pH-Wert in der Hautpflege

pH

Die pH-Skala reicht von 0 bis 14 und dient zur Angabe des Säure- oder Alkaligehalts eines Stoffes (in der Regel einer wässrigen Lösung). Eine Lösung mit einem pH-Wert von 7,0 wird als neutral bezeichnet, während eine Lösung mit einem niedrigeren pH-Wert als sauer und eine Lösung mit einem höheren pH-Wert basisch oder alkalisch ist. Folglich gilt: Je niedriger der pH-Wert, desto saurer und je höher der pH-Wert, desto alkalischer.
Der pH-Wert ist in vielerlei Kontexten ein sehr wichtiger Parameter, da der Säuregrad einer Lösung einen großen Einfluss auf die chemischen und biochemischen Prozesse hat, die in einer Lösung vonstattengehen können. Daher ist in vielen verschiedenen Einsatzbereichen auch die Regulierung des pH-Werts einer Lösung von Bedeutung. Ein sehr wichtiger Begriff in diesem Zusammenhang ist die „Pufferkapazität“ (auch „Pufferungskapazität“ genannt): Die Pufferkapazität ist ein Maß für das Potenzial einer Lösung, ihren pH-Wert beizubehalten, wenn eine Base oder Säure zugegeben wird.

Der pH-Wert und die Pufferkapazität sind in vielen Industriebereichen (bei denen nahezu immer Wasser im Spiel ist) und auch für die Menschen von Bedeutung: der menschliche Körper ist nämlich stark davon abhängig, dass er den pH-Wert in seinem Gewebe regulieren und aufrechterhalten kann, damit die erforderlichen biochemischen Prozesse ablaufen können. Der pH-Wert des Blutes ist beispielsweise streng reguliert, sodass er unter normalen Bedingungen zwischen 7,35 und 7,45 liegt. Blut verfügt über eine relativ hohe Pufferkapazität, und zwar in Form der in ihm enthaltenen Stoffe. Darüber hinaus tragen Lunge und Nieren zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes des Blutes bei, indem sie die Ausscheidung bestimmter Stoffe aus dem Blut regulieren. Leiden wie Diabetes, Lungen- und Nierenkrankheiten können zu einem zu hohen Säuregehalt im Blut führen, wodurch der pH-Wert unter 7,35 sinkt – dies wird als „Azidose“ bezeichnet –, während z. B. eine Hyperventilation den pH-Wert im Blut erhöhen kann – dies wird als „Alkalose“ bezeichnet. Auch für die anderen Gewebe im Körper ist ein passender pH-Wert wichtig, der durch bestimmte Krankheiten gestört werden kann: gesunde Lungen weisen beispielsweise einen neutralen pH-Wert auf, aber bei einer Mukoviszidose sinkt der pH-Wert in der Lunge. Der pH-Wert der Hautoberfläche ist in der Regel wiederum eher sauer, kann jedoch je nach Körperstelle und Grad einer Hautentzündung stark variieren. Im Allgemeinen wird ein höherer pH-Wert bei Entzündungen und in Bereichen beobachtet, in denen die Haut stärker eingeschlossen ist, wie z. B. in der Achselhöhle. Wie bei anderen Geweben auch, sind die biochemischen Prozesse der Haut sowie die Mikrobiota vom pH-Wert des Bereichs abhängig.

Der pH-Wert ist daher auch in Bezug auf Kosmetika interessant, weshalb dies ein Aspekt ist, dem PUCA PURE & CARE bei der Entwicklung der Produkte große Aufmerksamkeit widmet.

pH – eine dänische Erfindung

Das Konzept des pH-Wertes wurde ursprünglich im Jahr 1909 von dem dänischen Chemieprofessor Søren P. L. Sørensen erfunden, als dieser Leiter der chemischen Abteilung des Carlsberg-Labors war. Søren P. L. Sørensen verwendete die Bezeichnung „pH·“, die im Jahr 1924 im Rahmen einer geringfügigen Überarbeitung dieses Konzepts 1924 in „pH“ geändert wurde.
Bis 1909 hatte die Wissenschaft vorwiegend vage Angaben zum Säuregehalt einer Lösung gemacht, was für Søren P. L. Sørensen für seine Arbeit im Bereich der Bierbrauerei, bei der er sich besonders für enzymatische Prozesse interessierte, nicht präzise genug war. Er benötigte nämlich ein präzises Hilfsmittel, um die Bierherstellung standardisieren zu können. Zum damaligen Zeitpunkt war bekannt, dass die Konzentration von H⁺-Ionen (Wasserstoffionen) in einer Lösung den Säuregrad der Lösung bestimmt, aber die Angabe dieser Konzentration in Form von Dezimalzahlen war keine sinnvolle Lösung, da es sich hierbei um sehr kleine Zahlen handelt.

Die Lösung war schließlich die Wahl einer pH-Skala in Form eines negativen dekadischen Logarithmus, der die Wasserstoffionenkonzentration angibt. Die kann in einfacher Form wie folgt geschrieben werden: pH = -log([H⁺]). Im folgenden Abschnitt werden dieses Konzept und die Definition ausführlicher erläutert. Die Bedeutung der Abkürzung „pH“ war in der Folge Gegenstand so mancher Spekulationen. Es besteht zwar kein Zweifel, dass „H“ für Hydrogen (Ion) steht, aber die Bedeutung von „p“ ist umstrittener, da es im Französischen, Dänischen und Deutschen für verschiedene Begriffe (mit ähnlicher Bedeutung) stehen kann – und dies waren alles Sprachen, in denen Søren P. L. Sørensen seine Artikel schrieb. Der Buchstabe könnte aber auch auf ein lateinisches Wort verweisen, da diese Sprache in der wissenschaftlichen Literatur ebenfalls sehr gebräuchlich ist. Im Dänischen könnte „p“ für „potens“ oder „potentiale“ stehen, im Deutschen für „Potenz“ und im Französischen für „puissance“, im Lateinischen wiederum für „pondus hydrogenii“ (Wasserstoffmenge) oder „potentia hydrogenii“ (Kraft/Potential von Wasserstoff). Ein Blick in den Originalartikel aus dem Jahr 1909 deutet jedoch darauf hin, dass „p“ einfach der Buchstabe war, den Sørensen für seine Wasserstoff-Elektroden-Vorrichtung verwendet hatte, während er „q“ für seine Referenzelektroden-Vorrichtung verwendete.
Heute wird das kleine „p“ in der Chemie für „negativer dekadischer Logarithmus von ...“ verwendet und dieses wird zum Beispiel auch für die Bezeichnung „pK_a“, verwendet, die im nächsten Abschnitt erläutert wird.

Die Verwendung dieser pH-Skala fand schnell weite Verbreitung und wurde bereits 10 Jahre nach ihrer Erfindung in wissenschaftlichen Abhandlungen verwendet.
Heute wird der pH-Wert überall dort verwendet, wo der Säuregehalt von Bedeutung ist, und dies gilt für sehr viele Bereiche. So spielt der ph-Wert zum Beispiel bei der Herstellung von Lebensmitteln, Medikamenten, Kosmetika, Papier, Textilien sowie in der Landwirtschaft, bei der Abwasserwirtschaft und bei vielen wissenschaftlichen Studien im Allgemeinen eine wichtige Rolle.
Die körpereigenen biochemischen Prozesse sind im Allgemeinen von ganz bestimmten pH-Werten abhängig. Aus diesem Grund ist jede Körperflüssigkeit, wie beispielsweise Blut, Hirnflüssigkeit, Urin und die Flüssigkeiten in den Organellen¹ jeder Zelle, streng reguliert und mit Pufferkapazitäten ausgestattet, damit der pH-Wert trotz äußerer Einflüsse aufrechterhalten werden kann.

Beispiele für den pH-Wert verschiedener Lösungen: Magensäure: 1,5–3,5; Zitronensaft: 2,4; Vagina: 3,8–4,5; Haut: 4,1–5,8 (nicht beschädigte, kranke oder okkludierte Haut); Milch: 6,5; sauberes Wasser: 7,0 (neutraler pH-Wert bei 25 °C); Blut: 7,35–7,45; Urin: 7,5–8,0 (Morgenurin ist in der Regel saurer: 6,5–7,0); Meerwasser: 7,5–8,4; klassische feste Handseife: 9,0–10,0; und eine 0,1-molare (ca. 4%ige) wässrige Lösung von Natriumhydroxid: 13,0.

¹Mit Organellen werden die inneren Strukturen („Organe“) der Zelle bezeichnet, die von einer Membran umgeben sind und die verschiedene Funktionen erfüllen. Beispiele für Organellen sind der Zellkern, der die DNA enthält (pH-Wert im Inneren: 7,1–7,3), und die Mitochondrien, die den Großteil der Zellenergie (ATP) produzieren (der pH-Wert in menschlichen Mitochondrien beträgt 7,8–8,0 in der Matrix bzw. 7,0–7,4 im Zwischenraum zwischen den äußeren und inneren Membranen).

pH – kurze Darstellung der wissenschaftlichen und
technischen Grundlagen

Der pH-Wert einer Lösung ist, wie bereits erwähnt, eine Messgröße für den Säuregrad oder die Alkalität – bzw. genauer gesagt, des negativen dekadischen Logarithmus der Konzentration der Lösung oder, noch präziser, der Aktivität (a)² der Wasserstoffionen (H⁺). Dies wird wie folgt geschrieben:

pH = -log(a_H) ≈ -log([H⁺])

Zumeist wird der Begriff H⁺ (Wasserstoffion) verwendet, aber eigentlich gibt es keine freien H⁺-Ionen in einer wässrigen Lösung, da die H⁺-Ionen mit dem Wasser H₂O reagieren und H₃O⁺bilden, das als Hydronium- oder Oxoniumion bezeichnet wird.

Die pH-Skala reicht von 0 bis 14³ , und da der pH-Wert logarithmisch ist (ein Zehnerlogarithmus), besitzt der Wert keine Einheit, und jeder pH-Wert entspricht einem 10-fachen Unterschied in der H⁺-Ionenkonzentration. Eine Lösung mit einem pH-Wert von 5,0 hat folglich die zehnfache Konzentration an H⁺-Ionen im Vergleich zu einer Lösung mit einem pH-Wert von 6,0.
Ähnlich wie H⁺ für den Säuregrad gibt es OH^- (Hydroxidionen) für den Basengrad⁴ – das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Ionen ist ausschlaggebend für den pH-Wert einer wässrigen Lösung. Ein niedriger pH-Wert weist auf eine relativ hohe Konzentration von H⁺ und eine niedrige Konzentration von OH^-hin. Mit steigendem pH-Wert nimmt die Konzentration von H⁺ ab, während die Konzentration von OH^- zunimmt. Bei einem pH-Wert von 7,0 ist die Konzentration dieser Ionen etwa gleich hoch (dies ist bei völlig reinem Wasser der Fall), und bei einem pH-Wert über 7,0 übersteigt die Konzentration von OH^- die Konzentration von H⁺.

