Клиническая апробация ламеллярных косметических средств

 Неблагоприятные условия существования человека в индустриальном пространстве, ежедневные стрессы, повышенная солнечная активность негативно сказываются на метаболизме кожных покровов, значительно ускоряют процессы старения, снижают иммунитет человека вообще и кожи как органа в частности.

Далеко не все косметические средства являются помощниками в борьбе за здоровье кожи, поскольку сами являются носителями опасности. Главная опасность косметических средств — наличие синтетических поверхностно активных веществ (ПАВ), эмульгаторов. Как правило, все косметические эмульсионные средства созданы на их основе, поскольку ПАВ выполняют связующую роль между водой и маслом в кремовых композициях, обеспечивают моющий эффект в средствах гигиены.

 Поверхностно-активные вещества. Эмульсии. Сущность, свойства

Поверхностно-активные вещества являются химическими соединениями амфифильного строения, в структуре которых имеются лиофильная часть (или, как частный случай, гидрофильная часть) и лиофобная (гидрофобная) часть. В зависимости от своей химической сущности молекулы ПАВ по-разному диссоциируют на ионы, на этом основана их классификация:

- анионные;

- катионные;

- неионогенные;

- амфотерные.

Если диссоциация происходит с образованием поверхностно-активного катиона и обычного аниона, то это соединение относится к классу катионных ПАВ (КПАВ), анионные соединения при диссоциации дают поверхностно-активный анион и гидратированный катион (АПАВ). Неионогенные ПАВ (НПАВ) не диссоциируют на ионы и, следовательно, не имеют заряда. К амфотерным ПАВ относят соединения, функциональная группа которых способна нести и отрицательный и положительный заряд, поведение амфотерных ПАВ зависит от рН среды.

Тема нашего литературного обзора в первую очередь касается косметических эмульсионных средств — кремовых композиций, поэтому в дальнейшем обсуждении мы не будем касаться моющих средств и средств по уходу за волосами.

В этой связи целесообразно дать определение эмульсии. Эмульсией называют дисперсионную систему, состоящую из двух или более жидких фаз, одна из которых (имеющая название дисперсионная среда) является непрерывной.

Все эмульсии делятся на два основных типа: «прямые» масло в воде (М/В), дисперсионной фазой которых выступает вода и «обратные» вода в масле (В/М), где дисперсионная фаза, соответственно - масло. Известны также множественные эмульсии, где крупные капли жидкости, взвешенные в другой несмешивающейся жидкости, содержат включения более мелких капель еще одной жидкости.

Действие поверхностно-активных веществ-эмульгаторов основано на их способности снижать межфазное натяжение на границе раздела фаз. Способность к образованию эмульсий у различных поверхностно-активных веществ различная. Характеристическая величина гидрофобно-липофильный баланс (ГЛБ) отражает способность веществ к образованию эмульсий. Чем выше  показатель ГЛБ, тем активнее вещество образует эмульсию, тем устойчивее будет эмульсия. Наиболее высокий показатель ГЛБ 40 имеет лауретсульфат натрия (основной анионный ПАВ для моющих средств), самый низкий ГЛБ 0 имеют неполярные углеводороды.

Важным свойством ПАВ является мицеллообразование. Мицеллы — это агрегаты молекул ПАВ на границах раздела фаз. Это свойство играет важную роль в диспергировании и растворении загрязнений, пенообразовании, стабилизации эмульсий.

Поверхностно-активные вещества с одной полярной группой и двумя гидрофобными «хвостами» преимущественно создают не мицеллярные, а ламеллярные агрегаты. При диспергировании в воде двуцепочечные ПАВ образуют гидратированные бислои (ламеллы) — упорядоченные сферические ассоциаты, представляющие собой свернутые, полые внутри бислои и значительно превосходящие по размерам мицеллы. Подобным образом ведут себя, например фосфолипиды — поверхностно-активные вещества растительного происхождения.

Люди давно используют поверхностно-активные вещества в повседневной жизни. Одними из широко известных ПАВ природного происхождения являются жирные кислоты и натриевые (калиевые) соли жирных кислот — мыла. К природным ПАВ также относятся липиды и жирные спирты. Однако эти соединения имеют низкий показатель ГЛБ, следовательно, их способность к образованию стабильных эмульсий незначительна.

