Если мы говорим об антиоксидантах, связанных с кожей, мы обычно говорим о веществах, которые способны удалять свободные радикалы. В химических терминах радикал определяется как молекула, которая содержит неспаренный (одиночный) электрон. Электроны в молекулах обычно встречаются в виде пар и находятся в состоянии низкой энергии, в то время как радикалы очень реактивны. Они атакуют другие молекулы и запускают «цепные реакции» с образованием нежелательных продуктов реакции, а также новых радикалов, которые вызывают повреждения на коже или в организме.
Рис.1 Радикальная цепная реакция.
Хорошая новость: когда встречаются два радикала, они уничтожают друг друга. Так происходит в случае с антиоксидантами: после реакции с радикалом они превращаются в радикал с низкой энергией, который уничтожит другой радикал с высокой энергией, нейтрализует его и, следовательно, положит конец этой разрушительной цепи. Вот почему антиоксиданты еще называют «мусорщиками радикалов». Высокоэнергетические радикалы очень недолговечны. Их период полураспада находится в диапазоне 10-5 и 10-9 секунд. Они образуются в ходе различных процессов - часто в сочетании с внешним излучением и / или с участием следовых количеств тяжелых металлов, таких как, например, железо. Сам человеческий организм также производит радикалы, и использует их в различных метаболитических процессах:
для генерация энергии в митохондриях;
для уничтожение бактерий, вирусов и инородных тел через «окислительный взрыв» во время фагоцитоза;
для передачи внутриклеточных сигналов.
Такое образование радикалов происходит под строгим контролем, сравнимым с ядерным реактором, и ограничивается физиологическими процессами. В то время как генерация свободных радикалов под воздействием внешних факторов происходит бесконтрольно:
УФ-излучение (солнце);
гамма-излучение;
следы тяжелых металлов (железо, кобальт, никель);
окисление азота (окись азота и диоксид азота);
химически активные соединения кислорода;
Одной из основных причин образования свободных радикалов является атмосферный кислород. При наличии богатого энергией излучения, такого как ультрафиолетовое излучение, кислород может генерировать радикалы из органических соединений, которые в цепной реакции с другими молекулами кислорода образуют высокореактивные пероксиды. Данный процесс называется «самоокислением». Пероксиды легко распадаются на радикалы, которые «атакуют» органические вещества. Повсеместные следы переходных металлов, например, железа, являются катализаторами данной реакции.
К группе активных форм кислорода (АФК) относятся кислородные соединения, которые включают богатые кислородом радикалы и их высокоэнергетические предшественники:
гидроксильный радикал: HO.
супероксид анион: O2-
перекись водорода: H2O2
синглетный кислород: 1O2 [O.-O]
озон: O3
органические гидропероксиды (R-OOH), пероксирадикалы (R-OO.) И алкоксирадикалы (R-O.); они образуются в результате окисления липидов. [R = углеводородный радикал].
Рис.2. Активные формы кислорода (АФК).
По аналогии с ROS существует класс реактивных видов азота (RNS).
Реактивные формы азота — токсичные побочные продукты метаболизма оксида азота, образуемого в организме с помощью NO-синтаз, включает монооксид азота (NO.), который относится к оксидам азота, и анион пероксинитрита (ONO2-). В организме человека «окислители» ROS и RNS, утилизируются в физиологических процессах, соединяясь с «антиоксидантами». Это означает, что в нормальных условиях наблюдается баланс окислителей и антиоксидантов. Физиологические антиоксиданты контролируют эндогенные системы ROS и RNS, немедленно реагируют, когда экзогенные соединения ROS и RNS проникают в организм из окружающей среды. Однако в тех случаях, когда биологические антиоксиданты перегружены, могут происходить повреждения липидов («перекисное окисление липидов») или повреждения белков («окисление белков»). Поврежденные клеточные структуры вызывают воспалительные процессы и изменения кожи вплоть до карциномы. Доказано, что повреждения ДНК ответственны за процессы старения. В контексте ROS такие ситуации называется «окислительный стресс», в случае с RNS мы имеем дело с «нитрозирующим стрессом».
