Rozwój przyrządów do pomiaru skóry

Od dawna prowadzono obserwacje zmian skóry ze szczególną uwagą skierowaną na zmiany możliwe do wykrycia podczas badania wzrokowego i dotykowego.

Hachiro TAGAMI
Profesor Emeritus, Wydział Dermatologii
Uniwersytet Medyczny Tohoku

Streszczenie: Od dawna prowadzono obserwacje zmian skóry ze szczególną uwagą skierowaną na zmiany możliwe do wykrycia podczas badania wzrokowego i dotykowego. Jednak z uwagi na ograniczenia oceny zmysłowej, w ciągu ostatnich 30 lat podejmowano wysiłki zmierzające w kierunku wprowadzenia różnych rodzajów pomiarów z użyciem przyrządów. Stany skóry, które zazwyczaj uznawano za normalne, można teraz w oparciu o wartości liczbowe klasyfikować jako różne rodzaje. Osiągnięcia tych badań wykorzystuje się powszechnie nie tylko w leczeniu chorób, ale także w dziedzinie kosmetyki. Szczególne znaczenie ma pomiar funkcji barierowych
warstwy rogowej naskórka w najbardziej na zewnątrz położonej warstwie skóry, jak również jej zawartość wody. Pomiar taki pozwala nam dokonać oceny liczbowej podrażnienia skóry oraz nieprawidłowego zrogowacenia. Ułatwia również ilościową ocenę działania stosowanych miejscowo leków o działaniu natłuszczającym i wygładzającym powierzchnię skóry. Kolor skóry, topografię powierzchni oraz napięcie można również poddać ocenie liczbowej. Obserwacja skóry w powiększeniu pomaga w rozpoznaniu różnicowym guzów złośliwych. Niedawne osiągnięcia pozwalają na przeprowadzenie nieinwazyjnej obserwacji in-situ wewnętrznej struktury skóry, eliminując do
pewnego stopnia konieczność wykonywania inwazyjnej biopsji oraz badań histopatologicznych.
Słowa kluczowe: funkcje barierowe; pomiar biofizyczny; stan nawilżenia; pomiar przyrządami; skóra; warstwa rogowa naskórka

Wstęp


Rozległe obserwacje stanowiły i stanowią istotną część badania skóry w naszej rutynowej praktyce. Dermatologia opisowa posiada długą historię, a doświadczeni dermatolodzy słyną zwykle ze zdolności wykrywania drobnych zmian w skórze pacjenta. Zwykle oczywiste jest występowanie wysypki. Dermatolog stawia diagnozę obserwując charakterystyczne cechy morfologiczne zmian skórnych, stosuje odpowiednie leki o działaniu miejscowym i potwierdza zniknięcie zmian makroskopowych. Cały proces leczenia przeprowadza się przy obserwacjach gołych okiem. Wykorzystanie przyrządów ograniczało się zwykle do użycia szkła powiększającego przez lekarzy z presbyopią i mikroskopu do badania mikologicznego.

Niniejszy artykuł jest poprawioną wersją angielskiej wersji publikacji, która ukazała się w Journal of the Japan Medical Association (Vol. 129 nr 9, 2003, str. 1405 – 1408)

Jednak dziedzina dermatologii nie ogranicza się tylko do widocznych zmian chorobowych, ale ma także wiele wspólnego z kosmetyką. Nawet skóra zdrowych osób wykazuje drobne różnice w odcieniu i stopniu natłuszczenia, które trudno opisać słowami. Nie mówiąc już o tym, że cechy skóry chorej są znacznie bardziej zróżnicowane.
Kiedy mierzymy różne cechy skóry przy użyciu odpowiednich przyrządów okazuje się, że skóra normalna posiada wiele odmian, trudnych do zobaczenia gołym okiem. Teraz już wiadomo, że istnieją nawet „niewidoczne dermatozy”, które można wykryć tylko przy użyciu przyrządów. 1) Nie wszystko można zobaczyć gołym okiem.
Odzwierciedleniem tej sytuacji jest ruch w stronę wprowadzenia przyrządów pomiarowych w dermatologii i rozwój biometrii skóry w ciągu ostatnich dwudziestu pięciu lat. Powstały społeczności specjalistów akademickich i opublikowano poświęcone temu tematowi czasopisma naukowe. Obecnie używa się coraz więcej przyrządów w naszej codziennej praktyce.

