Wchłanianie (skóra) - Absorption (skin)

Wchłanianie przez skórę to droga, którą substancje mogą dostać się do organizmu przez skórę . Wraz z inhalacji , spożycia i wstrzykiwania , na skórę absorpcji jest drogą ekspozycji dla substancji toksycznych i drogę podawania dla leczenia . Wchłanianie substancji przez skórę zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to stężenie , czas kontaktu, rozpuszczalność leku oraz stan fizyczny skóry i eksponowanej części ciała.

Wchłanianie przez skórę (przezskórne, skórne) to transport substancji chemicznych z zewnętrznej powierzchni skóry zarówno do skóry, jak i do krążenia. Wchłanianie przez skórę odnosi się do stopnia narażenia i możliwego działania substancji, która może dostać się do organizmu przez skórę. Skóra ludzka celowo i nieumyślnie styka się z wieloma czynnikami. Wchłanianie przez skórę może nastąpić w wyniku narażenia skóry zawodowej, środowiskowej lub konsumenckiej na chemikalia, kosmetyki lub produkty farmaceutyczne. Niektóre chemikalia mogą być wchłonięte w ilości wystarczającej do wywołania szkodliwych skutków ogólnoustrojowych. Choroba skóry ( zapalenie skóry ) jest uważana za jedną z najczęstszych chorób zawodowych. Aby ocenić, czy substancja chemiczna może powodować ryzyko wywołania zapalenia skóry lub innych bardziej ogólnoustrojowych skutków oraz w jaki sposób można zmniejszyć to ryzyko, należy wiedzieć, w jakim stopniu jest wchłaniana, a zatem narażenie przez skórę jest kluczowym aspektem oceny ryzyka dla zdrowia ludzkiego .

Czynniki wpływające na wchłanianie

Wraz z wdychaniem , spożyciem i wstrzyknięciem, wchłanianie przez skórę jest drogą narażenia na substancje bioaktywne, w tym leki. Wchłanianie substancji przez skórę zależy od wielu czynników:

  • Stężenie
  • Masa cząsteczkowa cząsteczki
  • Czas trwania kontaktu
  • Rozpuszczalność leków
  • Stan fizyczny skóry
  • Odsłonięta część ciała, w tym ilość włosów na skórze

Ogólnie rzecz biorąc, tempo wchłaniania substancji chemicznych przez skórę przebiega według następującego schematu od najszybszego do najwolniejszego: Moszna > Czoło > Pachy > Skóra głowy > Plecy = Brzuch > Dłoń = pod powierzchnią stopy.

Struktury wpływające na absorpcję

Aby wchłonąć się przez skórę, substancja chemiczna musi przejść przez naskórek , gruczoły lub mieszki włosowe. Gruczoły potowe i mieszki włosowe stanowią około 0,1 do 1,0 procent całkowitej powierzchni skóry. Chociaż niewielkie ilości chemikaliów mogą szybko dostać się do organizmu przez gruczoły lub mieszki włosowe, są one wchłaniane głównie przez naskórek . Substancje chemiczne muszą przejść przez siedem warstw komórek naskórka, zanim dostaną się do skóry właściwej, gdzie mogą dostać się do krwiobiegu lub limfy i krążyć do innych obszarów ciała. Toksyny i toksyny mogą przenikać przez warstwy na drodze dyfuzji biernej . Warstwa rogowa jest najbardziej zewnętrzną warstwę naskórka i bariera limitującym szybkość wchłaniania czynnika. Zatem to, jak szybko coś przechodzi przez tę grubszą warstwę zewnętrzną, określa ogólną absorpcję. Warstwa rogowa naskórka składa się głównie z lipofilowego cholesterolu, estrów cholesterolu i ceramidów . W ten sposób związki chemiczne rozpuszczalne w tłuszczach szybciej przedostają się przez warstwę do krążenia, jednak prawie wszystkie cząsteczki przenikają przez nią w minimalnym stopniu. Absorpcja chemikaliów w wodzie miejskiej i produktach dentystycznych, takich jak VOC (lotne związki organiczne), TTHM (całkowite trihalometany), fluorki i środki dezynfekujące, jest głównym narażeniem na środowiskowe zagrożenia dla zdrowia.

Schemat struktur skóry.

