 40 g/h. Im Jahr 1967 beschrieb Albert Kligman[4] die Messung des diffundierenden Wassers durch eine Hautkammer. Die Schweißdrüsen waren pharmakologisch inaktiviert worden, so dass es sich bei der Messung ausschließlich um eine Messung der passiven Diffusion von Wasser handelte. Die Rate des diffusionsbedingten Wasserverlustes wurde für die meisten Bereiche des menschlichen Rumpfes mit 2 bis 3 g/m²/h angegeben. In den folgenden Jahren wurden belüftete[4][5][6] und unbelüftete Messkammern[7][8] getestet.

Im Jahr 1974 erfand Dr. Gert Eric Nilsson, der für das schwedische Unternehmen Servomed arbeitete, eine Messsonde auf der Grundlage eines offenen Zylinders und meldete sie zum Patent an.[9][10] Servomed adaptierte die Messung und brachte dieses Gerät unter dem Namen Evaporimeter® auf den Markt. Im Jahr 1992 brachte Courage + Khazaka das ersten Tewameter® auf der Basis eines Messzylinders mit offener Kammer auf den Markt. Auch die Firma Cortex Technology aus Dänemark stellte ein TEWL-Messgerät mit offenem Zylinder her.

Messung des TEWL

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TEWL-Messreihe einer Hitzewallung


Nilsson schlug 1974 zur Messung des TEWL eine Anordnung von je zwei Sensoren für die relative Feuchte und die Temperatur in einem beidseitigen offenen Zylinder vor. Da die Sensorpaare in unterschiedlichem Abstand zur Haut angeordnet sind, bestimmen sie die Konzentrationsdifferenz von Wasserdampf sowie die Temperaturdifferenz innerhalb des Zylinders. Daraus lässt sich mit den von Nilsson beschriebenen Formeln die Diffusionsrate bestimmen.[10] Die Messung eines einzelnen TEWL-Wertes dauert nach Aufsetzen der Sonde auf die Haut rund 10 bis 20 Sekunden. Das liegt an der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfs in der Luft von rund 1 mm/s. In der typischerweise ca. 20 mm langen Diffusionsröhre der TEWL Sonde stellt sich somit nach maximal 20 Sekunden ein Diffusionsgleichgewicht ein und der Messwert kann sicher abgelesen werden. Moderne System verwenden eine Vielzahl von Sensorpaaren um die Messunsicherheit deutlich zu reduzieren.[11]

In der Abbildung ist die Messreihe eines TEWL-Messinstrumentes dargestellt. Sie besteht aus 24 Einzelmessungen über einen Zeitraum von 12 Minuten. Da die Messung in einer warmen Umgebung bei 27 °C aufgenommen wurde, lag das Grundniveau mit 30 g/m²/h relativ hoch. Ab Minute 2 sieht man deutlich die Reaktion der Haut auf eine Hitzewallung der Versuchsperson während derer der TEWL fast auf den doppelten Wert ansteigt. Bis Minute 6 klingt die Hitzewallung wieder ab. Ab Minute 9 folgt eine zweite kleinere Hitzewallung.

Anwendung des TEWL

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Der TEWL korreliert sowohl mit der Barrierefunktion der Haut als auch mit ihrem momentanen Zustand. Er wird unter anderem von Kosmetika, Umweltfaktoren, Alter, Hauttyp und Raumklima sowie Körperfunktionen wie Schweißabgabe, aber auch von Emotionen beeinflusst. Daher wird bei Studien ein striktes Protokoll mit Ruhephasen vor den Messungen und Durchführung der Messungen in einer entspannten Umgebung eingehalten.[12] Typische Werte des TEWL auf gesunder Haut liegen zwischen 2,3 g/m²/h auf der Brust und 44,0 g/m²/h in den Achselhöhlen.[13] Ältere Menschen weisen durchweg geringere Werte auf.[13] Narbengewebe weist typisch sehr hohe TEWL-Werte über 50 oder sogar über 100 g/m²/h auf.[14]

In der Kosmetikindustrie dient der TEWL zur Beurteilung des Einflusses von Kosmetika auf den Hautzustand. In der Arbeitsmedizin kann damit die Intaktheit der Hautfunktion im Zusammenhang mit belastenden Umweltfaktoren geprüft werden.

