Поглощение (кожа) - Absorption (skin)

Поглощение через кожу - это путь, по которому вещества могут проникать в организм через кожу . Наряду с ингаляционным , приемом и инъекцией , кожная поглощенией является путем воздействия для токсичных веществ и пути введения для лекарственного средства . Абсорбция веществ через кожу зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются концентрация , продолжительность контакта, растворимость лекарства и физическое состояние кожи и части тела, подверженной воздействию.

Кожное (чрескожное, кожное) всасывание - это перенос химических веществ с внешней поверхности кожи как в кожу, так и в кровоток. Поглощение через кожу связано со степенью воздействия и возможным действием вещества, которое может попасть в организм через кожу. Кожа человека намеренно и непреднамеренно контактирует со многими агентами. Всасывание через кожу может происходить в результате воздействия на кожу химикатов, косметики или фармацевтических препаратов на рабочем месте, в окружающей среде или на кожу потребителей. Некоторые химические вещества могут абсорбироваться в достаточном количестве, чтобы вызвать пагубные системные эффекты. Кожное заболевание ( дерматит ) считается одним из самых распространенных профессиональных заболеваний. Чтобы оценить, может ли химическое вещество вызывать дерматит или другие более системные эффекты и как можно снизить этот риск, необходимо знать, в какой степени оно абсорбируется, поэтому воздействие на кожу является ключевым аспектом оценки риска для здоровья человека. .

Факторы, влияющие на абсорбцию

Наряду с вдыханием , проглатыванием и инъекцией всасывание через кожу - это путь воздействия биоактивных веществ, включая лекарства. Всасывание веществ через кожу зависит от ряда факторов:

  • Концентрация
  • Молекулярный вес молекулы
  • Продолжительность контакта
  • Растворимость лекарства
  • Физическое состояние кожи
  • Открытая часть тела, включая количество волос на коже

В общем, скорость всасывания химических веществ через кожу соответствует следующей схеме от самой быстрой к самой медленной: Мошонка> Лоб> Подмышка ≥ Скальп> Спина = Живот> Ладонь = под поверхностью стопы.

Структуры, влияющие на абсорбцию

Чтобы химическое вещество впиталось через кожу, оно должно пройти через эпидермис , железы или волосяные фолликулы. Потовые железы и волосяные фолликулы составляют от 0,1 до 1,0 процента всей поверхности кожи. Хотя небольшие количества химических веществ могут быстро проникать в организм через железы или волосяные фолликулы, они в основном абсорбируются 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 токсиканты могут перемещаться через слои путем пассивной диффузии . Роговой слой представляет собой наружный слой эпидермиса и ограничивающая скорость барьер в поглощении агента. Таким образом, то, как быстро что-то проходит через этот более толстый внешний слой, определяет общее поглощение. Роговой слой в основном состоит из липофильного холестерина, сложных эфиров холестерина и церамидов . Таким образом, жирорастворимые химические вещества быстрее проходят через слой и попадают в кровоток, однако почти все молекулы проникают в него до некоторой минимальной степени. Поглощение химических веществ в муниципальной воде и стоматологических продуктах, таких как VOC (летучие органические соединения), TTHM (общее количество тригалометанов), фториды и дезинфицирующие средства, представляет собой серьезную опасность для здоровья, связанную с окружающей средой.

Схема кожных структур.

Условия, влияющие на впитывание кожи

Агенты, которые повреждают роговой слой, такие как сильные кислоты, абсорбируются быстрее, чем химические вещества, которые этого не делают. Повреждение кожи из-за ожогов, ссадин, ран и кожных заболеваний также увеличивает абсорбцию. Таким образом, население с поврежденной кожей может быть более восприимчивым к неблагоприятным воздействиям 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. Поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия, увеличивают проникновение водорастворимых веществ в кожу, возможно, за счет увеличения проницаемости воды для кожи.

Медицинское использование впитывания кожи

Кожное нанесение лекарства или химического вещества позволяет локализовать лечение, в отличие от приема внутрь или инъекции. Некоторые лекарства кажутся более эффективными (или более эффективными) при использовании кожного пути введения . Некоторые принятые внутрь лекарства сильно метаболизируются печенью и могут быть инактивированы, но при нанесении на кожу этот этап метаболизма обходится, позволяя большему количеству исходных соединений проникать в периферическое кровообращение. Если лекарство хорошо всасывается через кожу, его можно использовать как средство системного действия. Кожные лекарственные формы включают: мази , подтяжки, лосьоны , мази , кремы, присыпки, аэрозоли и трансдермальные пластыри . 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 путем может позволить пластырям обеспечивать лекарство в течение 1-7 дней. Например , нитроглицерин данного трансдермально может обеспечить часы защиты от стенокардии , тогда как длительность эффекта сублингвально может быть только минуты.

Измерение впитывания кожи

Количество химического вещества, которое абсорбируется через кожу, можно измерить прямо или косвенно. Исследования показали, что существуют виды с разной способностью поглощать разные химические вещества. Измерения на крысах, кроликах или свиньях могут отражать или не отражать поглощение человеком. 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 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, ограничивая области измерения с помощью конфокального стробирования, обеспечивая измерение концентрации с разрешением по глубине. Таким образом, с помощью одной последовательности измерений можно получить мгновенный профиль концентрации химических веществ в зависимости от глубины внутри кожи. Путем повторения измерения в нескольких точках времени определяется динамический профиль концентрации на глубине. Поскольку современные рамановские спектрометры демонстрируют чрезвычайно высокое SNR , 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. Концентрация в крови или моче в определенные моменты времени может быть отображена в виде графика, чтобы показать площадь под кривой, а также степень и продолжительность абсорбции и распределения для измерения системного всасывания. Это можно сделать у животных или людей с помощью сухого химического порошка или химического вещества в растворе. Для этих экспериментов обычно используются крысы. Перед нанесением химического препарата участок кожи бреется. Часто область применения химикатов накрывают, чтобы предотвратить проглатывание или стирание исследуемого материала. Образцы крови и мочи берутся через определенные интервалы времени после нанесения (0,5, 1, 2, 4, 10 и 24 часа), и в некоторых протоколах в выбранное конечное время животное может быть вскрыто. Образцы тканей также могут быть оценены на наличие исследуемого химического вещества. В некоторых протоколах испытаний могут быть протестированы многие животные, а вскрытия могут проводиться через определенные промежутки времени после воздействия. Биомониторинг, такой как периодический отбор проб мочи у рабочих, подвергшихся воздействию химических веществ, может дать некоторую информацию, но с помощью этого метода трудно отличить воздействие на кожу от воздействия ингаляции.

Ex vivo

Свойства проницаемости рогового слоя по большей части не изменяются после его удаления из организма. Кожа, которая была тщательно снята с животных, также может использоваться для определения степени местного проникновения, помещая ее в камеру и нанося химическое вещество с одной стороны, а затем измеряя количество химического вещества, попадающего в жидкость с другой стороны. Одним из примеров этой техники ex vivo является изолированный перфузируемый свиной лоскут. Этот метод был впервые описан в 1986 году как гуманная альтернатива тестированию на животных in vivo.

В пробирке

Также использовались такие методы, как статические диффузионные ячейки ( ячейки Франца) и проточные диффузионные ячейки (ячейки Броно). Аппарат Franz Cell состоит из двух камер, разделенных мембраной из кожи животного или человека. Кожа человека предпочтительна, но по этическим и другим соображениям не всегда доступна. Кожа человека часто бывает после вскрытия трупа или пластической операции. 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, которые проникли через мембрану в заданные моменты времени.

Ячейки Броно похожи на ячейки Франца, но используют проточную систему под слоем мембраны, а пробы жидкости ниже берутся непрерывно, а не в заданные моменты времени. Некоторые производители заменили ячейки Bronaugh встроенными ячейками .

Косвенное измерение

Иногда по гуманным причинам невозможно нанести лекарство на кожу и измерить его абсорбцию. Зарин , нервно-паралитический газ, может всасываться через неповрежденную кожу и быть смертельным при низких концентрациях. Таким образом, если нужно оценить риск воздействия зарина, необходимо принять во внимание абсорбцию через кожу и другие пути, но нельзя этически 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 поглощения и для оценки опасности для здоровья населения. Чтобы оценить риск, связанный с химическим веществом, вызывающим проблемы со здоровьем, необходимо оценить химическое вещество и воздействие. Моделирование воздействия зависит от нескольких факторов и предположений.

  1. Открытая поверхность кожи. Площадь поверхности взрослого человека составляет около 20 900 квадратных сантиметров (3 240 квадратных дюймов), а площадь поверхности ребенка 6 лет - около 9 000 квадратных сантиметров (1400 квадратных дюймов). Эти цифры и цифры для других частей или частей тела можно найти в Справочнике по воздействию на окружающую среду (EPA) 1996 г. или рассчитать с использованием других баз данных.
  2. Продолжительность воздействия (в часах, минутах и ​​т. Д.).
  3. Концентрация химического вещества.
  4. Коэффициент проницаемости химического вещества (насколько легко химическое вещество проникает через кожу). Это можно оценить с помощью коэффициента распределения октанол-вода (измерение поглощения из водного раствора порошкообразным роговым слоем).
  5. Вес человека. Обычно используется стандартный вес взрослого 71,8 кг, 6-летнего ребенка 22 кг и девочки детородного возраста 60 кг.
  6. Характер воздействия, например, нанесение крема на все тело, только на небольшую область или ванна с разбавленным раствором.

Контакт с кожей с сухим химическим веществом

Чтобы рассчитать дозу химического вещества, которому подвергается человек, необходимо умножить площадь поверхности кожи, подвергшейся воздействию, на концентрацию химического вещества в веществе, которое контактирует 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 × экспонированная площадь × коэффициент проницаемости / масса тела.
Модели для этого можно найти в Стандартных операционных процедурах EPA для оценки воздействия в жилых помещениях. Эти модели устанавливают руководящие принципы для оценки воздействия пестицидов, чтобы можно было оценить риск и предпринять соответствующие действия, если риск считается слишком большим с учетом воздействия.

Попадание на кожу химического вещества в растворе (вода и т. Д.)

Это можно смоделировать аналогично сухому химическому веществу, 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 в течение определенного периода времени. Этот тип сценария зависит от пораженного участка кожи и продолжительности воздействия, а также от концентрации химического вещества в растворе. Возможно, придется отрегулировать коэффициенты поглощения для различных участков тела, поскольку ступни более мозолистые на дне и пропускают меньше химикатов, чем голени. Скорость всасывания химикатов соответствует следующей общей схеме от самого быстрого к самому медленному: Мошонка> Лоб> Подмышка ≥ Скальп> Спина = Живот> Ладонь = под поверхностью стопы. Всасывание через кожу разбавленного раствора при частичном воздействии на ногу или руку было смоделировано Шарфом. EPA также имеет руководство по расчету поглощенных кожей доз химических веществ из загрязненной воды.
Математическая формула:
Мощность дозы, поглощенной кожей = концентрация в воде × площадь облучения × время воздействия × коэффициент проницаемости × коэффициенты пересчета .
б. Второй сценарий - полное погружение тела, такое как плавание в бассейне или озере. Воздействие в плавательных бассейнах только частично на кожу, и был предложен SWIMODEL. В этой модели учитывается не только воздействие на кожу, но и воздействие на глаза, при приеме внутрь, вдыхании и на слизистые оболочки, которое может произойти из-за полного погружения. Вторая модель, касающаяся в первую очередь абсорбции через кожу, была создана Шарфом для оценки риска чрезмерного распыления пестицидов в результате распыления с воздуха на плавательные бассейны. В этих моделях для математического ввода используется площадь всей поверхности тела, а не площадь отдельных частей.
c. Третий сценарий - воздействие брызг или капель. Эта модель учитывает, что не вся вода, несущая химические вещества, которые вступают в контакт с кожей, остается на коже достаточно долго, чтобы обеспечить абсорбцию. Только та часть химического вещества в растворе, которая остается в контакте с кожей, доступна для абсорбции. Это можно смоделировать с использованием факторов прилипания к воде, как постулировал Гуджрал 2011.

Контакт с кожей с газом или аэрозолем

Это незначительный фактор, и он игнорировался в большинстве оценок риска химических веществ как путь воздействия газообразных или аэрозольных токсичных веществ. В этой области необходимы дополнительные исследования.

Контроль впитывания кожи

Если считается, что воздействие на кожу и абсорбция указывают на риск, могут быть предприняты различные методы уменьшения абсорбции.

  • Этикетки с химическими веществами могут быть адаптированы для использования перчаток или защитной одежды .
  • Предупреждения о немедленном мытье при попадании химического вещества на кожу могут быть сделаны.
  • Закройте бассейны или озера для пловцов.
  • Ограничьте время воздействия химических веществ, т.е. рабочие могут работать только с определенными химическими веществами в течение определенного времени в день.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки