FARBMETRISCHE VERGLEICHSMESSUNGEN AN PROBANDEN ZUR OBJEKTIVIERUNG DER ERYTHEM- UND PIGMENTREAKTION NACH UV-BESTRAHLUNG

Abstract: Aus dem Institut für Medizinische Balneologie und Klimatologie der Universität München Vorstand Prof. Dr. med. E. Senn Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades der Medizin an der Medizinischen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität zu München vorgelegt von Franz Alexander Hartmann aus München 1994 ZUSAMMENFASSUNG Die Beurteilung der Hautfarbe gehört mit zur klinischen Befundung wird- als Kriterium in funktionellen Tests mitverwendet und ist Basis der Beurteilung von Erythem- und Pigmentwirkung von UV-Strahlern. Sie erfolgt bislang in der Praxis nach subjektiver Einschätzung. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel Hautfarbveränderungen nach Ultraviolettbestrahlung farbmetrisch zu objektivieren wobei die Meßwerterfassung im Gegensatz zu bisher durchgeführten Meßverfahren berührungslos erfolgen sollten. Mit Hilfe des rechnergestützten und nach dem Spektralverfahren arbeitenden Farbmeßgerätes ER 10 von JOHNE & RAILHOFER wurden Farbmessungen an der menschlichen Haut durchgeführt. Als Auswertungsgrundlage zur Farbobjektvierung diente das CIELAB-Farbensystem nach DIN 6174 welches das zur Zeit dem menschlichen Farbempfinden am besten angenäherte Farbmetriksystem ist. Zur Farbbestimmung wurden die Helligkeit L* der Bunttonwinkel h* als Maß für den Farbton und die Buntheit C* als Maß für die Farbsättigung sowie der Farbabstand ?E* des LAB-Systems herangezogen. Zunächst wurden 9 gesunde weibliche und männliche Probanden unterschiedlicher Pigmentierungsfähigkeit und Sonnenempfindlichkeit ausgewählt von denen 6 nach den umfangreichen Anfangsmessungen auch zu den Folgeversuchen zur Verfügung standen. Mit zwei UV-Strahlern unterschiedlicher UVA/B/C-Relation wurden nach vorheriger Bestimmung der individuellen UV-Empfindlichkeit der Probanden Bestrahlungsfelder verschiedener Dosierung auf nicht sonnengewöhnte Glutäalhaut gesetzt und nachfolgende Entzündungs- und Pigmentreaktionen farbmetrisch erfaßt. Insgesamt wurden über 1200 Einzelfarbmessungen durchgeführt. Aus den jeweils 401 spektralen Einzeldaten wurden pro Farbmessung 60 Farbmaßzahlen errechnet und ausgewertet. Aus den Ergebnissen ließen sich eine Reihe von Aussagen ableiten: 1. Die apparative Meßgenauigkeit des ER 10 ermöglichte die Objektivierung von Farbunterschieden die unter günstigen Abmusterungsbedingungen visuell nicht mehr feststellbar waren. Sie war somit für die Farbmessungen ausreichend genau. 2. Versuchsreihen zur Meßtechnik mit definierten Meßkopfabständen zu gleichmäßig getönten technischen Farbflächen ergaben daß Veränderungen des Abstandes von Meßkopf zu Meßobjekt die Farbmaßzahlen verändern. Am wenigsten empfindlich erwies sich diesbezüglich der Bunttonwinkel h* am abstandsempfindlichsten die Helligkeit L*. Innerhalb von 7 mm Abstand war der Bunttonwinkel h* praktisch konstant. Im Gegensatz dazu stellte sich bei praxisnahen Meßbedingungen mit freiem berührungslosem Heranführen des Meßkopfes an die realiter inhomogene Hautoberfläche heraus daß der Farbparameter C* (Buntheit) die geringsten Meßwertschwankungen aufwies. 3. Der Einfluß des Raumlichtes auf die Farbmeßwerte war bei Raumbeleuchtung mit Leuchtstofflampen zu vernachlässigen. 