Skip to main content

Prüfung der mechanischen Eigenschaften von menschlicher Haut in Abhängigkeit von Alter und Geschlecht

Studies on mechanical properties of human skin in relation to age and sex

Summary

Autopsy material was used to study the mechanical properties of human skin. The specimens had been taken from the area of the manubrium sterni and the inner side of the thigh. Strips of 5 mm width were cut and load-extension curves were registered using the Instron®-instrument. The following parameters were measured: thickness of the skin (mm), load resulting in rupture of the skin strip (g) tensile strength (g/mm2), extension resulting in rupture (%), steepness in the linear part of the load-extension curve (g/% extension) and elasticity module (g/mm2). For the evaluation of the results, the specimens were classified according to age. An analog computer was used; it was possible to describe the age-dependence of each parameter by two concurrent e-functions. No statistically significant dependence on sex could be found in any of the parameters under study. Neither could any significant influence of endocrine factors be established due to the inhomogenity of the material.

The dependence upon age was manifest in the parameters which were related to the skin as an organ as well as in the parameters which were indicators of the quality of the material used. The curves which were correlated to age were calculated by the analog computer. Starting from early childhood and ending with senium each of them showed a maximum being more or less pronounced. When related to skin thickness this maximum appeared around the 35th year of life, load at rupture around the 20th year and steepness of the load-extension curve around the 25th year. The maxima of extension at rupture were less pronounced. The maxima of tensile strength and elasticity module, which parameters are indicators for the quality of the material used, appeared in an even earlier period of life, i.e. at the age of 14, and 10 years respectively. All parameters studied so far showed a decrease until senium. Correlations between mechanical properties of connective tissue and collagen metabolism known from earlier studies as well as similar results in animals are discussed.

Zusammenfassung

Aus dem Sektionsgut des Pathologischen Instituts der Universität Mainz wurden von 52 Patienten Hautproben untersucht, die in der Gegend des Sternums und an der Innenseite der Oberschenkel entnommen waren. Aus den Hautproben wurden 5 mm breite Streifen ausgestanzt und Kraft-Dehnungsdiagramme aufgenommen. Folgende Parameter wurden gemessen: Hautdicke (mm), Kraft bis zum Abriß (g), Reißfestigkeit (g/mm2), Dehnung bis zum Abriß (%), Anstiegssteilheit in linearen Teil des Kraft-Dehnungsdiagramms (g% Dehnung) und Elastizitätsmodul (g/mm2). Die Proben wurden in Altersklassen eingeteilt. Von sämtlichen Parametern konnte die Abhängigkeit vom Lebensalter mit Hilfe des Analog-Rechners durch 2 konkurrierende 3-Funktionen beschrieben werden. Im vorliegenden Material konnte keine Abhängikeit der Meßgrößen vom Geschlecht der Patienten gefunden werden. Auch eine Abhängigkeit von endokrinen Erkrankungen ließ sich statistisch nicht sichern.

Die Abhängigkeit vom Lebensalter zeigte sich sowohl bei den Meßgrößen, die suf das Organ Haut zu beziehen sind, als auch bei den Parametern, die etwas über die Materialbeschaffenheit aussagen.

Sämtliche Kurven durchliefen vom frühkindlichen Alter bis zum Senium ein mehr oder minder ausgeprägtes Maximum. Dieses lag bei der Hautdicke etwa um das 35. Lebensjahr, bei der Reißkraft um das 20. Lebensjahr sowie bei der Anstiegssteilheit um das 25. Lebensjahr. Die Maxima der Dehnung bis zum Abriß waren weniger ausgeprägt. Die Maxima der beiden auf die Materialeigenschaften zu beziehenden Parameter Reißfestigkeit und Elastizitätsmodul lagen auf einem noch etwas früheren Zeitpunkt, nämlich 14 bzw. 10 Jahre. Alle Meßgrößen fielen bis zum Senium wieder ab. Die aus früheren Arbeiten bekannten Beziehungen zur Kollagenreifung und zum Kollagenmetabolismus werden diskutiert.

This is a preview of subscription content, access via your institution.

Literatur

  1. Appenzeller, O.: Skin-fold thickness in the aged. Measurements in a sample of the London population. Brit. J. prev. soc. Med. 17, 41–43 (1963).

    Google Scholar 

  2. Brozek, J., Kinzey, W.: Age changes in skinfold compressibility. J. Geront. 15, 45–51 (1960).

    Google Scholar 

  3. Dick, J. C.: The tension and resistance to stretching of human skin and other membranes, with results from a series of normal and oedematous cases. J. Physiol. (Lond.) 112, 102–113 (1951).

