stringtranslate.com

Поглощение (кожа)

Всасывание через кожу — это путь, по которому вещества могут проникать в организм через кожу. Наряду с вдыханием, приемом внутрь и инъекцией, всасывание 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 части тела, подвергающейся воздействию.

Кожная (чрескожная, дермальная) абсорбция — это транспортировка химических веществ с внешней поверхности кожи как в кожу, так и в кровоток. Кожная абсорбция относится к степени воздействия и возможному эффекту вещества, которое может попасть в организм через кожу. Кожа человека вступает в контакт со многими агентами намеренно и непреднамеренно. Кожная абсорбция может происходить в результате профессионального, экологического или потребительского воздействия на кожу химических веществ, косметики или фармацевтических продуктов. Некоторые химические вещества могут абсорбироваться в достаточном количестве, чтобы вызвать пагубные системные эффекты. Кожное заболевание ( дерматит ) считается одним из наиболее распространенных профессиональных заболеваний. [1] Чтобы оценить, может ли химическое вещество представлять риск возникновения дерматита или других более системных эффектов, и как этот риск можно снизить, необходимо знать степень его абсорбции. Таким образом, дермальное воздействие является ключевым аспектом оценки риска для здоровья человека.

Факторы, влияющие на абсорбцию

Наряду с вдыханием , приемом внутрь и инъекцией, дермальное всасывание является путем воздействия биологически активных веществ, включая лекарства. [2] Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов:

В целом скорость всасывания химических веществ через кожу следует следующей схеме от самой быстрой к самой медленной: мошонка > лоб > подмышка ≥ скальп > спина = живот > ладонь = нижняя поверхность стопы. [4]

Структуры, влияющие на поглощение

Чтобы впитаться через кожу, химическое вещество должно пройти через эпидермис , железы или волосяные фолликулы. Потовые железы и волосяные фолликулы составляют около 0,1–1,0 процента от общей поверхности кожи. [2] Хотя небольшие количества химических веществ могут быстро проникать в организм через железы или волосяные фолликулы, они в основном всасываются через эпидермис . Химические вещества должны пройти через семь клеточных слоев эпидермиса, прежде чем попасть в дерму , где они могут попасть в кровоток или лимфу и циркулировать в других областях тела. Токсины и токсичные вещества могут перемещаться через слои путем пассивной диффузии . Роговой слой является самым внешним слоем эпидермиса и барьером, ограничивающим скорость всасывания агента. [4] Таким образом, то, как быстро что-то проходит через этот более толстый внешний слой, определяет общее всасывание. Роговой слой в основном состоит из липофильного холестерина, эфиров холестерина и церамидов . Таким образом, жирорастворимые химические вещества быстрее проникают через слой в кровоток, однако почти все молекулы проникают в него в какой-то минимальной степени. [5] [6] Поглощение химических веществ из муниципальной воды и стоматологических продуктов, таких как ЛОС (летучие органические соединения), ТТГМ (общие тригалометаны), фторид и дезинфицирующие средства, является основным воздействием опасностей для здоровья окружающей среды. [7] [8] [9]

Схема строения кожи

Условия, влияющие на всасывание через кожу

Агенты, которые повреждают роговой слой, такие как сильные кислоты, всасываются быстрее, чем химикаты, которые этого не делают. [10] Повреждения кожи из-за ожогов, ссадин, ран и кожных заболеваний также увеличивают всасывание. Таким образом, группы населения с повреждением кожи могут быть более восприимчивы к неблагоприятным эффектам агентов, которые всасываются через кожу. Некоторые растворители, такие как диметилсульфоксид (ДМСО), действуют как носители и часто используются для транспортировки лекарств через кожу. ДМСО увеличивает проницаемость рогового слоя. [11] [12] Поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия, увеличивают проникновение через кожу водорастворимых веществ, возможно, за счет увеличения проницаемости кожи для воды. [11]

