DE69530098T2

DE69530098T2 - Messung des feuchtigkeitsgehalts der haut

Info

Publication number: DE69530098T2
Application number: DE69530098T
Authority: DE
Inventors: Orjan G Martinsen; Sverre Grimnes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: NO180024C; NO943840D0; ATE235185T1; CN1149955C; DE69530098D1; EP0785749B1; WO1996010951A1; US5738107A; EP0785749A1; JPH10512764A; ES2196083T3; NO943840L; JP3916658B2; AU3711695A; CN1174497A; NO180024B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes in der Haut, insbesondere in der Keratin-bzw. Hornschicht (stratum corneum), wie dies in der Einleitung des Anspruches 1 dargelegt ist. Die Erfindung betrifft zugleich eine Vorrichtung zum monopolaren Messen des Feuchtigkeitsgehalts in der Haut, insbesondere in der Keratin- bzw. Hornschicht (stratum corneum), wie dies in den Einleitungen der Ansprüche 6 und 7 dargelegt ist.
Ein Bewerten des Hydrationsgrades des Stratum corneum durch Messen der elektrischen Eigenschaften der Haut ist eine Aufgabe, die das schwierige Problem des in Beziehung Bringens elektrischer Parameter mit physiologischen Bedingungen beinhaltet. Es ist von höchster Bedeutung, verbesserte Verfahren und Geräte zum Messen der Feuchtigkeit oder Hydration im Stratum corneum zu erhalten, da der Feuchtigkeitsgrad in der Haut sehr eng mit der Funktion der Haut zusammenhängt, und das Messen des Hydrationszustandes des Stratum Corneum kann es ermöglichen, eine frühzeitige Diagnose nicht sichtbarer Bedingungen der Haut zu erhalten. Elektrische Messungen des Haut-Feuchtigkeitsgehaltes sind ebenfalls wertvoll, um eine Anzahl verschiedener Umstände zu bewerten, beispielsweise im Zusammenhang mit Kosmetika, Feuchtigkeitsmitteln und anderen Hautpflegezusammensetzungen für den Feuchtigkeitsgehalt in der Haut.
Geräte zur Messung der Feuchtigkeit in Holzspänen unter Verwendung elektrischer Parameter der Holzspäne sind beispielsweise aus US-Patent Nr. 4 174 498 bekannt, das eine Vorrichtung zum Auffinden des Feuchtigkeitsgehalts von Holzspänen lehrt. Die Bestimmung der Feuchtigkeit findet statt, indem man Konduktanz- und Suszeptanzsignale kombiniert, während angenommen wird, daß die Substanz innerhalb eines Probenbehälters ein elektrisch homogenes Volumen aufweist.
Moderne Feuchtigkeitsmittel und ähnliche Hautpflegezusammensetzungen werden in zunehmendem Maße auf Liposomen aufgebaut, wobei das wässrige Volumen vollständig von einer oder mehreren Doppelmembranen umgeben ist, die aus Lipidmolekülen bestehen. Diese werden spontan gebildet, wenn die Lipide (normalerweise Phosphorlipide) in einem wässrigen Medium dispergiert sind, und können im Durchmesser von größenordnungsmäßig 10 nm bis größenordnungsmäßig 10 μm reichen. Deshalb verwenden neue Hautpflegeprodukte in zunehmendem Maße Liposome, um den Transport aktiver Substanzen in die Haut zu erleichtern. Intakt-Liposome durchdringen lediglich das Stratum corneum, und da sie hygroskopisch sind und ein Wasservolumen enthalten können, das einem Mehrfachen ihres Phosphorlipidgewichts gleicht, verursachen sie eine Steigerung des Feuchtigkeitsgehalts der Haut.
Um die Wirkung solcher Hautpflegezusammensetzungen zu messen, sind Instrumente der Art "Corneometer" und "Skicon" eingesetzt worden, wobei letzteres in Tagami H. & al., "Evaluation of the skin surface hydration in vivo by electrical measurement", J. Invest. Dermatol. 75, 1980, pp. 500–507, beschrieben ist. Diese arbeiten mit Frequenzen von annähernd 100 kHz bis zu mehreren MHz, wobei die Impedanz des Stratum corneum niedrig ist, was es schwierig macht, beispielsweise von der Zulässigkeit in dem Stratum corneum eine isolierte Messung zu erhalten. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß zwei benachbarte Oberilächenelektroden auf der Haut aufgrund von Hautcreme, von Schwitzen etc. kurzgeschlossen werden.