4. Bei Untersuchungen zur Bestimmung des physiologischen Farbortraumes zwischen den Extremen Erythem Grad III und starker Pigmentierung verschiedener Pigmenttypen ergaben sich Farbverschiebungen ausschließlich im II. Oktanten des LAB-Farbenraumes wobei sich folgende Extremwerte (bezogen auf C/2°-Licht) ermitteln ließen: Helligkeit: L*(max/min)=77/36 Buntton: C*(max/min)=29/11 Bunttonwinkel: h*(max/min)=75/28 5. Von Interesse waren die Veränderungen der Farbmaßzahlen bei Pigmentierung von unbestrahlter Haut nach natürlicher Sonnenbestrahlung. Die Farbwerte waren abhängig von der individuellen Pigmentierungsfähigkeit der Probanden. Dabei entstand eine Farbtopographie ausgewählter Stellen der Körperoberfläche. 6. Es wurden Remissionskurven verschiedenes Hautstellen (unbestrahlte Haut Hauterythem Pigmentierung) bei Beleuchtung mit einer Xenon-Blitzlampe über das gesamte sichtbare Spektrum erstellt. Das Rückstrahlvermögen der Haut lag im Rotbereich des Spektrums von ca. 30% (starke Pigmentierung) bis knapp über 60% (helle Haut) und schwankte und im Blaubereich zwischen 5% und 35%. 7. Auf nicht sonnengewöhnter Glutäalhaut von Probanden wurden UV-Erytheme des Grades III mit künstlichen Höhensonnen erzeugt und farbmetrisch erfaßt. Dabei wurde im Maximalfall eine Hautverdunklung L* gegenüber unbestrahlter Glutäalhaut von -18 Einheiten eine Verstärkung der Farbsättigung C* um +16 Einheiten und Abnahme des Bunttonwinkels (Farbtons) um -43 Grad bei C/2°-Licht gemessen. 8. Es wurde der Frage nachgegangen welcher Farbparameter sich am besten für die Messung von Hauterythemen bzw. Pigmentierung eignet. Dabei zeigte sich daß bei der Pigmentreaktion der Haut sowohl die Farbsättigung C* als auch die Helligkeit L* am stärksten ansprechen: beim Hauterythem war es der Bunttonwinkel h* und ebenfalls die Farbsättigung C*. Im Hinblick auf die meßtechnisch bedingten Meßwertschwankungen empfiehlt es sich bei Pigmentmessungen den Farbparameter C* und bei Erythemmessungen den Farbparameter h* heranzuziehen. 9. Da die beleuchtende Lichtart und die Größe der zu beobachtenden Farbfläche das Farbempfinden eines Beurteilers beeinflußt wurden die Veränderungen von Farbvalenz und Farbmaßzahlen sowohl bei Lichtartwechsel als auch bei Änderung des Gesichtsfeldwinkels untersucht. Der Auswerterechner des Farbmeßsystems konnte die Normlichtarten D65 (Tageslicht) A (Glühlampenlicht) und C (künstliches Tageslicht) und die Gesichtsfeldwinkel 2° und 10° nach DIN 5033 simulieren. Es zeigte sich daß einzelne Farbparameter bei unterschiedlichen Lichtarten unterschiedlich stark zur Farbvalenz beitragen. So ist beispielsweise bei Messung von Hauterythemen und Pigmentierung unter dem rotbetonten Glühlampenlicht (A-Licht) die Buntheit (Farbsättigung) C* am stärksten im Vergleich zur Beleuchtung mit den tageslichtähnlichen Lichtarten C und D65. Andererseits ist bei diesen Lichtarten (C D65) der Bunttonwinkel h* stärker in Richtung Rot verschoben als bei Beleuchtung mit A-Licht. Für die klinische Beobachtung von Hautverfärbungen ist es jedoch wichtig möglichst kleine Farbänderungen unterscheiden zu können. Deshalb war es von Bedeutung herauszufinden bei welchen Lichtarten kleine Farbänderungen von Hauterythemen und Pigmentierung am besten zu unterscheiden sind. So ist ein wichtiges Ergebnis der vorliegenden Arbeit daß die Erythem- und Pigmentveränderungen zum Teil bei anderen Lichtarten günstiger zu beurteilen sind als dies die absoluten Farbwerte vermuten ließen. Es war z.B. unter A-Licht die Helligkeit der Hautfarbe nm größten Helligkeitsänderungen waren jedoch am besten unter D65-Licht zu erkennen. Demnach gibt es für jede