Największa bariera ograniczająca proces przenikania - skóra

Skóra człowieka jest największym organem,  który bezpośrednio oddziela wnętrze ciała człowieka od środowiska zewnętrznego. Pełni ona funkcje ochronne przed czynnikami termicznymi, mechanicznymi, chemicznymi. Warstwa rogowa jest prawie nieprzepuszczalna dla wody i większych cząsteczek. Jej spójna struktura stanowi doskonałą barierę chroniącą skórę przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi oraz wnikaniem niebezpiecznych substancji do jej wnętrza. Dodatkowym wzmocnieniem funkcji obronnych warstwy rogowej naskórka jest obecność płaszcza lipidowego na jej powierzchni. Ta niewidoczna osłonka jest mieszaniną łoju, wydzielonego przez gruczoły łojowe (około 2g dziennie) oraz lipidów pochodzących z komórek naskórka. Czynniki te stanowią duże utrudnienie w przenikaniu składników do głębszych warstw skóry. Płaszcz reguluje procesy wchłaniania i przenikania różnych substancji do skóry. Chroni ją również przed utratą wody, za wyjątkiem niewielkiej jej ilości, wydzielanej drogą transepidermalną w celu zmniejszenia gradiendu stężeń w warstwie rogowej naskórka i zapewnienia prawidłowego przebiegu procesów biochemicznych w innych jego warstwach (TEWL, ang. Transepidermal  Water Loss). Bariera lipidowa ma odczyn lekko kwaśny, co chroni naskórek przed bakteriami, grzybami, szkodliwymi czynnikami chemicznymi.

Uwarunkowania przenikania

Przenikanie do głębszych struktur uzależnione jest od: charakteru fizykochemicznego substancji aktywnej, stanu skóry, podłoża kosmetyku, czynników biologicznych, obecności promotorów przenikania i odpowiednich nośników.

Dyfundowanie substancji czynnej w głąb skóry w dużej mierze zależy od kształtu, wielkości i charakteru chemicznego jej cząsteczek. W przypadku cząsteczek niejonowych, głównym czynnikiem warunkującym przenikanie jest ich stopień hydrofilowości. Im bardziej lipofilowy charakter substancji, tym łatwiej i szybciej będą przenikać przez warstwy naskórka. Dzieje się to dlatego, że macierz będąca spoiwem komórek warstwy rogowej naskórka (keratynocytów), zbudowana jest głównie z lipidów między innymi ceramidów, steroli, wolnych kwasów tłuszczowych, trójglicerydów, węglowodorów, fosfolipidów czy cholesterolu. Właśnie dzięki tym składnikom na drodze krystalizacji powstaje płaszcz lipidowy na powierzchni skóry. Substancje hydrofilowe, którym ciężej przedostać się przez warstwę rogową często przekształcane są w estry tłuszczowe. I tak np. kwas askorbinowy wykazujący między innymi korzystne działanie w przypadku cery naczynkowej, przekształcany jest w palmitynian askorbylu. Warstwa rogowa jest prawie nieprzepuszczalna dla wody i większych cząsteczek, aczkolwiek mogą przenikać przez nią niewielkie cząsteczki. Dlatego substancje hydrofilowe wnikają do naskórka, zostają tam związane i tym samym podnoszą stopień jego nawilżenia. Przykładem takiej substancji jest gliceryna. W przypadku substancji aktywnych, których cząsteczki mają budowę jonową, warstwa rogowa stanowi barierę nie do pokonania, a przenikanie zachodzi jedynie przez przydatki skórne. Przydatki skóry są to dodatkowe twory skóry pochodzenia naskórkowego, takie jak: włosy, paznokcie, gruczoły łojowe i potowe. Powierzchnia przydatków skórnych jest niewielka, zatem wnikanie substancji tą drogą jest nieznaczne. Cząsteczki, które przenikają przez warstwę rogową mają ciężar 500-1000 Da.

Zależność stanu skóry od przenikania kosmetyku w jej głąb polega głównie na tym, że im cieńsza jest najbardziej zewnętrzna warstwa naskórka – warstwa rogowa, tym mniejszą barierę do pokonania mają składniki preparatu. Uzyskuje się to dzięki złuszczaniu naskórka peelingami mechanicznymi, chemicznymi lub też zabiegami kosmetycznymi. Ponadto, wnikanie substancji przez skórę z tendencją do przesuszania jest dużo trudniejsze. Spowodowane jest to mocniejszą warstwą hydrolipidową na jej powierzchni.  Grubość skóry jest istotnym czynnikiem rzutującym na przenikanie. Delikatna skóra w okolicy oczy, skóra niemowlęcia oraz skóra głowy wykazuje największą przenikalność, zaś gruba skóra podeszwy stóp absorbuje substancje najtrudniej.

Baza produktu kosmetycznego spełnia istotną rolę w jego przenikaniu. Powinna zawierać składniki wspomagające penetrację, czyli takie, które odpowiednio rozluźniają strukturę cementu międzykomórkowego oraz uwadniają warstwę rogową naskórka. Dlatego do kosmetyku wprowadzane są odpowiednie surowce takie jak np. związki powierzchniowo czynne, które zmniejszają właściwości ochronne skóry. Im bardziej baza zbliżona jest składem i strukturą do składu i struktury cementu międzykomórkowego, tym łatwiej przedostanie się wraz ze składnikami biologicznie aktywnymi do głębszych warstw. Ponadto, podłoże kosmetyku może zwiększać hydrofilowość warstwy rogowej naskórka przez wzrost jego nawodnienia. Istotne jest także powinowactwo substancji aktywnej do bazy. Jeżeli będzie większe od powinowactwa do lipidów cementu międzykomórkowego, substancje nie będą wnikać do warstwy rogowej naskórka, lecz będą dyfundować głębiej. Można dzięki temu regulować poziom skory, w którym substancja się uwolni. Zawartość w podłożu kosmetyku dużej ilości emolientów, które tworzą na powierzchni naskórka film okluzyjny powoduje wzrost nawodnienia struktur naskórka, dzięki czemu substancje hydrofilowe łatwiej i szybciej przenikają. Powstała okluzja powoduje także zatrzymanie związków lipofilowych w naskórku. Innowacyjną bazą produktu kosmetycznego, która umożliwia głęboką penetrację substancji są systemy nośnikowe. Dobrym podłożem mogą być również mikroemulsje, będące układami, składającymi się z fazy wodnej, tłuszczowej oraz odpowiednio dobranych surfaktantów. Układy mikroemulsyjne uważa się za dobre podłoże do przenoszenia substancji biologicznie aktywnych, ponieważ wykazują dużą stabilność, małą lepkość, małe rozmiary kropli oraz zwiększoną rozpuszczalność w stosunku do przenoszonej substancji.

Czynniki biologiczne wpływające na dyfundowanie składników w głąb skóry związane są z grubością warstwy rogowej. Niektóre z nich, takie jak zmiana metabolizmu skórnego spowodowana wiekiem czy zmniejszona aktywność hormonów płciowych u kobiet,  powodują zwiększoną keratynizację naskórka, przez co staje się on grubszy, a wnikanie trudniejsze. Natomiast różne dermatozy takie jak trądzik różowaty sprawiają, iż warstwa naskórka jest cieńsza, a dyfuzja substancji łatwiejsza.

Substancje, które pełnią rolę promotorów przenikania działają zmieniając strukturę cementu międzykomórkowego. Mogą one działać na trzy sposoby: zaburzając uporządkowany układ lipidów między keratynocytami w stratum corneum, upłynniając bądź rozpuszczając lipidy międzykomórkowe lub zmieniając hydratację grup polarnych lipidów. Dobry promotor wnikania powinien szybko penetrować do warstwy rogowej, wykazywać odwracalne działanie w stosunku do wywoływania zmian w przepuszczalności warstwy rogowej tak, aby przywrócić później jej właściwości ochronne, być nietoksyczny, niedrażniący, nieaktywny biologicznie, nie powinien wchodzić w niekorzystne interakcje z pozostałymi surowcami kosmetyku. Systemy nośnikowe umożliwiają transport substancji aktywnej oraz jej stopniowe uwalnianie. Najpowszechniejsze z nich to liposomy. Są one zbudowane z warstwy tłuszczowej na zewnątrz oraz z warstwy wodnej wewnątrz. Dzięki takiej strukturze nośnik wprowadza do głębszych warstw skóry substancję hydrofilową, która zamknięta w warstewce lipidowej nie musi pokonywać bariery naskórkowej, a zewnętrzna warstwa stanowi nośnik składników rozpuszczalnych w tłuszczach.

Uwarunkowania działania

Składniki produktu kosmetycznego mogą wykazywać aktywność na trzy sposoby: pozostać na powierzchni skóry tworząc film okluzyjny, zostać związane w warstwie rogowej naskórka lub wniknąć do głębszych warstw gdzie, związane z odpowiednimi receptorami w żywych strukturach naskórka lub skóry właściwej, wykazują aktywność biologiczną.

W związku z powyższym, działanie produktu kosmetycznego uwarunkowane jest aktywnością substancji w stosunku do receptorów, szybkością przenikania do warstw skóry i zdolnością do stopniowego uwalniania i wykazywania odpowiednich reakcji w danym obszarze.

Warto zaznaczyć, iż naukowcy cały czas pracują nad systemami usprawniającymi przenikanie przezskórne preparatu kosmetycznego. Wiedza na temat wnikania przez skórę oraz znajomość wielu mechanizmów i struktur substancji pozwala na tworzenie innowacyjnych preparatów kosmetycznych, nośników substancji aktywnych nowej generacji, a także projektowanie selektywnie dobranych i efektywnie działających surowców kosmetycznych.