Всасывание (кожа)
через кожу Всасывание – это путь, по которому вещества могут проникнуть в организм через кожу . Наряду с ингаляционным , пероральным и инъекционным путем абсорбция через кожу является путем воздействия токсичных веществ и введения лекарств путем . Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются концентрация , продолжительность контакта, растворимость лекарства, а также физическое состояние кожи и частей тела, подвергшихся воздействию.
Кожная (чрескожная, дермальная) абсорбция – это транспорт химических веществ с внешней поверхности кожи как в кожу, так и в кровообращение. Поглощение кожи связано со степенью воздействия и возможным эффектом вещества, которое может попасть в организм через кожу. Кожа человека намеренно и непреднамеренно контактирует со многими агентами. Поглощение кожи может произойти в результате воздействия на кожу химикатов, косметики или фармацевтических продуктов на рабочем месте, в окружающей среде или при потреблении. Некоторые химические вещества могут абсорбироваться в достаточном количестве, чтобы вызвать вредные системные эффекты. Кожные заболевания ( дерматиты ) считаются одними из самых распространенных профессиональных заболеваний. [1] Чтобы оценить, может ли химическое вещество представлять собой риск возникновения дерматита или других более системных эффектов и как можно снизить этот риск, необходимо знать степень его абсорбции. Таким образом, воздействие на кожу является ключевым аспектом оценки риска для здоровья человека.
Факторы, влияющие на абсорбцию
[ редактировать ]Наряду с вдыханием , проглатыванием и инъекцией, абсорбция через кожу является путем воздействия биологически активных веществ, включая лекарства. [2] Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов:
- Концентрация
- Молекулярная масса молекулы [3]
- Продолжительность контакта
- Растворимость вещества
- Физическое состояние кожи
- Открытая часть тела, включая количество волос на коже.
В целом скорость абсорбции химических веществ через кожу следует следующей схеме, от самой быстрой к самой медленной: Мошонка > Лоб > Подмышки > Голова > Спина = Живот > Ладонь = нижняя поверхность стопы. [4]
Структуры, влияющие на абсорбцию
[ редактировать ]Чтобы впитаться через кожу, химическое вещество должно пройти через эпидермис , железы или волосяные фолликулы. Потовые железы и волосяные фолликулы составляют от 0,1 до 1,0 процента общей поверхности кожи. [2] Хотя небольшие количества химических веществ могут быстро попасть в организм через железы или волосяные фолликулы, в основном они всасываются через эпидермис . Химические вещества должны пройти через семь слоев клеток эпидермиса, прежде чем попасть в дерму , где они могут попасть в кровоток или лимфу и циркулировать в других участках тела. Токсины и токсиканты могут перемещаться через слои путем пассивной диффузии . представляет Роговой слой собой самый внешний слой эпидермиса и барьер, ограничивающий скорость всасывания агента. [4] Таким образом, то, как быстро что-то проходит через этот более толстый внешний слой, определяет общее поглощение. Роговой слой состоит в основном из липофильного холестерина, эфиров холестерина и церамидов . Таким образом, жирорастворимые химические вещества быстрее проникают через слой и в кровообращение, однако почти все молекулы проникают в него в той или иной минимальной степени. [5] [6] Поглощение химических веществ из муниципальной воды и стоматологических продуктов, таких как ЛОС (летучие органические соединения), TTHM (общее количество тригалометанов), фторидов и дезинфицирующих средств, представляет собой серьезную опасность для здоровья из окружающей среды. [7] [8] [9]

Условия, влияющие на всасывание через кожу
[ редактировать ]Агенты, повреждающие роговой слой, такие как сильные кислоты, всасываются быстрее, чем химические вещества, которые этого не делают. [10] Повреждения кожи вследствие ожогов, ссадин, ран и кожных заболеваний также увеличивают абсорбцию. Таким образом, группы населения с повреждением кожи могут быть более восприимчивы к неблагоприятному воздействию агентов, которые всасываются через кожу. Некоторые растворители, такие как диметилсульфоксид (ДМСО), действуют как переносчики и часто используются для транспортировки лекарств через кожу. ДМСО увеличивает проницаемость рогового слоя. [11] [12] Поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия, увеличивают проникновение в кожу водорастворимых веществ, возможно, за счет увеличения проницаемости кожи для воды. [11]
