Die quantitative Untersuchung von Funkenplasma auf Hautparameter mit Hautelastizität, -dicke, -dichte und biometrischen Eigenschaften

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 7738 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Kaltes atmosphärisches Plasma wurde aufgrund seiner vielfältigen Wirkungen auf Zellen und Lebewesen als neuartige Technik zur Hautverjüngung entwickelt und eingesetzt. Diese Studie untersuchte die Richtigkeit dieser Behauptung und mögliche Nebenwirkungen der Verwendung von Spark-Plasma zur Hautverjüngung. Die vorliegende Arbeit ist die erste quantitative Untersuchung an Tiermodellen. Für diese Untersuchung wurden 12 Wistar-Ratten in zwei Gruppen eingeteilt. Um den natürlichen Prozess der Haut mit dem der behandelten Haut zu vergleichen, unterzog sich die erste Gruppe einer einzigen Sitzung einer Plasmatherapie, während die zweite Gruppe als Kontrollgruppe diente. Der Nacken der Proben wurde 20 cm lang rasiert. Vor Beginn der Behandlung wurden mit dem multifunktionalen Hauttester MPA9 der Melaninindex, der Erythemindex und der transepidermale Wasserverlust (TEWL) bestimmt. Die Dicke und Dichte der Haut wurde mittels Sonographie beurteilt und der Elastizitätsindex mit einem Cutometer berechnet. Die Proben wurden im dafür vorgesehenen Bereich (in einem Dreiecksmuster) der Plasmastrahlung ausgesetzt. Die oben genannten Anzeichen wurden unmittelbar nach der folgenden Therapie und beim wöchentlichen Termin 2–4 Wochen später untersucht. Optische Spektroskopie wurde auch verwendet, um das Vorhandensein aktiver Spezies nachzuweisen. In dieser Studie haben wir herausgefunden, dass eine Plasma-Funken-Therapiesitzung die Hautelastizität deutlich steigert und die Ultraschallergebnisse eine deutlich erhöhte Hautdicke und -dichte zeigten. Das Plasma erhöhte die Menge an Hautoberflächenverdunstung, Erythem und Melanin unmittelbar nach der Behandlung. 4 Wochen später erholte sich der Zustand jedoch wieder und unterschied sich nicht wesentlich von vor der Therapie.

Menschen aller Gesellschaftsschichten möchten einen gesunden Lebensstil führen und im 21. Jahrhundert, da die Weltbevölkerung immer älter wird, jünger aussehen1. Altern ist ein natürlicher Prozess, der alle Systeme des Körpers betrifft2. Die Hautalterung wird durch interne Faktoren wie das chronologische Alter und externe Faktoren wie Rauchen und längere UV-Exposition beeinflusst. Mehrere Merkmale, darunter Hautfestigkeit, Elastizität und Feuchtigkeitsverlust, stehen im Zusammenhang mit der Hautalterung. Elastizitätsverlust ist das erste Anzeichen der Hautalterung, daher sollte die Aufrechterhaltung der Elastizität der erste Schritt bei der Behandlung der Hautalterung sein3,4.

Die Vielfalt moderner Hautpflegemöglichkeiten umfasst sowohl physikalische als auch chemische Behandlungen. Während lizenzierte Kosmetikerinnen häufig Hautpeeling-Behandlungen anbieten, werden Cremes, Seren und Öle häufig als kosmetische Behandlungen zu Hause verwendet. Obwohl einige Geräte für den persönlichen Gebrauch erworben werden können, bieten Schönheitssalons immer noch physikalische Therapien an. 1. LED-Lichter und Laser werden beispielsweise häufig zur Verjüngung eingesetzt. Durch die physische Zerstörung der äußeren Hautschichten (Regeneration) stimulieren diese Lichtquellen die Hauterneuerung, indem sie den Zellstoffwechsel der Haut anregen 5,6.

Obwohl ablative Laser im letzten Jahrzehnt erfolgreich zur Linderung vieler Symptome geschädigter Haut eingesetzt wurden, sind Erytheme, Juckreiz und akneähnliche Pickel allesamt vorübergehende Nebenwirkungen von Lasern. Nicht-ablative Laser hingegen haben wenige Nebenwirkungen, sind jedoch im klinischen Umfeld weniger wirksam5,6.

