Bariera naskórka pokonana

Dziś sztuką jest sprawić, by składniki aktywne przebiły się przez barierę naskórka, która na ogół jest nie do pokonania. Wtedy mogą skutecznie działać. To największe wyzwanie kosmetologii XXI wieku i mamy tu nowe sukcesy.

Warstwa rogowa naskórka (stratum corneum) jest barierą, która chroni organizm przed ingerencją szkodliwych czynników zewnętrznych oraz nadmierną ucieczką wody. Paradoksalnie jest to bardzo cienka, zwarta struktura białkowo lipidowa składająca się z zaledwie od kilkunastu do 20 warstw martwych komórek (korneocytów) otoczonych cementem międzykomórkowym. Korneocyty stanowią około 70% całkowitej masy warstwy rogowej. Cement międzykomórkowy to ok. 20%, a woda stanowi zaledwie 10-13% jej masy.

Mur (nie) do przejścia
Aby zrozumieć proces przenikania substancji przez warstwę rogową należy dokładnie przyjrzeć się jej budowie. Strukturę stratum corneum często porównuje się do muru (cegły + cement), w którym korneocyty (cegły) otoczone są bogatą w lipidy macierzą międzykomórkową (cement). 
Badania pokazują, że w procesie biernej dyfuzji przez skórę nienaruszoną (nieuszkodzoną) substancje najczęściej przedostają się głębiej drogą międzykomórkową. Niewielki udział w procesie przenikania ma droga przezkomórkowa (prostopadle przez korneocyty) i droga przez przydatki skóry (mieszki włosowe, ujścia gruczołów łojowych i potowych), gdyż ich powierzchnia to zaledwie ok. 2% powierzchni skóry. 
Przenikanie główną drogą międzykomórkową polega na przemieszczaniu się cząsteczek substancji aktywnej przez struktury cementu międzykomórkowego, który ma specyficzny skład i bardzo uporządkowaną strukturę. Tworzą go głównie ceramidy, sterole i ich pochodne, kwasy tłuszczowe i fosfolipidy. Substancje te charakteryzują się budową amfifilową – składają się z dwóch fragmentów o przeciwstawnych właściwościach: części hydrofilowej (rozpuszczalnej w wodzie) i hydrofobowej (rozpuszczalnej w tłuszczach). Samorzutnie układają się one w dwuwarstwy: głowy hydrofilowe cząsteczek w jednej warstwie zwrócone są w kierunku głów hydrofilowych cząsteczek w kolejnej. W związku z tym cement międzykomórkowy ma typową budowę lamelarną (warstwową): warstwa lipofilowa (lipidowa) występuje na zmianę z hydrofilową (wodną). 

Co to znaczy dla procesów przenikania?
Jeśli w kosmetyku znajdują się substancje rozpuszczalne w tłuszczach, dość łatwo penetrują obszary lipidowe, ale kiedy napotkają warstwę wodną, przenikają do niej bardzo niechętnie. Nawet jeśli pojedynczym cząsteczkom uda się dotrzeć głębiej, napotykają one na kolejne granice faz. Analogicznie zachowują się substancje rozpuszczalne w wodzie, dla których z kolei barierą są obszary lipidowe. Właśnie dzięki naprzemienności obszarów wodnych i lipidowych naskórek jest tak skuteczną barierą. 

Zaskakujące fakty
Wniosek nasuwa się sam: w procesie biernej dyfuzji – czyli nakładania substancji na nieuszkodzoną skórę bez żadnego wspomagania przenikania – substancje przenikają przez naskórek albo w niewielkim stopniu, albo w ogóle. Badania wskazują, że do warstwy rogowej, do pewnego stopnia, mogą wnikać lub przez nią przenikać:

• bardzo małe cząsteczki hydrofilowe (np. gliceryna, glikol propylenowy),
• cząsteczki lipofilowe podobne do tych zawartych w cemencie międzykomórkowym (ceramidy, sterole, glicerydy, tokoferole, retinoidy, ubichinon itp.).

W procesie biernej dyfuzji w zasadzie nie przenikają:

• substancje hydrofilowe: węglowodany, aminokwasy, peptydy, nukleotydy, elektrolity itp.,
• substancje wielkocząsteczkowe (np. proteiny i ich hydrolizaty, 
  glikozaminoglikany, kwasy nukleinowe).

Jeżeli cząsteczka ma ciężar cząsteczkowy powyżej 3 kDa (3000 Daltonów), to jest za duża, żeby przeniknąć przez warstwę rogową. Utrudnia to pełne pielęgnacyjne wykorzystanie na przykład kwasu hialuronowego czy kolagenu.
Badania prowadzone w układach modelowych w specjalnych komorach dyfuzyjnych wykazują następujące poziomy przenikania do skóry substancji aktywnych często stosowanych w kosmetykach:

• Retinol < 5% (przy dużych stężeniach i w odpowiednich warunkach, a najczęściej około 1%)
• Witamina C < 1%
• Aminokwasy < 1%
• Peptydy < 1%
• Wielko- i średniocząsteczkowy kwas hialuronowy 0%
• Kolagen 0%

Nawet dla wielu praktyków pielęgnacji profesjonalnej to duże zaskoczenie. Oznacza to, że składniki aktywne aplikowane na powierzchnię skóry pozostają na jej powierzchni i  nie wykorzystuje się ich potencjału, nawet jeśli występują w kosmetyku w dużych stężeniach. W większości przypadków nie ma mowy o znaczącej aktywności biologicznej. Bariera naskórka pozostaje praktycznie nie pokonana. 

Co możemy zrobić?
Największym wyzwaniem kosmetologii XXI wieku jest zwiększenie biodostępności, a więc i przenikania składników aktywnych do skóry. W tym celu stosuje się wiele metod. W niniejszym artykule zaprezentowane są wybrane metody – skuteczne, sprawdzone, a zarazem już dostępne w zaawansowanych produktach kosmetycznych. Wykorzystując ich potencjał możemy osiągnąć spektakularne efekty pielęgnacyjne, zwłaszcza jeśli połączymy ze sobą kilka technik. 

Złuszczanie – usuwanie bariery
Podstawowym, chyba najbardziej oczywistym sposobem na poprawę przenikania składników aktywnych jest zmniejszenie grubości lub wręcz usunięcie bariery – warstwy rogowej naskórka. To nic innego jak różnego rodzaju peelingi eksfoliujące (złuszczające). W salonach kosmetycznych i gabinetach dermatologicznych stosuje się techniki mikrodermabrazji a także wykonuje peelingi aktywnymi enzymami i stężonymi kwasami w mieszaninach o niskim pH. Oprócz działania złuszczającego dodatkowo dają efekt stymulacji głębszych warstw skóry. W warunkach domowych typowym sposobem na niewielkie zmniejszenie grubości warstwy rogowej i zwiększenie skuteczności kolejno nakładanych kosmetyków aktywnych są delikatne peelingi mechaniczne, enzymatyczne a nawet chemiczne.

Biozgodna baza
Kolejnym sposobem zwiększana przenikania składników aktywnych jest odpowiednie konstruowanie baz kosmetyków. Najefektywniejsze i najbardziej bezpieczne są kosmetyki, które swoim składem i strukturą upodabniają się do cementu międzykomórkowego, wręcz go odtwarzają. Dzięki temu podobieństwu kosmetyk łatwo łączy się z naszym własnym cementem, wręcz sie w niego wtapia. Składniki aktywne mogą znaleźć się w całej objętości cementu, a więc również na granicy z żywą warstwą naskórka, skąd przedostają się do głębszych warstw skóry. Technologia wytwarzania prawdziwych biozgodnych kosmetyków jest niestety bardzo trudna i bardzo kosztowna, dlatego należy do wyjątków.

Okluzja
Maski i preparaty okluzyjne tworzą szczelną warstwę, która hamuje transepidermalną utratę wody TEWL. Dzięki temu woda uciekająca z głębi skóry w pierwszej fazie powoduje pęcznienie korneocytów a następnie cząsteczki H2O wnikają do hydrofilowych obszarów cementu międzykomórkowego, powodując zwiększenie ich objętości. W konsekwencji zmienia się struktura cementu międzykomórkowego (bariery), a składniki łatwiej przedostają się do głębszych warstw skóry. Metoda ta daje bardzo dobre efekty przy pojedynczym stosowaniu, np. w gabinecie kosmetycznym, jednak nie może być stosowana bardzo często, gdyż powoduje „rozszczelnienie” i stałą, znacznie większą ucieczkę wody z naskórka.

Promotory przenikania
Promotory przenikania to substancje, które zmieniają strukturę cementu międzykomórkowego, zwiększające przepływ cząsteczek składników aktywnych do głębszych warstw skóry. Klasycznym przykładem są glikole (np. glikol propylenowy PG), który stosowany w odpowiednim stężeniu częściowo wchodzi pomiędzy warstwy lipidowe bariery naskórkowej. Ponieważ jest higroskopijny, przyciąga i wiąże ze sobą cząsteczki wody. Tym samym rozpycha dwuwarstwy w cemencie. Jeśli PG jest dużo, tworzą się tunele wodne, którymi przenikają substancje aktywne hydrofilowe. Także w tym przypadku zwiększenie przenikania jest znaczne, jednak jeśli taki promotor stosujemy regularnie, np. w codziennej pielęgnacji, to cały czas zmieniamy strukturę warstwy rogowej i permanentnie ją „rozszczelniamy”. Aby uniknąć ubocznych efektów związanych ze zwiększoną ucieczką wody oraz możliwością przedostania się do skóry substancji niepożądanych. Metodę tę powinno się stosować tylko okresowo, sporadycznie.

