5. Питательная ценность косметических композиций Термины «питательный крем», «питательная ценность» или «крем, обладающий питательным действием» широко использу
|
|
Скачать 0.52 Mb.
|
|
5. Питательная ценность косметических композиций Термины «питательный крем», «питательная ценность» или «крем, обладающий питательным действием» широко используется в косметологии. Однако во всех случаях их применение носит чисто интуитивный (часто ошибочный) характер. Впервые в 1998 г. мы описали подход к расчету питательной ценности косметических композиций. В соответствии с этим подходом, объектом косметологических воздействий компонентов кремовых композиций являются клеточные системы и фрагменты всех слоев кожи. Теория мягких косметологических воздействий (см. выше) основное внимание уделяет особенностям формирования эпидермального слоя кожи, связанного с одновременной реализацией трех процессов, которые обычно находятся в состоянии динамического равновесия:
Изменение относительных скоростей этих процессов (замедление или ускорение скорости клеточного деления, ускорение процесса кератинизации) является одной из основных причин наблюдаемых отклонений состояния кожи от нормы – молодежная угревая сыпь, появление первых мелких морщин и т.д. Поэтому одной из основных задач косметологии с позиций теории мягких косметологических воздействий является максимально длительное сохранение рассмотренного равновесного динамического процесса без изменений. В этом разделе речь пойдет о создании оптимальных условий для функционирования клеточных систем кожи и, в частности, базальных клеток эпидермиса. В дальнейшем мы сможем убедиться в том, что практическая косметология фактически не касается этого вопроса, хотя и активно пользуется маркетинговыми «завлекалочками», в которых на разные лады фигурирует определение «питательный». Для решения поставленной задачи целесообразно воспользоваться опытом, накопленным в клеточной биотехнологии по выращиванию тканевых культур (in vitro) c использованием разнообразных питательных сред. Составы стандартных питательных сред, используемых в клеточной биотехнологии, обычно включают 12 – 16 аминокислот, 8 – 10 водорастворимых витаминов, неорганические соли с определенным (физиологическим) соотношением макроэлементов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) и глюкозу. Источником липидов, микро-(Cu, Zn, Fe) и ультрамикроэлементов (Mn, V и т.д.), гормонов, а также иных стимулирующих деление клеток и питательных веществ в питательных средах является сыворотка крови животных, добавляемая в количестве от 5 до 10%. Именно такие системы в клеточной биотехнологии называются ПИТАТЕЛЬНЫМИ. По составу они напоминают плазму крови животных. Естественно было предположить, что если мы хотим осуществлять подпитку клеточных систем кожи с помощью косметических средств, то их составы должны быть сконструированы с учетом этих обстоятельств. В соответствии с вышеизложенным было принято, что питательная ценность любой среды, взаимодействующей с клеточными субстанциями, определяется наличием следующих групп ингредиентов: -макроэлементы (Na, K, Ca, Mg); -микро-(Cu, Zn, Fe) и ультрамикроэлементы (Mg, Сo, Ni и др.); -аминокислоты (низкомолекулярные пептиды); -витамины; -углеводы (глюкоза); -гормоны (факторы роста); -липиды. Следует подчеркнуть, что отсутствие хотя бы одной из этих групп в составе питательной среды при культивировании клеток вне организма, снижает ее питательную ценность до нулевого значения - клетки делиться не смогут. С другой стороны, белковые молекулы, которые могли бы быть источником индивидуальных аминокислот, вряд ли