Basierend auf den Zielen des Patienten und der präoperativen Analyse (Normalisierung von Gewebe- und Pigmentveränderungen, Zunahme des Hautkollagens und atrophischem Weichteilvolumen) sollte eine optimale Behandlung ausgewählt werden, um die klinische Wirksamkeit in einer kurzen Erholungsphase zu maximieren und gleichzeitig erhebliche Nebenwirkungen zu minimieren9,10. Andererseits hat die Notwendigkeit, die durch Laser verursachten Einschränkungen und Schwierigkeiten zu überwinden, zur Suche nach alternativen Methoden und Werkzeugen geführt, die möglicherweise andere Mechanismen als die Lasertechnologie nutzen. Ein vorgeschlagener Ansatz zur Erreichung dieses Ziels ist die Plasma-Hautregeneration (PSR), bei der Plasma zur Energieübertragung genutzt wird. Hadian et al.10. Kaltes Plasma ist genauso wirksam und sicher wie die langgepulste Nd:YAG-Laserbehandlung, jedoch mit weniger Beschwerden und Trockenheit. Potter et al. 8. Es wurde festgestellt, dass sechs Monate nach der Plasmabehandlung feine Linien und Falten um 24 % reduziert waren. Der „vierte Aggregatzustand“, Plasma, entsteht bei der Ionisierung neutraler atmosphärischer Gase 7. Das atmosphärische Gas zwischen der Elektrode des medizinischen Geräts und der Haut wird ionisiert, um Plasmaenergie zu erzeugen. Dieses ionisierte Gas enthält Ionen, Elektronen, aktive Sauerstoffspezies (OH, H2O2, …), aktive Stickstoffspezies (NO, NO2, …), ein elektrisches Feld, Wärme und andere Elemente8,9.

Kaltes Plasma hat im medizinischen Bereich ein enormes Potenzial10,11. Der Einsatz von kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) in der Chirurgie und der Krebsbehandlung ist nur ein Beispiel für seine vielfältigen medizinischen Einsatzmöglichkeiten8,10,11,12. Darüber hinaus eignet es sich gut für die Hautpflege12,13, die Sterilisation11 und die Zahnheilkunde7,14. Der heutige Eintritt von CAP in die Kosmetikindustrie stellt eine neue Herausforderung dar. CAPs können aufgrund ihrer einzigartigen Fähigkeit, eine komplexe chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften zu erzeugen, eine vielversprechende Alternative bei der nicht-invasiven Hautbehandlung sein1.

In zahlreichen Studien wurde gezeigt, dass die Verwendung von kaltem atmosphärischem Plasma (CAP) die Sauerstoffversorgung des darunter liegenden Gewebes verbessert1,9. Dafür könnten erhöhte Temperaturen (zwischen 30 und 40 °C) und direkt oder indirekt durch CAP erzeugtes NO verantwortlich sein9.

Diese Technik kann unter verschiedenen Energiebedingungen eingesetzt werden, um mehrere Effekte zu erzielen, die von oberflächlichen epidermalen Effekten, vergleichbar mit Mikrodermabrasion, bis hin zu tieferen Hauterwärmungen, ähnlich wie bei Kohlendioxid, reichen15.

Die Spark-Medizingeräte erzeugen Plasmaenergie, indem sie atmosphärisches Gas zwischen dem Gerät und der Haut ionisieren. Der entstehende Plasmafunke sublimiert die Oberflächenschichten, überträgt die gespeicherte Wärmeenergie sofort auf die Hautoberfläche und erwärmt diese gleichmäßig 26,27. Plasma-Hochfrequenzenergie (P-RF) erzeugt Mikroplasma-Funken in der Luft zwischen der Gerätespitze und der Hautoberfläche, was zu einer leichten epidermalen Erosion und einer oberflächlichen Hautperforation mit einem Fleck von 1 mm Durchmesser führt. Eine milde epidermale Sublimation bewahrt die Epidermis und verhindert Schäden an den tieferen Hautschichten. Zusätzlich zu einem mechanischen Effekt, der die Oberfläche, auf die es auftrifft, formt, induzieren die abgelösten Punkte der Sublimationstechnik einen thermischen Effekt, der die Hautregeneration und eine umfassende Umgestaltung der Hautfibroblasten, einschließlich der Synthese und Ablagerung neuen Kollagens, fördert und gleichzeitig eine schnelle Reepithelisierung stimuliert28 . Hitzeschocks können zu einem Anstieg der Expression von Prokollagen Typ I und Prokollagen Typ II führen13. Dadurch können sie die Zellen dazu anregen, mehr Kollagen zu produzieren.

Ziel dieser Studie war es, die quantitativen Auswirkungen von Spark-Plasma auf Hautparameter wie Hautfestigkeit und -elastizität, Dicke und Dichte der Hautschichten, Melaninindex, Erythemindex, Hydratation des Stratum Corneum und epidermalen Wasserverlust zu untersuchen. Der Einsatz von Hautanalysegeräten wie Cutometer, Hautultraschall, Tewameter und Mexameter in behandelten Bereichen bietet ideale Voraussetzungen, um die Attraktivität von Patienten zu steigern, die eine Hautverjüngung anstreben. Alle oben aufgeführten Faktoren wurden quantitativ und statistisch untersucht, um die Vor- und Nachteile der Anwendung dieses Verfahrens zur Hautverjüngung zu ermitteln.

