ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В последнее время во многих исследовательских центрах развернут широкий фронт работ фундаментального и прикладного характера, направленный на всестороннее изучение обширной группы природных биологически активных соединений, объединяемых общим классификационным названием «липиды». Современные представления, основанные на результатах глубоких структурно-функциональных исследованиях (Швец В.И., 2001, Ефременко В.И., 2003), отводят липидам и их над молекулярным клеточным образованием - биологическим мембранам -важнейшую роль в функционировании основных биохимических механизмов в коже. Данные механизмы определяют и регулируют физическое состояние клетки, ее взаимодействие, как с соседними клетками, так и с факторами окружающей внешней среды (Бергельсон Л.Д., 1987). Возрастающие потребности фармацевтической и косметической отраслей промышленности делают актуальной задачу подбора доступных сырьевых ресурсов и разработку оптимальных биотехнологических процессов производства природных липидных препаратов для ухода за кожей лица. Препараты природного происхождения отличаются от синтезированных химических соединений совершенной формулой, включающей оптимальное соотношение микро- и макроэлементов, витаминов и незаменимых жирных кислот.
В течение всей своей жизни человек активно пользуется тем или иным видом парфюмерно-косметической продукции (мыло, шампунь, зубные пасты, кремы и т.д.). В связи с возможностью проникновения данных средств через кожный барьер и слизистую оболочку с последующим влиянием на отдельные органы человека, разработка методов стандартизации и сертификации, обеспечивающие безопасность данной продукции, приобретают особое значение. За последние 4 года в России было забраковано 12% косметической продукции, представленной в органы стандартизации и сертификации (Вилкова
С.А., 2003). Особенно тревожит тот факт, что токсичными свойствами обладали 13,6% продукции, а 22,7% их средств имели микробиологическую загрязненность, то есть напрямую угрожали здоровью потребителей. Одновременно качество продукции является результатом рыночной политики самого предприятия и залогом успешных продаж производимого им товара. Наличие сертификата системы менеджмента качества, отвечающих требованиям ИСО 9000 - это гарантия безопасности здоровья населения и прямые конкурентные преимущества предприятия - производителя на рынке.
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является разработка биотехнологических процессов конструирования липидных тоников для ухода за воспаленной кожей и системы управления качеством их производства. Для достижения поставленной цели следовало решить следующие задачи:
1. На основе биомоделирования разработать рецептуру липидных тоников для ухода за кожей в домашних и профессиональных условиях;
2. Провести подбор доступного эффективного природного сырья;
3. Разработать биотехнологические процессы конструирования липидных тоников для очищения воспаленной кожи;
4. Выяснить эффективность комплексного воздействия на кожу липидного тоника и липосомального крема, имеющего идентичный состав фитокомпозиции;
5. Разработать систему контроля качества липидных тоников на всех этапах технологического процесса;
6. Разработать систему управления качеством и создать алгоритм управления контролем качества производства липидных косметических средств.
Научная новизна. Разработаны рецептуры тоников для ухода за проблемной кожей лица в домашних и профессиональных условиях. С
помощью биологической модели Staphylococcus aureus доказана целесообразность введения в рецептуру противовоспалительной композиции, содержащей следующее соотношение лекарственного растительного сырья: по 4 части шалфея и календулы и по 1 части ромашки, крапивы и зверобоя. Дополнительно в состав тоников введена родниковая слабоминерализованная вода, содержащая макро- и микроэлементы, участвующие в ранозаживляющих и регенерационных процессах кожного покрова.
Разработаны основные биотехнологические процессы конструирования липидных тоников для очищения проблемной кожи. Определены параметры технологических операций. Оригинальность разработок доказывают положительные решение о выдаче двух патентов на изобретение РФ (№2003104254\15 от 27.04.2004 и №2003104255\15 от 19.05.2004).
Разработана система комплексного мониторинга и подобраны методы контроля качества на всех этапах технологического процесса, а также впервые предложены для определения качества сырья, полупродуктов и готовой продукции методы, отсутствующие в нормативной документации на косметические средства. Так, доказана необходимость проверки жирно-кислотного состава растительных масел в процессе выбора эффективного сырья для производства липидных препаратов. Срок хранения липидных препаратов предложено определять с помощью микробиологического анализа, показателей перекисного числа и органолептических свойств.
