Wskaż Lidera Polskiej Chemii













Logo Chemical Online

Substancje chłodzące - istotne elementy preparatów kosmetycznych

07.01.2008 19:15:01

Organizm ludzki wyposażony jest w szereg zmysłów stanowiących złożony system postrzegania. Do podstawowych jego elementów należą: dotyk, wzrok, słuch, węch i smak. Przy ich pomocy może on rejestrować między innymi ciepło, zimno, bodźce bólowe, dzięki którym otrzymuje z otoczenia wiele niezbędnych informacji.

Funkcjonowanie zmysłów ściśle związane jest z obecnością skojarzonych z nimi receptorów. Istota ich działania polega na rejestrowaniu przez te układy określonych bodźców, a następnie przetwarzaniu ich w ośrodkowym układzie nerwowym na odpowiedni impuls przekazywany do mózgu.

Receptory skóry
Istotną barierę ochronną naszego organizmu stanowi skóra, która zabezpiecza organy wewnętrzne przed niekorzystnym działaniem różnorodnych czynników środowiskowych. Stanowi ona także narząd łącząc ustrój z otaczającym nas otoczeniem. Istotnymi elementami w funkcjonowaniu skóry są znajdujące się w jej warstwach liczne zakończenia nerwowe. Rozmieszczenie receptorów czuciowych w skórze jest nierównomierne, stąd też różne jej miejsca wykazują odmienną wrażliwość na działanie bodźców zewnętrznych. Do najbardziej wrażliwych miejsc należą opuszki palców, czubek nosa, wargi. Receptory czucia występują także w błonie śluzowej.
Ważnymi elementami organizmu są tzw. termoreceptory stanowiące swoiste „czujniki” temperatury, pełniące ważną rolę w jego regulacji cieplnej. W skórze pojawiają się zarówno systemy reagujące na niską jak i wysoką temperaturę. Receptory zimna tzw. ciałka Krauzego, których jest około 150 tysięcy umiejscowione są blisko jej powierzchni. Pobudzane są one do działania nawet przy niewielkim obniżeniu ciepła otoczenia poniżej temperatury ciała. Zakres ich działania obejmuje temperatury 12-350°C, przy czym maksimum aktywności wykazują one w 250C. Ich analogi cieplne, których jest około 30 tysięcy rejestrowane są głównie przez zlokalizowane głębiej w skórze ciałka Ruffiego. Reagują one w zakresie 25 – 450°C, z optimum przy 350°C. Receptory zimna uruchamiane są poniżej temperatury 250°C, natomiast ich odpowiedniki cieplne powyżej 350°C. W zakresie średnich temperatur rzędu 25- 350°C, funkcjonują w różnych proporcjach oba rodzaje termoreceptorów.
Wywołanie efektu termicznego stanowi odpowiedź organizmu na pojawiający się bodziec zewnętrzny docierający do receptorów temperatury. Ich aktywacja w zależności od potrzeby uruchamia systemy wytwarzania lub wydalania ciepła. Bodźcem wywołującym pracę receptorów może być jednak nie tylko zmiana temperatury otoczenia ale także określone działanie na nie pewnych substancji. Efekt uczucia chłodu towarzyszący stosowaniu niektórych związków chemicznych związany jest z ich specyficznym, bezpośrednim oddziałaniem na receptory czucia zimna. Układy te nie powodują faktycznego obniżenie temperatury ciała, lecz tylko wywołują odczucie chłodu. Warunkiem koniecznym, który musi być spełniony aby osiągnąć taki efekt jest dotarcie związków do wnętrza systemów rejestrujących zmiany temperatury. Następuje to poprzez wyspecjalizowane kanały, które przepuszczają cząsteczki o określonej wielkości, kształcie i ładunku. W przekazywaniu informacji między komórkami za pośrednictwem neuroprzekaźników, główną role odgrywają kanały jonów. Przez długi okres czasu uważano, że mechanizm działania związków chłodzących związany jest z depolaryzacją jonów wapniowych Ca2+, zmniejszeniem ich stężenia oraz ograniczeniem zdolności przenikania przez membrany komórki, a w efekcie blokadą kanałów wapnia, która hamuje odczuwanie ciepła.
W ostatnim czasie pojawiają się jednak informacje, iż niektóre związki tego typu ułatwiają przenikanie jonów wapnia Ca2+ i powodują wzrost ich stężenia w neuronach receptorów zimna. Biorąc to pod uwagę można przyjąć, iż ich pobudzanie związane jest z uwrażliwieniem na indukowany na zimno obieg tych jonów. Niezależnie od przyjętej teorii faktem jest, iż związki generujące uczucie chłodu wywołują ten efekt bez faktycznego obniżenia temperatury otoczenia.