В ходе эволюции организм научился использовать эффективные механизмы борьбы с негативным воздействием кислорода и образовавшихся с его помощью (свободных) радикалов, чтобы защитить органические соединения организма. С другой стороны, большинство организмов получают свою энергию путем контролируемого «сжигания» органических веществ с помощью кислорода. Это означает, что в «электростанциях» наших клеток, в митохондриях, организм целенаправленно индуцирует радикалы, чтобы получить энергию. В других физиологических процессах свободные радикалы, их предшественников или их производные; оксид азота (NO), супероксид-анион (О2-) и общие АФК (активные формы кислорода) используются в качестве посредников, передающих сигналы в организме. Они срабатывают при активизации запрограммированной клеточной смерти (апоптоз) клеток эпидермиса. Определенные ферменты производят конкретные виды радикалов в умеренных количествах, в то время как другие контролируют их уничтожение. Локально специфическая концентрация равновесия (уровень устойчивого состояния) гомологичных радикалов постоянно существует и является жизненной необходимостью. Отклонения от «равновесия» в сторону увеличения называют «окислительным стрессом», в сторону уменьшения – «редуктивным стрессом». Подобные отклонения от нормы наблюдаются при протекании патологических процессов.
В организме человека имеется целый арсенал антиоксидантов, которые запускают различные пути в зависимости от того, где и как образуются радикалы, и от их относительного энергетического состояния. Различают селективные антиоксиданты, то есть сфокусированные на определенных радикалах, и неспецифические антиоксиданты.
Селективно действуют следующие ферменты:
супероксиддисмутаза (Superoxiddismutase, сокращенно – SOD) защищает организм человека от постоянно образующихся высокотоксичных кислородных радикалов. Супероксиддисмутаза катализирует дисмутацию супероксида в кислород и пероксид водорода. Играет важнейшую роль в антиоксидантной защите практически всех клеток, так или иначе находящихся в контакте с кислородом;
глутатионпероксидаза (GPX) содержит селен (селеноцистеин), катализирует восстановление гидроперекисей липидов в соответствующие спирты и восстановление пероксида водорода до воды;
каталаза (CAT) катализирует разложение образующегося в процессе биологического окисления пероксид водорода на воду и молекулярный кислород;
тиоредоксин (TXN) относится к оксидоредуктазам, участвует во многих важных биологических процессах, включая определение окислительно-восстановительного потенциала клетки и передачу сигнала. Тиоредоксин является сильным антиоксидантом: вместе с глутатионовой системой тиоредоксиновая система участвует в обезвреживание активных форм кислорода, передавая электроны различным пероксидазам.
Ферментативные акцепторы свободных радикалов, например, супероксиддисмутаза реагируют очень избирательно с супероксидом и его родственными соединениями. Связывание свободных радикалов происходит также путем химического комплексообразования с ионами металлов. Например, образование комплекса цитрата железа в результате реакции ионов железа с лимонной кислотой. Многие полифенолы (например, флавоны, изофлавоны) и сахариды, этилендиаминтетрауксусная кислота (INCI: EDTA), образуют с тяжелыми металлами неактивные комплексы.
Неспецифические антиоксиданты:
Рис.3. Структурная формула витамина Е. Vitamin Е-Nanopartikel - витамин Е в наночастицах (KOKO dermaviduals®). Концентрат витамина Е для ухода за нормальной, сухой и зрелой кожей. Главный антиоксидант кожи. Защищает от действия свободных радикалов, УФ-излучения, замедляет процессы старения, нормализует содержание воды в коже.
Рис.4. Структурная формула витамина С. Vitamin C-Liposomen-Konzentrat - витамин С в липосомах (KOKO dermaviduals®). Концентрат витамина С для всех типов кожи, а также для ухода за кожей с куперозом и профилактики гиперпигментации. Стимулирует синтез коллагена, обладает высокой антиоксидантной активностью, эффективен для профилактики старения.
Рис.5. Структурная формула витамина К (фитонадиона). Vitamin K-Nanopartikel - витамин К в наночастицах (KOKO dermaviduals®). Концентрат витамина К в наночастицах для ухода за кожей с куперозом, телеангиэктазиями и розацеа. Укрепляет кровеносные сосуды, уменьшает выраженность темных кругов под глазами, предупреждает появление покраснений при травмах, после инъекционных, лазерных и хирургических процедур. Эффективен в anti-age уходе в период менопаузы.