Trik jonowy
Metodą, mającą swoje źródło w farmacji do transdermalnego podawania np. niesteroidowych leków przeciwzapalnych, a powoli wkraczającą do kosmetologii,  jest technologia tworzenie par jonowych, tzw. trik jonowy. Jeżeli w jednym kosmetyku znajdą się dwie substancje o budowie jonowej: kation i anion, które normalnie prawie nie przenikają przez skórę, możemy stworzyć takie warunki fizykochemiczne, że obydwa jony dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym połączą się tworząc parę jonową (plus przyciąga minus). Para jonowa ma większe powinowactwo do lipidów cementu międzykomórkowego i łatwiej przenika w głąb skóry. Tę metodę stosuje się na przykład do zwiększenia przenikania aminokwasów, niektórych peptydów czy witaminy C. 

Nowoczesne nośniki
Bardzo ciekawą i prężnie rozwijającą się metodą zwiększania przenikania składników aktywnych jest stosowanie nośników. Są to układy o kształcie sferycznym, cylindrycznym lub dyskowym, w którym zamknięte są substancje. 
Pierwszymi stosowanymi na szeroką skalę nośnikami były liposomy o średnicy 120-200 nm. Ostatnie badania pokazują jednak, że są za duże i mogą pokonać zaledwie kilka pierwszych warstw stratum corneum, a ich skuteczność transportowania substancji aktywnych jest bardzo ograniczona. Okazuje się bowiem, że aby nośnik miał możliwość transportowania substancji do głębszych warstw skóry, musi mieć wymiary mniejsze niż przestrzenie międzykomórkowe, czyli przynajmniej jeden z jego wymiarów nie powinien przekraczać 40 nm.
Na szczególną uwagę zasługują więc Nanodyski™ - nośniki w kształcie spłaszczonych sfer, których grubość waha się między 10 a 40 nm. Dzięki temu mogą przeciskać się między korneocytami drogą międzykomórkową i docierać nawet do 14 warstwy stratum corneum, pokonując w ten sposób barierę naskórkową. Uwalniają tutaj składniki aktywne, które docierają do żywych warstw naskórka i skóry właściwej – miejsca działania. Badania pokazują, że Nanodyski™ zwiększają przenikanie np. retinolu aż o 340% a witaminy C o 270%.

Mikronakłuwanie
W gabinetach kosmetycznych i dermatologicznych stosuje się również metody fizyczne w celu promowania przenikania i zwiększania skuteczności preparatów nakładanych na skórę. Na uwagę zasługuje tutaj znana i stosowana od kilkunastu lat sonoforeza oraz jontoforeza zwiększająca transport substancji  o budowie jonowej. Od kilku lat stopniowo odkrywamy tez potencjał mikronakłuwania, techniki początkowo wykorzystywanej głównie do stymulacji i regeneracji skóry. Dzięki perforacji warstwy rogowej naskórka (w czasie jednego zabiegu powstaje ponad 250 tysięcy mikrokanalików) przenikanie substancji nakładanych na skórę zwiększa się od 400 do 1000 razy. To wynik fenomenalny, nieporównywalny z innymi metodami. Do zwiększania przenikania składników aktywnych wystarczy stosować rollery z igłami o najkrótszej długości 0,2 mm, które „dziurawią” barierę – stratum corneum. 
Należy pamiętać, że po mikronakłuwaniu zwiększa się przenikanie nie tylko składników aktywnych, ale także wszystkich innych składników preparatu aplikowanego na skórę. Dlatego, aby uniknąć efektów niepożądanych, należy zwrócić szczególną uwagę na pielęgnację okołozabiegową i wybierać preparaty przeznaczone specjalnie do tego celu – ze zminimalizowaną ilością składników konserwujących, pozbawionych składników zapachowych oraz chemicznych modyfikatrów reologii.

Poprawa przenikania składników aktywnych przez warstwę rogową naskórka ma na celu coraz efektywniejsze wykorzystanie potencjału aktywnych składników kosmetyków. Nie jest to niestety proste – recepturę kosmetyku należy zaprojektować inteligentnie, tak, aby promowane było przenikanie substancji pożądanych (aktywnych) a nie przenikały substancje niepożądane oraz żeby warstwa rogowa naskórka nie uległa długotrwałemu uszkodzeniu. Bo przecież ta bariera chroni nas przed negatywnym wpływem otoczenia i utratą wody z organizmu.