Александра БЕЛЯКОВА

Об авторе:
Белякова Александра Валерьевна, кандидат фармацевтических наук, ассистент кафедры технологии лекарств и фитопрепаратов Санкт-Петербургской химикофармацевтической академии, инженер-технолог химико-биологического объединения при РАН «Вита». Область профессиональных интересов: косметическая химия, технология косметических средств, солнцезащитные средства, системы доставки БАВ в кожу.


Введение
Согласно Европейской косметической директиве «эффективность средств, предназначенных для защиты кожи от повреждений, вызываемых низкими температурами, должна быть доказана и документально подтверждена». Однако как бы парадоксально это ни выглядело, публикации, посвященные поиску и изучению соединений, способных защитить кожу от воздействия холода, встречаются в научной литературе в несколько раз реже, чем, например, статьи о защите от УФ-излучения.
И тем не менее каждый год с наступлением зимы на прилавках магазинов появляются разнообразные новинки, обещающие помочь нашей коже пережить морозы, и мы, не раздумывая, поддавшись чарам продавца-консультанта и красиво оформленной упаковки, движимые надеждой, что именно это средство действительно работает, покупаем их.
Целью данной статьи была попытка найти научные доказательства того, что косметические средства с пометкой «anti-frost» действительно способны помочь нашей коже чувствовать себя более комфортно в зимнее время; понять, что же нового узнали ученые о функционировании кожи в условиях низких температур и какие новые ингредиенты появились в арсенале косметической промышленности за последнее время. К сожалению, изучение немногочисленных научных публикаций, посвященных косметике, защищающей от мороза, показало отсутствие выработанного единого подхода к созданию и тестированию «зимней» косметики. Исследователи, как правило, почти наугад пробуют разнообразные рецептуры и фиксируют получившийся результат. В итоге возникло смутное ощущение того, что за термином «зимняя» косметика не стоит ничего конкретного. Тем не менее предлагаем читателю материал в терминах авторов цитируемых статей и надеемся, что он сам оценит происходящее и сформулирует для себя ответ на вопрос, что такое косметика для зимы и насколько важно ее использовать.

Окклюзивный эффект: за или против?
Издавна считалось, что защитить кожу от мороза можно, смазав ее перед выходом на улицу слоем жира, вазелина или любого густого крема. На современном языке косметической химии это значит — кремом, основа которого представляет собой эмульсию типа вода в масле (в/м) или вода в силиконе (в/с), оставляющим на поверхности кожи тонкую пленку, соответственно, масла или силикона. В теории однократное нанесение эмульсии на кожу сопровождается сначала фазой испарения, длящейся менее 15 минут, за которой следует так называемая фаза липидизации, продолжительностью 360 минут. Не важно, вазелин это или суперсовременная эмульсия типа в/с, подобные косметические средства снижают потерю тепла кожей за счет уменьшения показателя ТЭПВ.
Вопрос о том, насколько такой подход в действительности позволяет защитить кожу от мороза, в настоящее время активно обсуждается ученым сообществом. В итоге сложились и сосуществуют две абсолютно противоположные позиции. Одни ученые утверждают, что использование жирных кремов только усугубляет повреждающее действие холодных температур, другие — не видят в них никакой угрозы здоровью кожи и в определенных климатических условиях считают их применение адекватным и обоснованным.