Abbildung 1.a zeigt die Entwicklung des Plasmaprozesses über 4 Wochen. In der ersten Reihe geht es um die Plasmaverarbeitung, in der zweiten um die Kontrollgruppe. Die Haut veränderte sich nach der Therapie deutlich, wie Abb. 1a verdeutlicht. Der unmittelbare Plasmaeffekt, der zu einer Kontraktion der Haut an der Verarbeitungsstelle führte, war in Tierproben erheblich. Für eine genauere Beurteilung wurde beschlossen, quantitative Tests zur Bewertung der Wirksamkeit einzusetzen. Es ist erwähnenswert, dass die verbrannten Stellen nach zwei Wochen verschwunden waren und keine sichtbaren Narben zurückblieben. Durch die Verkürzung der oberflächlichen Behaarung der Haut entstehen kleine rote Flecken. Innerhalb von zwei Wochen waren alle geringfügigen und vorübergehenden Nebenwirkungen abgeklungen. Abbildung 1b zeigt auch, dass die Haut im Plasmamodus, der für die Behandlung vorgesehen war, von 3,90 auf 3,30 mm schrumpfte (15,38 % Reduktion), was zeigt, dass mit der Anwendung von Plasmafunken sowohl eine Hautstraffung als auch eine Faltenentfernung möglich sind16,17.

Visuelle Bewertung der Plasmaleistung bei Ratten (a) über 4 Wochen. (b) Hautschrumpfungsrate unmittelbar nach der Behandlung.

Gemäß Abb. 2a lag der Durchschnittswert des R2-Parameters, der den Widerstand gegen mechanische Kraft im Verhältnis zur Erholungsfähigkeit darstellt, vor der Verarbeitung bei 0,5467, stieg jedoch unmittelbar danach auf 0,6173 an, was höchstwahrscheinlich auf eine Hautschrumpfung zurückzuführen ist. Nach zwei Wochen stieg er im Vergleich zu vor der Behandlung deutlich an und erreichte einen Wert von 0,6929. In der vierten Nachbeobachtungswoche behielt er schließlich dieses lineare Wachstum bei. Es erreichte einen Wert von 0,7458 im Vergleich zu vor der Behandlung. Dieses Wachstumsmuster weist darauf hin, dass die Hautverträglichkeit nach der Plasmabehandlung zugenommen hat.

Vergleich der Hautelastizitätsparameter bei Ratten nach Erhalt von Plasma und einer Kontrollprobe über 4 Wochen (a) R2-Parameter der Plasmagruppe, (b) R2-Parameter der Kontrollgruppe, (c) R5-Parameter der Plasmagruppe, (d) R5-Parameter der Kontrollgruppe. [*p < 0,05, **p < 0,01, ein signifikanter Unterschied zu vor Beginn des Experiments].

Im Gegensatz dazu lag der durchschnittliche R2-Wert in der Kontrollgruppe zu Beginn des Experiments bei 0,7265. Dennoch sank er in der zweiten Nachbeobachtungswoche auf 0,6454 und in der vierten Woche auf 0,5930. Abbildung 2b zeigt, dass der durchschnittliche R2-Wert der Kontrollgruppe nicht signifikant unterschiedlich war.

Darüber hinaus stieg, wie in Abb. 2c gezeigt, der Durchschnittswert von R5, der den elastischen Teil der Saugphase gegenüber der unmittelbaren Erholung in der Entspannungsphase darstellt, nach einer Sitzung der Plasmaverarbeitung in der Behandlungsgruppe allmählich an. Der Mittelwert ist unmittelbar nach der Behandlung von 0,4627 auf 0,6596 gestiegen. In der zweiten Nachbeobachtungswoche stieg er deutlich an und erreichte einen Durchschnittswert von 0,6890. Darüber hinaus blieb der signifikante Anstieg in der vierten Woche der Nachbeobachtung erhalten und erreichte einen Durchschnitt von 0,6235. Abbildung 2a und c liefern zusätzliche Belege für die Hypothese, dass Plasma die Hautelastizität nicht beeinträchtigt, sondern erhöht.

Allerdings betrug der durchschnittliche R5-Parameterwert in der Kontrollgruppe vor Beginn des Experiments 0,5842, in der zweiten Nachbeobachtungswoche 0,5307 und schließlich in der vierten Woche 0,4986, wie in Abbildung 2b, d dargestellt, was darauf hindeutet, dass kein signifikanter Wert vorliegt Unterschied in der Kontrollgruppe.

