Opracowana chemia.doc

1.KONSERWANTY w kosmetyce. Wymóg czy konieczność?
Konserwanty są to surowce chemiczne hamujące rozwój mikroorganizmów , czyli zapewniające kosmetykowi określoną stabilność mikrobiologiczną. Ich zadaniem jest utrzymywać wyroby kosmetyczne w stanie pozbawionym zanieczyszczeń podczas ich wytwarzania, pakowania, a także podczas całego okresu ich stosowania, co jest szczególnie istotne dla preparatów mających kontakt z oczami czy jamą ustną.

Ich zastosowanie w recepturze kosmetycznej jest zatem konieczne ale jest  również wymogiem prawnym.
Środki konserwujące obok barwników i związków zapachowych są jednymi z najbardziej kontrowersyjnych surowców kosmetycznych, gdyż są powodem najczęstszych alergii u użytkowników. Stąd też konieczność ograniczenia ich zawartości do minimum, szczególnie w preparatach do pielęgnacji okolic oczu, czy mających kontakt ze śluzówką.

Środki konserwujące powinny charakteryzować się:

·         brakiem toksyczności i oddziaływania podrażniającego uczulającego

·         wysoką aktywnością wobec szerokiego spektrum mikroorganizmów

·         wysoką efektywnością działania w niskich stężeniach

·         rozpuszczalnością w wodzie

·         brakiem wyczuwalnego zapachu, smaku i barwy

·         odpornością  na dezaktywujące działanie pozostałych składników kosmetyków

Działanie środka konserwującego jest związane z obecnością w nim grup chemicznych lub struktur zdolnych do łączenia się z pewnymi grupami czynnymi białek bakteryjnych a także antagonistycznego działania na ich enzymy komórkowe.

Na wybór środka konserwującego wpływ mają:

·         pH środowiska kosmetyku

·         rozpuszczalność w wodzie

·         oddziaływanie składników kosmetyku

Zagrożenie ze strony mikroorganizmów jest duże, gdyż mogą one nie tylko powodować obniżenie jakości wyrobów (aż do utraty ich właściwości użytkowych), ale mogą również stać się przyczyną poważnych infekcji u użytkowników. Wizualnym dowodem na to, że produkty kosmetyczne uległy zakażeniu lub zepsuciu są zachodzące w nich zmiany organoleptyczne Do najczęściej obserwowanych należą: rozdzielenie faz, zmiana konsystencji, zapachu, barwy czy też pojawiające się w roztworach osady. W przypadku past, płynów do płukania ust czy pomadek wyczuwalna może być również zmiana smaku. Niekorzystne zmiany zachodzące pod wpływem drobnoustrojów można zahamować dzięki zastosowaniu odpowiednich surowców kosmetycznych, m.in.:

·         związków chemicznych dodawanych w celu zapewnienia stabilności mikrobiologicznej produktu, będących właściwymi środkami konserwującymi

·         niektórych składników kosmetyków, które oprócz swoich podstawowych własności wykazują mniejsze lub większe działanie bakteriobójcze lub wspomagają działanie konserwantów.
 

Istnieje wiele substancji chemicznych stosowanych jako konserwanty: od prostych związków jak np. kwas benzoesowy aż do bardzo skomplikowanych struktur chemicznych. W poszczególnych krajach sporządza się listy dopuszczonych do stosowania w kosmetykach środków konserwujących wraz z zalecanymi stężeniami użytkowymi. Większość państw w swoim ustawodawstwie opiera się na wytycznych obowiązujących w krajach EWG(Europejska Wspólnota Gospodarcza).

Do najczęściej używanych konserwantów zalicza się estry kwasu p-hydroksybenzoesowego znane jako parabeny, aseptiny czy nipaginy. Konserwacji nie wymagają praktycznie tylko te wyroby kosmetyczne, które nie są pożywką dla mikroorganizmów np. bezwodne preparaty typu olei do pielęgnacji skóry lub masażu czy też kosmetyki zawierające w składzie recepturalnym powyżej 40 % alkoholu etylowego. Pojawiająca się na opakowaniu informacja, że kosmetyk nie zawiera konserwantu oznacza, że w jego składzie nie ma żadnego ze związków znajdujących się na liście dopuszczonych w danym kraju do tego celu surowców. Jeżeli w preparacie kosmetycznym znajdują się surowce, których podstawowym zadaniem nie jest konserwowanie, a które dodatkowo wykazują właściwości konserwujące, to działanie to nie musi być deklarowane. Spośród najczęściej stosowanych do tego celu układów można wymienić: niektóre olejki eteryczne, etanol, glicerynę, glikol propylenowy, sorbitol, kwasy tłuszczowe (linolowy, rycynolowy).