Pomiar właściwości powierzchni skóry
Najbardziej na zewnątrz położona warstwa skóry składa się z warstwy rogowej naskórka, która działa jak bariera zapobiegająca swobodnemu przenikaniu substancji i utrzymuje elastyczność skóry. Warstwa rogowa naskórka składa się z korneocytów, które są martwymi keratynocytami naskórka, popularnie zwanymi łupieżem. Przestrzenie między tymi komórkami są wypełnione lipidami międzykomórkowymi ułożonymi w specjalną blaszkowatą strukturę. Warstwa rogowa naskórka jako całość jest biologicznie wytwarzaną strukturą błoniastą o grubości mniejszej niż 20μm. Powodem obecności warstwy rogowej naskórka na całej powierzchni ciała człowieka jest podstawowa potrzeba zatrzymywania wody w organizmie żyjącym w suchym środowisku i obrona przed inwazją mikrobów oraz innych szkodliwych substancji.
W porównaniu do zdrowej skóry, skóra chora wygląda na bardziej białą, jest szorstka i sucha w dotyku. Warstwie rogowej naskórka o tak zmienionym chorobowo wyglądzie brakuje wystarczających funkcji barierowych. Ponieważ traci ona wodę w suchym powietrzu i staje się twarda i łamliwa, na powierzchni skóry tworzą się pęknięcia na skutek ruchów ciała. Prowadzi to do powstania twardych, grubych grudek tkanek rogowych zwanych łuskami. Z punktu widzenia utrzymania pięknej i zdrowej skóry, zawartość wilgoci w warstwie rogowej naskórka jest jednym z głównych czynników mających wpływ na właściwości zarówno zdrowej jak i chorej skóry, a tkanka ta jest uważana za jeden z najważniejszych elementów docelowych przyrządów w dermatologii. Dodatkowo, pomiar ten jest istotny przy ocenie skuteczności leków działających miejscowo oraz kosmetyków do pielęgnacji skóry.



1. Pomiar funkcji barierowej warstwy rogowej naskórka
Niedawno stało się możliwe badanie funkcji barierowych warstwy rogowej naskórka in situ przy użyciu nieinwazyjnej metody zwanej pomiarem przeznaskórkowej utraty wody (TEWL). Metoda ta wykorzystuje higrometr elektryczny do zmierzenia ilości wody traconej powoli z organizmu przez warstwę rogową naskórka.
Z uwagi na fakt, iż pocenie się ma wpływ na ten pomiar, dokonuje się go w temperaturze otoczenia 22°C lub niższej i w warunkach niepowodujących pocenia się. Skóra ze stanem zapalnym, w którym dochodzi do powstania łusek niezmiennie wykazuje wysokie wartości TEWL, odzwierciedlając utratę funkcji barierowej. Badanie z wykorzystaniem tego pomiaru ujawniło utratę funkcji barierowej w skórze zniszczonej detergentami, jak również nadmierne atopowe rogowacenie skóry (obszary skóry u pacjentów z atopowym zapaleniem skóry, które są po prostu suche, ale nie wykazują wyraźnych zmian).2) Sytuacja wygląda zupełnie inaczej w przypadku nadmiernego rogowacenia skóry u starszych osób. Podczas gdy zmianom zapalnym skóry towarzyszy powstawanie chorobowej warstwy rogowej naskórka i pojawienie się łusek w wyniku wzmożonego metabolizmu naskórka, nadmierne rogowacenie warstwy rogowej naskórka u osób starszych charakteryzuje obecność niezmienionych funkcji barierowych, a suchość wynika z braku dostarczania wilgoci od wewnątrz, po jej utracie na skutek działania suchego powietrza zimą. Pomimo podobnego wyglądu klinicznego obydwu suchości, ta druga charakteryzuje się dużym nagromadzeniem rogowej warstwy naskórka i obniżonym TEWL. 3)
Z drugiej jednak strony, świeże blizny, blizny hipertroficzne i bliznowce z zapaleniem oraz rozrost tkanki włóknistej w głęboko położonych warstwach skóry właściwej wykazują obniżenie funkcji barierowych, nawet jeśli nie obserwuje się łusek. Tak jest również w przypadku miejscowego zastosowania kwasu retinowego w fotostarzeniu odsłoniętych obszarów skóry u starszych pacjentów oraz doustnego podawania retinoidów u osób cierpiących na rogowacenie wadliwe.4) Oczywiście normalna skóra w różnych częściach ciała wykazuje różne wartości TEWL. Skóra na twarzy oraz zewnętrznych narządach płciowych wykazuje wysokie wartości TEWL, zbliżone do tych, występujących w przypadku zmian skórnych w innych lokalizacjach. 5)

