Wissen Sie, wie sehr Ihr Bauch arbeitet, um nicht zu platzen?

Wir alle wissen, dass unsere Haut (Epidermis) dehnbar ist, aber die Wissenschaft dahinter ist überraschend einfach.

Es gibt zwei Gründe, warum sich die Epidermis dehnen kann: eine Zunahme des Zellvolumens und eine Zunahme der Zellzahl. Allerdings haben Wissenschaftler erst vor Kurzem den physiologischen Mechanismus aufgedeckt, durch den sich die Epidermis unter langfristiger äußerer Krafteinwirkung dehnen kann, und auch hier spielten Stammzellen eine Schlüsselrolle .

Beim Grimassieren werden die Augenlider und die Gesichtshaut gedehnt, nehmen aber sofort wieder ihre ursprüngliche Form an, wenn wir sie loslassen.

Dies ist ein klassisches Beispiel für die Dehnbarkeit der Haut.

(Bildquelle: flickr/lincolnblues)

Am 30. Mai dieses Jahres enthüllte eine gemeinsam vom Institut für Stammzellen- und Regenerative Medizin der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderen Einheiten veröffentlichte Forschungsarbeit den spezifischen Mechanismus, durch den Stammzellen bei der Hautreparatur eine Rolle spielen.

Die entsprechenden Ergebnisse wurden online in der Fachzeitschrift Frontiers in Cell and Developmental Biology veröffentlicht, und alle Autoren des Artikels stammen von Forschungseinrichtungen in China.

Wissen Sie, wie hart Ihre Haut arbeitet, um sich selbst zu regenerieren?

Während einer Schwangerschaft kann der Bauchumfang einer Frau im Vergleich zum Normalwert um 20–30 cm zunehmen und ihr Bauch kann sich zu einer Kugel wölben. Wir haben noch nie gehört, dass der Bauch einer schwangeren Frau platzt. Auch bei Müttern, die mit mehreren Babys schwanger sind, kann der Bauchumfang mit der Entwicklung der Babys allmählich zunehmen.

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Auf der Grundlage desselben Prinzips können plastische Operationen wie Brustvergrößerungen, Nasenvergrößerungen und Facelifts reibungslos durchgeführt werden, ohne dass Hautdefekte entstehen, was auch mit den Zug- und Dehneigenschaften der Haut zusammenhängt. Obwohl die medizinische Gemeinschaft die Vorteile dieser Hauteigenschaft zu schätzen weiß, kann niemand den genauen Mechanismus dahinter klar erklären.

Erst im Jahr 2020 fand ein Forschungsteam aus Belgien und dem Vereinigten Königreich die Antwort auf diese Frage und veröffentlichte die entsprechenden Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Nature. Es stellt sich heraus, dass die allgegenwärtigen Stammzellen erneut „hart arbeiten“, um der Haut zu helfen, die Last der Selbstreparatur zu tragen . Anschließend führten die Wissenschaftler ihre eingehende Forschung zur Rolle der Stammzellen im Hautreparaturprozess fort. Die Forschungsergebnisse chinesischer Wissenschaftler enthüllten diesmal mehrere wichtige regulatorische Faktoren, die in diesem Prozess eine entscheidende Rolle spielen .

Die Epidermis ist der Engpass bei der Ausdehnung des Bauches einer schwangeren Frau

Wenn wir die Struktur des Bauches sorgfältig betrachten, können wir feststellen, dass seine untere Schicht aus Muskeln besteht, die mittlere Schicht aus Unterhautgewebe, das hauptsächlich aus Fett besteht, und die oberste Schicht aus Haut, einschließlich Dermis und Epidermis. Mit Ausnahme der Epidermis verfügen alle oben genannten Strukturen über eine starke Fähigkeit zur Verformung durch Ausdehnung und Kontraktion, die mehr als ausreichend ist, um die durch die Schwangerschaft verursachte Verformung zu bewältigen.

Diagramm des Bauches und des Fötus während der Schwangerschaft (Copyright-Bild der Bibliothek, nicht autorisierte Reproduktion)

Aber die Epidermis ist anders. Obwohl die Epidermis auch eine gewisse Dehnbarkeit aufweist, spiegelt sich ihre Dehnbarkeit allmählich im langsamen Dehnungsprozess wider .

Mit anderen Worten: Wenn der Bauch einer Frau plötzlich auf die Größe einer zehnmonatigen Schwangerschaft anwächst, kann ihre Epidermis regelrecht platzen. (Tatsächlich kann es in den späten Stadien der Schwangerschaft vorkommen, dass die Dermis zunächst nicht mehr standhält, was zur Bildung von Dehnungsstreifen führt.)