Um zu verstehen, woher H⁺ und OH^- stammen, muss man wissen, wie Säuren und Basen funktionieren. Kurz zusammengefasst ist eine Säure ein Stoff, der ein (oder mehrere) Wasserstoffionen abgeben kann, während eine Base ein Stoff ist, der ein (oder mehrere) Wasserstoffionen aufnehmen kann.
Wie leicht die Säure Wasserstoff abgibt, ist ein Indikator dafür, wie stark die Säure ist – je leichter sie Wasserstoff abgibt, desto stärker ist die Säure. Und das Gleiche gilt für die Base – je leichter diese Wasserstoff aufnimmt, desto stärker ist die Base.

Die Reaktion, bei der eine Säure Wasserstoff (H⁺) abgibt, wird als Dissoziationsreaktion bezeichnet und sieht folgendermaßen aus:

HA ⇌ H⁺ + A^-

Dabei steht HA für eine Säure, H⁺ ist das freigesetzte Wasserstoffion, A^- bezeichnet die sogenannte korrespondierende Base (den Säurerest) und ⇌ bedeutet, dass es sich um eine zweiseitige Reaktion handelt.
Es handelt sich also um ein Säure-Base-Paar. Bei solchen Säure-Base-Paaren gilt, dass bei einer starken Säure die korrespondierende Base relativ schwach ist und bei einer starken Base die korrespondierende Säure ebenfalls relativ schwach ist, während bei einer schwachen Säure die korrespondierende Base ebenfalls relativ schwach ist und die schwache Base eine korrespondierende schwache Säure hat.
Eine Lösung einer Säure (oder Base) bildet somit ein Gleichgewicht zwischen der Säureform (HA) und der Dissoziation zu H⁺ und der korrespondierenden Base, A⁵.
Dieses Gleichgewichtsverhältnis zwischen der Konzentration der dissoziierten Form (H+ und A-) und der Säureform (HA) ist ein einheitenloser Wert und wird als Dissoziationskonstante der Säure bezeichnet und angegeben mit K_a⁶. K_a nimmt parallel zur Stärke der Säure zu.

²Die gängige Bezeichnung zur Beschreibung des pH-Werts ist die Konzentration der Wasserstoffionen [H⁺], genau genommen handelt es sich jedoch um die Aktivität der H⁺ -Ionen. In der Praxis ist dies beinahe das gleiche.

³In besonderen Fällen mit einer hohen Konzentration an sehr starken Säuren oder starken Basen kann der pH-Wert unter 0 bzw. über 14 liegen.

⁴Genau wie beim pH-Wert gibt es auch die weniger gebräuchliche Maßeinheit pOH, die ebenfalls den negativen Logarithmus der OH-Ionenkonzentration angibt, womit der Basen-/Alkaligehalt der Lösung bestimmt wird.

⁵Dies ist eine temperaturabhängige Reaktion und stellt als solche zudem ein schwaches Puffersystem (mit geringer Kapazität) dar.

⁶Andere Bezeichnungen für die Dissoziationskonstante sind die Gleichgewichtskonstante und die Säurekonstante. Das kleine „a“ in K_a steht für „acid“, und daher wird in deutschsprachiger Fachliteratur oftmals die Bezeichnung „K_s“ verwendet, wobei „s“ für „Säure“ steht.

Die Stärke der Säure

Wie beim pH-Wert wird dieser Wert in der Regel in den „handlicheren“ und ebenfalls einheitenlosen pK_a-Wert umgewandelt, der als Säurestärkeexponent bezeichnet wird und, ähnlich wie der pH-Wert, als negativer dekadischer Logarithmus der Säurestärkekonstante definiert wird:

pK_a = -log(K_a)

Anhand des pK_a-Werts lassen sich Säuren wie folgt in starke, mittelstarke, schwache und sehr schwache Säuren kategorisieren:

pK_a ≤ 0: Starke Säure
0 < pK_a ≤ 4: Mittelstarke Säure
4 < pK_a ≤ 10: Schwache Säure
pK_a > 10: Sehr schwache Säure

Bei einer schwachen Säure in einer wässrigen Lösung liegen die meisten Moleküle in der Säureform (HA) vor. Umgekehrt enthält eine Lösung mit einer starken Säure hauptsächlich die dissoziierte Form (H⁺ und A^-), sodass die Konzentration von H⁺ in der Lösung hoch und der pH-Wert niedrig ist.

Das Wassermolekül selbst ist ein sogenannter Ampholyt, das heißt, es ist sowohl eine sehr schwache Säure als auch eine sehr schwache Base – sein pK_a -Wert beträgt 7,0. Die Säure-Base-Reaktion für Wasser verläuft so, dass zwei Wassermoleküle reagieren und jeweils ein H⁺-Ion abgeben und aufnehmen – die Reaktion kann aber auch andersherum ablaufen:

2 H₂0 ⇌ H₃O⁺ + OH^-

Da es sich um eine sehr schwache Säure und zugleich eine sehr schwache Base handelt, wird nur ein sehr kleiner Teil in H₃O⁺ und OH^-dissoziiert. Bei völlig reinem Wasser sind 10^-7 (= 0,0000001 = ein Zehnmillionstel) der H₂O-Moleküle dissoziiert, woraus sich ergibt, dass der neutrale pH-Wert 7 beträgt:

pH = -log (10^-7) = 7

Für das Verhältnis zwischen pH und pK_a gilt die Henderson-Hasselbalch-Gleichung, die auch als Puffergleichung bekannt ist. Diese Gleichung ist ein Näherungswert und enthält eine Reihe von Annahmen. Sie ist bei starken Säuren und Basen nicht sonderlich präzise und berücksichtigt auch nicht die Säure-Basen-Eigenschaften des Wassers. Diese Henderson-Hasselbalch-Gleichung lautet wie folgt:

pH = pK_a + log [A^-]/[HA]

Puffersysteme

Daraus ergibt sich, dass der pH-Wert einer Säure- (oder Basen-) Lösung dem pK_a -Wert der Säure addiert mit dem Logarithmus der Konzentration der korrespondierenden Base dividiert durch die Konzentration der Säure entspricht.

Wenn die Konzentration der korrespondierenden Base und die Konzentration der Säure gleich sind, entspricht der pH-Wert der Lösung dem pK_a-Wert der Säure. Diese Gleichung wird auch als Puffergleichung bezeichnet, da sie hauptsächlich zur Berechnung von Puffersystemen verwendet wird. Diese Gleichung dient zum Beispiel dazu, den pH-Wert eines Puffersystems zu schätzen und die Konzentration der Säure und der korrespondierenden Base zu berechnen, wenn bekannt der pH-Wert und der pK_a.

Ein Puffersystem besteht aus einer (in der Regel relativ schwachen) Säure und der korrespondierenden Base (oder aus einer relativ schwachen Base und der korrespondierenden Säure) und dient dazu, den pH-Wert innerhalb eines relativ engen Bereichs zu erhalten, obwohl dem System eine Säure oder eine Base zugeführt wird – ein Puffersystem wirkt folglich als „pH-Puffer“ mit einer bestimmten Kapazität. Die Kapazität bezeichnet die Menge an Säure oder Base, die dem System zugeführt werden kann, ohne dass sich der pH-Wert wesentlich verändert. Diese Kapazität hängt in erster Linie von der Konzentration der Säure und der korrespondierenden Base sowie dem pH-Wert der Lösung ab. Die Kapazität ist dann am höchsten, wenn die Konzentration der Säure und der korrespondierenden Base annähernd gleich sind und der pH-Wert der Lösung nahe dem pKa-Wert der Säure liegt – generell ist die Kapazität im pH-Bereich pK_a-Wert der Säure liegt – generell ist die Kapazität im pH-Bereich pK_a ± 1.

Puffersysteme funktionieren, indem die schwache Säure und die korrespondierende Base mit der hinzugefügten Säure (H⁺) und/oder Base (OH^-) reagieren können, wodurch das hinzugefügte H⁺ oder OH^-„neutralisiert“ wird, sodass sich der pH-Wert nicht wesentlich ändert. Wenn die Kapazität überschritten wird, z. B. durch Zugabe von so viel Säure, dass alle korrespondierenden Basen in der Lösung aufgebraucht sind, um mit der zugegebenen Säure zu reagieren, sinkt der pH-Wert relativ abrupt – und umgekehrt, wenn mehr Basen zugegeben werden, als das Puffersystem aufnehmen kann (weil die Säure im Puffersystem aufgebraucht ist), dann steigt der pH-Wert relativ abrupt.

In der Praxis wird ein Puffersystem in der Regel hergestellt, indem eine Säure (oder Base) mit einem geeigneten pK_a -Wert in Bezug auf den gewünschten pH-Wert und eine entsprechende Menge der korrespondierenden Base in Form des Salzes der Säure hinzufügt wird (oder wenn es sich um eine Base handelt, dann wird die entsprechende Menge der korrespondierenden Säure hinzufügt).

Puffersysteme in der Praxis

Beispiel für ein Puffersystem (ein Säure-Basen-Paar) ist Acetic acid (Essigsäure) und Sodium Acetate (Natriumsalz der Essigsäure). Acetic acid weist einen pK_a -Wert von 4,7 auf, sodass dessen Pufferkapazität im pH-Bereich 3,7 bis 5,7 am höchsten ist.
In Kosmetika wird z. B. häufig Citric acid (Zitronensäure) verwendet, welches eine trivalente Säure ist (drei H-Atome freisetzen kann) und somit drei pK_a-Werte aufweist, nämlich 3,1, 4,8 und 6,4, was einen relativ breiten und kosmetisch relevanten pH-Bereich abdeckt.

⁷Der pH-Wert kann auch bei nichtwässrigen Substanzen gemessen werden, aber das Verfahren sieht ein wenig anders aus.

⁸Mehr über diese Fachthemen können zum Beispiel in diesen Artikeln nachgelesen werden: Buck, R. et. al. Measurement of pH. Definition, standards, and procedures (IUPAC Recommendations 2002). Pure and Applied Chemistry, 2002, 74(11), 2169–2200 und Zulkarnay, Z et. al. An Overview on pH Measurement Technique and Application in Biomedical and Industrial Process. 2015, 2nd International Conference on Biomedical Engineering (ICoBE), Penang, Malaysia, March 2015, pp. 1–6.

Die pH-Messung von wässrigen Lösungen⁷ kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Diese Methoden können zu geringfügigen Unterschieden im Wert führen, weshalb beim Vergleich von pH-Werten auf die Messmethode geachtet werden sollte. Die genaueren technischen Details, wie der pH-Wert gemessen wird, und die bei den verschiedenen Messmethoden zu berücksichtigenden Ungenauigkeiten sowie die zugrundeliegenden mathematischen Formeln werden hier nicht ausführlich behandelt⁸.

Zu den weniger genauen Methoden, die viele vielleicht noch aus der Schule kennen, gehört die pH-Messung mit einem Säure-Basen-Indikator. Als Indikator dient hierbei entweder eine Indikatorflüssigkeit oder Indikatorpapier (pH-Strips), das mit Indikatorflüssigkeit getränkt wurde. Diese verändern ihre Farbe entsprechend dem pH-Wert der Flüssigkeit, mit der sie in Berührung kommen, sodass der pH-Wert entweder visuell durch Vergleich mit einer Farbskala oder genauer durch Kolorimetrie (eine quantitative Farbmessung) bestimmt werden kann.

