WISSENSCHAFT

Vasokonstriktion

• Die Kühlung der Kopfhaut führt zu einer Gefäßverengung (Vasokonstriktion)
• Die kutane Wirkstoffperfusion sinkt auf 20–40 % des Normalwerts
• Die Durchdringung des Chemotherapeutikums in den Haarfollikel wird reduziert

Vasokonstriktion im Detail

• Da die Temperatur der Kühlkappe deutlich unter der normalen Hauttemperatur liegt, löst die Kühlung der Kopfhaut eine Gefäßverengung und damit eine Verringerung der Durchblutung auf 20–40 % des normalen Blutflusses aus.
• Eine Verringerung des Blutflusses führt zu einer Verringerung der Medikamentenbelastung und damit zu einer geringeren Schädigung der Haarfollikel insgesamt 

• Verringerung des aktiven Transports oder verringerte Freisetzung des zytotoxischen Medikaments

• Geringere Zellaktivität der Haarfollikel
• Reduzierte kinetische Energie und Membranfluidität

Reduzierte Wirkstoffaufnahme im Detail

• Aktiver Transport über Membranproteine sowie passive Durchdringung sind die Prozesse, durch die Chemotherapeutika (wie das Anthracyclin Doxorubicin) über die Zellmembran in die Zelle gelangen.
• Niedrige Temperaturen können zu einer erheblichen Verringerung des aktiven Transports führen, da der Transport ein energie- (und damit stoffwechsel-) abhängiger Prozess ist.
• Hypothermie kann auch die Membranfluidität verringern, da eine Senkung der Temperatur zu strukturellen Veränderungen der Plasmamembran führt und dies ihre Durchlässigkeit für Chemotherapeutika drastisch verringern kann.
• Da die Kühlung diese beiden möglichen Mechanismen unterdrückt, durch die Wirkstoffe in die Haarfollikel gelangen, kann sie die zelluläre Wirkstoffaufnahme deutlich reduzieren.
• Dies wurde durch biologische Studien mit Zellkulturen nachgewiesen, die aus der proliferativen Subpopulation von Zellen der Haarfollikel entnommen wurden.

Reduzierte Zellteilung in Haarfollikeln

• Zellteilung ist ein energieabhängiger Vorgang
• Durch Kühlung kann die Teilungsrate verlangsamt werden, wodurch diese Zellen weniger anfällig für Chemotherapeutika sind.

• Während der aktiven Phase des Haarwachstums befinden sich die Zellen in den Follikeln, die kontinuierlich durch Wachstumsfaktoren stimuliert werden, in einem stark proliferativen Zustand. Infolgedessen sind diese Zellen anfälliger für die zytotoxische Wirkung von Chemotherapeutika.
• Durch die Kühlung wird die Stoffwechselaktivität der Zellen reduziert und folglich auch die Zellteilungsrate, wodurch diese Zellen der Haarfollikel weniger anfällig dafür sind, von den Chemotherapeutika angegriffen zu werden.
• Dies ist besonders wichtig für Chemotherapeutika, die auf bestimmte Phasen des Zellzyklus abzielen, wie z. B. auf die Mitose abzielende Mikrotubuli-zerstörende Wirkstoffe (Taxane).

Reduzierte Stoffwechselaktivität

• Zusätzlich zur Mitose verringert die Kühlung die Stoffwechselrate der Zellen, wodurch sich eine Reihe von zellulären Prozessen verlangsamen – wie z. B. die Sauerstoffbildung

Reduzierte Stoffwechselaktivität im Detail

• Die unzähligen biologischen Reaktionen, die in Zellen stattfinden, wie Stoffwechsel, Zellwachstum und Zelltod, werden durch Enzyme katalysiert, die stark temperaturabhängig sind.
• Eine Temperatursenkung kann somit zu einer Verlangsamung zellulärer Prozesse führen, die an der durch Chemotherapeutika vermittelten Zytotoxizität beteiligt sein können – hauptsächlich die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies, oxidative Schäden und letztlich die Zerstörung von Zellen. Die Verlangsamung dieser Prozesse könnte dazu beitragen, die Toxizität und die Schädigung der Haarfollikel abzuschwächen.