KOSMETYK, SKÓRA, WCHŁANIANIE
Kosmetyk, jako podstawowy element codziennej pielęgnacji skóry, z roku na rok staje się coraz bardziej zaawansowanym technologicznie produktem. Dzieki rozwojowi nauki o kosmetykach, surowcach kosmetycznych oraz zrozumieniu natury ich działania, zwiększa się świadomość potrzeby efektywnego i skutecznego dostarczania substancji aktywnych skórze. Nowe i zaawansowane technologie stają się odpowiedzią na zapotrzebowania konsumentów, którzy pragną ujrzeć natychmiastowe efekty zastosowania produktu kosmetycznego. Można to osiągnąć na kilka sposobów. Najprostszym z nich jest „fizyczna” poprawa własności skóry, która daje natychmiastowy efekt wizualny. Dzięki odpowiednim pigmentom można rozświetlić cerę, a specjalnie przygotowane proszki ją zmatowią, wyrównają i wygładzą jej powierzchnię. Są to jednak efekty krótkotrwałe, które znikają wraz z usunięciem kosmetyku. Na widoczną poprawę kondycji skóry trzeba czasami długo poczekać. Aby rezultaty były widoczne należy zwrócić baczną uwagę na efektywne dostarczanie skórze substancji aktywnych.
Dwoma istotnymi czynnikami wpływającymi na efektywne dostarczanie substancji aktywnych jest ich wchłanianie przez skórę oraz umieszenie ich w odpowiednim systemie nośnym kosmetyku. Ze względu na zewnętrzną barierę skóry, którą jest naskórek, wchłanianie staje się bardzo ograniczone, oraz prawie niemożliwe dla związków zjonizowanych. Uniemożliwia to przede wszystkim szczelna budowa Stratum Corneum (naskórka), na którą składają się ściśle przylegające do siebie, o płaskiej budowie, korneocyty oraz spajający je cement międzykomórkowy. Korneocyty są związkami proteinowymi o charakterze hydrofilowym, natomiast zorganizowane, ciekłokrystaliczne struktury cementu są lipofilowe.
Rys.1 Budowa skóry- naskórek.
Związki lipofilowe, o niedużych rozmiarach, mogą częściowo wnikać poprzez membrany cementu, natomiast surowce rozpuszczalne w wodzie, obdarzone ładunkiem, nie mają możliwości spenetrowania bariery skórnej. Wchłanianie przez naskórek można znacznie zwiększyć dzięki promotorom przejścia naskórkowego (np. glikol propylenowy, kwas oleinowy). Mają one za zadanie rozluźnić strukturę keratynocytów (spulchnić), bądź upłynnić cement lipidowy naskórka. Przy odpowiednim dobraniu składu kosmetyku można osiągnąć dość dobre wyniki przenikania. Najskuteczniejszym jednak sposobem przenikania związków o charakterze jonowym jest zastosowanie zjawiska jonoforezy w produktach kosmetycznych, czyli wymuszenia przenikania dzięki przyłożeniu odpowiedniej siły z zewnątrz.
Produkty takie stanowią bardziej „urządzenie” kosmetyczne, niż powszechnie znane nam tradycyjne kosmetyki. W przeciągu ostatniego tylko roku ilość tego typu produktów znacznie wzrosła. Występują one w formie plastrów i znajdują zastosowanie w zwalcznaiu trądziku, cellulitu, zmarszczek, przebarwień i innych niedoskonałości skóry. Typowy produkt oparty na działaniu jonoforezy składa się ze źródła prądu, takiego jak bateria, elektrody, oraz związku aktywnego umieszczonego w roztworze, emulsji, czy żelu.
Rys.2 Schemat budowy plastra
Ta nowoczesna technologia obiecuje widoczne rezultaty już po dwudziestu minutach od czasu nałożenia kosmetyku-urządzenia na skórę, dlatego też staje się pożadanym produktem w oczach „niecierpliwych” konsumentów.
Rys.3 Wygląd skóry po 20 min od czasu aplikacji plastra.