Медицинское применение кожной абсорбции

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 дермальном пути введения . Некоторые принимаемые внутрь препараты интенсивно метаболизируются печенью и могут быть инактивированы, но использование дермального нанесения обходит этот метаболический этап, позволяя большему количеству исходных соединений попадать в периферическое кровообращение. Если лекарство хорошо всасывается через кожу, его можно использовать в качестве средства системного лечения. Дермальные лекарственные формы включают: линименты , подтяжки, лосьоны , мази , кремы, присыпки, аэрозоли и трансдермальные пластыри . [13] Специально разработанные пластыри в настоящее время используются для доставки фентанила , никотина и других соединений. Более медленное всасывание через кожу по сравнению с пероральным или инъекционным способом может позволить пластырям обеспечивать лекарство в течение 1–7 дней. [14] Например, нитроглицерин, вводимый трансдермально, может обеспечить защиту от стенокардии на несколько часов, тогда как продолжительность эффекта при сублингвальном введении может составлять всего несколько минут. [15]

Измерение абсорбции кожей

Количество химиката, которое впитывается через кожу, можно измерить напрямую или косвенно. [16] Исследования показали, что существуют виды с различиями в поглощении различных химикатов. Измерения на крысах, кроликах или свиньях могут отражать или не отражать поглощение человеком. [10] Определение скорости, с которой агенты проникают через кожу, важно для оценки риска от воздействия.

Прямое измерение

В естественных условиях

Проникновение химических веществ в кожу можно измерить напрямую с помощью неинвазивных оптических методов с молекулярной специфичностью, таких как конфокальная рамановская спектроскопия . Эта техника позволяет идентифицировать уникальные спектры молекул и сравнивать их с фоновыми спектрами кожи, ограничивая при этом области измерения с помощью конфокального стробирования, достигая измерения концентрации с разрешением по глубине. Таким образом, одна последовательность измерений может установить профиль мгновенного снимка концентрации химических веществ в зависимости от глубины внутри кожи. Повторяя измерение в нескольких временных точках, определяется динамический профиль концентрации на глубине. Поскольку современные рамановские спектрометры демонстрируют чрезвычайно высокое отношение сигнал/шум , тестирование поглощения in vivo в коже человека возможно в масштабе нескольких минут или часов.

Химическое вещество также может быть нанесено непосредственно на кожу с последующими измерениями крови и мочи в установленные временные точки после нанесения, чтобы оценить количество химического вещества, поступившего в организм. Концентрацию в крови или моче в определенные временные точки можно изобразить в виде графика, чтобы показать площадь под кривой, а также степень и продолжительность абсорбции и распределения, чтобы обеспечить измерение системной абсорбции. Это можно сделать на животных или людях с сухим химическим порошком или химическим веществом в растворе. [17] Для этих экспериментов обычно используют крыс. Перед нанесением химического вещества участок кожи бреют. Часто область нанесения химического вещества закрывают, чтобы предотвратить проглатывание или стирание тестируемого материала. Образцы крови и мочи берутся через определенные промежутки времени после нанесения (0,5, 1, 2, 4, 10 и 24 часа), а в некоторых протоколах в выбранное конечное время животное может быть подвергнуто вскрытию. Образцы тканей также могут быть оценены на наличие тестируемого химического вещества. [18] В некоторых протоколах испытаний могут быть протестированы многие животные, и вскрытия могут проводиться через установленные интервалы после воздействия. Биомониторинг, такой как взятие образцов мочи через определенные интервалы у работников, подвергшихся воздействию химикатов, может предоставить некоторую информацию, но с помощью этого метода трудно отличить дермальное воздействие от ингаляционного.

Экс виво

Свойства проницаемости рогового слоя по большей части не изменяются после его удаления из тела. [18] Кожу, которая была аккуратно снята с животных, также можно использовать для определения степени локального проникновения, поместив ее в камеру и нанеся химикат на одну сторону, а затем измерив количество химиката, которое попадает в жидкость на другой стороне. [14] Одним из примеров этой техники ex vivo является изолированный перфузируемый 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 ячейки Франца состоит из двух камер, разделенных мембраной из кожи животных или человека. Человеческая кожа предпочтительнее, но из-за этических и других соображений она не всегда доступна. Человеческая кожа часто может быть получена при вскрытии или пластической хирургии. [20] Тестируемый продукт наносится на мембрану через верхнюю камеру. Нижняя камера содержит жидкость, из которой через регулярные промежутки времени берутся 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, а образцы жидкости под ним отбираются непрерывно, а не в заданные моменты времени. [21] Некоторые производители заменили ячейки Броно на встроенные ячейки.

