Summary
Male and female rats of Sprague Dawley strain were used to study the mechanical properties of skin in correlation to body weight as an indicator for age. Groups of ten rats of each sex were used for each ten gram interval of body weight. Flaps of shaved skin of the back were prepared and the thickness of skin specimens was measured. Strips of 5 mm width were cut and fastened between clamps of the Instron®-instrument. The load resulting in rupture of the skin strip was measured and the tensile strength (load/cross section) was calculated. Each parameter was analysed mathematically with the analog computer.
Skin thickness showed a linear correlation to body weight without differences depending on sex. When correlated to body weight, the graph of the load at rupture and even more pronounced the graph of the tensile strength revealed several phases which were expressed in the form of differential equations. During growth phase differences between male and female rats were noticed. These have to be attributed to a more intensive growth of male rats. Tensile strength of skin tissue showed a maximum in rats being about three months old. Further increase in body weight (or age) was correlated to a slow decrease in tensile strength. Similar results found in human skin were discussed.
Zusammenfassung
An männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten wurden die mechanischen Eigenschaften der Haut in Abhängigkeit vom Körpergewicht untersucht. Es wurden die Hautdicke, die bis zum Abriß notwendige Kraft und die Reißfestigkeit geprüft. Für jeden Parameter wurde eine mathematische Analyse mit dem Analogrechner durchgeführt.
Die Hautdicke zeigte eine lineare Abhängigkeit vom Körpergewicht. Geschlechtsunterschiede ließen sich an der Hautdicke nicht feststellen. Die Reißkraft und noch ausgeprägter die Reißfestigkeit zeigten in Abhängigkeit vom Körpergewicht einen mehrphasischen Verlauf, der in Differentialgleichungen erfaßt wurde. Geringe Unterschiede, die im Kurvenverlauf der Proben von männlichen und weiblichen Tieren in der Wachstumsphase festzustellen waren, sind auf das stärkere Wachstum der Männchen zu beziehen. Die Reißfestigkeit als Maß der Eigenschaften des kollagenen Materials zeigte ein deutliches Maximum im Alter von knapp 3 Monaten. Mit zunehmendem Alter war eine langsame Abnahme der Reißfestigkeit festzustellen. Ähnliche Befunde, wie sie an menschlicher Haut erhoben wurden, werden diskutiert.
Similar content being viewed by others
Literatur
Banfield, W. G., MacKay, C. M., Brindley, D. C.: Quantitative changes in acetic acid-extractable collagen of hamster skin related to anatomical site and age. Gerontologia (Basel) 12, 231–236 (1966).
Brozek, J., Kinzey, W.: Age changes in skinford compressibility. J. Geront. 15, 45–51 (1960).
Bürger, M., Schlomka, G.: Beiträge zur physiologischen Chemie des Alterns der Gewebe. Z. exp. Med. 61, 105–116 (1928).
—— Ergebnisse und Bedeutung chemischer Gewebsuntersuchungen für die Alternsforschung. Klin. Wschr. 7, 1944–1952 (1928).
Cadavid, N. G., Paladini, A. C.: Amino acid composition of dermal-collagen fractions in rats of different ages. Biochem. J. 92, 436–439 (1964).
Clausen, B.: Influence of age on connective tissue. Lab. Invest. 11, 229–234 (1962a).
—: Influence of age on connective tissue. Lab. Invest. 11, 1340–1345 (1962b).
Clausen, B.: Ageing of connective tissue. In: Hormone and connective tissue, pp. 396–422. Ed. by G. Asboe-Hansen. Munksgaard 1966.
Deshmukh, K., Nimini, M. E.: Chemical changes associated with aging of collagen in vivo and in vitro. Biochem. J. 112, 397–405 (1969).
Dickerson, J. W. T., John, P. M. V.: The effect of sex and site on the composition of skin in the rat and mouse. Biochem. J. 92, 364–368 (1964).
Ebling, F. J., Hale, P. A.: The composition of female rat skin in relation to region, age, hair growth cycle and hormones. J. Endocr. 36, 186 (1966).
Evans, R., Cowdry, E. V., Nielson, P. E.: Ageing of human skin. Anat. Rec. 545–565 (1943).
Fleischmajer, R., Krol, S.: Dermal urea-soluble collagen. Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.) 128, 1061–1065 (1968).
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).
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.
Grahame, R., Holt, P. J. L.: The influence of ageing on the in vivo elasticity of human skin. Gerontologia (Basel) 15, 121–139 (1969).
Grassmann, W.: Kollagen. Fortschr. Chem. org. Naturst. 23, 196–314 (1965).
Harkness, R. D.: Biological functions of collagen. Biol. Rev. 36, 399–463 (1961).
—: 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.
—: Mechanical properties of collagenous tissues. In: Treatise on collagen, ed. B. S. Gould, Biol. Collagen, vol. 2, pp. 248–299. London-New York: Academic Press 1968.