Die Internationale Patentanmeldurn WO 92/06634 betrifft eine Einrichtung zum Messen der elektrischen Impedanz organischer und biologischer Materialien wie Geweben vegetabilen oder animalischen Ursprungs. Rein theoretisch erlaubt diese Einrichtung die Ableitung der Suszeptanz des gemessenen Materials, aber sie ist weder beabsichtigt noch geeignet für das Messen der Feuchtigkeit des Stratum corneum, da sie darauf beruht, bevorzugt hohe Frequenzen zu verwenden, und ihre Verwendung erfordert darüber hinaus das Befeuchten des Stratum corneum, damit die Mitwirkung davon am wenigsten möglich wird. Primär ist die Einrichtung mit einem Meßverfahren zum Messen der tiefen Schichten der Haut geeignet, um Hautirritationen zu ermitteln bzw. zu erfassen.
Zu Gunsten der Benutzung hoher Frequenzen zum Messen von Hautfeuchtigkeit hat man argumentiert, daß dies zum Zwecke der Reduzierung der Wirkung ionischer Konduktivität in den Schweißporen dient. Folglich wurde die Suszeptanz als der elektrische Parameter angesehen, der die ausdrücklichste Beziehung zur Hydration des Stratum corneum aufweist. Auf theoretischer Basis kann jedoch gezeigt werden, daß die Suszeptanz mit niedrig-frequenten Verfahren für eine isolierte Messung des Stratum corneum gemessen werden sollte.
Das Ziel der Erfindung ist es, Nachteile auszuschalten, die in der Verwendung von Geräten nach dem Stand der Technik oder von sonstwie bekannten Geräten zum Bestimmen des Wassergehalts des Stratum corneum mittels elektrischer Hautmessungen liegen. Ein zweites Ziel ist es, Messungen bei niedrigeren Frequenzen durchzuführen, um sicher zu stellen, daß die Meßergebnisse vom Stratum corneum dominiert werden. Ein weiteres Ziel ist es, zu ermöglichen, bei den Messungen zwischen Suszeptanz und Konduktanz zu unterscheiden, da die Konduktanz durch die Aktivität von Schweißdrüsen beeinträchtigt wird, wodurch die Suszeptanz der geeignetste Parameter zum Bewerten der Hautfeuchtigkeit ist.
Die Erfindung sieht ein Verfahren vor, wie es im beifolgenden Anspruch 1 dargestellt ist.
Die Erfindung sieht weiterhin eine Vorrichtung vor, wie sie in Anspruch 6 oder wahl- weise in Anspruch 7 dargelegt ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Erfindung wird jetzt in größerem Detail in Verbindung mit einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, worin
1 ein Schnitt durch die Haut einer Person, im vorliegenden Fall der Haut der Schulter, ist,
2 eine häufig verwendete elektrische Equivalenzschaltung für die Haut darstellt
3 eine Vorrichtung zum Anwenden des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
1 zeigt einen Schnitt durch die Haut einer Person, wobei das Stratum corneum oder die verhornte Schicht die obere, äußere Schicht der Haut ist. Um es genauer zu sagen, zeigt 1 einen Schnitt durch die Haut im Schulterbereich einer Person. Unter der Hornchicht liegt das Stratum granulosum oder die Granularzellschicht, und unter dieser das Stratum germinativum (Keimschicht), das die tiefste Schicht der Epidermis ist, während das Stratum papillare corii den Übergang zur Haut bildet.
2 ist ein elektrisches Equivalenzschaubild für die Haut, wobei Y_POL die Polarisationsadmittanz der Hornschicht, bestehend aus der Polarisationskonduktanz G_POL bzw. der Polarisationssuszeptanz ωC_POL , und G_DC die ohmsche Konduktanz der Hornschicht ist, die im Prinzip der ionischen Konduktanz in den Schweißporen der Hornschicht zuzuordnen ist. R∞ zeigt den Widerstand in den tieferen Hautschichten an.
3 ist ein Blockschaubild der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Sie umfaßt einen Quadraturoszillator 1, dessen Ausgangsspannungsfrequenz vorzugsweise im Bereich 10 – 1000 Hz liegt. Ein Sinusausgang 3 des Oszillators 1 ist mit einem variablen Widerstand 5 geschaltet, während ein Ausgang 2 des Oszillators 1 mit dem Referenzeingang eines Synchrongleichrichters 8 geschaltet ist. Die Vorrichtung umfaßt drei Elektroden R, C und M. Das Prinzip, eines solchen Drei-Elektrodensystems ist bei Grimnes S., "Impedance measurement of individual skin surfaceelectrodes", Med. & Biol. Eng. & Computing, Band 21, 1983, S. 750–55, und bei Martinsen Ř. G., Grimnes S. und Karlsen J., "An Instrument for the evaluation of skin hydration by electrical admittance measurement"", Innovation et Technologie en Biologie et Medecine, Band 14, no. 5, 1993, S. 588–96 beschrieben.
