stringtranslate.com

Всасывание (кожа)

Всасывание через кожу – 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 путем введения лекарств . Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются концентрация , продолжительность контакта, растворимость лекарства и 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 одним из самых распространенных профессиональных заболеваний. [1] Чтобы оценить, может ли химическое вещество представлять собой риск возникновения дерматита или других более системных эффектов и как этот риск можно снизить, необходимо знать степень его абсорбции. Таким образом, воздействие на кожу является ключевым аспектом оценки риска для здоровья человека.

Факторы, влияющие на абсорбцию

Наряду с ингаляцией , проглатыванием и инъекцией, абсорбция через кожу является путем воздействия биологически активных веществ, включая лекарства. [2] Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов:

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

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 . Роговой слой представляет 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, является основным фактором риска для здоровья окружающей среды. [7] [8] [9]

Схема структур кожи.

Условия, влияющие на всасывание через кожу

Агенты, повреждающие роговой слой, такие как сильные кислоты, всасываются быстрее, чем химические вещества, которые этого не делают. [10] Повреждения кожи в результате 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

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] В настоящее время для доставки фентанила , никотина и других соединений используются специально разработанные пластыри . 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

Количество химического вещества, впитывающегося через кожу, можно измерить прямо или косвенно. [16] Исследования показали, что существуют виды с разной способностью усваивать различные химические вещества. 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

В естественных условиях

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 отношение сигнал-шум , тестирование поглощения in vivo на коже человека возможно в масштабе нескольких минут или часов.

Химическое вещество также можно наносить непосредственно на кожу с последующим измерением 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 при использовании этого метода трудно отличить кожное воздействие от ингаляционного.

Экс виво

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, попадающего в жидкость, на другую. сторона. [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

Также использовались такие методы, как статические диффузионные ячейки (ячейки Франца) и проточные диффузионные ячейки (ячейки Броно). [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] Некоторые производители заменили элементы Брона на встроенные элементы.

Косвенное измерение

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 химического вещества, вызывающего проблемы со здоровьем, необходимо оценить химическое вещество и воздействие. Моделирование воздействия зависит от нескольких факторов и предположений.

  1. 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 года [22] или оценить с использованием других баз данных. [23]
  2. Продолжительность воздействия (в часах, минутах и ​​т.д.).
  3. Концентрация химического вещества.
  4. 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]
  5. Вес человека. Обычно используется стандартный вес взрослого человека 71,8 кг, ребенка 6 лет 22 кг и женщины детородного возраста 60 кг. [22]
  6. Характер воздействия, например, крем, нанесенный на все тело, на небольшой участок или ванна с разбавленным раствором.

Контакт кожи с сухим химикатом

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 руководящие принципы для оценки 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.)

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 голени. 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 бассейнах происходит лишь частично через кожу, поэтому 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 в воду. 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

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

Если считается, что воздействие на кожу и абсорбция указывают на риск, можно применить различные методы снижения абсорбции.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Темы безопасности и здоровья на рабочем месте: Воздействие и воздействие на кожу. CDC . Проверено 17 апреля 2014 г.
  2. ^ ab Eaton, DL и Клаассен Кертис Д. Принципы токсикологии. в «Токсикологии Кассаретта и Дулла», «Фундаментальная наука о ядах» . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл.
  3. ^ Бос, Джей Ди; 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.
  4. ^ Абде Бэйнс, Р.Э. и Ходжсон Э. Абсорбция и распространение токсикантов. в главе 6 Учебника современной токсикологии. 3-е издание. 2004, John Wiley & Sons, Inc.
  5. ^ Морганти П., Руокко Э., Вольф Р. и Руокко В. (2001). «Чрескожные системы абсорбции и доставки». Клин Дерматол. 19: 489-501.
  6. ^ 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 . 
  7. ^ Джеккобсон, APM; Стивен, КВ; Стрэнг, Р. (1992). «Поглощение и выведение фтора из слизистой оболочки щеки после полоскания рта». Кариес Рез . 26 (1): 56–58. дои : 10.1159/000261428. ПМИД  1568238.
  8. ^ 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.
  9. ^ 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. 
  10. ^ Аб Розман, К.К. и Клаассен CD. Абсорбция, распределение и выведение токсикантов. в «Токсикологии Кассаретта и Дулла», «Фундаментальная наука о ядах» . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл
  11. ^ аб Бэггот JD. Распределение и судьба лекарств в организме. Глава 5 ветеринарной фармакологии и терапии , 6-е издание, 1988 г., Iowa State Press, Эймс.
  12. ^ Бут, Нью-Хэмпшир, Актуальные агенты. Глава 44 журнала «Ветеринарная фармакология и терапия» , 6-е издание, 1988 г., Iowa State Press, Эймс.
  13. ^ Дэвис, LE. Презентация и назначение лекарств. Глава 3 журнала «Ветеринарная фармакология и терапия» , 6-е издание, 1988 г., издательство штата Айова, Эймс.
  14. ^ аб Райс, Р.Х. и Коэн Д.Э. Токсические реакции кожи. в токсикологии Кассаретта и Дулла. Фундаментальная наука о ядах . 5-е издание. 1996. МакГроу-Хилл
  15. ^ 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.
  16. ^ 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.
  17. ^ abc Шарф, JE; и другие. (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. 
  18. ^ ab Всемирная организация здравоохранения, Критерии гигиены окружающей среды 235, Кожная абсорбция, 2006.
  19. ^ 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.
  20. ^ 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).
  21. ^ Брона, 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.
  22. ^ ab Справочник EPA по воздействию, 1996 г.
  23. ^ Ю, CY и др. База данных и формула расчета площади поверхности тела человека. Бернс. Август 2010 г.;36(5):616-29.
  24. ^ Вестер; и другие. (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.
  25. ^ Стандартные рабочие процедуры (СОП) Агентства по охране окружающей среды (EPA) 2012 г. для оценки воздействия в жилых помещениях.
  26. ^ 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.
  27. ^ Данг, СОП Агентства по охране окружающей среды, 1996 г. Оценка дозы, поглощенной кожей после нанесения химикатов в плавательных бассейнах.
  28. ^ Гуджрал, Дж.С.; Проктор, DM; Су, Ш; Федорук, Ю.М. (2011). «Факторы сцепления воды с кожей человека». Анализ риска . 31 (8): 1271–1280. Бибкод : 2011РискА..31.1271G. дои : 10.1111/j.1539-6924.2011.01601.x. PMID  21453376. S2CID  7213138.
  29. ^ Раума, М.; и другие. (февраль 2013 г.). «Прогнозирование поглощения химических паров». Adv Drug Deliv Rev. 65 (2): 306–14. doi :10.1016/j.addr.2012.03.012. ПМИД  22465561.

Внешние ссылки