Harkness, M., Harkness, R. D.: Effect of sulphydryl reagents on a mechanical property of skin. Nature (Lond.) 211, 496–497 (1966).
Hauss, W. H., Junge-Hülsing, G., Schulze, W.: Über alternsbedingte und organgebundene Unterschiede des Stoffwechsels der Bindegewebs-Sulfomucopolysaccharide. Z. Alternsforsch. 14, 259–270 (1961).
Heikkinen, E.: Transformations of rat skin collagen. Acta physiol. scand. Suppl. 317, 4–61 (1968).
—, Kulonen, E.: Collagen components in the consecutive extracts of rat skin. Acta physiol. scand. 68, 231–233 (1966).
Herrick, E. H.: Tensile strength of tissues as influenced by male sex hormone. Anat. Rec. 73, 145–149 (1945).
—, Brown, K.: Lowered tensile strength and collagen levels in tissues following discontinuation of male sex hormone. Poultry Sci. 31, 191–193 (1952).
Holzmann, H., Kobelt, D., Korting, G. W., Vogel, H. G.: Prüfung der mechanischen Eigenschaften von menschlicher Haut in Abhängigkeit von Alter und Geschlecht. Arch. klin. exp. Derm. (im Druck).
Jackson, D. S., Steven, F. S.: Age changes in the cross-linking of human collagen. Z. Geront. 15, 77–84 (1969).
Jansen, L. H., Rottier, P. B.: Elasticity of human skin related to age. Dermatologica (Basel) 115, 106–111 (1957).
——: Some mechanical properties of human abdominal skin measured on excised strips. Dermatologica (Basel) 117, 65–83 (1958).
Jochims, J.: Untersuchungen des mechanischen Verhaltens der Hautgewebe (Cutis und Subcutis) mit einer neuen Methode. Z. Kinderheilk. 56, 81–97 (1934).
Joseph, K. T., Bose, S. M.: Influence of biological ageing on the stability of skin collagen in albino rats. In: Collagen, pp. 371–395, ed. by N. Ramanathan. New York-London: Intersci. Publ. 1962.
Junge-Hülsing, G., Wagner, H.: Altern und Bindegewebe. Z. Geront. 1, 345–359 (1968).
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. Pergamon Press 1964.
———: Bio-engineering studies of the human skin. In: Structure and function of connective and skeletal tissue, pp. 388–394. London: Butterworth 1965.
McGavack, T. H., Kung-Ying Tang Kao: The influence of age and sex on the soluble collagen, insoluble collagen and elastin of rat tissues. Exp. med. Surg. 18, 101–123 (1960).
Mendoza, S. A., Milch, R. A.: Tensile strength of skin collagen. Surg. Forum 15, 443–434 (1964).
——: Age variations of nominal tensile strength of Wistar rat skins. Gerontologia (Basel) 10, 42–46 (1964/65).
Mills, B. G., Bavetta, L. A.: Variations in extractable collagen of bone and skin with age and growth. J. Geront. 21, 449–454 (1966).
Morsches, B., Holzmann, H., Korting, G. W.: Untersuchungen zum quantitativen Verhalten von Kollagen und nichtkollagenem Eiweiß in der menschlichen Haut in Abhängigkeit von Alter und Lokalisation. Arch. klin. exp. Derm. 224, 117–127 (1966).
Murray, D. H., Watts, W. R., Ring, J. R.: Hexosamine and hydroxyproline concentrations in skin and buccal mucosa of an aging rat population. J. Geront. 16, 17–19 (1961).
Nimni, M. E., Guia, de E., Bavetta, L. A.: Changes in the quantity and nature of collagen in rabbit skin as a function of age. Nature (Lond.) 207, 865–866 (1965).
Pearce, R. H.: Glycosaminoglycans and glycoproteins in skin. In: The amino sugars, Vol. A, p. 149, ed. by E. A. Balazs and R. W. Jeanloz. New York-London: Academic Press 1965.
Pikkarainen, J.: The molecular structures of vertebrate skin collagens. Acta physiol. scand. Suppl. 309, 4–63 (1968).
Prodi, G.: Effect of age on acid mucopolysaccharides in rat dermis. J. Geront. 19, 128–131 (1964).
Ridge, M. D., Wright, V.: A Rheological study of skin. In: Biomechanics and rerelated bioengineering topics. Proceedings of a symposium held in Glasgow, September 1964, ed. by R. M. Kenedi. Pergamon Press 1964a.
——: The description of skin stiffness. Biorheology 2, 67–74 (1964b).
——: An extensometer for skin — its construction and application. Med. biol. Engng. 4, 533–542 (1966).
Rollhäuser, H.: Die Zugfestigkeit der menschlichen Haut. Gegenbaurs morph. Jb. 90, 249–260 (1950).
Ruppelt, E.: Über einige mechanische Eigenschaften der menschlichen Haut. Z. Biol. 98, 49–59 (1937).
Schade, H.: Untersuchungen zur Organfunction des Bindegewebes. Z. exp. Path. Ther. 11, 369–399 (1912).