подходят для этой цели из-за больших размеров молекул (необходим предварительный гидролиз). Не учет этого обстоятельства, как мы убедились в предыдущих разделах, приводит к разного рода ошибочным представлениям. Например, сплошь и рядом, кроме переоценки проницаемости кожи, встречаются рассуждения о наличии в составах белковых ингредиентов косметического средства тех или иных аминокислот. Здесь мы опять имеем дело с попыткой повышения значимости косметического средства. А клеточным системам кожи от наличия аминокислот в белковой молекуле, как говорится «не холодно, ни жарко» - белки с высокой молекулярной массой всегда остаются на поверхности кожи. Возможно, это маркетинговый прием, направленный на неподготовленного потребителя, а, возможно, «беспробудная» неграмотность разработчиков и косметологов. Переходя к оценке питательной ценности косметических композиций, необходимо учитывать, что базальные клетки эпидермиса подпитываются межклеточной жидкостью, представляющей смесь лимфы и плазмы крови, которая содержит все перечисленные выше группы ингредиентов и еще много чего. Можно полагать, что в раннем возрасте, когда компоненты лимфы и плазмы крови обеспечивают полноценную подпитку клеточных систем кожи, необходимость в дополнительном количестве питательных веществ следует поставить под сомнение. Логично предположить, что необходимость в дополнительной подпитке клеток посредством косметических препаратов возникает в том случае, когда лимфа и плазма крови по тем или иным причинам снижают питательное воздействие. На рис.5.1 представлена предполагаемая нами гипотетическая зависимость относительной эффективности питательного воздействия (ОЭпв) от концентрации ингредиента косметической композиции (Сi) Рисунок 5.1 Зависимость относительной эффективности питательного воздействия косметического средства от концентрации ингредиента  где α  - остаточная относительная эффективность воздействия ингредиента (i), содержащегося в межклеточной жидкости (зависит от индивидуальных особенностей потребителя);С  - концентрация ингредиента (i), которую можно считать оптимальной;С  - допустимая концентрация ингредиента.На наш взгляд, наличие такого рода "куполообразных" кривых является фундаментальным законом при рассмотрении зависимостей "концентрация биологически активных веществ - эффективность их действия". Наличие первого (восходящего) участка данной кривой достаточно понятно из общих соображений – если в питательной среде не хватает или содержится мало какого-то необходимого клеткам ингредиента, то деление (комфортное существование) клеток затруднено. Повышение концентрации этого ингредиента приводит к повышению комфортности их существования, выражаемое на графике увеличением значения ОЭ. А вот с наличием нисходящей ветви этого графика все было гораздо сложнее. Можно было предположить, что есть такие «очень полезные» ингредиенты, постепенное добавление которых, если не будет повышать комфортность существования клеток до бесконечности, то уж, во всяком случае, « верхнее плато» графика может быть весьма продолжительным. Для количественного описания зависимости относительной питательной ценности косметических композиций от концентрации основных групповых компонентов биологически активных (питательных) веществ, входящих в состав косметических средств, были сделаны некоторые допущения:
Рисунок 5.2 Линейно-кусочное представление зависимости относительной эффективности питательного воздействия от концентрации ингредиента  где С  - предельная концентрация ингредиента, при достижении которой клеточная система погибает; остальные обозначения см. рис.5.1.