Tabelle 1 zeigt, dass die durchschnittliche Hautdichte der Behandlungsgruppe unmittelbar nach der Plasmabehandlung von 13,46 auf 10,68 sank. Nach Abschluss des Hautreparaturverfahrens stieg die durchschnittliche Hautdichte jedoch in der zweiten Nachbeobachtungswoche auf 14,54 und in der vierten Woche deutlich auf 19,71. Die Ergebnisse des Hautultraschalls zeigten dichtere Schichten in der Dermis und Epidermis, was darauf hindeutet, dass Plasma die Hautdichte beeinflusst. Die durchschnittliche Dichte der Epidermis und Dermis betrug vor der Plasmaverarbeitung 42,08 bzw. 7,878 Prozent. Nach der Verarbeitung sanken diese Werte auf 32,29 bzw. 4,973 Prozent, während der Nachuntersuchung in der zweiten Woche stiegen die durchschnittlichen Dichten der Epidermis und Dermis jedoch auf 38,74 bzw. 9,437 Prozent. Schließlich erreichten sie in der vierten Woche der Nachuntersuchung eine durchschnittliche Dichte von 52,22 und 13,1 Prozent, eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Ausgangswert. In der Kontrollgruppe lag die durchschnittliche Hautdichte zu Beginn des Experiments jedoch bei 14,44 Prozent. Dieser Wert sank in der zweiten Nachbeobachtungswoche auf den Ausgangswert und erreichte einen Durchschnittswert von 12,11, kehrte jedoch in der vierten Woche fast wieder auf den Ausgangswert zurück (Tabelle 1).

Tabelle 1 zeigt auch einen deutlichen Anstieg der durchschnittlichen Hautdicke. Die durchschnittliche Hautdicke der Behandlungsgruppe verringerte sich unmittelbar nach der Plasmabehandlung von 810,5 auf 801 µm. Tabelle 1 zeigt, dass Plasma unmittelbar nach der Behandlung die Hautdicke an der Behandlungsstelle um 9,5 µm veränderte. Nach Abschluss des Hautreparaturprozesses stieg die mittlere Hautdicke jedoch in der zweiten Nachbeobachtungswoche auf 880,3 µm und stieg dann in der vierten Nachbeobachtungswoche dramatisch auf 1019 µm an.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, nahm die durchschnittliche Dicke der Epidermis und Dermis nach der Plasmabehandlung zunächst ab. Dennoch stieg er in der vierten Woche der Nachbeobachtung im Vergleich zum Ausgangswert deutlich an. Gemäß Tabelle 1 betrug die durchschnittliche Hautdicke in der Kontrollgruppe vor Beginn des Experiments 882,5 µm, in der zweiten Woche 908,2 µm und in der vierten Woche 852,6 µm, was darauf hindeutet, dass es keinen signifikanten Unterschied in der Hautdicke in der Kontrollgruppe gab. Abbildung 3 zeigt außerdem Ultraschallbilder einer Probe aus der Behandlungsgruppe und einer Probe aus der Kontrollgruppe, die die Veränderungen der Dermis- und Epidermisdicke während der Untersuchung zeigen.

Die Hautdicke und -dichte wurde mittels Ultraschall ermittelt. Die Dermis wird von einer roten bis zu einer gelben vertikalen Linie angezeigt, und die Epidermis wird von einer grünen bis zu einer roten vertikalen Linie angezeigt. Plasmagruppe: (a) vor, (b) unmittelbar nach der Behandlung, (c) 2 Wochen später, (d) 4 Wochen später. Kontrollgruppe: (e) vor dem Experiment, (f) nach 2 Wochen, (g) nach 4 Wochen.

Ye et al. 37 zeigten, dass sich die Dicke und Dichte der Haut infolge von Verbrennungen verändert. Da Tabelle 1 diesen Befund stützt, ist der Unterschied in der Dichte und Dicke der Haut nach der Behandlung höchstwahrscheinlich auf Wärmeübertragung und teilweise Verbrennungen zurückzuführen.

Die gleichzeitige Analyse von Abb. 2 und Tabelle 1 stützt die Behauptung, dass Plasma eine der wirksamsten Techniken zur Hautverjüngung sein kann, da Plasma die Hautelastizität durch eine deutliche Verdickung und Verdichtung der Haut deutlich erhöht. Im Gegensatz dazu war in der Kontrollgruppe kein Unterschied erkennbar.

