Transepidermaler Wasserverlust

Der Transepidermale Wasserverlust, auch als TEWL für englisch Transepidermal Water Loss abgekürzt, ist die Messgröße für die Diffusionsrate von Wasserdampf durch die Epidermis von Menschen, Tieren oder Pflanzen. Sie bemisst den spezifischen Massestrom von Wasserdampf pro Fläche und Zeitspanne durch die Haut. Der TEWL wird üblicherweise in Einheiten von g/m²/h bzw. µg/mm²/h angegeben. Die Messung des TEWL ist eine in der dermatologischen Forschung gebräuchliche Methode zur Charakterisierung der Membranfunktion der Haut.[1]

Prinzipieller Aufbau eines Gerätes zur TEWL-Messung. Durch den transparent dargestellten Zylinder diffundiert Wasserdampf. Der gelbe Pfeil deutet die Diffusonsrichtung an. Die beiden quadratischen Elemente stellen zwei Sensorpaare dar, die sowohl relative Feuchte als auch Temperatur messen.

Für einzelne Regionen der menschlichen Epidermis werden spezifische Fachbegriffe für den Transepidermalen Wasserverlust verwendet. So wird der Wasserverlust durch Finger- und Fußnägel als Transonychialer Wasserverlust – abgekürzt TOWL – bezeichnet.[2]

Messung des TEWL
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TEWL-Messreihe einer Hitzewallung

Die Messung des TEWL wurde 1977 erstmals von Nilsson beschrieben.[3] Er schlug zur Messung des TEWL eine Anordnung von je zwei Sensoren für die relative Feuchte und die Temperatur in einem beidseitigen offenen Röhrchen vor. Da die Sensorpaare in unterschiedlichem Abstand zur Haut angeordnet sind, bestimmen sie die Konzentrationsdifferenz von Wasserdampf sowie die Temperaturdifferenz innerhalb des Röhrchens. Daraus lässt sich mit den von Nilsson beschriebenen Formeln die Diffusionsrate bestimmen.[3] Die Messung eines einzelnen TEWL-Wertes dauert nach Aufsetzen der Sonde auf die Haut rund 10 bis 20 Sekunden. Das liegt an der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfs in der Luft von rund 1 mm/s. In der typischerweise ca. 20 mm langen Diffusionsröhre der TEWL Sonde stellt sich somit nach maximal 20 Sekunden ein Diffusionsgleichgewicht ein und der Messwert kann sicher abgelesen werden. Moderne System verwenden eine Vielzahl von Sensorpaaren um die Messunsicherheit deutlich zu reduzieren.[4]

In der Abbildung ist die Messreihe eines TEWL-Messinstrumentes dargestellt. Sie besteht aus 24 Einzelmessungen über einen Zeitraum von 12 Minuten. Da die Messung in einer warmen Umgebung bei 27 °C aufgenommen wurde, lag das Grundniveau mit 30 g/m²/h relativ hoch. Ab Minute 2 sieht man deutlich die Reaktion der Haut auf eine Hitzewallung der Versuchsperson während derer der TEWL fast auf den doppelten Wert ansteigt. Bis Minute 6 klingt die Hitzewallung wieder ab. Ab Minute 9 folgt eine zweite kleinere Hitzewallung.

Anwendung des TEWL

Der TEWL korreliert sowohl mit der Barrierefunktion der Haut als auch mit ihrem momentanen Zustand. Er wird unter anderem von Kosmetika, Umweltfaktoren, Alter, Hauttyp und Raumklima sowie Körperfunktionen wie Schweißabgabe, aber auch von Emotionen beeinflusst. Daher wird bei Studien ein striktes Protokoll mit Ruhephasen vor den Messungen und Durchführung der Messungen in einer entspannten Umgebung eingehalten.[5] Typische Werte des TEWL auf gesunder Haut liegen zwischen 2,3 g/m²/h auf der Brust und 44,0 g/m²/h in den Achselhöhlen.[6] Ältere Menschen weisen durchweg geringere Werte auf.[6] Narbengewebe weist typisch sehr hohe TEWL-Werte über 50 oder sogar über 100 g/m²/h auf.[7]

In der Kosmetikindustrie dient der TEWL zur Beurteilung des Einflusses von Kosmetika auf den Hautzustand. In der Arbeitsmedizin kann damit die Intaktheit der Hautfunktion im Zusammenhang mit belastenden Umweltfaktoren geprüft werden.

Während der beiden ESA Experimente Skin-Care (2006) und Skin-B[8] (2015 bis 2016) auf der ISS wurde der Hautzustand der Astronauten kontinuierlich untersucht. Hierzu wurde unter anderem der transepidermale Wasserverlust bestimmt.[9] Die Daten sollen dazu verwendet werden, ein Alterungsmodell der Haut unter Weltraumbedingungen zu erstellen.[10]

Literatur
  1. Helen Alexander, Sara Brown, Simon Danby, Carsten Flohr: Research Techniques Made Simple: Transepidermal Water Loss Measurement as a Research Tool. 2018, doi:10.1016/j.jid.2018.09.001
  2. C. Krönauer, M. Gfesser, J. Ring, D. Abeck: Transonychial water loss in healthy and diseased nails. In: Acta Derm Venereol. Band 81, Nr. 3, 2001, S. 175–177. doi:10.1080/000155501750376249
  3. G. E. Nilsson: Measurement of water exchange through skin. In: Medical and Biological Engineering and Computing. Band 15, Mai 1977, S. 209–218, doi:10.1007/BF02441040
  4. Joachim W. Fluhr, Georg Wiora, Dessyslava G. Nikolaeva, Laurent Miséry, Razvigor Darlenski: In vivo transepidermal water loss: Validation of a new multi-sensor open chamber water evaporation system Tewameter TM Hex. In: Skin Research and Technology. Band 29, Nr. 4. John Wiley & Sons, 31. März 2023, doi:10.1111/srt.13307 (englisch).
  5. Enzo Berardesca, Marie Loden, Jorgen Serup, Philippe Masson, Luis Monteiro Rodrigues: The revised EEMCO guidance for the in vivo measurement of water in the skin. In: Skin Res Technol. Nr. 24. John Wiley & Sons, 1. Januar 2018, S. 351–358, doi:10.1111/srt.12599.
  6. Jan Kottner, Andrea Lichterfeld, Ulrike Blume-Peytavi: Transepidermal water loss in young and aged healthy humans: a systematic review and meta-analysis. In: Arch Dermatol Res. Nr. 305, 1. Januar 2013, S. 315–323, doi:10.1007/s00403-012-1313-6.
  7. K. L. Gardien, D. C. Baas, H. C. de Vet, E. Middelkoop: Transepidermal water loss measured with the Tewameter TM300 in burn scars. In: Burns. Band 42, Nr. 7, 2016, S. 1455–1462, doi:10.1016/j.burns.2016.04.018
  8. Skin-B Experiment. Space Station Research Explorer on NASA.gov, abgerufen am 7. August 2020.
  9. * Video von Alexander Gerst der seinen transepidermalen Wasserverlust bei einem Experiment in der Internationalen Raumstation bestimmt. European Space Agency, abgerufen am 7. August 2020.
  10. C. Theek, H. Tronnier, U. Heinrich, N. Braun: Surface Evaluation of Living Skin (SELS) parameter correlation analysis using data taken from astronauts working under extreme conditions of microgravity. In: Skin Research and Technology. Band 26, Nr. 1, Jan 2020, S. 105–111, doi:10.1111/srt.12771
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