Впервые для производства липидных косметических препаратов составлены Положение и алгоритм управления качеством, позволяющие оптимизировать научно-методические основы мониторинга косметической продукции в соответствии с требованиями международного стандарта ИСО 9000. Внедрение данной системы в производство имеет социальный и экономический аспекты, так как обеспечивает выпуск безопасной высококачественной продукции и увеличивает конкурентоспособность предприятия.
8
Практическая значимость и результаты внедрения. Работа выполнялась по заказу НПО «Пульс», которое производит липидные косметические препараты. Тоники прошли производственную апробацию, имеют санитарно-эпидемиологическое заключение и сертификат соответствия и в настоящем времени выпускаются в промышленном объеме (акт от 19.05.2004). Результаты экспериментальных исследований комплексного использования для воспаленной кожи тоников и липосомального крема внедрены в работу Центра красоты и здоровья «Альпика» г. Ставрополя (акты №№ 7,8 от 25.03.2004). Испытание эффективности применения тоника серии «Profi Line» совместно с кремом для проблемной кожи проводил врач-дерматолог поликлиники № 9 в г. Ставрополе и подтвердил усиление планируемого терапевтического эффекта.
Разработаны и утверждены НД на липосомальные тоники для проблемной кожи, в т.ч. опытно-промышленный регламент (№05 от 2004 г.), ТУ 9152-018-10280704-04, Положение по управлению качеством производства трансдермальных липидных косметических препаратов (акт от 27.05.04).
Разработана и внедрена в учебный процесс кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека Ставропольского Госуниверситета программа учебной практики по дисциплине специализации «Физиология человека и животных.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Результаты использования Staphylococcus aureus в качестве биологической модели для определения эффективности действия лекарственных трав позволяют разработать рецептуру препарата с заданными терапевтическими свойствами.
2. Результаты введение в состав тоников для проблемной кожи фитокомпозиции и родниковой воды, богатой макро- и микроэлементами, позволяют повысить их биологическую активность.
3. Тоники для ухода за проблемной кожей лица в косметологических кабинетах содержат повышенное количество биологически активных веществ.
4. Результаты комплексного использования липидных тоников и липосомальных кремов повышают противовоспалительное и ранозаживляющее действие препаратов.
5. Итоги внедрение системы управления качеством на производстве имеют важный социальный и экономический аспекты, так как увеличивают выпуск безопасной высококачественной продукции и повышают конкурентоспособность предприятия.
7. Разработка алгоритма управления контролем качества на производстве оптимизирует научно-методические подходы к мониторингу качества парфюмерно-косметической продукции, и увеличивают ее безопасность. Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на Международной научно-практической конференции «Биоресурсы, биотехнологии, инновации юга России» (Пятигорск, 2003); IV Международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2003); 58-й и 59-й Межрегиональных конференциях по фармации и фармакологии «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2003, 2004); Международной конференции «Современные достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань, 2004); Межрегиональной конференции «Здоровый город: план действий сегодня. Партнерство бизнеса, личности и власти» (Ставрополь, 2004). Материалы диссертационной работы представлены в 8 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав обзора литературы, методов и материалов исследования, двух глав собственных исследований, заключения, общих выводов, списка использованной литературы. Общий объем диссертации - 144 машинописных страниц. Список литературы включает 133 наименования, в том числе 61 источник иностранных авторов. Работа содержит 19 таблиц и 19 рисунков.
10
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДОВ СТАНДАРТИЗАЦИИ ЛИПИДНЫХ
КОСМЕТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ПРОБЛЕМНОЙ КОЖИ
(обзор литературы)
1.1. Роль липидных косметических препаратов для ухода за проблемным
типом кожи
Кожа (cutis) образует внешний покров организма, площадь которого у взрослого человека достигает до 2 м . Из производных кожи у человека имеются сальные и потовые железы, волосы и ногти. В коже человека выделяют эпидермис, дерму и подкожно-жировую клетчатку (гиподерму). В свою очередь эпидермис состоит из пяти слоев: базального, шиповатого, зернистого, блестящего и рогового (Чернух A.M., 1982). Каждый из вышеперечисленных элементов кожи играет свою роль в организме. Так, в базальном слое (stratum bazale) располагаются клетки, способные вырабатывать меланин - меланоциты. Присутствие в клетках зернистого слоя (stratum grantlosum) комплекса кератогиалина с тонофибриллами указывает на то, что в них начинаются процессы ороговения, так как кератогиалин является предшественником рогового вещества - кератина. Другой предшественник кератина - эледин, располагается в блестящем слое (stratum lucidum). Роговой слой (stratum corneum) обладает большой упругостью и плохой теплопроводимостью. Он содержит кератин (белок, содержащий до 5 % серы), который устойчив к действию кислот и щелочей.