Środki chłodzące
Środki z tego segmentu są istotnymi składnikami wielu preparatów kosmetycznych. Kosmetyki dzięki zawierające je w składzie recepturalnym zapewniają skórze odczucie przyjemnego chłodu i świeżości. Można je znaleźć w preparatach do i po goleniu, wyrobach po opalaniu, preparatach do pielęgnacji stóp. Są także składnikami toników, żeli do mycia, balsamów do ciała, szamponów.
Powszechne zastosowanie, między innymi właśnie jako środek chłodzący, znalazł mentol czyli 2-izopropylo-5-metylo-cykloheksanol. Ze względu na obecność w układzie trzech centów asymetrii związek ten może występować w postaci ośmiu stereoizomerów, z których cztery są rozpowszechnione w przyrodzie, pozostałe cztery zaś zostały otrzymane na drodze syntezy organicznej.
Spośród układów naturalnych najbardziej rozpowszechniony jest (-)-mentol, w którym grupa izopropylowa ma położenie trans w stosunku do pozostałych podstawników Jest to stereoizomer o konfiguracji absolutnej (1R,2S,5R).
Związek ten znany jest również jako l-mentol i to właśnie on posiada najsilniejsze własności sensoryczne spośród wszystkich izomerów. Układ ten zaliczany do grupy cyklicznych alkoholi terpenowych jest bezbarwną, stałą substancją, krystalizującą w postaci białych igieł. Posiada on charakterystyczny, intensywny orzeźwiający zapach, silnie „chłodzący”, słodki smak, miętowy aromat. Jest to surowiec słabo rozpuszczalny w wodzie. Dobrze natomiast rozpuszcza się on w większości polarnych rozpuszczalników organicznych. (-)-Mentol ma niską toksyczność: LD50 dla szczura (doustnie) wynosi 3,3 g/ kg, dla skóry (królik) LD50 15,8 g/ kg.
Mentol znany był w Japonii już ponad 2000 lat temu. Jego lecznicze właściwości wykorzystywali starożytni Egipcjanie. Informacje na temat zastosowania mięty pojawiają się w papirusie pochodzącym z około 1550 roku przed naszą erą. W liściach mięty występuje od 1,5 do 2,5 % olejku eterycznego, którego głównym składnikiem (50%) jest właśnie mentol. Do dnia dzisiejszego mięta stanowi naturalne źródło pozyskiwania tego związku. Jest on wyodrębniany głównie z mięty pieprzowej Mentha piperita, gdzie bardzo często towarzyszą mu domieszki mentonu, oraz octanu mentylu. Naturalne źródło mentolu mogą jednak stanowić także inne gatunki tej rośliny. Ważny surowiec służący do pozyskiwania naturalnego mentolu stanowi Mentha arvensis, gatunek hodowany głównie w Indiach w regionie Uttar Pradesh.
W małym stężeniu mentol zapewnia efekt ochłodzenia. Związek ten nie powoduje faktycznego obniżenia temperatury, jednak jest zdolny do wywoływania tego uczucia i to zarówno kiedy jest wdychany, spożywany czy też stosowany na skórę. Oprócz charakterystycznego zapachu i efektu chłodzenia mentol wykazuje miejscowe działanie znieczulające, przeciwzapalne, zmniejsza podrażnienia błon śluzowych. Ze względu na swoje właściwości związek ten znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Jest on powszechnie wykorzystywany w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym, spożywczym. Chętnie bywa on wykorzystywany w celu łagodzenia miejscowych podrażnień gardła. Jego działanie związane jest także ze zdolnością do efektywnego oddziaływania na zakończenia receptorów zimna usytuowanych w jamie nosowej. Z tego powodu często stosowany jest w specyfikach wspomagających leczenie przeziębień i kataru, choć oprócz zapewnienia uczucia ulgi nie cechują go żadne własności lecznicze.
Mentol znalazł także zastosowanie w doraźnych środkach przeciwbólowych stosowanych w przypadku różnorodnych infekcji, kaszlu czy też bólach głowy. W podobnym celu bywa wykorzystywany w przypadku skurczu mięśni, czy zwichnięć. W tego typu preparatach chętnie jest on łączony z innymi związkami między innymi kamforą czy kapsaicyną. W Europie najczęściej pojawia się w postaci żeli lub kremów. W Stanach Zjednoczonych natomiast jest on składnikiem plastrów i bandaży przeznaczonych do stosowania na różne części ciała. Związek ten stanowi także dodatek do syropów łagodzących bóle brzucha, niestrawność czy nudności, również związane z chorobą lokomocyjną.
W preparatach kosmetycznych mentol, ze względu na działanie chłodzące i przeciwświądowe, wykorzystywany jest w celu zmniejszenia swędzenia skóry. Z powodu tego efektu można go spotkać w kosmetykach po opalaniu, gdzie często towarzyszą mu surowce nawilżające między innymi ekstrakty z aloesu.
Ponieważ mentol wykazuje silne działanie antyseptyczne i dezynfekujące, jest on także chętnie stosowany w preparatach do higieny jamy ustnej, szczególnie w przypadku pojawiania się nieprzyjemnego oddechu. Można go spotkać w płynach do ust, pastach do zębów. Działanie to wykorzystuje się także w niektórych wyrobach spożywczych m in. gumach do żucia czy odświeżających usta cukierkach. Ze względu na zapach alkohol ten bywa składnikiem wielu kompozycji aromatycznych wykorzystywanych w kosmetyce i chemii gospodarczej. Przy jego pomocy nawania się chusteczki higieniczne, szampony, płyny do kąpieli, proszki do prania, płyny do mycia naczyń itp.
