Skóra – kompozytowy materiał hi-tech

© bananastock

Naskórek jest bardzo dobrze przystosowany do spełniania swojego zadania podstawowego, czyli bariery ochronnej, ale bariera ta na szczęście nie jest całkowita i jej stopień przepuszczalności bywa zmienny. Przyjrzyjmy się bliżej temu zjawisku, ponieważ przenikanie substancji przez tę warstwę skóry zajmuje najwięcej czasu. Żeby kosmetyk zadziałał właściwie, musi pokonać tę warstwę i dotrzeć do skóry właściwej, a nawet do tkanki podskórnej.

Stratum corneum (warstwa rogowa) jest warstwą nieprzepuszczalną dla białek i bardzo słabo przepuszczalną dla małych cząstek. Jej nieprzepuszczalność dla wody nie jest jednak całkowita, co umożliwia przenikanie pewnych substancji. Penetrację składników aktywnych może ułatwić też wcześniejsze usunięcie warstwy rogowej za pomocą peelingu albo mikrodermabrazji.

Przepuszczalność a czynniki zewnętrzne

Możliwe jest zbadanie in vitro przepuszczalności warstwy rogowej przy użyciu komory dyfuzyjnej, to znaczy komory podzielonej na dwie części przez błonę stratum corneum.

Część zewnętrzna stratum corneum jest poddana kontaktowi z płynem, w którym jest rozpuszczona substancja mająca penetrować. Jej stężenie w rozpuszczalniku jest stałe. Głębszą część warstwy rogowej również przenika strumień, który niesie to, co się przedostało przez część zewnętrzną.

Ilość substancji, która przedostała się przez błonę stratum corneum w określonym czasie, wskazuje na krótki okres „rozruchu” przenikania, a potem pewien okres stałego strumienia substancji. Jest on zawsze proporcjonalny do stężenia tej substancji na zewnętrznej powierzchni warstwy rogowej. W ten sposób można określić przepuszczalność danej substancji niezależnie od jej stężenia na powierzchni skóry.

To doświadczenie pokazuje też, że przepuszczalność warstwy rogowej podlega prawom Ficka, które opisują proces dyfuzji. Współczynnik przepuszczalności danej błony (kp) spada, kiedy rośnie grubość błony, i zależy od współczynnika podziału oraz od współczynnika dyfuzji tej błony. Współczynnik podziału (P) jest to stosunek rozpuszczalności danej substancji w błonie komórkowej i w rozpuszczalniku. W istocie bowiem przenikanie przez błonę oznacza rozpuszczenie substancji w niej, tak samo jak w rozpuszczalniku. Wysokie stężenie substancji w rozpuszczalniku ułatwia penetrację.

Współczynnik dyfuzji (D) opisuje łatwość pasażu substancji przez struktury lub molekuły błony. Współczynnik podziału P substancji dla stratum corneum mierzy się, pozostawiając określoną ilość testowanego rozpuszczalnika i suchej warstwy rogowej w tym samym naczyniu. W regularnych odstępach czasu pobiera się nieco warstwy rogowej i mierzy się ilość substancji, która wniknęła do niej. Współczynnik P zależy od rozpuszczalnika, a także od samej substancji. Znając kp i P, a także grubość błony, która jest stała, można obliczyć współczynnik D dyfuzji, mierzony w centymetrach kwadratowych na godzinę.

Stratum corneum jest bardzo słabo przepuszczalna dla wody, tylko około 10 razy bardziej niż teflon. Etanol w roztworze wodnym penetruje podobnie jak woda, lepiej zaś, gdy jest w roztworze olejowym. Współczynnik podziału jest wysoki, kiedy substancja rozpuszczalna w tłuszczach jest w roztworze wodnym, i niski, kiedy jest w roztworze olejowym. I odwrotnie – jeśli substancja jest rozpuszczalna w wodzie, współczynnik podziału jest wysoki, gdy jest ona w roztworze olejowym, a niski, gdy jest w roztworze wodnym. To tłumaczy fakt, że emulsje są tak skuteczne.

Część wodna emulsji pozostaje w obszarach wodnych naskórka, a część lipidowa w obszarach lipidowych. Żeby zwiększyć penetrację substancji rozpuszczalnych w tłuszczach, wystarczyłoby zaaplikować je w roztworze wodnym – i odwrotnie. Jednak w tych warunkach stężenie tych substancji na powierzchni warstwy rogowej byłoby zbyt słabe i strumień penetracji by zmalał. Niektóre substancje organiczne z trudem przenikają z powodu bardzo niskiego współczynnika dyfuzji. Duże cząstki nie przenikają z powodu rozmiaru. Gazy i substancje stałe również mogą pokonać stratum corneum, jeśli są w stanie się w niej rozpuścić. Prawo Ficka ma zastosowanie i do nich.