NMF – комплекс кожи (аминокислоты) см. ниже;
амиды жирных кислот, мочевая кислота, мочевина;
различные пептиды и белки;
сахариды, гиалуроновая кислота и глюканы. Защитное действие от ультрафиолетового излучения СМ-глюканов связано с комплексообразованием и взаимодействием со свободными радикалами.
Рис. 8. Структурная формула глюкана. CM-Glucan-Komplex - карбоксиметил-глюкановый комплекс (KOKO dermaviduals®) для ухода за поврежденной, чувствительной, склонной к воспалениям кожей. Повышает местный иммунитет, стимулирует процессы регенерации кожи. Оказывает противоспалительное, протиотечное и увлажняющее действие. Эффективный фактор защиты против УФ-излучения.
Для работы сложного молекулярного метаболизма в организме человека поддерживается чувствительный баланс между антиоксидантами и окислителями. Нельзя просто увеличить и повысить эффективность антиоксидантов: слишком много антиоксидантов в неправильном месте может быть вредным для организма, так как это нарушит естественную систему АФК.
Вывод: с акцепторами свободных радикалов, которые инактивируют свободные радикалы или уничтожают их, необходимо быть осторожными: добиваясь определенной цели, не нанести вред.
Механизмы действия акцепторов свободных радикалов различен: витамин Е при низкой концентрации после реакции со свободным радикалом сам превращается в радикал, который химически более пассивен и реагирует довольно медленно. При высоких концентрациях витамин Е становится прооксидантом: с участием атмосферного кислорода вызывает цепную реакцию. Таким образом, в косметических средствах он должен быть использован исключительно в умеренной дозировке. Однако, витамины С и Е характеризуются многими другими свойствами, благодаря которым их использование в продуктах по уходу за кожей приобретает дополнительное значение. В этой связи, большое значение имеет инкапсуляция их в низких концентрациях в транспортные средства (липосомы, наночастицы), и применение их там, где они необходимы, но только после тщательной диагностики кожи.
Акцепторы свободных радикалов (антиоксиданты) играют решающую роль в долгосрочном хранении средств ухода за кожей. Они защищают от окисления, прежде всего, чувствительные компоненты, например, витамины и незаменимые жирные кислоты. Чувствительны к кислороду также этоксилированные спирты, которые широко используются в качестве эмульгаторов. Если они не защищены антиоксидантами, они образуют перекиси, которые часто приводят к раздражению (Майорка-акне).
Поскольку кожа должна эффективно отражать факторы внешнего воздействия, в том числе свободные радикалы, в ней сформировалась эффективная система молекулярных и клеточных реакций, направленных на их нейтрализацию и восстановления «окислительно-восстановительного баланса».
На своем пути от базального слоя к верхним слоя Stratum corneum, клетки проходят промежуточную область, где жизненно-важное значение имеет адекватный оксидативный баланс. Здесь эффективно отражаются всевозможные «атаки» извне. Логично предположить, что в этой области природой предусмотрено наличие особенно высоких концентраций ловушек радикалов. Действительно, в таких критических зонах локализуются прежде всего разнообразные азотсодержащие вещества, которые образуются при распаде мембранообразующих фофолипидов, сфингомиелинов и белков. Преобладают белки, амиды и аминокислоты, такие как глицин, метилглицин. Самые высокие концентрации этих соединений характерны для самых нижних пластов рогового слоя. Азотсодержащие вещества в высоких концентрациях являются потенциальными ловушками для радикалов и ROS; они могут, с одной стороны, преобразовывать реактивные радикалы и реактивные носители и, с другой стороны, непосредственно вступать в реакцию с атмосферными пероксидами и оксидами азота.
Рис.9. Реакция разложения нитрита (NO2–), получающегося из радикалов оксида азота, компонентами NMF-комплекса: аминокислотой глицин и мочевиной.