Медицинское использование кожного поглощения
[ редактировать ]Нанесение лекарства или химического вещества на кожу позволяет локализовать лечение, в отличие от приема внутрь или инъекции. Некоторые лекарства кажутся более эффективными (или более действенными) при кожном способе введения . Некоторые принимаемые внутрь лекарства интенсивно метаболизируются в печени и могут быть инактивированы, но использование кожного применения обходит этот этап метаболизма, позволяя большему количеству исходных соединений попасть в периферическое кровообращение. Если препарат хорошо всасывается через кожу, его можно использовать в качестве системного лекарственного средства. К кожным лекарственным формам относятся: линименты , брекеты, лосьоны , мази , кремы, присыпки, аэрозоли и трансдермальные пластыри . [13] используются специально разработанные пластыри В настоящее время для доставки фентанила , никотина и других соединений . Более медленное всасывание через кожу по сравнению с пероральным или инъекционным препаратом может позволить пластырям обеспечивать лекарство на срок от 1 до 7 дней. [14] Например, нитроглицерин, вводимый чрескожно, может обеспечить защиту от стенокардии на несколько часов, тогда как продолжительность эффекта при сублингвальном приеме может составлять всего несколько минут. [15]
Измерение поглощения кожей
[ редактировать ]Количество химического вещества, впитывающегося через кожу, можно измерить прямо или косвенно. [16] Исследования показали, что существуют виды с различиями в поглощении различных химических веществ. Измерения на крысах, кроликах или свиньях могут отражать или не отражать поглощение человеком. [10] Определение скорости проникновения агентов через кожу важно для оценки риска воздействия.
Прямое измерение
[ редактировать ]В естественных условиях
[ редактировать ]Прохождение химических веществ в кожу можно напрямую измерить с помощью неинвазивных оптических методов с молекулярной специфичностью, таких как конфокальная рамановская спектроскопия . Этот метод позволяет идентифицировать уникальные спектры молекул и сравнивать их с фоновыми спектрами кожи, одновременно ограничивая области измерения с помощью конфокального стробирования, обеспечивая измерение концентрации с разрешением по глубине. Таким образом, одна последовательность измерений может установить моментальный профиль химической концентрации в зависимости от глубины внутри кожи. Повторяя измерения в несколько моментов времени, определяют динамический профиль концентрации на глубине. Поскольку современные рамановские спектрометры демонстрируют чрезвычайно высокое соотношение сигнал-шум , тестирование поглощения in vivo на коже человека возможно в течение нескольких минут или часов.
Химическое вещество также можно наносить непосредственно на кожу с последующим измерением показателей крови и мочи в определенные моменты времени после нанесения, чтобы оценить количество химического вещества, попавшего в организм. Концентрацию в крови или моче в определенные моменты времени можно отобразить на графике, чтобы показать площадь под кривой, а также степень и продолжительность абсорбции и распределения, чтобы оценить системную абсорбцию. Это можно сделать на животных или людях с помощью сухого химического порошка или химического раствора. [17] Для этих экспериментов обычно используются крысы. Перед нанесением химического вещества участок кожи бреется. Часто область применения химикатов накрывают, чтобы предотвратить проглатывание или стирание испытуемого материала. Образцы крови и мочи берутся через определенные промежутки времени после применения (0,5, 1, 2, 4, 10 и 24 часа), а в некоторых протоколах в выбранное время окончания животное может быть подвергнуто вскрытию. Образцы тканей также можно оценить на наличие тестируемого химического вещества. [18] В некоторых протоколах испытаний можно тестировать множество животных, а вскрытие может проводиться через определенные промежутки времени после воздействия. Биомониторинг, например, периодический отбор проб мочи у работников, подвергшихся воздействию химических веществ, может дать некоторую информацию, но с помощью этого метода трудно отличить кожное воздействие от ингаляционного.
