Wiele spośród obecnie stosowanych filtrów UV nie zapewnia całkowitej ochrony przed promieniowaniem. W przypadku niektórych filtrów może to wynikać z wąskiego zakresu absorpcji światła lub niskiej fotostabilności chemicznej. Pewne problemy może stwarzać także fakt, że wiedza na temat struktury i własności produktów rozpadu filtrów jest ciągle jeszcze niewystarczająca.
Kombinacje różnych filtrów w jednym produkcie kosmetycznym pozwalają na rozwiązanie problemu wąskiego zakresu absorpcji, jednak nie pozostają one bez wpływu na stabilność chemiczną poszczególnych składników zawartych w produkcie. Ponadto zastosowanie niektórych filtrów syntetycznych wiąże się z szeregiem zagrożeń, takich jak: przenikanie do krwioobiegu, możliwość tworzenia adduktów z DNA czy działanie estrogenne.
Ze względu na powyższe ograniczenia w stosowaniu obecnie dostępnych filtrów chemicznych i fizycznych, ciągle poszukuje się skuteczniejszych i bezpieczniejszych alternatyw.
Nie bez znaczenia pozostają także obecne trendy w kosmetologii, promujące stosowanie kosmetyków, zawierających składniki pochodzenia naturalnego. Dlatego też, poza prowadzeniem badań nad filtrami syntetycznymi, poszukuje się substancji pochodzenia naturalnego, mogących pochłaniać promieniowanie UV. Poniższy artykuł ma celu przegląd naturalnych substancji, o potencjalnym zastosowaniu jako filtry UV.
Aloina A i B
Mieszanina zwana barbaloiną, jest C-glukozydem aloeemodynoantronu, połączenie glikozydowe występuje przy węglu w pozycji 10. Aloina składa się z dwóch diastereoizomerów: aloiny A i aloiny B. Przechodzi łatwo w tautomeryczną formę antranolową.
Aloina jest głównym składnikiem (powyżej 18%) tzw. Cap-Aloe pochodzącego z gatunku Aloe ferox. Silnie hamuje wydzielanie histaminy. Rozpuszcza się w zimniej wodzie, w gorącej tworzy mętny roztwór, z którego po oziębieniu wypływa żywica aloesowa nierozpuszczalna w wodzie. Aloina rozpuszcza się w etanolu, stężonym kwasie octowym, glicerolu, acetonie, roztworach wodorotlenków potasowców; nie rozpuszcza się w chloroformie, eterze naftowym, benzenie, bardzo słabo w eterze etylowym [1].
Rys. 1 Wzór aloiny
Warmer i współpracownicy [2] przeprowadzili badania, w których stwierdzono, iż zastosowanie aloeemodyny, związku występującego w niektórych gatunkach aloesu, zwiększa wrażliwość skóry na promieniowanie UV. Ludzkie fibroblasty inkubowano przez 18 godzin z 20 μmol/L aloeemodyną, a następnie wystawiono na działanie promieniowania UV. Podczas doświadczenia stwierdzono, że pod wpływem promieniowania UV, aloeemodyna wykazuje działanie fotocytotoksyczne na ludzkie fibroblasty, powodując jednocześnie uszkodzenia zarówno w DNA jak i RNA.
Kolejne badania, w których inkubowano ludzkie fibroblasty z 500 μmol/L aloiną A i naświetlano promieniowaniem UV A nie wykazały działania foto-cytotoksycznego aloiny A. W celu wyjaśnienia różnicy we właściwościach tych dwóch związków (aloeemodyna i aloina A) przeprowadzono eksperymenty, w których stwierdzono, iż generowanie reaktywnych form tlenu (ROS) i wywoływanie uszkodzeń komórki przez aloinę A jest mało prawdopodobne.
Pomimo faktu, że aloina A bezpośrednio nie ma działania foto-cytotoksycznego, zauważono, że ludzkie fibroblasty są w stanie metabolizować aloinę A do aloeemodyny, co w takiej sytuacji może być bardzo niebezpieczne dla skóry. Inne badania przeprowadzone przez Xia i współpracowników [3] potwierdzają fakt, iż ekstrakt z liści Aloe vera może zwiększyć wrażliwość skóry na promieniowanie UV.
Z powyższych informacji można stwierdzić, że aloina pomimo faktu, iż jest w stanie absorbować promieniowanie w zakresie odpowiadających promieniowaniu UV A i UV B, ze względu na możliwe działanie uwrażliwiające skórę na promieniowanie UV, nie jest substancją, która mogłaby mieć zastosowanie w produktach przeciwsłonecznych.