Warunki wpływające na wchłanianie przez skórę

Środki, które uszkadzają warstwę rogową naskórka, takie jak silne kwasy, są wchłaniane szybciej niż chemikalia, które tego nie robią. Uszkodzenia skóry spowodowane oparzeniami, otarciami, ranami i chorobami skóry również zwiększają wchłanianie. Tak więc populacje z uszkodzeniem skóry mogą być bardziej podatne na niekorzystne działanie środków wchłanianych przez skórę. Niektóre rozpuszczalniki, takie jak dimetylosulfotlenek (DMSO), działają jako nośniki i są często używane do transportu leków przez skórę. DMSO zwiększa przepuszczalność warstwy rogowej naskórka. Środki powierzchniowo czynne, takie jak laurylosiarczan sodu, zwiększają przenikanie przez skórę substancji rozpuszczalnych w wodzie, prawdopodobnie poprzez zwiększenie przepuszczalności wody przez skórę.

Medyczne zastosowanie wchłaniania przez skórę

Stosowanie na skórę leku lub substancji chemicznej umożliwia zlokalizowanie leczenia, w przeciwieństwie do spożycia lub wstrzyknięcia. Niektóre leki wydają się być bardziej skuteczne (lub są bardziej skuteczne) przy stosowaniu drogą skórną . Niektóre przyjmowane leki są silnie metabolizowane przez wątrobę i mogą być inaktywowane, ale stosowanie na skórę omija ten etap metaboliczny, umożliwiając przedostanie się większej ilości związków macierzystych do krążenia obwodowego. Jeśli lek jest dobrze wchłaniany przez skórę, może być stosowany jako środek do leczenia ogólnoustrojowego. Skórne postacie dawkowania obejmują: mazidła , aparaty ortodontyczne, płyny , maści , kremy, proszki do pudru, aerozole i plastry przezskórne . Obecnie do dostarczania fentanylu , nikotyny i innych związków stosuje się specjalnie zaprojektowane plastry . Wolniejsze wchłanianie przez skórę w porównaniu do podawania doustnego lub wstrzykiwania może umożliwić plastry dostarczać leki przez 1 do 7 dni. Na przykład nitrogliceryna podawana przezskórnie może zapewnić godziny ochrony przed dusznicą bolesną, podczas gdy czas działania podjęzykowego może wynosić tylko minuty.

Pomiar wchłaniania przez skórę

Ilość substancji chemicznej wchłanianej przez skórę można zmierzyć bezpośrednio lub pośrednio. Badania wykazały, że istnieją gatunki różniące się wchłanianiem różnych chemikaliów. Pomiary na szczurach, królikach lub świniach mogą, ale nie muszą odzwierciedlać wchłaniania przez człowieka. Znalezienie szybkości, z jaką środki przenikają przez skórę, jest ważne dla oceny ryzyka związanego z ekspozycją.

Pomiar bezpośredni

In vivo

Przenikanie substancji chemicznych do skóry można bezpośrednio zmierzyć za pomocą nieinwazyjnych technik optycznych o swoistości molekularnej, takich jak konfokalna spektroskopia ramanowska . Ta technika jest w stanie zidentyfikować unikalne widma cząsteczek i porównać je z widmami tła skóry, jednocześnie ograniczając obszary pomiarowe za pomocą bramkowania konfokalnego, osiągając pomiar stężenia w głębokości. Pojedyncza sekwencja pomiarowa może w ten sposób ustalić szybki profil stężenia chemikaliów w stosunku do głębokości wewnątrz skóry. Powtarzając pomiar w wielu punktach czasowych, określa się dynamiczny profil stężenia na głębokości. Ponieważ nowoczesne spektrometry ramanowskie wykazują niezwykle wysoki współczynnik SNR , możliwe jest badanie absorpcji in vivo w ludzkiej skórze w skali kilku minut lub godzin.

Substancję chemiczną można również nakładać bezpośrednio na skórę, a następnie przeprowadzać pomiary krwi i moczu w ustalonych punktach czasowych po aplikacji, aby ocenić ilość substancji chemicznej, która dostała się do organizmu. Stężenie we krwi lub moczu w poszczególnych punktach czasowych można wykreślić na wykresie, aby pokazać obszar pod krzywą oraz zakres i czas trwania wchłaniania i dystrybucji, aby zapewnić miarę wchłaniania ogólnoustrojowego. Można to zrobić u zwierząt lub ludzi za pomocą suchego proszku chemicznego lub środka chemicznego w roztworze. Do tych eksperymentów powszechnie wykorzystuje się szczury. Obszar skóry jest ogolony przed nałożeniem środka chemicznego. Często obszar zastosowania chemikaliów jest zakryty, aby zapobiec połknięciu lub starciu badanego materiału. Próbki krwi i moczu są pobierane w określonych odstępach czasu po aplikacji (0,5, 1, 2, 4, 10 i 24 godziny), aw niektórych protokołach w wybranym czasie końcowym zwierzę może być poddane sekcji. Próbki tkanek można również ocenić pod kątem obecności badanej substancji chemicznej. W niektórych protokołach testowych można badać wiele zwierząt, a po ekspozycji w określonych odstępach czasu mogą być przeprowadzane sekcje. Biomonitoring, taki jak pobieranie próbek moczu w odstępach, od pracowników narażonych na działanie chemikaliów może dostarczyć pewnych informacji, ale przy użyciu tej metody trudno jest odróżnić narażenie skórne od narażenia inhalacyjnego.