Heute wird häufig ein pH-Messgerät verwendet, bei dem es sich um ein elektronisches Instrument mit einer ionenselektiven Glaselektrode und einer Referenzelektrode handelt, die in die zu messende Lösung getaucht werden. Bei Kontakt mit einer wässrigen Lösung bildet sich an der ionensensitiven Elektrode ein elektrisches Potenzial, das von der Wasserstoffionenkonzentration und damit vom pH-Wert bestimmt wird. Das Potenzial der Referenzelektrode variiert nicht und wird durch eine vorherige Kalibrierung des pH-Messgeräts eingestellt, wodurch das Gerät einen quantitativen Vergleich zwischen den elektrischen Potenzialen an den beiden Elektroden vornehmen und daraus den pH-Wert berechnen kann.
Es ist wichtig, ein pH-Messgerät regelmäßig zu kalibrieren, um sicherzustellen, dass es genau misst. Zur Messung des pH-Werts ist nicht viel Wasser erforderlich. Daher kann auch der pH-Wert von Oberflächen wie der Haut mit einem pH-Messgerät mit flacher Elektrode (und möglicherweise einer kleinen Menge reinen Wassers) gemessen werden. Da solche Elektroden jedoch relativ groß sind, wird der pH-Wert in einem bestimmten Bereich gemessen, weshalb es nicht möglich ist, pH-Unterschiede auf zellulärer oder subzellulärer Ebene zu messen. Hierfür müssen andere, kompliziertere Methoden wie die Fluorescence-Lifetime-Imagin-Mikroskopie eingesetzt werden.

pH-Wert und Haut – Struktur und Bestandteile der Haut

Bevor man sich mit dem pH-Wert der Haut beschäftigt, ist es hilfreich zu wissen, wie die Haut aufgebaut ist. Dies ist ein von Natur aus komplexes Thema, das unter vielen verschiedenen Aspekten betrachtet werden kann. Hierbei wird zunächst auf den grundlegenden Aufbau der Hautschichten – vor allem der Epidermis – eingegangen und anschließend auf die Komponenten, von denen angenommen wird, dass sie den pH-Wert der Haut beeinflussen.

Die Haut besteht aus drei Hauptschichten⁹: Zuunterst befindet sich die Subcutis (Unterhaut) – auch Hypodermis genannt –, die hauptsächlich aus Fett und Bindegewebe besteht.
In der Mitte befindet sich die Dermis (Lederhaut), die hauptsächlich aus Bindegewebe besteht und in der beispielsweise die Nervenenden, Blutgefäße, Haarfollikel, Talg- und Schweißdrüsen sitzen.
Ganz außen befindet sich wiederum die Epidermis (Oberhaut), die aus mehreren Schichten besteht. Unten befindet sich das Stratum basale, bei dem es sich um eine einzelne Zellschicht handelt, die Melanozyten, undifferenzierte Keratinozyten und Stammzellen enthält, die ständig neue Keratinozyten (Zellen) bilden.

Diese Keratinozyten wandern nach außen und bilden schließlich die anderen Epidermisschichten, die da wären: Stratum spinosum, Stratum granulosum, Stratum lucidum und schließlich ganz außen das Stratum corneum (SC), das etwa 10 bis 30 µm dick ist
Das Stratum basale, das Stratum spinosum und das Stratum granulosum enthalten lebende Zellen und werden als lebensfähiger (vitaler) Teil der Epidermis bezeichnet, während das Stratum lucidum¹⁰ und das Stratum corneum aus abgestorbenen Zellen bestehen und als nicht lebensfähiger (nicht vitaler) Teil der Epidermis bezeichnet werden. – In diesen Schichten laufen jedoch dennoch viele verschiedene chemische Prozesse ab.
Es ist wichtig zu wissen, dass es in der Haut viele verschiedene Kommunikationswege und Interaktionen zwischen den Keratinozyten, Immunzellen und Mikroorganismen auf der Haut gibt, die einen Einfluss auf verschiedene Funktionen der Haut wie die Aufrechterhaltung der Hautbarriere haben können.

Wenn es um die Hautbarriere und den pH-Wert der Haut geht, ist die äußere Schicht der Epidermis, das Stratum corneum, besonders interessant.

Das Stratum corneum besteht aus mehreren Schichten (in der Regel 15 bis 25) meist abgestorbener, flacher Keratinozyten, die Korneozyten genannt werden. Diese sind in eine interzelluläre, lipidreiche Matrix aus stark organisierten Lipiden eingelagert, die ein entscheidendes Element der Hautbarriere darstellen. Diese Struktur des Stratum corneum wird oft mit einem Mauerwerk aus Ziegeln (Korneozyten) und Mörtel (interzelluläre Lipidstruktur) verglichen. Das Stratum corneum stößt kontinuierlich einen Teil seiner Oberfläche ab, damit sich die Haut erneuern kann – dieser Prozess wird „Desquamation“ (Abschuppung) bezeichnet und verläuft in der Regel sehr reguliert.

⁹Eine Illustration des Hautaufbaus ist auf dieser Website bei der Beschreibung von Glycerin zu finden.

¹⁰Das Stratum Lucidum ist in der Regel nur in Haut mit einer dicken Epidermis zu finden (z. B. an den Handflächen und Fußsohlen) und besteht aus 2 bis 5 Zellschichten aus flachen, hauptsächlich abgestorbenen Keratinozyten, welche den Stoff Eleidin enthalten, einer Vorstufe des Keratins.

¹¹Werden auch als extrazelluläre Lipide bezeichnet.

An der Oberfläche wird die Haut von verschiedenen Mikroorganismen – der Hautmikrobiota – „bevölkert“, die sich in vielerlei Hinsicht als sehr interessant in Bezug auf die Funktionen und Eigenschaften der Haut erwiesen haben.
Bei den Korneozyten im Stratum corneum handelt es sich um flache Zellen, die hauptsächlich Keratinfilamente, verschiedene Enzyme und Wasser enthalten. Um die Korneozyten herum befindet sich eine spezielle Zellhülle, die „the cornified cell envelope“ genannt wird. Diese besteht hauptsächlich aus quervernetzten Proteinen wie Filaggrine, Loricrin und Involucrin, die zusammen eine sehr schwer lösliche und sehr stabile Struktur bilden. An diese Proteine ist eine einzelne Schicht von Lipiden gebunden, die hauptsächlich aus langkettigen Ceramiden besteht – diese Schicht wird als „the lipid envelope“ bezeichnet.
Diese Schicht bildet wichtige Wechselwirkungen mit der interzellulären Lipidschicht zwischen den Korneozyten.

Weitere wichtige Strukturen zwischen den Korneozyten sind die Corneodesmosomen, die aus verschiedenen Proteinen bestehen und welche die Zellen des Stratum corneum zusammenhalten, sowie die sogenannten „Tights Juctions“, die ebenfalls aus Proteinen bestehen und an der Barrierefunktion mitwirken.

Die interzellulären Lipide¹¹ machen etwa 15 % des Gewichts des Stratum corneum aus und bestehen in erster Linie aus Ceramiden (etwa 50 %), Cholesterin (25–30 %), freien Fettsäuren (10–15 %), Cholesterinestern (etwa 10 %), Cholesterinsulfat (2–5 %) und sehr wenig Phospholipiden, was im Gegensatz zu den anderen Schichten der Epidermis und Dermis steht, in denen Phospholipide einen erheblichen Anteil der Lipide ausmachen.
Die primäre Quelle dieser interzellulären Lipide sind die sogenannten Lamellarkörperchen, bei denen es sich um ovale sekretorische Organellen handelt, die sich intrazellulär in den lebensfähigen Keratinozyten im primären Stratum granulosum befinden, die z. B. Lipide aus der Zelle ausscheiden können.
Neben der Ausscheidung von Lipiden wie Phospholipiden, Glucosylceramiden und Cholesterin, welche die gut organisierte interzelluläre lipidreiche Matrix bilden, scheiden diese Lamellarkörperchen auch bestimmte Enzyme wie Lipidhydrolasen, Lipasen, Proteasen und bestimmte enzymhemmende Proteine und antimikrobielle Peptide wie beta-Defensine und Cathelicidine aus.

Daher sind diese Organellen sowohl für die Permeabilitätsbarriere der Haut als auch für die mikrobielle Barriere überaus wichtig.

Der pH-Wert und die Haut – der niedrige pH-Wert der Hautoberfläche

Oberhalb der ca. 10 bis 30 µm dicken Schicht des Stratum corneum sinkt der pH-Wert von 7,0 bis 7,4 im Rest der Haut auf einen viel niedrigeren pH-Wert an der Oberfläche, der wiederum je nach Körperteil etwas variieren kann. Zumeist liegt der pH-Wert an der Oberfläche der Haut jedoch bei etwa 5,0. Dies entspricht einem sehr großen Unterschied von 2 Einheiten im pH-Wert (d. h. etwa die 100-fache H⁺ -Konzentration an der Oberfläche im Vergleich zu etwa 10 bis 30 µm tiefer in der Haut). Dieser Gradient wurde unter anderem an normaler und gesunder Haut untersucht und mit zwei verschiedenen Formen der Ichthyose¹² (Fischschuppenhaut) verglichen.
Bei diesen Untersuchungen wurde mit einem pH-Messgerät der pH-Wert an der Oberfläche gemessen und anschließend das Stratum corneum mit Hilfe von Klebestreifen nach und nach bis zum Stratum granulosum abgetragen (diese Klebestreifentechnik ist sehr verbreitet und wird „Tape Stripping“ genannt). Zwischen jedem zehnten Klebestreifen wurde der pH-Wert gemessen. Auf diese Weise konnte eine Kurve erstellt werden, die zeigt, wie sich der pH-Wert verändert, je tiefer man in das Stratum corneum vordringt. Dabei wurde festgestellt, dass die Kurve bei gesunder Haut von etwa 4,5 an der Oberfläche bis etwa 7,1 im Stratum granulosum verlief und der pH-Wert in der Mitte des SC bei etwa 5,4 lag. Folglich ist die pH-Veränderung in der tieferen Hälfte des Stratum corneum drastischer, wo die Struktur auch kompakter ist. In diesem Bereich arbeiten viele pH-abhängige Enzyme.

Einige ähnliche Studien haben gezeigt, dass der pH-Wert in den äußersten Schichten des Stratum corneum etwas niedriger liegt als an der Oberfläche, und dass der pH-Wert mit jeder weiteren Schicht zunimmt und im Stratum granulosum schließlich etwa 7,0 bis 7,4 beträgt.

'Säureschutzmantel'

Dieses Phänomen, dass die Oberfläche der Haut deutlich saurer ist als der Rest der Haut, wird als Säureschutzmantel (auf Englisch „acid mantle“) bezeichnet. Dieser Begriff wurde 1928 von zwei Wissenschaftlern geprägt und wird seither verwendet, auch wenn „Mantel“ wahrscheinlich nicht der treffendste Begriff ist. Damals glaubte man, dass der niedrige pH-Wert die Funktion hat, vor mikrobiellen Infektionen zu schützen, aber inzwischen hat sich gezeigt, dass dieser Faktor eine weitaus wichtigere Bedeutung hat.