Kumaryna i jej ważniejsze hydroksy- i metoksypochodne
Kumaryna (benzo-α-piron) występuje jako glikozyd kwasu o-hydrocynamonowego (cis i trans). Występuje m.in. w nostrzyku lekarskim Melilotus officinalis (Fabaceae), marzance wonnej Asperula odorata (Rubiaceae), trawie żubrówce Hierochloe odorata (Poaceae). Substancja silnie wonna, łatwo sublimująca, bardzo trudno rozpuszczalna w wodzie. Nie fluoryzuje w świetle UV- w odróżnieniu od innych kumaryn.
Rys. 2 Wzór kumaryny
Kumaryna wykazuje właściwości spazmolityczne, przeciwobrzękowe, wpływa uspokajająca na ośrodkowy układ nerwowy- jest jednak związkiem toksycznym, uszkadzającym wątrobę, a nawet podejrzewanym o działanie kancerogenne. [1]. Stosowana w środkach zapachowych może przenikać przez skórę do krwiobiegu, co potwierdzają badania przeprowadzone na ludziach [4]. Aplikacja kumaryny w 70% roztworze etanolu (ekspozycja 6h, 0,02 mg/cm2) związana jest z całkowitą absorpcją do krwioobiegu na poziomie 60% dawki. Szczytowe stężenie kumaryny w osoczu osiągane jest już po 1 h od aplikacji, a średni okres półtrwania u ludzi wynosi 1,7 h. Związek ulega szybkiej dystrybucji i wydaleniu wraz z moczem i kałem. Kumaryna u ludzi jest wydalana głównie w postaci koniugatów: glukuronidu hydroksykumaryny i siarczanu 7-hydroksykumaryny.
Do grupy kumaryn, najczęściej spotykanych w przyrodzie zalicza się umbeliferon (7-hydroksykumarynę). Występuje on w olejku eterycznym np. rumianku pospolitego Chamomilla recutita (Asteraceae), a także w wielu gatunkach roślin z rodziny Apiaceae, Solanaceae, Asteraceae. Przeważnie występuje w wolnej formie aglikonu. Posiada zdolność do absorpcji promieniowania UV, należy do substancji fotoochronnych. Absorbuje promieniowanie ultrafioletowe w zakresie: 280-315 nm. Może działać fotouczulająco [1].
Rys. 3 Wzór umbeliferonu
Innym związkiem należącym do grupy kumaryn i ich pochodnych jest eskuletyna (6,7-dihydroksykumaryna) i jej glikozyd o nazwie eskulina (8-metoxypsoralen). Eskuletyna wykazuje właściwości przeciwstarzeniowe. Badania potwierdzają [5], że ekstrakt kumaryn z Fraxinus chinensis, którego głównymi składnikami są eskulina i eskuletyna, chroni skórę przed reaktywnymi formami tlenu (ROS).
Eskuletyna wykazuje silną aktywność przeciwrodnikową w komórkach ludzkich skórnych fibroblastów napromieniowanych UV B. Ponadto zastosowanie eskuletyny powoduje zależne od dawki zahamowanie ekspresji metaloproteinazy MMP-1 w komórkach poddanych napromieniowaniu UV A. Eskulina wykazuje silne właściwości promieniochronne, absorbuje promieniowanie w zakresie do 370 nm [1].
Rys. 4 Wzór eskuletyny
Pochodne kwasu cynamonowego
Do pochodnych kwasu cynamonowego, wykazujących właściwości promieniochronne, zaliczamy kwas ferulowy oraz kwas kawowy.
Kwas ferulowy (kwas hydroksymetoksycynamonowy) występuje w stanie wolnym i w postaci estrów m.in. w żywicach z rodziny Apiaceae. Ma właściwości żółciopędne, przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, ochronne dla wątroby; hamuje agregację płytek krwi. W ustroju powstaje z kwasu kawowego [1].
Rys. 5 Wzór kwasu ferulowego
Mieszanina kwasu ferulowego z witaminą C i E zapewnia istotną ochronę skóry przed promieniowaniem słonecznym. Potwierdzają to badania wykonane na skrawkach skóry poddanych ekspozycji na promieniowanie UV [6].
W badaniach tych oceniono m.in. ilość dimerów tyminowych i białka p53 metodami immunohistochemicznymi, oraz poziom cytokin indukowanych przez promieniowanie UV metodą real time PCR. Aplikacja mieszaniny kwasu ferulowego z witaminą C i E zapewniła istotny poziom fotoprotekcji w stosunku do wszystkich badanych kryteriów. Synergistyczne działanie kwasu ferulowego z witaminami C i E związane jest ze zwiększoną stabilnością tych witamin w obecności kwasu ferulowego. Działanie fotoochronne witamin C i E w obecności kwasu ferulowego, oszacowane na podstawie ilości komórek „sun burn” oraz wielkości rumienia, ulega podwojeniu [7].
Kwas kawowy (kwas 3,4-dihydroksycynamonowy) wykazuje działanie bakteriostatyczne, przeciwzapalne, ochronne dla wątroby, a także immunotropowe. W organizmie utlenia się i tworzy kwas ferulowy, izoferulowy, cyklolignan i eskuletynę, które są biologicznie aktywne [34].
