WWW.GOLKOM.RU   Добавить в Избранное


БИБЛИОТЕКА ПРИРОДЫ
информационный портал

Главная  Новости  Каталог  Книги  КМЭ  Форум

ТУ  Гербарий  Golkom-Balance  Golkom-Post

 
Регистрация:

Книжная полка - Теория мягких косметологических воздействий. Современная косметология. Децина А.Н. - Глава 4 Следующая страницаПредыдущая страница

4. Барьерно-защитные функции и проницаемость кожи

Благодаря свойствам (структурной организации) верхнего кератинизированного слоя эпидермиса осуществляется предотвращение проникновения через кожу различных микроорганизмов. Так, например, известно, что вирус гриппа, капсид которого вместе с оболочкой имеет размеры около 80 нм, не проникает через здоровую кожу. Вообще в литературе отсутствуют данные о возможности заражения вирусами через неповрежденную кожу даже в тех случаях, когда размеры вирусных частиц не превышают 30 нм (аденовирусы), 18-26 нм (парвовирусы) и т.д. Единственным отклонением от указанной закономерности является заражение посредством "ослюнения" здоровой кожи животными, зараженными вирусом бешенства (рабдовирус, диаметр частицы 50-95 нм, длина 130-380 нм). Однако это отклонение можно объяснить как тем, что "ослюнение" обычно происходит на большой поверхности кожи и поэтому нет гарантии целостности кожи на всем "ослюненном" участке, так и тем, что имеющиеся в слюне животного протеолитические ферменты и ферменты типа лизоцима могут способствовать разрушению верхнего защитного слоя кожи, облегчая возможность проникновения вирусной частицы к функционирующим клеточным системам. Естественно, что частицы бактериальной природы, имеющие гораздо большие размеры по сравнению с вирусами, также отсекаются верхним роговым слоем эпидермиса. Однако некоторые грибы (Trichophuton ribrum, Trichophuton mentagraphytes) способны расщеплять кератин и преодолевать роговой барьер.

Таким образом, в соответствии с вышеизложенным можно предположить, что в роговом слое эпидермиса отсутствуют каналы, через которые могли бы проникнуть в глубину кожи частицы с размерами выше 10 нм.

При этом необходимо подчеркнуть, что при использовании в качестве компонентов косметических средств таких добавок как коллаген, эластин и кератин, коллоидные частицы которых имеют значительно большие размеры (70-110 нм), вряд ли следует надеяться на какое-либо влияние этих частиц на внутренние структуры кожи. Однако не все придерживаются подобной точки зрения (см., например, [1], а также п.4.6).

Имеющиеся данные позволяют полагать, что немалую роль в проницаемости кожи наряду с роговым слоем играют фрагменты блестящего слоя. Более того, в некоторых случаях прохождение веществ через блестящий слой может играть определяющую роль. Так, если удалить роговой слой с поверхности кожи путем постепенного отслаивания чешуек липким пластырем, то скорость прохождения через кожу фосфорорганического отравляющего вещества типа зарина не меняется существенным образом. Однако аналогичное удаление блестящего слоя увеличивает ее в 100 раз. Объяснить подобное явление вообще-то можно и не прибегая к каким-либо особым свойствам блестящего слоя. Представим себе ситуацию, когда любой слой ороговевших и/или неороговевших пластинок представляет собой существенную преграду для зарина. Тогда последовательное освобождение от такого рода преград не будет влиять на проницаемость вещества. И только разрушение последней преграды приведет к существенному усилению проницаемости кожи.

Полагают также, что живые клетки эпидермиса с большей или меньшей эффективностью задерживают часть веществ, которая прошла через роговой и блестящий слои. Так показано, что двухвалентная ртуть, трехвалентный хром, тиомочевина связываются с белками и прочно удерживаются живым эпидермисом. Это очень важное наблюдение следует иметь в виду при рассмотрении механизма миграции веществ через эпидермис, не забывая о возможности существования эффекта насыщения. Нельзя исключить, что после достижения насыщения эти же вещества легко преодолеют пояс живых клеток эпидермиса. По аналогии можно полагать, что при регулярном применении однотипных косметических средств фрагменты нашей кожи постоянно находятся в состоянии насыщения, и поэтому многие низкомолекулярные компоненты композиции легко (не задерживаясь) преодолевают трансэпидермальный барьер.

Известно, что у стареющей кожи снижается транэпидермальная потеря воды (TEWL) с одновременным снижением содержания воды в эпидермисе 2 . По-видимому, это обстоятельство способствует снижению барьера эпидермальной проницаемости, увеличивая воздействие веществ, вызывающих контактный дерматит, проявляющийся в синтезе цитокинов клетками Лангерганса и в увеличении плотности этих клеток в эпидермисе 3.

Рассматривая имеющиеся данные о проницаемости различных химических соединений, следует отметить, что количество публикаций на эту тему в последние годы неимоверно возросло. Одновременно с этим увеличилось количество различных интерпретаций механизма проницаемости. Поэтому, если начать цитировать экспериментальные данные и обсуждать их, то ситуация может завершиться написанием отдельной монографии и, может быть, мы когда-нибудь вернемся к этому вопросу.

А сейчас предлагаю сосредоточиться на некоторых обобщающих работах, которые, на наш взгляд, смогут помочь нам разобраться в указанном вопросе. Так в работе [4] методом регрессионного анализа было показано, что вариабельность 94% всех экспериментальных данных для 37 неэлектролитов может быть описана с помощью модели, которая включает только величину молекул проникающих веществ, а также возможность образования донорных и акцепторных водородных связей. Не менее важным нам представляется эксперимент, в ходе которого изучалась проницаемость меченных олигомерных (моно-, ди-, три- и т.д.) декстранов. В качестве модельных систем использовались мыши линии "нуд" и лоскут кожи, взятый с живота человека. Меченые декстраны наносились на поверхность кожи, и скорость появления метки фиксировалась в выделениях обезволошенных мышей и под лоскутком кожи. Результаты экспериментов подтверждают наличие обратной зависимости проницаемости от молекулярной массы - чем больше размер молекулы испытуемых декстранов, тем ниже проницаемость. Но, что очень важно, при молекулярной массе, равной 68000 дальтон, испытуемое вещество еще преодолевало (хотя и медленно) лоскуток кожи с живота человека, но метка уже не появлялась в выделениях мышей.

Таким образом, найден предел проницаемости кожи, который не позволяет веществам с молекулярной массой более 100 килодальтон преодолевать трансэпидермальный барьер. Следует заметить, что декстраны из-за возможности образования водородных связей представляют собой наиболее благоприятную систему для изучения проницаемости. Их молекулы обладают как липофильностью (С-Н-связи), так и гидрофильностью (С-О-С и ОН связи). На наш взгляд, именно эти качества веществ необходимы для успешного преодоления верхнего рогового и блестящего слоев эпидермиса.

В качестве контраргумента наличия предела проницаемости кожи часто приводят данные экспериментов с меченными высокомолекулярными соединениями. Так, например, если взять коллаген, содержащий метку (С14-пролин), и ввести его в кремовую композицию, то через определённый период времени радиоактивная метка выявляется во всех слоях эпидермиса и даже в дерме. Подобного рода эксперименты страдают одним существенным недостатком - нет уверенности в том, что при введении метки в высокомолекулярный субстрат она не окажется "пришитой" к олигомерным фрагментам, всегда присутствующим в высокомолекулярных системах. Действительно, в препарате коллагена могут присутствовать низкомолекулярные пептиды, в нуклеиновых кислотах - олигонуклеотиды и т.д. В этих случаях вводимая метка может равномерно распределиться между полимерной субстанцией и низкомолекулярными веществами, а наблюдаемое внедрение метки, так называемая псевдопроницаемость, будет определяться меченными низкомолекулярными аналогами полимера.

Рассмотрим, например, результаты определения проницаемости полимера JR 400 через кожу животных [5]. Авторы показали, что при обработке образцов кожи полимером, содержащим радиоактивную метку (С14), в концентрации 3,6-5,2 мг/см2, метка проникает в глубь кожи человека на 0,11% (для других животных 0,12-0,43%), что, по их мнению, свидетельствует о крайне низкой всасываемости полимера. Однако можно полагать, что и эта доля проницаемости определяется не самим полимером, а его меченными низкомолекулярными примесями.

Ранее мы отмечали наличие микроканалов в роговом слое эпидермиса, которые, совершенно очевидно, пронизывают и блестящий слой, и, по-видимому, определяют проницаемость кожи (см. рис.3.3). Рассмотрим возможное внутреннее строение каналов более подробно. На рис.4.1 представлены наиболее вероятные, с нашей точки зрения, варианты внутренней организации такого рода каналов.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в качестве липидов в роговом слое присутствуют церамиды (40-50%), холестерин (20-25%), сульфат холестерина (5-10%) и свободные жирные кислоты (15-20%). Характерной особенностью липидов и жирных кислот является наличие в их молекулах гидрофильных (ГФ) и липофильных (ЛФ) фрагментов. Церамиды являются производными сфингозина и жирных кислот.

Можно было полагать, что чем ближе к поверхности кожи располагается кератиновая чешуйка, окруженная однослойной мембраной, тем меньше двойных связей содержится в жирнокислотном фрагменте молекулы церамида. Однако оказалось, что главной составляющей липидов рогового слоя являются церамиды с высокой степенью ненасыщенности. Да и сфингозиновый фрагмент содержит двойную связь. Более того, показано, что по мере углубления снижается соотношение ненасыщенных/насыщенных жирных кислот. Причем абсолютное содержание ненасыщенных жирных кислот уменьшается в большей степени, чем насыщенных [6]. Но ведь верхние роговые чешуйки кожи испытывают на себе прямое воздействие кислорода воздуха, который может инициировать перекисное окисление липидов (ПОЛ). И чем более ненасыщенным является жирнокислотный фрагмент липидной молекулы, тем больше вероятность протекания процессов ПОЛ, для инициирования которого в упорядоченных липидных слоях необходим только первоначальный акт, а в дальнейшем механизм процесса окисления соответствует протеканию цепной реакции.

Итак, в данном случае мы имеем дело с очередным парадоксом, для объяснения которого требуется привлечь некоторые предположения. С одной стороны, сохранение ненасыщенных двойных связей вблизи поверхности кожи возможно при наличии эффективной системы защиты от инициирования процессов ПОЛ. С другой стороны, приводимые данные по содержанию ненасыщенных церамидов относятся обычно ко всему роговому слою в целом (с включением иногда и фрагментов блестящего слоя). В этой связи могут представлять интерес данные по оценке степени ненасыщенности (или степени окисленности) липидов при послойном разрушении рогового слоя. К сожалению, эксперименты такого рода нам не известны. При объяснении указанного парадокса нельзя исключить из рассмотрения

Рисунок 4.1 Схематическое изображение внутреннего строения микроканалов рогового и блестящего слоев эпидермисаСхематическое изображение внутреннего строения микроканалов рогового и блестящего слоев эпидермиса



комбинацию высказанных предположений и наличие эффективной защиты от инициирования процессов ПОЛ, и, соответственно, наличие градиента ненасыщенности (или степени окисленности) в верхних слоях рогового слоя по сравнению с нижними.

В дальнейшем мы еще вернемся к рассмотрению возможных причин так называемого парадокса градиента ненасыщенности.

Важнейшую роль в реализации барьерно-защитных функций и проницаемости кожи играет состояние молекул воды, присутствующих в микрокапиллярных отверстиях рогового и блестящего слоев кожи. В одном из экспериментов было показано, что если взять насыщенный водой роговой слой эпидермиса и равный ему по толщине слой воды, то скорость прохождения веществ через увлажненный роговой слой оказывается меньшей в 3000 раз по сравнению с аналогичным слоем воды. При малых исходных концентрациях вещества, можно отбросить различия в площадях, определяющих проницаемость. Поэтому единственным вариантом объяснения наблюдаемых различий является то обстоятельство, что вода внутри каналов оказывается в значительной степени структурированной, что существенно замедляет процессы типа броуновского движения, ответственные за выравнивание градиента концентрации, то есть - за проницаемость. По-видимому, именно упорядоченная структурная организация молекул воды в микрокапиллярных отверстиях рогового слоя препятствует интенсивному испарению воды с поверхности кожи, создавая дополнительный барьер процессу обезвоживания. Тем не менее, вода, кислород, азот, сероводород и другие низкомолекулярные вещества в достаточной степени легко диффундируют через кожу. Вещества, способные реагировать (связываться) с фрагментами эпидермиса, включая клеточные системы, вначале достигают насыщения в эпидермисе, а затем начинают взаимодействовать с более глубокими слоями кожи.

Рассматривая схематическое строение микроканалов (см. рис. 4.1), становится понятным, почему максимальной проницаемостью обладают вещества, склонные к донорно-акцепторному взаимодействию за счет образования водородных связей. Для углубления молекулы вещества внутрь микрокапилляра необходимо конкурентно деструктурировать молекулы воды, переориентировав их на реализацию собственного окружения.

Можно себе представить ситуацию, когда размеры микрокапилляра (вариант В) не позволяют внедриться достаточному количеству молекул воды для создания структурированного водного пространства. В этом случае создается благоприятная ситуация для проницаемости липофильных молекул (масел, жиров и т.д.). Можно полагать, что именно соотношения различных вариантов микрокапилляров описывают реальную ситуацию, определяющую проницаемость эпидермиса по отношению к разнообразным соединениям. Более того, нельзя исключать вероятность перестройки микрокапилляров под влиянием внешних факторов. Например, вариант строения капилляра А может превратиться в вариант В при обезвоживании верхних слоев эпидермиса и наоборот. Можно также представить себе взаимопревращение вариантов А и Б по механизму "флип-флоп", отмечаемому в биофизических исследованиях бислойных мембран. Более того, трудно представить однотипность строения микрокапилляра по всей длине. Скорее всего, мы имеем дело с микрокапилляром, в полости которого имеются фрагменты, строение которых описывается всеми видами возможных вариантов.

Необходимо помнить также, что суммарная проницаемость эпидермиса определяется не только проницаемостью рогового и блестящего слоев, но и возможным вкладом в эту величину нижележащих слоев эпидермиса (в первую очередь шиповидного слоя).

4.1. Влияние влажности кожи на ее проницаемость

Удивительным является то обстоятельство, что такой вопрос, как влияние влажности кожи на ее проницаемость до сих пор является предметом обсуждения. Так в фундаментальном сборнике [7], посвященном строению и функциям кожи, со ссылкой на работы Ильина А.А. и др. (1972) сообщается, что увеличение температуры и увлажнения кожи усиливают прохождение через нее различных веществ. К сожалению, следует констатировать, что результаты проведенных нами экспериментов*) не согласуются с указанной точкой зрения.



*)Совместно с сотрудниками ЦНИЛ Новосибирского государственного медицинского института Архиповым С.А. и Шориной Г.Н.

Казалось бы, все очень просто - нагрели кожу и насытили ее водой посредством согревающего компресса или с помощью теплой ванны, расширились поры кожи, и повысилась ее проницаемость. Однако, если полагать, что проницаемость рогового слоя кожи определяется микрокапиллярными сквозными каналами, которые при нагревании могут уменьшаться в размере за счет увеличения размеров образующих канал чешуек, а также тем, что полное насыщение каналов структурированной водой может замедлить проникновение веществ в глубь эпидермиса по сравнению с ситуацией, когда хотя бы часть капилляра остается свободной от воды (эффект мокрой и сухой "промокашки"), то однозначность первоначального заключения можно было поставить под сомнение.

Существо проведенных экспериментов заключается в обработке поверхности кожи водой или желеобразным кремом на основе геля полиэтиленоксида, содержащим более 70% Н2О, в течение некоторого времени с последующим нанесением на обработанную кожу флуоресцирующего красителя (например, эозина или акридинового желтого). В качестве модельной системы кожи использовался хвост крысы, отличающийся от кожи человека большим числом кератиновых чешуйчатых рядов в роговом слое эпидермиса (9-11 рядов по сравнению с 5-6 на лице у человека в норме). Под микроскопом фиксировалась глубина проникновения красителя на срезах крысиных хвостов после их замораживания. Результаты экспериментов представлены на рис.4.2. Они однозначно свидетельствуют о том, что для веществ типа эозина и акридинового желтого (м.м. примерно 600) проницаемость кожи после ее выдерживания в воде в течение 30-60 минут снижается более чем в 2 раза. При этом максимальной проницаемостью обладала кожа хвостов животных, которые находились в лаборатории при атмосферной влажности около 60%.

Влияние кремовой композиции на кожу оказалось еще более драматическим, так как проницаемость кожи снизилась более чем в 4 раза. Этот эффект может быть объяснен тем, что желеобразные кремовые композиции образуют на поверхности кожи полупроницаемую пленку сетчатого полимера, обладающую высокими гидратирующими свойствами. В дальнейшем мы коснемся этого вопроса при обсуждении характеристики кремовых основ.

Естественно, возник вопрос о том, влияет ли влажность атмосферного воздуха на проницаемость кожи. Для ответа на этот вопрос мы воспользовались аналогичной модельной системой (крысиные хвостики), которые выдерживали в эксикаторах, содержащих воду или прокаленный силикагель, полагая, что в эксикаторе с водой влажность атмосферы близка к 100% (условия, часто наблюдаемые на побережье, например, в Приморье), а в эксикаторе с силикагелем остаточная влажность в максимальной степени понижена (допустим, это условия пустыни, например, в Сахаре).

Одновременно мы предприняли попытку оценки влияния температуры на проницаемость кожи. Для этой цели использовали фен и увлажняющий аппарат "Ромашка".

Результаты этих экспериментов представлены на рис. 4.3.

Рисунок 4.2 Изменение проницаемости кожи в зависимости от обработки водой и кремовой композицией

Схематическое изображение сквозных и тупиковых каналов в роговом и блестящем слоях эпидермиса

Рисунок 4.3 Влияние влажности и температуры воздуха на проницаемость кератинового слоя кожи

Влияние влажности и температуры воздуха на проницаемость кератинового слоя кожи

В полном согласии с результатами предыдущих экспериментов оказалось, что максимальной проницаемостью обладает высушенная кожа (пустыня Сахара), а минимальную проницаемость придает коже атмосфера с влажностью, близкой к 100% (условия Приморья, Балтики, Сочи и т.д.).

Обращает на себя внимание, что обдувание крысиных хвостиков феном с температурой около 44°С в условиях лаборатории с относительной влажностью воздуха 60% и выдерживание в аппарате "Ромашка" с влажностью около 100% при такой же температуре (светлые столбцы) несущественно влияет на проницаемость кожи, хотя тенденция повышения проницаемости в обоих случаях имеет место. Однако, если сравнивать влияние температуры с влиянием влажности, то эффект нагревания оказался пренебрежительно малым.

Полученные данные о драматическом влиянии влажности на проницаемость кожи легко объяснить упоминаемым выше эффектом "промокашки". Действительно, если принять, что кожа, по крайней мере роговой слой, имеет пористую структуру, то ее подсушивание (высвобождение части молекул воды из микрокапилляров) создает благоприятные условия (сухая "промокашка") для проникновения веществ в глубь кожи (рогового слоя). И наоборот, насыщение микрокапилляров рогового слоя водой, которая располагается в их полостях в виде упорядоченных структур (см. рис.3.3), создает условия (мокрая "промокашка"), препятствующие проникновению веществ в глубь кожи.

Необходимо заметить, что к аналогичным выводам о влиянии влажности пришел автор работы [8] при изучении биофизических свойств сухой и нормальной кожи. Однако, в работе изучалось, в основном, влияние разнообразных увлажнителей, включающих различные липидосодержащие добавки, которые, образуя тонкую жировую пленку на поверхности кожи, не только препятствуют испарению воды, но и снижают проницаемость кожи для некоторых ингредиентов, способных раздражать кожу. Причем эффект такой защитной пленки значительно выше, чем эффект снижения проницаемости за счет насыщения кожи водой. По-видимому, в этом случае речь может идти о суммировании эффектов (гидратации и защитной пленки).

Следует также заметить, что длительное выдерживание в атмосфере с низкой влажностью может индуцировать глубокие изменения в структуре и в протекающих в эпидермисе биохимических процессах [9]. Например, низкая влажность вызывает увеличение синтеза ДНК и гиперпролиферацию клеток в эпидермисе. Более того, выдерживание при низкой влажности в течение 48 часов может приводить к эпидермальной гиперпролиферации, а в последующие 48 часов - к клеточной гипертрофии. В этой связи становятся понятными различия в состоянии кожи у лиц, проживающих во влажном климате, по сравнению с сухим континентальным климатом.

Если же рассматривать изменение суммарной проницаемости кожи при увлажнении, то определенную роль может играть изменение размеров клеток зернистого и шиповидного слоев под влиянием воды. Так из клеточной биотехнологии известно, что любые клеточные системы могут культивироваться вне организма при соблюдении определенных условий. Одним из этих условий является строгое соблюдение величины осмоляльности (осмолярности) окружающей клетку питательной среды.

Величина осмоляльности характеризует концентрацию осмотически активных частиц в пересчете на 1 литр раствора (осмолярность - на 1 кг) [10]. Величина осмоляльности в питательных средах в основном определяется содержанием неорганических солей. Так, например, при растворении 9 г NaCl в 1 литре воды создается осмоляльность, равная 308 mOsm, а регламентируемая осмоляльность питательной среды составляет величину, близкую к величине осмоляльности плазмы крови - 300±20 mOsm. При существенном снижении этой величины клетки меняют свою морфологию, увеличиваясь в объеме. Поэтому можно полагать, что насыщение кожи водой приведет к снижению осмоляльности жидкости, омывающей клеточные системы эпидермиса, и увеличению объема этих клеток с одновременным уменьшением межклеточного пространства и, соответственно, к снижению проницаемости кожи.

Можно рассмотреть еще один фактор, влияющий на проницаемость кожи. В своей практике, работая с гелем полиэтиленоксида и гелями хитозана, мы постоянно фиксировали существенное снижение вязкости гелевых систем при введении в их состав неорганических солей, спирта или глицерина (веществ, связывающих воду). Это обстоятельство позволяет предположить, что наряду с изменением структуры микроканалов в роговом и блестящем слоях и увеличением межклеточного пространства за счет уменьшения размеров клеточных систем зернистого и шиповидного слоев под влиянием осмотических воздействий может существовать дополнительный фактор повышения проницаемости эпидермиса, связанный с разжижением геля гиалуроновой кислоты, заполняющего межклеточное пространство.

Теперь рассмотрим полученные данные применительно к косметологической практике. Вам, по-видимому, неоднократно приходилось слышать и читать рекомендации практикующих косметологов, суть которых сводится к тому, что после умывания, убрав избыток воды салфеткой или полотенцем, необходимо сразу же нанести на кожу питательный крем. Мало того, что представления о питательной ценности косметических композиций обычно носят интуитивный характер (см. главу 5), и часто под питательным кремом понимается композиция на жировой основе, но, как следует из вышеприведенных экспериментов, эти рекомендации являются бессмысленными, так как предполагаемые питательные ингредиенты якобы питательной кремовой композиции не смогут эффективно проникнуть в глубокие слои кожи и осуществить подпитку, допустим, клеточных систем эпидермиса.

Единственным оправданием такого рода рекомендаций является то обстоятельство, что чаще всего под питательным кремом предполагается крем на жировой основе, основная функция которого заключается в создании жировой пленки на поверхности кожи с одновременным "запиранием" влаги - затруднение ее испарения. Но, тогда причем здесь питательная ценность? Для решения задачи запирания влаги можно было обойтись любым жиром, а также вазелином или минеральным маслом.

Более детально доводы за и против жировых косметических композиций будут рассмотрены в дальнейшем (см. гл.10). Но уже сейчас необходимо инвертировать упоминаемые выше традиционные рекомендации, которые с современных позиций могут выглядеть следующим образом: "обработали лицо водой (или паром), убрали избыток влаги полотенцем или салфеткой, выдержали некоторый период времени без обработки, для установления равновесия между количеством воды, испаряемой с поверхности кожи, и водой, внедряемой в кожу из атмосферы, и затем нанесли косметическое средство, предназначенное для взаимодействия с глубокими слоями кожи, например, с базальными клетками эпидермиса".