ZJAWISKO JONOFOREZY
Jonoforeza jest bezbolesną techniką dostarczania skórze substancji biologicznie aktywnych, od lat wykorzystywaną w profesjonalnych salonach kosmetycznych. Od niedawna dostępna jest także w postaci plastrów, którym towarzyszy obecność płaskiej baterii. Polega na dostarczaniu bioaktywnych molekół o charakterze zjonizowanym do wnętrza skóry przy zastosowaniu słabego prądu elektrycznego.
Rys.4 Płaska bateria przyklejona do plastra.
W procesie jonoforezy sumaryczny przepływ jonów poprzez membranę jest zależny od następujących czynników:
• Jontoforezyjny- związany z ruchem pod wpływem różnicy elektrycznego potencjału,
• Dyfuzyjny- związany ze zwiększoną przepuszczalnością skóry, powstałą pod wpływem przyłożonego napięcia
• Elektroosmotyczny- związany z transportem wody, wywołanym przepływem prądu.
Zaobserwowano, że dla cząstek zawierających pewien ładunek, największy wpływ na przepływ jonów ma czynnik jontoforezyjny, trochę mniejszy elektroosmotyczny, a najmniejszy dyfuzjny.
Dostarczenie z zewnątrz źródła prądu tworzy w skórze ogniwo elektryczne, które wytwarza gradient potencjału w warstwach naskórka, umożliwiając zwiększoną migrację jonów. Jony obdarzone ładunkiem ujemnym są dostarczane poprzez katodę, natomiast jony z ładunkiem dodatnim poprzez anodę. W praktyce substancja aktywna, pozostająca w odpowiednim ośrodku nośnym takim jak żel, roztwór, krem, jest umieszczona pomiędzy aktywną elektrodą, zwana elektrodą dostarczającą, a skórą. Drugą elektrodę, zwaną elektrodą zwrotną, nanosi się jednocześnie w innym miejscu skóry.
Zjawisko przepływu jonów poprzez membrany najlepiej opisuje równanie Nernst’a- Planck’a:
J = DzVFC/kT + Cu – D(dC/dx) , gdzie:
J- przepływ molowy
D- współczynnik dyfuzji
C- stężenie molowe
u- przepływ wody
T- temperatura
k- stała Boltzman’a
z- wartościowość jonu
V- pole elektryczne
F- stała Faraday’a
Z równania wynika, że przepływ substancji czynnej jest wprost proporcjonalny do:
• Gęstości prądu
• Stężenia substancji aktywnej
• Ładunku molekuły, który może w znacznym stopniu zależeć od pH środowiska, w którym się znajduje
• Współczynnika dyfuzji, który odzwierciedla zdolność cząski do przejścia przez membranę. Istotnym czynnikiem wpływającym na wartość współczynnika jest wielkość molekuły, przy czym jest on większy przy mniejszych rozmiarach cząstki.
Jak można zauważyć z powyższych zależności, wiele czynników może wpływać na przebieg procesu jonoforezy. Wśród nich nie bez znaczenia pozostaje rodzaj substancji czynnej, jej stężenie, pH środowiska, jak również rodzaj przepływu prądu, jego natężenie oraz czas trwania.
Wielkość jonu, jego ładunek oraz rodzaj soli, jaką tworzy, determinuje sposób zachodzenia procesu jonoforezy. Generalnie skuteczność wnikania mono ładunków dodatnich jest zdecydowanie większa niż ujemnych, co jest związane z występowaniem ujemnego ładunku we wnętrzu skóry. Innym wyznacznikiem jest wielkość jonu, im jest większy, tym trudniej będzie mu się dostać w głąb skóry. Są jednak pewne wyjątki. Niektóre wysokocząsteczkowe związki proteinowe oraz peptydowe o ciężarze cząsteczkowym 3.000-5.000 daltonów z łatwością wnikają podczas procesu jonoforezy. Dowiedziono także, iż różne sole związków mają różną przewodność, dlatego zaleca się przeprowadzanie testów in vitro, które dostarczą niezbędnych informacji potwierdzających zdolność wnikania związków przy wykorzystaniu jonoforezy.
Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na aktywność związku biologicznie czynnego jest jego stopień zjonizowania. Najlepiej opisuje go równanie Handerson’a-Hasselbalch’a, które dotyczy roztworów buforowych, czyli mieszanin zawierających słaby kwas i sól sprzężonej z nim zasady (substancja aktywna w postaci mieszaniny słabego kwasu oraz jego soli):
pH = pKa + log [A-] / [AH] gdzie:
pH- pH formulacji
pKa- stała dysocjacji substancji aktywnej w postaci słabego kwasu
[A-]- stężenie jonów substancji aktywnej (sprzężona zasada)
[AH]- stężenie substancji aktywnej w postaci słabego kwasu
W celu zoptymalizowania procesu pożądane jest utrzymanie relatywnie dużej ilości związku w stanie zjonizowanym, przy odpowiednim pH. Trzeba jednak pamiętać o tym, iż przy niskim pH stężenie jonów wodorotlenowych wzrasta, co może powodować zachodzenie niepożądanych reakcji z naczyniami a w efekcie prowadzić do stanu zapalnego. Z tego względu należy utrzymywać pH bliskie 7. Zmianom pH, wynikającym z zachodzenia pocesu elektrolizy wody w trakcje jonoforezy, można zapobiec wykorzystując systemy buforujące oraz dobierając odpowiedni materiał elektrody, taki jak Ag/AgCl.
ELEKTROOSMOZA
Zjawisko elektroosmozy polega na przepływie wody z obszaru elektrody umieszczanej na skórze w głąb skóry. Substancje aktywne rozpuszczone w wodnym środowisku żelu, czy też kremu zostaną przetransportowane wraz z wodą. Elektroosmoza zawsze zachodzi w kierunku przepływu przeciwjonów. Skóra ludzka jest obszarem naładowanym ujemnie przy pH wyższym niż 4, dlatego naładowane dodatnio przeciwjony będą się kierowały od anody do katody, czyli w głąb skóry. Jeśli mają być dostarczone tylko jonowe związki o działaniu biologicznym, należy dodać małe ilości elektrolitu, takiego jak chlorek sodu, w celu osiągnięcia znaczącego przepływu osmotycznego.
WYKORZYSTANIE JONOFOREZY W KOSMETYKACH
Wiele związków biologicznie czynnych znajduje zastosowanie w kosmetykach opartych na wykorzystaniu zjawiska jonoforezy. Są to anionowe związki, w postaci soli, takie jak AHA (alfahydroksykwasy) oraz BHA (betahydroksykwasy), które mają duże znaczenie w zabiegach przeprowadzanych na skórze dojrzałej. Przy cerze młodej, ze skłonnością do trądziku wykorzystuje się kwas retinowy. Kwasy kofeinowy, nikotynowy są przydatne w terapiach anty-cellulitowych, natomiast kwas askorbinowy i jego sole w przypadkach hiperpigmentacji skóry.
Należy jednak pamiętać, iż związki o charakterze anionowym muszą być dostarczane pod katodę, natomiast kationy pod anodę.
Przykładami dostępnych na rynku produktów kosmetycznych, opartych na zjawisku jonoforezy są:
• Estee Lauder, Perfectionist Power Correcting Patch
• Dior, Snow Sublissime and Amore Pacific Hera Age Away Program Patch
• Nivea, Goodbye Cellulite Patches
• Biotherm Homme, Abdosculpt Night Slimming Patch for men
PODSUMOWANIE
Nowoczesne technologie otwierają wiele nowych możliwości dostarczania skórze związków biologicznie czynnych. Ze względu na budowę naskórka, przenikanie niektórych substancji aktywnych może być w znacznym stopniu ograniczone, dlatego poszukuje się innowacyjnych i niekonwencjonalnych metod wspomagających przenikanie przeznaskórkowe. Wykorzystanie procesu jonoforezy w produktach kosmetycznych przyniosło zaskakująco pozytywne rezultaty. Technologia ta pozwoliła uwierzyć konsumentom w prawdziwą „moc” działania kosmetyków, co rokuje jasną przyszłość tego typu preparatom.
Opracowano z pomocą broszury informacyjnej „Cosmetic Iontophoresis” Dov Tamarkin, Power Paper.