Ex vivo

Właściwości przepuszczalności warstwy rogowej naskórka pozostają w większości niezmienione po jej usunięciu z organizmu. Skóra, która została starannie usunięta ze zwierząt, może być również wykorzystana do sprawdzenia stopnia miejscowej penetracji, umieszczając ją w komorze i nakładając substancję chemiczną z jednej strony, a następnie mierząc ilość substancji chemicznej, która dostaje się do płynu z drugiej strony. Jednym z przykładów tej techniki ex vivo jest izolowany, perfundowany płat świński. Metoda ta została po raz pierwszy opisana w 1986 roku jako humanitarna alternatywa dla testów na zwierzętach in vivo.

In vitro

Stosowano również techniki, takie jak komórki dyfuzji statycznej ( komórki Franza) i komórki dyfuzji przepływowej (komórki Bronaugha). Aparat Franza Cell składa się z dwóch komór oddzielonych błoną ze skóry zwierzęcej lub ludzkiej. Preferowana jest ludzka skóra, ale ze względów etycznych i innych nie zawsze jest dostępna. Skóra ludzka często może pochodzić z autopsji lub operacji plastycznych. Testowany produkt jest nakładany na membranę przez górną komorę. Dolna komora zawiera płyn, z którego w regularnych odstępach czasu pobierane są próbki do analizy w celu określenia ilości aktywnych komórek, które przeniknęły przez membranę w ustalonych punktach czasowych.

Ogniwa Bronaugha są podobne do ogniw Franza, ale wykorzystują system przepływowy pod warstwą membrany, a próbki cieczy poniżej są pobierane w sposób ciągły, a nie w ustalonych punktach czasowych. Ogniwa Bronaugh zostały zastąpione przez niektórych producentów ogniwami liniowymi .

Pomiar pośredni

Czasami ze względów humanitarnych niemożliwe jest nałożenie leku na skórę i zmierzenie jego wchłaniania. Sarin , gaz nerwowy, może być wchłaniany przez nieuszkodzoną skórę i w niskich stężeniach być śmiertelny. Tak więc, jeśli trzeba ocenić ryzyko narażenia na Sarin, należy wziąć pod uwagę wchłanianie przez skórę i inne drogi, ale nie można etycznie testować Sarin na ludziach; w ten sposób znaleziono sposoby modelowania ryzyka związanego z narażeniem skóry na środek.

W niektórych przypadkach modele są wykorzystywane do przewidywania wielkości narażenia lub absorpcji oraz do oceny zagrożeń dla zdrowia publicznego. Aby ocenić ryzyko, że substancja chemiczna powoduje problemy zdrowotne, należy ocenić substancję chemiczną i narażenie. Modelowanie ekspozycji zależy od kilku czynników i założeń.

  1. Odsłonięta powierzchnia skóry. Powierzchnia osoby dorosłej wynosi około 20 900 centymetrów kwadratowych (3240 cali kwadratowych), a powierzchnia dziecka w wieku 6 lat to około 9000 centymetrów kwadratowych (1400 cali kwadratowych). Te liczby i liczby dla innych części lub części ciała można znaleźć w podręczniku ekspozycji EPA (Environmental Protection Agency) 1996 lub oszacować przy użyciu innych baz danych.
  2. Czas ekspozycji (w godzinach, minutach itp.).
  3. Stężenie substancji chemicznej.
  4. Współczynnik przepuszczalności substancji chemicznej (jak łatwo substancja chemiczna przedostaje się przez skórę). Można to oszacować za pomocą współczynnika podziału oktanol-woda (pomiar absorpcji z roztworu wodnego do sproszkowanej warstwy rogowej naskórka).
  5. Waga osoby. Zwykle stosuje się standardową wagę osoby dorosłej 71,8 kg, 6-letniego dziecka 22 kg i kobiety w wieku rozrodczym 60 kg.
  6. Charakter ekspozycji, np. krem ​​na całe ciało, na niewielką powierzchnię lub kąpiel w rozcieńczonym roztworze.