Полагая наличие связи между величиной интервала времени выдерживания кожи после влажной обработки и величиной относительной влажности окружающего воздуха, можно в качестве рекомендации несколько увеличить рекомендуемое время выдерживания, допустим, до 10-15 минут. Интересно, что при относительной влажности около 100%, вне зависимости от времени выдерживания после влажной обработки, проницаемость рогового слоя эпидермиса будет иметь минимальное значение (см. рис.4.3). Из этого следует, что эффективность использования косметических средств также будет минимальной. Получается, что жители приморских населенных пунктов, приобретая косметические препараты, используют их недостаточно эффективно.

Что же делать? Не будешь же посещать Каракумы или Сахару только для нанесения косметических средств.

Поэтому нами был запатентован способ повышения эффективности использования косметических средств 11 , включающий кратковременную предварительную обработку кожи потоком сухого воздуха или сорбентами влаги.

В соответствии с этой разработкой мы рекомендуем профессиональным косметологам перед нанесением любого косметического средства, предназначенного к взаимодействию с глубоко расположенными клеточными системами кожи, производить ее кратковременную осушку либо с помощью специальных сухих порошкообразных масок, адсорбирующих влагу, либо посредством обдувания поверхности кожи сухим газообразным азотом.

Второй вариант, предложенный косметологом Заниной Н.Ф. (Санкт-Петербург), имеет вполне очевидный эффект, связанный с тем, что над поверхностью кожи всегда имеется определенная равновесная концентрация молекул воды, которые определяют величину парциального давления. При удалении этих молекул потоком сухого газообразного азота равновесие стремится к восстановлению за счет испарения новых порций молекул воды. Так и происходит дополнительная сушка кожи. Пациенты отмечают также благоприятный эффект такой обработки за счет легкого охлаждения кожи, особенно ощущаемого после проведения стадии вапоризации (распаривание) и последующей механической чистки кожи.

Рядовым потребителям косметических средств в условиях высокой влажности воздуха, чтобы бессмысленно "не переводить добро", перед нанесением косметического средства рекомендуется применение аппликаций с использованием хорошо высушенной (например, с помощью утюга) холщовой или льняной ткани. Вслед за этим, не дожидаясь установления равновесия (необходимо помнить, что счет идет на минуты), нужно нанести на поверхность высушенной кожи выбранный Вами косметический препарат, который содержит воду и быстро ликвидирует ее недостаток, образовавшийся в процессе подсушивания кожи, с одновременной подачей в глубокие слои содержащихся в препарате биологически активных веществ.

Можно полагать, что кратковременное подсушивание кожи не отразится существенным образом на строении и характеристиках как рогового слоя эпидермиса, так и более глубоко лежащих структур. В качестве предположения нельзя исключить, что процедура чередования подсушки кожи с увлажнением может оказывать и благоприятное воздействие. Например, если справедливо высказанное ранее предположение о возможности перестройки структуры микрокапилляров рогового и блестящего слоев эпидермиса, то такая своеобразная тренировка может обеспечить снижение вероятности образования межмолекулярных сшивок под действием продуктов ПОЛ, что, соответственно, может отразиться на процессах старения кожи. Хотя, конечно, в связи с тем, что полное обновление эпидермиса происходит в среднем за 26-28 дней, должны существовать причины, усиливающие процесс ПОЛ в пожилом возрасте.

4.2. Другие пути повышения проницаемости кожи

Совершенно очевидно, что любое вещество, способное взаимодействовать с фрагментами рогового и блестящего слоев эпидермиса, может изменять проницаемость кожного покрова как в сторону снижения, так и в сторону ее повышения. Снижению проницаемости кожи способствуют вещества, образующие достаточно прочные малопроницаемые пленки на поверхности кожи. Например, как уже отмечалось, в процессе применения косметических композиций на жировой основе на поверхности кожи и, очевидно, в верхних ее слоях образуется жировая пленка, препятствующая испарению даже воды. Можно также полагать, что любые вещества, способные осуществить сшивку фрагментов, выстилающих микрокапилляры и тем самым повышающих жесткость этих фрагментов, будут снижать проницаемость кожи. К таким веществам могут быть отнесены упоминаемые выше продукты ПОЛ. В отличие от веществ, повышающих проницаемость так называемых "энхансеров", вещества, снижающие проницаемость, могут быть обозначены как "редюсеры" (тот и другой термины образованы от соответствующих английских эквивалентов). Таким образом, к редюсерам можно отнести воду, жиры и целый ряд веществ, повышающих жесткость структур, выстилающих микрокапилляры рогового и блестящего слоев. К сожалению, проблема редюсеров и их влияния на проницаемость кожи до сих пор не получила должного внимания.

Значительно больше сведений имеется об энхансерах (см., например, [12]), которые могут нарушить структуру микрокапилляров рогового и блестящего слоев эпидермиса с одновременным повышением проницаемости*).



*)Здесь и в дальнейшем автор предпочитает не использовать такие понятия, как "физико-химические свойства липидного барьера" и т.п., за которыми часто стоят недостаточно ясные представления о механизме проницаемости кожи.

Вопрос об обратимости и необратимости такого рода нарушений весьма относителен, так как в течение трех-четырех недель так называемые необратимые нарушения обязаны исчезнуть из-за обновления всего эпидермиса в целом.

Приведенная в работе [12] классификация энхансеров (ионы, ДМСО, азон, их производные и т.д.), на наш взгляд, является недостаточно четкой, так как (может быть за небольшим исключением) все 275 соединений энхансеров должны быть разделены на три большие группы: вещества, проявляющие поверхностно активные свойства, вещества, способствующие деградации липидов, и растворители. В противном случае лаурилсульфат натрия попадает в раздел "Ионы", а Твины - 20 и 80 - в раздел "Растворители", и потом они повторяются в разделе "Классические сурфактанты". Наверное, необходим еще один раздел, так называемые "Другие вещества", например, чтобы разместить такие соединения, как натриевая соль гиалуроновой кислоты, оказавшаяся в разделе "Ионы", полиэтиленгликоли, полиэтиленоксиды и поливинилпирролидон - из раздела "Растворители", а также другие соединения, механизм действия которых недостаточно ясен. Можно полагать, что в будущем нам еще предстоит рассмотреть эту классификацию с позиций теории мягких косметологических воздействий.

Что же касается влияния ионов на проницаемость кожи, то, на наш взгляд, является целесообразным рассмотреть этот вопрос отдельно.

4.3. Влияние солевых систем на проницаемость кожи

Наблюдая под микроскопом за поведением клеточных систем in vitro, мы неоднократно обращали внимание на изменение морфологии клеток в зависимости от величины осмоляльности питательных сред. Ранее нами была описана ситуация, когда клетки за счет разбавления межклеточной жидкости водой и соответствующего снижения осмоляльности увеличивались в объеме, перекрывая межклеточное пространство и снижая проницаемость кожи. Наблюдались и другие случаи, когда в процессе оптимизации составов питательных сред мы выходили за верхний предел допустимой осмоляльности. При этом клетки уменьшались в объеме, часто принимая форму шариков, не контактирующих друг с другом, с явным увеличением межклеточного пространства. И в том, и в другом случае замена питательной среды на композицию с нормальной осмоляльностью восстанавливала клеточную морфологию. Если это были фибробласты, то они принимали снова исходную веретеноподобную форму.

Наблюдаемые изменения размеров клеток, протекающие без их разрушения, являются удобной моделью для применения положений теории мягких косметологических воздействий. Например, можно было использовать это явление для разработки нового вида косметического массажа на клеточном уровне. Но для этого было необходимо определить пределы допустимых изменений величин осмоляльности. Если о возможном снижении величины осмоляльности кое-что было известно (некоторые виды клеток "переживали" в питательных средах, состав которых соответствовал 1/2 или даже 1/10 от состава известной среды Игла - осмолярность от 30 до 150 мОсм), то о влиянии высокой осмоляльности на клеточные системы детальные сведения практически отсутствовали. Имелось лишь указание на то, что эндотелиальные клетки (ВСЕ) можно выдерживать в течение 10 - 20 минут при 37°С в питательной среде ДМЕМ с добавлением 2М мочевины и 0,5% телячьей сыворотки без заметного лизиса клеток. Осмоляльность такой среды ориентировочно составляет 2300 mOsm.

Чтобы прояснить ситуацию, были предприняты эксперименты, результаты которых представлены на рис.4.4.*)



*)Здесь и далее опыты с клеточными культурами проводились Л.Д.Мартынец с участием Г.П.Трошковой и Кировой Е.

Различные значения осмоляльности питательных сред создавались посредством добавления солевой системы, обычно используемой для приготовления питательных композиций - NaCl, KCl, Na2HPO4, CaCl2 и MgSO4 без изменения их индивидуальных соотношений.

Последнее замечание в строгом соответствии с теорией мягких косметологических воздействий было предназначено для устранения такого явления, как "элементный коллапс", существование которого можно было предположить. Действительно, если бы мы пытались воздействовать на клеточную систему посредством добавления к питательной среде только NaCl, то с очень большой долей вероятности (при длительном воздействии) могло измениться фундаментальное для функционирования клеточных систем соотношение К+/Na+, влияющее, в первую очередь, на работу натрий-калиевых насосов в клеточных митохондриях. В соответствии с этим можно было бы ожидать ухудшения обеспечения клеток энергией и снижения их митотической активности. Поэтому, чтобы избежать проявления дополнительных эффектов, прямо не связанных с осмотическим воздействием, и использовалась указанная солевая система, отвечающая содержанию макроэлементов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) в плазме крови человека. Обратим особое внимание на данное обстоятельство, а в дальнейшем это можно проверить.

Клетки ЛЭЧ были выбраны в качестве модельной системы не случайно - их объединяет с клетками эпидермиса то обстоятельство, что и те и другие испытывают на себе прямое действие кислорода воздуха. Поэтому можно полагать, что эти клеточные системы будут в значительной степени отличаться от клеток, расположенных внутри организма и не испытывающих прямое действие молекул кислорода, не связанных с гемоглобином. Обоснование выбора клеточной системы будет описано в дальнейшем.

Представленные на рис.4.4 данные свидетельствуют о том, что при длительном воздействии значений осмоляльности около 500 mOsm клеточная система деструктурируется. Это означает, что увеличение содержания солей в 1,5-2 раза может привести к гибели клеток. В принципе, можно было бы принять, что предельно допустимым значением осмоляльности, создаваемой неорганическими солями, является величина, близкая к 380 mOsm.

Однако, на наш взгляд, необходимо рассмотреть возможность разбавления компонентов косметического средства в процессе миграции через структуры эпидермиса (см. п.4.4).

Рисунок 4.4 Изменение относительных ростовых характеристик клеток легких эмбриона человека (ЛЭЧ) в зависимости от осмоляльности питательной среды, создаваемой неорганическими солями

Изменение относительных ростовых характеристик клеток легких эмбриона человека (ЛЭЧ) в зависимости от осмоляльности питательной среды, создаваемой неорганическими солями

где ИПi и ИПk соответствуют индексам пролиферации клеток в опытной и в контрольных средах, соответственно.

4.4. Оценка возможности снижения концентраций компонентов косметического средства в процессе преодоления трансэпидермального барьера

Для ответа на этот вопрос вспомним приводимые ранее данные о том, что масса эпидермиса на поверхности тела (примерно 1,5-2 м2) равняется примерно 500 г. Из этого следует, что вес 1 дм2 составляет около 2,5 г.

Известно, что содержание воды в коже колеблется от 62 до 71% (примерно 67%). Тогда в 1 дм2 содержится примерно 1,67 г H2O.

Допустим, на 1 дм2 кожи нанесли 0,1 г кремовой композиции.

Предположим, что 80% компонентов косметического средства преодолели трансдермальный барьер. Тогда их количество, вошедшее в эпидермис, составит 0,1·0,8=0,08 г.

Допустим также, что 0,08 г компонентов крема равномерно распределилось по всему объему эпидермиса. Тогда максимальное разбавление компонентов после первого нанесения крема составит величину, приблизительно равную 20 (1,67:0,08=20,9).

