Wie sich unsere Haut nach einem Bad wieder glättet

Wenn wir längere Zeit im Wasser verbringen, nimmt unsere Haut zusätzliche Feuchtigkeit auf, und die Zellen der äußeren Hautschicht schwellen an – die Haut wird runzlig. In trockener Umgebung gibt sie das aufgenommene Wasser ohne bleibende Schäden wieder ab und ist schon kurze Zeit später wieder glatt. Wie dies möglich ist, konnten Myfanwy Evans von der Universität Erlangen-Nürnberg und Roland Roth von der Universität Tübingen nun anhand eines physikalischen Modells nachvollziehen: Sie simulierten im Computer erstmals die Struktur der äußeren Hautschicht. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Unsere Haut ist ein komplexes Organ mit einer Vielzahl unterschiedlicher Funktionen. Die äußere Hautschicht, die sogenannte Epidermis, besteht aus abgestorbenen Hautzellen, erfüllt aber zentrale Aufgaben: Beispielsweise schützt sie unseren Körper vor Wasserverlust in trockener Umgebung und bewahrt ihn umgekehrt auch beim Baden vor der Aufnahme von zu viel Wasser.

Bunter Würfel aus ineinander verschlungenen, spiralförmigen Schläuchen, die zu einem dichten Knäuel gepackt sind.
Computermodell der Hautfasern

Die Wissenschaftler berechneten in ihrem Computermodell die Prozesse, die bei einer Wasseraufnahme in den einzelnen Komponenten der Haut ablaufen, und stellten ein interessantes Wechselspiel in den äußeren Hautzellen fest. Die äußere Hautschicht enthält Keratinfasern in einer geometrisch geordneten Struktur. Keratin ist hydrophil, wechselwirkt also stark mit Wasser, was erklärt, warum Hautzellen Wasser aufnehmen. Schwellen die Zellen dabei an, werden die Keratinfasern gedehnt – dies kostet wiederum elastische Energie, wie bei einer Spiralfeder, die man in die Länge zieht.

Das Wechselspiel dieser Kräfte, die einander entgegenwirken, bringt die Ausdehnung der Zellen zum Stillstand und sorgt dafür, dass die Haut nur eine begrenzte Menge Wasser aufnimmt. Die Ausdehnung stoppt, bevor sich die Keratinfasern berühren und permanent vernetzen können, was eine dauerhafte Änderung der mechanischen Eigenschaften der Zellen bewirken würde. Das führt dazu, dass unsere Haut das aufgenommene Wasser wieder abgibt und sich ohne bleibende Schäden glättet. Die neue Studie könnte helfen, Hautkrankheiten besser zu verstehen und zu behandeln, und künstliche Materialien nach dem Vorbild der Haut zu schaffen.