Beim Säureschutzmantel handelt es sich um einen natürlichen Mix aus verschiedenen Stoffen wie freien Fettsäuren, Aminosäuren und anderen kleinen Säuren, welche die Oberfläche und die äußeren Schichten des Stratum corneum auf einem relativ niedrigen pH-Wert halten. Dies wird im nächsten Abschnitt ausführlicher beschrieben. Im Allgemeinen liegt der pH-Wert der Hautoberfläche zwischen 4,0 und 6,0 – mit einigen wenigen Ausnahmen, die einen höheren pH-Wert aufweisen.

In der Fachliteratur werden verschiedene pH-Werte als normal angegeben. Beim einem Vergleich sollte jedoch beachtet werden, an welcher Stelle des Körpers die Messung vorgenommen wird und welche Messmethode angewandt wird.

Eine interessante Studie aus dem Jahr 2006 hat ergeben, dass der pH-Wert der Haut auf der Innenseite des Unterarms von 5,12 ± 0,56 auf 4,93 ± 0,45 sank, wenn 24 Stunden lang nichts auf die Haut aufgetragen wurde. Dabei wurde ermittelt, dass der „natürliche“ pH-Wert der Haut in diesem Hautbereich durchschnittlich 4,7 beträgt.
Die Studie ergab zudem, dass sich Haut mit einem pH-Wert unter 5,0 im Allgemeinen in einem besseren Zustand befindet als Haut mit einem pH-Wert über 5,0. Dies wurde durch die Messung verschiedener biophysikalischer Parameter wie Barrierefunktion, Feuchtigkeitsgehalt, Schuppenbildung und Widerstandsfähigkeit gegenüber induzierten Hautirritationen (z. B. mit dem Hautreizstoff Sodium Lauryl Sulfate) nachgewiesen. Des Weiteren wurde beobachtet, dass die „normale“ Mikrobiota der Haut besser an Haut mit einem relativ niedrigen pH-Wert anhaftet.

Der relativ niedrige pH-Wert der Hautoberfläche und der pH-Gradient im Stratum corneum haben nachweislich viele wichtige und oft miteinander in Verbindung stehende Funktionen für die Haut, die im Folgenden beschrieben werden:

Enzymaktivität: Die Aktivität vieler Enzyme ist vom pH-Wert abhängig. Dies gilt sowohl für bestimmte Enzyme, die zum Aufbau der Hautbarriere beitragen, als auch für Enzyme, die zum Abbau von Corneodesmosomen beitragen und damit den Abschuppungsprozess fördern (der stets im Gleichgewicht sein sollten).
In Bezug auf die Bildung der für die Hautbarriere wichtigen Ceramide gibt es zwei Schlüsselenzyme, die vom pH-Wert abhängig sind: ß-Glukozerebrosidase hat ein pH-Optimum von 5,6 und Acid Sphingomyelinase hat ein pH-Optimum¹³ von 4,5. Liegt der pH-Wert deutlich über oder unter diesen Werten, werden in der Folge die Enzymaktivitäten reduziert, wodurch weniger Ceramide gebildet werden.
Darüber hinaus gibt es weitere pH-abhängige Enzyme wie Phosphatasen, Phospholipasen und die Enzymgruppe der Serinproteasen, zu denen auch die Kallikrein-Enzyme gehören.
Serinproteasen sind Enzyme, die Peptidbindungen in Proteinen aufbrechen – darunter auch diejenigen Proteine, aus denen die Corneodesmosomen bestehen, mit denen die Korneozyten verbunden sind. Folglich können sie die Integrität und die Fähigkeit des Hautzusammenhalts beeinträchtigen.
Andere Serinproteasen können die lipidverarbeitenden Enzyme unwirksam machen, die Ausscheidung aus den Lamellarkörperchen hemmen und die epidermale Hyperproliferation stimulieren (was z. B. ein Faktor bei Akne ist). Diese Serinproteasen weisen ein etwas höheres pH-Optimum auf (bei vielen liegt dieses bei einem pH-Wert von etwa 7).
Wenn also der pH-Wert der Haut ansteigt, dann sind diese Enzyme aktiver als zuvor, während gleichzeitig die beiden Schlüsselenzyme für die Bildung von Ceramiden eine geringere Aktivität aufweisen.

Folglich kann ein erhöhter pH-Wert die Barrierefunktionen der Haut beeinträchtigen. Dies ist der nächste Themenbereich, bei dem der Säureschutzmantel der Haut eine Rolle spielt.

Die Aufrechterhaltung der Hautbarriere: Die überaus wichtigen Barrierefunktionen der Haut lassen sich in verschiedene, miteinander verbundene Systeme einteilen: die physische Barriere, die chemische Barriere, die mikrobielle Barriere und die Immunbarriere.
Zusammen sorgen sie für einen physikalischen, chemischen und biologischen Schutz des Körpers vor äußeren Einflüssen, wobei die physikalisch-chemische Barriere zudem dafür sorgt, dass der Körper zum Beispiel nicht zu viel Wasser verliert.

Die physische Permeabilitätsbarriere, die auch für den chemischen und biologischen Schutz wichtig ist, besteht in erster Linie aus den Komponenten des Stratum corneum, und zwar in Form der hydrophilen Korneozyten. Darüber hinaus besteht sie aus denjenigen Elementen, die diese zusammenhalten, und der organisierten interzellulären lipophilen Matrix.
Wie bereits erwähnt, ist der pH-Wert der Haut für mehrere Teile der Barrierefunktionen entscheidend: Die Absonderungen von Enzymen, Lipiden und antimikrobiellen Stoffen aus den Lamellarkörperchen sowie die Aktivität der Enzyme, die für den Stoffwechsel zur Bildung interzellulärer Lipide verantwortlich sind.

Des Weiteren wird angenommen, dass der pH-Wert für die Organisation der interzellulären Lipide entscheidend ist.
Die Integrität des Stratum corneum – das Gleichgewicht der Desquamation: Es besteht ein wichtiges dynamisches Gleichgewicht zwischen dem interzellulären Zusammenhalt über Corneodesmosomen und Tight Junctions und deren natürlichem und notwendigem Abbau, der zu einer Abschuppung führt.
Auch hier spielt der pH-Wert eine wichtige Rolle – vor allem durch die Aktivität pH-abhängiger Enzyme, wie oben beschrieben wurde
Zytokinaktivierung und Entzündungen: Die Korneozyten im Stratum corneum enthalten einen Vorrat an Precursors für entzündungsfördernde Zytokine (Pro-IL1α und proIL-1β).
Wenn die Hautbarriere gestört ist, steigt in der Regel der pH-Wert, wodurch die Aktivität von Serinproteasen wie Kallikrein-Enzymen gesteigert wird. Diese Aktivierung führt zur Freisetzung und Aktivierung der Zytokine IL-1α und IL-1β, die dann eine ganze Kaskade von Reaktionen auslösen, die zur Wiederherstellung der Barriere beitragen.

Eine vorübergehende Erhöhung des pH-Wertes hilft folglich bei der Regeneration der Barriere, aber wenn der pH-Wert über einen längeren Zeitraum zu hoch ist, kann dies zu Entzündungen führen, verursacht durch die Zytokine. Umgekehrt wird angenommen, dass eine Senkung des pH-Wertes Entzündungen entgegenwirkt.
Die Mikrobiota und die mikrobielle Barriere der Haut: Die Haut steht in einer wechselseitigen symbiotischen Beziehung (von der beide Seiten profitieren) mit der Mikrobiota: Die Haut bietet das geeignete Milieu für bestimmte Mikroorganismen, die ihrerseits zur mikrobiellen Abwehr der Haut beitragen, indem sie die Ansiedlung anderer (z. B. pathogener) Mikroorganismen hemmen und die Haut auch auf andere Weise unterstützen.
Der niedrige pH-Wert der Hautoberfläche macht die Haut zu einem hervorragenden Nährboden für die „normale“ Mikrobiota und hemmt nachweislich auch das Wachstum bestimmter pathogener Mikroorganismen.
In Bezug auf die mikrobielle Barriere der Haut hat der pH-Wert, wie bereits erwähnt, einen Einfluss auf die Freisetzung bestimmter antimikrobieller Substanzen wie z. B. antimikrobieller Peptide aus den Lamellarkörperchen. Auch die Aktivität dieser Stoffe – z. B. der antimikrobiellen Peptide wie Cathelicidine, Dermicidine sowie der kationischen Stoffe und Nitrate, die im Schweiß vorkommen – sind pH-abhängig und bei pH 5,5 auf einem optimalen Wert.

Die Umwandlung des Stoffes Nitrit zu Stickstoffoxid, der von Bakterien in der Mikrobiota aus dem Nitrat im Schweiß gebildet wird, erfolgt ebenfalls nur bei einem leicht sauren pH-Wert. Stickstoffmonoxid erfüllt eine Reihe wichtiger Funktionen, und zwar nicht nur in Bezug auf das mikrobielle Gleichgewicht auf der Haut, sondern auch als intra- und extrazellulärer Signalstoff, der u. a. eine wichtige Rolle bei der Wundheilung spielt.

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¹²Die Ichthyose (Fischschuppenhaut) ist ein Oberbegriff für eine Reihe verschiedener Formen dieser Krankheit, die sich durch trockene und schuppige Haut bemerkbar macht.

¹³Beim pH-Optimum handelt es sich um jenen pH-Wert, bei dem das Enzym die höchste Aktivität aufweist.

Der pH-Wert und die Haut – endogene Mechanismen und Faktoren für den pH-Wert der Haut

Die endogenen Mechanismen und Stoffe, die den niedrigen pH-Wert an der Hautoberfläche und den pH-Gradienten im Stratum corneum aufrechterhalten, stellen ein komplexes Themengebiet dar. In verschiedenen wissenschaftlichen Artikeln werden die verschiedenen Mechanismen und Substanzen unterschiedlich stark gewichtet, sodass nicht eindeutig feststeht, welche davon am wichtigsten sind. Vermutlich beeinflussen sich die verschiedenen Mechanismen gegenseitig, und sowohl die Mechanismen als auch die Stoffe sind wahrscheinlich in den verschiedenen Schichten des Stratum corneum von unterschiedlicher Bedeutung.
Im Hinblick auf die Stoffe, die den Säureschutzmantel bilden und somit den pH-Wert in und auf dem Stratum corneum bestimmen, wird angenommen, dass Alpha Hydroxy Acid (AHA¹⁴) wie Lactic acid (Milchsäure) aus z. B. Schweiß und Fettsäuren aus dem Sebum zusammen mit Urocanic acid (UCA), pyroglutamic acid (PCA) und bestimmten Aminosäuren die Hauptquelle für den pH-Wert des Stratum corneum bilden.
Es wird angenommen, dass Aminosäuren aus dem Abbau des Proteins Filaggrin und Cholesterinsulfat einen gewissen Einfluss auf den pH-Wert in den tieferen Schichten des Stratum corneum haben.