2.Substancje aktywizujące w kosmetykach.

Przez dłuższy czas przemysł kosmetyczny skupiał się na wyprodukowaniu kosmetyku, który „siłą” przedostanie się przez zaporę naskórkową. Naturalna bariera ochronna stanowiła, jak się wydawało, niemożliwą do przekroczenia granicę ingerencji przezskórnej. Obecnie producenci kosmetyków wykorzystują znajomość czynników warunkujących dobre wchłanianie produktu i znają wiele metod poprawiających absorpcję substancji kosmetycznych. Najważniejszym celem stało się więc stuprocentowe wykorzystanie składników aktywnych, a tym samym szybkie uzyskanie zamierzonego efektu kosmetycznego.


Głównymi czynnikami warunkującymi intensywność absorpcji są:

* stan skóry w miejscu aplikacji
- Przy skórze zdrowej decydujące znaczenie ma stopień zrogowacenia oraz miejsce anatomiczne, dla porównania: stopy, skóra wokół oczu i skóra owłosiona głowy z dużą ilością mieszków włosowych (wchłanianie przebiega najaktywniej).
- Przy skórze chorej istotny jest rodzaj schorzenia – z nadmiarem czy niedoborem rogowacenia, z przerwaniem ciągłości skóry, ze stanem zapalnym, podwyższoną temperaturą miejscową czy rozszerzonymi naczyniami krwionośnymi.

* rodzaj zastosowanego w kosmetyku podłoża
- Podłoże zawsze determinuje szybkość wchłaniania substancji przez skórę, gdyż czyni ją aktywną lub bierną, w zależności od własnego składu chemicznego. I tak wzmocnienie wprowadzania substancji czynnych z fazy olejowej uzyskuje się, stosując m.in. oleje roślinne, zawierające nienasycone kwasy tłuszczowe o podwójnych (słonecznikowy, z pestek winogron, z sezamu) lub potrójnych wiązaniach (z ogórecznika, z wiesiołka, z czarnej porzeczki). Można je nazwać „cząsteczkami przyciągania” substancji czynnej do lipidów skórnych, przez co te ostatnie zyskują na ilości i jakości.
- Składniki podłoża mogą być rozpuszczalnikami substancji tłuszczowych, mogą stanowić film ochronny lub tworzyć okluzję, zmuszając skórę do wtórnego wchłaniania zaaplikowanych substancji (olej parafinowy, wazelina biała, silikony, woski oraz alkohole i kwasy tłuszczowe).
- Mogą również stanowić magazyn wody i rozpuszczalnik substancji wodnych, zapobiegać parowaniu oraz tworzyć dodatkową, kationowo-keratynową warstwę ochronną na powierzchni skóry, powstałą po rozpadzie żelowego podłoża.
- Mogą również zawierać substancje powierzchniowo czynne, będące emulgatorami i cząsteczkami amfifilowymi, które z łatwością wnikają do warstwy rogowej, rozluźniając ją i przystosowując do absorbowania wybranych substancji czynnych.

* cechy fizykochemiczne podłoża
- Właściwości podłoża są również czynnikiem determinującym wchłanianie, gdyż najlepsze efekty uzyskuje się jedynie przy prawidłowym doborze charakteru podłoża do charakteru substancji aktywnej. Cząsteczka musi być przenoszona w korzystnym dla niej środowisku (utrwalającym jej aktywność), a podłoże musi być zgodne fizykochemicznie z cząsteczką, aby zapewnić jej możliwie najlepszą penetrację w głąb skóry.
- Najlepiej sprawdzają się mikroemulsje typu O/W i W/O, których fazy wewnętrzne są rozdrobnione do wielkości ok. 50 nm i zawierają min. 10-proc. stężenie substancji powierzchniowo czynnych.
- Żele hydrofilowe tylko w niewielkim stopniu ułatwiają wchłanianie substancji rozpuszczalnych w wodzie i to tylko dzięki dodatkowi etanolu. Ich głównym zadaniem jest tworzenie filmu ochronnego, zapobiegającego parowaniu wody z powierzchni skóry.
- Podłoża bezwodne, np. wazelina, poprawiają efektywność wchłaniania na dwa sposoby: tworzą trwałe kompleksy z substancjami lipofilowymi, zatrzymując pożądane substancje aktywne w głębszych warstwach skóry i umożliwiając ich systematyczne uwalnianie, oraz tworzą okluzję zatrzymującą wodę w skórze, przyczyniając się równocześnie do lepszego nawodnienia naskórka, a tym samych aktywniejszego przenikania substancji rozpuszczalnych w wodzie.
- Jedną z najaktywniejszych form podłoża wprowadzających substancje aktywne są liposomy. Dzięki ich podwójnej warstwie fosfolipidów można transportować substancje lipofilowe, a dzięki pęcherzykom wodnym – substancje hydrofilowe. Uwolnienie składników aktywnych w obszarze cementu komórkowego znacznie ułatwia pełne wykorzystanie składników przez struktury skóry.