Экс-живой
[ редактировать ]Проницательные свойства рогового слоя по большей части не изменяются после его удаления из организма. [18] Кожу, осторожно снятую с животных, также можно использовать для определения степени местного проникновения, поместив ее в камеру и нанеся химическое вещество на одну сторону, а затем измерив количество химического вещества, попавшего в жидкость, на другой стороне. [14] Одним из примеров этого метода ex vivo является изолированный перфузированный свиной лоскут. [4] Этот метод был впервые описан в 1986 году как гуманная альтернатива испытаниям на животных in vivo. [19]
В пробирке
[ редактировать ]такие методы, как статические диффузионные ячейки (ячейки Франца) и проточные диффузионные ячейки (ячейки Броно). Также использовались [4] Аппарат Franz Cell состоит из двух камер, разделенных мембраной из кожи животного или человека. Предпочтительнее использовать человеческую кожу, но по этическим и другим соображениям она не всегда доступна. Человеческая кожа часто может быть получена в результате вскрытий или пластических операций. [20] Тестируемый продукт наносится на мембрану через верхнюю камеру. Нижняя камера содержит жидкость, из которой через определенные промежутки времени отбираются образцы для анализа, чтобы определить количество активных клеток, проникших через мембрану в заданные моменты времени.
Ячейки Броно похожи на ячейки Франца, но используют проточную систему под мембранным слоем, и пробы жидкости ниже отбираются непрерывно, а не в определенные моменты времени. [21] заменили элементы Брона на встроенные элементы Некоторые производители .
Косвенное измерение
[ редактировать ]Иногда по гуманным соображениям невозможно нанести препарат на кожу и измерить его всасывание. Зарин , нервно-паралитический газ, может проникать через неповрежденную кожу и быть смертельным при низких концентрациях. Таким образом, если необходимо оценить риск воздействия зарина, необходимо принять во внимание поглощение через кожу и другие пути, но нельзя с этической точки зрения тестировать зарин на людях; таким образом, были найдены способы моделирования риска воздействия агента на кожу.
В некоторых случаях модели используются для прогнозирования степени воздействия или абсорбции, а также для оценки опасностей для здоровья населения. Чтобы оценить риск того, что химическое вещество вызовет проблемы со здоровьем, необходимо оценить химическое вещество и его воздействие.Моделирование воздействия зависит от нескольких факторов и предположений.
- Обнаженная поверхность кожи. Площадь поверхности взрослого человека составляет около 20 900 квадратных сантиметров (3240 квадратных дюймов), а площадь поверхности ребенка 6 лет - около 9 000 квадратных сантиметров (1400 квадратных дюймов). Эти цифры, а также цифры для других частей тела можно найти в Справочнике по воздействиям EPA (Агентства по охране окружающей среды), 1996 г. [22] или оценено с использованием других баз данных. [23]
- Продолжительность воздействия (в часах, минутах и т.д.).
- Концентрация химического вещества.
- Коэффициент проницаемости химического вещества (насколько легко химическому веществу проникнуть через кожу). Это можно оценить с помощью коэффициента разделения октанол-вода (измерение поглощения из водного раствора в порошкообразный роговой слой). [24]
- Вес человека. Обычно используется стандартный вес взрослого человека 71,8 кг, ребенка 6 лет 22 кг и женщины детородного возраста 60 кг. [22]
- Характер воздействия, например, крем, нанесенный на все тело, на небольшой участок или ванна с разбавленным раствором.
Контакт кожи с сухим химикатом
[ редактировать ]- Чтобы рассчитать дозу химического вещества, которому подвергается человек, необходимо умножить площадь поверхности кожи, подвергшейся воздействию, на концентрацию химического вещества в веществе, которое вступает в контакт с кожей. Затем умножьте на время контакта, на коэффициенты проницаемости и любые необходимые коэффициенты преобразования единиц, а затем разделите на вес человека.