Окклюзивный эффект: исследования in vitro
Термофизические эффекты, оказываемые «зимними» средствами, были исследованы в опытах in vitro финскими учеными (University of OuLu), которые поставили перед собой задачу опровергнуть или подтвердить устоявшееся мнение о том, что окклюзивный эффект косметических средств способен защитить кожу от холода. Для изучения ими были выбраны четыре наиболее часто встречающихся типа «зимних» косметических средств: эмульсии «масло-в-воде» (м/в) и «вода-в-масле», липогель* (* Здесь и далее по тексту липогелями называют продукты, представляющие собой смесь эмолентов, состоящую из углеводородов, силиконов, синтетических эфиров жирных кислот и растительных масел. В некоторых случаях (Claes G. и соавт.) в состав продукта также входят жирорастворимые гелеобразователи, придающие ему плотную консистенцию. — Прим. автора) и белый вазелин.
Согласно результатам первой фазы исследований, в случае, когда кожа практически не выделяет воду, термоизолирующая способность всех изучаемых средств оказывается крайне низкой. И это несмотря на то, что в эксперименте крем наносили на кожу в количестве, превосходящем стандартное в 10 раз. Ведь, как известно, степень термоизоляции прямо пропорциональна толщине термоизолирующего слоя. Получается, что сами по себе косметические средства обладают плохими термоизолирующими свойствами, и в отсутствие испаряющейся с кожи воды, а значит и в отсутствие окклюзивного эффекта, удерживать тепло практически не способны.
Хотя заметных отличий между разными «зимними» средствами в этом опыте выявлено не было, отмечено, что эмульсия типа м/в, жировая фаза которой была представлена растительными маслами, потеряла всю входящую в ее состав воду (65 %) за счет испарения, что вызвало значительное охлаждение поверхности кожи в течение первых 40 минут после нанесения крема. Напротив, эмульсия типа в/м, масляная фаза которой содержала пчелиный воск, жидкий парафин и белый вазелин, вела себя очень стабильно, не позволяя воде испаряться с поверхности кожи в течение трехчасового теста.
Вторая фаза in vitro испытаний, симулировавшая характерный для кожи процесс ТЭПВ, выявила, что не содержащие воду липогель, вазелин и содержащая 35 % воды эмульсия в/м обладают более высокой термоизолирующей способностью по сравнению с эмульсией м/в. По всей видимости, связано это с тем, что они более эффективно поглощают испаряемую воду, температура которой соответствует температуре тела. Удерживание косметическим средством такой воды влечет за собой утолщение защитного слоя на поверхности кожи, т. е. возникает окклюзивный эффект, снижение переноса тепла с поверхности кожи в окружающую среду и в итоге, на поддержание постоянной температуры кожи затрачивается меньшее количество тепла.
Третья фаза, симулировавшая процесс потоотделения показала, что термоизолирующая способность липогеля, вазелина и эмульсии типа в/м увеличивается по мере увеличения количества выделяемой кожей воды. Происходит это ровно до тех пор, пока перечисленные косметические продукты способны удерживать воду. Как только количество выделяемой воды превосходит влагоудерживающую способность средства, вода начинает проходить сквозь образованную им пленку, испаряться с поверхности и, как следствие, возникает эффект охлаждения.
В результате проведенного исследования Lehmuskallio и соавт. пришли к выводу, что, несмотря на несколько более высокую термоизолирующую способность безводных средств, в целом термоизолирующие свойства четырех протестированных продуктов являются слишком слабыми, чтобы обеспечить сколько-нибудь заметный защитный эффект.

Окклюзивный эффект: исследования in vivo
Эта же группа ученых провела инструментальное изучение влияния «зимней» косметики на температуру кожи и оценила субъективные теплоощущения кожи в условиях зимы (температура воздуха -15 °С, скорость ветра 3 м/с).
Инструментальная оценка показала, что под воздействием холода температура кожи в области щек и лба, в норме составляющая 32-34 °С, снижается до 10 °С, приближаясь таким образом к рискованно низкому уровню способному вызвать пусть не обморожение, но все-таки достаточно серьезное повреждение кожи. Использование «зимней» косметики, согласно результатам исследования чаще вызывало охлаждение, нежели согревание кожи. При этом разные средства имели разный охлаждающий потенциал. Так, реже всех охлаждающий эффект оказывал белый вазелин. Эмульсии, напротив, чаще всего обладали охлаждающими свойствами, липогель занял промежуточную позицию. В целом же охлаждающий эффект всех изученных образцов «зимней» косметики был невысоким, в среднем температура кожи снижалась на 0,6 °С.
Датские ученые (University of Copenhagen) также не обнаружили особых различий между объективным охлаждающим эффектом эмульсии м/в и вазелина. По их мнению, существует вероятность того, что возникающее сразу после нанесения эмульсии быстрое охлаждение поверхности кожи способствует расширению сосудов и ускорению притока крови к этой части тела, вследствие чего происходит постепенное замедление процесса охлаждения и в итоге выравнивание температур. В исследовании Thorleifsson и соавт. температура кожи в месте обработки эмульсией м/в была на 1-3 °С ниже, чем в области, куда был нанесен вазелин, однако уже через 20 минут показатели сравнялись.
Теплоощущения кожи, как было установлено, являются крайне субъективным параметром и никак не согласуются с результатами, полученными инструментальными методами. Согласно сенсорной оценке общего тепловосприятия, возникающего при использовании «зимней» косметики, белый вазелин чаще других вызывал ощущение тепла в коже (15 из 33 случаев) и реже других — ощущение охлаждения (6 из 33 случаев). Применение эмульсии м/в всегда сопровождалось ощущением охлаждения кожи. Эмульсия в/м и липогель никак не влияли на субъективные теплоощущения.