Rys. 6 Wzór kwasu kawowego
Kwas kawowy i jego analogi są także dobrze znanymi antyoksydantami, które zdolne są do wiązania i neutralizacji tlenu singletowego, powstającego w skórze w wyniku ekspozycji na promieniowanie UV A. Badania na myszach [8] potwierdzają ochronne działanie kwasu kawowego, zastosowanego zarówno w postaci suplementu doustnego, jak i aplikacji zewnętrznej.
Ponadto kwas kawowy może chronić przed immunosupresją związaną z promieniowaniem UV B. Kluczową rolę w przewlekłej immunosupresji wywołanej ekspozycją na promieniowanie UV B pełni Interleukina-10 (IL-10), która hamuje komórkową odpowiedź immunologiczną. Badania potwierdzają, że kwas kawowy hamuje aktywność promotora IL-10 przez co może chronić przed immunosupresją, wywołaną przez UV B i fotokarcynogenezą [9].
Powyżej omawiane związki naturalne wykazują szereg pozytywnych właściwości, takich jak: zdolność do absorpcji promieniowania UV, działanie antyoksydacyjne oraz ochrona przez immunosupresją wywołaną przez promieniowanie UV B. Jednak ze względu na możliwe działania niepożądane, m.in. przenikanie do krwioobiegu, działanie fotouczulające, możliwe działanie toksyczne i kancerogenne, obecność tych związków w kosmetykach pozostaje dyskusyjna. Ich zastosowanie w produktach przeciwsłonecznych wymaga dodatkowych badań i potwierdzenia profilu bezpieczeństwa.
Trend stosowania produktów pochodzenia naturalnego rozwija się dosyć intensywnie, podobnie jak wzrasta wśród ludzi poziom wiedzy na temat szkodliwego działania promieniowania UV.
Opisane powyżej substancje pochodzenia naturalnego nie zapewniają pełnej ochrony przed słońcem (SPF w granicach 2-5) lub nawet mogą wpływać negatywnie na skórę, w momencie, gdy jest ona narażona na promieniowanie UV. Dlatego też, niezwykle ważna jest kontynuacja badań dotyczących nowych substancji ochronnych.
Literatura:
[1] Kohlmunzer S. Farmakognozja Podręcznik dla studentów farmacji Warszawa, Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2007.
[2] Wamer W., Vath P., Falvey D. In vitro studies on the photobiological properties of aloe emodin and aloin A. Free Radic Biol Med. 2003 Jan 15;34(2):233-42
[3] Xia Q, Yin JJ, Fu PP, Boudreau MD. Photo-irradiation of Aloe vera by UVA--formation of free radicals, singlet oxygen, superoxide, and induction of lipid peroxidation. Toxicol Lett. 2007 Jan 30;168(2):165-75
[4] Ford RA, Hawkins DR, Mayo BC, Api AM. The in vivo dermal absorption and metabolism of [4-14C] coumarin by rats and by human volunteers under simulated conditions of use in fragrances. Food Chem Toxicol. 2001 Feb;39(2):153-62.
[5] Lee BC, Lee SY, Lee HJ, Sim GS, Kim JH, Kim JH, Cho YH, Lee DH, Pyo HB, Choe TB, Moon DC, Yun YP, Hong JT. Anti-oxidative and photo-protective effects of coumarins isolated from Fraxinus chinensis. Arch Pharm Res. 2007 Oct;30(10):1293-301.
[6] Murray JC, Burch JA, Streilein RD, Iannacchione MA, Hall RP, Pinnell SR. A topical antioxidant solution containing vitamins C and E stabilized by ferulic acid provides protection for human skin against damage caused by ultraviolet irradiation. J Am Acad Dermatol. 2008 Sep;59(3):418-25.
[7] Lin FH, Lin JY, Gupta RD, Tournas JA, Burch JA, Selim MA, Monteiro-Riviere NA, Grichnik JM, Zielinski J, Pinnell SR. Ferulic acid stabilizes a solution of vitamins C and E and doubles its photoprotection of skin. J Invest Dermatol. 2005 Oct;125(4):12-13.
[8] Yamada Y, Yasui H, Sakurai H. Suppressive effect of caffeic acid and its derivatives on the generation of UVA-induced reactive oxygen species in the skin of hairless mice and pharmacokinetic analysis on organ distribution of caffeic acid in ddY mice. Photochem Photobiol. 2006 Nov-Dec;82(6):1668-76.
[9] Staniforth V, Chiu LT, Yang NS. Caffeic acid suppresses UVB radiation-induced expression of interleukin-10 and activation of mitogen-activated protein kinases in mouse. Carcinogenesis. 2006 Sep;27(9):1803-11.
Autor opracowania: Sylwia Tracichleb