Dehnungsstreifen (Copyright-Bild aus der Galerie, keine Erlaubnis zum Nachdruck)

Die Dehnbarkeit der Epidermis spiegelt sich auch bei chirurgischen und kosmetischen Eingriffen wider. Nach einer Brustvergrößerung kann sich die Haut Ihrer Brüste beispielsweise zunächst straff anfühlen, sie erhält jedoch bald nach der Operation wieder ein glattes, natürliches Aussehen. Doch welcher Mechanismus steckt dahinter? Um dieses Problem zu verstehen, müssen wir über die Struktur der Haut sprechen.

Hautstruktur und Regeneration

Der Beitrag der Haut als erste Barriere des menschlichen Körpers gegen äußere Krankheitserreger wird oft übersehen. Ohne die Barriere der Haut können Bakterien tatsächlich leicht in großem Umfang in menschliches Gewebe eindringen.

Die Haut ist das größte Organ des menschlichen Körpers und verfügt über eine gewisse Elastizität. Darüber hinaus dehnt sich die Haut bei äußerer Belastung auch aus, das heißt, sie wächst langsam.

Die Haut besteht hauptsächlich aus drei Teilen: der Epidermis, der Basalmembran und der Dermis . Die Epidermis ist die äußerste Schicht, die von außen nach innen das Stratum corneum, Stratum lucidum, Stratum granulosum, Stratum spinosum und Stratum basale umfasst. Das Stratum corneum ist der dickste Teil und gilt zu Recht als erste Verteidigungslinie des menschlichen Körpers.

Die Basalmembran ist die dünnste Schicht und liegt zwischen der Basalschicht der Epidermis und der Dermis. Die Dermis ist Dutzende Male dicker als die Epidermis und besteht aus Bindegewebe, das den Druck und die Belastung des Körpers abfedern kann. Die Dermis weist eine gute Elastizität auf und ist von Blutgefäßen, Nerven und Lymphe durchzogen.

Haut und darunterliegendes Muskelgewebe (Copyright-Bild aus der Galerie, keine Erlaubnis zum Nachdruck)

So wie Blätter verwelken und wachsen, ist auch die Haut ein ständiger Prozess des Abwerfens und Regenerierens. Dieser Prozess ist eng mit den Hautstammzellen verbunden.

Hautstammzellen sind ein Zelltyp, der in der Haut vorkommt und über eine extrem starke Proliferations- und Differenzierungskapazität verfügt. Sie stehen in engem Zusammenhang mit der Ausdehnung und Reparatur der Haut. Hautstammzellen können an der Regeneration teilnehmen, indem sie sich teilen und zwei verschiedene Zelltypen produzieren, die beide zunächst in der Basalmembran vorhanden sind.

Nachdem die Hornschicht der Epidermis abgefallen ist, bewegen sich diese Zellen ausgehend von der Basalmembranschicht von innen nach außen durch die Epidermis, ähnlich einem Prozess der Auswärtsdiffusion. Es durchläuft mehrere Differenzierungsstadien, bis es in die epidermale Hornschicht gelangt und dort eine neue Hornschicht bildet. Dies stellt den vollständigen Prozess des Hautstoffwechsels dar.

Dieser Vorgang wiederholt sich etwa alle 48 Tage und ist daher mit bloßem Auge völlig unsichtbar.

Was passiert mit der Haut, wenn sie gedehnt wird?

Zusätzlich zum normalen Hautregenerationsprozess, der durch Hautstammzellen gesteuert wird, widersteht die Haut plötzlichen mechanischen Belastungen, indem sie ihre Größe und Form anpasst, um ihre Funktion als erste Barriere des Körpers aufrechtzuerhalten.

In der klinischen Praxis vergraben Ärzte einen aufblasbaren „ Hautexpander “ unter der Haut und dehnen ihn leicht aus, sodass die bedeckende Haut eine leichte Spannung spürt und dadurch eine schnellere Regeneration und Dehnung der Haut gefördert wird.

Verschiedene Arten von Hautexpandern

(Bildquelle: Referenz 5)

Dieser „Hautexpander“ diente Wissenschaftlern aus Belgien und dem Vereinigten Königreich als Inspiration für ihre Forschung. Sie injizierten ein ähnliches aufblasbares Hydrogel unter die Haut von Modellmäusen, um der Haut die entsprechende Dehnungsspannung zu verleihen, und beobachteten detailliert die Reaktionen der Epidermiszellen.

Zunächst nahm das Volumen der Epidermiszellen der Maus zu, während die Dichte pro Hautflächeneinheit abnahm, was eine „Notlösung“ für die Reaktion der Haut auf Notfälle zu sein schien. Schließlich ist es nicht schwer, das Zellvolumen zu vergrößern, aber es dauert eine gewisse Zeit, bis sich die Anzahl der Zellen erhöht.

Seitdem haben Wissenschaftler entdeckt, dass Stammzellen während des Differenzierungsprozesses und der Aufwärtsbewegung von der Basalmembran äußere Belastungen und eigene Anomalien wahrnehmen. Diese Stammzellen geben diese Information dann an ihre Nachbarstammzellen weiter und veranlassen diese, sich als Reaktion auf einen möglichen Verlust der Zellzahl kurzzeitig selbst zu erneuern und zu teilen.

Proliferation und Differenzierung von Stammzellen in gedehnter Mäusehaut

(Bildquelle: Referenz 3)

Es ist, als ob jede Stammzelle einen Schalter und einen Schlüssel hätte, um den Proliferationsmodus einzuschalten. Wenn sie Stress spüren, betätigen die Stammzellen, die sich ursprünglich im normalen Arbeitsmodus befanden, den Schlüssel, um den Proliferationsschalter der benachbarten Stammzellen einzuschalten. Dadurch können diese kurzzeitig in den Proliferationsmodus wechseln, um die Anzahl der Zellen zu erhöhen und so die Regeneration der Hautzellen zu beschleunigen.

Erwähnenswert ist, dass die Forscher auch herausfanden, dass nicht alle Stammzellen auf eine äußere Dehnung reagieren, sondern nur einige bestimmte Stammzellen .

Diese faszinierenden Erkenntnisse verdeutlichen, warum sich die Haut unter Einwirkung äußerer Kräfte dehnen kann:

Wenn Hautzellen äußeren Kräften ausgesetzt sind, können sie Stress spüren und darauf reagieren: Die Epidermiszellen passen ihre eigene Form an, und dann teilen und vermehren sich einige spezifische Hautstammzellen kurzzeitig, um die Zellzahl zu erhöhen und so die ursprüngliche Integrität der menschlichen Haut zu bewahren.

Man kann sich vorstellen, dass der Grund, warum die Haut am Bauch einer schwangeren Frau aufgrund der Ausdehnung während des allmählichen Wachstums nicht reißt, darin liegt, dass die Verformung und Ausdehnung ihrer Bauchhautzellen und die durch die Vermehrung der Stammzellen verursachte Zunahme der Zellzahl die Haut so zäh wie eine Gummimembran machen .

Neueste Forschungsergebnisse bestätigen die Allmacht der Hautstammzellen und enthüllen die Gründe für die hervorragende Reparaturfähigkeit der Haut nach schweren Deformationen oder chirurgischen Eingriffen. Für die plastische Chirurgiebranche bietet diese Forschung auch objektiv eine gewisse theoretische Grundlage für verschiedene plastische Operationen. Allerdings gibt es individuelle Unterschiede in der körperlichen Konstitution und auch in den Einrichtungen der kosmetischen Medizin gibt es Unterschiede im Niveau und in der Erfahrung. Bevor Sie sich für eine Schönheitsoperation entscheiden, sollten Sie sich ausreichend informieren und vorbereiten.

Quellen:

[1] Nature: Die Facelift-Technik wird seit mehr als 60 Jahren in der plastischen Chirurgie angewendet. Das Prinzip ist wie folgt: https://xw.qq.com/cmsid/20200809A0G1S800

[2]Dehnübungen für Stammzellen dehnen die Haut. Dehnübungen für Stammzellen dehnen die Haut. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02158-y

[3]Mechanismen der durch mechanische Dehnung induzierten Hautausdehnung aufgedeckthttps://medicalxpress.com/news/2020-07-mechanisms-mechanical-stretch-induced-skin-expansion-revealed.htm

[4]Mechanismen der dehnungsvermittelten Hautausdehnung bei Einzelzellauflösunghttps://www.nature.com/articles/s41586-020-2555-7

[5]Trebuňová, Marianna et al. „NEUE TECHNOLOGIEN DER GEWEBEEXPANSION – ÜBERBLICKSARTIKEL.“

Dieser Artikel wurde von Science Popularization China erstellt und von der China Science Popularization Expo betreut.

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