Биологически активные вещества в косметике

Биологически  активные вещества в косметике

Современная косметическая  индустрия предлагает потребителю  широкую гамму продуктов по уходу  за кожей. Все эти продукты обогащены  различными биологически активными  субстанциями. Можно сказать, что  косметические кремы и гели являются средством хранения и доставки активных веществ в кожу. Химия этих компонентов  очень разнообразна, исследования в  области биологически активных веществ  не прекращаются ни на минуту. Армия  биологов, химиков, технологов работает с целью создать наиболее эффективные  косметические препараты. Надо сказать, что эти усилия не проходят даром. Современные косметические средства успешно решают проблемы увлажнения и тонизирования кожи, все больше препаратов посвящены противовозрастной  терапии, косметика способствует решению  проблем жирной и склонной к акне кожи, укреплению волос и т.д. 
Развитие химической технологии, биотехнологии и современного машиностроения, основанные на глубоких знаниях в области биологии, биофизики, химии, техники дает возможность создавать все более эффективные косметические средства.

Косметические ингредиенты, применяемые сегодня для создания кремов и гелей, открывают создателям рецептур все новые возможности  варьировать тактильные ощущения продукта, улучшать проникновение биологически активных веществ в кожу, сохранять  косметические продукты и соответственно все активные вещества. Широкий выбор  ароматов делает конечный косметический  продукт еще более привлекательным. Безусловно, все косметические ингредиенты  проходят жесточайший контроль в  плане безопасности для человека и окружающей среды.

Биологически активные вещества тестируются не только на безопасность, но и естественно на эффективность. Производителями активных веществ  разработано множество оценочных  тестов как in vivo, так in vitro, исследуются их совместимость с другими компонентами, разработана соответствующая аппаратура, отвечающая последнему слову техники.

Множество активных веществ, применяемых сегодня в косметической  индустрии, могут поставить неискушенного  потребителя в тупик. В помощь косметологам и потребителям написана эта обзорная статья. В данной статье освещены наиболее широко применяемые  в косметических средствах биологически активные вещества. В статье дана общая  информация об их биохимии, влиянии  на организм и кожу, описаны некоторые  физиологические механизмы.

Основное внимание уделено  наиболее значимым для метаболизма  кожи классам биоорганических соединений: липидам, белкам, углеводам, витаминам. Данную статью мы постарались не перегружать  специальной терминологией и  формулами, но все-таки невозможно полностью  исключить специальную терминологию в целях адекватной передачи материала. В последующих статьях будут  представлены сведения о строении кожи, косметических ингредиентах, необходимых  для создания эмульсий и гелей, вспомогательных  веществах, используемых косметической  промышленностью.

Человек, представляет собой  сложнейший организм. Его жизнедеятельность  невозможна без огромного количества соединений, начиная с микроэлементов и заканчивая белками. Кожа человека является самым большим органом  тела со сложным строением и метаболизмом, множеством функций, контролируемых различными ферментами и гормонами.  
Современные косметические средства, призванные помогать коже нормально функционировать, включают в себя широкий набор биоорганических соединений. Наиболее значимые из них представлены ниже.

■ Липиды

Традиционно в косметических  средствах используют широкий спектр различных липидов. Липиды являются важной составной частью питания  не только вследствие своей высокой  энергетической ценности, но и потому, что среди липидов присутствуют важные для организма человека вещества. Примером могут служить всем известные  незаменимые жирные кислоты и  жирорастворимые витамины. Жировая  ткань в организме человека является не только депо питательных веществ, но и выполняет функцию терморегуляции, неполярные липиды выступают как  электроизоляторы, обеспечивая распространение  волн вдоль нервных волокон. Комплексы  жиров с белками (липопротеины) являются важными клеточными компонентами, присутствующими, как в клеточных мембранах, так  и в митохондриях, они также  служат средством транспортировки  липидов в токе крови.

К липидам относятся следующие  вещества: жиры, воска, жирные спирты, фосфолипиды, глицерофосфолипиды, сфингнофосфолипиды, гликолипиды, липопротеины; предшественники  и производные липидов – жирные кислоты, глицерин, стероиды, альдегиды  жирных кислот, углеводороды, жирорастворимые  витамины, глицериды.

Косметические препараты, особенно направленные на питание, восстановление и увлажнение кожи обязательно в  своем составе содержат липиды в  той или иной форме.  
Основной традиционный источник липидов для косметической промышленности – натуральные жирные масла. Спектр жирных масел, применяемых в косметических продуктах очень широк. Такие масла как оливковое, косточковые масла винограда, абрикоса, персика, масло карите (ши), бурачника, какао и пр. хорошо зарекомендовали себя в косметологической практике как увлажнители, смягчители и восстановители кожи. Наиболее качественные растительные масла получают путем прямого отжима из масленичных культур.

С точки зрения химии масла  представляют собой сумму гидрофобных  соединений, являющихся естественными  метаболитами растений. В состав жирных натуральных масел входят в первую очередь жирные кислоты в форме  триглицеридов, свободные жирные кислоты, фосфолипиды, стерины, углеводороды, эфиры  жирных кислот, воски, жирорастворимые  витамины и провитамины. Гидрофобные  вещества, входящие в состав масел  принято делить на омыляемые и  соответственно, неомыляемые. Омыляемые  вещества – те, из которых можно  получить натриевую/калиевую соль, т.е. мыло, путем реакции со щелочью. К  омыляемым относятся жирные кислоты, а к неомыляемым соответственно нейтральные вещества (воски, лецитины, витамины и пр.). Различные растительные масла содержат различное количественное соотношение основных веществ, различаются  жирнокислотным составом и набором  других компонентов. Эти различия зависят  от вида исходного растительного  сырья, места его произрастания, способа переработки и хранения. Биологическая активность жирных масел  как восстановителей, смягчителей  и увлажнителей кожи обусловлена  наличием в них в первую очередь  жирных кислот – строительного материала  для более сложных липидных структур.

Жирные кислоты по своему строению могут быть насыщенными  и ненасыщенными. Разница кроется  в наличие двойной связи между  атомами углерода в основной цепи жирной кислоты. Наличие двойной  связи говорит о ненасыщенности жирной кислоты. К насыщенным жирным кислотам относятся муравьиная, пропионовая, капроновая, каприловая, лауриновая, пальмитиновая, миристиновая, стеариновая, бегеновая  и т.д. Эти кислоты входят в  состав жиров, являются энергетическими  источниками. К ненасыщенным относятся  олеиновая, эруковая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, цервоновая, элаидиновая  и другие. Эти кислоты являются компонентами мембранных липидов, участвуют  в метаболических процессах. Первостепенное значение для организма жирных кислот заключается в трансформации  избытка углеводов и аккумулировании  их энергии.

Всем известно, что для  организма человека необходимы так  называемые незаменимые жирные кислоты. Их незаменимость говорит о том, что наш организм не в состоянии  синтезировать эти кислоты самостоятельно, а вынужден получать их из пищи (извне). К незаменимым относят ненасыщенные линолевую, линоленовую и арахидоновую жирные кислоты. При недостаточном  их поступлении в организм наблюдаются  следующие эффекты: увеличение холестерола  в плазме крови, нарушение в обеспечении  текучести клеточных мембран, нарушение  синтеза простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов. Нарушение метаболизма  жирных кислот ведет к ряду заболеваний  таких как сердечная недостаточность, нарушение формирования клеточных  мембран, дерматиты, аллергические  проявления, замедление роста у детей  в следствии плохой усвояемости  витаминов Д и А, нарушения  в половой сфере. Переоценить  влияние жирных кислот на организм человека и на кожу в частности  просто невозможно.

Важность жирных кислот и  различных липидов в полной мере осознается и производителями косметических  средств, поэтому продукты по уходу  за кожей в подавляющем большинстве  содержат в составах растительные жирные масла как источник жирных кислот. Масла, содержащиеся в косметических  продуктах, при попадании на кожу успешно восполняют дефицит липидов  рогового слоя кожи и кожного сала, тем самым способствуют сохранению влаги в коже, уплотняют упаковку корниоцитов эпидермиса, при попадании  в дерму встраиваются в метаболические процессы формирования клеточных мембран  и образование более сложных  липидов рогового слоя кожи. Наглядный  эффект применения масел в косметических  средствах выражается через ощущение мягкости и эластичности кожи, чувство  увлажненности и комфорта. 

Исходя из биохимии рогового слоя кожи, очевидно обоснованным становится применение в косметических средствах  нейтральных липидов, таких как  фосфолипиды, церамиды, стерины. Наряду с традиционными жирными маслами, представляющими всю совокупность гидрофобных веществ, в косметическом  производстве все более широко применяют  специально созданные смеси липидов, относящихся к классу барьерных  и пробарьерных, входящих в состав рогового слоя кожи или являющимися  их химическими предшественниками. Эти специализированные препараты, как правило, являются синергетическими комплексами с четко подобранным  липидным составом. В составах подобных комплексов зачастую включены незаменимые  жирные кислоты в свободном виде (витамин F), фосфолипиды, церамиды, стерины, провитамины А и Е. Безусловно, такие препараты значительнее эффективнее, чем традиционные жирные масла. Компании, создающие подобные биоактивные комплексы, исследуют различные аспекты их воздействия на кожу, результаты исследований являются основанием для дальнейшего рекомендованного применения таких комплексов в косметическом производстве. Основными эффектами применения подобных препаратов является: снижение уровня трансэпидермальной потери воды, упорядочивание структуры рогового слоя кожи, снижение уровня проявлений аллергии, раздражения, кожного зуда. Механизм действия пробарьерных липидов следующий: липиды косметического средства, постепенно диффундируя в кожу, взаимодействуют с липидами рогового слоя и встраиваются в кожный метаболизм, восстанавливая его барьерную функцию и создавая защитную пленку на поверхности кожи. Биологическая доступность и, следовательно, эффективность пробарьерных липидных комплексов значительно выше, чем обычных жирных масел.