Косвенное измерение

Иногда по гуманным причинам невозможно нанести препарат на кожу и измерить его абсорбцию. Зарин , нервно-паралитический газ, может абсорбироваться через неповрежденную кожу и быть смертельным при низких концентрациях. Таким образом, если нужно оценить риск воздействия зарина, нужно принять во внимание абсорбцию через кожу и другие пути, но нельзя этично испытывать зарин на людях; поэтому были найдены способы моделирования риска от воздействия агента на кожу.

Модели используются в некоторых случаях для прогнозирования количества воздействия или поглощения и оценки опасностей для здоровья населения. Чтобы оценить риск того, что химическое вещество может вызвать проблему со здоровьем, необходимо оценить химическое вещество и воздействие. Моделирование воздействия зависит от нескольких факторов и предположений.

  1. Площадь поверхности кожи, подвергающейся воздействию. Площадь поверхности взрослого человека составляет около 20 900 квадратных сантиметров (3 240 квадратных дюймов), а площадь поверхности ребенка 6 лет составляет около 9 000 квадратных сантиметров (1 400 квадратных дюймов). Эти цифры и цифры для других частей тела или частей можно найти в Руководстве по воздействию EPA (Агентство по охране окружающей среды) 1996 года [22] или оценить с помощью 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). Его можно оценить с помощью коэффициента распределения октанол-вода (измерение поглощения из водного раствора в порошкообразный роговой слой). [24]
  5. Вес человека. Обычно используется стандартный вес взрослого человека 71,8 кг, 6-летнего ребенка 22 кг и женщины детородного возраста 60 кг. [22]
  6. Характер воздействия, например, нанесение крема на все тело, на небольшой участок или ванна с разбавленным раствором.

Контакт кожи с сухим химикатом

Чтобы рассчитать дозу химиката, которому подвергается человек, необходимо умножить площадь поверхности кожи, подвергаемой воздействию, на концентрацию химиката в веществе, которое контактирует с кожей. Затем умножить на время контакта, на коэффициенты проницаемости и любые необходимые коэффициенты перевода единиц, затем разделить на вес человека.
Простая математическая формула для оценки дозы при однократном воздействии:
концентрация химического вещества × площадь поверхности, подвергаемой воздействию × коэффициент проницаемости / масса тела.
Модели для этого можно найти в Стандартных рабочих процедурах Агентства по охране окружающей среды по оценке воздействия пестицидов в жилых помещениях. [25] Эти модели устанавливают руководящие принципы для оценки воздействия пестицидов, чтобы можно было оценить риск и предпринять соответствующие действия, если риск считается слишком большим, учитывая воздействие.

Контакт кожи с химическим веществом в растворе (вода и т.п.)