Abbildung 4 zeigt, dass auf der Hautoberfläche der Behandlungsgruppe aufgrund der Wärmeübertragung auf die Haut ein deutlicher Anstieg der Verdunstungsrate (g/h/m2) zu verzeichnen war, was darauf hindeutet, dass die Haut ihre Barrierewirkung verloren hat. Die durchschnittliche Verdunstungsrate stieg von 13,22 auf 109. Sie nahm jedoch ab und erreichte in der zweiten Woche der Nachuntersuchung 12,62, was darauf hindeutet, dass der Hautreparaturprozess höchstwahrscheinlich abgeschlossen ist. In der vierten Woche der Studie fiel der Mittelwert schließlich unter den Ausgangswert und erreichte einen Wert von 10,62. Dies zeigt, dass Plasma nach 4 Wochen keinen Einfluss auf die Hautbarriere hat und keine austrocknende Wirkung auf die Haut hat 18. Darüber hinaus kann gesagt werden, dass es den grundlegenden Richtlinien zum Schutz der menschlichen Haut entspricht.

Veränderungen im Tewameter-Parameter der Maushaut über vier Wochen nach der Plasmaverarbeitung [****p < 0,01, ein signifikanter Unterschied zu vor Beginn des Experiments].

Mexameter. Abbildung 5a zeigt, dass bei der folgenden Behandlung der Melaninspiegel und die Anzahl der Hautpigmente deutlich von 75,28 auf 121,5 anstiegen, was höchstwahrscheinlich auf schwarzen Ruß aufgrund leichter Hautverbrennungen zurückzuführen ist (Abb. 2a). Der durchschnittliche Melaninwert sank in der vierten Nachbeobachtungswoche auf 79,67 und unterschied sich statistisch nicht von vor Beginn der Behandlung. Außerdem stieg laut Abb. 5b die Menge der Erytheme auf der Haut in der Behandlungsgruppe unmittelbar nach der Behandlung signifikant von 167,5 auf 262,9, was auf eine Entzündung hinweist. Dennoch sank der Durchschnitt in der zweiten Woche der Nachbeobachtung auf 148,3, was darauf hindeutet, dass die Entzündung abgeklungen war. Vier Wochen später stieg der Wert schließlich auf einen Mittelwert von 174,9, ohne dass sich die Werte vor der Behandlung wesentlich veränderten. Diese Theorie, die besagt, dass das Plasma nicht mit dem Chromophor interagieren muss9,19, wird durch Abb. 5 gestützt.

Vergleich der Mexameter-Parameter der Maushaut über vier Wochen nach der Plasmaverarbeitung: (a) Melanin; (b) Erythem [*p < 0,05, ****p < 0,0001, ein signifikanter Unterschied zu vor Beginn des Experiments].

Untersuchungen zeigen, dass NO einen erheblichen Einfluss auf die Haut hat, insbesondere auf das Wachstum von Keratinozyten und Fibroblasten9,20,21. Kaltes Plasma kann eine Verdickung der Epidermis verursachen, höchstwahrscheinlich aufgrund der Keratinozytenproliferation9,20. Dies könnte auf die Wirkung aktiver Stickstoff- und reaktiver Sauerstoffspezies auf bestimmte Zytokine und das anschließende Zellwachstum in den behandelten Bereichen zurückzuführen sein9,22. Suschek entdeckte, dass die gefäßerweiternde Wirkung von NO im Plasma die Mikrozirkulation der Haut erhöhen kann, ohne Nebenwirkungen zu verursachen 22. Mit zunehmender Hautdurchblutung dringen Entzündungszellen ein, synthetisieren verschiedene Wachstumsfaktoren und Zytokine und stimulieren die Zellproliferation, einschließlich Fibroblasten. Darüber hinaus kann NO die Synthese von Kollagen IV fördern und die Adhäsion von Endothelzellen aktivieren1,23. Sowohl in In-vitro- als auch in-vivo-Modellen haben Duchenne et al. 24 zeigten, dass die CAP-Behandlung die endogene NO-Synthese stimuliert.

Nach der Plasmaexposition beobachtete das menschliche Stratum corneum einen vorübergehenden In-vivo-Wasserverlust 25. Die nicht getrocknete Epidermis schützt thermisch geschädigte Schichten während der Genesung, ein wünschenswerter Effekt der Plasma-Hauterneuerung26. Da CAPs Ladungen auf der behandelten Oberfläche ablagern können, kann die Haut nach der Plasmabehandlung mehr Wassermoleküle absorbieren. In den ersten Sekunden der Plasmabehandlung steigt die Benetzbarkeit des menschlichen Stratum Corneum schnell an27. Eine erhöhte Hydrophilie wurde auch bei Fingernägeln beobachtet, wo die Plasmabehandlung die Haftung des Nagellacks verbesserte28.