* charakter fizykochemiczny substancji czynnej
- Najłatwiej przenikają przez skórę gazy oraz cząsteczki małe, o regularnych kształtach bez wypustek.
- Substancje lipofilowe (retinoidy, olej rycynowy, olej migdałowy, olej z awokado i ziaren zbóż, olej jałowcowy, skwalen, wosk, stearyna, parafina, wazelina, masło karite, mało kakaowe) „lubią” cement międzykomórkowy i zatrzymują się w nim, skąd część z nich trudno jest przepchnąć dalej.
- Cząsteczki hydrofilowe (hydrochinon, nadtlenek benzoilu, mocznik, środki żelujące, alginian sodu, glikol propylenowy, glicerol, sorbitol) dążą do najsilniej uwodnionego środowiska, więc ich przenikanie zależy przede wszystkim od stopnia nawilżenia skóry.


Etapy przenikania

W warunkach fizjologicznych skóra wchłania zaaplikowane na nią substancje w sposób bierny. Najpierw przedostają się one przez warstwę lipidów skórnych, a następnie dyfundują poprzez uwodnione struktury naskórka, skóry właściwej i tkanki podskórnej. Mogą się również dostawać do poziomu naczyń włosowatych, ulegać wchłanianiu i przenikać do krwiobiegu, dając działanie ogólnoustrojowe, co w kosmetyce nie jest wskazane.

Etapy dyfuzji zależą od kilku czynników:
- aktywności termodynamicznej cząsteczki w chwili aplikacji na skórę;
- stężenia substancji otaczających błony komórkowe (najszybciej transportowane są składniki czynne z roztworów nasyconych);
- uwodnienia wszystkich warstw skóry;
- stopnia rozpuszczalności w podłożu substancji aktywnej, a tym samym jej dyfuzji w podłożu;
- szybkości uwalniania substancji aktywnej z podłoża;
- powinowactwa substancji do warstwy rogowej skóry (im wyższa zgodność, tym sprawniejsze przenikanie);
- grubości warstwy rogowej (przenikanie przez ten obszar jest 1000 razy trudniejsze niż przez pozostałe warstwy skóry i zajmuje najwięcej czasu).

Proces przenikania w głąb skóry przebiega równocześnie kilkoma drogami: przeznaskórkowo (przezkomórkowo i międzykomórkowo) oraz przezprzydatkowo (przez gruczoły łojowe i mieszki włosowe).

Przenikanie przezkomórkowe, czyli bezpośrednie (przez komórki skóry i prostopadle do jej powierzchni), przebiega wzdłuż korneosomowych połączeń komórkowych. Tą drogą przedostają się małe cząsteczki, zarówno rozpuszczalne w tłuszczach, jak i w wodzie. Efektywność tego procesu można podnieść poprzez zastosowanie okluzji.
Przenikanie międzykomórkowe, czyli wzdłuż krętych przestrzeni międzykomórkowych (cementem międzykomórkowym) jest najefektywniejsze w przypadku cząsteczek lipofilowych.

Przenikanie przezprzydatkowe dotyczy głównie aparatu łojowo-włosowego i umożliwia wniknięcie substancji bezpośrednio do warstwy siateczkowej skóry właściwej. Barierą na tej drodze wchłaniania może być jednak wydzielina gruczołów łojowych, wypływająca w kierunku przeciwnym do kierunku wprowadzania substancji oraz mająca zdolność wychwytywania substancji czynnych rozpuszczalnych w tłuszczach. Przyjmuje się jednak, iż przenikanie przez mieszki włosowe ma duże znaczenie w ogólnym procesie wchłaniania.


Techniki ułatwiające przekraczanie bariery naskórkowej

Techniki produkcyjne:
- Stosowanie promotorów przejścia przezskórnego (substancje powodujące rozluźnienie połączeń międzykomórkowych, m.in. poprzez rozpuszczenie i pęcznienie cementu łączącego komórki – np. olejki eteryczne).
- Wykorzystanie właściwości fizyczno-chemicznych substancji i podłoża.
- Wykorzystanie różnicy stężeń substancji i ośrodków otaczających.
- Zmniejszenie parowania skóry poprzez zastosowanie składników tworzących film ochronny (silikony).
- Zwiększenie nawodnienia skóry poprzez zastosowanie składników okluzyjnych (parafiny).
- Zwiększenie przekrwienia skóry poprzez zastosowanie środków rozszerzających naczynia włosowate (nikotynian metylowy) lub wywołanie stanu zapalnego skóry (ryzyko zbyt szybkiego, niekontrolowanego wchłaniania).