Während der beiden ESA Experimente Skin-Care (2006) und Skin-B[15] (2015 bis 2016) auf der ISS wurde der Hautzustand der Astronauten kontinuierlich untersucht. Hierzu wurde unter anderem der transepidermale Wasserverlust bestimmt.[16] Die Daten sollen dazu verwendet werden, ein Alterungsmodell der Haut unter Weltraumbedingungen zu erstellen.[17]

Literatur

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  1. ↑ Helen Alexander, Sara Brown, Simon Danby, Carsten Flohr: Research Techniques Made Simple: Transepidermal Water Loss Measurement as a Research Tool. 2018, doi:10.1016/j.jid.2018.09.001
  2. ↑ C. Krönauer, M. Gfesser, J. Ring, D. Abeck: Transonychial water loss in healthy and diseased nails. In: Acta Derm Venereol. Band 81, Nr. 3, 2001, S. 175–177. doi:10.1080/000155501750376249
  3. ↑ F. G. Benedict, H. F. Root: Insensible perspiration: its relation to human physiology and pathology. In: Arch. Intern. Med. Band 87, Nr. 10, 4. September 1926, S. 758–759, doi:10.1001/jama.1926.02680100042013.
  4. ↑ a b H. Baker, Albert Kligman A: Measurement of Transepidermal Water Loss by Electrical Hygrometry - Instrumentation and Responses to Physical and Chemical Insults. In: Arch. Dermatol. Band 96, Nr. 4, 1967, S. 441–452, doi:10.1001/archderm.1967.01610040091018.
  5. ↑ S. Cohen: An investigation and fractional assessment of the evaporative water loss through normal skin and burn eschars using a microhygrometer. In: Plast. Reconstr. Surg. Band 37, 1966, S. 475.
  6. ↑ D. Spruit, K. E. Malten: Humidity of the air and water vapour loss of the skin. In: Dermatologica. Band 138, 1. Januar 1969, S. 418.
  7. ↑ J. Hattingh: The influence of blood flow on transepidermal water loss. In: Acta Derm Venereol. Band 52, Nr. 5, 1972, S. 365 - 370, PMID 4117083.
  8. ↑ M. Shahidullah, E. J. Raffle, A. R. Rimmer, W. Frain-Bell: Transepidermal water loss in patients with dermatitis. In: Br. J. Dermatol. Band 81, Nr. 10, Oktober 1969, S. 722 - 730, doi:10.1111/j.1365-2133.1969.tb15931.x.
  9. ↑ Patent SE7414916L: Fofarande och anordning vid metning av fran en yta genom diffusion avgiven mengd av ett emne. Angemeldet am 28. November 1974, veröffentlicht am 31. Mai 1976, Erfinder: Gert Nilsson, Ake Oberk.‌
  10. ↑ a b Gert Eric Nilsson: Measurement of water exchange through skin. In: Medical and Biological Engineering and Computing. Band 15, Mai 1977, S. 209–218, doi:10.1007/BF02441040.
  11. ↑ Joachim W. Fluhr, Georg Wiora, Dessyslava G. Nikolaeva, Laurent Miséry, Razvigor Darlenski: In vivo transepidermal water loss: Validation of a new multi-sensor open chamber water evaporation system Tewameter TM Hex. In: Skin Research and Technology. Band 29, Nr. 4. John Wiley & Sons, 31. März 2023, doi:10.1111/srt.13307 (englisch).
  12. ↑ Enzo Berardesca, Marie Loden, Jorgen Serup, Philippe Masson, Luis Monteiro Rodrigues: The revised EEMCO guidance for the in vivo measurement of water in the skin. In: Skin Res Technol. Nr. 24. John Wiley & Sons, 1. Januar 2018, S. 351–358, doi:10.1111/srt.12599.
  13. ↑ a b Jan Kottner, Andrea Lichterfeld, Ulrike Blume-Peytavi: Transepidermal water loss in young and aged healthy humans: a systematic review and meta-analysis. In: Arch Dermatol Res. Nr. 305, 1. Januar 2013, S. 315–323, doi:10.1007/s00403-012-1313-6.
  14. ↑ K. L. Gardien, D. C. Baas, H. C. de Vet, E. Middelkoop: Transepidermal water loss measured with the Tewameter TM300 in burn scars. In: Burns. Band 42, Nr. 7, 2016, S. 1455–1462, doi:10.1016/j.burns.2016.04.018
  15. ↑ Skin-B Experiment. Space Station Research Explorer on NASA.gov, abgerufen am 7. August 2020.
  16. ↑ * Video von Alexander Gerst der seinen transepidermalen Wasserverlust bei einem Experiment in der Internationalen Raumstation bestimmt. European Space Agency, abgerufen am 7. August 2020.
  17. ↑ C. Theek, H. Tronnier, U. Heinrich, N. Braun: Surface Evaluation of Living Skin (SELS) parameter correlation analysis using data taken from astronauts working under extreme conditions of microgravity. In: Skin Research and Technology. Band 26, Nr. 1, Jan 2020, S. 105–111, doi:10.1111/srt.12771
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