Darüber hinaus kann der von CAP übertragene elektrische Strom, der in die Hautschichten eindringt, wohltuend sein. Seit dem frühen 20. Jahrhundert wird die Hochfrequenz-Elektrotherapie zur Behandlung verschiedener Haut- und anderer Krankheiten eingesetzt29. Es wurde gezeigt, dass eine spezifische elektrische Stimulation die Wundheilung beschleunigt, indem sie die Motilität der dermalen Fibroblasten erhöht. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass direkte und gepulste Ströme die Keratinozytendifferenzierung, epidermale Proliferation, Vaskularisierung und die Bildung von neuem Kollagen stimulieren30,31,32,33,34,35,36,37. Infolgedessen können viele mit kaltem Plasma in Zusammenhang stehende physikalische Faktoren die Zellaktivität und die Mikroumgebung der Haut entweder einzeln oder in Kombination beeinflussen1. All dies unterstreicht die vorteilhafte Rolle von CAP in der Hautbiologie und bietet entsprechende Rechtfertigungen für den Einsatz von Kaltplasma zur Wiederherstellung der funktionellen Barriere der Haut und damit zur Verbesserung ihrer Gesundheit. Außerdem muss das Plasma nicht mit dem Chromophor interagieren9,19. Die Epidermis der Haut besteht aus zwei Arten von Zellen: Keratinozyten, die in allen Schichten der Epidermis reichlich vorhanden sind und Keratin erzeugen, um die Epithelzellen vor mechanischen und nichtmechanischen Belastungen zu schützen, und Melanozyten, die in der Basalschicht der Epidermis reichlich vorhanden sind und bilden das Schutzpigment Melanin38. In dieser Studie wurde festgestellt, dass 4 Wochen nach der Plasmabehandlung kein signifikanter Unterschied bei Hautmelanin und Erythem besteht, was mit der Feststellung übereinstimmt, dass Plasma keine Interaktion mit dem Chromophor erfordert. Dadurch werden konsistentere Ergebnisse erzielt als ablative Laser9,26. Pigmentveränderungen sind eine der häufigsten Nebenwirkungen der Laserbehandlung. Sie ist häufig vorübergehender Natur, tritt innerhalb von drei Wochen auf und hält ein Jahr oder weniger an6. Bei der Behandlung mit CO2-Lasern kann die Hyperpigmentierung bis zu 46 % betragen32. Obwohl weniger häufig (4 Prozent der mit Er:YAG behandelten Fälle), ist Hypopigmentierung eine deutlich stärkere und möglicherweise dauerhaftere Nebenwirkung der Lasertherapie bei allen Hauttypen6. Laut Costa et al. können fraktionierte Laser schädlich sein. Solche Nebenwirkungen werden als entweder erst kürzlich aufgetretene (während der ersten sieben Tage der Behandlung auftretende) oder späte (etwa in der zweiten Woche auftretende) Nebenwirkungen charakterisiert33. In dieser Studie wurden in der letzten Nachbeobachtungsphase keine Pigmentveränderungen beobachtet. Dies könnte daran liegen, dass Plasma nicht mit Chromophoren interagieren muss.

Einer der Hauptvorteile dieser Technologie gegenüber fragmentierten Lasern, die gleichmäßig auf die gesamte behandelte Region einwirken, ist die Möglichkeit, die Behandlung Millimeter für Millimeter anzupassen. Darüber hinaus fördert das Fehlen nachteiliger Auswirkungen, die mit dem Fehlen einer Lichtquelle einhergehen, und die Fähigkeit des Plasmas, die Wärmeübertragung anzupassen und die Entzündungswirkung zu mildern, eine gute Hautstimulation34. Diese Methode hat mehrere Vorteile, darunter das Fehlen absoluter Kontraindikationen, minimale Schmerzen während der Operation, schnelle Heilung, schnelle Bildung einer Schutzschicht nach der Operation, schnelle Heilung der Wundoberfläche, sofortige Rückkehr zur normalen Aktivität und optimale Ergebnisse bei der Erhöhung der Hautelastizität . Schließlich bieten die im Vergleich zu Lasergeräten geringen Gerätekosten einen Mehrwert für den Bediener und den Patienten. Sie haben jetzt Zugang zu einer wirksamen Behandlung zu wesentlich geringeren Kosten als bei einer Laserbehandlung.

Der Erhalt der Elastizität sollte der erste Schritt bei der Behandlung der Hautalterung sein, da der Elastizitätsverlust der früheste Indikator für Hautalterung ist 3,4. Schließlich wurde in dieser Arbeit bewiesen, dass Plasma Spark die Hautdicke, -dichte und damit die Hautelastizität verbessern kann, was höchstwahrscheinlich auf eine erhöhte Anzahl von Keratinozyten und Fibroblasten zurückzuführen ist 9,13.