Kosmetyk, jako podstawowy element codziennej pielęgnacji skóry, z roku na rok staje się coraz bardziej zaawansowanym technologicznie produktem. Dzieki rozwojowi nauki o kosmetykach, surowcach kosmetycznych oraz zrozumieniu natury ich działania, zwiększa się świadomość potrzeby efektywnego i skutecznego dostarczania substancji aktywnych skórze. Nowe i zaawansowane technologie stają się odpowiedzią na zapotrzebowania konsumentów, którzy pragną ujrzeć natychmiastowe efekty zastosowania produktu kosmetycznego. Można to osiągnąć na kilka sposobów. Najprostszym z nich jest „fizyczna” poprawa własności skóry, która daje natychmiastowy efekt wizualny. Dzięki odpowiednim pigmentom można rozświetlić cerę, a specjalnie przygotowane proszki ją zmatowią, wyrównają i wygładzą jej powierzchnię. Są to jednak efekty krótkotrwałe, które znikają wraz z usunięciem kosmetyku. Na widoczną poprawę kondycji skóry trzeba czasami długo poczekać. Aby rezultaty były widoczne należy zwrócić baczną uwagę na efektywne dostarczanie skórze substancji aktywnych.
Dwoma istotnymi czynnikami wpływającymi na efektywne dostarczanie substancji aktywnych jest ich wchłanianie przez skórę oraz umieszenie ich w odpowiednim systemie nośnym kosmetyku. Ze względu na zewnętrzną barierę skóry, którą jest naskórek, wchłanianie staje się bardzo ograniczone, oraz prawie niemożliwe dla związków zjonizowanych. Uniemożliwia to przede wszystkim szczelna budowa Stratum Corneum (naskórka), na którą składają się ściśle przylegające do siebie, o płaskiej budowie, korneocyty oraz spajający je cement międzykomórkowy. Korneocyty są związkami proteinowymi o charakterze hydrofilowym, natomiast zorganizowane, ciekłokrystaliczne struktury cementu są lipofilowe.
Rys.1 Budowa skóry- naskórek.
Związki lipofilowe, o niedużych rozmiarach, mogą częściowo wnikać poprzez membrany cementu, natomiast surowce rozpuszczalne w wodzie, obdarzone ładunkiem, nie mają możliwości spenetrowania bariery skórnej. Wchłanianie przez naskórek można znacznie zwiększyć dzięki promotorom przejścia naskórkowego (np. glikol propylenowy, kwas oleinowy). Mają one za zadanie rozluźnić strukturę keratynocytów (spulchnić), bądź upłynnić cement lipidowy naskórka. Przy odpowiednim dobraniu składu kosmetyku można osiągnąć dość dobre wyniki przenikania. Najskuteczniejszym jednak sposobem przenikania związków o charakterze jonowym jest zastosowanie zjawiska jonoforezy w produktach kosmetycznych, czyli wymuszenia przenikania dzięki przyłożeniu odpowiedniej siły z zewnątrz.
Produkty takie stanowią bardziej „urządzenie” kosmetyczne, niż powszechnie znane nam tradycyjne kosmetyki. W przeciągu ostatniego tylko roku ilość tego typu produktów znacznie wzrosła. Występują one w formie plastrów i znajdują zastosowanie w zwalcznaiu trądziku, cellulitu, zmarszczek, przebarwień i innych niedoskonałości skóry. Typowy produkt oparty na działaniu jonoforezy składa się ze źródła prądu, takiego jak bateria, elektrody, oraz związku aktywnego umieszczonego w roztworze, emulsji, czy żelu.
Rys.2 Schemat budowy plastra
Ta nowoczesna technologia obiecuje widoczne rezultaty już po dwudziestu minutach od czasu nałożenia kosmetyku-urządzenia na skórę, dlatego też staje się pożadanym produktem w oczach „niecierpliwych” konsumentów.
Rys.3 Wygląd skóry po 20 min od czasu aplikacji plastra.
ZJAWISKO JONOFOREZY
Jonoforeza jest bezbolesną techniką dostarczania skórze substancji biologicznie aktywnych, od lat wykorzystywaną w profesjonalnych salonach kosmetycznych. Od niedawna dostępna jest także w postaci plastrów, którym towarzyszy obecność płaskiej baterii. Polega na dostarczaniu bioaktywnych molekół o charakterze zjonizowanym do wnętrza skóry przy zastosowaniu słabego prądu elektrycznego.