    Google Scholar 

  4. Evans, R., Cowdry, E. V., Nielson, P. E.: Ageing of human skin. Anat. Rec. 86, 545–565 (1943).

    Google Scholar 

  5. Fry, P., Harkness, M. L. R., Harkness, R. D.: Mechanical properties of the collagenous framework of skin in rats of different ages. Amer. J. Physiol. 206, 1425–1429 (1964).

    Google Scholar 

  6. Gibson, T.: The micro-architecture of dermal fibres. In: Wound Healing (Ed. Illingworth). The Lister Centenary Scientific Meeting, pp. 267–273, London: J. & A. Churchill Ltd. 1966.

    Google Scholar 

  7. Grahame, R., Holt, P. J. L.: The influence of ageing on the in vivo elasticity of human skin. Gerontologia (Basel) 15, 121–139 (1969).

    Google Scholar 

  8. Harkness, R. D.: Biological functions of collagen. Biol. Rev. 36, 399–463 (1961).

    Google Scholar 

  9. —: Factors affecting the strength of the dermis. In: Wound Healing (Ed. Illingworth). The Lister Centenary Scientific Meeting, pp. 243–256. London: J. & A. Churchill Ltd. 1966.

    Google Scholar 

  10. —: Mechanical properties of collagenous tissues. In: Treatise on Collagen, ed. B. S. Gould, Biol. Collagen, vol. 2, pp. 248–299. London-New York: Acad. Press 1968.

    Google Scholar 

  11. Herrick, E. H.: Tensile strength of tissues as influenced by male sex hormone. Anat. Rec. 73, 145–149 (1945).

    Google Scholar 

  12. —, Brown, K.: Lowered tensile strength and collagen levels in tissues following discontinuation of male sex hormone. Poultry Sci. 31, 191–193 (1952).

    Google Scholar 

  13. Jansen, L. H., Rottier, P. B.: Elasticity of human skin related to age. Dermatologica (Basel) 115, 106–111 (1957).

    Google Scholar 

  14. ——: Some mechanical properties of human abdominal skin measured on excised strips. Dermatological (Basel) 117, 65–83 (1958).

    Google Scholar 

  15. Jochims, J.: Untersuchungen des mechanischen Verhaltens der Hautgewebe (Cutis und Subcutis) mit einer neuen Methode). Z. Kinderheilk. 56, 81–97 (1934).

    Google Scholar 

  16. Kenedi, R. M., Gibson, T., Daly, C. H.: Bio-engineering studies of the human skin. II. In: Biomechanics and Related Bio-Engineering Topics. Proceedings of a symposium held in Glasgow, September 1964, ed. by R. M. Kenedi. Oxford, London: Pergamon Press 1965a

    Google Scholar 

  17. ———: Bio-engineering studies of the human skin. In: Structure and Function of Connective and Skeletal Tissue, pp. 388–394. London: Butterworth 1965b.

    Google Scholar 

  18. ———: Biomechanical characteristics of human skin and costal cartilage. Fed. Proc. 25, 1084–1087 (1966).

    Google Scholar 

  19. Mendoza, S. A., Milch, R. A.: Tensile strength of skin collagen. Surg. Forum. 15, 433–434 (1964).

    Google Scholar 

  20. ——: Age variations of nominal tensile strength of wistar rat skins. Gerontologia (Basel) 10, 42–46 (1964/65).

    Google Scholar 

  21. Ridge, M. D., Wright, V.: A Rheological study of skin. In: Biomechanics and Related Bioengineering Topics. Proceedings of a symposium held in Glasgow, September 1964. ed. by R. M. Kenedi. Oxford, London: Pergamon Press 1965.

    Google Scholar 

  22. ——: The description of skin stiffness. Biorheology 2, 67–74 (1964).

    Google Scholar 

  23. ——: An extensometer for skin — its construction and application. Med. biol. Engng. 4, 533–542 (1966).

    Google Scholar 

  24. Robertson, E. G., Lewis, H. E., Billewicz, W. Z., Foggett, I. N.: Two devices for quantifying the rate of deformation of skin and subcutanous tissue. J. Lab. clin. Med. 73, 594–602 (1969).