Показатель ГЛБ отражает не только физико-химические свойства веществ. Существует определенная зависимость между влиянием вещества на кожу человека и его показателем ГЛБ. Чем выше ГЛБ вещества, тем более раздражающее действие на кожу оказывает это вещество. При длительном контакте с синтетическими ПАВ происходит вымывание естественных липидов рогового слоя кожи, что в дальнейшем ведет к серьезным кожным проблемам, ускоряет процессы старения, лишает кожу ее естественной защиты.

Решение проблемы создания стабильных эмульсий безвредных для кожи человека химики, работающие в области производства косметических средств, видят в использовании природных эмульгаторов, в первую очередь липидов растительного происхождения. Следует отметить, что использование смесей фосфолипидов, церамидов с жирными кислотами и жирными спиртами, имеющими низкий уровень ГЛБ, обеспечивает некоторый синергитический эффект, в результате которого становится возможным создание стабильных эмульсий.

Уже накоплен значительный опыт в использовании липидов в косметических средствах как биологически активных веществ, как липосомальных ингредиентов (в качестве транспортных и инкапсулирующих средств для БАВ) и как соэмульгаторов. Но использование липидов в качестве первичных эмульгаторов началось не так давно.

 Липиды. Роговой слой кожи.

Липиды представляют собой разнообразную группу природных соединений: глицериды жирных кислот, жиры, токоферолы, стеролы, тритерпеновые спирты и пр., встречающихся во всех животных тканях. Они являются строительным материалом клеточных мембран, в том числе барьерного слоя кожи человека (рис. 1).

Рис. 1. Липиды, образующие ламеллярные структуры кожи, цементирующие между собой клетки рогового слоя кожи

 Роговой слой представляет собой несколько рядов корнеоцитов, находящихся в окружении межклеточного липидного матрикса. Межклеточное пространство под микроскопом представляет собой чередование параллельных, плоских водных и липидных слоев. Эти слои принято называть ламеллами. С точки зрения коллоидной химии ламеллярное построение липидных слоев объясняется наличием у липидов (фосфолипидов, церамидов) двух гидрофобных «хвостов» и одной полярной группы (см. выше). 

Состав межклеточных ламелл эпидермиса довольно необычен. В отличие от всех биологических мембран, состоящих в основном из фосфолипидов, в частности фосфатидилхолин (более известный как лецитин), основные липидные компоненты эпидермиса — церамиды, холестерин и жирные кислоты в приблизительно равных молярных количествах. Именно присутствие в эпидермисе большого количества церамидов различного типа является его основным уникальным свойством. Церамиды эпидермиса содержат, главным образом ненасыщенные жирные кислоты, поэтому образуют высокоструктурированные, вязкие, гелеобразные ламеллы.

Следует отметить, что эпидермис является более сложной и динамичной системой, чем общераспространенное понимание его как двухкомпонентной структуры: «кирпичи» (клетки) — «цемент» (липидный матрикс) (рис. 2). Эпидермис является одним из самых динамичных образований организма. В его основании (базальном слое) лежат быстро профилирующие стволовые клетки. Дочерние клетки движутся наверх, быстро дифференцируясь сначала в зрелые клетки, а затем — в безъядерные кератиноциты, обладающие повышенной механической прочностью и химической стойкостью. Эти свойства проявляются благодаря тому, что дифференцировка кератиноцитов сопровождается самоумервщлением клетки (апаптозом). Для верхних слоев эпидермиса мертвые клетки — хорошие клетки. Они обезвоженные, плоские, содержащие практически только цитоскелет, прочную сеть кератина.

Рис. 2. Электронная микрофотография липидных ламелл рогового слоя кожи

 Как и кератиноциты, липиды межклеточного пространства также «дифференцируются», превращаясь в более «зрелые». Липидный состав динамично меняется по мере продвижение кератиноцитов наверх. Синтезируются церамиды в эндоплазматическом ретикулуме, затем гликолизируются в аппарате Гольджи, и вместе с другими липидами инкапсулируются в ламеллярные гранулы. Когда клетки доходят до границы между гранулярным и роговым слоями, эти гранулы сливаются с клеточной мембраной. В результате, липиды этих гранул освобождаются, образуя межклеточные липидные ламеллы. Но эти ламеллы еще не «зрелые». Липиды таких ламелл называют пробарьерными. Среди них много липидов с большими гидрофильными головками, таких как фосфолипиды и гликозилцерамиды. В ламеллярных гранулах содержатся гидролитические ферменты. Они отрезают гидрофильные головки липидов, тем самым, превращая их гидрофобные, полноценные барьерные липиды (фосфолипиды — в жирные кислоты, гликозилцерамиды — в церамиды). Барьерные липиды образуют плотный, плохо проницаемый для воды и чужеродных веществ заслон.