Rys.4 Płaska bateria przyklejona do plastra.
W procesie jonoforezy sumaryczny przepływ jonów poprzez membranę jest zależny od następujących czynników:
• Jontoforezyjny- związany z ruchem pod wpływem różnicy elektrycznego potencjału,
• Dyfuzyjny- związany ze zwiększoną przepuszczalnością skóry, powstałą pod wpływem przyłożonego napięcia
• Elektroosmotyczny- związany z transportem wody, wywołanym przepływem prądu.
Zaobserwowano, że dla cząstek zawierających pewien ładunek, największy wpływ na przepływ jonów ma czynnik jontoforezyjny, trochę mniejszy elektroosmotyczny, a najmniejszy dyfuzjny.
Dostarczenie z zewnątrz źródła prądu tworzy w skórze ogniwo elektryczne, które wytwarza gradient potencjału w warstwach naskórka, umożliwiając zwiększoną migrację jonów. Jony obdarzone ładunkiem ujemnym są dostarczane poprzez katodę, natomiast jony z ładunkiem dodatnim poprzez anodę. W praktyce substancja aktywna, pozostająca w odpowiednim ośrodku nośnym takim jak żel, roztwór, krem, jest umieszczona pomiędzy aktywną elektrodą, zwana elektrodą dostarczającą, a skórą. Drugą elektrodę, zwaną elektrodą zwrotną, nanosi się jednocześnie w innym miejscu skóry.
Zjawisko przepływu jonów poprzez membrany najlepiej opisuje równanie Nernst’a- Planck’a:
J = DzVFC/kT + Cu – D(dC/dx) , gdzie:
J- przepływ molowy
D- współczynnik dyfuzji
C- stężenie molowe
u- przepływ wody
T- temperatura
k- stała Boltzman’a
z- wartościowość jonu
V- pole elektryczne
F- stała Faraday’a
Z równania wynika, że przepływ substancji czynnej jest wprost proporcjonalny do:
• Gęstości prądu
• Stężenia substancji aktywnej
• Ładunku molekuły, który może w znacznym stopniu zależeć od pH środowiska, w którym się znajduje
• Współczynnika dyfuzji, który odzwierciedla zdolność cząski do przejścia przez membranę. Istotnym czynnikiem wpływającym na wartość współczynnika jest wielkość molekuły, przy czym jest on większy przy mniejszych rozmiarach cząstki.
Jak można zauważyć z powyższych zależności, wiele czynników może wpływać na przebieg procesu jonoforezy. Wśród nich nie bez znaczenia pozostaje rodzaj substancji czynnej, jej stężenie, pH środowiska, jak również rodzaj przepływu prądu, jego natężenie oraz czas trwania.
Wielkość jonu, jego ładunek oraz rodzaj soli, jaką tworzy, determinuje sposób zachodzenia procesu jonoforezy. Generalnie skuteczność wnikania mono ładunków dodatnich jest zdecydowanie większa niż ujemnych, co jest związane z występowaniem ujemnego ładunku we wnętrzu skóry. Innym wyznacznikiem jest wielkość jonu, im jest większy, tym trudniej będzie mu się dostać w głąb skóry. Są jednak pewne wyjątki. Niektóre wysokocząsteczkowe związki proteinowe oraz peptydowe o ciężarze cząsteczkowym 3.000-5.000 daltonów z łatwością wnikają podczas procesu jonoforezy. Dowiedziono także, iż różne sole związków mają różną przewodność, dlatego zaleca się przeprowadzanie testów in vitro, które dostarczą niezbędnych informacji potwierdzających zdolność wnikania związków przy wykorzystaniu jonoforezy.
Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na aktywność związku biologicznie czynnego jest jego stopień zjonizowania. Najlepiej opisuje go równanie Handerson’a-Hasselbalch’a, które dotyczy roztworów buforowych, czyli mieszanin zawierających słaby kwas i sól sprzężonej z nim zasady (substancja aktywna w postaci mieszaniny słabego kwasu oraz jego soli):
pH = pKa + log [A-] / [AH] gdzie:
pH- pH formulacji
pKa- stała dysocjacji substancji aktywnej w postaci słabego kwasu
[A-]- stężenie jonów substancji aktywnej (sprzężona zasada)
[AH]- stężenie substancji aktywnej w postaci słabego kwasu
W celu zoptymalizowania procesu pożądane jest utrzymanie relatywnie dużej ilości związku w stanie zjonizowanym, przy odpowiednim pH. Trzeba jednak pamiętać o tym, iż przy niskim pH stężenie jonów wodorotlenowych wzrasta, co może powodować zachodzenie niepożądanych reakcji z naczyniami a w efekcie prowadzić do stanu zapalnego. Z tego względu należy utrzymywać pH bliskie 7. Zmianom pH, wynikającym z zachodzenia pocesu elektrolizy wody w trakcje jonoforezy, można zapobiec wykorzystując systemy buforujące oraz dobierając odpowiedni materiał elektrody, taki jak Ag/AgCl.
ELEKTROOSMOZA
Zjawisko elektroosmozy polega na przepływie wody z obszaru elektrody umieszczanej na skórze w głąb skóry. Substancje aktywne rozpuszczone w wodnym środowisku żelu, czy też kremu zostaną przetransportowane wraz z wodą. Elektroosmoza zawsze zachodzi w kierunku przepływu przeciwjonów. Skóra ludzka jest obszarem naładowanym ujemnie przy pH wyższym niż 4, dlatego naładowane dodatnio przeciwjony będą się kierowały od anody do katody, czyli w głąb skóry. Jeśli mają być dostarczone tylko jonowe związki o działaniu biologicznym, należy dodać małe ilości elektrolitu, takiego jak chlorek sodu, w celu osiągnięcia znaczącego przepływu osmotycznego.
WYKORZYSTANIE JONOFOREZY W KOSMETYKACH
Wiele związków biologicznie czynnych znajduje zastosowanie w kosmetykach opartych na wykorzystaniu zjawiska jonoforezy. Są to anionowe związki, w postaci soli, takie jak AHA (alfahydroksykwasy) oraz BHA (betahydroksykwasy), które mają duże znaczenie w zabiegach przeprowadzanych na skórze dojrzałej. Przy cerze młodej, ze skłonnością do trądziku wykorzystuje się kwas retinowy. Kwasy kofeinowy, nikotynowy są przydatne w terapiach anty-cellulitowych, natomiast kwas askorbinowy i jego sole w przypadkach hiperpigmentacji skóry.
Należy jednak pamiętać, iż związki o charakterze anionowym muszą być dostarczane pod katodę, natomiast kationy pod anodę.
Przykładami dostępnych na rynku produktów kosmetycznych, opartych na zjawisku jonoforezy są:
• Estee Lauder, Perfectionist Power Correcting Patch
• Dior, Snow Sublissime and Amore Pacific Hera Age Away Program Patch
• Nivea, Goodbye Cellulite Patches
• Biotherm Homme, Abdosculpt Night Slimming Patch for men
PODSUMOWANIE
Nowoczesne technologie otwierają wiele nowych możliwości dostarczania skórze związków biologicznie czynnych. Ze względu na budowę naskórka, przenikanie niektórych substancji aktywnych może być w znacznym stopniu ograniczone, dlatego poszukuje się innowacyjnych i niekonwencjonalnych metod wspomagających przenikanie przeznaskórkowe. Wykorzystanie procesu jonoforezy w produktach kosmetycznych przyniosło zaskakująco pozytywne rezultaty. Technologia ta pozwoliła uwierzyć konsumentom w prawdziwą „moc” działania kosmetyków, co rokuje jasną przyszłość tego typu preparatom.
Opracowano z pomocą broszury informacyjnej „Cosmetic Iontophoresis” Dov Tamarkin, Power Paper.
Justyna Szpak
Chemik, specjalista w zakresie technologii kosmetyków i detergentów, doświadczenie zdobywała w polskich i zagranicznych firmach, aktualnie formulator w jednostce badawczo-rozwojowej szwedzkiej firmy kosmetycznej.
KOMENTARZE