- Простая математическая формула для оценки дозы при однократном воздействии:
- концентрация химического вещества × площадь воздействующей поверхности × коэффициент проницаемости / масса тела.
- Модели для этого можно найти в Стандартных рабочих процедурах EPA для оценки воздействия в жилых помещениях. [25] Эти модели устанавливают рекомендации по оценке воздействия пестицидов, чтобы можно было оценить риск и принять соответствующие меры, если риск будет сочтен слишком большим с учетом воздействия.
Контакт кожи с химикатами в растворе (вода и т. д.)
[ редактировать ]- Это можно смоделировать аналогично сухому химикату, но необходимо учитывать количество раствора, с которым контактирует кожа. Были предложены и смоделированы три сценария воздействия химических веществ в растворе.
- а. Человек может частично подвергаться воздействию раствора в течение определенного периода времени. Например, если кто-то стоял в загрязненной паводковой воде в течение определенного периода времени или работал в ситуации, когда руки и предплечья были погружены в раствор на определенный период времени. Этот тип сценария зависит от площади кожи, подвергшейся воздействию, продолжительности воздействия, а также концентрации химического вещества в растворе. Возможно, придется отрегулировать коэффициенты поглощения для разных участков тела, поскольку ступни более мозолистые в нижней части и пропускают меньше химикатов, чем голень. Скорость всасывания химических веществ следует следующей общей схеме от самого быстрого к самому медленному: Мошонка > Лоб > Подмышки > Голова > Спина = Живот > Ладонь = под поверхностью стопы. [4] Всасывание разбавленного раствора через кожу при частичном воздействии на ноги или руки было смоделировано Шарфом. [17] Агентство по охране окружающей среды также имеет рекомендации по расчету доз химикатов, всасываемых через кожу, из загрязненной воды. [26]
- Математическая формула:
- Мощность поглощенной через кожу дозы = концентрация в воде × площадь облученной поверхности × время воздействия × коэффициент проницаемости × коэффициенты пересчета .
- б. Второй сценарий — полное погружение тела, например, плавание в бассейне или озере. Воздействие в плавательных бассейнах происходит лишь частично через кожу, и была предложена SWIMODEL. [27] Эта модель учитывает не только воздействие на кожу, но также учитывает воздействие на глаза, проглатывание, вдыхание и воздействие на слизистые оболочки , которые могут возникнуть при полном погружении. Вторая модель, касающаяся в первую очередь поглощения через кожу, была создана Шарфом для оценки риска чрезмерного распыления пестицидов при распылении с воздуха в плавательных бассейнах. [17] В этих моделях для математических входных данных используется площадь поверхности всего тела, а не площадь поверхности конкретных частей.
- в. Третий сценарий — это разбрызгивание или воздействие капель. Эта модель учитывает, что не вся вода, содержащая химическое вещество, вступающее в контакт с кожей, остается на коже достаточно долго, чтобы обеспечить всасывание. Только та часть химического вещества в растворе, которая остается в контакте с кожей, доступна для абсорбции. Это можно смоделировать с использованием коэффициентов прилипания воды, как постулировал Гуджрал, 2011. [28]
Контакт кожи с газом или аэрозолем
[ редактировать ]- Это вносит незначительный вклад и игнорируется в большинстве оценок риска химических веществ как пути воздействия газообразных или аэрозольных токсикантов. В этой области необходимы дополнительные исследования. [29]
Контроль впитывания кожей
[ редактировать ]Если считается, что воздействие на кожу и абсорбция указывают на риск, можно применить различные методы снижения абсорбции.
- Этикетки химических веществ могут быть адаптированы таким образом, чтобы требовать использования перчаток или защитной одежды .
- Можно сделать предупреждение о необходимости немедленно вымыться в случае попадания химического вещества на кожу.
- Закройте бассейны или озера для пловцов.
- Ограничьте время воздействия химикатов, т.е. рабочие могут работать с определенными химикатами только определенное время в день.
