Skóra jako bariera
Skóra stanowi naturalną barierę chroniącą organizm przed czynnikami zewnętrznymi, a także przed utratą wody, stąd trudności z przenikaniem związków egzogennych przez naskórek są zjawiskiem naturalnym. Istnieją metody ułatwiające składnikom aktywnym penetrację do skóry właściwej. Jedną z nich jest osłabienie funkcji barierowej naskórka np. przez mechaniczne usunięcie warstwy rogowej. Możliwe jest to za pomocą peelingów lub mikrodermabrazji. Alternatywą są metody fizyczne, takie jak zabiegi jonoforezy wykorzystujące przepływ prądu elektrycznego, lub zabiegi wykorzystaniem ultradźwięków.
Zobacz także:
Peptydy - rewolucja w składnikach receptur kosmetycznych?
Cytokiny i cytokininy w kosmetologii
Drogi transportu przeznaskórkowego
Substancje czynne mogą przenikać przez stratum corneum dwiema drogami (rys. 1):
- transepidermalną - przez korneocyty lub cement międzykomórkowy,
- transfolikularną - przez przydatki skóry, czyli gruczoły potowe, gruczoły łojowe i mieszki włosowe.
Ryc. 1 Drogi przenikania substancji przez naskórek [1].
Przez hydrofilowe korneocyty przenikają tylko niewielkie cząsteczki, natomiast główną drogę transportu substancji przez warstwę rogową stanowi lipidowy cement międzykomórkowy. Przenikają tędy cząsteczki amfifilowe i lipofilowe. Na podstawie wielu badań wysunięto wnioski, że zdecydowana większość substancji przenika drogą międzykomórkową. Trzecią, najmniejszą pod względem powierzchni drogą transportu substancji przez naskórek są przydatki skórne, które mogą być jedyną drogą wnikania jonów lub dużych cząstek. Droga przezmieszkowa umożliwia najgłębsze docieranie substancji dzięki umiejscowieniu mieszków w skórze właściwej. Jednak aparat włosowy oprócz mieszka zbudowany jest także z gruczołu łojowego, który ma zdolność wychwytywania substancji liofilowych i utrudniania ich dotarcia do miejsca docelowego w skórze właściwej. Najmniej funkcjonalną drogą przenikania jest transport przez kanał potowy gruczołów ekranowych .
Wybór drogi przenikania przeznaskórkowego zależy od właściwości fizykochemicznych substancji aktywnej, czyli zdolności dyfuzji do obszaru lipidowego i proteinowego, współczynnika podziału miedzy fazę hydrofilową i lipofilową, a także
od budowystratum corneum [1,2,3].
Czynniki wpływające na intensywność przenikania substancji przez warstwę rogową
Zdolność penetracji w głąb skóry zależna jest od właściwości substancji przenikającej, stanu warstwy barierowej, bazy kosmetyku, czynników biologicznych oraz fizycznych.
Czynniki biologiczne
Czynniki biologiczne związane są z wiekiem, czynnością układu krwionośnego, metabolizmem, grubością warstwy rogowej i jej uwodnieniem, a także z obszarem skóry. Łatwiejsze przenikanie jest wynikiem zmniejszenia lub zlikwidowania płaszcza hydro- lipidowego. Dzieje się tak na skutek używania środków powierzchniowo czynnych lub rozpuszczalników. Również płaszcz lipidowy niemowląt nie jest w pełni wykształcony, w związku z czym łatwiej przepuszczalny dla różnych substancji. Innym sposobem na szybsze przenikanie jest zwiększenie poziomu nawilżenia skóry poprzez stosowanie opatrunków okluzyjnych lub zwiększając krążenie skórne rozszerzając naczynia krwionośne. Niebanalny wpływ na przenikanie przeznaskórkowe odgrywa grubość stratum corneum. Warstwa ta jest grubsza u ludzi starszych w wyniku nadmiernego rogowacenia spowodowanego zmianą metabolizmu skórnego oraz zmniejszoną aktywnością hormonów płciowych u kobiet. Natomiast ścieńczenie naskórka występuje w przebiegu dermatoz zapalnych, np. łuszczycy, czy na skutek powstawania przeczosów spowodowanych ciągłym drapaniem skóry. W przebiegu trądziku różowatego, gdzie występują teleangiektazje przenikanie jest również ułatwione. Kolejnym czynnikiem warunkującym intensywność przenikania jest okolica anatomiczna, np. na owłosionej skórze głowy, gdzie występuje duża ilość mieszków włosowych, na cienkiej skórze wokół oczu wchłanianie przebiega najintensywniej, natomiast na grubej skórze stóp wydajność wchłaniania jest niewielka [2,3,4,5].
