Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von wassergefiltertem Infrarot-A (wIRA) auf die Wundheilung bei der jungen und alten Maus

Abstract

Wichtige Grundlage für den ungestörten Ablauf der Wundheilung ist neben dem komplexen Zusammenspiel von Faktoren und biochemischen Prozessen die ausreichende Versorgung mit Sauerstoff. Letzerer spielt eine essentielle Rolle sowohl in der Infektabwehr durch Granulozyten als auch in der Kollagenproduktion. Untersuchungen haben in der Vergangenheit gezeigt, dass durch wIRA-Bestrahlung neben der Gewebetemperatur und damit dem Stoffwechsel auch die Durchblutung und der Sauerstoffpartialdruck gesteigert werden konnte. So konnten beim Menschen einige Arbeiten positive Effekte der wIRA-Bestrahlung auf die Heilung akuter und chronischer Wunden beschreiben. Auffällig ist jedoch, dass diese ganz überwiegend in Zeitschriften mit geringem wissenschaftlichen Impakt und Akzeptanz sowie in Buchbeiträgen veröffentlicht wurden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Reproduzierbarkeit dieser Ergebnisse an einem etablierten Defektwundmodell in der jungen und alten Maus untersucht.Ein direkter Effekt der Bestrahlung wie Hauttemperaturerhöhung wurde mittels Infrarotthermographie ermittelt. Therapeutische Einflüsse wurden histologisch durch Bewertung charakteristischer Wundheilungsparameter wie Gesamtschichtdicke, Kollagengehalt und prozentuale Gefäßfläche geprüft. Der Therapieerfolg im Sinne einer erhöhten Funktionalität des Narbengewebes wurde mit einer Zug-Dehnungs-Zerreißprobe quantifiziert.Nach der Bestrahlung mit wIRA steigen die Wundtemperaturen der jungen Tiere zwischen 1,02-2,73°C, die der alten Tiere zwischen 1,03-1,82°C an. Die Erwärmung des Gewebes ist nur von kurzer Dauer und nach durchschnittlich 15 Minuten ist wieder die Ausgangstemperatur erreicht. Auch in den folgenden Messungen können keine lang anhaltenden Bestrahlungseffekte anhand der Infrarotthermographie festgestellt werden.Sowohl junge als auch alte Mäuse zeigen keine schnelleren Wundverschlusszeiten unter wIRA. Während die jungen Testmäuse im Mittel nach 8 Tagen 50% Wundverschluss erreichen, benötigen die Kontrollen dafür nur 7,5 Tage. Die Wunden der alten Tiere heilen entgegen unseren Erwartungen sogar schneller als bei den jungen Mäusen. Hier erreicht die Testgruppe im Mittel am Tag 6, die Kontrollgruppe am Tag 5,3 50% Wundverschluss.Dieses Ergebnis spiegelt auch die Zug-Dehnungs-Zerreißprobe wider. Es bestehen keine signifikanten Unterschiede in der mechanischen Belastbarkeit des Narbengewebes zwischen jungen Test- und Kontrolltieren (p = 0,279). Mit der mechanischen Belastbarkeit von 1,121 N in der Kontrollgruppe und 1,025 N in der Testgruppe liegt die Reißfestigkeit am dritten Tag nach Wundverschluss bei 35-32% derer unverletzter Haut. In der Alttiergruppe besteht weder zum frühen (drei Tage nach Wundverschluss; p = 0,091) noch zum späten (vier Wochen nach Wundverschluss; p = 0,132) Entnahmezeitpunkt ein signifikanter Unterschied in der Reißfestigkeit des Narbengewebes von Test- und Kontrollgruppe. Jedoch existieren signifikante Unterschiede zwischen alten und jungen Test- und Kontrolltieren (Test: p = 0,007; Kontrolle: p = 0,025) zu Gunsten der alten Tiere.Auch die Auswertung der histologischen Parameter ergibt keinen Hinweis auf einen therapeutischen Effekt der wIRA-Bestrahlung. Weder die Gesamtschichtdicken der Test- und Kontrollgruppe der Jungtiere (p = 0,399) noch die der Alttiere zum frühen (p = 0,385) oder späten Entnahmezeitpunkt (p = 0,142) zeigen signifikante Unterschiede.Der durchschnittliche Kollagengehalt im Wundgebiet der jungen Testmäuse liegt mit 56,76% nahe dem der Kontrollen mit 56,67% (p = 0,495). In der Alttiergruppe erreicht die Testgruppe zum frühen Entnahmezeitpunkt mit 45,8% zwar höhere Durchschnittswerte als die Kontrollgruppe mit 35,89% aber es besteht keine Signifikanz (p = 0,145). Zum späten Entnahmezeitpunkt sind beide Behandlungsgruppen wieder gleichauf (p = 0,471).Zwischen den ehemaligen Wundflächen der jungen Testtiere mit einer durchschnittlichen Gefäßfläche von 5,43% und denen der Kontrolltiere mit 6,44% besteht ebenfalls kein signifikanter Unterschied (p = 0,26). Ein ähnliches Bild zeigt sich bei den alten Mäusen, deren scheinbehandelte Gruppe zum frühen (3,09%) und späten (6,6%) Entnahmezeitpunkt durchschnittlich höhere prozentuale Gefäßflächen aufweisen als die korrespondierende Behandlungsgruppe (früh: 2,9%; spät: 4,73%).Allerdings sind die Unterschiede auch hier nicht signifikant (früh: p = 0,451; spät: p = 0,095). Das Gefäßaufkommen im Wundgewebe der jungen Test- undKontrollgruppe ist jeweils signifikant höher als das der alten Test- und Kontrollgruppe (Test: p = 0,024; Kontrolle: p = 0,04). Besides the complex interaction of factors and biochemical processes, a sufficient oxygen supply is the basis for the well regulated course of wound healing. It plays an important role concerning infection defence by granulocytes and in collagen production. Research has shown that wIRA irradiation enhances tissue temperature and metabolism and for this reason also intensifies blood flow and oxygen partial pressure. Some studies describe positive effects of wIRA irradiation on acute and chronic human wound healing. Nevertheless it is noticeable that these are predominantly published in journals with low impact and acceptance or as a book contribution. This thesis examined the effects of wIRA on a defined wound healing model in young and old mice.Immediate effects of irradiation as tissue temperature were evaluated by infrared thermography. Therapeutic influences were analyzed by histologic wound healing parameters like tissue thickness, collagen content and percentual vessel area.Therapeutic success by means of high functional scar tissue got quantified with a tensiometer. During wIRA irradiation wound temperatures of the young animals raise between 1,02-2,73°C, the ones of old animals between 1,03-1,82°C. The warming only lasts a short period of time and after 15 minutes the tissue returns to original temperatures. The following measurements also reveal no long lasting effects of wIRA irradiation.Young as well as old mice show no faster wound healing under wIRA irradiation.Whereas young treated mice need a mean of 8 days to reach 50% wound closure, the controls only need 7,5 days. Contrary to our expectations the old animals healed faster than the young ones. Here treatment group reaches 50% wound closure at day 6, control group at day 5,3.The tensile elongation test also reflects this result. There are no significant differences in tensile strength of scar tissue between young tests and controls (p = 103 0,279). Three days after complete wound closure the mean tensile strength of 1,025 N in the control group and 1,121 N in the test group achieves 35-32% of strength of uninjured skin. The group of old mice shows no significant difference in tensile strength of scar tissue between test- and control group neither at the early ( three days after wound closure; p = 0,091) nor at the late date of explantation (four weeks after wound closure; p = 0,132). However there are significant differences between young and old test and control animals in favour of the old ones (test: p = 0,007; control: p = 0,025).The evaluation of histologic parameters reveals no evidence for a therapeutic effect of wIRA irradiation as well. The tissue thickness of test- and control group of young animals (p = 0,399) and old animals at early (p = 0,385) or late explantation (p = 0,142) shows no significant differences.Mean collagen content in former wound area of young treated mice with 56,76% lies nearby the control group with 56,67% (p = 0,495). At early explantation the tests in the group of old mice reach with 45,8% higher values as controls with 35,89%, but this difference is without significance (p = 0,145). At the time of late explantation both treatment groups are on the same level again (p = 0,471).Also there exists no significant difference between percentual vessel volume of young treated animals with 5,43% and controls with 6,44% (p = 0,26). A similar situation can be observed in old mice, where sham-irradiated mice at early (3,09%) and late (6,6%) date of explantation reach higher percentual vessel volumes as the corresponding treatment group (early: 2,9%; late: 4,73%). But differences are also not significant (early: p = 0,451; late: p = 0,095). The percentual vessel volumes in former wound area of young test- and control group are respectively higher as the ones of old tests and controls (test: p = 0,024; control: p = 0,04).