И в результате...
Таким образом, традиционный отказ от использования эмульсий м/в при создании «зимней» косметики является справедливым и отчасти подтверждается результатами исследований Lehmuskallio и соавт. Испарение воды, входящей в состав эмульсии м/в, всегда вызывает охлаждающий эффект, причем снижается он незначительно, даже если средство было нанесено за час до начала воздействия холода — время, достаточное для того, чтобы испарилась вся содержащаяся в эмульсии вода. В настоящее время не существует достоверных данных о том, за какое время до выхода на холод необходимо наносить увлажняющие средства, чтобы быть точно уверенным в их безопасности. Нельзя не принимать во внимание еще и то, что эмульгаторы, особенно те, которые используют для создания эмульсий м/в, также вносят свой вклад в увеличение показателя ТЭПВ, дополнительно охлаждая поверхность кожи.
Стоит отметить, однако, что согласно исследованию Thorleifsson и соавт., в умеренно холодных условиях (температура воздуха до -5 °С) переохлаждение кожи в результате ее обработки эмульсией м/в наблюдается ничуть не чаще, чем в результате ее обработки вазелином.

Датские ученые (University of Copenhagen) также не обнаружили особых различий между объективным охлаждающим эффектом эмульсии м/в и вазелина. По их мнению, существует вероятность того, что возникающее сразу после нанесения эмульсии быстрое охлаждение поверхности кожи способствует расширению сосудов и ускорению притока крови к этой части тела, вследствие чего происходит постепенное замедление процесса охлаждения и в итоге выравнивание температур. В исследовании Thorleifsson и соавт. температура кожи в месте обработки эмульсией м/в была на 1-3 °С ниже, чем в области, куда был нанесен вазелин, однако уже через 20 минут показатели сравнялись.
Теплоощущения кожи, как было установлено, являются крайне субъективным параметром и никак не согласуются с результатами, полученными инструментальными методами. Согласно сенсорной оценке общего тепловосприятия, возникающего при использовании «зимней» косметики, белый вазелин чаще других вызывал ощущение тепла в коже (15 из 33 случаев) и реже других — ощущение охлаждения (6 из 33 случаев). Применение эмульсии м/в всегда сопровождалось ощущением охлаждения кожи. Эмульсия в/м и липогель никак не влияли на субъективные теплоощущения.
Не решают проблемы, к сожалению, и традиционные жирные кремы — согласно выводам Lehmuskallio и соавт., субъективное ощущение тепла, возникающее при использовании таких продуктов, ведет к ложному чувству защищенности и, как следствие, увеличивает риск переохлаждения. Причиной возникновения субъективного ощущения тепла, как предполагают, может быть смешение липидов, входящих в состав косметического средства, с межклеточными липидами эпидермиса и их последующее проникновение в глубинные слои кожи, что, вероятно, ведет к изменению тепловосприятия Холодовых рецепторов. Увлажнение рогового слоя в результате окклюзивного эффекта также вносит свой отрицательный вклад, поскольку увеличение влажности кожи, согласно in vivo и in vitro исследованиям, значительно повышает температуру замерзания, что в комбинации с субъективным ощущением тепла может приводить к серьезным повреждениям кожи.