Понятно, что указанная величина зависит, в первую очередь, от справедливости сделанных допущений. Так, она должна, по-видимому, уменьшаться при увеличении количества наносимого крема. Однако, очевидно, что при этом должен существовать некоторый предел для такого уменьшения, так как избыточные количества кремовой композиции могут оставаться на поверхности кожи. Так, например, если вместо 0,1 г крема на 1 дм2 нанести 0,5 г, то рассчитанная выше величина максимального разбавления, несомненно, снизится, но не в 5 раз, а, допустим, в 2 или в 3 раза. Тем не менее, приведенные выше соображения свидетельствуют о том, что при первом нанесении компоненты косметической композиции после преодоления эпидермиса за счет смешивания с водой (межклеточной жидкостью), содержащейся в эпидермисе, могут быть разбавлены в 5 - 20 раз.

Однако после второго и последующих нанесений крема ситуация дополнительно осложняется тем обстоятельством, что исходные структуры эпидермиса уже после первого нанесения оказываются насыщенными компонентами крема. Это должно приводить к драматическому снижению величины степени разбавления в процессе второго и последующих нанесений крема на один и тот же участок кожи. Действительно, если вспомнить схему строения эпидермиса и систему подпитки его клеточных культур, то только в районе расположения самых нижних клеток (базальный слой), питание и удаление продуктов жизнедеятельности которых осуществляется принудительным образом с участием лимфатической и кровеносной систем, можно ожидать достаточно быстрое снижение концентрации компонентов кремовой композиции. В отличие от этого клетки шиповидного и зернистого слоев эпидермиса находятся в окружении "застойной" жидкости, включенной, например, в гель гиалуроновой кислоты. Обмен компонентов этой "застойной" зоны с плазмой крови и лимфой принципиально затруднен именно в силу того, что вода в межклеточном пространстве находится в структурированном (гелеобразном) виде. В этой связи для прояснения поставленного вопроса, на наш взгляд, необходимо рассмотреть возможность вымывания внедренных в эпидермис компонентов кремовой композиции при умывании и осуществлении иных водных или очистительных процедур. Можно полагать, что, по крайней мере, часть молекул воды, локализованных в микрокапиллярах рогового и блестящего слоев эпидермиса, обмениваются при умывании. Можно также предположить, что после каждой водной процедуры в соответствии с образовавшимся градиентом концентраций компоненты кремовой композиции, локализованные в более глубоких слоях эпидермиса, начнут обратное движение к поверхности кожи. Таким образом, может осуществляться вымывание компонентов кремовых композиций из эпидермиса. К сожалению, мы не имеем сведений о скоростях и глубине такого вымывания, необходимых для оценки эффективности водных процедур и их влияния на величину возможного разбавления компонентов.

Поэтому приходится констатировать, что с позиции теории мягких косметологических воздействий, предусматривающей максимальное сохранение клеточных систем кожи и улучшение условий их функционирования, следует придерживаться точки зрения, не предусматривающей возможность какого-либо разбавления косметических композиций при преодолении эпидермиса. Такой вывод является справедливым при конструировании композиций для повседневной обработки кожи. Однако нет никакого сомнения в том, что обработка кожи косметическими композициями, содержащими солевые системы с величинами осмоляльности более высокими, чем стандартное значение осмоляльности (примерно 300 mOsm), не просто возможна, но и может оказаться полезной (особенно это относится к чередованию гипо- и гиперосмотических воздействий).

Таким образом, мы вплотную приблизились к вопросу о том, какие вещества необходимы клеткам для их комфортного существования. Применительно к базальным клеткам эпидермиса этот вопрос трансформируется в определение того, что требуется клеткам для их деления.

4.5. Осмотическое воздействие в качестве одного из механизмов действия "энхансеров"

Рассматривая взаимодействие солевых систем с эпидермисом, можно было полагать, что и другие компоненты, используемые в косметических композициях, могут влиять на клеточные системы аналогичным образом. Более того, для подтверждения влияния на клеточные системы именно осмоляльности необходимо было показать, что воздействие веществ, принципиально отличающихся от солевых систем по молекулярной структуре, подчиняется той же закономерности, которая обнаружена для солевой системы (см. рис.4.4).

Проведенные нами эксперименты с клеточной культурой ЛЭЧ свидетельствуют о том, что влияние таких веществ, как этиловый спирт и глюкоза с хорошей точностью описывается кривой, представленной на рис 4.4 (см. также гл.5). Это означает, что механизмы действия и неорганических солей, и спирта, и глюкозы на клеточную культуру идентичны. Таким образом, установлено, что у этилового спирта, по крайней мере, при небольших концентрациях, отсутствуют какие-либо иные механизмы взаимодействия с клеточными системами, кроме осмотического воздействия. Это обстоятельство позволяет предполагать, что механизм влияния на клеточные культуры таких веществ, как изопропиловый спирт, этиленгликоль и пропиленгликоль, при аналогичных концентрациях также может объясняться осмотическим воздействием. Детальное рассмотрение этого вопроса см. в гл.5.

Все перечисленные выше органические соединения (включая глюкозу) являются спиртами. Влияние некоторых из них (в частности пропиленгликоля) на проницаемость кожи тщательно изучалось. Так, например [13], было показано, что в присутствии неионных поверхностно активных веществ типа производных полиоксиэтилена добавление к системе 20% пропиленгликоля значительно увеличивает содержание в плазме крови животных вводимого с системой (кремовой композицией) через кожу вещества (пироксикама). Причём проницаемость кожи гвинейской свинки при использовании добавки 20% пропиленгликоля оказалась значительно более высокой по сравнению с величинами добавок полиэтиленгликоля 0, 5, 10 и 15%. Сопоставим возможные величины дополнительной осмоляльности (осмолярности), вносимой в систему добавками пропиленгликоля.

Учитывая, что молекулярная масса пропиленгликоля равна 76, то дополнительные вклады в осмоляльность (в пересчёте на 1 л раствора) или в осмолярность (в пересчёте на 1 кг кремовой основы) составит 0, 658, 1326 и 1974 mOsm при 0, 5, 10 и 15% добавках, соответственно, а для 20% добавки пропиленгликоля - 2632 mOsm.

Не очень понятно, почему авторы исследования остановились на величине добавки 20%. Можно было полагать, что дальнейшее повышение концентрации пропиленгликоля также будет способствовать увеличению проницаемости.

Необходимо заметить, что, на наш взгляд, представленная на рис.4.4 кривая отражает фундаментальную зависимость, характеризующую воздействие разнообразных веществ на клеточные системы. Ее фундаментальный характер связан, в первую очередь, с тем обстоятельством, что совершенно разные по своему строению вещества одинаковым образом проявляют себя по отношению к клеточной тест-системе (см. выше). Напрашивается вывод о возможности градуировки специфических эффектов влияния биологически активных веществ на клеточные культуры по отношению к кривой, описываемой чистым осмотическим взаимодействием.

Однако, в отдельных случаях, когда добавляемое вещество является питательным ингредиентом, удовлетворяющим потребности клеточной системы (не оптимальная питательная среда), или в том случае, когда добавляемое вещество может, например, усилить клеточную мембрану, снижая вероятность неблагоприятного осмотического воздействия на клетку, можно ожидать сдвига этой кривой в область больших значений осмоляльности.

Действительно, в случае с глицерином оказалось (ср. рис.4.4 и 4.5), что по сравнению со стандартной зависимостью ростовых характеристик клеток от осмоляльности произошел сдвиг кривой примерно на 300 мОсм/л*)



*)На рисунке представлены результаты нескольких экспериментов, проведенных разными группами исследователей.

в сторону больших значений осмоляльности.

Рисунок 4.5 Изменение относительных ростовых характеристик клеток ЛЭЧ в зависимости от осмоляльности питательной среды, создаваемой глицерином

Изменение относительных ростовых характеристик клеток ЛЭЧ в зависимости от осмоляльности питательной среды, создаваемой глицерином

При рассмотрении представленных на рисунке 4.5 данных обращает на себя внимание аномально большой разброс точек при значениях осмоляльности выше 600 мОсм/л, соответствующих содержанию глицерина в питательной среде в концентрации выше 3%. Учитывая то обстоятельство, что в концентрированных растворах возможны разнообразные эффекты, связанные со структурированием воды или с образованием конгломератов растворенного вещества, мы предприняли попытку оценки такого рода эффектов в растворах глицерина в используемой для культивирования клеток питательной среде. Данные, представленные на рис.4.6, подтверждают наличие "положительного" эффекта, по-видимому, связанного со структурированием водной системы под действием глицерина, начиная с концентрации от 3-3,5% и далее. В этой области концентраций наблюдаются не только существенные отклонения от теоретически рассчитанных величин, но и заметная невоспроизводимость результатов от опыта к опыту. В отличие от этого в интервале концентраций глицерина от 0 до 3-3,5% экспериментальные и теоретически рассчитанные значения осмоляльности практически совпадают.

Рисунок 4.6 Зависимость осмоляльности питательной среды от концентрации добавляемого глицерина

Зависимость осмоляльности питательной среды от концентрации добавляемого глицерина

В расчетах суммировались значения осмоляльности, создаваемой глицерином, и остаточное значение осмоляльности питательной среды. Например, для 3%-ного раствора глицерина в питательной среде суммарная величина осмоляльности (617 мОсм/л) включает две составляющих:

где 30 г/л - концентрат глицерина, 92 - его молекулярная масса и 1000 - коэффициент пересчета;

для питательной среды 300 0,97=291 мОсм/л, где 300 мОсм/л - исходная осмоляльность питательной среды, 0,97 - доля оставшейся питательной среды после замещения ее части 3%-тами глицерина. Более точным был бы расчет осмолярности, измеряемой в мОсм/кг. Однако при малых концентрациях различия величин осмоляльности и осмолярности практически не существенны.

Возвращаясь снова к обсуждению данных, представленных на рис.4.5, попробуем рассмотреть возможность участия глицерина в подпитке клеточной системы.

Если предположение об участии глицерина в подпитке клеточной системы справедливо, то рассматривая точку А на рис.4.5 следует предположить, что на этом участке кривой на клетку осуществляются два разнонаправленных равных по силе действия:

- воздействие осмотическое, снижающее ростовые характеристики (Восм)

- воздействие питательное, улучшающее ростовые характеристики (Впит)

Для проверки высказанного предположения был проведен дополнительный эксперимент, в ходе которого приготовлена питательная среда с пониженной на 20% питательной ценностью. Это достигалось добавлением к нормальной питательной среде деионизованной воды в соответствующем количестве. Разбавленная таким образом "обедненная" среда содержала питательные ингредиенты (аминокислоты, витамины, соли, глюкозу) в количестве 80% по отношению к нормальной питательной среде. Однако одновременно с этим в эксперименте не была снижена концентрация добавляемой к питательной среде сыворотки крови крупного рогатого скота, в которой, вне всякого сомнения, также содержатся перечисленные выше питательные ингредиенты. Поэтому существенного снижения ростовых характеристик опытной среды по отношению к контрольной не произошло, хотя тенденция к снижению и проявлялась. Так соотношение индексов пролиферации опытной и контрольной питательных сред (ИПоп/ИПк) оказалось равным 0,96, что с учетом точности определения (примерно 10%) не достоверно отличается от единицы.

Однако на начальном участке кривой (до 500 мОсм), на котором экспериментальные и теоретически рассчитанные значения осмоляльности практически идентичны (см. рис.4.4), фиксировались заметные различия в величинах осмоляльности исходных питательных сред. Осмоляльность обычной питательной среды (312 мОсм) превышала величину осмоляльности "обедненной" питательной среды ориентировочно на 60 мОсм. Такое отличие считается в достаточной степени достоверным, так как ошибка измерения величин осмоляльности в этой области не превышает 3-5%.

В соответствии с изложенным можно было бы ожидать некоторого "отставания" точек из эксперимента №4 от других экспериментов. Однако этого не произошло. Конечно, в дальнейшем следует произвести повторные эксперименты, увеличив различия в питательной ценности и в осмоляльности исходных питательных сред.

С другой стороны, привлекательным является альтернативное объяснение наблюдаемого сдвига кривой в область больших значений осмоляльности, которое может заключаться в специфическом упрочнении клеточных стенок под влиянием молекул глицерина (см., например, рис.4.7).