Это можно смоделировать аналогично сухому химикату, но нужно учитывать количество раствора, с которым контактирует кожа. Было предложено и смоделировано три сценария воздействия химикатов в растворе.
a. Человек может быть частично подвержен воздействию раствора в течение определенного периода времени. Например, если он стоял в загрязненной паводковой воде в течение определенного периода времени или работал в ситуации, когда руки и предплечья были погружены в раствор в течение определенного периода времени. Этот тип сценария зависит от площади кожи, подвергшейся воздействию, и продолжительности воздействия, а также концентрации химического вещества в растворе. Возможно, придется скорректировать коэффициенты поглощения для различных участков тела, поскольку стопы более мозолистые на дне и пропускают меньше химикатов, чем голени. Скорость поглощения химикатов следует следующей общей схеме от самой быстрой к самой медленной: мошонка > лоб > подмышка ≥ скальп > спина = живот > ладонь = под поверхностью стопы. [4] Кожная абсорбция разбавленного раствора при частичном воздействии ноги или руки была смоделирована Шарфом. [17] У Агентства по охране окружающей среды также есть руководство по расчету доз химических веществ, поглощенных кожей из загрязненной воды. [26]
Математическая формула:
Мощность дозы, поглощенной кожей = концентрация в воде × площадь экспонированной поверхности × время экспозиции × коэффициент проницаемости × коэффициенты пересчета .
б. Второй сценарий — полное погружение тела, например, плавание в бассейне или озере. Воздействие в бассейнах лишь частично дермальное, и была предложена модель SWIMODEL. [27] Эта модель учитывает не только воздействие на кожу, но также рассматривает воздействие на глаза, проглатывание, вдыхание и слизистые оболочки , которое может возникнуть из-за полного погружения. Вторая модель, в первую очередь связанная с поглощением кожей, была создана Шарфом для оценки риска избыточного распыления пестицида при распылении с воздуха в бассейнах. [17] Эти модели используют площадь поверхности всего тела, а не площадь поверхности определенных частей для математических входных данных.
c. Третий сценарий — воздействие брызг или капель. Эта модель учитывает, что не вся вода, содержащая химикат, который контактирует с кожей, остается на коже достаточно долго, чтобы обеспечить абсорбцию. Только та часть химиката в растворе, которая остается в контакте с кожей, доступна для абсорбции. Это можно смоделировать с использованием факторов адгезии воды, как постулировал Гуджрал 2011. [28]

Контакт кожи с газом или аэрозолем

Это незначительный фактор, который был проигнорирован в большинстве оценок риска химических веществ как пути воздействия газообразных или аэрозольных токсикантов. В этой области необходимы дополнительные исследования. [29]

