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BIOANALYTIK

Charakterisierung von Antioxidantien in Sonnenschutzcreme

| Autor/ Redakteur: Burcu Özmen* / Marc Platthaus

In den letzten Jahren hat sich der schädliche Einfluss des Sonnenlichts auf die menschliche Haut drastisch erhöht. Sie wird irreversibel geschädigt, eine schnelle Alterung der Haut und Krankheiten, u.a. Hautkrebs, können die Folge sein. In Deutschland erkranken mittlerweile jährlich mehr als 8000 Menschen an dieser Krankheit.

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( Archiv: Vogel Business Media )

In den letzten Jahren hat sich der schädliche Einfluss des Sonnenlichts auf die menschliche Haut drastisch erhöht. Sie wird irreversibel geschädigt, eine schnelle Alterung der Haut und Krankheiten, u.a. Hautkrebs, können die Folge sein. In Deutschland erkranken mittlerweile jährlich mehr als 8000 Menschen an dieser Krankheit. Aufgrund des zunehmenden Wissens über die Schädlichkeit der natürlichen UV-Strahlung der Sonne ist es notwendig, die Haut vor dieser zu schützen. Dieser Beitrag beschreibt die Untersuchung von verschiedenen Sonnencremes auf ihre Eignung, die Entstehung freier Radikale zu verhindern.

Die Belastung der Haut resultiert nicht nur aus direkter Sonneneinstrahlung, sondern auch durch indirekte Einflüsse aus der Umwelt. Die Reflektion der UV-Strahlung durch Sand (bis zu 20 Prozent), Wasser (bis zu 30 Prozent) und durch Schnee (bis zu 85 Prozent) erhöht die Belastung zusätzlich. Das heißt, das Risiko eines Sonnenbrandes ist an großen Wasser- oder Schneeflächen auch ohne direkte Sonneneinstrahlung auf die Haut erhöht. Die UV-Strahlung ist der hochenergetische Teil des elektromagnetischen Spektrums. Es gibt drei Arten, die verschiedene Wirkungen haben:

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- UVA (315-400 nm),- UVB (280-315 nm) und - UVC (200-280 nm).

Die UVA-Strahlung wird nur schwach von der Ozonschicht herausgefiltert. Sie trifft daher noch relativ stark auf die Erdoberfläche. Aber viel gefährlicher als die UVA- ist die UVB-Strahlung. Ist die Sonneneinstrahlung zu stark, verbrennt die UVB-Strahlung die Haut, ein Sonnenbrand ist die Folge. Am schlimmsten wirkt die UVC-Strahlung. In kurzer Zeit erzeugt sie massive Hautverbrennungen, die Haut wird irreversibel geschädigt, das Hautkrebsrisiko steigt.

Glücklicherweise wird die UVC-Strahlung vollständig durch die Ozonschicht in der oberen Atmosphäre herausgefiltert. Allgemein löst die UV-Strahlung auch Oxidationsprozesse aus. Durch intensive Sonneneinstrahlung entstehen freie Radikale, die Schädigungen der Haut bewirken. Fehlt ein ausreichender Schutz, können freie Radikale akute Lichtschäden wie Hautrötungen (Erytheme) und Entzündungsreaktionen und die Entstehung von veränderten Hautzellen in der Oberhaut (Epidermis) fördern. Die Spätfolgen können vorzeitige Hautalterung und Hautkrebs sein.

Wie kann man sich gegen freie Radikale schützen?

Alle Arten von UV-Strahlen können die Hautalterung beschleunigen. Hautfalten, Bindegewebsschwäche und farbige Hautveränderungen sind ein Resultat des Wirkens freier Radikale. Gerade die als Altersflecken bezeichneten braunen Hautflecken sind ein sichtbares Zeichen der Tätigkeit freier Radikale; es sind Ablagerungen oxidierter Zellen. Der Körper hat Mechanismen entwickelt, um freie Radikale abzuwehren und unschädlich zu machen. Einen wichtigen Beitrag hierfür liefern insbesondere Antioxidantien, diese erhöhen die Funktionsfähigkeit und Abwehrbereitschaft des Immunsystems gegenüber oxidativem Stress. Sie entschärfen die freien Radikale, indem sie diese abfangen und zu ungefährlichen Molekülen umwandeln. Antioxidantien lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

Die so genannten endogenen Antioxidantien bildet der Körper selbst. Substanzen, die dem Organismus mit der Nahrung zugeführt werden müssen, werden als exogene Antioxidantien bezeichnet. Zu den bekannten natürlichen Antioxidantien zählen die Vitamine C und E, Betacarotin, Coenzym Q10 und Spurenelemente wie Zink, Mangan oder Selen, aber auch körpereigene Enzymsysteme (z.B. Superoxid-Dismutase). Zu den Antioxidantien, die vor den durch Sonneneinstrahlung entstehenden freien Radikalen schützen, gehören das oben erwähnte Betacarotin, aber auch die Vitamine E und C. Viele Mineralstoffe und (wasserlösliche) Vitamine werden in der heißen Jahreszeit vermehrt über den Schweiß ausgeschieden. Um einen ungestörten Stoffwechsel zu gewährleisten, ist eine ausreichende Zufuhr dieser Stoffe nötig.