См. также
[ редактировать ]- Абсорбция (химия)
- Абсорбция (фармакокинетика)
- Дермальный пластырь
- Эпидермис (кожа)
- Оценка воздействия
- Воздействие токсинов
- Местные препараты
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Темы безопасности и здоровья на рабочем месте: Воздействие и воздействие на кожу . CDC . Проверено 17 апреля 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б Итон, Д.Л. и Клаассен Кертис Д. Принципы токсикологии. в «Токсикологии Кассаретта и Дулла», «Фундаментальная наука о ядах» . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл.
- ^ Бос, доктор медицинских наук; Мейнарди, ММ (2000). «Правило 500 Дальтон для проникновения через кожу химических соединений и лекарств» . Эксп. Дерматол . 9 (3): 165–9. дои : 10.1034/j.1600-0625.2000.009003165.x . ПМИД 10839713 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Бэйнс Р.Э. и Ходжсон Э. Абсорбция и распространение токсикантов. в главе 6 Учебника современной токсикологии. 3-е издание. 2004, John Wiley & Sons, Inc.
- ^ Морганти П., Руокко Э., Вольф Р. и Руокко В. (2001). «Чрескожные системы абсорбции и доставки». Клин Дерматол. 19: 489-501.
- ^ Худ, Эрни (2005). «Водопроводная вода и тригалометаны: поток проблем продолжается» . Перспективы гигиены окружающей среды . 113 (7): А474. дои : 10.1289/ehp.113-a474 . ПМЦ 1257669 .
- ^ Джеккобсон, APM; Стивен, КВ; Стрэнг, Р. (1992). «Поглощение и выведение фтора из слизистой оболочки щек после полоскания рта». Кариес Рез . 26 (1): 56–58. дои : 10.1159/000261428 . ПМИД 1568238 .
- ^ Габлер, WL (1968). «Абсорбция фтора через слизистую оболочку полости рта крыс». Арка Оральная Биол . 13 (6): 619–623. дои : 10.1016/0003-9969(68)90140-4 . ПМИД 5244286 .
- ^ Браун, HS; Бишоп, ДР; Роуэн, Калифорния (1984). «Роль поглощения кожей как путь воздействия ЛОС в питьевой воде» . Являюсь. Дж. Общественное здравоохранение . 74 (5): 479–84. дои : 10.2105/AJPH.74.5.479 . ПМК 1651599 . ПМИД 6711723 .
- ^ Перейти обратно: а б Розман, К.К. и Клаассен К.Д. Абсорбция, распределение и выведение токсикантов. в «Токсикологии Кассаретта и Дулла», «Фундаментальная наука о ядах» . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл
- ^ Перейти обратно: а б Бэггот Джей Ди. Распределение и судьба лекарств в организме. Глава 5 ветеринарной фармакологии и терапии , 6-е издание, 1988 г., Iowa State Press, Эймс.
- ^ Бут, Нью-Хэмпшир, Актуальные агенты. Глава 44 журнала «Ветеринарная фармакология и терапия» , 6-е издание, 1988 г., Iowa State Press, Эймс.
- ^ Дэвис, LE. Презентация и назначение лекарств. Глава 3 журнала «Ветеринарная фармакология и терапия» , 6-е издание, 1988 г., издательство штата Айова, Эймс.
- ^ Перейти обратно: а б Райс, Р.Х. и Коэн Д.Е. Токсические реакции кожи. в токсикологии Кассаретта и Дулла. Фундаментальная наука о ядах . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл
- ^ Шаргель, Л. и Ю, А. Глава 11. Лекарственные препараты с модифицированным высвобождением и системы доставки лекарств. в области прикладной биофармацевтики и фармакокинетики. 3-е издание. 1993 Эпплтон и Ланге.