На основании этих допущений представлена формула для расчета относительной питательной ценности (ОПЦ) косметической композиции ОПЦ=  ОЭ или более подробно: ОПЦ (Сак, Смэ, Свит., Сглю, Сгор. и т.д., Θгл)= =ОЭ  (Сак.; Θак.)ОЭ (Смэ;Θмэ) ОЭ (Свит;Θвит) ОЭ (Сглю;Θглю) ОЭ (Сгор;Θгор) и т.д.;где Сi - текущие концентрации основных групповых (или индивидуальных) ингредиентов в косметической композиции, то есть: Сак - суммарная концентрация аминокислот (низкомолекулярных пептидов); Смэ - суммарная концентрация макроэлементов (Na, K, Ca, Mg); Свит - суммарная концентрация витаминов; Сглю - концентрация глюкозы; Сгор - суммарная концентрация гормонов и гормоноподобных веществ и т.д. i - набор параметров, от которых зависит i-тая кривая ОЭ =  i - совокупный набор параметров, от которого зависит ОПЦ;Расчет значений ОЭ для каждого компонента проводили по следующей формуле I:ОЭ (Сi; С ; С ; С )=   (I),где С >C>O; С ; ; 0 ;   Для оценки "чистого эффекта" питательного воздействия косметических композиций без учета естественной подпитки клеток кожи за счет питательных веществ межклеточной жидкости (индивидуальные характеристики потребителя) предложено рассматривать разность ОПЦ-  ОПЦкк,  с помощью которой можно сравнивать между собой питательную ценность косметических композиций без учета значений  .Таким образом, для проведения расчетов относительной питательной ценности косметических композиций необходимо иметь значения С и Сдля каждого группового (или индивидуального) ингредиента.Значения С (см. табл.5.1) можно определить из анализа составов питательных сред и сыворотки крови человека.Оценка значений С проведена в ходе экспериментов с клеточной культурой ЛЭЧ (клетки легкого эмбрионов человека), которая, на наш взгляд (по отношению к кислороду, продуктам перекисного окисления липидов), наиболее близка к клеткам базального слоя эпидермиса. На рис.5.3 в качестве примера представлены результаты изучения зависимости отношения индексов пролиферации клеток в эксперименте и контроле от дополнительной концентрации ионов Fe2+ в питательной среде.Таблица 5.1 Оценка величин оптимальных концентраций питательных ингредиентов косметических композиций
*) Приведенные данные отвечают 10%-ному содержанию сыворотки крови в питательных средах. Рисунок 5.3 Зависимость пролиферативной активности клеток ЛЭЧ от дополнительной концентрации ионов Fe 2+   где ИПi и ИПк являются индексами пролиферации клеточной системы ЛЭЧ в опытной и контрольной питательных средах. Представленные результаты свидетельствуют о том, что  незначительно превышает 30 мг/л.В табл. 5.2 представлены результаты экспериментальной оценки С для групповых и индивидуальных ингредиентов косметических средств, которые могут обеспечивать функционирование клеточных систем кожи (питательное действие).Таблица 5.2 Предельно допустимые концентрации питательных ингредиентов в питательной среде для клеток ЛЭЧ
Значения С корректировались на величины концентраций ингредиентов, изначально содержащихся в питательной среде. Так, например, на рис.5.4 представлена зависимость ростовых характеристик клеток ЛЭЧ от количества добавляемых макроэлементов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+). Из графика следует, что при добавлении к питательной среде смеси макроэлементов в количестве более, чем 10 г/л, клеточная система начинает испытывать дискомфорт. При этом предельно допустимая концентрация солей составляет 18 г/л, так как в исходной питательной среде эти соли содержатся в концентрации около 8 г/л.Следует заметить, что величины предельно допустимых концентраций, приведенные в табл. 5.2, определялись для каждой группы ингредиентов в отдельности. Естественным является вопрос о том, что произойдет с клеточной системой, если все компоненты питательной среды будут присутствовать в предельно допустимых концентрациях. Ответ на этот вопрос зависит от механизмов воздействия компонентов на клеточную систему. Ранее (см. п.4.3) было высказано предположение о том, что неорганические соли (макроэлементы) воздействуют на клеточные системы посредством создания осмотического давления. Говорилось также о том, что однозначным доводом в пользу такого предположения являлись бы данные, свидетельствующие, что и другие вещества, отличающиеся по строению