Из вышесказанного ясно, что для сохранения липидного слоя кожи, подвергающегося ежедневной атаке внешних факторов (особенно губительно сказывается воздействие агрессивных химических веществ, в том числе и ПАВ) целесообразно использовать липиды.

Для восстановления нормального липидного состава эпидермиса существует несколько методов: стимуляция синтеза липидов самих клеток, увеличение активности гидролитических ферментов, введение этих ферментов извне, введение эпидермальных липидов и их аналогов.

 Результаты клинических апробаций ламеллярных эмульсийна липидной основе

Следует сразу уточнить, что ламеллярные эмульсии, использованные для проведения клинических испытаний, созданы на липидной основе. Их бислойная структура подтверждена физико-химическими методами анализа, электронной микроскопией. Микрофотографии текстуры эмульсий представлены на рисунках ниже.

Результаты исследований, проведенные российскими специалистами показывают эффективность применения смеси липидов, моделирующих состав липидов эпидермиса для обработки кожи с нарушением барьерной функции. За 4-х часовой период времени в 5 раз снижается трансдермальная потеря воды.

Были испытаны смеси липидов на добровольцах — медицинских работниках. Их работа обуславливает частый контакт с водой и моющими средствами, что ведет к чрезмерной сухости кожи и раздражениям. Применение липидов приводит к полному исчезновению нежелательных симптомов в течении 6 дней.

 Безусловно, большинству людей смеси липидов моделирующие липиды кожи недоступны, следовательно, необходимо применение косметических средств, содержащих липиды. Однако, как говорилось выше, влияние ПАВ, входящих в состав кремов типа М/В, В/М, в качестве эмульгаторов, ведет к снижению эффективности липидных компонентов. Только ламеллярные эмульсии, где в качестве первичного эмульгатора выступают смеси липидов, в полной мере отвечают критериям безопасности и полезности.

Сравнительное исследование влияния на кожу кремов «типа вода в масле» и ламеллярного крема, проведенное немецкими исследователями Т. Ферстер и др. наглядно демонстрирует эффективность ламеллярной эмульсии.

Рецептуры кремов*, использованных в данном исследовании, приведены по номенклатуре INCI (международная номенклатура косметических ингридиентов). Вода в масле: вода, минеральное масло, изопропилпальмитат, диолат метилглюкозы, пчелиный воск, гидроксистеарат алюминия, глицерин, токоферилацетат, миндальное масло, масло ослинника, гидролизованный белок миндаля, сульфат магния, стерол из соевых бобов, отдушка, метилпарабен, консервант, ПЭГ-7, гидрогенизированное касторовое масло, пропилпарабен, бисаболол. Ламеллярный крем: вода, изопропилизостеарат, бехениловый спирт, миндальное масло, пропиленгликоль, масло ослинника, гидролизованный миндальный белок, глюкоза, сорбит, лимонная кислота, метилпарабен, консервант, цетеарил сульфат, пропилпарабен, бисаболол, токоферол, ксантановая смола.

Так, по результатам исследования немецкие исследователи однозначно сделали вывод, что обычные кремы типа «масло в воде» понижают проницаемость кожи за счет окклюзивного эффекта. Этот эффект заключается в том, что жирные компоненты крема распределяются по поверхности кожи, образуя на ней непрерывную пленку, которая препятствует трансэпидермальной потере воды и таким образом повышает влажность кожи. Окклюзивный эффект проявляется вскоре после нанесения крема, но он довольно быстро исчезает из-за того, что масло постепенно проникает в роговой слой, где смешивается с липидами кожи. Стоит заметить, что окклюзивный эффект крайне не желателен, так как блокирует передачу сигнала к выработке собственных липидов кожи. Это, безусловно, снижает барьерную функцию эпидермиса.