В то время как ферментные ловушки радикалов, такие как СОД (супероксиддисмутаза), глутатионпероксидаза, каталаза, тиоредоксин в небольших количествах строго специфически и быстро разрушают совершенно определенные кислородные соединения, соединения азота уравниваются с ними по эффективности за счет более высоких концентраций и неспецифического действия на поступающие извне радикалы и их продукты. Можно сказать, что они выполняют «грубую работу», вызванную внешним оксидативным стрессом. Многие из этих веществ одновременно являются компонентами NMF-фактора, и способствуют поддержанию осмотического баланса в коже, поэтому их применение в составе средств ухода за кожей приобретает особое значение.
витамин Е: после реакции с радикалом витамин Е образует радикал с низкой реакционной способностью, который может регенерироваться обратно в витамин Е с помощью витамина С;
3,5-ди-трет-бутил-4-метилфенол - синтетический антиоксидант, аналогично витамину Е образует радикалы с низкой реакционной способностью;
Рис.11. Структура ресвератрола
С точки зрения содержания полифенолов ежедневное потребление кофе находится на первом месте в списке употребляемых антиоксидантов. Процентные доли чая, фруктов и овощи статистически ниже, так как потребляются в меньших количествах.
Рис.12. Примеры изофлавонов, используемых в медицине и косметологии. Вещества относятся к группе фитоэстрогенов. Их структура подобна эстрогенам человека (17-β-эстрадиол), но менее активны.
Рис.13. Phytohormon-Liposomen - фитоэстрогены красного клевера в липосомах (KOKO dermaviduals®) для anti-age ухода за увядающей кожей. Нормализует гормональный баланс кожи за счет восполнения недостатка эстрогенов. Стимулирует коллагенообразование, усиливает процессы обновления клеток эпидермиса. Нормализует секреторную активность сальных желез.
галлаты - синтетические этиловые, пропиловые и додециловые эфиры 3,4,5-тригидроксибензойной кислоты (галловая кислота). Сложные природные эфиры галловой кислот представляют собой дубильные вещества (в экстракте гамамелиса) или эпигаллокатехин галлат из экстракта зеленого чая. Свободная галловая кислота также обладает антиоксидантным действием.
Рис. 16. Структура антоцианов и олигомерных проантоцианидов
Рис. 17. Traubenkern-Extrakt- экстракт виноградных косточек в липосомах (KOKO dermaviduals®) для ухода за увядающей кожей. Богат биофлавоноидами. Сильный антиоксидант, эффективно защищает кожу от свободных радикалов. Обладает регенеративной активностью. Замедляет процессы старения, препятствует деградации коллагена. Укрепляет стенки сосудов.
бета-каротин (провитамин A), лютеин, ликопин, капсантин и астаксантин. Их окраска варьируется от желтой до красного;
витамин А
Рис.18. Структурная формула витамина А. Vitamin A-Nanopartikel - витамин А в наночастицах (KOKO dermaviduals®) для ухода за зрелой и поврежденной солнцем кожей. Стимулирует обновление кожи, усиливает синтез коллагена. Повышает плотность и эластичность кожи. Эффективен в лечение многих заболеваний кожи (акне, псориаз).
витамин С (L-аскорбиновая кислота), соли и сложные эфиры относятся к группе сильно восстанавливающих агентов (эндиолы);
эриторбовая кислота является синтетическим изомером витамина С, сильным антиоксидантом, биологически неактивна.
природная аминокислота L-цистеин под воздействием окислителей или радикалов образует цистеин, который содержит дисульфидный мостик;
α-липоевая кислота - кофермент, в восстановленной форме (дигидролипоевая кислота) является эффективным акцептором радикалов, в результате реакции циклизации образует дисульфидные группы;
глутатион (GSH), трипептид с единичным L-цистеином, реагирует с радикалами или окислителями, подобно L-цистеину.
В результате реакции фенолов, полифенолов, гидрохинонов и каротиноидов со свободными радикалами могут образовываться новые стойкие радикалы или продукты реакции, которые больше не являются вредными. Свободнорадикальное окисление полиненасыщенных ω-3 и ω-6 жирных кислот приводит к образованию гидроперекисей, они подвергаются дальнейшему распаду с образованием вторичных продуктов - различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и других соединений. В косметических препаратах, содержащих льняное масло или масло семян киви (эти масла отличаются высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот) защищены антиоксидантами (витаминами С, Е, мочевиной) и инкапсуляцией в трансдермальные носители - наночастицы.