от солей, влияли бы на клеточную систему ЛЭЧ аналогичным образом. На рис.5.4 представлен совмещенный график влияния неорганических солей, глюкозы и этилового спирта на ростовые характеристики клеток ЛЭЧ. Обращает на себя внимание некоторая регулярность, проявляющаяся, например, в том, что кривые, характеризующие действие макроэлементов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) и этилового спирта, как бы накладываются друг на друга. В то время как кривая, характеризующая влияние глюкозы, сдвинута в сторону больших концентраций более чем в два раза. Это обстоятельство можно было объяснить различиями в молекулярных массах осмотически активных частиц, образующихся при растворении указанных веществ в воде. Гипотеза полностью подтвердилась, так как относительные ростовые характеристики клеток при добавлении к питательной среде избыточных количеств глюкозы (с изменением осмоляльности) изменялись в точном соответствии с графиком (см. рис.4.4), отражающим зависимость относительных ростовых характеристик клеток ЛЭЧ от осмоляльности питательной среды, создаваемой за счет добавления избыточных количеств макроэлементов (Na+, К+, Ca+, Mg2+). Совмещенный график зависимости ростовых характеристик клеток от осмоляльности питательных сред, создаваемой добавками макроэлементов, глюкозы и спирта, представлены на рис.5.5. Рисунок 5.4 Зависимость ростовых характеристик клеток ЛЭЧ от концентрации неорганических солей (), глюкозы () и спирта () в питательной среде   Концентрация, г/л Ссоли, (%) Рисунок 5.5 Зависимость относительных ростовых характеристик клеток ЛЭЧ от величины осмоляльности, создаваемой добавлением неорганических солей (), глюкозы () и спирта (х) в питательной среде  Осмоляльность, мОсм/л Таким образом, неорганические соли и глюкоза взаимодействуют с клеточной системой по одинаковому механизму, связанному с созданием осмотического давления. Как следует из представленного на рис.5.5 графика аналогичный механизм взаимодействия с клеточной системой характерен и для добавляемого в питательную среду этилового спирта. То обстоятельство, что совершенно разные по своей природе добавки одинаковым образом влияют на клетки, свидетельствует об одинаковости механизма их взаимодействия с клеточными системами. На наш взгляд, удивительным оказалось, что этиловый спирт не отличается по своему действию от неорганических солей и от глюкозы. Это позволяет предположить, что такие широко распространенные в качестве добавок к косметическим препаратам спирты и полиолы*) (этиленгликоль, пропиленгликоль, пропиловый и изо-пропиловый спирты и т.д.), по-видимому, также могут взаимодействовать с клеточными системами по "осмотическому механизму". А если это так, то для каждой такой добавки можно определить предельно допустимую концентрацию расчетным путем. Например, если пренебрегать процессами, связанными с образованием ассоциатов, то раствор, содержащий 1 моль/литр спирта (46 г/л), будет иметь осмоляльность, равную 1000 мОсм/литр. Используя этот метод, мы определили предельно допустимые концентрации индивидуальных веществ, включаемых в составы косметических композиций (см. Приложение 2), по следующей формуле:  (II), где М.m - молекулярная масса, 80 - дополнительное количество mOsm/л, необходимое для достижения  , а N соответствует 1000 для недиссоциируемых молекул (например, для спиртов), - 2000 для молекул, диссоциирующих на два иона (например, для NaCl), - 3000 для молекул, диссоциирующих на три иона (например, для CaCl2) и т.д.В таблице 5.3 приведены молекулярные массы и предельно допустимые концентрации некоторых спиртов и полиолов, рассчитанных исходя из предположения об осмотическом механизме их влияния на клеточные системы. Для глюкозы и этилового спирта они подтверждены экспериментально. Таблица 5.3 Рассчитанные предельно допустимые концентрации некоторых спиртов и полиолов, используемых в качестве добавок к косметическим композициям