Właściwości fizykochemiczne substancji czynnej
Szybkość przenikania warunkowana jest fizykochemicznym charakterem substancji czynnej. Na zjawiska determinujące dystrybucję składnika pomiędzy warstwę okluzyjną i lipidowe struktury stratum corneum oraz określające szybkość dyfuzji wpływają: kształt i wielkość cząstek substancji, jej charakter chemiczny, rozpuszczalność w podłożu, współczynnik podziału między obszary lipidowe i hydrofilowe, wiązanie z elementami struktury skóry, stopień dysocjacji oraz stężenie substancji w podłożu.
Przez warstwę rogową mogą przenikać tylko niewielkie cząsteczki o ciężarze od 500 do 1000 Da. Cząsteczkom długim i rozgałęzionym trudniej wniknąć między struktury stratum corneum. Istotnym czynnikiem jest lipofilowość substancji, która określa, jaka ilość substancji pozostanie w obszarach wodnych, a jaka w lipidowych naskórka. Parametrem, który naśladuje właściwości stratum corneum i pozwala na uzyskanie informacji o rozmieszczeniu substancji penetrującej w głąb naskórka jest współczynnik podziału olej/woda (szczególnie oktanol/woda, oznaczany jako P). Lipofilowość związku określana jest jako logarytm współczynnika podziału oktanol/woda (log P). Substancje liofilowe trudno uwalniają się z bazy o takim samym charakterze, natomiast łatwo wnikają w struktury lipidowego cementu międzykomórkowego. Liniową zależność między lipofilowością związku a jego zdolnością wnikania w warstwę rogową oraz paraboliczną zależność między liofilowością związku a przenikaniem do głębszych warstw naskórka przedstawiono na rys.2.
Z przedstawionych na wykresach zależności wynika, że większa lipofilowość związku warunkuje jego lepsze wnikanie w warstwę rogową ze względu na powinowactwo do lipidowego cementu. Natomiast im większa lipofilowość związku tym mniejsza jego rozpuszczalność w wodzie i mniejsza możliwość wnikania do głębszych, żywych i bardziej hydrofilowych warstw naskórka. W związku z tym substancje liofilowe stosowane powszechnie w kosmetykach, takie jak: olej rycynowy, olej migdałowy, olej z awokado i ziaren zbóż, olej jałowcowy, skwalen, wosk, stearyna, parafina, wazelina, masło karite, masło kakaowe stosunkowo łatwo przenikają do cementu międzykomórkowego, jednak zatrzymują się w nim i nie przenikają do głębszych, hydrofilowych warstw naskórka.
Ryc.2. Zależność między lipofilowością substancji a jej zdolnością penetracji.
(1) Penetracja tylko do stratum corneum (2) Przenikanie przez stratum corneum do głębszych warstw skóry.
Natomiast cząsteczki hydrofilowe, takie jak: hydrochinon, nadtlenek benzoilu, mocznik, środki żelujące, alginian sodu, glikol propylenowy, glicerol, sorbitol dążą do środowiska silnie hydrofilowego. Intensywność przenikania tych związków jest tym większa, im skóra jest bardziej nawilżona (uwodniona). Istnieje również zależność między stopniem zdysocjowania substancji a zdolnością pokonywania bariery naskórkowej. Substancje o budowie jonowej dyfundują przez warstwę rogową w bardzo niewielkim stopniu lub wcale, a ich jedyną drogą przenikania są przydatki skórne. Spowodowane jest to różnicą w polarności, a co za tym idzie rozpuszczalnością w strukturach stratum corneum - substancje jonowe mają charakter polarny i nie rozpuszczają się w niepolarnych lipidach cementu międzykomórkowego. Najlepiej wnikają w warstwę rogową substancje niejonowe
o małej masie cząsteczkowej i dużej liofilowości. Natomiast substancje niejonowe i higroskopijne, jak gliceryna, mogą przenikać do głębszych, hydrofilowych warstw naskórka [1-8].