Рис.19. Leinöl-Nanopartikel- льняное масло в наночастицах (KOKO dermaviduals®) для ухода за раздраженной, увядающей и поврежденной солнцем кожей, при розацеа. Богато незаменимыми жирными кислотами, особенно α-линоленовой кислотой. Обладает успокаивающим, противоспалительным действием.
Рис. 20. Kiwi seed oil nanoparticles - масло киви в наночастицах (KOKO dermaviduals®) для ухода за раздраженной кожей, при эритемах. В семенах киви содержится самая высокая концентрация незаменимых омега-3 жирных кислот из всех известных масел (до 61%). Обладает сильным противовоспалительным действием.
комплексообразующие агенты: ЭДТА, лимонная кислота, винная кислота, фосфорная кислота, сахариды, полифенолы. Они удаляют следы ионов тяжелых металлов: железа, кобальта и никеля, которые образуют радикалы под воздействием ультрафиолетового излучения. Образующиеся комплексы тяжелых металлов (хелаты) полностью неактивны;
солнцезащитные фильтры преобразуют радикалы, образующиеся под воздействием ультрафиолетового излучения, в тепло.
Установлено, что лечение опухоли гамма-излучением происходит за счет индукции локального окислительного стресса, на который опухолевые клетки проявляют более чувствительную реакцию, чем нормальные клетки. Одновременное введение антиоксидантов, например, витамина С, может повлиять на эффективность лечения. Более того, в некоторых публикациях показано, что витамин Е и N-ацетилцистеин стимулируют образование метастаз, в то время как окислительный стресс уменьшает их количество.
Окислительные процессы, окислительный стресс и радикалы являются неотъемлемой частью процессов заживления. Окислительный стресс используется в терапевтических целях:
бензоил пероксид в терапии акне;
озонированное оливковое масло в качестве наружного препарата при инфекциях, микозах и для дезинфекции;
терапевтическая гипертермия при лечении рака, например, гипертермии предстательной железы;
дозированная инфракрасная лучевая терапия может ускорить восстановление кожи и улучшить микроциркуляцию в случае кожных и подкожных воспалений;
светодиоды синего света инициируют процессы заживления в случае воспалений (например, ювенильных акне), взаимодействуя с продуктами метаболизма бактерий. Аналогичный процессы можно наблюдать с помощью красного света LED, который является частью фотодинамической терапии (ФДТ).
Sesso HD, Buring JE, Christen WG, et al.: Vitamins E and C in the prevention of cardiovascular disease in men: the Physicians’ Health Study II randomized controlled trial. JAMA 2008;300: 2123–33
Howes RM, The Free Radical Fantasy, Ann. N.Y.Acad. Sci. 1067: 22-26 (2006)
Beuth J, Komplementäre Behandlungsmethoden bei Krebserkrankungen, Institut zur wissenschaftlichen Evaluation naturheilkundlicher Verfahren an der Universität zu Köln, Stand 2014
Le Gal K, Ibrahim MX, Wiel C, Sayin VI, Akula MK, Karlsson C, Dalin MG, Akyürek LM, Lindahl P, Nilsson J and Bergo MO, Antioxidants can increase melanoma metastasis in mice, Science Translational Medicine 07 Oct 2015:Vol. 7, Issue 308, pp. 308re8; DOI: 10.1126/scitranslmed.aad 3740
Piskounova E, Agathocleous M, Murphy MM, Hu Z, Huddlestun SE, Zhao Z, Leitch AM, Johnson TM, DeBerardinis RJ, Morrison SJ, Oxidative stress inhibits distant metastasis by human melanoma cells, Nature (2015). doi: 10.1038/ nature15726
Hohmann-Jeddi C, Antioxidantien bei Krebs – Verstärkte Metastasierung, Pharmazeutische Zeitung 2015 (43), 38
Zastrow L, Groth N, Klein F, Kockott D, Lademann J, Ferrero L, UV, sichtbares Licht, Infrarot – Welche Wellenlängen produzieren oxidativen Stress in der menschlichen Haut? Der Hautarzt 60 (4), 310-317 (2009)