И полученные результаты могут указывать на альтернативный механизм сдвига так называемой "фундаментальной" зависимости, представленной на рис.4.4, в случае добавок глицерина в сторону больших значений осмоляльности, связываемый со структурированием водных растворов и/или упрочнением клеточной стенки по отношению к осмотическим воздействиям. Нельзя исключить и того обстоятельства, что и другие полиолы (этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль и т.д.) в той или иной степени будут обладать аналогичными свойствами. Таким образом "фундаментальность" зависимости ростовых характеристик клеточной тест-системы от осмотической активности питательной среды можно поставить под сомнение. Поэтому можно сформулировать парадокс наличия фундаментальной зависимости и в дальнейшем попытаться решить его экспериментальным путем.

Как уже отмечалось ранее, клеточные системы, помещенные в питательные среды с низкими и высокими значениями осмоляльности, меняют свою морфологию, увеличиваясь (гипоосмотические условия) или уменьшаясь в размере (гиперосмотические условия). Крайним случаем гипоосмотических условий является обработка водой, в результате которой снижается проницаемость кожи (см. п.4.1). В соответствии с этими рассуждениями можно было ожидать, что в условиях гиперосмоса снижение размеров клеток шиповидного и зернистого слоёв будет сопровождаться увеличением проницаемости эпидермиса. На это, собственно говоря, и указывали результаты приведённых выше экспериментов с добавлением в кремовую композицию пропиленгликоля.

Рисунок 4.7 Схематическое изображение упрочения клеточных стенок под влиянием добавляемого в питательную среду глицерина

Схематическое изображение упрочения клеточных стенок под влиянием добавляемого в питательную среду глицерина

Где R1-R7 - алкильные фрагменты жирных кислот (моно-, ди- и триглицериды) и фосфатидилхолиновые остатки (лецитин) и т.п.

Можно было также полагать, что в тех случаях, когда гиперосмотические условия будут создаваться за счёт добавления солевых систем, проницаемость эпидермиса дополнительно увеличится за счёт изменения структуры микрокапиллярных каналов рогового и блестящего слоёв, так как при насыщении полостей каналов положительно заряженными ионами металлов (типа Na+) структуры каналов А и В, изображённые на рис.4.1, трансформируются в структуру Б (по механизму типа "флип-флоп") с тенденцией расширения диаметра канала за счёт электростатического отталкивания положительных зарядов, локализованных на атомах металла.

В целом, при добавлении солевых систем можно было ожидать увеличения проницаемости кожи как за счёт увеличения межклеточного пространства в шиповидном и зернистом слоях, так и за счёт трансформации структуры микрокапилляров в роговом и блестящем слоях эпидермиса.

Солевые системы являются удобными моделями для варьирования осмоляльности ещё и потому, что, имея относительно невысокие молекулярные массы (M.m. NaCl=58,5; M.m. CaCl2=111), они позволяют достигать высоких значений осмоляльности за счёт процессов диссоциации. Так, растворение в 1 л воды 76 г пропиленгликоля приводит к значению осмоляльности 1000 мОсм, в то время как растворение 58,5 г NaCl даёт значение осмоляльности 2000 мОсм, так как при диссоциации молекулы NaCl в воде образуются две осмотически активные частицы Na+ и Cl-.

Учитывая эти обстотельства, мы провели специальные эксперименты, направленные на выявление ожидаемых различий в проницаемости кожи для кремовых композиций на основе геля полиэтиленоксида, включающих различные количества солевых наборов, содержащих макроэлементы (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) в соотношении, аналогичном их относительному содержанию в плазме крови животных. Результаты проведённых экспериментов полностью подтвердили высказанное выше предположение. Крысиные хвосты были обработаны гипоосмотическим кремом (осмолярность <150 мОсм/кг) и гиперосмотическим кремом (расчётная осмолярность примерно 3000 мОсм/кг). Оба крема в своих составах имели флуоресцирующий краситель (акридиновый желтый) в одинаковой концентрации. После обработки кремами и выдерживания в течение определённого времени определялась глубина проникновения красителя. Как и ожидалось, в случае использования гипоосмотического крема краситель проник всего во второй-третий ряды рогового слоя хвоста, проявляясь в виде тонкого светящегося ореола. Действительно, данный эксперимент ничем не отличается от обычного увлажнения, так как кремовая основа содержала гель полиэтиленоксида, состоящий на 95% из воды. В случае использования гиперосмотической композиции молекулы красителя заполнили все 9 - 11 рядов чешуек рогового слоя крысиного хвоста. Светился весь срез хвоста до центрального хрящика.

Таким образом, было получено прямое подтверждение увеличения проницаемости кожи при внесении солевой системы в косметическую композицию.

Учитывая полученные данные и то обстоятельство, что аналогичное увеличение проницаемости наблюдалось (см. [13]) и при введении в кремовую композицию пропиленгликоля, который, по-видимому, как и другие спирты воздействует на клеточные системы посредством создания осмотического давления, можно полагать наличие определённой связи между осмолярностью кремовых композиций и проницаемостью кожи.

В соответствии с этим можно также полагать, что достаточно большая группа так называемых "энхансеров" (см., например [12]) состоит из веществ, механизм действия которых на кожу определяется создаваемой ими осмолярностью кремовых композиций.

К сожалению, в настоящий момент мы можем только догадываться о более тонких деталях зависимости проницаемости кожи от величины осмолярности используемой кремовой композиции. Например, можно предположить наличие некоторого порогового значения осмолярности, после достижения которого величина проницаемости кожи не будет существенно меняться (выход зависимости "на плато"). И ещё более важным, на наш взгляд, с позиций теории мягких косметологических воздействий является ответ на вопрос - какова предельно допустимая величина осмолярности кремовой композиции. Для ответов на поставленные вопросы требуются дополнительные целенаправленные исследования.

В гл. 7 будет предпринята попытка расчётной оценки величин осмолярности ряда известных косметических средств (см. также Приложение 1).

4.6. Некоторые косметологические заблуждения, связанные с недооценкой ограничений проницаемости кожи

Сведения, подтверждающие наличие предела проницаемости кожи (см. выше), позволяют выявить некоторые распространённые заблуждения. Весьма отчётливо они проявляются при обсуждении влияния на кожу высокомолекулярных веществ, составляющих основу косметических препаратов (см. гл.10). Так, гиалуроновой кислоте, хитозану и его производным, алоэ вера гелю и другим гелеобразующим системам приписываются совершенно невероятные (с учётом величин их молекулярных масс) свойства, например, способность достигать нижние слои эпидермиса со стимулированием клеточной иммунной системы. Надеюсь, что обсуждение этих вопросов в разделе, посвящённом основам косметических кремовых композиций, поставит, если не все, то, по крайней мере, большинство точек над "i".

А сейчас ограничимся кратким перечнем работ, в которых, по нашему мнению, используются представления, противоречащие существованию предела проницаемости кожи.

Так, в соответствии с всеобщим заблуждением относительно Aloe vera, добавки которого к косметическим и медицинским препаратам обладают магической способностью лечить ожоги, раны и снимать боль, автор сообщения [14] не задумывается о том, какие именно компоненты сложной системы препарата ответственны за проявление его "магических свойств" (см. также [15]).

Более определённо высказываются авторы уже цитируемого сообщения [1], называя препараты коллагена, эластина и кератина биоактивными дисперсными системами белкового происхождения, оценивая их в качестве сырья для отечественной косметологической промышленности.

Учитывая высокие значения молекулярных масс перечисленных выше белковых молекул, можно согласиться только частично с приписываемой им биоактивностью. Очевидно, активность этих молекул, вводимых в косметические композиции, может быть связана с тем, что, оставаясь на поверхности кожи, они могут удерживать воду (гидратирующее действие), выступать в роли "депо", постепенно освобождая сорбированные на белковых молекулах низкомолекулярные компоненты косметических средств и т.п. Однако их непосредственное влияние на внутренние структуры эпидермиса и кожи в целом можно поставить под сомнение.

В этой связи лично мне нравится чёткая позиция фирмы "Doctor Nature", которая в рекламном проспекте на дневной увлажняющий крем, содержащий гиалуроновую кислоту, прямо указывает единственную роль этой тоже "биоактивной" добавки - гидратирующее действие. И больше ни слова! А теперь рассмотрим другие мнения. Так в подборе "Некоторые ингредиенты животного происхождения в косметике" ("Косметика и медицина" 1998(4) с.58-60, жалко, что без ссылок на автора!) приводится мнение о том, что гиалуроновая кислота "предотвращает образование нерастворимого коллагена, приостанавливая таким образом появление морщин". Так как возникновение сшивок в молекуле коллагена в процессе старения организма (см. гл.9), ведущих к появлению нерастворимого коллагена, связывают, в первую очередь, с протеканием процесса перекисного окисления липидов, то, по-видимому, гиалуроновой кислоте следует приписать наличие антиоксидантной активности, блокирующей этот процесс. Ну, что же - вполне может быть. Однако ввиду того, что коллагеновый матрикс в основном локализован во втором слое кожи (дерме), то автоматически вслед за анонимным автором следует предположить, что гиалуроновая кислота (M.м. примерно 1000000) обладает способностью преодолевать трансэпидермальный барьер, вступая в контакт с молекулами коллагена. На наш взгляд, это абсолютно нереально и поэтому лучше придерживаться разумного подхода разработчиков фирмы "Doctor Nature". Такой же позиции придерживается автор работы [16], справедливо полагая, что область её влияния на кожу ограничена роговым слоем.

Кажется, что с этим мнением многие не согласны. Цитирую авторов работы [17]: "Оказалось, что представление о гиалуроновой кислоте только как о гигроскопическом биополимере, который заполняет и увлажняет межклеточное пространство, не совсем верно, её истинная роль гораздо сложнее и многограннее". В подтверждение приводится масса примеров, которые следует разделить на две основные группы:

- факты, относящиеся к роли гиалуроновой кислоты, уже содержащейся в организме животного;

- факты, свидетельствующие о роли гиалуроновой кислоты в заживлении ран.

Аналогичные доводы приводят авторы обзора [18], подчёркивая её ранозаживляющее и противовоспалительное действие. Переходя к рассмотрению свойств гиалуроновой кислоты в составе косметических препаратов, авторы отмечают тот факт, что "сама гиалуроновая кислота остаётся на поверхности кожи, регулируя её влажность". Однако затем они, вроде бы, меняют прежнюю точку зрения, сообщая о том, что "гиалуроновую кислоту применяют в составе косметических композиций для усиления обменных процессов и ускорения репаративной регенерации тканей: Она влияет на процессы старения кожи и приводит ее в благоприятное состояние". Далее авторы обзора ссылаются на примеры использования препаратов, содержащих фрагменты гиалуроновой кислоты с молекулярной массой от 100 до 200 и от 50 до 800 кDa.

На основании всего вышеизложенного можно обсуждать, по-видимому, только возможность преодоления трансэпидермального барьера фракцией фрагментов гиалуроновой кислоты до 100 кDa. А причины определенной путаницы в обсуждении проявления её свойств, на наш взгляд, могут быть связаны с тем, что гиалуроновая кислота, являясь сетчатым полимером, может образовывать клатратные соединения (типа соединений - включения) с разнообразными низкомолекулярными веществами. Поэтому истинный состав препаратов гиалуроновой кислоты чаще всего остается неизвестным. Это позволяет предположить, что, по крайней мере, некоторые проявления ее биологической активности в косметических препаратах, наносимых на неповрежденную кожу, могут определяться низкомолекулярными примесями (см. также гл. 10).

На наш взгляд, целесообразно также обсудить вопрос, связанный с добавками дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) к косметическим препаратам. Известно, что большая часть ДНК природного происхождения имеет молекулярную массу выше 106 Da. Поэтому обстоятельства, относящиеся к пределу проницаемости кожи, обязаны ограничивать биологическую активность препаратов, содержащих полноценные молекулы ДНК и наносимых на неповрежденную кожу. Остается только упомянуть о работах, в которых наблюдается положительный эффект косметических препаратов, содержащих высокомолекулярные фрагменты ДНК. Например, в сообщении [19] говорится о включении производного ДНК, выделенного из молок осетровых рыб, в косметические средства и о положительном влиянии этих средств на пациентов с увядающей кожей.

Не подвергая сомнению наличие положительного эффекта при изучении указанных средств, мы можем полагать, что основным параметром, улучшающим состояние кожи пациентов, является способность ДНК удерживать влагу.

Отметим также работу [20], в которой в качестве потенциального сырья для косметических препаратов предлагается "высокомолекулярный гликопротеин - фибронектин, содержащийся на клеточных поверхностях, в базальных мембранах и биологических жидкостях, в частности, в плазме крови". На основании определенных характеристик этого препарата (увеличение процента адгезии и распластывания клеток на коллагеновых подложках при добавлении фибронектина в ростовую среду) автор рекомендует "использование этого белка, наряду с коллагеном, как биологически активную добавку к косметическим средствам для ухода за кожей лица."

Кажется, что и в этом случае мы имеем дело с заблуждением, основанным на предположении, что высокомолекулярные вещества каким-то образом способны преодолевать трансэпидермальный барьер.

Блажен, кто верует! И все-таки необходимы достоверные экспериментальные доказательства. В соответствии с приведенными выше рассуждениями, эксперименты с введением метки в молекулу высокомолекулярного вещества должны сопровождаться обязательным строгим доказательством его индивидуальности.

Любопытное сообщение представителей корпорации "Низар" [21] касается возможности использования в косметических препаратах субклеточных фрагментов, к которым авторы относят белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, митохондрии, микросомы, рибосомы, эндоплазматический ретикулум и др. К сожалению, подчеркивая биологическую активность перечисленных субклеточных фрагментов и полагая их положительное влияние на состояние кожи, авторы не поясняют механизм ожидаемого влияния. Если в случае белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов возникает вопрос о невозможности их проникновения во внутренние структуры кожи, то что можно говорить о клеточных органеллах типа митохондрий, рибосом и т.п., размеры которых в тысячи и десятки тысяч раз превышают размеры молекул самых высокомолекулярных биополимеров. И в этих случаях не исключено, что определяющую роль в проявлении положительного эффекта, декларируемого авторами разработки, играют низкомолекулярные составляющие клеточных органелл.

Здесь мы вплотную подходим к вопросу о липосомах и других подобных образованиях.

4.6.1.Липосомы, наночастицы и т.п.

Проблема проницаемости кожи весьма выпукло предстает перед нами при обсуждении липосомальных кремовых композиций. Липосомальная частица в классическом варианте представляет собой сферическую структуру (см. рис.4.8).

Небольшой объем водного раствора, содержащего вещество А, отделен от окружающей среды бислойной липидной мембраной, состоящей из соевого или яичного лецитина с включением других липидов - фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина, холестерина и т. д. Молекулы лецитина и других фосфолипидов имеют полярную "головку", обладающую высокой гидрофильностью (сродство к воде), и липофильные фрагменты жирных кислот (липофильный "хвост"). Полярные "головки" молекул фосфолипидов внутреннего слоя мембраны регулярным образом направлены в сторону внутреннего водного раствора, в то время как липофильные "хвосты" наружного и внутреннего слоев бислойной мембраны взаимодействуют друг с другом (подобное растворяется в подобном).

Рисунок 4.8 Стилизованное изображение липосомальной частицы

Стилизованное изображение липосомальной частицы

Липосомальные формы препаратов создаются специально для доставки биологически активных веществ к клеточным системам организма. Допустим, какой-нибудь медицинский препарат пептидной природы при введении в кровеносную систему не успевает достичь мелких капилляров, то есть претерпевает превращение под действием ферментов крови (например, протеаз). Или, например, каким образом сохранить (доставить в кровь) такой препарат как интерферон, являющийся пептидом, при его введении через желудочно-кишечный тракт? Поэтому возникла оригинальная идея - защитить медицинский препарат двуслойной липидной мембраной. Таким образом, основное действующее начало липосомальных препаратов должно содержаться внутри липосомы (в водном растворе). Такая липосомальная частица, мигрируя по кровеносному руслу или попадая в желудок человека и испытывая на себе действие желудочного сока и ферментов, может быть, даже постепенно "раздеваясь" и теряя бислойную мембрану, увеличивает время жизни медицинского препарата и повышает вероятность его доставки к клеточным системам организма.

Можно себе представить также ситуацию, когда липосомальный фрагмент, завершив путь по кровеносному руслу, в конечной капиллярной петле вытекает вместе с плазмой крови в межклеточную жидкость и соприкасается с клеточной мембраной. Так как двухслойная мембрана липосомальной частицы имеет сродство (аналогична) клеточной мембране, то может произойти их слияние и внутреннее содержание липосомы как бы впрыскивается внутрь клеток (см. рис.4.9).

Рисунок 4.9 Стилизованное изображение слияния липосомальной частицы с клеткой

Стилизованное изображение липосомальной частицы

Естественно, что результатом взаимодействия липосомальной частицы с клеткой будет не только процесс слияния. Рассматриваются и другие возможные варианты взаимодействия: адсорбция на клеточной поверхности, обмен липидов с клеточной мембраной, захват липосом без разрушения в ходе эндоцитоза (см., например, [22]).Однако можно полагать, что эти варианты либо предшествуют слиянию, либо при рассмотрении брутто-процесса результатом взаимодействия является появление в клеточном цитозоле веществ, вводимых в липосомы.

Достоверно установлена практическая необходимость использования липосомальных форм медицинских препаратов. В качестве примера можно привести запатентованную сотрудниками Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" липосомальную форму препарата "Реаферон", позволяющую вводить этот генно-инженерный аналог интерферона в организм человека перорально без заметного снижения активности.

В отличие от медицинских косметические препараты наносятся только на поверхность кожи, и поэтому важнейшим вопросом является способность липосомальных частиц преодолевать трансэпидермальный барьер. Современная технология производства липосом позволяет получать частицы с размерами не ниже 100 нм. Обычно размеры липосом колеблются от 200 до 600 нм. Однако эти значения в десятки раз превышают размеры вирусов, в том числе и оболочечных, окруженных липидной мембраной, не способных проникать через неповрежденную кожу (см. выше). Поэтому трудно представить себе механизм преодоления гигантской липосомальной частицей микрокапилляров рогового и блестящего слоев эпидермиса. Разработчики липосомальных косметических препаратов полагают, что липосомальная частица обладает способностью деформировать свою структуру в процессе преодоления микрокапилляров (см. рис.4.10).

Рисунок 4.10 Схематическое изображение "способности" липосомальной частицы деформировать структуру в процессе преодоления микрокапилляра

Схематическое изображение

Попробуем оценить вероятность такого события. Предположим, что исходная липосомальная частица (Лисх) имеет средний диаметр около 400 нм. Объем частицы сферы при этом составит

примерно 33,5·106 нм3. После деформации частицы за счет размещения её в микрокапилляре объем деформированной частицы цилиндра может быть выражен в соответствии с формулой

,где Rдеф является радиусом отверстия микрокапилляра, а L - длина цилиндра. Так как мы исходим из предположения о том, что липосомальная частица при внедрении в микрокапилляр не разрушается, то Vисх=Vдеф. Отсюда

Принимаем, что радиус микрокапилляра составляет примерно 5 нм, тогда

Полученное значение более чем в 20 раз превышает толщину рогового слоя и примерно в десять раз - суммарную толщину рогового и блестящего слоев эпидермиса. Это означает, что, извиваясь в виде своеобразного "червячка" (повторяя изгибы микрокапилляров), деформированная липосомальная частица (Лдеф) должна заполнить смежные микрокапилляры рогового и блестящего слоев и, при этом, часть липосомального фрагмента или останется на поверхности кожи, или проникнет в зернистый, шиповидный слои эпидермиса и далее. У нас нет фактов, которые могли бы подтвердить или опровергнуть возможность реализации такого механизма преодоления трансэпидермального барьера. Отметим, однако, что для его реализации требуется, чтобы бислойная липидная мембрана липосомы имела высокую эластичность и прочность.

Аналогичным образом рассмотрим вероятность размещения Лдеф в микрокапилляре, имеющем радиус около 5 нм с учетом толщины удлиненной частицы. Если диаметр Лдеф равен диаметру микрокапилляра с ориентировочным значением 10 нм, то на этом расстоянии необходимо разместить две бислойные липидные мембраны и при этом между ними должен остаться промежуток для размещения внутрилипосомального водного раствора и для предотвращения слипания мембран, которое, в принципе, может вести к дроблению липосомальной частицы на более мелкие фрагменты. Принимая во внимание, что фосфолипиды, образующие бислойные мембраны, имеют длинноцепочечные жирнокислотные "хвосты", состоящие из 16-22 метиленовых (СН2) фрагментов, можно ориентировочно оценить толщину бислойной мембраны. Учитывая то обстоятельство, что длина ординарной связи С-С составляет примерно 1,54 A (или 0,15 нм), а двойной связи С=С - примерно 1,42 A (или 0,14 нм) и углы между атомами углерода в жирнокислотном фрагменте равняются 109° (для насыщенных связей) и 120° (для ненасыщенных связей), толщина бислойной мембраны составит около 5-6 нм. Следует отметить условности такого рода расчетов, так как, например, ранее при обсуждении строения чешуек рогового слоя приводилась толщина однослойной мембраны, равная 12-15 нм. А ведь нам необходимо разместить в микрокапилляре с диаметром около 10 нм две такие бислойные мембраны и сохранить пространство для размещения внутрилипосомального водного раствора. Эти достаточно простые арифметические расчеты, которые, конечно, грешат некоторой неточностью, указывают, тем не менее, на возможные затруднения в объяснении механизма преодоления трансэпидермального барьера липосомальными частицами. Не затрагивая деталей этого механизма, связанных с возможностью деформации бислойной мембраны по толщине под внешним воздействием, а также экспериментально установленный факт слияния двух липидных мембран при их сближении, можно сформулировать парадокс, связанный с механизмом транспорта липосом через неповрежденную кожу. Образно говоря, эта проблема напоминает известную задачу о протаскивании верблюда через игольное ушко. Поэтому назовем этот парадокс парадоксом верблюда и игольного ушка.

В дискуссиях об "особом статусе" липосомальных косметических препаратов часто возникает вопрос о том, почему они нашли такое широкое распространение и почему очень известные и, несомненно, уважаемые косметологические фирмы считают своими долгом выпускать такого рода косметику? В России проводником липосомальной идеологии и соответствующей технологии производства является фирма "Низар". По-видимому, в мировой практике существует большое количество разработок, использующих свойства бислойных липидных мембран образовывать везикулы ("пузырьки"), часто называемые липосомами (см., например, [23, 24]). Ответа на поставленные вопросы мы не имеем. Попробуем вместе с читателем "пройтись" по парадоксальным домыслам, экспериментальным данным и утверждениям разработчиков липосомальных косметических препаратов.

В водных системах, содержащих вещества, способные образовывать липидные мембраны, возможно два варианта ассоциации этих веществ. Один вариант связан с образованием "истинных" липосом (см. рис.4.8). Другой вариант ассоциации липидов в водной системе может быть связан с образованием, так называемых, наносом (nanosomes, niosomes и т.д.), которые представляют собой мельчайшие сферы, состоящие из липидов, не имеющие, в отличие от липосом, внутреннего водного резервуара и отделенные от внешней водной среды монослойной липидной мембраной (см. рис.4.11). Образование таких частиц, по-видимому, является энергетически оправданным, так как необходимость структурирования (снижения энтропии системы) проявляется только в организации поверхностного ламинарного монослоя, в то время как внутренние молекулы, содержащиеся в сфере, располагаются хаотично.

Рисунок 4.11 Схематическое изображение наночастицы (наносомы)

Схематическое изображение наночастицы (наносомы)

Можно полагать, что наночастицы образуются при интенсивном физическом воздействии на липосомальные структуры (например, с помощью ультразвука) и что вероятность их образование увеличивается при увеличении относительного содержания липидов (жиров) в исходной системе, предназначенной для получения везикул (пузырьков) и/или липидных сфер. На рис.4.12 схематично представлен предполагаемый постадийный процесс образования липосом и наночастиц.

Рисунок 4.12 Возможная схема образования липосом и наночастиц в процессе обработки липидно-водных систем ультразвуком

Возможная схема образования липосом и наночастиц в процессе обработки липидно-водных систем ультразвуком

Принимая такую схему, учитывающую то обстоятельство, что наночастицы могут образовываться при разрушении липосомальных частиц, а также приведенные выше рассуждения о возможных размерах липосомальных фрагментов следует предположить, что диаметр наночастиц может быть принципиально более низким.