О функции жирорастворимых  витаминов будет сказано ниже. 

■ Белки, пептиды, аминокислоты

Современные косметические  средства, особенно противовозрастной  направленности в своем составе  зачастую содержат аминокислоты, белковые и пептидные компаненты, призванные восполнять дефицит их в дерме, стимулировать  клеточное обновление и синтез коллагена  и эластина кожи.  
В живых клетках синтезируется множество макромолекул, которые играют роль структурных компонентов, биокатализаторов, рецепторов и т.д. Эти макромолекулы представляют собой биополимеры, построенные из мономерных единиц или строительных блоков. Так в нуклеиновых кислотах структурными звеньями являются нуклеотиды, в сложных полисахаридах – простые сахара, а в белках – аминокислоты.  
 
Именно аминокислоты определяют структуру и биологическую функцию конкретных белков. Это достигается аминокислотным составом, порядком чередования аминокислот в биополимерной цепи и их взаимным пространственным расположением. Аминокислоты в клетках организма выполняют множество важных функций, являясь предшественниками и составными частями биологически важных соединений организма, участвуют в передаче нервных импульсов, являются нейромедиаторами. Посредством аминокислот происходит множество метаболических процессов в организме, например цикл мочевины, желчных кислот, регуляция активности некоторых ключевых ферментов, стабилизация конформации белков путем образования солевых связей и т.д.  
В природе существует около 300 различных аминокислот, однако в животных белках обнаружены только 20 из них. Эти аминокислоты присутствуют в белках всех форм жизни – растений, животных, микроорганизмов. Из 20 аминокислот 9 являются незаменимыми, т.е. синтез их в организме человека невозможен и они должны поступать извне. Аминокислоты, являющиеся составными частями белков имеют следующие названия: аланин, валин, лейцин, аргинин, аспарагин, лизин, цистеин, серин, тирозин и.т.д.

Для косметической отрасли  аминокислоты важны в первую очередь  как вещества, питающие клетки кожи и восстанавливающие структуру  волос. Благодаря своей небольшой  молекулярной массе аминокислоты способны проникать в дерму и соответственно включаться в метаболические процессы по дальнейшему синтезу необходимых  организму белков.  
Белки (протеины) по своей химической сущности являются высокомолекулярными соединениями, построенными из аминокислот. Белки могут иметь очень значительную молекулярную массу, вследствие этого они образуют крупные фибриллы (фибрилярные) и скручиваться в глобулы (глобулярные). Примером фибриллярного белка является коллаген, а глобулярного – альбумин. В живом организме процесс синтеза белков и упаковки их в нужные структуры очень сложен и осуществляется посредством каскада ферментативных реакций. Ферменты, ответственные за производство белков, в свою очередь, также являются производными аминокислот.

Человек является белковым существом, наши ткани и органы сформированы различными белками, гликопротеинами, протеогликанами и естественно, что организму необходимо регулярное поступление белков в различных  видах. При усвоении организмом белков посредством ферментов большие  белковые молекулы «разбираются» на составные элементы и далее из полученных простых аминокислот  идет строительство необходимых  организму протеинов.  
Кожа человека также является результатом сочетания различных белков и соединений белков с сахарами (гликопротеины) и липидами (липопротеины). Наиболее значимыми белками для строения кожи являются коллаген различных типов (существует не менее пяти разновидностей коллагена), эластин, и сложные соединения белков с сахарами - гликозаминогликаны, протеогликаны. Волокна коллагена скручены в трехспиральную структуру и представляют собой фибриллы, обеспечивающие каркас кожи. Тройная структура коллагена стабилизируется за счет многочисленных межцепочечных поперечных сшивок. Межклеточное пространство уплотняется за счет гликозаминогликанов и протеогликанов.

В косметических продуктах  по уходу за кожей практическая ценность применения белков в их нативном виде невелика, так как они, будучи очень  большими, не могут проникать через  эпидермис и соответственно, их участие  в дальнейшем метаболизме затруднено. Как правило, для косметических  средств используются гидролизованные  белки, молекулярная масса которых  значительно меньше исходной. В «измельченном» состоянии структурные звенья белка  могут быть использованы клетками кожи в метаболических процессах. Наиболее часто применяемыми в косметической  промышленности белковыми препаратами  являются гидролизаты эластина и  коллагена.