Разогревающие компоненты
При комнатной температуре скорость кровотока в коже обычно составляет 450 мл/мин (260 мл/мин через 1 м2 поверхности тела). С понижением температуры кожи до 15 °С поверхностные сосуды кожи сужаются, и кровоток замедляется до 20-50 мл/мин. За изменением скорости кровотока в коже следует появление в ней ледяных кристаллов.
Теоретически местное повреждение кожи в результате переохлаждения может быть предотвращено путем использования наружных (производные никотиновой и салициловой кислот, нитроглицерин) или системных (нифедипин, папаверин, резерпин) сосудорасширяющих соединений, усиливающих процесс циркуляции крови в области поражения. Однако данные вещества, используемые в основном в составе фармпрепаратов, замедляют или вообще блокируют собственную сосудистую реакцию организма на холод, тем самым увеличивая потери тепла и повышая риск развития гипотермии. Является суммарный эффект от использования таких веществ положительным или отрицательным — зависит от температуры и длительности воздействия холода.
В составе «зимних» косметических средств иногда действительно можно встретить разогревающие компоненты, чаще всего это камфора, капсаицин, никотиновая кислота, которые вводят туда с целью «усилить тепловой эффект». Изучение влияния таких «разогревающих» добавок на теплоощущения кожи периодически встречается в научной литературе.
Бельгийские ученые (University Medical Center of Liege) провели сравнительное изучение влияния «разогревающих» добавок, введенных в разные косметические средства, на температуру поверхности кожи до и после получасовой велосипедной прогулки на умеренно холодном и влажном воздухе (температура воздуха 12 °С, относительная влажность 55 %). В эксперименте было использовано шесть косметических средств, позиционируемых производителями как средства для защиты кожи от холода.
Рис. 1. Влияние сосудорасширяющих веществ на температуру кожи (инфракрасный снимок).
Левая часть лица обработана линиментом, содержащим сосудорасширяющие вещества. Разница температур между правой и левой частями составляет более 5 °С

Результаты эксперимента в условиях комнатной температуры оказались вполне предсказуемы. Как и следовало ожидать, липогели и эмульсии в/м, содержавшие в различных комбинациях «разогревающие» компоненты (камфору, метилникотинат, капсаицин), повышали температуру поверхности кожи на 0,2-1,6 °С по сравнению с необработанными участками кожи, а также с участками кожи, куда было нанесено плацебо. Единственным исключением было косметическое масло с камфорой, использование которого не дало заметного повышения температуры.
После прогулки на свежем воздухе температура кожи на всех участках, независимо оттого, были они обработаны специальным средством или нет, снизилась. По сравнению с исходными значениями, т. е. до выхода на улицу, падение температуры было самым высоким на участках кожи, обработанных средствами от мороза, которые содержали «разогревающие» добавки. Так, температура необработанной кожи снизилась на 1,6 °С, в то время как температура кожи на участке, обработанном специальным разогревающим «anti-frost» средством, снизилась на 2-4 °С, что составило 7-11 % от исходной температуры.
Такое явление вполне объяснимо, ведь одной из главных задач циркуляционной системы организма является распределение метаболического тепла, выражающееся в доставке более теплой крови изнутри тела к периферическим областям (щеки, лоб, руки) и последующее рассеяние этого тепла в окружающую среду. Ускорение процесса циркуляции, вызываемое «разогревающими» добавками, приводит вначале к резкому увеличению температуры на поверхности тела, за которым, как и следовало ожидать, происходит дополнительная потеря тепла и охлаждение.
Необходимо все же отметить, что в случае «зимней» косметики с «разогревающими» добавками этот эффект несколько нивелировался разогревающим действием активных компонентов и, несмотря на заметное понижение температуры поверхности кожи, ее фактическая температура была незначительно ниже, а в некоторых случаях и равна температуре на контрольных участках. По мнению CLaes и соавт., среди протестированных ими «anti-frost» средств наиболее эффективными для поддержания температуры кожи на нормальном уровне в умеренно-холодных условиях являются липогели, содержащие «разогревающие» добавки.
Японские исследователи (Hayashibara Laboratories) предложили использовать в составе «зимней» косметики α-глюкозилгесперидин, представляющий собой биофлавоноид гесперидин, к молекуле которого, уже гликозилированной, присоединена еще одна дополнительная молекула сахара (глюкозы), что улучшает растворимость этого соединения в воде и несколько расширяет спектр его активности. Наиболее известным свойством гесперидина, характерным для всех соединений группы флавоноидов, является его сосудоукрепляющее действие. Так, в Европе гесперидин одобрен и успешно применяется для лечения венозной недостаточности.
В природе гесперидин (его агликон называют гесперитин) встречается в кожуре цитрусовых, которую японцы издавна применяют для принятия горячих ванн из-за ее приятного аромата и разогревающего эффекта, сохраняющегося в коже в течение долгого времени после завершения процедуры. Недавно ученые установили, что в основе теплового эффекта гесперидина лежит стимулирование процесса циркуляции в коже. Последние исследования, проведенные японскими учеными, показали, что регулярное использование крема для рук, с концентрацией гесперидина 1 %, ускоряет восстановление нормальной температуры на поверхности кожи после перенесенного ею холодового шока. Так, в эксперименте, после того как руки были перемещены из воды с температурой 10 °С, где они находились 1 минуту, в условия комнатной температуры, поверхность кожи на левой руке, которую регулярно обрабатывали кремом, достигла своей нормальной температуры уже через 20 минут, в то время как контрольная правая рука еще долго оставалась холодной.
Положительное влияние разогревающих добавок на теплоощущения кожи было отмечено и в исследовании Lehmuskallio и соавт., которое показало, что сосудорасширяющие линименты (фармацевтические препараты), содержащие в качестве активных компонентов производные никотиновой или салициловой кислот, вызывают повышение температуры кожи лба на 3,8 °С и кожи щек на 8,1 °С (рис. 1). Как правило, максимальная разница температур между обработанными и необработанными участками кожи наблюдалась в начале эксперимента и постепенно, по мере приближения к концу, снижалась одновременно с уменьшением абсолютной температуры кожи лица. Сенсорная оценка теплоощущений, возникавших у волонтеров при использовании сосудорасширяющих препаратов, выявила, что все они обладают субъективным разогревающим эффектом. Однако финские ученые подчеркивают, что отмеченное ими снижение разогревающего действия уже в течение получаса с момента нанесения препарата ставит под сомнение эффективность данных продуктов в реальных погодных условиях, длящихся достаточно длительное время, например несколько часов.