    Google Scholar 

  25. Rollhäuser, H.: Die Zugfestigkeit der menschlichen Haut. Gegenbaurs morph. J. 90, 249–260 (1950).

    Google Scholar 

  26. Ruppelt, E.: Über einige mechanische Eigenschaften der menschlichen Haut. Z. Biol. 98, 49–59 (1937).

    Google Scholar 

  27. Sodeman, W. A., Burch, G. E.: A direct method for the estimation of skin distensibilitiby with its application to the study of vascular states. J. clin. Invest. 17, 785–793 (1938).

    Google Scholar 

  28. Southwood, W. F. W.: The thickness of the skin. Plast. reconstr. Surg. 15, 423–429 (1955).

    Google Scholar 

  29. Schade, H.: Untersuchungen zur Organfunktion des Bindegewebes. Z. exp. Path. Ther. 11, 369–399 (1912).

    Google Scholar 

  30. —: Gewebselastometrie zu klinischem und allgemeinärztlichem Gebrauch. Münch. med. Wschr. 53, 2241–2246 (1926).

    Google Scholar 

  31. Schallwegg, O.: Die menschliche Haut in ihren Beziehungen zu Alter, Geschlecht und Konstitution. Z. menschl. Vererb.- u. Konstit-Lehre 25, 207–228 (1941).

    Google Scholar 

  32. Schmidt-La Baume, F.: Elastometrie in der Dermatologie. I. Mitt. Arch. Dermat. Syph. (Berl.) 153, 565–573 (1927).

    Google Scholar 

  33. —: Über Dermoelastometrie. II. Mitt. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 153, 767–771 (1927).

    Google Scholar 

  34. —: Über Dermoelastometrie. Arch. Derm. Syph. 156, 383–423 (1928).

    Google Scholar 

  35. Ströbel, H.: Die Gewebsveränderungen der Haut im Verlaufe des Lebens. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 186, 636–668 (1947).

    Google Scholar 

  36. Stüttgen, G.: Die mechanischen Eigenschaften der Haut. In: Die normale und pathologische Physiologie der Haut, S. 18–28. Stuttgart: G. Fischer 1965.

    Google Scholar 

  37. Vogel, H. G.: Zur Wirkung von Hormonen auf physikalische und chemische Eigenschaften des Binde- und Stützgewebes. Habilitationsschrift zur Erlangung der Lehrbefugnis für das Fach Pharmakologie und Toxikologie an der Medizinischen Fakultät der Universität Marburg 1966.

  38. —: Untersuchungen zur Wirkung von Hormonen auf physikalische und chemische Eigenschaften des Binde- und Stützgewebes. Fortschr. Med. 86, 15 (1968a).

    Google Scholar 

  39. —: Veränderungen des Bindegewebes beim Alterungsprozeß. Med. Mschr. 22, 340–345 (1968b).

    Google Scholar 

  40. —: Zur Wirkung von Hormonen auf physikalische und chemische Eigenschaften des Binde- und Stützgewebes. Arzneimittel-Forsch. 19, 1495–1503, 1732–1742, 1790–1801, 1981–1996 (1969).

    Google Scholar 

  41. Vogel, H. G.: Beeinlussung der mechanischen Eigenschaften der Haut von Ratten durch Hormone. Arzneimittel-Forsch. 20, (1970) (in Druck).

  42. Volgel, H. G., Kobelt, D., Korting, G. W., Holzmann, H.: Prüfung des Festigkeitseigenschaften von Rattenhaut in Abhängigkeit von Lebensalter und Geschlecht. Arch. klin. exp. Derm. (im Druck).

  43. Wenzel, H. G.: Untersuchungen einiger mechanischer Eigenschaften der Haut, insbesondere der Striae cutis distensae. Virchows Arch. path. Anat. 317, 654–706 (1950).

    Google Scholar 

  44. Wöhlisch, E., du Mesnil de Rochemont, R.: Untersuchungen über elastische und thermodynamische Eigenschaften des Bindegewebes. Beitr. path. Anat. 76, 233–237 (1927).

    Google Scholar 

  45. ———: Untersuchungen über die elastischen Eigenschaften tierischer Gewebe. Z. Biol. 85, 325–341 (1926).

    Google Scholar 

  46. Wright, V., Ridge, M. D.: The mechanical properties of joints and skin. Structure and function of connective and skeletal tissue, pp. 402–405, London: Butter-worth 1965.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Affiliations

Authors

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Holzmann, H., Korting, G.W., Kobelt, D. et al. Prüfung der mechanischen Eigenschaften von menschlicher Haut in Abhängigkeit von Alter und Geschlecht. Arch. klin. exp. Derm. 239, 355–367 (1971). https://doi.org/10.1007/BF00520089

Download citation