2. Pomiar stanu nawodnienia warstwy rogowej naskórka
Normalna warstwa rogowa naskórka wiąże wodą i spełnia ważną funkcję nawadniającą (zatrzymywania wilgoci), potrzebną do utrzymania miękkości i gładkości skóry, umożliwiających nieograniczone ruchy skóry. Utrata tej funkcji może skutkować suchością, szorstkością skóry, a nawet pojawieniem się łusek i pęknięć, które często towarzyszą chorobom skóry. Dlatego też stan nawodnienia warstwy rogowej naskórka stanowi bardzo ważny pomiar zarówno dla naukowców zajmujących się kosmetyką, którzy próbują stworzyć podstawowe kosmetyki poprawiające zawartość wody normalnej warstwy rogowej naskórka oraz dla dermatologów, którzy leczą choroby skóry przy użyciu działających miejscowo leków, podwyższających zawartość wody w nieprawidłowo funkcjonującej warstwie rogowej naskórka.
W 1980r. autorzy 6) donieśli, że można szybko i nieinwazyjnie wykonywać pomiary in vivo stanu nawodnienia powierzchni warstwy rogowej naskórka poprzez pomiar przewodności przy wielkich częstotliwościach lub pomiar pojemności elektrycznej. Odtąd powstało wiele przyrządów opartych na tej zasadzie i są one szeroko stosowane w diagnostyce i opracowywaniu środków nawilżających oraz innych leków miejscowych.
Wraz z pomiarem funkcji barierowej warstwy rogowej naskórka, pomiar stanu nawodnienia warstwy rogowej naskórka stanowi podstawę analizy funkcjonalnej tej warstwy. Pomiaru tego powinno się dokonywać w temperaturze 22°C lub niższej i przy wilgotności względnej 50%, celem uniknięcia wpływu pocenia się.
Spośród wszystkich części ciała wartość nawodnienia bywa wysoka w skórze twarzy i górnych częściach ciała, gdzie wydzielanie sebum jest duże, a niska w kończynach dolnych. 5) Osoby starsze, u których obserwuje się utratę funkcji nawodnienia warstwy rogowej naskórka, często cierpią na suchość skóry kończyn dolnych zimą, co może prowadzić do starczego rogowacenia wadliwego, charakteryzującego się świądem wywołanym pękaniem powierzchni skóry.3) U osób niecierpiących na wysypki skórne również obserwuje się słabą funkcję barierową oraz wyższą wartość TEWL warstwy rogowej naskórka zimą niż latem, gdy te same osoby bada się w takich samych warunkach.7) Oznacza to, że zimą skóra wykazuje większą skłonność do zapalenia skóry i pogorszenia takich stanów chorobowych jak atopowe zapalenie skóry.
Zawartość wody w warstwie rogowej naskórka spada w przypadku występowania łusek lub strupków i wrasta natychmiast po zastosowaniu środków nawilżających. Doustne podanie retinoidów w przypadku nieprawidłowego rogowacenia oraz miejscowe zastosowanie kwasu retinowego w przypadku trądziku i fotostarzenia zwiększa natłuszczenie skóry w ciągu 1 lub 2 tygodni. 4) Wspomniane wcześniej bliznowce i świeże blizny również wykazują podobne zmiany związane ze zwiększeniem zawartości wody w warstwie rogowej naskórka.


3. Pomiar topografii powierzchni skóry
Najbardziej powszechną metodą szczegółowej obserwacji topografii powierzchni skóry wydaje się metoda odwzorowania (microrzeźby). Topografię powierzchniową skóry przenosi się do miękkiego materiału celulozowego lub gumy silikonowej, a następnie dalej do żywicy lub innego odpowiedniego materiału, a następnie obserwuje pod światłem lub mikroskopem elektronowym. Podejmowano próby wizualizacji topografii powierzchni w odwzorowaniu dwuwymiarowym oraz osiągnięcia rekonstrukcji trójwymiarowej.
Obecnie, próbki obserwuje się zwykle pod światłem padającym ukośnie, a powstałe cienie wczytuje się do urządzenia analizującego obraz, podłączonego do komputera, który oblicza obszar wykrytych cieni. Na przykład w chorobie Pageta czy ziarniniaku grzybiastym, rodzaju chłoniaka T-komórkowego, możemy precyzyjnie określić granicę pomiędzy tkanką marginalną i zwykłą, na podstawie różnicy w formie drobnych zmarszczek. 8)