Нейтральные жиры составляют основную массу подкожно-жировой клетчатки. Клетчатка содержит до 70 % триоленов, являющихся легкоплавкими триглицеридами. Другие липиды (стерины, стероиды, фосфолипиды) содержатся в клетках эпидермиса и соединительной ткани, в стенках сосудов и в секрете сальных желез (Калантаевская К.А., 1972). Роль
11
липидов в коже складывается из трех составляющих: формирование эпидермального барьера, участие в метаболизме биологически активных молекул и повышение проницаемости рогового слоя для других активных компонентов (Hexsel D.M., 2000). При нанесении на кожу, липиды жиров и масел восстанавливаются в межклеточные липидные пласты, меняя их свойства. Если в масляной фазе преобладают ненасыщенные липиды, то липидная прослойка между корнеоцитами становится подвижной и лучше пропускает водорастворимые вещества (Кучеренко Н.Е., 1985).
Нарушение липидного обмена является причиной ряда воспалительных заболеваний, большинство из которых являются болезнями накопления, так как в результате недостаточности определенного фермента, участвующего в обмене липидов, в клетках обнаруживают аномально большие количества нерасщепленного субстрата соответствующего фермента. К таким заболеваниям относят фурункулез, пиодермию, себорею, а также угревую сыпь. Фурункулез - хроническая рецидивирующая стафилодермия, характеризуются появлением фурункулов. При этом наблюдается острое гнойно-некротическое воспаление волосяного фолликула и окружающей соединительной ткани. Этот процесс сопровождается изменением рН кожи в щелочную сторону и уменьшением ее самостерилизующих свойств. Фурункулез обусловлен внедрением в организм патогенных микроорганизмов, чаще всего стафилококков ( Aekermann, H.-W., 1987).
Пиодермия - группа острых и хронических воспалительных процессов, вызываемых стафилококками, стрептококками, реже синегнойной и кишечной палочками.
Недостаток в коже витамина А играет определенную роль в развитии себореи - нарушении функции сальных желез. В основе заболевания лежит дисфункция в системе гипофиз - половые железы. Переутомление, стресс, органические заболевания способствуют патологическому процессу (Бутова О.А., Кузякова Л.М., Андреева И.Н., 2003).
12
Угревая сыпь наносит значительный ущерб внешности, хотя и не представляет опасности для жизни людей и не влияет на их работоспособность. Угри обыкновенные - эта распространенное заболевание кожи, которое поражает людей обычно в пору полового созревания. Кроме обыкновенных существует много разновидностей угрей, однако патогенез и основные принципы лечения их схожи (Марголина, 2003).
В патогенезе угревой сыпи участвуют: гиперкератоз протоков сальной железы, закупорка их отмершими клетками и кожным салом, повышение секреции кожного сала в ответ на андрогенную стимуляцию, колонизация сальной железы бактериями Propionibacterium acnes, а затем и другими микроорганизмами (Allenby, А.С , 1969, Aekermann, H.-W, 1987).
Основной причиной патогенеза угревой сыпи является избыточная секреция сальных желез (Blank, I. H., 1964, Spruit D., 1966, Spruit D., 1969). Существуют две основные причины повышенной жирности кожи: генетическая предрасположенность (наличие на коже большого количества крупных сальных желез, активно секретирующих кожное сало) и гормональные факторы (андрогены стимулируют секрецию кожного сала, влияют на деление клеток сальных желез) ( (Shaw J. С, 2002).
Одним из популярных методов при лечении акне - использование антибиотиков, влияющих на штаммы микроорганизмов, находящихся на коже. Однако, в 1998 году A. J. Cooper сделал вывод о связи между неудачами в лечении акне и колонизацией на коже антибиотико-устойчивых бактерий. Общий процент случаев устойчивости к антибиотикам возрос с 20 % в 1978 году до 62 % в 1996 году. Чаще всего устойчивость отмечалась к эритромецину, v тетрациклину, доксициклину ( Марголина А., 2003).