Farbmaßzahl eine geeignete Lichtart die deren Relativveränderung am ausgeprägtesten hervortreten läßt. Auffallend ist die hohe Übereinstimmung zwischen den einzelnen Pigmenttypen d.h. die Wahl der Lichtart ist offenbar vom Pigmenttyp unabhängig. Überraschend ist auch daß es zwischen den Hauterscheinungen Erythem und Pigmentierung - bezogen auf die drei untersuchten Lichtarten - zur optimalen Farbbeurteilung nicht erforderlich ist die Lichtart zu wechseln. Der Gesichtsfeldwinkel bei der Betrachtung von Hautfarbänderungen spielt eine wichtige jedoch gegenüber dem Lichtartwechsel untergeordnete Rolle. So veränderte sich beispielsweise bei Lichtartwechsel (A- zu C-Licht) die Buntheit C* um bis zu + 50 Prozent bei Gesichtsfeldwinkeländerung von 2° auf 10° um ca. -13 Prozent. Bei einem kleineren zu beurteilenden Farbfeld erhöht sich die Farbsättigung und der Farbabstand. Bei der Helligkeitsbewertung scheint nach Ergebnissen der vorliegenden Arbeit der Gesichtsfeldwinkel keine wesentliche Rolle zu spielen. Bei Farbtonveränderungen können auf Basis der Ergebnisse keine Aussagen gemacht werden. Zusammenfassend kann gesagt werden daß klinische Beurteilungen der Helligkeitsänderungen von Erythemen und Pigmentierung verschiedensten Grades am besten unter D65- oder C-Licht erfolgen sollten bei der Beurteilung der Farbsättigung wäre diesbezüglich A/2°-Licht am geeignetsten und bei Farbtonbeurteilungen C-Licht. Farbabstandsbeurteilungen wären am günstigsten unter A/2°-Licht vorzunehmen. Diese Empfehlungen beziehen sich nur auf die in dieser Arbeit untersuchten Lichtarten. 10. Um Aufschluß über den zeitlichen Ablauf der Entzündungsreaktion der Haut mit Übergang in die Pigmentierung zu bekommen wurden nicht sonnengewöhnte Glutäalfelder verschieden sonnenempfindlicher und unterschiedlich stark pigmentierender Probanden 10 Tage nach UV-Einmalbestrahlung farbmetrisch verfolgt. In der Erythemphase nahm die Helligkeit und der Bunttonwinkel relativ rasch ab bei gleichzeitiger Zunahme der Farbsättigung (Buntheit). Die Minima bzw. Maxima dieser Kurven lagen im Zeitraum von 12-48 Stunden nach Bestrahlung. Bei Betrachtung der Remissionskurve zeigte sich in dieser Phase mit zunehmender Rötung eine Absenkung im Blau-Grün-Bereich mit Äbsorptionsbanden von Oxy- und Desoxyhämoglobin was man als typisches Erythemmuster bezeichnen kann. Nach langsamen Anstieg (L* h*) bzw. Abfall (C*) der Verlaufskurven in den darauffolgenden Tagen stellten sich die Werte der Farbparameter am 10. Tag (Pigmentierung) ungefähr zwischen Ausgangswert der unbestrahlten Haut und dem Wert am Rötungshöhepunkt ein. Verfolgt man dabei das Verhalten der Remissionskurve so beobachtet man ein Absinken der gesamten Remissionskurve mit zunehmendem Verschwinden der Absorptionsbanden. Die Beziehungen der drei Farbparameter während des 10-tägigen Beobachtungszeitraumes wurden in einer dreidimensionalen Darstellung im LAB-Farbenraum anschaulich gemacht. Weiter wurden die Farborte aller Probanden für unbestrahlte Haut für Erythem (Grad III) und die Pigmentierung in den LAB-Farbenraum eingetragen. Dabei ergaben sich die drei Teilräume "unbestrahlte Haut" Erythem und "Pigmentierung". 11. Bei Messungen des Farbabstandes ?E* von UV-bestrahlter Haut (Einmalbestrahlung) zu unbestrahlter Kontrollhaut über 10 Tage ergab sich häufig ein zweigipfeliger Verlauf. Maximum I lag je nach Pigmenttyp zwischen 7 und 72 Stunden Maximum II zwischen 96 und 144 Stunden. Es wurden Farbabstände von 3 bis 20 CIELAB-Einheiten festgestellt. Der zweigipfelige Verlauf kann als Überlagerungseffgekt der frühen Entzündungsreaktion mit der später einsetzenden Pigmentreaktion der Haut interpretiert werden. 12. Bei Untersuchungen zur Dosisabhängigkeit der Farbmaßzahlen von Hauterythemen und Pigmentierung (hier 48 Stunden bzw. 8 Tage nach UV-Einmalbestrahlung) ergaben sich in der Rötungsphase "S-förmige" Sättigungskurven. In erster Näherung sah man ab ca. 1 MED (Minimale Erythemdosis) einen linearen Verlauf der Dosiswirkkurve bis ca. 3 MED für alle drei Farbmaßzahlen C* L* und h*. Bei Dosen zwischen 0 und 1 MED sind praktisch keine Farbveränderungen festzustellen. Ab 4 bis 5 MED wurde bei dem in dieser Arbeit benützten Strahler die Sättigung der Hautverfärbung erreicht. im Sättigungsbereich veränderte sich die Buntheit um +80% der Bunttonwinkel um -40% und die Helligkeit um -15%. In der Phase der sekundären Pigmentierung nach 8 Tagen erhält man eine in erster Näherung lineare Abhängigkeit der Farbparameter h* C* und L* mit der Dosis. Bei einer Einmalbestrahlung unter 1 MED ist keine Pigmentierung zu erreichen. Ebenso kommt man mit UV-Einmalbestrahlung nicht in den Sättigungsbereich der sekundären Pigmentierung. Bei Sättigung in dar Erythemphase (3 MED) ist noch keine Sättigung in der Pigmentphase erreicht. Dazu sind iterative Bestrahlungspläne nötig die die pigmentanregende UV-Wirkung kumulativ über die Zeit strecken und über Erholungsphasen einen Anstieg der Entzündungsreaktion verhindern. Bei UV-Einmalbestrahlung mit 5 MED zeigten die Farbparameter L* C* und h* in der Pigmetierungsphase nach 10 Tagen folgende Veränderungen: C*: +60% L*: -10% h*: -20% 13. Untersuchungen zur Erythem- und Pigmentwirkung zweier UV-Strahler unterschiedlicher UVA/B/C-Relation wurden durchgeführt. Als Maß für die Entzündungsreaktion bzw. sekundäre Pigmentwirkung wurde der Bunttonwinkel h* gewählt. Bei gleichen UVB-Dosen war die UVA-Dosis des Strahlers II um den Faktor 13 höher im Vergleich zu Strahler I. Die WC-Dosen des Strahlers I .waren dreimal so hoch im Vergleich zu Strahler II. Eine im Mittel um 15% geringere Rotverschiebung des Farbparameters h* in der Erythem- und der Pigmentphase was einer geringeren Erythem- bzw. Pigmentwirkung gleichkommt war bei Strahler II zu messen. Die Interaktionen von UVA UVB und UVC bei UV-Strahlern unterschiedlicher Strahlungsspektren im Hinblick auf die Erythem- und Pigmentwirkung sind noch nicht hinreichend geklärt. 14. Mit zwei Strahlern unterschiedlicher UVA/B/C-Relationen wurden nicht sonnengewöhnte Glutäalfelder unterschiedlicher Pigmenttypen nach 3 verschiedenen Bestrahlungskonzepten über 7 Tage bestrahlt. Konzept A: täglich 1 MED 7 Tage lang Konzept B: 1 MED über 3 Tage dann Steigerung auf 2 3 4 und 5 MED Konzept C: Einmalbestrahlung mit einer Dosis die ein Erythem Grad III erzeugte; in den darauffolgenden Tagen keine Bestrahlung. Konzept B führte zum Abbruch da die Strahlendosen die Entzündungsreaktion über das tolerierbare Maß verstärkten. Die maximal mögliche Pigmentierung ist mit der Applikation von täglich 1 MED über 7 Tage noch nicht erreicht. Die iterative Bestrahlung läßt dabei prinzipiell eine höhere Summendosis zu im Vergleich zur Einmalbestrahlung. Mit Hilfe der Farbmetrik kann der Bräunungseffekt unterschiedlicher Bestrahlungspläne und auch unterschiedlicher Strahlertypen objektiviert und dadurch auch optimiert werden. ___MH

© Top Fit Gesund, 1992-2024. Alle Rechte vorbehalten – Impressum – Datenschutzerklärung