Skin ageing: changes of physical properties of human skin in vivo

• Published in: International journal of cosmetic science Vol. 23; no. 6; pp. 353 - 362
• Main Authors: Diridollou, S., Vabre, V., Berson, M., Vaillant, L., Black, D., Lagarde, J. M., Grégoire, J. M., Gall, Y., Patat, F.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford, UK Blackwell Science, Ltd 01.12.2001; Blackwell Science
• Subjects: Biological and medical sciences; elasticity; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; stiffness; tension; thickness; Vertebrates: skin, associated glands, phaneres, light organs, various exocrine glands (salt gland, uropygial gland...), adipose tissue, connective tissue; Thickness; Human; Young modulus; Forearm; Ageing; Elasticity; Mechanical properties; Skin; Stiffness; Physical properties; Rheological properties
• ISSN: 0142-5463; 1468-2494
• DOI: 10.1046/j.0412-5463.2001.00105.x

Synopsis We have investigated in vivo the change with age of various parameters that describe the physical properties of skin. The parameters were derived from pressure/displacement curves obtained by applying reduced pressure to a small area of skin and measuring the resulting displacement by 20 MHz scan echography. By fitting the pressure/displacement curves to a theoretical model, the following skin parameters were obtained: E, Young's modulus or stiffness (in Pascals); σ0, the initial stress (in Pascals); and the unrestored energy ratio (UER), an index related to cutaneous non‐elasticity. These parameters, which are used in mechanics to define the intrinsic physical characteristics of materials, were measured for the first time on volar forearm skin of 206 male and female subjects, aged between 6 months and 90 years. The results showed that skin thickness increases until maturity and decreases for women over 50–60 years old, Young's modulus E increases linearly with age, and ageing is divided into two phases for natural stress, σ0 and the non‐elasticity index UER. Natural stress σ0 increases until maturity and then rapidly decreases. The non‐elasticity index decreases until puberty and steadily increases after puberty. This new procedure provides a simple quantitative assessment of the physical properties of the skin, revealing that the skin becomes thinner, stiffer, less tense and elastic with ageing. Résumé Nous présentons une étude sur l'évolution de la qualité mécanique du tissu cutané en fonction de l'âge. Nous avons utilisé un appareillage ultrasonore qui permet de mesurer le déplacement verticale cutané, ainsi que l'épaisseur dermique, sollicités par une légère dépression. Les courbes expérimentales dépression/déplacement ont ensuite été fittées par un modèle mécanique qui associe la peau à une membrane élastique tendue. Ce modèle très novateur permet de déterminer les paramètres suivants: E, le module d'Young ou raideur de la peau (Pascal); σ0, la contrainte initiale (Pascal); et un rapport d'énergie nonrestitué par la peau (UER), qui est un indice de nonélasticié de ce tissu. Tout l'intérêt de ce système est de déterminer des paramètres intrinsèques au tissu, à savoir indépendants du volume de peau mobilisé et de l'amplitude et de la cinétique de la sollicitation. Ces paramètres ont étéétudiés sur la face antérieure de l'avant‐bras, de 206 femmes et hommes, âgés de 6 mois à 90 ans. Les résultats ont montré que l'épaisseur cutanée augmente progressivement durant la phase de maturation de 0 à 20 ans, et diminue principalement pour les femmes après 50–60 ans, le module d'Young augmente linéairement avec l'âge et la containte initiale de la peau augmente régulièrement pendant l'enfance et l'adolescence puis décroît à l'âge adulte.  L'indice de nonélasticité diminue jusqu'à la puberté puis augmente de manière linéaire avec l'âge. Cette étude montre que l'appareillage et le modèle sont assez sensibles pour mettre en évidence les effets de l'âge sur la qualité mécanique de la peau, à savoir qu'elle devient plus fine, plus raide, moins tendue et moins élastique avec l'âge.