Techniki aplikacyjne:

- Stosowanie technik elektromechanicznych:
* jonoforeza (przenoszenie małocząsteczkowych substancji czynnych w polu elektrycznym o małym napięciu);
* elektroporacja (przenoszenie dużych cząsteczek substancji czynnych krótkimi impulsami prądu o dużym napięciu);
* fonoforeza (wprowadzanie substancji przy pomocy ultradźwięków);
* mikroigły (nakłuwanie skóry macierzą mikroskopowych igieł zamoczonych w substancji czynnej lub aplikacja substancji po wcześniejszym mikronakłuwaniu).
- Wykorzystanie indywidualnych cech skóry.
- Zmniejszenie napięcia powierzchniowego (usuwanie warstwy hydrolipidowej poprzez zastosowanie rozpuszczalników – etanolu, izopropanolu, glikolu propylenowego lub środków powierzchniowo czynnych).
- Zmniejszenie warstwy rogowej (złuszczanie).
- Zwiększenie okluzji (zastosowanie porowatych opatrunków nasączonych roztworem, plastrów, maści, zapewniających wtórne wchłanianie substancji z powierzchni skóry).


Najnowsze odkrycie technologów-kosmetologów dotyczy nowych postaci promotorów przejścia, opartych na związkach zaliczanych do filtrów przeciwsłonecznych. Należą do nich padimat O i związki oktylu. Wykorzystanie ich w kosmetologii pozwala na zwiększenie efektywności wchłaniania porównywalne do „zastosowania plastra bez użycia plastra”. Poza tym związki te są niedrażniące i proste do zastosowania w produkcji, np. w postaci spreju, gdzie ulegają połączeniu ze składnikami aktywnymi kosmeceutyku. Dzięki takiej aplikacji mieszanka substancji czynnej i promotora przejścia kumuluje się w warstwie rogowej, jest odporna na działanie wody i może być optymalnie wykorzystywana przez skórę. Szybkość tego procesu zależy od zgodności zastosowanych substancji z warstwą rogową.

W jaki sposób należy rozumieć przenikanie przez skórę?

 W najprostszym ujęciu proces ten obejmuje przechodzenie danej cząsteczki przez kolejne warstwy skóry. Pierwszą barierę stanowi warstwa rogowa naskórka, cząsteczka  stopniowo przenikając kolejne warstwy naskórka dociera do skóry właściwej, która jest już warstwą unaczynioną. Obecność naczyń jest warunkiem umożliwiającym wniknięcie cząsteczki do ustroju. W przypadku substancji aplikowanych miejscowo i mających działanie terapeutyczne- efekt taki jest jak najbardziej wskazany, w przypadku kosmetyków i ich składników, przekroczenie granicy skórno- naskórkowej i dostanie się do krążenia ogólnego , nie zawsze jest efektem o działaniu korzystnym- dlatego tak ważne jest poznanie mechanizmów przejścia przezskórnego i właściwości składników kosmetycznych, które reagują ze skórą .


Transport substancji przez skórę zależny jest przede wszystkim od

stanu skóry
charakteru podłoża kosmetycznego- wykazują one małą zdolność przenikania ale regulują stopień przenikania substancji aktywnych.
charakteru fizyko-chemicznego związku
obecności substancji pomocniczych
wzajemnego oddziaływania substancji aktywnej  i podłoża
stężenia substancji- im jest ono wyższe, tym cząsteczka szybciej przenika


Pierwsza i trudną do pokonania barierą dla cząsteczki ,jest warstwa rogowa  naskórkowa, za efekt bariery odpowiedzialne są obecne w naskórku: keratyna oraz  tłuszcze a także sama  struktura anatomiczna naskórka . Zlikwidowanie bądź zmniejszenie stratum corneum  ( np. za pomocą peelingów chemicznych czy strippin'gu) w znaczącym stopniu ułatwia przenikanie do głębszych warstw skóry.

Zastosowanie SPC bądź rozpuszczalnika w celu usunięcia płaszcza hydrolipidowego jest czynnikiem sprzyjającym wnikaniu związku aktywnego do skóry.

Stosowanie okładów okluzyjnych a także substancji  takich jak alkohole czy glikole , które zapewniają rozluźnienie komórek warstwy rogowej naskórka , warunkuje łatwiejsze przenikanie przezskórne.
 W recepturach kosmetycznych najczęściej stosuje się izopropanol, etanol  oraz glikol propylenowy, które  znajdują zastosowanie jako rozpuszczalniki. Alkohol benzylowy w preparatach kosmetycznych ma ograniczone zastosowanie, występuje głównie w roli 1% konserwantu , przypisywane są mu pewne właściwości toksyczne.

Do promotorów aktywnego przejścia przezskórnego( zwiększają one stopień penetracji substancji aktywnej) zaliczamy także amidy, azon, sulfotlenki , kwasy tłuszczowe.
Coraz częściej stosowane są także metody przyspieszania transportu przez naskórkowego substancji czynnych  poprzez zamykanie w liposomach czy lipofilizację substancji hydrofilowych.


Zastosowanie substancji chemicznych , które rozszerzają naczynia krwionośne, zwiększa prawdopodobieństwo szybszego i zwiększonego wchłaniania substancji aktywnych.
Stany chorobowe skóry , do których zaliczyć możemy min, łuszczycę, wszelkiego rodzaju stany zapalne i przeprania ciągłości naskórka zwiększają możliwości penetracji przezskórnej.
Właściwości fizykochemiczne substancji aktywnych mają istotny wpływ na ich zdolności penetracji skóry:

Wielkości cząsteczki – im jest ona mniejsza tym stopień penetracji jest większy( masa cząsteczkowa 500-1000Da)
Jej ładunku elektrycznego – cząsteczka powinna być elektrycznie obojętna aby efektywnie przenikać przez skórę
Stopnia hydrfilności- cząsteczki lipofilne w porównaniu z hydrofilnymi, dużo łatwiej przenikają przez warstwę rogową
lotności- gazy przenikają przez skórę łatwo i dotyczy to nie tylko małych cząsteczek.

Wśród mechanizmów penetracji przeznaskórkowej wyróżniamy:

mechanizm transdermalny-przezkomórkowe przenikanikanie
mechanizm transepidermalny- międzykomórkowe przenikanie
mechanizm transfolikularny – droga przenikania przez przydatki skórne- nie mniej jednak przenikanie przez kanał potowy gruczołów ekrynowych jest teoretycznie możliwy ale rzadko spotkany


Podsumowujące możemy stwierdzić, że cząsteczka w pierwszej kolejności pokonuje barierę naskórkową o charakterze lipidowym, stopniowo przedostając się do uwodnionych i unaczynionych warstw skóry. Substancja na skutek kontaktu  z naczyniami dostaje się do krążenia ogólnego i wywiera działanie ogólnoustrojowe.

3.Podział i rola terpenów w kosmetykach.

Terpeny, izoprenoidy – organiczne związki chemiczne o wzorze ogólnym (C5H8)n, których główny szkielet powstał w wyniku połączenia pięciowęglowych jednostek izoprenowych, dlatego liczba atomów węgla w cząsteczce terpenów jest podzielna przez pięć. Izoprenoidy zaliczane są w większości do lipidów.

Znanych jest wiele tysięcy naturalnie występujących tego typu związków chemicznych. Niektóre z nich są zbudowane jedynie z jednostek izoprenowych, inne zawierają dodatkowe grupy funkcyjne, najczęściej hydroksylowe i ketonowe, niekiedy pierścienie heterocykliczne. Terpenoidami nazywamy ich utlenione pochodne alkohole, estry, aldehydy, ketony i epoksydy. Terpeny mogą tworzyć także glikozydoestry. Niekiedy struktura izoprenoidów jest zmodyfikowana do tego stopnia, że tylko znajomość przebiegu ich biosyntezy pozwala zaliczyć je do tej grupy. Są najliczniejszą grupą związków organicznych występujących powszechnie w całym świecie ożywionym. Występują jako składniki olejków eterycznych, żywic i saponin. Stosowane jako rozpuszczalniki oraz substancje zapachowe.

Podział terpenów:

·         Ze względu na budowę wyróżnia się:

o        terpeny łańcuchowe

o        terpeny pierścieniowe

·         Ze względu na wielkość cząsteczek terpeny dzielą się na:

o        hemiterpeny, proste (C5) – zbudowane z jednej jednostki izoprenowej, np. izopren;

o        monoterpeny (C10) – zbudowane z 2 jednostek izoprenowych, np. menton, kamfora, kwas geraniowy, geranial, geraniol, mentol, tymol, p-cymen; α-pinen

o        seskwiterpeny (C15) – zbudowane z 3 jednostek izoprenowych, np. farnezen, farnezol, santonina, artemizyna;

o        ...