Sonnenschutzmittel und Antioxidantien

Sonnenschutzmittel schützen die Haut vor einer Zellschädigung durch übermäßige Sonnenstrahlung. Ein Maß für den vermittelten Schutz ist der auf den Packungen von Sonnenschutzprodukten angegebene Lichtschutzfaktor (LSF). Der Zusammenhang zwischen der UVA-Schutzleistung und LSF von Sonnenschutzmitteln wurde schon in LaborPraxis, Ausgabe April 2005, veröffentlicht [1]. Sonnenschutzmittel unterscheiden sich neben ihrem Typ (wie z.B. Creme, Lotion oder Spray) durch die verwendeten UV-Schutzfilter, die sich grob in chemische und physikalische UV-Filter einteilen lassen. Während chemische Filter UV-Strahlung absorbieren, sind physikalische Filter, wie Titandioxid und Zinkoxid, in der Lage, UV-Strahlen zu reflektieren und zu streuen. Außerdem wirken in Sonnenschutzmitteln hochaktive Antioxidantien unterstützend, wie z.B. Karotinoide, Tocopherole, OPC (Oligomere Pro- Cyanide), Coenzym Q10, Alpha-Liponsäure, Lycopen oder Rosmarienextrakt. Wichtig ist es aber hier zu erwähnen, dass die Antioxidantien dennoch keine Sonnenschutzmittel mit entsprechendem Lichtschutzfilter gegen UVA- und UVB-Strahlung ersetzen können.

Die verwendeten Geräte und Materialien

Zur Bestimmungen der antioxidativen Kapazität in Sonnenschutzmitteln wurde das Photochem verwendet. Das Photochem ist das erste Gerät für die Untersuchung der antioxidativen Kapazität sowohl lipid- als auch wasserlöslicher Substanzen (s. Abb. 1). Die Messung beruht auf dem Prinzip der Photochemolumineszenz. Durch optische Anregung (Belichtung) einer Photosensitizer-Substanz werden Messradikale (Superoxidanionenradikale) erzeugt.

Diese photochemische Anregung der Proben führt zu einer bis zu 1000fach erhöhten Geschwindigkeit der oxidativen Reaktionen gegenüber normalen Bedingungen. Antioxidantien in der Probe verringern messbar die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Reaktionsverzögerung erlaubt somit Rückschlüsse auf den summarischen Gehalt von Antioxidantien in der Probe. Durch Vergleich mit einem Standard (Erstellung einer Kalibrationskurve mit Trolox bei lipidlöslichen Substanzen) kann die Quantifizierung in äquivalenten Einheiten des Standards angegeben werden [2].

Die Durchführung der Kalibration und Messungen erfolgte entsprechend den Kit-Vorschriften ACL nach den nachstehenden Messansätzen [3]. Das Photochem ermittelt abhängig von der verwendeten Kit-Vorschrift entweder die totale lipid- oder totale wasserlösliche antioxidative Kapazität der Probe. Es ermittelt nicht die einzelne Konzentration der Antioxidantien. In den meisten Fällen ist jedoch die Frage nach der totalen antioxidativen Kapazität entscheidend. Da die einzelnen Antioxidantien sich gegenseitig beeinflussen, kann es zu Synergieeffekten kommen. Dies bedeutet auch, dass die Wirkung einer Kombination um ein Vielfaches größer ist als die Summe der Einzelwirkungen.

Während einige Antioxidantien, wie Vitamin E und Q10 nur im fetthaltigen Bereich ihre Wirkung entfalten, wirken andere, wie Vitamin C und Glutathion, nur im wasserhaltigen Gewebe. Daher werden zwei Kits (eines für lipidlösliche und eines für wasserlösliche Antioxidantien) für die Messungen mit dem Photochem angeboten. Das Photochem arbeitet mit beiden Kits, die spezifischen Einstellungen können in der Software des Gerätes vorgenommen werden. Die Summe der lipidlöslichen und der wasserlöslichen Antioxidantien stellt die totale antioxidative Kapazität der Probe dar.