Eine weitere wichtige Komponente bei der Säuerung der tieferen Schichten des Stratum corneum ist das Plasmamembranprotein NHE1, das sich in der Zellmembran von Keratinozyten befindet. Es handelt sich hierbei um einen Na⁺/H⁺ -Antiporter, der ein Wasserstoffion (H⁺) aus der Zelle und gleichzeitig ein Natriumion (Na⁺) in die Zelle pumpen kann, wodurch der pH-Wert innerhalb der Zelle reguliert und der pH-Wert im interzellulären (extrazellulären) Raum verringert wird. – Genauer gesagt, wird angenommen, dass NHE1 mit einem relativ niedrigen pH-Wert extrazelluläre Mikrodomänen¹⁵ im tieferen Teil des Stratum corneum in der Nähe des Stratum granulosum bilden kann, das normalerweise einen Gesamt-pH-Wert von etwa 7,0 bis 7,4.

Es wird zudem angenommen, dass diese Mikrodomänen mit relativ niedrigem pH-Wert für die Aktivierung der pH-abhängigen Enzyme wichtig sind, die, wie bereits erwähnt, dafür sorgen, dass die von den Lamellarkörperchen abgesonderten Lipide weiterverarbeitet und Teil der barrierebildenden, interzellulär organisierten Lipidmatrix werden.
Man nimmt des Weiteren an, dass NHE1 auch für die Zelldifferenzierung, z. B. von Keratinozyten, wichtig ist und bei der Wundheilung eine Rolle spielt, indem es den pH-Wert der Oberfläche der Wunde reguliert.

Auch die säurebildenden Lipide wie Cholesterinsulfat und freie Fettsäuren werden als Faktor für den pH-Gradienten des Stratum corneum angesehen. Die freien Fettsäuren können z. B. aus Phospholipiden freigesetzt werden, die von Lamellarkörperchen ausgeschieden werden. – Dieser Prozess wird von der Enzymgruppe PLA2 katalysiert, einer Gruppe von Phospholipasen, die ebenfalls pH-abhängig sind, wobei ein Optimum am leicht sauren Ende der pH-Skala liegt.

Bestimmte Aminosäuren und Aminosäurederivate wirken sich ebenfalls auf den pH-Wert des Stratum corneum aus. Im Schweiß sind beispielsweise Aminosäuren enthalten, und eine sehr wichtige Quelle dafür stellt der Abbau des Proteins Filaggrin dar.
Beim Abbau von Filaggrin entstehen unter anderem die Aminosäure Glutamic acid (Glutaminsäure), die in Pyroglutamic acid (PCA) umgewandelt werden kann, und die Aminosäure Histidin, die durch das Enzym Histidase in Urocanic acid (UCA) umgewandelt werden kann.
Sowohl PCA als auch UCA tragen zur Senkung des pH-Werts bei und sind darüber hinaus feuchtigkeitsspendend – sie sind Teil der Natural Moisturising Factors (NMF)¹⁶.

In Tierversuchen wurde insbesondere der Verarbeitungsweg von Filaggrin über Histidin zu Urocanic acid in Bezug auf die Wirkung auf den pH-Wert untersucht. Dies lässt darauf schließen, dass dieser Abbau zu UCA für den pH-Wert nicht wesentlich ist, da andere kompensatorische Mechanismen greifen und den pH-Wert nach unten regulieren können.
Es wird angenommen, dass kleine Säuren wie Lactic acid (Milchsäure) und Butyric acid (Butansäure) ebenfalls den pH-Wert des Stratum corneum senken. Diese kommen beispielsweise im Schweiß der ekkrinen Drüsen vor, die fast überall am Körper zu finden sind. Der Schweiß aus diesen Drüsen¹⁷ wird direkt an die Hautoberfläche ausgeschieden, hat einen pH-Wert von 4,0 bis 6,8 und besteht in erster Linie aus Wasser, aber auch aus geringen Konzentrationen von kleinen Elektrolyten, kleinen Säuren wie Lactic acid (Milchsäure), Citric acid (Zitronensäure), Ascorbic acid (Vitamin C) sowie Urea, Aminosäuren und Fettsäuren.

Es wird angenommen, dass Melanin aus Melanosomen im Stratum granulosum ebenfalls zur Senkung des pH-Werts beiträgt und dies soll (teilweise) erklären, warum stärker pigmentierte Haut im Allgemeinen einen niedrigeren pH-Wert aufweist (einen um etwa 0,5 niedrigeren pH-Wert).

Außerdem kann die Mikrobiota zum relativ niedrigen pH-Wert an der Oberfläche des Stratum corneum beitragen.

Mehrere Faktoren für den pH-Wert der Haut

Es gibt viele endogene (von innen kommende) Faktoren, die den pH-Wert der Haut beeinflussen. Die wichtigsten davon sind die folgenden: Anatomische Hautpartie, Hautfeuchtigkeit (sowohl eine hohe als auch eine niedrige Feuchtigkeit gehen mit einem erhöhten pH-Wert einher), Pigmentierung (dunklere Haut hat im Allgemeinen einen niedrigeren pH-Wert), Talgmenge, Schweißmenge, Hautkrankheiten, Genetik, Alter und Geschlecht – letzteres ist umstritten. Die meisten dieser Faktoren werden im Folgenden erörtert:

Der pH-Wert der Haut kann je nach Hautbereich stark variieren. Betrachtet man den Körper als Ganzes, so liegt der pH-Wert zu 95 % zwischen 4,1 und 5,8, wobei der Durchschnitt bei 4,9 liegt. Die primären Bereiche außerhalb dieses Bereichs bei denen der pH-Wert im Allgemeinen höher ist (6,1 bis 7,4) sind halb-okkludierte und typischerweise relativ feuchte Bereiche wie die Achselhöhlen, die Leistengegend, in der Nähe der Genitalien, zwischen den Zehen und in Hautfalten¹⁸. In der Achselhöhle beträgt der Wert etwa 5,8 bis 7,0. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die typischen pH-Bereiche verschiedener Hautbereiche bei Erwachsenen mit normaler, gesunder Haut: Stirn und Augenlider: 4,7–5,1; Wangen und die Innenseite des Unterarms: 5,1–5,5; Innenseite des Unterarms: 5,1–5,5, Kinn: 5,4–5,7; Achselhöhle: 5,8–6,8 und Leiste: 6,2–7,1.

Die Bedeutung des Alters

Das Alter hat einen relativ großen Einfluss auf den pH-Wert der Haut: Sehr junge Haut und ältere Haut besitzen im Allgemeinen einen relativ höheren pH-Wert und eine geringere Pufferkapazität. Im Allgemeinen haben Menschen im Alter zwischen 18 und 60 Jahren einen relativ stabilen pH-Wert an der Hautoberfläche. Neugeborene (nicht Frühgeborene) weisen einen pH-Wert zwischen 6,0 und 7,0 auf und dieser ist in allen Hautbereichen ziemlich gleichmäßig. Der pH-Wert der Haut ändert sich in den ersten Tagen nach der Geburt dann jedoch recht abrupt und wird im laufe der ersten Monate gleichmäßiger. Im Alter von 4 bis 6 Monaten hat die Haut von Säuglingen in der Regel den „normalen“ Bereich von Erwachsenen erreicht, wobei der pH-Wert in den verschiedenen Bereichen der Haut variiert, ebenso wie dies bei Erwachsenen der Fall ist. Besonders bei Babys, die Windeln tragen, ist der pH-Wert im Windelbereich aufgrund der geschlossenen und feuchten Umgebung relativ hoch, wodurch die Haut besonders anfällig ist.

Bei älteren Menschen ab etwa 60 bis 70 Jahren steigt der pH-Wert der Hautoberfläche im Allgemeinen an und die Pufferkapazität der Haut nimmt ab. Zu den Gründen für den höheren pH-Wert bei älteren Menschen gehört vermutlich die geringere Ausschüttung von NHE1 und die verringerte Umwandlung von Phospholipiden in freie Fettsäuren ebenso wie die verringerte Abbaugeschwindigkeit von Filaggrin zu NMF – einschließlich UCA und PCA. Darüber hinaus nimmt die Talg- und Schweißproduktion ab, was die Pufferkapazität der Haut und die Zufuhr der in ihr enthaltenen Säuren zusätzlich verringert. Dieser höhere pH-Wert steht auch im Zusammenhang mit einer geringeren Produktion von epidermalen Lipiden wie Ceramiden, Cholesterin und Fettsäuren sowie mit Veränderungen in der Mikrobiota der Haut. Zusammen führt dies zu einer weniger starken Hautbarriere.

Hautpigmentierung und pH-Wert

Wie bereits erwähnt, beeinflusst der Pigmentierungsgrad der Haut auch den pH-Wert der Haut. Haut mit einem hohen Pigmentierungsgrad und damit einem niedrigeren pH-Wert hat im Vergleich zu heller Haut nachweislich eine erhöhte Lipidproduktion und Dichte der Lamellarkörperchen sowie eine bessere Integrität des Stratum corneum und der Barrierefunktion. Darüber hinaus erfolgt eine schnellere Wiederherstellung der Barriere, z. B. nach dem Tape-Stripping oder anderen Formen oberflächlicher Schädigung der Haut.

Es ist bekannt, dass nach einer Störung der Permeabilitätsbarriere die Sekretion des Lamellarkörperchen aus dem Stratum granulosum rasch ansteigt, wodurch der Verlust ersetzt und rasch neue Lamellarkörperchen gebildet werden sollen. In einer Studie, in der Menschen mit heller Haut („Hauttypen I–II“ auf der Fitzpatrick-Skala¹⁹) mit Menschen mit dunklerer Haut („Hauttypen IV–V“ auf der Fitzpatrick-Skala) verglichen wurden, wurde festgestellt, dass wenn der Oberflächen-pH-Wert der hellen Haut unmittelbar nach dem Tape-Stripping mit einem Vehikel, das Lactobionic acid oder Gluconolacton (PHAs²⁰) enthält, auf den gleichen pH-Wert der dunklen Haut gesenkt wurde, dann konnte die Geschwindigkeit der Regeneration der Hautbarriere nach 1, 6 und 24 Stunden gesteigert werden im Vergleich zu heller Haut, die mit dem Vehikel (gleiches Produkt, aber ohne Lactobionic acid und Gluconolacton) oder dem gleichen Vehikel mit neutralisierter Lactobionic acid oder Gluconolacton behandelt wurde.

Geschlecht und pH-Wert – gibt es einen Zusammenhang?

Laut einiger Studien gibt es zudem eine schwache Korrelation zwischen dem pH-Wert der Haut und dem Geschlecht. Allerdings herrscht diesbezüglich kein eindeutiger Konsens, da manche Studien darauf hindeuten, dass Frauen den niedrigeren pH-Wert haben, während andere Studien davon ausgehen, dass Männer den niedrigeren pH-Wert besitzen.
.Insgesamt legen jedoch eine Reihe von Studien den Schluss nahe, dass Männer tendenziell den niedrigeren pH-Wert aufweisen, dass dieser aber nicht signifikant niedriger ist als bei Frauen.

Studien über geschlechtsspezifische Hautunterschiede weisen darauf hin, dass die Hautbarrierefunktion (gemessen als TEWL²¹) bei Männern unter 50 Jahren im Allgemeinen besser ist als bei Frauen desselben Alters, und zwar unabhängig des gemessenen Hautbereiches. Dieser Unterschied in der Hautbarriere nimmt mit dem Alter ab.
Der Feuchtigkeitsgehalt des Stratum corneum scheint bei Frauen mit zunehmendem Alter stabil zu sein oder leicht zuzunehmen, während dieser bei Männern ab etwa 40 Jahren sinkt.
Der pH-Wert der Haut hängt auch vom Tagesablauf ab, d. h. der pH-Wert ist nachts am niedrigsten und nachmittags am höchsten. Außerdem gibt es einen Jahresrhythmus, bei dem der pH-Wert im Winter im Allgemeinen etwas niedriger ist als im Sommer (wobei umstritten ist, ob dies auf endogene oder exogene Faktoren zurückzuführen ist).