Часто разработчики косметических препаратов объединяют липосомы и наночастицы под одним обозначением - "везикулы". Так в патенте фирмы Л`Ореаль [24] говорится о том, что везикулы обычно имеют средний диаметр между 10 и 5000 нм. Однако нам неизвестны случаи строгого доказательства того, что липосомы (собственно "везикулы" - пузырьки) имели бы размеры меньше 100 нм (обычно их диаметр не ниже 300 нм). А вот липидные сферы (наночастицы) могут иметь диаметр около 10 нм.

Основная суть цитируемого патента заключается в том, что авторы получают либо одновременно, либо в отдельности два вида частиц. Первая категория - это липосомы, предназначенные для доставки активного агента в глубокие слои кожи, а вторая категория - липосомы для доставки в поверхностные слои кожи. Для обеих категорий препаратов были определены следующие сравнительные характеристики:

- глубина проникновения активного агента;

- потенциал инкапсуляции.

Глубина проникновения активного агента определялась посредством использования органического вещества, которое находилось в свободно-радикальном состоянии и его присутствие в тех или иных слоях кожи (ухо свиньи) определялось с помощью известного метода электронного парамагнитного резонанса. Следует заметить, что вещество (N-(1-оксил-2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидил)-N,N-диметил-N-гидроксиэтиламмоний иодид), обладало амфотерными свойствами, то есть имело сродство к полярным молекулам, например, к воде, а наличие углеводородного цикла с четырьмя метильными фрагментами могло определять его сродство к липидам. Кроме этого, биофизические исследования свидетельствуют, что чем меньше диаметр сферы, верхний слой которой образован из регулярно расположенных полярных групп, тем прочнее образующиеся в процессе сольватации на поверхности сферы ионные пары и, наоборот, для больших сфер прочность связывания полярных молекул (ионов) с поверхностью снижается.

Поэтому установленная авторами разработки предельная величина константы диффузии (>1·10-72с-1) может относиться к новому состоянию системы, включающему большое количество липидных сфер (наночастиц). Такие частицы, вне всякого сомнения, более подвижны по сравнению с липосомами и их проникающая способность достаточно высока, что и фиксируется экспериментами с меткой, которая, как уже отмечалось выше, с одной стороны, обладает определенной липофильностью, а с другой стороны, способна образовывать достаточно прочную (ионную и/или водородную) связь с поверхностью сферы.

Остается объяснить приводимые авторами данные по инкапсулированию глюкозы. Степень инкапсулирования измеряется количеством раствора глюкозы, инкапсулированного в "везикулах" (это могут быть как липидные сферы, так и липосомы), измеряемого в мкл на единицу веса липидов, составляющих мембрану (или входящих в состав сфер). Ее определяют немедленно после отделения свободной глюкозы (не вошедшей в капсулы), а также спустя 24 часа после отделения. Разность между этими двумя последовательными измерениями иллюстрирует проницаемость (а скорее стабильность) капсул и может считаться их потенциалом инкапсулирования (или потенциалом стабильности). Естественно, что и абсолютные величины степени инкапсулирования (хотя при этом нужны точные данные по исходной концентрации глюкозы в обоих экспериментах), и потенциалы инкапсулирования (или потенциал стабильности для капсул малого размера) оказались более высокими, чем для капсул большего размера. А теперь рассмотрим сродство молекул глюкозы к ингредиентам, входящим в состав капсул, используемым разработчиками фирмы Л`Ореаль. В патенте представлены десять вариантов везикул, доставляющих активный агент в глубокие слои кожи (авторы называют их липосомами). В их составах содержатся триглицерилцетиловый эфир, смесь монотриглицерин-, ди- и трицетиловых эфиров, холестерин, сорбитана пальмитат, ПЭГ 8 стеарат, ПЭО 5 фитостерола, дистеарат полиоксиэтилен(20)метилглюкозы, диглицерилдистеарат, моно- и дистеараты сахарозы, тетреглицерилтристеарат. Простое перечисление этих ингредиентов, даже для неподготовленного читателя, позволяет сделать вывод о том, что глюкоза, являющаяся многоатомным спиртом (полиолом) имеет высокую степень сродства с указанными ингредиентами, содержащими большое число гидроксильных групп. В отличие от этого, основной "липидной" составляющей везикул второй группы является лецитин, концентрация которого варьирует от 100 до 20% или димиристилфосфат (95%). Эти вещества, способные образовывать бислойные липидные мембраны, образуют липосомы. При этом местом локализации глюкозы может являться внутренний водный резервуар липосомы, а также ее поверхность, с полярными группами которой возможно образование нестабильных водородных связей.

Таким образом, приведенные авторами работы [24] результаты исследований не могут опровергнуть предположение о том, что в случае препаратов, способных доставить вещество в глубокие слои кожи, они имели дело с наночастицами, в структуру которых и встраивалось активное вещество (будь это радикальная метка или глюкоза). В другом варианте они имели дело с весьма нестабильными липосомальными образованиями, не способными доставить свое содержимое в нижние слои кожи.

Конечно, можно задать сакраментальный вопрос - не важно как, но ведь метка и глюкоза оказались в глубоких слоях кожи? Ответ будет также соответствующий: а при чем здесь липосомы?

Итак, это наночастицы - и не просто наночастицы, а системы, содержащие вещества, способствующие повышению проницаемости кожи или так называемые энхансеры. И, если внимательно взглянуть на текст патента [24], то, вообще-то говоря, вы не найдете здесь доводов в пользу того, что авторы в случае высокоэффективных препаратов имели дело действительно с наночастицами, а не с обычной кремовой композицией, содержащей указанные ингредиенты. Вот что говорят об этом сами авторы: "Везикулы первой категории, так называемые везикулы глубокого действия, обычно находятся в жидком состоянии, при комнатной температуре обычно находятся в состоянии геля".

Видите, до чего можно дойти, анализируя шаг за шагом логическую последовательность рассуждений и результаты экспериментов, приводимых разработчиками весьма известной и уважаемой фирмы Л`Ореаль.

Однако, чаще всего мы сталкиваемся с рекламными буклетами фирм, начиненными бездоказательными выводами и утверждениями, из которых торчат хвосты совершенно не логичных рассуждений, напоминающих простой набор терминов, сваленных в одну кучу. И не приведи, Господи, попытаться разобраться в том, что в них написано. Оправдание одно: весь этот наукообразный мусор (за некоторыми исключениями) рассчитан на плохо подготовленного потребителя косметических препаратов. Поэтому и грохочут рекламные барабаны - липосомы, драгосомы, ровисомы, наночастицы, ниосомы и т.д. и т.п. Но отставим сентенции и вернемся к липосомальной форме косметических препаратов.

В качестве существенного довода в их пользу приводится всегда один и тот же эксперимент - метка, включенная в липосомальную систему, гораздо быстрее достигает глубоких слоев кожи, чем эта же метка, включенная в препарат, не содержащий липосом. Как было рассмотрено выше, во многих случаях (именно в экспериментах с меткой) отсутствуют точные доказательства того, что исследователи имеют дело действительно с липосомальной формой препарата. Современные методы позволяют установить это достаточно надежно (например, с помощью электронной микроскопии). С другой стороны, даже если установлен сам факт, что исследователи имели дело с косметическим препаратом в липосомальной форме, то в качестве контроля должна использоваться косметическая композиция аналогичного состава, не содержащая липосомальных фрагментов. И вот здесь возникают основные препятствия: некоторые разработчики утверждают, что получить такой состав невозможно, так как он обязательно будет содержать липосомы. Поэтому в качестве контроля обычно используется все, что угодно, но только не крем идентичного состава. Во всяком случае, нам не известен такой "чистый от спекуляций" эксперимент.

Таким образом, сформулирована проблема, которую можно обозначить как парадокс отсутствия контрольного эксперимента.

В любом варианте следует помнить о том, что существуют вещества, повышающие проницаемость кожи (энхансеры), к которым относятся все поверхностно-активные вещества (лецитины, гликоли и т.д.), и их наличие в составах испытуемых композиций следует обязательно учитывать.

Возвращаясь к сформулированному выше парадоксу верблюда и игольного ушка, следует заметить, что для него существует весьма простое объяснение, аналогичное тому, которое использовал герой восточных сказок - он протащил верблюда через ушко по кусочкам. На рисунке 4.15 представлена схема возможного объяснения взаимодействия липосомальных частиц с кожей.

Рисунок 4.13

В соответствии с этой схемой и вещество А, и вещество Б могут оказаться в глубоких слоях кожи, отщепляясь от липосомальной частицы в виде чередующихся бислойных и водных фрагментов. Однако, в этом случае реализацию представленной на рис.4.8 схемы слияния липосом с клетками можно поставить под сомнение.

4.7. Механизмы, определяющие движение веществ в верхнем слое кожи

При обсуждении данного раздела и других глав монографии в рамках проведения Заочной школы научной косметологии (2004-2005 гг.) выяснилась определенная "неустойчивость" представлений участников о механизмах, которые обеспечивают движение (перемещение) веществ в эпидермисе и недостаточность приводимого пояснительного материала. Это обстоятельство послужило причиной некоторого расширения обсуждения данного вопроса с привлечением достаточно простых пояснений.

В отличие от дермы и гиподермы, межклеточная жидкость, в которых участвует в принудительном движении, обеспечиваемом функционированием сердечно сосудистой и лимфатической системами организма, жидкость, заполняющая межклеточное пространство и капилляры верхних слоев эпидермиса, представляет собой более "устойчивую" (в отношении переноса веществ) систему. И, тем не менее, вещества, наносимые на кожу, способны преодолевать (как это показано выше) трансэпидермальный барьер.

Какие процессы обеспечивают их перемещение в глубинные структуры кожи и, соответственно, какие процессы способствуют перемещению "отработанных" веществ из глубины кожи к поверхности?

В первую очередь, следует учитывать протекание процесса переноса веществ, связанного с диффузией - диффузионный механизм переноса.

Представим себе прозрачный сосуд, заполненный водой, на поверхность которой мы осторожно (без встряхивания и сотрясений) нанесли небольшой слой водного раствора с красителем. Через некоторое время, которое можно зафиксировать, молекулы красителя, постепенно проникая в более глубокие слои чистой воды, распределятся равномерно по всему объему сосуда. Несмотря на то, что вещества, участвующие в диффузионных процессах, перемещаются во всех возможных направлениях (подтверждением служит броуновское движение), данный эксперимент демонстрирует суммарное направление движения молекул красителя из верхнего слоя сосуда в более глубокие слои.

Теперь попробуем изменить условия опыта таким образом, чтобы в нижней части сосуда оказался раствор красителя, а в верхней части - чистый растворитель. Результат этого опыта окажется аналогичным предыдущему - выравнивание концентрации красителя по всему объему сосуда (выравнивание градиента концентраций). Однако, суммарное движение молекул красителя в этом эксперименте направлено из нижнего слоя в верхний слой.

Таким образом, следует иметь в виду, что в системах, в которых перемещение веществ контролируется диффузией, суммарное направление перемещения конкретного вещества (ингредиента косметического средства) всегда определяется градиентом концентраций - движение из области высоких концентраций в область более низких. (Очень важное обстоятельство!)

На общую картину движения веществ в эпидермисе, контролируемую диффузией, несомненно, накладываются капиллярные эффекты и процессы, связанные с взаимодействием кожи с окружающей средой.

В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений наличие особых "капиллярных" эффектов, определяемых характером взаимодействия жидкости с внутренней поверхностью капилляров. Если жидкость способна смачивать внутренние стенки капилляра, то она втягивается в его полость. Но, если существует эффект, способствующий втягиванию жидкости в полость капилляра, то можно полагать, что капилляр, втянувший жидкость, труднее будет ее отдаать. Например, этот эффект может препятствовать ее испарению из капилляра. И, наоборот, при отсутствии эффекта смачивания она, как бы, выталкивается из полости капилляра и, соответственно, легче испаряется. Такие эффекты играют определенную роль при прохождении веществ через верхние (кератинизированный и блестящий) слои эпидермиса, а также в обмене влагой с окружающей средой, и определяются строением капилляров (см. выше).

У нас нет сомнений в том, что при пассивном механизме обмена всегда устанавливается определенное равновесие между количеством испаряемых молекул воды и поглощаемых кожей из воздуха, а при низких значениях влажности воздуха кожа представляет пористую структуру, недостаточно насыщенную водой. И это относится не только к воде.

Таким образом, пассивный механизм обмена функционирует при реализации равновесного процесса, когда количество вещества, внедряемого в кожу извне, равняется количеству этого вещества, выделяемого кожей.

Дополнительно рассмотрим еще один очень важный механизм, сопровождающий трансэпидермальный перенос веществ. Как уже отмечалось в предыдущей главе, межклеточное пространство в зернистом и шиповидном слоях эпидермиса заполнено биополимерами. Они, например, гиалуроновая кислота, находятся в этом пространстве в виде устойчивого геля, образующегося при насыщении биополимера с водной системой (межклеточной жидкостью). Поэтому молекулы веществ, преодолевшие капиллярную систему рогового и блестящего слоев, перемещаясь, например, в соответствии с градиентом концентраций (диффузионный перенос) находятся в постоянном взаимодействии с рассматриваемой межклеточной гелеобразной системой. Такие системы при перемещении через них смеси веществ обладают способностью "ранжировать" индивидуальные ингредиенты смеси по размерам молекул (величинам молекулярных масс) и другим характеристикам. То есть, в результате прохода смеси веществ через подобную гелеобразную систему индивидуальные вещества в процессе движения (вне зависимости от направления движения - снаружи внутрь или наоборот) выстраиваются в определенную очередь. Это, так называемый, механизм гель - фильтрации. Понятно, что этот механизм служит дополнительным препятствием для проникновения крупных высокомолекулярных веществ (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и т.п.) и других крупных образований (типа вирусов и бактерий) в организм. Можно полагать, что именно механизм гель - фильтрации, в основном, определяет рассмотренную ранее обратную зависимость между величиной молекулярной массы вещества и скоростью преодоления трансэпидермального барьера. Этот механизм следует принимать во внимание в наших дальнейших рассуждениях и, в частности, при рассмотрении механизма активного переноса веществ, реализуемого обычно при нанесении косметического средства на поверхность кожи.

Если не рассматривать никаких других приемов, которыми пользуются профессиональные косметологи и физиотерапевты (ультразвук, электрофорез и т.п.), а проанализировать процесс перемещения веществ только при нанесении на кожу косметических средств, то в свете всего выше изложенного, например, становятся понятными экспериментально установленные различия между проницаемостью увлажненной и сухой кожи

В случае влажной кожи единственно возможным для реализации является достаточно медленный диффузионный механизм переноса веществ в сочетании с механизмом гель - фильтрации. В том случае, когда в результате пассивного обмена с окружающей воздушной средой, имеющей низкую влажность, или с помощью любого другого принудительного способа, верхние части капиллярной системы рогового слоя эпидермиса освобождаются от части молекул воды, нанесение композиций, представляющих водные системы, позволяет реализовать фрагмент механизма активного переноса. В данном случае роль инициатора активного переноса играет рассмотренный выше капиллярный эффект всасывания (эффект "сухой промокательной бумаги" - экспериментальное подтверждение описано в разделе 4.1).

Рассмотрим с этих позиций процесс умывания и проведения бальнеологических процедур. Вначале, после смачивания поверхности кожи, молекулы воды внедряются в подготовленную (подсушенную) за счет взаимодействия с окружающей воздушной средой капиллярную систему (механизм активного переноса). Затем, начинает осуществляться диффузионный механизм перемещения веществ из межклеточного пространства нижних слоев эпидермиса в верхние слои, насыщенные водой. Причем, как уже отмечалось ранее, наиболее легкие молекулы (с низкими молекулярными массами) перемещаются к поверхности кожи значительно быстрее молекул среднего и, тем более, крупного размера (механизм гель - фильтрации). При этом не следует надеяться на то, что такой процесс "вымывания" будет затрагивать только "отработанные" ("шлаки") вещества и экзогенные загрязнители, внедрившиеся в кожу извне. В диффузионном механизме переноса веществ к поверхности кожи будут участвовать необходимые для клеточных систем эпидермиса макро- и микроэлементы, углеводы (глюкоза), аминокислоты, витамины и т.д. Можно полагать, что, по крайней мере, частично потеря этих веществ в межклеточном пространстве эпидермиса восстанавливается за счет их доставки из зоны расположения базальных клеток, постоянно омываемых новыми порциями межклеточной жидкости (смесь лимфы и плазмы крови). Существенные проблемы возникают тогда, когда замедляется сам процесс "омывания" клеток базального слоя. В процесс регулировки оттока полезных веществ из глубинных слоев эпидермиса к поверхности кожи могут "вмешиваться" и осмотические эффекты (см. гл. 7).

Но вот, водные процедуры завершены, излишки влаги удалены с поверхности кожи (полотенцем), некоторая часть воды испаряется из капилляров, и наступает период восстановления механизма пассивного (равновесного) обмена влагой с окружающей воздушной средой. Можно полагать, что с этого момента направленное перемещение веществ к внешним слоям эпидермиса в значительной степени замедляется из-за постепенной нивелировки градиента (различий) их концентраций в верхних и нижних слоях. Тем не менее, молекулы соединений, растворенных в межклеточной жидкости, продолжают хаотично, но достаточно медленно, перемещаться в разных направлениях (броуновское движение).

Аналогичное рассмотрение применимо и к процессам переноса веществ, сопровождающим нанесение косметических средств, содержащих значительное количество воды, на поверхность кожи.

Вначале осуществляется начальная стадия активного переноса, когда все ингредиенты косметической композиции, растворенные в воде (участники переноса), вместе с водой с высокой скоростью устремляются в глубь капиллярной системы рогового и блестящего слоев эпидермиса. На этом этапе происходит первоначальная сортировка участников. Крупные молекулы остаются на поверхности, некоторые застревают в капиллярных сужениях, а остальные с более или менее одинаковыми скоростями достигают участков, заполненных межклеточной жидкостью. При этом активное движение в глубину эпидермиса замедляется и преобладающим оказывается более медленный диффузионный механизм переноса, который зависит только от свойств молекулы ингредиента - ее индивидуальных свойств (молекулярная масса и особенности взаимодействия с окружающей гелеобразной системой). В конце концов, индивидуальные ингредиенты, оставляя за собой "след" в виде молекул, внедренных в стенки капилляра и в мембраны клеток, окружающих межклеточные полости, достигают базального слоя клеток эпидермиса. Они воздействуют на эти клетки (положительным или отрицательным образом) и, затем, принудительно, вместе с "отработанной" межклеточной жидкостью пускаются в далекое "плавание" по лимфатическим или венозным каналам, претерпевая всевозможные превращения.

В процессе обсуждения затронутых в данном разделе вопросов, одна из участниц (практикующий косметолог из США) сравнила процесс переноса веществ с забегом спортсменов с общего старта. Затем мы пришли к согласию, что старт носит принудительный характер и напоминает стартовый "смыв" спортсменов сильной струей воды. Однако и это сравнение является недостаточно точным. Каждый читатель может найти какой-нибудь "бытовой эквивалент" представления рассмотренного процесса.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Сапожникова А.И., Лычников Д.С. "Оценка агрегативной стабильности белковых субстанций косметического назначения" Тез. докл. II Международной научно-практической конференции "Биологически активные вещества и новые продукты в косметике" М., 1997, с.11-12;

2. Berardesca E., Maibach H.I. "Transepidermal water loss and skin surface hydration in the non invasive assessment of stratum corneum function" Derm. Beruf. Umwelt, 1990, 38(2) 50-53;

3. Ghadially R. "Aging and the epidermal permeability barrier; implications for contact dermatits" Am. J.Contact. Dermat. 1988, 9(3) 162-9;

4. Potts R.O., Guy R.H. "A predictive algorithm for skin permeability;The effects of molecular size and hydrogen bond activity", Pharmac.Res., 1995, 12(11) 1628-1633;

5. Frantz S.W. et al. J. Toxicol. Cutaneous and Ocul. Toxicol. 1991, 10(3) 175-186;

6. Bonte F. et al., Arch. Dermatol. Res., 1997, 289(2) 78-79;

7. "Кожа. Строение, функция, общая патология и терапия" под ред. А.М.Чернуха и Е.П.Фролова, М.; "Медицина" 1982, с.133

8. Loden M. "Biophysical properties of dry atopic and normal skin with special reference to effects of skin products" Acta Derm. Venerol. Suppl (Stockh) 1995; 192, 1-48;

9. Denda M., Sato J. et.al. "Low hummidity stimulates epidermal DNA synthesis and amplifies the hyperproliferative response to barrier disruption; implication for seasonal exacerbations of iflammatory dermatoses", J.Invest. Dermatol. (1998, 111(5) 873-878.

10. X.Иост, "Физиология клетки" М.; "Мир", 1975, с 81;

11. Децина А.Н., Шорина Г.Н., Архипов С.А., Мистюрин Ю.Н. Пат RU 2142786, 02.09.97;

12. "Химические энхансеры в средствах по уходу за кожей" Косм. мед., 1998(5) 27-31.

13. Okuyama H., Ikeda Y. et al. "Influence of non-ionic surfactans, pH and propylene glycol on percutaneous absorption of piroxicam from cataplasm", Int. J. Pharm. 1999, 186(2) 144-148;

14. Караулов Е.И. "Новая история Aloe Vera" Тез. докл. III Междунар. конф. "Биологически активные вещества; новые технологии и продукты в косметике" М. 1998 с.31;

15. Караулов Е., Поповкина Е. "Новая история алоэ" Косм. мед., 1998(№6) 55-58;

16. Жан-Марк Сеньоре "Гиалуроновая кислота в коже и косметике" Косм. мед., 1998(5)11-17;

17. Эрнандес Е. "Клеточная терапия в косметологии", Косм. мед., 199(2-3) 41-50;

18. Костина Г., Радаева И. "Использование гиалуроновой кислоты в медицине и косметологии" Косм. мед., 1999(2-3) 53-57;

19. Писаренко М.Ф., Кованова Э.К. и др. "Эффективность производного ДНК, полученного из молоки осетровых рыб, в составе косметических средств" Тез. докл. II Междунар. конф. "Биологически активные вещества и новые продукты в косметике", М., 1997, с.44-45;

20. Сапожникова А.И. "Фибронектин - новый вид косметического сырья белковой природы", Тез. докл. IV Междунар. конф. "Косметические средства и сырьё; безопасность и эффективность" М., 1999, с.19;

21. Зозуля А.А., Клюшник Т.П. и др. "Субклеточная косметика - новое направление в косметике", Тез. докл. IV Междунар. конф. "Косметические средства и сырье; безопасность и эффективность" М., 1999, с.36.

22. Эрнандес-Хименс Е.И. "Взаимодействие липосом с эритроцитами" Автореферат диссертации, М., 1995;

23. Jones M.N., Kaszuba M., Lyle I.G. "Cosmetic composition" Pat. USA №5,814,343; Sebtember 29, 1998;

24. Ален Рибье , Жан-Тьерри Симонне и др. "Увлажняющая композиция и способ увлажнения кожи" Пат. РФ №2125866; 29.12.94.

Задания к главе 4

1. Определите суммарное направление перемещения витамина С (аскорбиновая кислота, содержащаяся в плазме крови человека) в эпидермисе при первоначальном нанесении на кожу гелеобразного витаминизирующего крема, в составе которого присутствуют в качестве витаминизирующих ингредиентов витамины А и Е.

2. От какого основного фактора зависит суммарное направление перемещения витамина Е (токоферола, содержащегосяся в плазме крови человека) в эпидермисе после нанесения на кожу гелеобразного витаминизирующего крема, в составе которого присутствуют в качестве витаминизирующих ингредиентов витамины А и Е и после завершения механизма активного переноса компонентов кремовой композиции (после заполнения капилляров).

3. Влияние гиалуроновой кислоты на внутренние структуры кожи?



© Децина А.Н., 2001

Набор слушателей в Заочную школу научной косметологии
Объявление для слушателей Заочной школы научной косметологии
Объявление (2) для слушателей Заочной школы научной косметологии

Написать в Заочную школу научной косметологии

Предыдущая страница К оглавлению Следующая страница





Рейтинг@Mail.ru
Главная  Новости  Каталог  Книги  КМЭ  Форум

ТУ  Гербарий  Golkom-Balance  Golkom-Post


Copyright © 2002-2017 "Библиотека природы"
По вопросам размещения рекламы на сайте: info@golkom.ru


Rambler's Top100