Podłoże
Szybkość wchłaniania substancji aktywnej przez skórę uzależniona jest od rodzaju podłoża formulacji kosmetycznej. Składniki podłoża czynią substancję aktywną lub bierną w zależności od jej charakteru fizykochemicznego. Istotna jest także aktywność termodynamiczna substancji, czyli powinowactwo składnika aktywnego do podłoża kosmetyku oraz obszaru lipidowego warstwy rogowej. Jeśli przeważa powinowactwo substancji do bazy kosmetyku to dyfuzja do warstwy rogowej będzie niemożliwa.
Poza składnikami podłoża równorzędną funkcję pełni jego forma fizykochemiczna. Ważne jest dobranie odpowiedniego rodzaju podłoża, zgodnego fizykochemicznie z substancją aktywną, co umożliwi jej najlepszą penetrację w głąb naskórka. Pod tym względem najlepiej sprawdzają się mikroemulsje, zarówno typu w/o (woda w oleju), jak i o/w (olej w wodzie). Wielkość cząstek fazy wewnętrznej mieści się w przedziale 10-100 nm, a stężenie spc jest dość wysokie i wynosi od 10 do 30%. W przypadku emulsji złożonych można uzyskać przedłużone uwalnianie substancji czynnej z podłoża, natomiast lepszą zdolność przekraczania bariery naskórkowej uzyskuje się przy zastosowaniu emulsji prostej. Postać żelu może ułatwiać przenikanie substancji dzięki zawartości etanolu w jego recepturze. Jednak głównym zadaniem tej postaci kosmetyku jest tworzenie hydrofilowego filmu na powierzchni naskórka. Podłoża bezwodne, np. wazelinowe, wywierają dwojakie działanie na barierę naskórkową. Z jednej strony tworzą trwałe kompleksy z substancjami lipofilowymi powodując okluzję i zwiększając tym samym poziom uwodnienia naskórka zapewniając lepszą dyfuzję substancji hydrofilnych. Z drugiej strony zatrzymują w swej strukturze substancje liofilowe i uniemożliwiają ich dyfuzje z podłoża. Najaktywniejsza formą podłoża umożliwiającą głębszą penetrację składników aktywnych są systemy nośnikowe, np. liposomy. Zbudowane są z podwójnej warstwy fosfolipidów, w której mogą być transportowane substancje liofilowe, natomiast w pęcherzyku wodnym znajdującym się w rdzeniu liposomu zamykane są substancje hydrofilowe. Uwalnianie transportowanych substancji zachodzi w cemencie międzykomórkowym. Czynnikami wpływającymi na intensywność przenikania zależnymi od bazy kosmetyku są: tworzenie okluzji, obecność środków powierzchniowo czynnych będących emulgatorami emulsji, uwalnianie związku czynnego i jego aktywność termodynamiczna, pH bazy oraz obecność w niej promotorów przenikania [1-8].
Promotory przenikania
Promotory przejścia przeznaskórkowego to substancje powodujące zmniejszenie funkcji barierowych naskórka. Istnieje kilka mechanizmów działania tych substancji. Woda jest podstawowym promotorem przenikania, ponieważ jej długotrwałe działanie powoduje tworzenie się mikrotuneli w stratum corneum, przez które mogą dyfundować składniki aktywne. Inny mechanizm polega na wymywaniu lipidów cementu międzykomórkowego, zwiększaniu rozpuszczalności bazy kosmetyku oraz zmianie uwodnienia keratyny. W ten sposób działają niskocząsteczkowe alkohole i środki powierzchniowo czynne. Te ostatnie, tj. środki powierzchniowo czynne (spc) mają charakter amfifilowy, w związku z czym wpływają na strukturę warstwy rogowej, zwiększając jej przepuszczalność. Trzeci mechanizm dotyczy działania rozpuszczalników organicznych, a także terpenów które podobnie jak alkohole mogą wymywać lipidy płaszcza i cementu w naskórku, zmieniać jego ciekłokrystaliczną strukturę, usuwać związaną w naskórku wodę oraz rozluźniać strukturę korneocytów. Gliceryna, dzięki zdolności penetracji do wodnych obszarów cementu i higroskopijności powoduje zwiększenie płynności struktur ciekłokrystalicznych i ich rozsunięcie.