Исследования, проведенные английскими учеными в городе Лидсе (Coates P., Vyakmam S., Eady E. А.,2002), позволили установить, что количество пациентов, имеющих устойчивые штаммы бактерий к одному или более антибиотикам, используемым при лечении угревой сыпи, возросло от 34, 5 % в
13
1991 году, до 55,5 % в 1997 году, затем оно упало до 50 % в 1998 году и снова возросло до 55,5 % в 2000 году. Колонизация антибиотико^устойчивых бактерий на коже сейчас встречается горазда чаще, чем 10 лет назад, что сильно усложняет антибиотикотерапию при акне, а также заставляет применять альтернативные средства при лечении угрей.
Установлено, что при акне необходимо максимально щадящее очищение. Вместо агрессивных очищающих составов и спиртовых растворов лучше применять специальные мягкие очищающие средства, которые не повреждают кожу, а также тоники с низким содержанием спирта и антисептическими растительными экстрактами (Корсун В.Ф., 1995).
Практически все средства, применение которых при воспалительных процессах обосновано патогенетически, а эффективность подтверждена клиническими исследованиями, в той или иной степени раздражают кожу. Это связано с тем, что помимо удаления кожного сала, в них растворяется и часть эпидермальных липидов (Shaw, J.C, 2002). Так, например, салициловая кислота, которая является одной из наиболее часто применяемых активных добавок в препараты, применяемые для борьбы с акне, обладает отшелушивающим и противовоспалительным эффектом. Но, подобно всем средствам от угрей, она раздражает и сушит кожу (Gibson J. R, 1996).
В настоящее время достаточно широко применяется средство для профилактики угревой сыпи, которое в качестве активного начала включает спиртовой экстракт пресноводной губки бодяги. Недостатком данного косметического средства является усиленная эксфолиация ороговевших клеток эпителия, которая в некоторых случаях может катализировать воспалительные процессы. Отмечено также отсутствие регенерирующего и витаминизирующего воздействия на кожу.
Существует биологически активная добавка для косметических изделий, представляющая собой липидный комплекс, полученный путем спиртовой экстракции сенны и содержащая углеводы, стеарины, каротиноиды,
14
производные хлорофилла, белки, токоферол, жирные кислоты, минеральные вещества. ( Пат.РФ №2053763, А61 К7/48). Добавка включается в различные косметические средства, например, в лосьоны для ухода за кожей лица и оказывает активное биологическое воздействие на липидный обмен. Косметологи отмечают, что из-за высокого содержания спирта данный препарат вызывает чувство жжения и аллергическую реакцию.
В разработке тоников для проблемной кожи компании «Academie» (Франция) применяют такие растительные экстракты как ромашка, календула, береза, чистотел, крапива, зверобой и т.д., а также некоторые эфирные масла. Растительные экстракты действуют не так быстро и эффективно как антибиотики, но они более безопасны, и ими можно пользоваться длительное время, к тому же, они содержат помимо липидного комплекса, витамины, природные антиоксиданты и многие другие биологически активные вещества, полезные для кожи. ( Mantle D., 2002).
Научно-исследовательский центр Швейцарской фирмы Mila d ' Opiz включил в состав многих средств профессиональной косметики для проблемной кожи экстракты растительных трав. Известные французские косметические компании, такие как «Кристиан Диор» и «Л' Ореаль», использовали для технологии производства тоников для очистки проблемной кожи спиртовые экстракты фитосборов.
В ходе изучения литературных данных (Гончарова Т.П., 1998) установлено, что каротиноиды и флавоноиды, обладают антиоксидантными свойствами, ингибируя избыточное количество перекисных соединений, которые разрушают мембраны клеток кожи. Кроме того, каротиноиды и флавоноиды обладают противовоспалительным, капилляроукрепляющим действием, регулируют жировой, минеральный и водный обмены, процессы регенерации эпидермиса, обладают бактерицидными и фунгицидными свойствами (Петрухина А. Т., 2003 ).