Можно ожидать долговременное укрепление рогового слоя при использовании крема, компоненты которого взаимодействуют непосредственно с липидами кожи, увеличивая, таким образом, степень упорядоченности и плотность упаковки многослойной липидной структуры рогового слоя. В идеале крем, обладающий таким действием должен содержать липиды, организованные в слоистые гелевые структуры, близкие к структуре пленки рогового слоя.

С использованием метода FTIR-спектроскопии изучали влияние крема типа «масло в воде» и ламеллярного крема на степень упорядоченности липидной пленки кожи и на влажность кожи. Проводили съемку спектров кожи предплечий до, и после применения крема. Через 6 часов после нанесения кремов на кожу было зафиксировано полное проникновение компонентов в роговой слой, что подтверждалось отсутствием характеристических полос поглощения компонентов крема в ИК-спектрах отпечатков, оставленных на кристалле после съемки спектров исследуемых участков кожи. Установлено, что в результате применения крема типа «масло в воде» степень упорядоченности липидов кожи уменьшилась, тогда, как в результате использования ламеллярного крема она возросла (рис. 3). Этот эффект наблюдается на протяжении всего периода ежедневного использования крема в течение двух недель (продолжительность теста), причем эффект увеличения степени упорядоченности липидной пленки при применении ламеллярного крема наблюдали со статистической значимостью 75% и через 12 часов после последнего нанесения крема на кожу.

Рис. 3. Изменение степени упорядоченности алкильных цепей липидов в результате использования на коже предплечья крема типа «вода в масле» и ламеллярного крема

Параллельно проводили определение влажности кожи, используя значения отношениях амидных полос в ИК-спектрах. Испытываемые кремы содержали одинаковые увлажняющие компоненты и, как выяснилось, оказывали количественно сравнимое действие на кожу (рис. 4).

Рис. 4. Изменение влажности кожи в результате использования крема типа «вода в масле» и ламеллярного крема

В заключении немецкие исследователи отмечают, что проведенное исследование методом ИК-спектроскопии in vivo показало, что ламеллярный крем укрепляет липидный слой кожи путем имитации природного механизма (биомиметически).

Исследованию действия ламеллярных кремов посвящено работа корейских биохимиков Б. Д. Парк, Дж. К. Юм и др.

Была изучена клиническая эффективность местного применения многослойной эмульсии, содержащей в качестве эмульсионной базы псевдоцерамид (миристил/пальмитил-окси-стеарамид/арахимид МЕА) холестерин, стеариновую кислоту и цетиловый спирт (рис. 5).

Рис. 5. А: микрофотография ламеллярной эмульсии при кросс-поляризационной микроскопии. Б: электрономограмма ламеллярной эмульсии

Исследовались 37 добровольцев со значительными нарушениями кожного метаболизма (в том числе больные атопическим дерматитом) из них 21 мужчина и 16 женщин.

Эффективность ламеллярной эмульсии, установленная по динамике таких типичных симптомов как сухость кожи, зуд, эритема, шелушение, наличие расчесов и лихенизация продемонстрирована на рисунке.

Тяжесть симптомов оценена в следующем порядке: зуд, сухость кожи, эритема, наличие расчесов, лихенизация и шелушение. Через 4 недели применения ламеллярной эмульсии отмечено облегчение симптомов

шелушения — в 72,6 % случаев;

зуда — 58,6 %;

сухости кожи — 52,5 %;

лихенизации — 52,5 %;

эритемы — 47,7 %;

наличия расчесов — 35,6 % по сравнению с исходным состоянием (рис. 6, 7).

 Рис. 6. Динамика симптомов в случаях чувствительной кожи (в баллах)

Рис.7. Общее облегчение симптомов

Даже после 2-недельного лечения выявлено статистически значимое облегчение симптомов. При оценке эффективности по среднему числу баллов для каждого симптома в среднем облегчение наблюдалось в 58% случаев. Также статистически значимым оказалось уменьшение потери воды через кожу после 4 недель применения эмульсии (рис. 8).