Do najpopularniejszych promotorów przenikania należą: związki higroskopijne (glikol propylenowy, gliceryna, kwas hialuronowy), kwasy tłuszczowe (kwas linolowy, kwas α-linolenowy, oleinowy), mentol, skwalen, flawonoidy, olejki eteryczne. Niedawno odkryto nowe postaci promotorów przenikania, oparte na związkach zaliczanych do filtrów przeciwsłonecznych. Związki tymi są padimat O i związki oktylu. Są one bezpieczne i łatwe w użyciu, a najkorzystniejszą postacią kosmetyku zawierającego tego typu promotory jest sprej.
Uwalnianie substancji czynnej z podłoża
Na proces przenikania substancji przez stratum corneum, poza czynnikami opisanymi w rozdziale 3 istotny wpływ ma dostępność farmaceutyczna substancji czynnej, czyli ilości w jakich jest ona uwalniana z podłoża oraz szybkość jej uwalniania. To właśnie uwolnienie substancji aktywnej z podłoża stanowi pierwszy, podstawowy etap warunkujący jej działanie w miejscu docelowym (etapy wchłaniania substancji przez skórę przedstawiono na rys. 3). Termin uwalnianie oznacza tutaj dyfuzję bierną substancji aktywnej z podłoża do powierzchni naskórka w obrębie nałożonej na tę powierzchnię warstwy preparatu.
Rys.3. Etapy wchłaniania substancji czynnej przez skórę [7].
Badanie uwalniania substancji czynnej z podłoży kosmetycznych prowadzi się oceniając zdolność dyfuzji substancji leczniczej z podłoża do płynu akceptorowego, którym najczęściej jest bufor fosforanowy o pH najbardziej zbliżonym do fizjologicznego pH skóry.
Jednak takie warunki badania nie naśladują warunków in vivo, ponieważ substancja dobrze dyfundująca do hydrofilowego buforu, czyli dobrze rozpuszczalna w wodzie, w warunkach in vivo (łac. na żywym) będzie słabo się uwalniać ze względu na małe powinowactwo do lipidów naskórkowych. Aby odzwierciedlić warunki in vivo należałoby prowadzić badanie uwalniania z zastosowaniem sztucznych błon lipidowych lub skóry ludzkiej, czy zwierzęcej. Jednak tego typu badanie jest jednocześnie badaniem przenikania przez naskórek, a nie typowym badaniem uwalniania substancji z podłoża.
Podsumowując, przenikanie substancji przez naskórek jest procesem skomplikowanym, na który wpływ ma szereg opisanych wyżej czynników. Nie zmienia to jednak faktu, że dla większości kosmetyków miejscem działania jest powierzchnia skóry i warstwa rogowa.
Red. Monika Krzyżostan
Literatura:
2. Martini M.C., Kosmetologia i farmakologia skóry Redakcja naukowa wydania polskiego Waldemar Placek, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008.
3. Arct J., Transport przeznaskórkowy jako czynnik determinujący działanie substancji kosmetycznie czynnych, Wiadomości PTK, Vol.6(1), s. 2-6.
4. Oborska A., Wnikanie substancji czynnych w skórę cz. I i II, Beauty Forum Polska (4)2010, s.34-36.
5.Jabłońska J., Przenikanie przezskórne- osiągnięcia kosmetologii,Cabines Polska
21, 22/2007.
6. Osborne D.W., Henke J.J., Skin penetration enhancers cited in the technical literature, Pharmaceutical Technology, 1997 (11), s. 58-66.
7. http://www.dermamed.com/tech_docs/skin_disorders/topcl_remdies.asp
8. Marzec A., Chemia kosmetyków, Wyd. Dom Organizatora, Toruń 2005.
KOMENTARZE