¹⁴Mehr über AHA können Sie in der Beschreibung von AHA, BHA und PHA auf dieser Website nachlesen.

¹⁵Solche Mikrodomänen können nicht mit einem pH-Messgerät mit Glaselektrode gemessen werden, daher ergeben Messungen im tieferen Teil des Stratum corneum gewöhnlich einen ungefähr neutralen pH-Wert.

¹⁶Zu NMF finden sich bei der Beschreibung von Glycerin auf dieser Website weitere Informationen.

¹⁷Es gibt auch aprokrine Schweißdrüsen, die mit einem Haarfollikel verbunden sind, und dieser Schweiß ist in der Regel mit Talg aus den Talgdrüsen vermischt, da dieser ebenfalls aus dem Haarfollikel austritt. Apokrine Schweißdrüsen befinden sich hauptsächlich in den Achselhöhlen und im Genitalbereich. Ihre Sekrete weisen einen pH-Wert von 6,0 bis 7,5 auf und bestehen aus Wasser, Proteinen, Kohlenhydraten, einigen körpereigenen Abfallstoffen, Lipiden und Sterolen. Es handelt sich um eine relativ zähflüssige Flüssigkeit, die von Natur aus geruchlos ist, aber einige dieser Stoffe werden von Mikroorganismen auf der Haut abgebaut, wobei Stoffwechselprodukte entstehen, welche für den Schweißgeruch verantwortlich sind.

¹⁸Aufgrund des relativ hohen pH-Werts, z. B. in der Achselhöhle, ist die Mikrobiota dort anders, was zum Schweißgeruch beiträgt, der durch die Verstoffwechselung des Sekrets aus den Aprokrindrüsen entsteht.

¹⁹Bei der Fitzpatrick-Skala handelt es sich um eine Skala mit Haupttypen von I bis VI, die angibt, wie pigmentiert die Haut ist und wie sie auf UV-Licht reagiert

²⁰PHA steht für Poly Hydroxy Acid. Weitere Informationen über PHA können Sie in den Beschreibungen von AHA, BHA und PHA auf dieser Website finden.

²¹TEWL ist die Abkürzung für Trans Epidermal Water Loss

Der pH-Wert und die Haut – exogene Faktoren für den pH-Wert der Haut

Zu den exogenen (äußeren) Faktoren gehören unter anderem, inwiefern die Haut okkludiert ist (z. B. mit Handschuhen), die Mikrobiota der Haut (die auch von endogenen Faktoren beeinflusst werden kann), klimatische Faktoren und andere Stoffe und Produkte, denen die Haut ausgesetzt wird.

Aufgrund einer Okklusion der Haut erhöht sich der pH-Wert der Haut – dies ist seit den 1970er Jahren bekannt – und dies hat verschiedene Auswirkungen.
Es wurde festgestellt, dass bei gesunden Testpersonen nach einer fünftägigen Okklusion der Haut unter den Achseln der pH-Wert von 4,38 auf 7,05 anstieg, sich die Hautmikrobiota signifikant veränderte und der TEWL der Haut um das Dreifache anstieg (gestörte Permeabilitätsbarriere). Auch nach einer dreitägigen Okklusion stieg der pH-Wert deutlich an und normalisierte sich erst nach 24 Stunden wieder.
Die Mikrobiota der Haut beeinflusst – durch die Bildung von Stoffwechselprodukten – den pH-Wert der Haut und wird umgekehrt aber auch von diesem beeinflusst. Es besteht also ein relativ komplexes Zusammenspiel zwischen der Haut und der Mikrobiota auf der Haut, weshalb dieser Themenbereich Gegenstand zahlreicher Studien ist.

Selbstverständlich können auch Produkte, die auf die Haut aufgetragen werden, den pH-Wert der Hautoberfläche und in einigen Fällen auch die Pufferkapazität der Haut beeinflussen. So kann beispielsweise eine klassische Seife mit einem hohen pH-Wert den pH-Wert der Haut erhöhen, und auch Produkte, die auf der Haut verbleiben (Leave-on-Produkte), können den pH-Wert und die Pufferkapazität der Haut beeinflussen – und zwar in beide Richtungen.
Auch Leitungswasser kann einen Einfluss auf den pH-Wert der Haut haben. In Europa gibt es relativ große Unterschiede beim pH-Wert des Wassers. – In Dänemark beispielsweise liegt er zwischen 6,5 und 8,0, während der pH-Wert des Grundwassers in der Regel niedriger ist, je weiter man nach Norden kommt, und je weiter man in den Süden Europas kommt wird er höher – es liegt aber immer noch in einem Bereich zwischen 5,5 bis 8,5.
Studien haben gezeigt, dass der pH-Wert der Hautoberfläche für etwa 4 Stunden erhöht werden kann, wenn die Haut nur mit Leitungswasser gewaschen wird.

Der pH-Wert und die Haut – die Pufferkapazität der Haut

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Pufferkapazität eines Systems um seine Fähigkeit, trotz äußerer Einflüsse erhebliche pH-Schwankungen zu verkraften.

Es hat sich gezeigt, dass die Haut bei einem pH zwischen 4 und 8 eine recht gute Pufferkapazität besitzt. Man geht davon aus, dass diese Pufferkapazität von verschiedenen Puffersystemen in der Haut herrührt, und es ist umstritten, welche Systeme hierbei den größten Beitrag leisten.
Studien deuten darauf hin, dass Bestandteile des Schweißes zur Pufferkapazität beitragen, und einzelne Studien bieten Hinweise, dass die Puffersysteme Lacitic acid/Lactate und Carbonic acid/Bicarbonat hierbei einen Beitrag leisten.

Die im Schweiß enthaltene Lactic acid (Milchsäure) weist einen pK_a -Wert von 3,8 auf, der im Vergleich zum pH-Wert des Stratum corneum eher niedrig ist. Neuere Studien deuten zudem darauf hin, dass das Puffersystem aus Lacitic acid/Lactate nicht das primäre Puffersystem im Stratum corneum darstellt. Auch das Carbonic acid/Bicarbonate-Puffersystem scheint keine bedeutende Rolle für das Puffersystem der Haut zu spielen.

Ältere Studien haben die Hypothese aufgestellt, dass der Talg zur Pufferkapazität beiträgt, indem er die Epidermis vor externen Säuren und Basen schützt –Schlichtweg dadurch, dass er das Eindringen in die Haut und damit die Auswirkungen verhindert, die externe Stoffe verursachen können. Dieser Teil wird wiederum als korrekt bewertet.

Früher wurde außerdem angenommen, dass die Fettsäuren im Talg zur Pufferkapazität beitragen – dieser Aspekt wird heute jedoch als vernachlässigbar erachtet. Auch Keratin wurde als möglicher Bestandteil der Pufferkapazität in Betracht gezogen, doch dafür gibt es noch keine Evidenz.

Neuere Studien deuten darauf hin, dass es vor allem Aminosäuren sind, die für die Pufferkapazität der Haut verantwortlich sind.
Es ist noch nicht genauer bekannt, welche Aminosäuren daran beteiligt sind, aber es könnte sich um die Aminosäuren im Schweiß der ekkrinen Schweißdrüsen handeln. Dieser Schweiß enthält etwa 0,05 % Aminosäuren. Womöglich handelt es sich aber auch um Aminosäuren aus dem Abbau von Proteinen in der Haut wie Desmosomen und Filaggrin sowie aus Haarfollikeln.

Es besteht kein Zweifel daran, dass normale, gesunde Haut über eine recht gute Pufferkapazität innerhalb des normalen pH-Bereichs der Haut verfügt. Um zu klären, welche Puffersysteme am meisten zu dieser Pufferkapazität beitragen, sind jedoch weitere Studien erforderlich.

Der pH-Wert und die Haut – Hautprobleme und -krankheiten

Eine Reihe von Hautproblemen, Hautkrankheiten und Wundheilungsstörungen stehen im Zusammenhang mit einem erhöhten pH-Wert im Stratum corneum der Haut. Bei den genauer untersuchten Hautkrankheiten ist jedoch nicht klar, ob die Hautkrankheiten den pH-Anstieg verursacht haben oder ob es umgekehrt der pH-Anstieg war, der zur Entwicklung der Krankheit beigetragen hat.

Viele Hautprobleme sind mit einer Entzündung der Haut verbunden, und im Allgemeinen kommt es bei einer Entzündung der Haut zu einem Anstieg des pH-Werts. Auch trockene und empfindliche Haut tritt oft zusammen mit einem leicht erhöhten pH-Wert an der Oberfläche auf.
Generell geht eine gestörte Hautbarriere häufig mit Hautproblemen einher, und wie gezeigt, spielt der pH-Wert eine wichtige Rolle für die Funktion und Aufrechterhaltung der Hautbarriere. In mehreren Studien wurde daher untersucht, ob eine Senkung des pH-Wertes der Hautoberfläche die Haut beruhigen und die Hautstruktur verbessern kann. Im Folgenden werden einige relevante Hautprobleme und die entsprechenden Studien dazu vorgestellt.

Ichthyose

Ichthyose (Fischschuppenhaut) gehört zur Gruppe von Krankheiten, die durch trockene und schuppige Haut mit erhöhtem Oberflächen-pH-Wert gekennzeichnet sind. Dies wird mit einer verminderten Funktion des Filaggrins in Verbindung gebracht (aufgrund einer Mutation des Gens für Filaggrin), das eine sehr wichtige Komponente für die Struktur des Stratum corneum, die Organisation der interzellulären lipophilen Matrix und nicht zuletzt für den wichtigen Feuchtigkeitsgehalt der Haut ist, indem es für mehrere der NMF-Komponenten ursächlich ist. Der erhöhte pH-Wert trägt dazu bei, dass der Abschuppungsprozess nicht so funktioniert, wie er sollte.

Psoriasis

Wie die Ichthyose ist auch die Psoriasis eine erbliche Hautkrankheit, für die ein begrenzter, schuppiger Ausschlag charakteristisch ist und die häufig mit einem leichten Anstieg des pH-Werts der Hautoberfläche einhergeht. Diese Krankheit ist im Allgemeinen sehr gut erforscht, aber über die Rolle des pH-Werts in Bezug auf die Psoriasis wurde noch nicht sonderlich viel geschrieben. Es ist bekannt, dass Veränderungen bei der Differenzierung der Hautzellen, der Hautbarriere und der Entzündung eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Psoriasis spielen, weshalb man davon ausgeht, dass der pH-Wert ebenfalls ein Faktor ist.