Premi S, Wallisch S, Mano CM, Weiner AB, Bacchiocchi A, Wakamatsu K, Bechara EJH, Halaban R, Douki T, Bras DE, Chemiexcitation of melanin derivatives induces DNA photoproducts long after UV exposure, Science 347; 6224; 842-847 (2015)
Lautenschläger H, Radikalfänger – Wirkstoffe im Umbruch, Kosmetische Praxis 2006 (2), 12-14
Lautenschläger H, Geschichte und aktuelle Gesichtspunkte der Korneotherapie, Kosmetische Medizin 26 (2), 58-60 (2005)
Hauch E, Steidl G, Ogilvie A, Untersuchungen zur Wirkung langkettiger Ozonide auf eukaryontische Zellen, Jahrbuch Bd 4 der Karl und Veronika Carstens Stiftung, KVC-Verlag Essen 1996, S. 33-40
Lindner LH, Issels RD. Stellenwert der Hyperthermie im Rahmen der medikamentösen Tumortherapie. Onkologe 2010; 16 (11):1063- 1071
Atzelsberg Research Group der interdisziplinären Arbeitsgruppe Hyperthermie (IAH): Bruggmoser G et al., Leitlinie für die klinische Applikation, die Dokumentation und die Analyse klinischer Studien bei der regionalen Tiefenhyperthermie. Qualitätsmanagement bei der regionalen Tiefenhyperthermie, Strahlentherapie und Onkologie 2012; 188 (2 Suppl.), 198- 211.
Stanner S. A., Hughes J., Kelly C. N., Buttriss J. A review of the epidemiological evidence for the 'antioxidant hypothesis'. (англ.) // Public health nutrition. — 2004. — Vol. 7, no. 3. — P. 407—422.
Shenkin A. The key role of micronutrients. (англ.) // Clinical nutrition (Edinburgh, Scotland). — 2006. — Vol. 25, no. 1. — P. 1—13.
Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud L. L., Simonetti R. G., Gluud C. Mortality in randomized trials of antioxidant supplements for primary and secondary prevention: systematic review and meta-analysis. (англ.) // JAMA. — 2007. — Vol. 297, no. 8. — P. 842—857.
Seifried H. E., McDonald S. S., Anderson D. E., Greenwald P., Milner J. A. The antioxidant conundrum in cancer. (англ.) // Cancer research. — 2003. — Vol. 63, no. 15. — P. 4295—4298.
Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud C. Meta-regression analyses, meta-analyses, and trial sequential analyses of the effects of supplementation with beta-carotene, vitamin A, and vitamin E singly or in different combinations on all-cause mortality: do we have evidence for lack of harm? (англ.) // Public Library of Science ONE. — 2013. — Vol. 8, no. 9. — P. e74558.
Cherubini A., Vigna G. B., Zuliani G., Ruggiero C., Senin U., Fellin R. Role of antioxidants in atherosclerosis: epidemiological and clinical update. (англ.) // Current pharmaceutical design. — 2005. — Vol. 11, no. 16. — P. 2017—2032.
Hail N. Jr., Cortes M., Drake E. N., Spallholz J. E. Cancer chemoprevention: a radical perspective. (англ.) // Free radical biology & medicine. — 2008. — Vol. 45, no. 2. — P. 97—110.
подробнее
Периоральный дерматит – часто встречающееся заболевание, характеризуется длительным течением. Симптомы, связанные с заболеванием: шелушение, стойкие папулезные высыпания вокруг рта, носа, глаз, довольно устойчивы и являются серьезным испытанием как для пациентов так и для косметологов.
подробнее
На сегодняшний день лазерные методики являются самыми востребованными и актуальными методами омоложения кожи. Старение, постакне, рубцы, пигментация - в решении этих проблем лазерная коррекция достигла больших успехов.
подробнее
В то время как многие активные косметические средства испытывают взлеты и падения, витамины продолжают оставаться в моде. Они являются важными компонентами натуральной и физиологичной косметики.
подробнее
Вода является необходимым компонентом косметических средств для поддержания гидратации и эластичности кожи. Однако на косметическом рынке представлены и безводные продукты. Когда они используются и каковы их преимущества?
подробнее