W produktach kosmetycznych chętnie wykorzystuje się także działanie pilomotoryczne mentolu. Związane jest ono z efektem drażniącym w stosunku do mieszków włosowych, który powoduje unoszenie się trzonu włókna włosowego. Zjawisko to jest szczególnie widoczne w przypadku zarostu twarzy. Z powodu tego działania związek ten chętnie pojawia się w recepturach preparatów do golenia, gdyż ułatwia przeprowadzenie tego procesu, szczególnie w przypadku stosowania maszynki elektrycznej.
Zastosowanie w kosmetyce, między innymi w pastach do zębów, czy płynach do płukania jamy ustnej, znajduje także olejek miętowy (Mentha piperita L), który ze względu na znacząca zawartość mentolu zapewnia jednocześnie działanie aromatyzujące i dezynfekujące. Olejek ten, podobnie zresztą jak jego główny składnik, wykazuje także pewne działanie repelentne, czyli zabezpieczające przed działaniem różnorodnych insektów, między innymi moli. Stąd też wykorzystywany on bywa w preparatach przeznaczonych do tego ich odstraszania.
Jak w przypadku wielu innych, szeroko stosowanych naturalnych produktów, popyt na mentol znacznie przewyższa możliwości jego pozyskiwania ze źródeł naturalnych źródeł. Z tego powodu jest on również otrzymywany w drodze syntezy organicznej. Racemiczny mentol można otrzymać poprzez uwodornienie tymolu, czy pulegonu. Związek ten jest także otrzymywany przez International Tkasago Co. w wyniku enancjoselektywnej syntezy, w której surowcem wyjściowym jest mircen. W jej wyniku pozyskiwany jest on w ilości około 400 000 ton rocznie w postaci pojedynczego enancjomeru (94% ee) o najlepszych właściwościach sensorycznych.
Mentol jest jednym z nielicznych surowców naturalnych znajdujących tak szerokie zastosowanie. Niestety posiada on kilka cech, które ograniczają możliwość jego wykorzystania. Z powodu stosunkowo wysokiej lotności efekt chłodzenia uzyskany przy jego pomocy jest krótkotrwały i nie przekracza na ogół 25 minut. Przy stosowaniu tego związku powyżej pewnego stężenia (~ 0,02%) jego aplikacji może towarzyszyć uczucie bolesnego pieczenia i kłucia. W tych warunkach mentol nie tylko bowiem zapewnia efekt chłodzenia, ale także może działać jak kapsaicyna, która pobudzając receptory gorąca, odpowiada za uczucie ciepła i pieczenia charakterystyczne dla pieprzu. Mentol może również powodować podrażnienia, między innymi oka przy stosowaniu płynów po goleniu. Do wad mentolu czasami zalicza się także jego charakterystyczny aromat uniemożliwiający uzyskanie w preparacie innych efektów zapachowych.
Wszystkie te czynniki składają się na to, że od dawna poszukuje się związków, które mogą zastąpić ten surowiec. Zapotrzebowanie na nowe substancje chłodzące związane jest z określonymi ich właściwościami. Podstawową ich cechą musi być nie tylko dobry efekt chłodzący ale także jego trwałość. Coraz częściej poszukuje się związków bez zapachu i smaku, łatwo rozpuszczalnych w powszechnie stosowanych rozpuszczalnikach. Ich stosowaniu nie powinny towarzyszyć żadne negatywnie postrzegane efekty uboczne, takie jak pieczenie czy też mrowienie.
Przez ostatnich 30 lat zostało zsyntetyzowanych i ocenionych pod względem wywoływanego efektu „chłodzenia” wiele różnorodnych chemicznie związków. Szczególne zainteresowanie skupiono na układach powodujących uczucie chłodu bez zapachu miętowego i pewnych efektów ubocznych, które mogą towarzyszyć mentolowi. W ofercie można spotkać cały szereg bezwonnych lub tylko lekko pachnących związków, które posiadają naturalne własności chłodzące. Niektóre z nich mają wielokrotnie wyższą aktywność niż mentol.
Spośród przebadanych układów handlowe zastosowanie znalazły pochodne zawierające w strukturze szkielet p-mentanu: N-etylo-p-mentano-3-karboksamid 1 i octan 3-(p-mentano-3-karboksamido)-etylu 2. Podobnie jak w przypadku mentolu układy te mogą występować w postaci ośmiu stereoizomerów, spośród których forma (1R,3R,4S) podobnie jak (-)-mentol wykazuje optymalne własności chłodzące.
Związek 1 to biały, krystaliczny, prawie bezwonny proszek. Próg wyczuwalności smaku dla tego układu wynosi 200 ppb. Jego właściwości w znaczący sposób wzmacnia połączenie z olejkiem miętowym. Uzyskana mieszanina zapewnia dużą siłę chłodzenia, świeżość i długotrwały smak. Podobnym do niego układem jest związek 2, który wykazuje jednak silniejsze właściwości chłodzące. Zaliczany on jest do „najzimniejszych” surowców znajdujących się w ofercie handlowej.
Ważnym związkiem, o właściwościach chłodzących jest także 2 - izopropylo-N,2,3-trimetylobutyramid.
Jest to prawie bezwonny, biały proszek, który zapewnia efekt wysokiego chłodzenia bez towarzyszących często tego typu układom efektów ubocznych takich jak pieczenie, kłucie, czy szczypanie. Znajduje on szerokie zastosowanie w środkach medycznych, preparatach do ust, wyrobach cukierniczych.
Do chętnie wykorzystywanych surowców handlowych o działaniu chłodzącym należy także (-) mleczan mentylu.