Candida Intertrigo

Candida Intertrigo ist eine Pilzinfektion der Haut – typischerweise dort, wo Haut auf Haut trifft –, die sich durch glänzende, gerötete und juckende Haut äußert, wobei einige Studien eine Korrelation mit einem höheren pH-Wert der Hautoberfläche gezeigt haben. Diese Hauterkrankung tritt außerdem häufig im Zusammenhang mit Diabetes und bei Dialysepatienten auf.
Bei einem Versuch mit gesunden Probanden wurde eine Lösung des Pilzes Candica albicans in einer Pufferlösung mit einem pH-Wert von 6 oder 4,5 auf gesunde und okkludierte Haut aufgetragen, wobei sich nach 24 Stunden zeigte, dass dieser Pilz in einer sauren Umgebung weniger gut gedeiht. Auf diese Weise konnte nachgewiesen werden, dass ein höherer pH-Wert der Haut das Risiko einer solchen Pilzinfektion erhöht.

Akne

Akne hängt mit einer Entzündung der Haut, einem erhöhten Wachstum bestimmter Stämme von Cutibacterium acnes (früherer Name: Propionibacterium acnes) und einem erhöhten pH-Wert an der Hautoberfläche zusammen.
In einer Studie mit 200 Menschen mit und 200 Menschen ohne Akne (zu gleichen Teilen Männer und Frauen im Alter von 15 bis 30 Jahren) wurde der pH-Wert auf der Stirn, der Nase, den Wangen und dem Kinn gemessen, wobei sich ein signifikanter Unterschied zeigte: Im Durchschnitt lag der pH-Wert bei Menschen ohne Akne bei 5,09 ± 0,39, während er bei Menschen mit Akne bei 6,3 5 ± 1,3 lag. Es wird angenommen, dass der höhere pH-Wert das Wachstum des Bakteriums Cutibacterium acnes begünstigt.

Wunden

Auch Wunden werden mit einem erhöhten pH-Wert in Verbindung gebracht. Offene Wunden weisen einen pH-Wert zwischen 6,5 und 8,5 auf, während problematische chronische Wunden einen pH-Wert zwischen 7,2 und 8,9 haben. Die Wundheilung ist ein komplexer Prozess, und der pH-Wert der Oberfläche ändert sich während dieses Heilungsprozesses.
Denn während des Heilungsprozesses muss der pH-Wert sinken, damit eine Reihe wichtiger Prozesse wie die Fibroblastenproliferation, die Kollagenbildung, die Makrophagenaktivität und die Keratinozytendifferenzierung ablaufen können.

In einer Studie wurde untersucht, ob der pH-Wert ein Hilfsmittel für die Diagnose des Wundheilungsprozesses sein könnte und somit dabei helfen könnte, zu beurteilen, welche Art von Behandlung eine Wunde benötigt, z. B. Antibiotika (wenn eine bakterielle Infektion in der Wunde vorliegt). Diese Forschung steckt noch in den Kinderschuhen, aber einige Studien haben ergeben, dass bestimmte Bakterienstämme, die für Wundinfektionen relevant sind, bei höheren pH-Werten eine größere Tendenz zur Bildung von Biofilmen²² zeigen. Es wurde zudem festgestellt, dass die Behandlung von Wunden mit einem topischen²³ Produkt mit niedrigem pH-Wert in bestimmten Situationen eine positive Wirkung auf die Wundheilung haben kann – wahrscheinlich, indem beispielsweise die antimikrobielle Aktivität bestimmter Stoffe in der Hautoberfläche erhöht und die Aktivität bestimmter Enzyme reguliert wird.

Ekzeme

Ekzeme wie atopische Dermatitis, Kontaktdermatitis und Windelausschlag hängen mit Hautentzündungen und einem erhöhten pH-Wert zusammen.
Bei atopischer Dermatitis kommt es häufig zu einer Verringerung der aktiven Filaggrine, die wie oben erwähnt wichtig für die Hautbarriere, den Feuchtigkeitsgehalt und den pH-Wert der Haut sind. Im Windelbereich weist die Haut in der Regel einen erhöhten pH-Wert auf, der zur Aktivierung von Protease- und Lipase-Enzymen und damit zur Schwächung der Hautbarriere beitragen kann, was wiederum die Entstehung von Ekzemen begünstigt.
In Bezug auf die atopische Dermatitis wurde die Erkrankung vor allem anhand von Mausmodellen untersucht. So wurde beispielsweise untersucht, ob eine Behandlung mit topischen Produkten mit einem relativ niedrigen pH-Wert (z. B. mit Lactobionic acid – einem PHA) die Symptome lindern kann, und Studien deuten auf eine solche Wirkung hin.

Es ist allgemein anerkannt, dass die Aufrechterhaltung eines normalen Haut-pH-Wertes durch entsprechende topische Produkte den Hautzustand verbessern kann. Einige Studien deuten sogar darauf hin, dass die Aufrechterhaltung eines leicht sauren Stratum corneum der Entwicklung einer atopischen Dermatitis entgegenwirken kann. Ähnliche Versuche wurden auch auf der Haut von Neugeborenen und älteren Menschen sowie an Ratten durchgeführt. Diese Tests ergaben, dass die topische Anwendung von Produkten mit einem relativ niedrigen pH-Wert, die z. B. PHA oder AHA enthalten, den pH-Wert und die Barrierefunktion der Haut normalisieren kann.

In einer Studie an Personen mit leicht trockener Haut wurde vier Wochen lang zweimal täglich ein Produkt mit einem pH-Wert von 3,7 bis 4,0 angewendet, das 4 % Lactic acid (ein AHA) enthält. Dies führte zu einer signifikanten Verbesserung der Ceramidkonzentration im Stratum corneum, der Barrierefunktion und einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber Reizungen durch Sodium Lauryl Sulfate. Wie lange ein Produkt mit niedrigem pH-Wert auf der Haut wirken kann, hängt sowohl von der Zusammensetzung und der Pufferkapazität des Produkts als auch vom Zustand der Haut ab.

In einer vehikel-kontrollierten Humanstudie wurde dies anhand einer Creme mit Acetic acid (Essigsäure) oder Chlorwasserstoff mit einem pH-Wert von 3,5 untersucht. Dabei zeigte sich, dass der pH-Wert direkt nach dem Auftragen sofort sank und nach 15 Minuten wieder anstieg, allerdings langsam, sodass ein relativ niedriger pH-Wert noch bis zu 6 Stunden nach dem Auftragen bestehen blieb.

²²Beim Biofilm handelt es sich um einen dünnen Belag aus Bakterien, der in eine spezielle Matrix eingebettet ist, welche die Bakterien selbst produzieren. Biofilme kommen an vielen Orten vor und können Probleme verursachen, wenn sie sich beispielsweise in einer Wunde befinden, da sie die Bakterien gegen viele verschiedene Maßnahmen wie hohe oder niedrige pH-Werte sowie gegen Antibiotika resistenter machen.

²³Die Bezeichnung topische Anwendung bezieht sich auf die Verwendung eines Produkts durch Auftragen auf die Körperoberfläche: folglich werden alle Kosmetika durch eine topische Verabreichung verwendet.

Der pH-Wert und topische Produkte

Selbstverständlich können Produkte, die Sie auf Ihrer Haut verwenden, den pH-Wert Ihrer Haut mehr oder weniger stark beeinflussen. Wie bereits erwähnt, wird ein zu hoher pH-Wert auf der Haut häufig mit Hautproblemen in Verbindung gebracht. Daher wurde in vielen Studien untersucht, ob topische Leave-on-Produkte den pH-Wert der Haut senken und dadurch die Hautbarriere verbessern können – und viele Studien zeigen, dass dies möglich ist.

Ebenso haben viele Studien untersucht, wie sich verschiedene Produkttypen auf den pH-Wert der Haut auswirken – mit einem besonderen Augenmerk auf Reinigungsprodukte, da einige hiervon den pH-Wert der Haut erhöhen können. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu beachten, dass die Haut in der Regel über eine recht gute Pufferkapazität verfügt und sich der pH-Wert der Haut daher nach einiger Zeit wieder normalisiert. Außerdem können die Auswirkungen von Produkten auf die Haut komplex sein und hängen zudem von der genauen Zusammensetzung des Produkts und der Art der Anwendung des Produkts sowie vom Zustand der Haut ab. Folglich ist es nicht nur der pH-Wert des Produkts, der bestimmt, welchen Einfluss das Produkt auf den pH-Wert der Haut hat.
Ein wichtiger Faktor ist auch die Pufferkapazität des Produkts. – Dies ist jedoch ein Aspekt, über den zumeist kaum etwas bekannt ist und der nur selten in Studien untersucht wird, die sich damit befassen, wie Produkte den pH-Wert der Haut beeinflussen können. Die durchgeführten Studien sind nur schwer miteinander zu vergleichen, da es viele Unterschiede gibt – z. B. die Testmethode, die Haut der Testpersonen, die Dauer der pH-Messung nach der Anwendung usw. Außerdem gilt es zu beachten, dass der pH-Wert der Haut nach dem Auftragen eines Produkts sowohl vom pH-Wert des Produkts und der Haut als auch von der Pufferkapazität des Produkts und der Haut abhängt.

Reinigungsprodukte

Reinigungsprodukte gehören zu einer großen Gruppe sehr unterschiedlicher Produkte, welche die Haut auf verschiedene Weise beeinflussen können. Die meisten von ihnen erhöhen den pH-Wert der Haut, da sie mit Wasser abgewaschen werden müssen (Rinse-off-Produkte), und wie bereits erwähnt, kann Wasser den pH-Wert der Haut erhöhen, allerdings in der Regel nicht für sehr lange – vermutlich, weil Wasser beinahe keine Pufferkapazität besitzt.

Klassische Seife, die seit mehr als tausend Jahren verwendet wird, enthält natürlich vorkommende Surfactants (auch Detergenzien oder Tenside genannt), die durch die Verseifungsreaktion von Fetten entstehen, und ist in der Regel alkalisch, und zwar mit einem pH-Wert zwischen 8,0 und 11,0, sodass es nicht überrascht, dass diese den pH-Wert der Haut erhöhen können.
Studien mit solchen klassischen Seifen haben gezeigt, dass der pH-Wert der Haut in der Regel um etwa 2 Einheiten ansteigt und es in der Regel mindestens 6 Stunden dauert, bis die Haut auf den normalen pH-Wert zurückgeht.
Im Vergleich zum Waschen der Haut mit Wasser verlängert die klassische Seife die Zeitspanne, bis die Haut ihren normalen pH-Wert wiedererlangt. Außerdem kann die klassische Seife, wie viele andere Reinigungsprodukte auch, der Haut eine Menge fettlöslicher Stoffe entziehen, was die Haut empfindlicher und anfälliger für Irritationen macht.

Studien haben ergeben, dass der Zusatz von Lipiden zu Reinigungsprodukten die Wechselwirkung zwischen den Tensiden im Reinigungsprodukt und den Lipiden auf der Haut verringern kann, wodurch dieser Effekt reduziert wird.

Reinigungsprodukten

Um das Jahr 1950 herum wurde eine neue Art von Tensiden mit der Bezeichnung „Syndet“ (kurz für synthetisches Waschmittel) erfunden, und seitdem wurden viele weitere, mildere und – im Vergleich zu Syndet-Tensiden – natürlichere Tenside entwickelt.