Pomiar koloru skóry
Pomiar zaczerwienienia, białości i pigmentacji skóry wykazuje niezwykle znaczące postępy. Jednym z najbardziej znaczących wynalazków jest Minolta Chroma Meter®, który posiada zdolność analizowania kolorytu na podstawie odcienia, jasności i chrominancji. Wraz z wygodą rutynowego stosowania, jego zaletą jest to, że jest niemal idealnym przyrządem tego typu. Skóra twarzy Japończyków wykazuje z wiekiem obniżenie jasności (L*) i zwiększenie żółtości (b*).

Obserwacja powierzchni skóry w powiększeniu
Obserwacja powierzchni skóry w powiększeniu 20x, przy użyciu przenośnego urządzenia optycznego zwanego dermatoskopem, ułatwia ocenę guzów powierzchniowych, zmian pigmentacyjnych oraz sieci naczyń krwionośnych. Dermatoskop zwiększył precyzję diagnostyki klinicznej brodawek łojotokowych, plam soczewicowatych słonecznych, pieprzyków, raka komórek podstawowych oraz czerniaka złośliwego, które często stwarzają problemy w diagnozie różnicowej. 9)

Nieinwazyjna obserwacja mikroskopowych struktur skóry in vivo
Podczas gdy badanie histopatologiczne skóry można wykonać korzystając z prostych procedur, problem pojawia się w przypadku pozostających na skórze blizn. Wykorzystanie przyrządów pozwala nam prowadzić obserwacje in situ zmian mikroskopowych w tkankach skórnych. Budowę skóry można badać przy użyciu ultradźwięków o dużych częstotliwościach. Dane liczbowe hipertrofii i atrofii skóry oraz lokalizacja guza mogą być przydatne w ocenie stopnia zaawansowania zmian chorobowych oraz skuteczności leczenia.
Jeśli chodzi o nieinwazyjne obserwacje mniejszych struktur, laserowe mikroskopy konfokalne są przydatne w badaniu płytszych warstw skóry, np. naskórka oraz warstwy brodawkowej skóry właściwej. Metoda ta pozwala uzyskać informacje na temat charakteru i grubości korneocytów, charakteru komórek nabłonkowych oraz hemodynamiki w naczyniach włosowatych. 10)
Jednakże z uwagi na fakt, iż jesteśmy przyzwyczajeni do obserwacji artefaktów w próbkach histopatologicznych barwionych metodą HE, należy jeszcze ustalić wartość tej metody w diagnozowaniu chorób.

Identyfikacja substancji tkankach skórnych

Mikrodializa jest metodą, w której roztwór fizjologiczny wstrzykuje się grubą igłą, wbitą śródskórnie lub podskórnie, podczas gdy płyn tkankowy odzyskuje się przez inną igłę w celu analizy i rozpoznania występujących w nim substancji. Metoda ta umożliwia nam analizę różnych substancji w płynie tkankowym, którego próbki zostały pobrane w czasie rzeczywistym oraz badanie ról i metabolizmu tych substancji w skórze normalnej i zmienionej chorobowo. 11)


Pomiar wiskoelastyczności i sztywności skóry
Kutometry są ogólnie dostępnymi na rynku urządzeniami umożliwiającymi kompleksowy pomiar właściwości mechanicznych i fizycznych skóry, takich jak rozciągliwość i wiskoelastyczność. Odbywa się to na zasadzie zasysania skóry i pomiaru jej przemieszczenia oraz czasu potrzebnego, aby powrócić do poprzedniego stanu. Ponieważ zmiany w skórze wykrywane za pomocą tej metody odzwierciedlają nie tylko stan nawodnienia warstwy rogowej naskórka, ale także grubość naskórka, stopień zmian włóknistych, stan macierzy skóry właściwej itd., konieczne jest zrozumienie charakterystyki każdego urządzenia i dobranie modeli odpowiednich do celu badania.
Niedawno opracowaliśmy metodę pomiaru sztywności skóry przy pomocy zautomatyzowanych czujników dotykowych i analizowania jej jako sztywności powierzchniowej na skutek wysuszania warstwy rogowej naskórka oraz sztywności głębokiej odzwierciedlającej zmiany włókniste w skórze właściwej. 12)