- ^ Мусацци, Умберто М.; Матера, Карло; Далланоче, Клелия; Вакондио, Федерика; Де Амичи, Марко; Вистоли, Джулио; Силурзо, Франческо; Мингетти, Паола (2015). «О выборе опиоида для местной аналгезии кожи: взаимосвязь проницаемости структуры и кожи». Международный фармацевтический журнал . 489 (1–2): 177–185. doi : 10.1016/j.ijpharm.2015.04.071 . ISSN 0378-5173 . ПМИД 25934430 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шарф, Дж. Э.; и др. (2008). «Кожная абсорбция разбавленного водного раствора малатиона» . Дж. Эмерг. Травматический шок . 1 (2): 70–73. дои : 10.4103/0974-2700.43182 . ПМК 2700616 . ПМИД 19561983 .
- ^ Перейти обратно: а б Всемирная организация здравоохранения, Критерии гигиены окружающей среды 235, Кожная абсорбция, 2006 г.
- ^ Ривьер Дж.Э. и др. Изолированный перфузированный свиной кожный лоскут (IPPSF). I. Новая модель in vitro для исследований чрескожной абсорбции и кожной токсикологии. Фундаментальный прикладной токсикол. Октябрь 1986 г.;7(3):444-53.
- ^ Dressler WE (1999) Абсорбция краски для волос. В: Броно Р.Л. и Майбах HI, ред. Чрескожная абсорбция: препараты–косметика–механизмы–методология, 3-е изд. Нью-Йорк, Марсель Деккер, стр. 685–716 (Лекарства и фармацевтические науки, том 97).
- ^ Броно, РЛ; Стюарт, РФ (1985). «Методы чрескожного исследования абсорбции. IV. Проточная диффузионная ячейка» . Дж. Фарм. Наука . 74 (1): 64–67. дои : 10.1002/jps.2600740117 . ПМИД 3981421 .
- ^ Перейти обратно: а б Справочник Агентства по охране окружающей среды (EPA) по воздействию, 1996 г.
- ^ Ю, CY и др. База данных и формула расчета площади поверхности тела человека. Бернс. Август 2010 г.;36(5):616-29.
- ^ Вестер; и др. (1987). «Связывание in vivo и vitro с порошкообразным роговым слоем человека как метод оценки поглощения кожей химических загрязнителей окружающей среды из грунтовых и поверхностных вод». J Токсикол Здоровье окружающей среды . 21 (3): 367–374. дои : 10.1080/15287398709531025 . ПМИД 3108517 .
- ^ Стандартные рабочие процедуры (СОП) Агентства по охране окружающей среды (EPA) 2012 г. для оценки воздействия в жилых помещениях.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США. Руководство по оценке рисков для Суперфонда. Том I: Руководство по оценке здоровья человека (Часть E, Дополнительное руководство по оценке кожного риска) – окончательный вариант. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США, Управление по восстановлению суперфондов и технологическим инновациям, EPA/540/R/99/005, OSWER 9285.7-02EP, июль 2004 г.
- ^ Данг, СОП Агентства по охране окружающей среды, 1996 г. Оценка дозы, поглощенной кожей после нанесения химикатов в плавательных бассейнах.
- ^ Гуджрал, Дж.С.; Проктор, DM; Су, Ш; Федорук, Ю.М. (2011). «Факторы сцепления воды с кожей человека». Анализ рисков . 31 (8): 1271–1280. Бибкод : 2011РискА..31.1271Г . дои : 10.1111/j.1539-6924.2011.01601.x . ПМИД 21453376 . S2CID 7213138 .
- ^ Раума, М.; и др. (февраль 2013 г.). «Прогнозирование поглощения химических паров». Adv Drug Deliv Rev. 65 (2): 306–14. дои : 10.1016/j.addr.2012.03.012 . ПМИД 22465561 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Воздействие на кожу и ее последствия, Центры по контролю и профилактике заболеваний
- база данных ЭДЕТОКС
- ВОЗ, Критерии гигиены окружающей среды 235, Кожная абсорбция
- Стандартные операционные процедуры (СОП) Агентства по охране окружающей среды (EPA) 2012 г. для оценки воздействия в жилых помещениях.
- Описание клеток Франца
- [1]