Der mittlere TEWL stieg unmittelbar nach der Behandlung an, was darauf hindeutet, dass das Plasma die Wasserverdunstung von der Hautoberfläche beschleunigte; Allerdings hatte sich die Haut nach 4 Wochen erholt und der mittlere TEWL war niedriger als der ursprüngliche Wert, was zeigt, dass das Plasma den TEWL nicht beeinflusst.

Darüber hinaus nahm das durchschnittliche Erythem unmittelbar nach der Behandlung zu, was möglicherweise durch Wärmeübertragung auf die Haut verursacht wurde, nahm nach zwei Wochen ab und die Haut zeigte in der vierten Woche keine offensichtlichen Auswirkungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Plasma Spark eine neuartige und kostengünstige Methode zur Hautverjüngung ist, ohne die Hautbarriere zu beeinträchtigen, was diesem Artikel entnommen werden kann.

In diesem Experiment wurden männliche Wistar-Ratten (4 Monate alt) mit einem Gewicht von 250 + 50 g verwendet, die vom Pasteur-Institut (Teheran, Iran) erworben wurden. Zwölf Ratten wurden in zwei Gruppen eingeteilt und in separaten Käfigen unter herkömmlichen Laborbedingungen (Raumtemperatur, Atmosphärendruck, Luftfeuchtigkeit 30 + 10 %, Hell-Dunkel-Zyklus 12 Stunden) mit leichtem Zugang zu Wasser und Futter gehalten. Nach dem Experiment wurden alle Mäuse zum Überleben an die Fakultät für Biologie der Shahid-Beheshti-Universität gespendet.

Tierversuche wurden gemäß dem Ausschuss für Leitlinien für Tierpflege und -nutzung der Medizinischen Universität Teheran durchgeführt. Alle beschriebenen Tierversuche wurden von der Ethikkommission für Tierversuche der Medizinischen Universität Teheran, IRAN (IR.TUMS.MEDICINE.REC.1400.766) genehmigt. Die Berichterstattung über die In-vivo-Studie erfolgt gemäß den ARRIVE-Richtlinien (Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments) für die Berichterstattung über Experimente 39,40.

Die vorliegende Arbeit verwendete das Spark-Plasma-System der Firma Plasma Fanavar Jam (Plasma Beuty 100 – Abb. 6a). Die elektrischen Eigenschaften des Plasmageräts wurden mit einem Oszilloskop und einer Hochspannungssonde (Tekterorix, P6015A, 1:1000) getestet und demonstriert. Die Spannungsänderungen sind sinusförmig, wie in Abb. 6b dargestellt. Das Gerät hat eine Spitze-Spitze-Spannung von 3,44 kV und eine Frequenz von 62,5 kHz. Mithilfe der optischen Emissionsspektrometrie (OES; Avaspec3648USB2) wurden verschiedene aktive Spezies kalter Plasmaspezies untersucht. Die OES-Spektren wurden im Bereich von 250–800 nm entlang der Plasmaachse gesammelt. Die optische Emissionsspektroskopie des Plasmageräts ergab die Emission von Spezies wie OH (309 nm), NO (297 nm) und N2/N2+ (315, 337, 358, 375,4 und 380 nm) in Abb. 6c9,35 .

Eigenschaften des Kaltplasmageräts. (a) Plasmagerät, (b) Spannung und Frequenz, (c) das optische Emissionsspektrum des Plasmageräts und der von ihm erzeugten angeregten Spezies.

Die biometrischen Eigenschaften der Proben, einschließlich Melaninindex, Erythemindex, Hydratation des Stratum Corneum und epidermaler Wasserverlust, wurden mit einem multifunktionalen Hauttester (Courage + Khazaka Electronics, Köln, Deutschland) gemessen. Der Elastizitätsindex wurde mit einem Dual Cutometer® Dual MPA 580 Courage + Khazaka electronic GmbH (Köln, DEUTSCHLAND) berechnet.

Das Cutometer zeigt während der Messung in Echtzeit den Widerstand der Haut gegen Unterdruck (Steifheit) und ihre Fähigkeit, in ihre ursprüngliche Position zurückzukehren (Elastizität) als Kurve (Eindringtiefe in Millimetern/Zeit) an. Wir haben den Zugindex anhand der Metriken R2 und R5 untersucht. R2 ist die Viskoelastizität in Prozent, die den Widerstand gegen die mechanische Kraft im Vergleich zur Erholungsfähigkeit widerspiegelt, und R5 ist die Nettoelastizität in Prozent, die den elastischen Teil der Saugphase darstellt vs. sofortige Erholung während der Entspannungsphase4,36.