Messungen, Ergebnisse und Diskussion

Es wurden fünf unterschiedliche, auf dem Markt erhältliche Sonnenschutzmittel untersucht (s. Tabelle 1). Je 1 g der Sonnenschutzmittel wurde mit 10 ml Methanol aufgefüllt und drei Minuten im Ultraschallbad gelöst. Die Proben wurden dann sechs Minuten mit 1800 rpm zentrifugiert. Abhängig von der Probe wurden jeweils 10-50 µl der Probenlösung gemäß der ACL Kit-Vorschrift vermessen. Es wurden jeweils Doppel-bestimmungen durchgeführt. Die Angabe der Resultate erfolgt bei lipidlöslichen Substanzen in Troloxäquivalenten. Diese sind in Abbildung 2 dargestellt.

Nach Auswertung der lipidlöslichen antioxidativen Kapazität ist es nicht auszuschließen, dass höhere Schutzfaktoren auch höhere antioxidative Kapazität haben. Es gibt aber keine Korrelation von antioxidativer Kapazität und LSF. Sogar Sonnenschutzmittel mit LSF 15 wiesen unterschiedliche lipidlösliche antioxidative Kapazität auf. Es ist aber festzustellen, dass die Probe 1 mit LSF 6 gar keine Antioxidantien enthält. Die Anwendung der Photochemolumineszenz (PCL)-Methode bei der Untersuchung von Sonnenschutzmitteln zeigt, dass diese Methode zur Bestimmung der antioxidativen Kapazität lipidlöslicher Substanzen sehr gut geeignet ist. Die PCL-Methode arbeitet schnell, ist einfach zu handhaben und quantifiziert die gesamte antioxidative Kapazität der Probe. Die Probenvorbereitung gestaltet sich einfach und benötigt nur 1-10 µl Probematerial. Mit dem Photochem ist die Messung des gesamten antioxidativen Potentials von unterschiedlichen und komplexen Substanzgemischen möglich.

Es zeigt auch keine Abhängigkeit der Messung von einem bestimmten pH-Wert oder Temperatur. Das Photochem eröffnet die Möglichkeit der zeit- und kosteneffektiven Analytik von Antioxidantien in vielen Anwendungsgebieten nicht nur in der Kosmetik sondern auch in der Pharmazie, Ernährung, Chemie, Medizin, Biologie, Umwelt und Naturheilkunde. Fazit: Freie Radikale entstehen im menschlichen Körper täglich milliardenfach. Viele Wissenschaftler sind der Meinung, dass freie Radikale eine der Hauptursachen für viele Krankheiten, von Herz- Kreislauf-Erkrankungen über Krebs bis zu Arthritis sind. Auch der Alterungsprozess des Körpers wird mit dem Wirken freier Radikale in Verbindung gebracht. Deswegen braucht der Körper Antioxidantien, um diese freie Radikale zu fangen und zu neutralisieren.

*Dr.B. Özmen, Analytik Jena AG, 07745 Jena

Hintergrund

Was sind eigentlich freie Radikale?

Freie Radikale sind hochaggressive instabile Sauerstoffmoleküle, die Zellen zerstören und dadurch den Alterungsprozessbeschleunigen (sog. oxidativer Stress). Außerdem können diese freien Radikale Zellen zu Krebszellen verändern, wodurch sich die Erkrankungs-gefahr stark erhöht. Freie Radikale entstehen durch die normalen Stoffwechselvorgänge, wie Atmung (Verbrennung von Sauerstoff) und durch UV-Strahlung.Der menschliche Körper benötigt etwa 98 Prozent des eingeatmeten Sauerstoffs für die Energie. Aus den restlichen zwei Prozent entstehen die freien Radikale.

Auslöser für freie Radikale sind z.B. übermäßiger Stress, schlechte Ernährung, intensive Sonneneinstrahlung, Zigarettenkonsum, starke körperliche Belastung und Umweltverschmutzung. Andererseits dient die körpereigene Produktion von Radikalen der Unterstützung des Immunsystems, z.B. zur Abwehr von Bakterien, Viren sowie der Bekämpfung fehlerhafter Zellen. Werden zu wenig Radikale produziert, so ist dies zwar schwächend für den Körper, weil ihm diese Möglichkeit der Selbstverteidigung fehlt, aber wenn der Körper permanent zu vielen freien Radikalen ausgesetzt wird, kommt es dann zu irreversiblen Zellschäden.

Literatur:[1] Dr. B. Özmen, UVA Schutzleistung von Sonnenschutzmittel nach Australischer Norm, LaborPraxis, April 2005 [2] Photochem Handbuch der Analytik Jena[3] Protokoll für die Bestimmung der antioxidativen Kapazität von lipidlöslichen Stoffen mit dem Gerät Photochem, Analytik Jena

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