15
Органические кислоты (муравьиная, аскорбиновая, яблочная, щавелевая и другие) способствуют очищению пор кожи, обуславливая лучшее усвоение питательных и лечебных соединений (Burch, G.E., 1946, Tregear R.T., 1966 Igarashi О., 1991). Сапонины, стероиды и алкалоиды оказывают тонизирующее действие, повышая функциональную активность нервных окончаний, способствуя более быстрому обновлению кожных тканей (Корсун В.Ф., 1995).
В настоящее время, в связи с разработкой и активным внедрением в экспериментальную медицину биофизических и биохимических методов исследования, произошли значительные изменения во взглядах на кожный барьер. Усовершенствование техники экспериментальной микроскопии позволило не только определить точный состав липидов рогового слоя, но и «увидеть» их. Сформулированы основные понятия современной теории эпидермального барьера (Э. Эрнанденс, 2001):
- основной барьерной структурой эпидермиса, от которой зависит его проницаемость, является роговой слой;
-имеется два основных пути проникновения веществ через кожу -трансэпидермальный (через роговой слой) и трансфолликулярный (через сальные железы и волосяные фолликулы, связанные с сальными железами);
-межклеточные промежутки рогового слоя заполнены липидами (именно этим объясняется факт прохождения через роговой слой жирорастворимых веществ);
- липиды рогового слоя организованы и формируют двухслойные пласты;
- на барьерную функцию эпидермиса влияет не только расположение липидов, но и их количественный и качественный состав.
Абсорбция веществ, нанесенных на кожу - процесс пассивный, и во многом определяется физико-химическими свойствами самого вещества (Arct, 2001), такими как :липофильность, размер молекулы (частица, размером более чем 3 кДа не проходит через роговой слой), заряд (роговой слой неполярен,
16
поэтому заряженным веществам через него трудно проходить), связывание со
структурными компонентами кожи. Кроме того, на пенетрацию могут влиять и
(у такие внешние фактор как толщина рогового слоя, возраст, кровоснабжение,
метаболизм, температура, время контакта, климат. Важную роль играет основа, в которой находится вещество (ее физико-химические свойства, поверхностная активность, рН).
В косметической рецептуре биологически активные вещества комбинируются с различными соединениями, которые придают продукту определенные свойства и могут влиять на поведение активных компонентов в коже.
1.2. Использование липидов в производстве косметических и
медицинских препаратов
Поиск и создание новых классов косметических средств с улучшенными фармакологическими свойствами составляют одно из актуальных направлений медико-биологической науки. В последнее время во многих исследовательских центрах развернут широкий фронт работ фундаментального и поискового характера, направленный на всестороннее изучение обширной группы природных биологически активных соединений, объединяемых общим классификационным названием «липиды».
1.2.1. Проблемы и перспективы использования липидов в производстве косметических и медицинских препаратов
Отдельные типы природных липидных веществ, их биологически активные молекулярные фрагменты и модифицированные синтетические аналоги привлекают большое внимание исследователей как перспективный источник для конструирования лекарственных и диагностических препаратов
17
нового поколения (Элькина Б.И., 1986). Среди огромного множества природных липидов наиболее биологически значимыми являются фосфо- и гликофосфолипиды (Bangham, A.D., 1964). Фосфолипиды, хотя и в относительно небольших количествах, повсеместно распространены в клетках органов и тканей всех типов живых организмов, причем повышенные концентрации этих природных веществ наблюдаются в таких важных органах, как головной и спинной мозг, сердечная мышца, печень, легкие и др. (Petkau A. , 1967). В мембранах имеются фосфолипиды двух типов - глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды (Николаев А.Я., 2001).
Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты
(диацилглицеринфосфата):.
г'
Глицерофосфолипиды, представляют собой сложные эфиры глицерина,
высших жирных кислот и фосфорной кислоты.
К основным глицерофосфолипидам относятся:
фосфатидилхолин (Х= - CH2CH2N(CH3)3); фосфатидилэтаноламин (Х= - CH2CH2NH2); фосфатидилсерин (Х= - CH2CH(NH2)COOH); фосфатидилтреонин (Х= - CH(CH3)CH(NH2)COOH); фосфатидилглицерин (Х= - СН2СН(ОН)СН2(ОН)); дифосфатидилглицерин (кардиолипин)
(X = - CH2CH(OH)CH2OPO2OCH2CH(OCOR)CH2OCOR);
фосфатидилинозит
он
н
н
но
н н
-о
он
н
он он
он