Reinigungsprodukten verwendet werden, deren pH-Wert dem pH-Wert der Haut entspricht. Diese werden oft als viel sanfter zur Haut im Vergleich zur klassischen festen Seife angepriesen (was viele von ihnen auch sind). Aber hierbei ist es wichtig, die gesamte chemische Zusammensetzung der Produkte zu betrachten und darauf zu achten, was diese neben der Veränderung des pH-Werts für einen Einfluss auf die Haut haben.

In einer Studie aus dem Jahr 2014 wurde die Haut auf der Innenseite des Unterarms bei zwei Gruppen gesunder Menschen verglichen, die über fünf Jahre lang entweder eine klassische feste Seife mit hohem pH-Wert verwendeten oder ein Reinigungsprodukt mit einem pH-Wert, der dem pH-Wert der Haut relativ nahekommt. Bei diesem Test wurde festgestellt, dass die Verwendung von klassischer fester Seife mit hohem pH-Wert die Fähigkeit der Haut zur pH-Regulierung – also die Pufferungsmechanismen – nicht beeinträchtigt. Außerdem wurde herausgefunden, dass der pH-Wert der Haut bei beiden Produkten fast gleich stark anstieg, und bei beiden Gruppen war der pH-Wert der Haut nach etwa 6 Stunden wieder normal.

Bestimmt der pH-Wert, ob ein Produkt mild ist oder nicht?

Eine weitere interessante Studie untersuchte die Behauptung, dass Reinigungsprodukte mit einem pH-Wert, der demjenigen der Haut nahekommt, besser für die Haut sind.

In dieser Studie wurde eine Reihe von Messungen an der Achselhaut einer Gruppe gesunder Personen durchgeführt, nachdem diese verschiedene Reinigungsprodukte in Form von festen Syndet-Stücken und einer Reihe von Flüssigseifen mit bekannter Zusammensetzung (einige davon nur qualitativ) und bekanntem pH-Wert verwendet hatten – alle primär auf der Basis anionischer²⁴ Tenside, die heute in der überwiegenden Mehrheit der Reinigungsprodukte verwendet werden.

Unter anderem wurde die Trockenheit und die Barriere der Haut (TEWL-Messung) analysiert. Diese Studie ergab, dass die Verwendung eines Reinigungsprodukts auf der Basis hauptsächlich anionischer (negativ geladener) Tenside und mit einem pH-Wert nahe dem der Haut die Hauttrockenheit und den Grad der Irritation stärker erhöht als die gleiche Formulierung mit einem angepassten pH-Wert von 7,0. Die mögliche Erklärung hierfür ist eine verstärkte elektrostatische Wechselwirkung (negativ geladene Ionen interagieren mit positiv geladenen Ionen) zwischen den anionischen Tensiden im Reinigungsprodukt und dem Stratum corneum bei einem niedrigen pH-Wert im Vergleich zum neutralen pH-Wert.
Die genauere und technischere Erklärung lautet wie folgt: Der isoelektrische Punkt des Stratum corneum liegt bei einem pH-Wert von 4,0. Am isoelektrischen Punkt weist die Oberfläche des Stratum corneum eine fast gleiche Anzahl von positiv und negativ geladenen Ionen auf und hat somit eine Nettoladung von etwa 0. Bei einem pH-Wert oberhalb des isoelektrischen Punkts überwiegen an der Oberfläche des Stratum corneum die negativ geladenen Ionen, und unterhalb des isoelektrischen Punkts überwiegen die positiv geladenen Ionen.
Wenn also eine Lösung (ein Reinigungsprodukt) mit einem pH-Wert von über 4,0 (z. B. ein neutraler pH-Wert) auf die Haut aufgetragen wird, gibt es auf der Oberfläche des Stratum corneum eine relativ geringere Anzahl positiver Ionen, mit denen die Anionen (negativ geladene Stoffe) der Lösung interagieren können. Ist der pH-Wert der Lösung jedoch niedriger und liegt näher am oder unter dem isoelektrischen Punkt des Stratum corneum, dann liegt die Anzahl der positiv geladenen Ionen auf dem Stratum corneum relativ hoch, sodass es für die Anzahl der anionischen Stoffe in der Lösung (die Tenside des Reinigungsprodukts) mehr Ionen auf dem Stratum corneum gibt, an die diese sich binden können.
Wenn sich mehr Tenside an die Haut binden, ist zu erwarten, dass es schwieriger ist, sie komplett abzuwaschen, sodass die Tenside länger auf der Haut verbleiben können, was zu Reizungen und Trockenheit führt und die Hautbarriere beeinträchtigt.

Die Schlussfolgerung war, dass der pH-Wert allein nicht darüber entscheidet, ob ein Produkt mild ist oder nicht – man muss die gesamte Zusammensetzung des Produkts und die Wechselwirkung zwischen den im Produkt verwendeten Stoffen und dem Stratum corneum beim jeweiligen pH-Wert beachten.

Schweißgeruch, Deodorants und Haut-pH-Wert

Die Tatsache, dass Produkte den pH-Wert der Haut beeinflussen können, ist in Verbindung mit Deodorants und dem zumeist unerwünschten Achselschweißgeruch von Interesse Der höhere pH-Wert in den Achselhöhlen ist nämlich einer der Gründe, warum bestimmte Mikroorganismen genau dort besonders gut gedeihen. Der Stoffwechsel dieser Mikroorganismen ist die Ursache für Schweißgeruch. Es wurde daher untersucht, ob Deodorants, die den pH-Wert in der Achselhöhle senken können, damit auch den Geruch reduzieren können.

Die Ergebnisse einer Studie haben gezeigt, dass die tägliche Anwendung bestimmter Deodorants mit einem pH-Wert von 5,0 den pH-Wert der Haut in der Achselhöhle für mindestens 2 bis 4 Stunden senkt und damit den Schweißgeruch verringern. Zwei Tage nach der letzten Anwendung war der pH-Wert wieder auf dem ursprünglichen Niveau.

Wohltuend für die Haut

Die Senkung des pH-Wertes der Haut und die allgemeine Verwendung von Leave-on-Produkten mit einem pH-Wert, der ähnlich dem Wert der Haut ist, ist auch in anderen Zusammenhängen interessant – insbesondere für ältere Haut und Haut mit atopischer Dermatitis. So gibt es beispielsweise eine Reihe von Studien, die belegen, dass ältere Haut, die in der Regel einen etwas höheren pH-Wert und eine schlechtere Hautbarriere aufweist, von der Anwendung von Produkten profitiert, deren pH-Wert nicht zu hoch ist.Die Senkung des pH-Wertes der Haut und die allgemeine Verwendung von Leave-on-Produkten mit einem pH-Wert, der ähnlich dem Wert der Haut ist, ist auch in anderen Zusammenhängen interessant – insbesondere für ältere Haut und Haut mit atopischer Dermatitis. So gibt es beispielsweise eine Reihe von Studien, die belegen, dass ältere Haut, die in der Regel einen etwas höheren pH-Wert und eine schlechtere Hautbarriere aufweist, von der Anwendung von Produkten profitiert, deren pH-Wert nicht zu hoch ist.

Studien deuten außerdem darauf hin, dass diese Wirkung jedoch erst nach einem längeren täglichen Gebrauch eintritt. Eine dieser Studien wurde mit 20 älteren Menschen im Alter zwischen 60 und 70 Jahren durchgeführt, die eine spezielle Emulsion anwendeten, die entweder einen pH-Wert von 4,0 oder 5,8 aufwies. Nach vier Wochen war der pH-Wert der Haut deutlich gesunken, auf der das Produkt mit dem pH-Wert 4,0 verwendet wurde, während sich die Ergebnisse in Bezug auf den Feuchtigkeitsgehalt der Haut und den TEWL der Haut zwischen den beiden Emulsionen nicht signifikant unterschieden.
Beide Emulsionen erhöhten den gesamten Lipidgehalt der Haut – das Produkt mit pH 4,0 war in dieser Hinsicht jedoch etwas wirksamer. Nach den 4 Wochen wurde die Haut dem reizenden Stoff Sodium Lauryl Sulfate ausgesetzt – dieser Test zeigte, dass die Haut, die mit der pH-4,0-Emulsion behandelt wurde, widerstandsfähiger war.

Eine Metastudie zur Linderung trockener Haut, Juckreiz und zur allgemeinen Verbesserung der Hautbarriere ergab, dass Leave-on-Produkte mit einem pH-Wert von 4,0 die Hautbarriere bei älterer Haut im Allgemeinen verbessern können. Auch die Behandlung einer atopischen Dermatitis mit Leave-on-Produkten mit relativ niedrigem pH-Wert scheint sich günstig auf den Zustand auszuwirken. Generell lässt sich also sagen, dass die Normalisierung des pH-Werts der Haut durch topische Produkte in einigen Fällen dazu beitragen kann, eine ausgewogenere Mikrobiota zu schaffen, die Hautbarriere zu verbessern, die epidermale Differenzierung zu induzieren und Hautentzündungen zu reduzieren.

²⁴Ein anionisches Molekül verfügt über eine negative Ladung, ein kationisches Molekül über eine positive Ladung, ein amphoteres Molekül über eine positive und eine negative Ladung und nicht-ionische Moleküle besitzen keine Ladung.

pH-Variation im Batch

Verschiedene Produkttypen werden oft mit einem pH in unterschiedlichen pH-Bereichen hergestellt. Es gibt keine spezifischen Regeln dafür, welchen pH-Wert ein kosmetisches Produkt haben sollte, und auch nicht dafür, wie stark der pH-Wert eines bestimmten Produkts von Charge zu Charge variieren darf. Hersteller von Produkten für besonders empfindliche Bereiche wie die Augenpartie und die Vagina wählen in der Regel einen pH-Wert, der dem normalen pH-Wert des betreffenden Bereichs nahekommt. Kosmetische Produkte müssen selbstverständlich sicher in der Anwendung sein.

Daher sind sehr niedrige und sehr hohe pH-Werte in der Regel bestimmten Produkttypen vorbehalten (einige Haarglättungsprodukte verfügen z. B. über einen sehr hohen pH-Wert). Es gibt mehrere Gründe, warum der pH-Wert eines Produkts von Charge zu Charge leicht variieren kann. Beispielsweise können die verwendeten Rohstoffe pH-Schwankungen aufweisen und das Produktionsverfahren kann das Nachjustieren des pH-Werts erschweren (z. B. wenn ein Produkt in heißem Zustand in die Verpackung gefüllt werden muss). Nicht alle Hersteller passen den pH-Wert nachträglich an (nachdem alle anderen Rohstoffe zusammengemischt wurden), z. B. wenn es sich um Produkte handelt, die in Bezug auf ihre Wirksamkeit und Stabilität nicht besonders empfindlich auf pH-Schwankungen reagieren und/oder wenn der Hersteller gelernt hat, dass der pH-Wert der Formulierung in der Regel von Charge zu Charge nicht wesentlich schwankt. Im Allgemeinen stellen die Kosmetikhersteller sicher, dass der pH-Wert eines bestimmten Produkts innerhalb eines relativ engen Bereichs liegt – also mit Schwankungen von 0,5 bis 1 pH-Einheit.

Das gilt auch für PUCA – PURE & CARE, und für die meisten Produkte wird die Säure Citric acid und die Base Sodium hydroxid verwendet, um den pH-Wert wässriger Produkte nachträglich anzupassen.

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