Теперь, отвечая на поставленный вопрос о том, что произойдет с клеточной системой, если все компоненты питательной среды будут присутствовать в предельно допустимых концентрациях, по крайней мере, для неорганических солей, спирта и глюкозы можно предполагать суммирование значений осмоляльности. Результатом такого суммирования окажется увеличение осмоляльности и переход в область значений (>500 mOsm), характеризующихся полной деструкцией клеточной системы в течение 72-96 часов. Это обстоятельство должно учитываться и при конструировании косметических композиций, особенно в тех случаях, когда в качестве добавок используются низкомолекулярные спирты и солевые системы. Фактически речь идет не о С индивидуальных и групповых ингредиентов, а о предельно допустимых суммарных концентрациях ингредиентов (С(сумм.)). Эти концентрации всегда ниже величины Сдля индивидуальных (групповых) ингредиентов.Однако следует признать, что подобный прием не применим при рассмотрении С для микро- и ультрамикроэлементов, аминокислот и витаминов. Действительно, предельно допустимая концентрация ионов меди, добавляемых к питательной среде в виде СuCl2 (M.m.=134,5) cоставляет всего 5,1 мг/л. А если бы действие двухлористой меди определялось только осмоляльностью, то расчетная величина  =3,6 г/л. Эта расчетная величина в 703 раза выше, чем экспериментально наблюдаемое значение  .Можно полагать, что отличие между рассчитанной величиной С (расч.) и экспериментально наблюдаемым значением С(эксп.) будет характеризовать величину "спецэффекта" СЭ, не связанного с осмотическим воздействием конкретного ингредиента на клеточную систему (см. табл.5.4).Таблица 5.4 Рассчитанные значения величин "спецэффекта" для некоторых ингредиентов питательных сред
Таким образом, наибольшими спецэффектами по отношению к клеточным системам обладают соли цинка (1732), кобальта (866) и меди (703), а наименьшими - аминокислоты (19). Из этого следует, что чувствительность клеточной системы к ионам цинка почти в 100 раз выше, чем к аминокислотам. Такие различия должны учитываться при определении величин С (сумм.) при конструировании питательных сред и косметических композиций. Например, если нам потребуется приготовить питательную среду или кремовую композицию, концентрации компонентов которых необходимо сдвинуть пропорционально их спецэффекту в большую или меньшую сторону, то для аминокислот такой сдвиг должен быть пропорционален 19, для ионов цинка - 1732, а для глюкозы и макроэлементов - 1.Нас ждут захватывающие эксперименты в указанном направлении. И если наши предположения подтвердятся, то любой разработчик "с карандашом в руках" сможет осознанно варьировать составами, создавая "равнобезопасные" по всем ингредиентам косметические композиции. Чрезвычайно интересным является также изучение интимных механизмов проявления спецэффектов индивидуальных ингредиентов. Из сопоставления экспериментально полученных значений С (табл.5.2) с величинами С(табл.5.1) следует, что при составлении косметических композиций наиболее опасной является передозировка по макроэлементам (соли натрия, калия, кальция и магния), глюкозе и по аминокислотам, для которых допустимая концентрация превышает оптимальную всего в 2-3 раза. В то время как величины указанных концентраций для остальных ингредиентов отличаются более чем в 10 и даже в 10000 раз (для никеля).Следует заметить, что при переходе к другим клеточным системам, описанные выше интервалы между С и Смогут меняться. Так мы показали, что при переходе от клеток ЛЭЧ к клеткам почки сирийского хомячка (ВНК-21) величины Сдля микро- и ультрамикроэлементов уменьшаются в 1,4 раза. То есть клеточная система ВНК-21 оказалась более чувствительной к влиянию микро- и ультрамикроэлементов. В соответствии с этим для данной культуры клеток уменьшаются и различия между Си С.Однако, учитывая то обстоятельство, что клетки ЛЭЧ функционально в большей степени напоминают клетки базального слоя эпидермиса (см. п. 9.1.3), на наш взгляд, следует принимать во внимание величины С , относящиеся именно к этой клеточной системе.К сожалению, мы не представляем, каким образом определить предельно допустимую концентрацию липидов из-за их практической нерастворимости в водных системах. Однако следует учитывать то обстоятельство, что в сыворотке крови человека содержится около 0,6% липидов в виде сложных соединений (липопротеиды, липосахариды и т.