Die R-Elektrode ist mit einem invertierenden Eingang und die C-Elektrode mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 4 geschaltet, dessen nicht – invertierender Eingang mit dem variablen Widerstand 5und dadurch mit dem Sinusspannungsausgang 3 des Oszillators geschaltet ist. Der variable Widerstand 5 bestimmt die Amplitude der Meßspannung. Die Rund C-Elektroden können kurzgeschlossen; d. h. miteinander geschaltet werden, ohne die Arbeitsweise der Einrichtung zu beeinträchtigen. Die M-Elektrode ist mit dem invertierendem Eingang eines Transferwiderstandsverstärkers 6 geschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang des Synchrongleichrichters 8 geschaltet ist. Ein Rückkopplungswiderstand 7 ist parallel zwischen dem invertierenden Eingang des Transferwiderstandsverstärkers und seinem Ausgang geschaltet.
Im Betrieb der Vorrichtung versorgt der Oszillator 1 das Drei-Elektrodensystem R, C und M mit einer Sinusspannung und den Synchrongleichrichter 8 mit einer Kosinusspannung als Referenzsignal. Der durch die Meßelektrode M fließende Strom wird durch den Transferwiderstaridsverstärker 6 in eine Spannung umgewandelt, wodurch Fehler vermieden werden, die durch einen herkömmlichen Nebenwiderstand verursacht werden könnten. Die Verwendung des Drei-Elektrodensystems in der Vorrichtung nach der Erfindung vermeidet auch das Auftreten irgendwelcher Störungen von 50/60 Hz, verursacht durch Streukapazitanz zwischen dem Prüfgegenstand und dem Netzwerk. Die Vorrichtung nach der Erfindung mißt die elektrische Suszeptanz in dem Teil des Stratum corneum; daß unterhalb der M-Elektrode vorhanden ist. Die Messung wird nicht durch Subseztanzwechsel unter den beiden anderen Elektroden R, C beeinträchtigt und ist deshalb wahrhaftig monopolar.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist vorzugsweise mit einer konzentrischen Elektrode gestaltet, wobei die innere Elektrode als die M-Elektrode und die äußere als die R-Elektrode verwendet wird. Die konzentrische Elektrode besteht aus Metall, vorzugsweise einem inerten Metall wie Platin. Die C-Elektrode kann beispielsweise in Form einer Ag/AgCI Festgelelektrode ausgebildet sein, die an einem anderen Punkt der Haut befestigt wird. Die Polarisationsimpedanz zwischen einer konzentrischen Platinelektrode und der Haut hat sich zuvor als vernachlässigbar herausgestellt, und die Verwendung der bevorzugten konzentrischen Elektrode mit den M- und R-Elektroden, hergestellt aus der gleichen Art Metall, vermeidet mögliche Fehler wie direkte Strompotentiale aufgrund verschiedener Elektrodenmaterialien und Hautpotentiale, wenn die Admittanz der Haut gemessen wird.
Beim Durchführen der Messung wird der Suszeptanzwert nur wenige Sekunden nach Anlegen der Elektroden gelesen. Es wurde bevorzugt eine wirksame Meßspannung von unter 500 mV RMS zwischen den M- und R-Elektroden verwendet.
Um sicherzustellen, daß auch wirklich der Suszeptanzwert des Stratum corneum gemessen wird, wird gemäß der Erfindung ein Wechselstrom, zum Beispiel eine Sinusspannung zwischen der M-Elektrode und der C-Elektrode mit einer Frequenz unter 50 kHz und bevorzugt unter 1 kHz angelegt. Es besteht jedoch kein Grund, warum die Frequenz der Wechselspannung nicht beträchtlich kleiner sein sollte. Gleichzeitig wird eine wirksame Meßspannung unter 500 Millivolt RMS zwischen den M- und R-Elektroden angelegt. Um zwischen Suszeptanz und Konduktanz zu differenzieren, wird, wie bereits erwähnt, ein Synchrongleichrichter 8 verwendet, der an die M-Elektrode bzw. den Oszillator 1 geschaltet ist, wobei der Synchrongleichrichter 8 als Referenz mit einer Kosinusspannung von dem Oszillator 1 versorgt wird.
In einem experimentellen Test des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde die Wirkung zweier verschiedener Liposomverbindungen mit 15 mg/ml und 150 mg/ml Liposom über einen Zeitraum von drei Stunden gemessen. Es wurde ein Vergleich der Messungen, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wurden, mit Messungen durchgeführt, die mit dem "Corneometer CM 820", einem wohlbekannten handelsüblichen Gerät, vorgenommen wurden, das den kapazitiven Charakter der Haut mißt und im beliebigen Einheiten zeigt. In den Tests wurden die Liposome mittels von der Firma Sigma Chemical Co. bereitgestellter phosphorhaltiger Lipide hergestellt, während ein Schichtverfahren zur Herstellung verwendet wird, das einen Durchmesser von 85 nm für die Liposome ergab. Bei den Messungstests zeigten die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung eine signifikante Steigerung in den gemessenen Suszeptanzwerten für Hautbereiche, die mit beiden Liposomzusammensetzungen behandelt waren während das "Corneometer" lediglich eine statistisch signifikante Differenz für die Zusammensetzung von 150 mg/ml zeigte.
Folglich sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr gut für die Ermittlung kleiner Änderungen in der Hydration des Stratum corneum geeignet, da sie selbst auf geringe Änderungen im Feuchtigkeitsniveau reagieren.

Claims

Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes der Haut, insbesondere der Hornschicht (stratum corneum), bei dem zwei oder mehr Elektroden (R, C, M) verwendet werden, ausgenommen ein Diagnostizierverfahren, das am menschlichen oder tierischen Körper vorgenommen wird, wobei wenigstens eine Elektrode (M) auf der Haut (10) dort, wo die Feuchtigkeit gemessen werden soll, angeordnet wird, und wobei eine Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 50 kHz an die Elektroden angelegt wird, gekennzeichnet durch Messen der Suszeptanz in der sich unter der Elektrode oder den Elektroden befindlichen Hornschicht (stratum corneum).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden M, R und C verwendet werden, daß eine Wechselspannung zwischen der M-Elektrode und der C-Elektrode angelegt wird und daß die Suszeptanz unter der M-Elektrode gemessen wird, wodurch die Messung rein monopolar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sinusspannung mit einer Frequenz von weniger als 1000 Hz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den M- und R Elektroden eine wirksame Meßspannung von weniger als 500 mV RMS angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die M-Elektrode bzw. an einen Oszillator (1) geschalteter Synchrongleichrichter (8) verwendet wird, um zwischen der Suszeptanz und der Konduktanz zu unterscheiden, wobei der als Referenz dienende Synchrongleichrichter mit einer Cosinusspannung des Oszillators versorgt wird.
Vorrichtung zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes der Haut, insbesondere der Hornschicht (stratum corrieum), wobei die Vorrichtung zwei oder mehr Elektroden, die auf der Haut angebracht werden können, und Mittel zum Anlegen einer Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 50 kHz an diese Elektroden umfaßt, dadurch geleennzeichnet, daß die Vorrichtung des weiteren Mittel zum Messen der Suszeptanz in der Hornschicht (Stratum corneum) unter der Elektrode oder den Elektroden umfaßt, wenn wenigstens eine Elektrode auf der Haut dort, wo der Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll, angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 zum Durchführen eines Verfahrens zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts der Haut, insbesondere der Hornschicht (stratum corneum), wobei das Verfahren von der Art ist, bei der drei Elektroden verwendet werden, wobei eine Elektrode (M) die Meßelektrode darstellt und auf die Haut (10) dort, wo die Feuchtigkeit gemessen werden soll, aufgebracht werden kann, und wobei eine Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 50 kHz verwendet wird, wobei die Vorrichtung drei Elektroden M, R und C umfaßt, von denen die -Elektrode die Meßelektrode bildet und die R-Elektrode mit einem invertierenden Eingang (-) sowie die C-Elektrode mit dem Ausgang eines Betriebsverstärkers (4) geschaltet ist, wobei der nicht invertierende Eingang (+) des Betriebsverstärkers mit einem Sinusspannungsausgang (3) eines Oszillators (1) geschaltet ist, und wobei die M-Elektrode über einen invertierenden Eingang eines Transferwiderstandsverstärkers (6) mit einem Eingang eines Synchrongleichrichters (8) geschaltet ist, dessen Referenzeingang mit einem Cosinusspannungsausgang (2) des Oszillators (1) geschaltet ist, wodurch man am Ausgang des Synchrongleichrichters (8) ein Suszeptanzsignal als Meßsignal von der M- Elektrode erhält.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) ein Quadraturoszillator ist, dessen Ausgangsspannung eine Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 Hz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die M-Elektrode und die R-Elektrode die innere Elektrode bzw. die äußere Elektrode in einer konzentrischen Ringelektrode aus Metall sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet. daß das Material in den Mund R-Elektroden aus ein und demselben Metall, vorzugsweise einem inenen Metall, hergestellt ist.