Контроль впитывания кожей

Если воздействие на кожу и ее всасывание считаются представляющими риск, можно предпринять различные меры по снижению всасывания.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Темы по технике безопасности и охране труда: воздействие на кожу и его последствия. CDC . Получено 17 апреля 2014 г.
  2. ^ ab Eaton, DL и Klaassen Curtis D. Principles of Toxicology. в Cassarett & Doull's Toxicology, The Basic Science of Poisons . 5-е издание. 1996. McGraw-Hill.
  3. ^ Bos, JD; Meinardi, MM (2000). «Правило 500 Дальтонов для проникновения через кожу химических соединений и лекарств». Exp. Dermatol . 9 (3): 165–9. doi : 10.1034/j.1600-0625.2000.009003165.x . PMID  10839713.
  4. ^ abcde Baynes, RE и Hodgson E. Поглощение и распределение 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 опасений продолжается». Перспективы охраны окружающей среды . 113 (7): A474. doi :10.1289/ehp.113-a474. PMC 1257669 . 
  7. ^ Jaccobson, APM; Stephen, KW; Strang, R (1992). «Поглощение и очистка фторида от слизистой оболочки щеки после полоскания рта». Caries Res . 26 (1): 56–58. doi :10.1159/000261428. PMID  1568238.
  8. ^ Габлер, В. Л. (1968). «Поглощение фторида через слизистую оболочку полости рта крыс». Arch Oral Biol . 13 (6): 619–623. doi :10.1016/0003-9969(68)90140-4. PMID  5244286.
  9. ^ Браун, HS; Бишоп, DR; Роуэн, CA (1984). «Роль абсорбции кожей как пути воздействия ЛОС в питьевой воде». Am. J. Public Health . 74 (5): 479–84. doi : 10.2105/AJPH.74.5.479 . PMC 1651599. PMID  6711723 . 
  10. ^ ab Rozman, KK и Klaassen CD. Поглощение, распределение и выделение токсичных веществ. в Cassarett & Doull's Toxicology, The Basic Science of Poisons . 5-е издание. 1996. McGraw-Hill
  11. ^ ab Baggot JD. Распределение и судьба лекарств в организме. Глава 5 в Ветеринарной фармакологии и терапии , 6-е издание, 1988 Iowa State Press, Эймс.
  12. ^ Бут НХ, Местные средства. Глава 44 в Ветеринарной фармакологии и терапии , 6-е издание, 1988 Iowa State Press, Эймс.
  13. ^ Дэвис, Л. Э. Представление и назначение лекарств. Глава 3 в Ветеринарной фармакологии и терапии , 6-е издание, 1988 Iowa State Press, Эймс.
  14. ^ ab Райс, Р. Х. и Коэн Д. Э. Токсические реакции кожи. в книге Кассаретт и Доулл «Токсикология». Основы науки о ядах . 5-е издание. 1996. Макгроу-Хилл
  15. ^ Шаргел, Л. и Ю, А. Глава 11. Лекарственные средства с модифицированным высвобождением и системы доставки лекарств. в Applied Biopharmaceuts and Pharmacokinetics. 3-е издание. 1993 Appleton & Lange.
  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 Scharf, JE; et al. (2008). «Кожная абсорбция разбавленного водного раствора малатиона». J. Emerg. Trauma Shock . 1 (2): 70–73. doi : 10.4103/0974-2700.43182 . PMC 2700616. PMID  19561983 . 
  18. ^ ab Всемирная организация здравоохранения, Критерии здоровья окружающей среды 235, Всасывание через кожу, 2006.
  19. ^ Ривьер JE и др. Изолированный перфузируемый лоскут кожи свиньи (IPPSF). I. Новая модель in vitro для исследований чрескожной абсорбции и кожной токсикологии. Fundam Appl Toxicol. 1986 Oct;7(3):444-53.
  20. ^ Dressler WE (1999) Поглощение краски для волос. В: Bronaugh RL & Maibach HI eds. Чрескожная абсорбция: лекарства–косметика–механизмы–методология, 3-е изд. Нью-Йорк, Марсель Деккер, стр. 685–716 (Лекарственные средства и фармацевтические науки, том 97).
  21. ^ Броно, Р. Л.; Стюарт, Р. Ф. (1985). «Методы исследований чрескожной абсорбции. IV. Проточная диффузионная ячейка». J. Pharm. Sci . 74 (1): 64–67. doi :10.1002/jps.2600740117. PMID  3981421.
  22. ^ ab EPA Exposure Handbook 1996
  23. ^ Ю, CY и др. База данных площади поверхности тела человека и формула оценки. Burns. 2010 август;36(5):616-29.
  24. ^ Wester; et al. (1987). «Связывание in vivo и vitro с порошкообразным роговым слоем человека как методы оценки поглощения кожей химических загрязнителей окружающей среды из грунтовых и поверхностных вод». J Toxicol Environ Health . 21 (3): 367–374. doi :10.1080/15287398709531025. PMID  3108517.
  25. ^ Стандартные операционные процедуры (СОП) Агентства по охране окружающей среды США (EPA) 2012 года для оценки воздействия на жилые помещения
  26. ^ Агентство по охране окружающей среды США. Руководство по оценке риска для Superfund. Том I: Руководство по оценке здоровья человека (часть E, Дополнительное руководство по оценке дермального риска) - Окончательный вариант. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США, Управление по рекультивации и технологическим инновациям Superfund, EPA/540/R/99/005, OSWER 9285.7-02EP, июль 2004 г.
  27. ^ Данг, 1996 EPA SOP Оценка дозы, поглощаемой кожей после нанесения химических веществ в плавательных бассейнах
  28. ^ Gujral, JS; Proctor, DM; Su, SH; Fedoruk, JM (2011). «Факторы сцепления воды с кожей человека». Анализ риска . 31 (8): 1271–1280. Bibcode : 2011RiskA..31.1271G. doi : 10.1111/j.1539-6924.2011.01601.x. PMID  21453376. S2CID  7213138.
  29. ^ Раума, М.; и др. (февраль 2013 г.). «Прогнозирование абсорбции химических паров». Adv Drug Deliv Rev. 65 ( 2): 306–14. doi :10.1016/j.addr.2012.03.012. PMID  22465561.

Внешние ссылки