Рис. 8. Динамика потери воды через кожу

Корейские ученые также предложили механизм действия ламеллярной эмульсии, совпадающий с предыдущим исследованием. Структура липидов крема имитирует структуру липидного матрикса кожи. При нанесении на здоровую кожу липиды крема равномерно распределяются по поверхности рогового слоя и диффундируют вглубь сливаясь с липидами кожи. В случае повреждений рогового слоя капля эмульсии равномерно распределяется в роговом слое и сливается с межклеточными липидами. Благодаря структурному и химическому сходству с липидами кожи ламеллярная эмульсия легко встраивается в нарушенные слои естественных липидов и восстанавливает их нормальное состояние (рис. 9).

Рис. 9. Предполагаемый механизм действия ламеллярной эмульсии

Также исследования ламеллярных эмульсий на основе фосфолипидов пальмитиновой кислоты и жирных спиртов было проведено лабораторией Lucas Meyer (Франция).

Их клинические исследования гиппоалергенности, проведенные на группе добровольцев убедительно доказывают субстантивность эмульсии на основе фосфолипидов к кожным покровам.

Рис. 10. Микрофотография ламеллярной эмульсии по методу «замораживания-скалывания»

Здоровые добровольцы наносили эмульсию на основе фосфолипидов на поверхность предплечья в течение 21 дня ежедневно. Осмотр дерматолога осуществлялся по истечении 30 минут после нанесения эмульсии. По окончании применения эмульсии добровольцы были осмотрены через 48 часов, далее, еще через 10 дней по окончании применения продукта.

Контрольные осмотры дерматологов не выявили каких-либо кожных реакций.

Группа исследователей провела тест визуализации ламеллярной структуры эмульсии непосредственно на эпидермисе. Микрофотография эпидермиса, на который нанесена эмульсия, представлена ниже (рис. 11).

Как видно, бислои эмульсии имитируют липиды барьерного слоя кожи. Фосфолипиды эмульсии диффундируя, взаимодействуют с липидами рогового слоя, восстанавливая его барьерную функцию и создавая защитную пленку на поверхности кожи. Определенные фосфолипиды задерживаются в различных слоях кожи, при этом создавая резервуар воды и питательных веществ.

Рис.11. Микрофотография участка кожи, на которую нанесена ламеллярная эмульсия

Измерение уровня трансэпидермальной потери воды кожей проводились на 6 здоровых добровольцах. Поверхность кожи предплечья добровольцев была обработана 3 раза 10% водным раствором лауретсульфата натрия (основной ПАВ моющих гигиенических средств в концентрации приближенной к реальным продуктам). Далее ламеллярная эмульсия была нанесена на обработанную кожу.

Рис.12. Динамика трансэпидермальной потери влаги через кожу, обработанную ламеллярной эмульсией

Трансэпидермальная потеря воды была измерена (с помощью прибора Tewameter TM 210, Япония) каждый раз после обработки кожи. Результаты сравнивались с контрольной группой, не использовавшей ламеллярную эмульсию, но обрабатывающую кожу предплечья раствором лауретсульфата натрия как описано выше.

В результате было установлено среднее снижение трансэпидермальной потери воды на 22 % у добровольцев, использовавших ламеллярную эмульсию на основе фосфолипидов в сравнении с группой контроля.

Это исследование наглядно показывает влияние ПАВ на кожу человека и способность ламеллярных эмульсий защитить роговой слой кожи.

 Заключение

В заключении хочется отметить, что ламеллярные косметические средства способны не только улучшить и защитить роговой слой кожи, но являются еще и «транспортом» биологически активных веществ, более эффективным, чем липосомы. Липосомы находятся в составе, как правило, обычной эмульсии (М/В, В/М), тогда как липиды ламеллярных эмульсий являются эмульгаторами, биологически активными веществами, «депо для воды и БАВ».

Сегодня ламеллярные эмульсии используются в первую очередь для создания профессиональной, лечебной и селективной косметики, являясь продуктами верхней ценовой категории. Но использование таких косметических продуктов, безусловно, оправдано, так как в полной мере отвечает требованиям безопасности и полезности.

Литературный обзор составлен по материалам журналов «Сев», «Сырье и упаковка», «Косметика и медицина», информационным публикациям Lucas Meyer, справочным изданиям Плетнева М.Ю., под редакцией Плетнева М.Ю.