Laserinduzierte Hautschäden bei unterschiedlicher Hautpigmentierung

Wie viel Laserenergie die Haut ohne sichtbare Schäden toleriert, hängt auch von ihrer Pigmentierung ab. In einem Schweinemodell lag die Schädigungsschwelle bei dunkel pigmentierter Haut deutlich niedriger als bei heller Haut.

Laser werden in einer zunehmenden Zahl medizinischer und bildgebender Anwendungen eingesetzt. Da Melanin Licht absorbiert, kann Haut mit höherem Melaningehalt mehr Laserenergie aufnehmen und sich dadurch stärker erwärmen.

Zum Schutz von Patienten definieren Sicherheitsleitlinien die maximale Laserenergie, die auf die Haut appliziert werden darf, ohne eine Schädigung zu verursachen. Diese Grenzwerte berücksichtigen jedoch keine Unterschiede in der Hautpigmentierung. Seit Langem wird angenommen, dass die Hautpigmentierung das Risiko laserinduzierter Hautschäden beeinflussen könnte; die experimentelle Evidenz war bislang jedoch begrenzt.

Forschende der Johns Hopkins University in Baltimore (USA) untersuchten daher, wie die Hautpigmentierung die für die Auslösung sichtbarer Hautschäden erforderliche Laserenergie beeinflusst. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im „Journal of Biomedical Optics“. Mit ihrer Arbeit möchten die Autoren eine quantitative Evidenz bereitstellen, die zur Verbesserung künftiger Lasersicherheitsleitlinien beitragen und die Entwicklung sichererer optikbasierter Technologien unterstützen soll.

Tierexperimentelle Untersuchung erfasst Erythem nach Laserexposition

Die Forschenden führten Experimente an drei Yucatan-Miniaturschweinen mit unterschiedlich ausgeprägter Hautpigmentierung von sehr hell bis dunkel durch. Vor der Laserexposition bestimmten sie die Hautpigmentierung mit einem Kolorimeter zur Berechnung eines Melaninindex. Zusätzlich erfassten sie die Hautrötung beziehungsweise das Erythem, das nach einer Laserexposition auf eine entzündliche Reaktion hinweisen kann.

Die Tiere wurden einzelnen Laserpulsen mit einer Wellenlänge von 750 nm ausgesetzt. Die Pulsdauer betrug fünf Nanosekunden. Die applizierte Energie wurde über einen Bereich verschiedener Expositionsstärken hinweg variiert. Die Forschenden untersuchten je 50 Hautareale pro Tier vor der Exposition, unmittelbar danach sowie fünf Minuten und eine Stunde später. Fotografien und kolorimetrische Messungen dienten dazu, sichtbare Läsionen in Form eines lokalisierten Erythems zu identifizieren und Veränderungen der Hautrötung quantitativ zu erfassen.

Auf Grundlage dieser Beobachtungen bestimmten die Forschenden den ED50-Schwellenwert, also die Laserenergie, bei der an 50 Prozent der exponierten Hautareale sichtbare Läsionen zu erwarten sind. Anschließend nutzten sie die Ergebnisse, um zu untersuchen, wie die Pigmentierung die Reaktion der Haut auf eine Laserexposition beeinflusst.

Niedrigere Schädigungsschwelle bei dunkler Schweinehaut

Die Untersuchung zeigte, dass Haut mit höherem Melaningehalt deutlich weniger Laserenergie benötigte, um sichtbare Schäden hervorzurufen. Unter den geprüften Bedingungen lag die Schädigungsschwelle bei dunkel pigmentierter Haut bei einer um 27,7 Prozent geringeren Bestrahlungsdosis als bei hell pigmentierter Haut.

Der ED50-Wert betrug, basierend auf dem eine Stunde nach der Exposition erfassten Erythem, bei dunkel pigmentierter Haut 323,94 mJ/cm² und bei hell pigmentierter Haut 448,36 mJ/cm². Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass Melanin wesentlich mitbestimmt, welche Laserenergie die Haut tolerieren kann, ohne dass sichtbare Schäden entstehen. Zugleich weisen sie darauf hin, dass gegenwärtige Sicherheitsgrenzwerte biologische Unterschiede im Zusammenhang mit der Hautpigmentierung möglicherweise nicht vollständig abbilden.

Angepasste Grenzwerte für unterschiedliche Hautpigmentierungen

Nach Ansicht der Forschenden schafft die Untersuchung eine experimentelle Grundlage für das Verständnis des Einflusses der Hautpigmentierung auf laserinduzierte Hautschäden. Die Einbeziehung dieser Erkenntnisse in künftige Sicherheitsmodelle könnte helfen, Expositionsgrenzwerte zu etablieren, die der Vielfalt menschlicher Hautpigmentierungen besser Rechnung tragen.

Davon könnten Technologien profitieren, die auf Laserlicht beruhen, einschließlich der photoakustischen Bildgebung. Dort beeinflusst die zulässige Laserexposition unmittelbar die Signalstärke, das Signal-Rausch-Verhältnis und die Eindringtiefe. Ein besseres Verständnis pigmentierungsabhängiger Schädigungsschwellen könnte letztlich dazu beitragen, das Risiko kutaner Laserschäden zu vermindern und zugleich leistungsfähigere medizinische Bildgebungssysteme zu ermöglichen, resümieren die Autoren. (ins)