Influences of Orally Taken Carotenoid-Rich Curly Kale Extract on Collagen I/Elastin Index of the Skin

Two differently designed, spatially resolved reflectance spectroscopy-based scanners and two-photon tomography were used for noninvasive in vivo determination of cutaneous carotenoids, and collagen I/elastin aging index of dermis, respectively, in the skin of 29 healthy female volunteers between 40 and 56 years of age. The volunteers received a supplement in the form of a carotenoid-rich natural curly kale extract containing 1650 µg of carotenoids in total (three capsules of 550 µg), once a day. Measurements were taken before, after 5 months and after 10 months of daily supplementation. The results showed significantly increased values for the cutaneous carotenoids and the collagen I/elastin aging index of dermis 5 and 10 months after the beginning of the study. The obtained results show that a natural carotenoid- rich extract could prevent the aging-related collagen I degradation in the dermis and improve the extracellular matrix

Influence of carotenoids on collagen I-/elastin index and skin parameters – prospective placebo-controlled study

Einleitung: Antioxidantien, im Speziellen Carotinoide, die mit der Nahrung aufgenommen bzw. supplementiert werden müssen, stellen einen wirksamen Schutz vor Hautalterungsprozessen dar. Freie Radikale, die gebildet werden, wenn externe Umwelteinflüsse auf die Haut einwirken, können durch Antioxidantien abgebaut werden und bieten somit einen effektiven Schutz vor Hautschädigungen. Methoden: In der vorliegenden Promotionsarbeit wurden in einer Placebo-kontrollierten in vivo Studie an 29 Probandinnen verschiedene Messungen zur Detektion der Carotinoide, der Elastizität der Haut sowie des Kollagen I-/Elastinindex über einen Zeitraum von insgesamt zehn Monaten durchgeführt. Die Messungen wurden in vivo an der Gesichtshaut (Wange), am Daumenballen und an der Innenseite des Unterarmes vorgenommen. Von den 29 Probandinnen nahmen 14 täglich einmal drei carotinoidhaltige Grünkohlextrakt-Kapseln (insgesamt 1650 µg Carotinoide/Tag) ein (Verum-Gruppe), und 15 Frauen erhielten optisch identische Kapseln ohne Wirkstoff (Placebo-Gruppe). Die nichtinvasiven Messmethoden, die für diese Arbeit verwendet wurden, erlauben es, Aussagen zur Zusammensetzung, zu biomechanischen Eigenschaften und zum Antioxidantiengehalt der Haut zu treffen. Zur Bestimmung der Carotinoide wurden zwei verschiedene optische Sensoren (Biozoom® und CaroLED LMTB) sowie die Resonanz-Raman-Spektroskopie genutzt. Der Kollagen I-/Elastinindex wurde mittels Multiphotonentomographie bestimmt, und die Messung der Hautelastizität erfolgte mit dem Cutometer®. Ergebnisse: In dieser Studie konnte bestätigt werden, dass die orale Supplementierung mit einem carotinoidreichen Grünkohlextrakt zu einem statistisch signifikanten Anstieg der Carotinoide in der Haut, sowohl nach fünf als auch nach zehn Monaten, führt. Nahrungsergänzungsmittel, die viele Antioxidantien enthalten, haben folglich einen Einfluss auf den kutanen Carotinoidgehalt. Eine weitere Erkenntnis ist darüber hinaus der Einfluss von Carotinoiden auf die extrazelluläre Matrix der Dermis. Es wurde nachgewiesen, dass der Kollagen I-/Elastin Hautalterungsindex signifikant ansteigt, dieser sich aber nicht in der Steigerung der Elastizität der Haut widerspiegelt. Schlussfolgerung: Zusammenfassend kann diese Arbeit als eine Grundlage für die Entwicklung weiterer Forschung bezüglich Hautalterung sowie hautschützender Effekte gesehen werden. Die durchgeführten in vivo Untersuchungen zur Wechselwirkung von Carotinoiden/Antioxidantien und Hautalterung ergeben Aufschluss darüber, inwiefern eine gesunde Lebensweise, insbesondere eine antioxidantienreiche Ernährung, zur Verbesserung der Hautstruktur beiträgt.Introduction: Antioxidants, especially carotenoids, which have to be consumed with food or supplemented, provide effective protection against skin aging processes. Free radicals, which are formed when external environmental influences act on the skin, can be metabolized by antioxidants and thus offer effective protection against skin damage. Methods: In the present doctoral thesis, a placebo-controlled in vivo study on 29 test subjects carried out various measurements to detect the carotenoid concentrations, the elasticity of the skin and the collagen I / elastin index over a period of ten months. The measurements were taken in vivo on the skin of the face (cheek), on the ball of the thumb and on the inside of the forearm. Of the 29 test subjects, 14 took three carotenoid-containing curly kale extract capsules (a total of 1650 μg carotenoids / day) once a day (verum group), and 15 women received optically identical capsules without active ingredient (placebo group). The nonivasive measurement methods used for this thesis allow statements to be made about the composition, biomechanical properties and antioxidant content of the skin. Two different optical sensors (Biozoom® and CaroLED LMTB®) and resonance Raman spectroscopy were used to determine the carotenoids. The collagen I/elastin index was determined by multiphoton tomography and the skin elasticity was measured with the Cutometer®. Results: This study confirmed that oral supplementation with a carotenoid-rich curly kale extract leads to a statistically significant increase of carotenoid concentration in the skin, both after five and ten months. Food supplements that contain many antioxidants therefore have an influence on the cutaneous carotenoid content. Another finding is the influence of carotenoids on the extracellular matrix of the dermis. It has been proven that the collagen I / elastin skin aging index increases significantly, but this is not reflected in the increase in elasticity of the skin. Conclusion: In summary, this thesis can be seen as a basis for the development of further research into skin aging and skin protective effects. The in vivo investigations carried out on the interaction of carotenoids / antioxidants and skin aging provide information on the fact that a healthy lifestyle, in particular a diet rich in antioxidants, contributes to the improvement of the skin structure