Назад к природе: новые технологии против мороза
Было бы странно, если бы в наше время, отличительной особенностью которого является бурное развитие высоких технологий, не предпринимались попытки подойти к вопросу защиты от холода со стороны молекулярной биологии. И действительно, необычный ингредиент, призванный защитить кожу от мороза, появился на рынке косметического сырья благодаря совместной работе молекулярных биологов, биотехнологов и бизнесменов. Продукт представляет собой так называемый «anti-freeze» белок III типа*, который защищает клетки от замерзания при температурах ниже О °С. Как сообщается в пресс-релизе компании-производителя, белок снимает покраснение и раздраженность кожи, вызванные воздействием низких температур, а также повышает степень ее увлажненности.
Благодаря своим структурным и функциональным свойствам «anti-freeze» белки защищают клетку от воздействия низких температур сразу несколькими способами: за счет понижения температуры замерзания клеточной жидкости, видоизменения или замедления роста кристаллов льда, ингибирования процесса рекристаллизации и путем изменения свойств клеточных мембран.
Разрабатывая данный продукт, ученые вновь обратились к природе, ведь, по их словам, «anti-freeze» белки встречаются у многих животных, и именно они позволяют последним благополучно существовать в суровых условиях окружающей среды, в том числе при температурах, ниже температуры замерзания воды. Основной функцией данного типа белков в организме является понижение температуры замерзания крови и межклеточных жидкостей. Однако при изменении климатических условий, например температуры или осмотического давления, эти белки способны связываться с клеточными мембранами, защищая тем самым клетки от смерти в результате резких колебаний параметров окружающей среды. Данное свойство «anti-freeze» белков было озвучено в 1990 году Dr. Rubinsky, экспертом в области физики льда и директором канадской биотехнологической компании, которая первой начала выпускать данные соединения в промышленных масштабах. Это важное во всех отношениях открытие дало толчок огромному числу проведенных в дальнейшем прикладных исследований в области сохранения клеток и тканей.
«Anti-freeze» белки III типа представляют собой компактные (3-скрученные структуры (p-sandwich), состоящие из 66 аминокислот (рис. 2), с молекулярной массой порядка 6 500-14 000 Да. Изначально источником этого типа «anti-freeze» белков были обитающие в арктических водах угревидная бельдюга (Zoarces anguillaris) и зубатка (Anarhichas). Однако позднее был разработан биотехнологический способ промышленного получения этих соединений с помощью пивных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae).
Известно, что при понижении температуры кожи менее 0 °С в ней образуются ледяные кристаллики, которые повреждают не только клетки кожи, но и межклеточные структуры. Как правило, это происходит при длительном пребывании на морозе ниже -10 °С. В основе защитного действия «anti-freeze» белков как косметических ингредиентов лежит сродство этих соединений к кристаллам льда, благодаря которому они весьма эффективно снижают температуру замерзания любого раствора, в том числе внутриклеточного матрикса и межклеточной жидкости. К тому же эти белки, за счет их сродства к пространственной решетке кристаллов льда, ингибируют процесс рекристаллизации, т. е. образование больших повреждающих ткани кристаллов льда в результате слияния маленьких кристалликов при очень низких температурах. Механизм их ингибирующего действия до конца пока не изучен, но, согласно результатам научной работы, проведенной американским Национальным центром атмосферных исследований (National Center for Atmospheric Research), взаимодействие «anti-freeze» белка с кристаллом льда является геометрически специфичным. Молекулы «anti-freeze» белков связываются с кристаллообразующими центрами, дезактивируя их и тем самым способствуя поддержанию текучести переохлажденных растворов. «Anti-freeze» активность таких соединений в 200-500 раз выше, чем активность натрия хлорида, к тому же в отличие от традиционных химических антифризов, таких как полиспирты и соли, они, обеспечивая защиту от замерзания, не вызывают осмотических проблем в биологических системах.
Изучение безопасности «anti-freeze» белков (генотоксичности, острой токсичности, хронической токсичности) показало, что они нетоксичны для организма, более того, наш организм приспособлен к ним, ведь употребляя в пищу морскую рыбу, человек с одним блюдом получает 180-420 мг «anti-freeze» белка III типа .
Получается, что введение в косметические средства безопасных и очень эффективных «anti-freeze» белков действительно могло бы стать решением проблемы защиты кожи от холода, однако для того, чтобы оказывать свое действие, эти соединения должны попасть в клетку. Данные о проникающей способности «anti-freeze» белков пока отсутствуют, проведенные же ранее исследования обнадеживающими назвать сложно. Так, изучение проникающей способности некоторых соединений белковой природы, проведенное немецкими учеными (Department of Toxicology, Institut Dr Schrader Creachem GmbH), установило, что преодолеть роговой слой и проникнуть в глубинные слои кожи белкам, даже имея очень маленький размер молекулы, достаточно сложно. Причем в данном случае даже модификация основы косметического средства не дала желаемого результата. К сожалению, это означает, что основная масса «anti-freeze» белков, скорее всего, также будет оставаться на поверхности кожи.