п.) или их комплексов с высокомолекулярными биополимерами. А так как в экспериментах на клеточных культурах в питательные среды добавляется от 5 до 10% сыворотки крови животных (оптимальная концентрация), можно полагать, что для липидов предельно допустимая концентрация будет отличаться от оптимальной более чем в 10 раз. Следует заметить, что недавно появилось сообщение [1], авторы которого предлагают способ определения токсичности in vitro для жирорастворимых соединений и самих жиров. В соответствии с их методикой с применением Твина 20 (эмульгатора) и производных полиэтиленгликоля, масла переводятся в состояние наноэмульсии и в таком состоянии вводятся в питательную среду для культивирования клеток. Чрезвычайно интересными для нас оказались данные, полученные этими авторами, характеризующие токсичность липидов. Так было показано, что жиры, содержащие 0,6% фосфолипидов, при их добавлении к питательной среде в виде липосом (скорее наночастиц) в суммарной концентрации 8% не проявляют отрицательного эффекта на ростовые характеристики лимфобластоидных клеток ТК6. Однако фибробласты, клетки яичников китайского хомячка (СНО) и гибридомные клетки по отношению к жирам проявляют значительно более низкую терпимость. Это может означать только то, что предельно допустимая концентрация жиров в питательных кремовых композициях находится в области ниже 8%. Этот факт мы еще обсудим в разделе, посвященном основам косметических препаратов (см. гл.10). Вопрос о влиянии гормонов и гормоноподобных веществ на клеточные системы кожи также требует детальной проработки (см. гл.8). Полученные результаты позволяют констатировать, что среди изученных нами ингредиентов, которые вносят вклад в питательную ценность окружающей клетку среды, отсутствуют «очень полезные» ингредиенты, постепенное добавление которых повышает комфортность существования клеток до бесконечности, а также для которых «верхнее плато» графика являлось бы аномально продолжительным. Образно говоря, живой организм не может существовать, если его беспредельно нашпиговывать питательными веществами. ^ Все проведенные нами в данном разделе эксперименты выполнены на клеточной культуре ЛЭЧ (легкие эмбриона человека), полученной из коллекции НИИ клеточных культур Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" (коллекционный шифр ИМБо-55). Клетки с посевной концентрацией 1.5.105 кл/мл инкубировали на специальной питательной среде ПСС (ЛЭЧ) с добавлением разных концентраций солей, витаминов, аминокислот, глюкозы, микро- и ультрамикроэлементов. После окончания инкубации подсчитывали количество жизнеспособных клеток с помощью камеры Горяева. Величина индекса пролиферации (ИПi) рассчитывалась как отношение конечной концентрации клеток к исходной. В качестве солей применяли NaCl, KCl, KH2PO4, NaH2PO412H2O, CaCl2, MgSO47H2O в следующих соотношениях: 7660:400:60:120:70:200 (мг/л), соответственно. В качестве аминокислот использовали аргинин-HCl, цистин, глутамин, гистидин-HCl (H2O), изолейцин, лейцин, лизин-HCl, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, тирозин, валин, серин в следующих соотношениях: 189,9:36:584,8:62:78:78:108,7:22:48:72:15:54:69:37 (мг/л), соответственно. В качестве витаминов использовали рибофлавин, холинхлорид, фолиевую кислоту, никотинамид, тиамин гидрохлорид, пантотенат кальция, пиридоксин, инозит в следущих соотношениях: 0,15:3:1,5:1,5:1,5:1,5:1,5:3 (мг/л), соответственно. Все компоненты питательных сред имели квалификацию "для клеточных культур". В процессе культивирования к питательным средам добавляли 10% сыворотки крови крупного рогатого скота. Длительность культивирования при 370С составляла 96 часов. Таким образом, в работе рассмотрен перечень компонентов косметических средств, определяющих питательную ценность. Предложен алгоритм расчета питательной ценности косметических композиций. Показано, что после достижения определенных величин дальнейшее повышение концентрации питательных компонентов приводит к ухудшению ростовых характеристик клеточных систем, вплоть до их полного уничтожения. Проведена оценка предельно допустимых концентраций компонентов, определяющих питательную ценность косметических препаратов и позволяющих осознанно подходить к конструированию косметических средств, обладающих питательным действием. Настоящее исследование является ключевым фрагментом теории мягких косметологических воздействий. |
8 г/л
*)
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям