Водородный показатель кожи

Введение

Юность - пора надежд, любви, мечтаний… Пора, когда хочется  многого и  есть  силы  для реализации   планов. Хочется  успеть  везде:  и  в  учебе, и в  общении, и в  любви. Пора, когда  понимаешь, что  успех  зависит и  от внутреннего  содержания личности и  от  внешнего  вида, конечно.  Хочется  выглядеть на  все  100% .И в этом во  многом  помогают  косметические  средства - продукт химической  науки, которая  изучается   в школе. А анатомия,  которая  учит  нас знать собственное  тело, его  особенности, потребности  тоже помогает  сохранить  и улучшить  внешний  вид, данный нам  природой. Попробуем  соотнести  знания  по этим  двум предметам  для  решения  практической  задачи - осуществить  научный подход  в  выборе  косметических  средств  по  уходу  за  кожей  лица – «зеркала  души  человека».

С  чего  начать? Какие  знания  необходимы  для  практического  применения предметных  сведений по  химии  и  биологии? Начнем  с  рекламных  предложений,  которые  гласят: «рН  баланс  вашей  кожи равен 5,5 и наше  средство  его не  нарушает». Что это рН? И правда ли то,  что говорят  в  рекламе? И  почему  никто  не  спрашивает  в косметических  отделах  о рН  средств, которые  покупают. И важен  ли  этот рН для  нашей  кожи? Вот  сколько  вопросов. Попробуем  ответить  на  них, то есть  провести  исследование, свое  собственное, научное, с применением  знаний  по любимым  предметам - химии и  биологии.

Тема  нашего  исследования будет: «Изучение учета  соответствия  рН косметических  средств по  уходу  за  кожей лица и  рН кожи при их  выборе  юношами  и  девушками». Привлечем  одноклассников. Возможно, им  тоже  интересно  наше  исследование.

Наша  гипотеза  такова: «При  выборе косметических  средств по уходу за кожей  лица необходимо  учитывать рН кожи  и знать рН  косметического  средства».

Теперь надо построить  план  действий  по  реализации нашего  исследовательского  проекта:

1.Изучить   теоретические  аспекты  категорий  «водородный  показатель, способы  его  измерения», «кожа, ее функции и рН кожи» в  специальной  литературе  и  интернет - ресурсах.

2.Разработать  анкету  и провести  опрос   сверстников  с целью  выявления  группы  учащихся, желающих  принять участия в   исследовании.

3.Проведение  исследования.

4.Подведение  итогов  работы.

Ну что же,  все готово, начнем  наше  исследование. Интересно, каковы  будут  его  результаты.

 

 

 

 

 

Обзор литературы

 

Понятие о рН

Устойчивость  состава внутренней среды организма  называется гомеостазом (от греч. homoios – подобный и stasis – неподвижность).

Одним из важнейших показателей гомеостаза является постоянство pH,    являющееся необходимым условием нормального течения жизненных процессов. Постоянное значение pH необходимо внутриклеточной жидкости, плазме крови, межклеточному пространству.

Значение pH (водородного показателя) характеризует кислотные или щелочные (кислотно-основные)  свойства среды,  оказывающие большое влияние на направление и скорость многих химических и биохимических процессов. 

По классическим понятиям химии, рН - это показатель кислотности, который зависит от уровня концентрации свободных водородных ионов. Это удобная мера кислотности, которую вычисляют как обратный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в данном растворе. Этот показатель колеблется от 1 до 17, а 6,5-7,5 - его нейтральное значение, соответствующее чистой воде. При температуре 22 °С pH = 7 для нейтральных, pH < 7 для кислых и pH > 7 для щелочных растворов.

Понятие о рН ввел в науку шведский химик Эрик Зеренсен в 1909 году. Вряд ли он предполагал, что этот показатель станет столь популярным аргументом в пользу качества косметических средств. Сегодня практически ни одна реклама косметической продукции, будь то шампунь, жидкое мыло или гель для душа, не обходится без информации о рН. Все, что имеет рН меньше 7 - кислое (жидкое мыло, бальзамы, ополаскиватели, лечебная косметика, кремы с фруктовыми кислотами и т. д.), больше 7 - щелочное (твердое туалетное мыло, краски для волос, твердые дезодоранты, химическая завивка).

 

Барьерные функции  кожи

Опасные химические вещества окружают нас повсюду, а между тем человек редко обращает на них внимание: ведь его тело с головы до пят покрыто кожей. Этот важный орган прекрасно справляется со своей защитной функцией, и исследователям, конечно же, интересно, как ему удаётся создавать барьер между окружающей средой и живыми клетками органов и тканей.

Рис. 1.  Схема воздействия химических веществ на кожу.

 

Кожный покров состоит в основном из трёх слоев. Верхний — это условно мёртвые клетки: обезвоженные, они, тем не менее, дышат, в них функционируют некоторые ферменты. В клетки верхнего слоя превращаются с течением времени живые клетки эпидермиса, которые лежат ниже. А глубже всех находится дерма — базовый слой, пронизанный микрососудами и капиллярами.

Процесс воздействия  веществ на кожу схематически представлен на рис. 1. Под „химикатами из окружающей среды“ каждый читатель может понимать то, что попадает на его руки чаще всего: автолюбители — бензин и масла, домохозяйки — моющие средства, садоводы — удобрения и пестициды.

Химические компоненты, контактирующие с кожей, в первую очередь воздействуют на ороговевшие кожные чешуйки, у которых есть своя функция: они закрывают проходы в межклеточное пространство. Не всякому веществу, адсорбировавшемуся на них, удаётся преодолеть это препятствие, тем более что сразу под верхним слоем кожи находится эффективный барьер, мешающий проникновению воды (а значит, и растворённых в ней веществ) в тело. Это межклеточный слой жироподобных соединений — липидов, толщиной примерно 0,02 микрона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наличие такого барьера подтверждают измерения  рН кожи (приложение 1): в процессе погружения в неё электрода этот показатель меняется очень существенно. Если на поверхности значение рН близко к 6,0 (слабо кислая среда), то на границе с эпидермисом оно снижается до 4,5   (рис. 2), потому что в составе липидов есть остатки жирных кислот. Если же погрузить электрод ещё глубже, реакция среды вновь становится близкой к нейтральной: рН достигает величин 7–7,5. Такова особенность нормальной кожи, хотя вообще-то её рН — очень нестабильный и чувствительный параметр: он меняется от механического воздействия, влажности воздуха или облучения кожи ультрафиолетом.

А то, что именно липиды препятствуют проникновению воды внутрь, можно подтвердить экспериментально. Для этого на поверхность нормальной кожи наносят водный раствор иодистого натрия, в состав которого входит радиоактивный изотоп ¹³¹I. За проникновением ионов иода (а значит, и молекул воды) вглубь эпидермиса можно следить с помощью микродозиметра. Если обработать один участок поверхности тела эфиром, в котором липиды хорошо растворяются, а другой оставить нетронутым, то видно, что изотоп иода проникает в толщу кожи на этих участках с разной скоростью (рис. 3). Обезжиренная кожа через час впитает в себя до 40% растворённого изотопа, а через шесть часов — 80%, в то время как даже за восемь часов сквозь необработанную поверхность ионы иода, а, следовательно, и молекулы воды в эпидермис практически не проникнут.

Рис. 3.  Изменение содержания ионов иода в эпидермисе: 1) нормальная кожа; 2) кожа, обезжиренная эфиром.

В общем, слой межклеточных липидов — препятствие действительно серьёзное. Однако если он нарушен, то любой химикат может проникнуть сквозь наружные чешуйки и  заполнить поры в  межклеточном пространстве эпидермиса, используя в том числе, и обходные пути — волосяные фолликулы, протоки потовых и сальных желёз (рис. 4).

Что же происходит, когда „химикату из окружающей среды“ удалось преодолеть первое препятствие?

Вещества, воздействующие на кожу, можно разделить на гидрофильные, которые менее опасны для неё, и гидрофобные — они проникают через кожу лучше, так как преодолевают липидный барьер без особых проблем.

Гидрофильные  вещества, проникшие в глубокие слои эпидермиса и достигшие кровеносных сосудов дермы, обычно выводятся из организма с мочой через почки. Сама кожа в их обезвреживании почти не участвует, если, конечно, эти вещества не относятся к химически агрессивным. Сильные кислоты или щёлочи, как известно, вызывают ожоги любых тканей, и первой от них страдает кожа, защищая лежащие под ней слои.