Заключение
Согласно опросу, проведенному среди 173 потребителей «зимней» косметики, способность «anti-frost» средств защищать кожу от воздействия холода была оценена положительно 84 % опрошенных, из них 28 % назвали ее очень хорошей и 56 % слабой, но все-таки ощутимой. Больше половины опрошенных отметили, что сухость кожи, вызванная холодом, также снизилась либо исчезла совсем в результате использования ими «зимней» косметики. Объективно сказать, насколько в действительности эффективны были косметические средства, достаточно сложно, ведь, по мнению ученых, немаловажную роль в принятии решения о необходимости использования «зимней» косметики играет психологическая составляющая, а теплоощущения кожи и сухость являются весьма субъективными параметрами. И это подтверждается научными исследованиями, большинство из которых свидетельствуют о неспособности человеческого организма адекватно оценивать реальное состояние кожи.
Современная косметическая химия — это одновременно стремление к чему-то натуральному, но высокотехнологичному, природному, но научно обоснованному. В поиске соединений, способных защитить кожу от негативного влияния мороза, ученые и компании-производители косметических ингредиентов проводят исследования, используя самые современные методы выделения, синтеза и анализа, однако сказать, что уже сегодня существуют четкие правила создания «зимней» косметики, руководствуясь которыми можно разработать действительно эффективный продукт, пока нельзя.
А значит, нам остается только теплее одеваться, прислушиваться к прогнозам синоптиков и руководствоваться здравым смыслом при выборе «зимних» косметических средств. Ведь даже если «зимняя» косметика не слишком хорошо защищает от холода, ее использование может помочь коже справиться с последствиями холодового повреждения — сухостью и раздражением. Неоспоримый факт: ухоженная, здоровая кожа страдает от мороза меньше, чем сухая и раздраженная.