Zur Messung der Dicke der Hautschichten wurde ein Hautultraschall-Bildgebungsgerät (Dub®SkinScanner Taberna pro medium) (Lüneburg, DEUTSCHLAND) verwendet. Dieses Gerät ermöglicht die Visualisierung von Strukturen bis zu einer maximalen Tiefe von 1 cm36. In diesem Experiment wurde eine Sonde mit einer Frequenz von 75 MHz verwendet. Hautproben wurden vor und unmittelbar nach der Behandlung nach 2 und 4 Wochen biometrisch analysiert. Alle Messungen wurden beim Entspannen in einer kontrollierten physikalischen Umgebung (Raumtemperatur 23 °C und Luftfeuchtigkeit 40 %) durchgeführt.

12 Wistar-Ratten wurden in zwei Sechsergruppen eingeteilt, um die Wirksamkeit von Spark-Plasma und seine möglichen Auswirkungen auf die Hautverjüngung zu bewerten. Die erste Gruppe erhielt Plasma, während die zweite Gruppe eine Kontrollgruppe war. Die Ratten wurden vor der Plasmabehandlung mit Ketaminhydrochlorid (100 mg/kg) und Xylazinhydrochlorid (10 mg/kg) anästhesiert. Der Bereich hinter den Hälsen der Ratten wurde mit einer Schere kurz geschnitten, dann vollständig rasiert und mit einem Lineal gemessen. Die Haut der Maus wurde gereinigt und zur Lokalanästhesie vor der Bestrahlung eine topische Xyla-P-Creme aufgetragen. Nach 20 Minuten wurde der Bereich gereinigt und mit einem Plasmagerät in einem dreieckigen Muster behandelt. Nach der Behandlung wurde die Fläche der behandelten Region erneut mit einem Lineal gemessen und außerdem das Ausmaß der Hautschrumpfung berechnet. Um die möglichen Nebenwirkungen dieser Methode zu ermitteln und sie mit dem normalen Hautprozess der Proben zu vergleichen, wurden vor und unmittelbar nach der Behandlung sowie nach 2 und 4 Wochen Hautanalysen und Biometrie durchgeführt.

Die Ergebnisse wurden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (Mittelwert ± SEM) ausgedrückt. Die statistische Datenanalyse wurde mithilfe der Way-ANOVA durchgeführt, um die Gruppen mithilfe der Software Graph Pad Prism (9.0.0) zu vergleichen. Das Signifikanzniveau wurde als kleiner als 0,05 (p < 0,05) angesehen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Forschungszentrum für Haut- und Stammzellen, Förder-/Auszeichnungsnummer: 1400-1-200-52249. Medizinische Universität Teheran, Labor für Plasmamedizin, Institut für Laser- und Plasmaforschung, Shahid-Beheshti-Universität.

Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Erfan Ghasemi und Mohammad Ali Nilforoushzadeh.

Laser- und Plasmaforschungsinstitut, Shahid Beheshti University, GC, Postfach, Teheran, 19839-6941, Iran

Erfan Ghasemi, Mohammadreza Khani, Parisa Charipoor, Mohammad Eftekhari und Babak Shokri

Forschungszentrum für Haut- und Stammzellen, Medizinische Universität Teheran, Teheran, Iran

Mohammad Ali Nilforoushzadeh, Mohammad Amir Amirkhani, Maryam Nouri und Samira Izadpanah

Skin Repair Research Center, Jordan Dermatology and Hair Transplantation Center, Teheran, Iran

Mohammad Ali Nilforoushzadeh

Physikabteilung von Shahid, Beheshti-Universität, GC, Postfach, Teheran, 19839-6941, Iran

Shokri-Folge

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EG, MAN und MRK initiierten die Forschung und konzipierten die Experimente. MAN, MAA, BS und MRK führten alle Teile der Experimente durch. EG, MN, PC und SI führten biologische Analysen durch, und EG, PC und ME führten eine Plasmabehandlung und -charakterisierung durch und analysierten die Daten. EG und MRK haben das Manuskript geschrieben. Alle Autoren diskutierten das Ergebnis und überarbeiteten das Manuskript.

Korrespondenz mit Mohammadreza Khani oder Mohammad Amir Amirkhani.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ghasemi, E., Nilforoushzadeh, MA, Khani, M. et al. Die quantitative Untersuchung von Funkenplasma auf Hautparameter mit Hautelastizität, -dicke, -dichte und biometrischen Eigenschaften. Sci Rep 13, 7738 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34425-z

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Eingegangen: 15. Oktober 2022

Angenommen: 29. April 2023

Veröffentlicht: 12. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34425-z

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