Jest to związek praktycznie bez smaku, charakteryzujący się słabym zapachem miętowym, zapewniający łagodny, długotrwały efekt chłodzący. Zalecane stężenia dla tego surowca mieszczą się w granicach 0,4 -1,2 %.
W preparatach kosmetycznych pojawia się również (-)-mentoksypropano-1,2-diol.
Próg wyczuwalności w ustach dla tego związku wynosi około 1 ppm i jest wielokrotnie mniejszy niż dla mentolu. Czas odczucia chłodzenia po jego zastosowaniu jest dwukrotnie wyższy niż w przypadku tego alkoholu i utrzymuje się od 20 do 25 minut dla 100 ppm roztworu. Jego siła chłodzenia jest o kilkadziesiąt procent silniejsza od jego pierwowzoru.
Spośród związków o działaniu chłodzącym na uwagę zasługuje także (-)-izopulegol.

Przez długi czas kojarzony z układem tym był charakterystyczny miętowo-ziołowy zapach i gorzko-słodki smak. Ostatnie badania udowodniły jednak, że (-)-izopulegol o wysokiej czystości optycznej jest praktycznie bezwonny. Stosowany w preparatach zapewnia uczucie świeżości, orzeźwienia i chłodu charakterystycznego dla aromatu cytrusowego.
Zainteresowanie związkami zapewniającymi efekt chłodzący nie maleje. W licznych opisach patentowych pojawia się oferta związków o takim działaniu. Obok nowych układów zawierających w cząsteczce fragment strukturalny p-mentanu, pojawia się cały szereg surowców o innej budowie. Pośród nich ciekawą ofertę stanowią pozyskiwane ze słodu pochodne furanonu. Ze względu na swoje własności niektóre z nich mają szansę na stałe wejść do receptur preparatów kosmetycznych. Spośród tej grupy najaktywniejszy okazał się 4- metylo-3-(1- pirolidynylo)-2[5H]-furanon.

Efekt chłodzenia tego związku jest kilkaset razy silniejszy i dwukrotnie dłuższy niż w przypadku mentolu.
drukuj ten artykuł drukuj ten artykuł  |   poleć artykuł znajomemu poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)