Рис. 4.  Схема прохождения химических веществ через кожу (на примере компонентов крема).

Если же мы имеем дело с менее едким веществом, то за его судьбой в толще кожи можно проследить. В качестве примера возьмем нитроглицерин — действующую основу специального лечебного пластыря. Когда это вещество помечено изотопом ¹⁴С, его с лёгкостью выявляют в различных биологических жидкостях. Наложив пластырь на кожу, и сделав затем анализы крови и мочи, удалось установить, что в плазму крови попадает примерно 87% изотопа, а с мочой выводится около 82%. Из этого следует, что клетки кожи перерабатывают только 10–15% лекарственного препарата, а в кровяном русле вступает в метаболизм не более 5% вещества.

Много это или мало — 10–15%? Если конечные продукты метаболизма идут на обновление структур клеток или, по крайней мере, нетоксичны, то всё в порядке. А вот когда в коже „застревает“ 10–15%, скажем, ядохимиката, это может сказаться на ней не лучшим образом: если вещество или продукты его метаболизма токсичны, раздражения, а то и язв не избежать.

Однако гидрофильные вещества — это ещё полбеды. Мало того что гидрофобные соединения без труда преодолевают липидный барьер, так ещё и бороться с агрессивными молекулами приходится в основном нашему покровному органу. Главную роль играют здесь ферменты — монооксигеназы, содержащиеся в эпидермисе. Они пытаются окислить непрошеных гостей так, чтобы у молекул появились гидроксильные группы и они стали гидрофильными.

Если это не удаётся, то в результате метаболизма с этими веществами протекает ряд реакций с образованием азот- или серосодержащих соединений. Многие химические продукты, например пестициды, накапливаются при этом в коже и могут стать потенциальными источниками её разрушения, аллергии и других патологий.

Эксперименты, которые позволили разобраться  в механизмах, обеспечивающих защитную функцию кожи, привели к созданию нового направления в способах приёма лекарств — трансдермальной терапии (приложение 3).

 

рН кожи

Применительно к косметологии:  рН  поверхности кожи  колеблется от 4 до 6.8 или от 3.5 до 7.6, по данным разных авторов.

Столь широкий  диапазон объясняется тем, что состояние верхнего слоя эпидермиса (кислотной мантии кожи) определяется продукцией сальных желез и составом пота. При определении pH кожи следует учитывать, что речь идет не только о поверхности кожи, то есть о роговом слое эпидермиса, на котором имеется продукт выделения потовых и сальных желез.

Кислую реакцию поверхности кожи формируют, в основном, молочная и уксусные кислоты. Мочевина оказывает слабое влияние на формирование pH. Аминокислоты в поте находятся в малом количестве, к тому же в кислой среде их активность будет уменьшаться. Бикарбонаты же под действием кислот быстро разлагаются.

Вообще, все клетки человеческого тела предпочитают находиться в среде с нейтральным рН и клетки живых слоев кожи – эпидермиса и дермы – не исключение. Однако поверхность кожи покрыта слоем омертвевших клеток, которые защищают ее, подобно тому, как ящерицу защищает ее чешуя. И только здесь, в роговом слое, где уже нет живых клеток, рН становится ниже нейтрального. Этот рН создается и поддерживается благодаря гидро-липидной мантии, покрывающей кожу.

В состав мантии входят:

1. Продукты жизнедеятельности  бактерий, обитающих на коже. В частности, молочнокислых бактерий, выделяющих молочную кислоту.

2. Вещества, которые  секретируются на поверхность  кожи в составе кожного сала  и пота. Это молочная и бутиловая  кислоты из пота, а также сульфат  холестерина и свободные жирные  кислоты из кожного сала, которые разрушаются с образованием кислых веществ.

3. Компоненты  натурального увлажняющего фактора,  например пироглутамат натрия и мочевина.

4. Ионы водорода, генерирующиеся в процессе работы  клеточных ионных насосов, например, натриевой помпы.

Исследования  показали, что кислотность кожи, в частности, важна для нормального  протекания процессов восстановления барьера кожи. Если после разрушения барьера кожу оросить раствором с нейтральным рН, то восстановление барьера существенно замедлится. И, наоборот, в кислой среде восстановление барьера идет быстрее. Объясняется это тем, что ферменты, участвующие в восстановлении кожи, наиболее эффективно работают при рН 4-5.