Stratum corneum free amino acids following barrier perturbation and repair

Authors


Marty O. Visscher, The Skin Sciences Institute, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, 3333 Burnet Avenue, Cincinnati, OH 45229, U.S.A. Tel.: 513-8-3-0934; fax: 513-636-8724; e-mail: marty.visscher@cchmc.org

Synopsis

Modulation of the skin environment after stratum corneum (SC) perturbation has profound effects on the rate and effectiveness of barrier repair. Intermediate water exposure, e.g. moderate relative humidity, may provide the optimum water gradient for SC repair. More rapid recovery with semipermeable (SP) films in vivo was associated with increased hydration measured as moisture accumulation rate. We hypothesized that (i) damaged SC recovering under the high water exposure of full occlusion (FO) would have lower free amino acids (FAA) than sites with low hydration (no occlusion, NO) and semi-occlusion (SP, semipermeable film, intermediate hydration) and (ii) SC under semi-occlusion would have higher FAA than with low hydration. Volar forearm sites in 15 healthy adults were perturbed via cellophane tape stripping and treated with SP, FO and NO for five days. Barrier recovery rate, hydration, dryness and erythema were determined. Serial SC samples (n = 15) were collected on day 5 and FAA quantified using reverse-phase HPLC and fluorescence detection. The cumulative protein removed was higher for SP than the control, NO and FO. FAA as total, individual amino acids and citrulline were consistently higher in the control than the three damaged sites. Generally, FAA was higher in NO than FO. Citrulline was higher for NO than SP and FO over the sampled SC. Levels were higher for SP than FO in certain, but not all of the FAAs. FAA was inversely correlated to barrier integrity. Skin hydration was relatively constant at the external microenvironment of the SP site, whereas the NO and FO had a reduction, i.e. a gradient, over the time. Overall, barrier recovery under conditions of a decreasing hydration gradient produced SC with higher levels of FAA than did conditions of full occlusion.

Résumé

Les variations de l’environnement cutané après une perturbation du stratum corneum (SC) ont des effets profonds sur la vitesse et l’efficacité de réparation de la barrière. L’exposition à l’eau, par exemple, une humidité relative modérée, peut offrir le gradient optimum d’eau pour la réparation du SC. In vivo, un rétablissement plus rapide en utilisant des films semi perméables (SP) a été reliéà une augmentation de l’hydratation mesurée. Nous avons formulé l’hypothèse que (1) un SC endommagé récupérant avec une forte exposition à l’eau, sous occlusion complète (FO) aurait un taux plus bas d’acides aminés libres (FAA) que des sites avec une faible hydratation (aucune occlusion, NO) et une hydratation intermédiaire par semi-occlusion (SP, film semi perméable) et que (2) le SC sous la semi-occlusion aurait un plus haut taux de FAA qu’avec une hydratation faible. La peau de la face interne de l’avant-bras dans quinze adultes sains a été abimée par stripping puis traité par SP, FO et NO pendant cinq jours. La vitesse de restauration de la barrière, l’hydratation, la sécheresse et l’érythème ont été déterminés. Des échantillons de SC (n = 15) ont été collectés le jour 5 et les FAA évalués quantitativement en utilisant l’HPLC en phase inverse et la détection en fluorescence. Le taux total des protéines enlevées était plus important pour SP que pour le contrôle, NO et FO. Les FAA leur total, les acides aminés seuls et la citrulline étaient plus important pour le contrôle que pour les trois autres sites endommagés. Généralement, le taux de FAA était plus élevé dans NO que FO. La citrulline était plus élevée pour NO que pour SP et FO dans les échantillons de SC. Les taux étaient plus hauts pour SP que FO pour certains acides aminés, mais pas pour l’ensemble des acides aminés libres. Les FAA étaient inversement corrélés à l’intégrité de la barrière. L’hydratation cutanée était relativement constante aux alentours du site SP, tandis que pour les sites NO et FO il y avait une diminution, c’est-à-dire, un gradient, au cours du temps. En général le rétablissement de la barrière dans les conditions d’un gradient décroissant d’hydratation a produit un SC avec des niveaux plus hauts de FAA que lors d’une complète occlusion.

Ancillary