Kontakt skóry z suchą substancją chemiczną

Aby obliczyć dawkę substancji chemicznej, na którą narażona jest osoba, należy pomnożyć powierzchnię skóry wystawionej na działanie substancji przez stężenie substancji chemicznej w substancji, która wchodzi w kontakt ze skórą. Następnie pomnóż przez czas kontaktu, współczynniki przepuszczalności i wszelkie potrzebne współczynniki konwersji jednostek, a następnie podziel przez wagę osoby.
Prosty wzór matematyczny do oszacowania dawki dla pojedynczego narażenia to:
stężenie substancji chemicznej × eksponowana powierzchnia × współczynnik przepuszczalności / masa ciała.
Modele do tego można znaleźć w standardowych procedurach operacyjnych EPA dotyczących oceny narażenia w miejscu zamieszkania. Modele te ustanawiają wytyczne dotyczące szacowania narażenia na pestycydy, tak aby można było ocenić ryzyko i podjąć odpowiednie działania, jeśli ryzyko zostanie ocenione jako zbyt duże, biorąc pod uwagę narażenie.

Kontakt skóry z substancją chemiczną w roztworze (woda itp.)

Można to modelować podobnie jak w przypadku suchej chemii, ale należy wziąć pod uwagę ilość roztworu, z jakim styka się skóra. Zaproponowano i zamodelowano trzy scenariusze narażenia na chemikalia w roztworze.
za. Osoba może być częściowo narażona na działanie roztworu przez pewien czas. Na przykład, gdy ktoś stał przez jakiś czas w zanieczyszczonej wodzie powodziowej lub pracował w sytuacji, gdy ręce i przedramiona były przez pewien czas zanurzone w roztworze. Ten rodzaj scenariusza zależy od narażonego obszaru skóry i czasu trwania narażenia, a także stężenia substancji chemicznej w roztworze. Być może trzeba będzie dostosować współczynniki absorpcji do różnych obszarów ciała, ponieważ stopy są bardziej zrogowaciałe na pośladkach i przepuszczają mniej chemikaliów niż podudzie. Szybkość wchłaniania chemikaliów przebiega według następującego ogólnego schematu od najszybszego do najwolniejszego: Moszna > Czoło > Pachy > Skóra głowy > Plecy = Brzuch > Dłoń = pod powierzchnią stopy. Wchłanianie przez skórę rozcieńczonego roztworu przez częściowe narażenie nóg lub ramion zostało omówione przez Scharfa. EPA posiada również wytyczne dotyczące obliczania dawek substancji chemicznych wchłanianych przez skórę z zanieczyszczonej wody.
Wzór matematyczny:
Dawka pochłonięta przez skórę = stężenie w wodzie × wystawiona powierzchnia × czas ekspozycji × współczynnik przepuszczalności × współczynniki konwersji .
b. Drugi scenariusz to całkowite zanurzenie ciała, takie jak pływanie w basenie lub jeziorze. Ekspozycja w basenach jest tylko częściowo skórna i zaproponowano SWIMODEL. Model ten uwzględnia nie tylko ekspozycję skóry, ale także ekspozycję oczu, połknięcia, wdychania i błon śluzowych, która może wystąpić z powodu całkowitego zanurzenia. Drugi model zajmujący się głównie absorpcją przez skórę został stworzony przez firmę Scharf w celu oceny ryzyka nadmiernego rozpylenia pestycydu podczas oprysku z powietrza na basenach. Modele te wykorzystują do danych matematycznych pole powierzchni całego ciała, a nie pole powierzchni poszczególnych części.
do. Trzeci scenariusz to narażenie na rozpryski lub kropelki. Model ten uwzględnia fakt, że nie cała woda zawierająca substancję chemiczną, która wchodzi w kontakt ze skórą, pozostaje na skórze wystarczająco długo, aby umożliwić jej wchłonięcie. Tylko ta część substancji chemicznej w roztworze, która pozostaje w kontakcie ze skórą, jest dostępna do wchłonięcia. Można to modelować za pomocą współczynników przylegania do wody, jak postuluje Gujral 2011.

Kontakt skóry z gazem lub aerozolem

Jest to drobna przyczyna i została zignorowana w większości ocen ryzyka chemikaliów jako droga narażenia na toksyny gazowe lub aerozolowe. W tej dziedzinie potrzebne są dalsze badania.

Kontrolowanie wchłaniania przez skórę

Jeżeli narażenie i wchłanianie przez skórę uważa się za wskazujące na ryzyko, można zastosować różne metody zmniejszenia wchłaniania.

  • Etykiety chemikaliów można dostosować tak, aby wymagały użycia rękawic lub odzieży ochronnej .
  • Można wprowadzić ostrzeżenia o natychmiastowym umyciu, jeśli substancja chemiczna wejdzie w kontakt ze skórą.
  • Zamknij baseny lub jeziora dla pływaków.
  • Ogranicz czas narażenia na chemikalia, tj. pracownicy mogą pracować z niektórymi chemikaliami tylko przez określony czas dziennie.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne