Untersuchung der Wirkung Extrakorporaler Stoßwellentherapie auf die Haut - Effekte der Mechanotransduktion auf Fibroblasten in-vitro und Analyse von Hautveränderungen in-vivo

Abstract

Die extrakorporale Stoßwellentherapie wird erfolgreich in der Therapie schlecht heilender Wunden eingesetzt und kann auch bei der gealterten Haut eine Wirkung, die sich durch Straffung äußert, zeigen. Für die Wundheilung und den gesunden Aufbau des dermalen Bindegewebes spielen Fibroblasten eine entscheidende Rolle. Sie synthetisieren Strukturproteine und Bestandteile der extrazellulären Matrix. Die Fibroblastenaktivität bestimmt damit durch den Aufbau des Gewebes, die Förderung von Migration und Adhäsion von Zellen und die Regulation des Feuchtigkeitshaushaltes das Erscheinungsbild der Haut. Hyaluronsäure gehört als Glykosaminoglykan zu den von Fibroblasten synthetisierten Bestandteilen der extrazellulären Matrix, welche durch die Bindung von Wasser zu den genannten Prozessen beiträgt. Durch die Untersuchung der Wirkungen von Stoßwellen auf Fibroblasten in-vitro konnten Mechanismen, die Wundheilung und Hautregeneration fördern, gefunden werden. Direkt nach der Applikation kam es zu einem intensivierten Stoffwechsel und einer verstärkten Migration von Fibroblasten. Die Produktion von Elastin war drei Tage nach Behandlung verdoppelt, während Kollagen ein geringeres Ansprechen zeigte. Auch spätere Effekte der Behandlung wurden gemessen. Die Zellteilungszeit reduzierte sich, so dass nach sieben Tagen eine Erhöhung der Zellzahl gegenüber der Kontrolle gesehen wurde. Eine leichte, aber nicht signifikante Steigerung der Proteinsynthese ging mit dieser Beobachtung zeitlich einher. Fibronektin und Hyaluronsäure wurden fünf Tage nach der Einwirkung von Stoßwellen verstärkt synthetisiert, wobei die erreichten Werte vom verwendeten Gerät und den gewählten Einstellungen abhingen. Diese Beobachtungen tragen zu einer Straffung der Haut bei, welche in-vivo nachgewiesen werden konnte. Insbesondere die kombinierte Anwendung von Hyaluronsäure und Stoßwellen konnte über einen Zeitraum von drei Monaten Falten und Rauheit der Periorbital- und Glabellaregion reduzieren, womit sie der einfachen Stoßwellenapplikation oder Hyaluronsäureanwendung in Wirkung und Nachhaltigkeit überlegen war. Die Zerstörung der Hyaluronsäure durch die Behandlung mit Stoßwellen wurde zuvor ausgeschlossen. Ein Vergleich des piezoelektrischen und elektrohydraulischen Erzeugungsprinzips war durch die Korrelation der akkumulierten Energieflussdichte mit den Ergebnissen der Proliferation möglich. Die dort gezeigte Beziehung konnte bei der Messung der Genexpression jedoch nicht bestätigt werden. Weitere Faktoren scheinen die Wirksamkeit unterschiedlicher Geräte zu beeinflussen. Im Rahmen der Arbeit wurden Mechanismen identifiziert, die einen Beitrag zum Verständnis der Stoßwellenwirkung auf die Haut liefern. Die Wirkung auf die gealterte Haut konnte zudem über ein objektives Messverfahren nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden erstmalig Ansätze zum Vergleich verschiedener Generationsverfahren von Stoßwellen formuliert.

Extracorporeal shock-wave therapy is carried out successfully in bad healing wounds and even for matured skin a tightening effect was shown. Fibroblasts play a crucial role in wound healing and integrity of the connective tissue, because they synthesize proteins for the structure and constituent parts of the extracellular matrix. Their activity defines the appearance of the skin by tissue organization, enhancement of cell migration and adhesion as well as regulation of hydrodynamic processes. Hyaluronic acid, a glycosaminoglycan, is produced by fibroblasts and contributes with its water binding capacity to these processes. Some underlying mechanisms for wound healing and regeneration of skin were found, examining the effect of shock-waves on fibroblasts in-vitro. After their application an intensified metabolism and enhanced migration of fibroblasts was measured. Three days later production of elastin was doubled, whereas collagen showed just slight response. Later effects of the therapy, like a reduced doubling time of cells caused seven days after treatment and increase of cell numbers compared to control, were also shown. A slight, but not significant increase of protein production was accompanied by this observation. According to chosen device and treatment parameters synthesis of fibronectin and hyaluronic acid was enhanced five days after shock-wave application. These observations have a share in skin tightening, which was proven in-vivo. Especially the combined appliance of shock-waves and hyaluronic acid reduced wrinkles and roughness at the glabella- and periorbitalregion more effective than simple application of shock-waves or hyaluronic acid. Destruction of hyaluronic acid by the shock waves was excluded before. With the correlation of accumulated energy flux density and proliferation results comparison of piezoelectric and electrohydraulic devices was possible. How-ever shown connection was not approved in gene expression experiments. Further ascendancies seem to influence the efficiency of different machines. In this thesis new mechanisms that contribute to the comprehension of the effects of shock-waves on skin were found. The effect on matured skin was proven by an objective procedure of measuring. Technics to compare different shock-wave generating principles were verbalized for the first time.