—: Gewebselastometrie zu klinischem und allgemeinärztlichem Gebrauch. Münch. med. Wschr. 53, 2241–2246 (1926).
Schallwegg, O.: Die menschliche Haut in ihren Beziehungen zu Alter, Geschlecht und Konstitution. Z. menschl. Vererb.- u. Konstit.-Lehre 25, 207–228 (1941).
Schiller, S., Dorfman, A.: Effect of age on the heparin content of rat skin. Nature (Lond.) 185, 111–112 (1960).
Schmidt-La Baume, F.: Elastometrie in der Dermatologie. I. Mitt. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 153, 565–573 (1927).
—: Über Dermoelastometrie. II. Mitt. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 153, 767–771 (1927).
—: Über Dermoelastometrie. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 156 383–423 (1928).
Sinex, F. M.: Cross-linkage and aging. Advanc. Geront. Res. 1, 165–180 (1964).
—: The role of collagen in aging. In: Treatise of collagen, ed. by B. S. Gould, Biol. Collagen, vol. 2, pp. 410–448. London-New York: Academic Press 1968.
Shuster, S., Bottoms, E.: Senile degeneration of skin collagen. Clin. Sci. 25, 487–491 (1963).
Smith, Q. T.: Body weight, cutaneous collagen and hexosamine of cortisometreated female rats of various ages. J. invest. Derm. 42, 353–357 (1964).
— Allison, D. J.: Cutaneous collagen and hexosamine and femur collagen of testosterone propionate-treated rats of various ages. Biochem. Pharmacol. 14, 709–720 (1965).
Sobel, H.: Aging of ground substance in connective tissue. Advanc. Geront. Res. 2, 205–283 (1967).
— Gabay, S., Wright, E. T., Lichtenstein, I., Nelson, N. H.: The influence of age upon the hexosamine-collagen ratio of dermal biopsies from men. J. Geront. 13, 128–131 (1958).
— Marmorston, J.: Hormonal influences upon connective tissue changes of aging. Recent Progr. Hormone Res. 14, 457–480 (1958).
Sodeman, W. A., Burch, G. E.: A direct method for the estimation of skin distensibility with its application to the study of vascular states. J. clin. Invest. 17, 785–793 (1938).
Southwood, W. F. W.: The thickness of the skin. Plast. reconstr. Surg. 15, 423–429 (1955).
Ströbel, H.: Die Gewebsveränderungen der Haut im Verlaufe des Lebens. Arch. Derm. Syph. (Berl.) 186, 636–668 (1947).
Stüttgen, G.: Die mechanische Eigenschaften der Haut. In: Die normale und pathologische Physiologie der Haut, S. 18–28. Stuttgart: G. Fischer 1965.
Verzár, F.: Nachweis der Zunahme der Bindung von Hydroxyprolin im Collagen der. Haut mit dem Alter. Gerontologia (Basel) 4, 104–111 (1960).
—: Factors which influence the age-reaction of collagen in the skin. Gerontologia (Basel) 9, 209–221 (1964).
Vogel, H. G.: Zur Wirkung von Hormonen auf physikalische und chemische Eigenschaften des Binde- und Stützgewebes. Habilitationsschrift, Marburg 1966.
—: Untersuchungen zur Wirkung von Hormonen auf physikalische und chemische Eigenschaften des Binde- und Stützgewebes. Fortschr. Med. 86, 666–668 (1968).
Vogel, H. G.: Veränderungen des Bindegewebes beim Alterungsprozeß. Med. Mschr. 22, 340–345 (1968).
—: 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).
Vogel, H. G.: Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Haut von Ratten durch Hormone. Arzeimittel-Forsch. (im Druck).
Wenzel, H. G.: Untersuchungen einiger mechanischer Eigenschaften der Haut, insbesondere der Striae cutis distensae. Virchows Arch. path. Anat. 317, 654–706 (1950).
Wirtschafter, Z. T., Bentley, J. P.: The influence of age and growth rate on the extractable collagen of skin of normal rats. Lab. Invest. 11, 316–320 (1962).
Wöhlisch, E., du Mesnil de Rochemont, R.: Untersuchungen über elastische und thermodynamische Eigenschaften des Bindegewebes. Beitr. path. Anat. 76, 233–237 (1927).
——, Gerscher, H.: Untersuchungen über die elastischen Eigenschaften tierischer Gewebe. Z. Biol. 85, 325–341 (1926).
Wright, V., Ridge, M. D.: The mechanical properties of joints and skin. Structure and function of connective and skeletal tissue. pp. 402–405. London: Butterworth 1965.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Vogel, H.G., Kobelt, D., Korting, G.W. et al. Prüfung der Festigkeitseigenschaften von Rattenhaut in Abhängigkeit von Lebensalter und Geschlecht. Arch. klin. exp. Derm. 239, 296–306 (1970). https://doi.org/10.1007/BF00520344
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00520344