Wnioski
Subiektywnym obserwacjom, jakich może dokonać sam obserwujący, brakuje odtwarzalności i niezawodności. Opracowano metody pomiarów żywej skóry przy użyciu przyrządów, na podstawie koncepcji analitycznej, której celem jest rozpoznanie kondycji skóry poprzez analizę danych z pomiarów przy użyciu przyrządów. Zastosowanie technologii biometrii skóry umożliwiło nam liczbowe określenie właściwości skóry, których nie można określić przy pomocy ludzkich zmysłów. Podejście to stało się kluczowe w zrozumieniu nie tylko zmian spowodowanych przez choroby skóry, ale także charakterystycznych cech skóry normalnej, odzwierciedlających wiek, płeć oraz położenie anatomiczne. W przypadku zwykłych (zdrowych) osób, musimy zwrócić szczególną uwagę na skórę osób starszych, którzy stanowią coraz liczniejszą część naszego społeczeństwa. Mamy nadzieję, że to podejście ułatwi pomiar zmian skórnych związanych z wiekiem, a także naukową ocenę skuteczności leczenia starszej skóry.



Bibliografia

1) Kligmian, A.M. „The invisible dermatoses”, Arch Dermatol 1991; 127: 1375–1382.
2) Watanabe, M., Tagami, H., Horii, I. i wsp. „Functional analyses of the superficial stratum corneum in atopic xerosis”, Arch Dermatol 1991; 137: 1689–1692.
3) Hara, M., Kikuchi, K., Watanabe, M. i wsp. „Senile xerosis: functional, morphological, and biochemical studies”, J Geriatr Dermatol 1993; 1: 111–120.
4) Suetake, T., Sasai, S., Zhen, Y.X. i wsp.. „Functional analyses of the stratum corneum in scars. Sequential studies after injury and comparison among keloids, hypertrophic scars, and atrophic scars”,  Arch Dermatol 1996; 132: 1453–1458.
5) Ya-Xian, Z., Suetake, T. i Tagami, H. „Number of cell layers of the stratum corneum in normal skin-relationship to the anatomical location on the body, age, sex and physical parameters:, Arch Dermatol Res 1999; 291: 555–559.
6) Tagami, H., Ohi, M., Iwatsuki, K. i wsp „Evaluation of the skin surface hydration in vivo by electrical measurement”, J Invest Dermatol 1980; 75: 500–507.
7) Kikuchi, K., Kobayashi, H., Le Fur, I. i wsp. „The winter season affects more severely the facial skin than the forearm skin: Comparative biophysical studies conducted in the same Japanese females in late summer and winter”, Exog Dermatol 2002; 1: 32–38.
8) Kikuchi, K., Aiba, S., O’Goshi, K. i wsp. „Demonstration of characteristic skin surface contours of extramammary Paget’s disease arid parapsoriasis en plaque by image analysis of negative impression replicas”. J Dermatol Sci 2002; 30: 20–28.
9) Soyer, H.P., Smolle, J., Leitinger, G. i wsp. „Diagnostic reliability of dermoscopic criteria for detecting malignant melanoma”, Dermatology 1995; 190: 25–30.
10) Huzaira, M., Rius, F., Rajadhyaksha, M. i wsp.. „Topographic variations in normal skin, as
viewed by in vivo reflectance confocal microscopy”, J Invest Dermatol 2001; 116: 846–852.
11) Rukwied, R., Zeck, S., Schmelz, M. i  McGlone, F. „Sensitivity of human scalp skin to pruritic stimuli investigated by intradermal microdialysis in vivo”, J Am Acad Dermatol 2002; 47: 245–250.
12) Sasai, S., Ya-Xian, Z., Suetake, T. i wsp.. „Palpation of the skin with a robot finger: an attempt to measure skin stiffness with a probe loaded with a newly developed tactile vibration sensor and displacement sensor”,
Skin Res Technol 1999; 5: 237–246.
Tagi: SkinPlan
Czy karboksyterapia daje takie same efekty jak mezoterapia?
SKOMENTUJ
KOMENTARZE (0)