FAKULTETA ZA FARMACIJO
MATEJA VEHAR
DIPLOMSKO DELO
UNIVERZITETNI ŠTUDIJSKI PROGRAM KOZMETOLOGIJA
Ljubljana, 2021
UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA FARMACIJO
MATEJA VEHAR
VREDNOTENJE VPLIVA KOZMETIČNO AKTIVNIH SESTAVIN ZA POVEČANJE PREKRVITVE NA TEMPERATURO KOŽE Z UPORABO
TERMOVIZIJSKE KAMERE
EVALUATION OF RUBEFACIENTS' IMPACT ON SKIN TEMPERATURE BY USING THERMAL IMAGING CAMERA
UNIVERZITETNI ŠTUDIJSKI PROGRAM KOZMETOLOGIJA
Ljubljana, 2021
Diplomsko delo sem opravljala na Fakulteti za farmacijo, na Katedri za farmacevtsko tehnologijo pod mentorstvom doc. dr. Mirjam Gosenca Matjaž, mag. farm. in somentorstvom izr. prof. dr. Igorja Pušnika, univ. dipl. inž. el.
Zahvala
Za vso strokovno pomoč, potrpežljivost, prijaznost in usmerjanje pri pisanju diplomske naloge se iskreno zahvaljujem mentorici doc. dr. Mirjam Gosenca Matjaž mag. farm. Za vso deljeno znanje, strokovne nasvete in pomoč pri izvedbi meritev iskrena hvala somentorju izr.
prof. dr. Igorju Pušniku univ. dipl. inž. el.
Zahvalila bi se tudi prostovoljkam Evi, Karini, Nini, Sari, Tjaši, Mili, Larisi, Neži, Patriciji in Niki, ki so sodelovale pri izvedbi eksperimentalnega dela.
Posebna zahvala gre družini, prijateljem in najbližjim, ki so mi tekom celotnega študija stali ob strani, me spodbujali, motivirali in brezpogojno verjeli vame. Iskrena hvala tudi fantu Tadeju za pomoč in napotke pri izvedbi meritev ter vsestransko podporo, spodbudo in potrpežljivost.
Posebej bi se rada zahvalila Fakulteti za elektrotehniko, ki je posodila del svoje merilne opreme in mi s tem omogočila izvedbo eksperimentalnega dela diplomske naloge.
Izjava
Izjavljam, da sem diplomsko delo samostojno izdelala pod vodstvom mentorice doc. dr.
Mirjam Gosenca Matjaž, mag. farm. in somentorja izr. prof. dr. Igorja Pušnika, univ. dipl.
inž. el.
Mateja Vehar
Predsednik komisije: prof. dr. Aleš Obreza, mag. farm.
Član komisije: asist. dr. Matjaž Ravnikar, mag. farm.
POVZETEK ... I ABSTRACT ... II SEZNAM OKRAJŠAV ... III
1 UVOD ... 1
1.1 SESTAVA KOŽE ... 1
1.2 MIKROCIRKULACIJA KOŽE ... 1
1.2.1 ORGANIZIRANOST MIKROŽILJA ... 2
1.2.2 NADZOR MIKROCIRKULACIJE ... 3
1.2.3 VREDNOTENJE MIKROCIRKULACIJE KOŽE ... 4
1.3 TERMOREGULACIJA KOŽE IN TERMOVIZIJA... 7
1.3.1 TELESNA TEMPERATURA IN TEMPERATURA KOŽE ... 7
1.3.2 TERMOREGULACIJA... 7
1.3.3 BREZKONTAKTNO MERJENJE TEMPERATURE ... 9
1.4 KOZMETIČNO AKTIVNE SESTAVINE ZA POVEČANJE PREKRVITVE ... 11
2 NAMEN DELA ... 13
3 MATERIALI IN METODE ... 14
3.1 MATERIALI... 14
3.2 METODE ... 20
3.2.1 MERITVE TEMPERATURE KOŽE ... 20
3.2.2 IN VIVO ŠTUDIJA DOLOČANJA TEMPERATURE KOŽE ... 22
4 REZULTATI IN RAZPRAVA ... 26
4.1 OPTIMIZACIJA IZVEDBE MERITEV TEMPERATURE KOŽE PO NANOSU IZDELKOV ... 26
4.1.1 PRELIMINARNO TESTIRANJE ... 26
4.1.2 IN VIVO ŠTUDIJA NA PROSTOVOLJCIH ... 28
4.2 VPLIV IZDELKOV S KOZMETIČNO AKTIVNIMI SESTAVINAMI ZA POVEČANJE PREKRVITVE NA TEMPERATURO KOŽE ... 29
5 SKLEP ... 43
6 LITERATURA ... 45 PRILOGA 1 ... I
I
POVZETEK
Področje učinkovitosti izdelkov z vgrajenimi kozmetično aktivnimi sestavinami za povečanje prekrvitve je slabo raziskano, saj je podatkov o njihovem delovanju po nanosu na kožo zelo malo. Klasične kozmetično aktivne sestavine za povečanje prekrvitve, kot so mentol, kafra, kapsaicin, escin, arginin idr. najpogosteje zasledimo v športni kozmetiki in izdelkih za lajšanje mišično-skeletnih bolečin, v katerih naj bi po njihovem nanosu na kožo z delovanjem na temperaturno občutljive receptorje v koži povzročile vazodilatacijo in povečano prekrvitev kože.
Poleg številnih metod, ki prekrvitev kože določajo neposredno z merjenjem krvnega pretoka kože, pa obstajajo metode, s katerimi merimo spremenljivke, ki odražajo spremembe v prekrvitvi kože. V okviru in vivo študije smo tako učinkovitost izdelkov z vgrajenimi kozmetično aktivnimi sestavinami za povečanje prekrvitve vrednotili posredno preko spremembe temperature kože, in sicer s termovizijsko kamero, ki izkorišča pojav sevanja infrardečega valovanja s površine kože. V diplomski nalogi smo vrednotili vpliv štirih različnih izdelkov na temperaturo kože, ki so se med seboj razlikovali glede na aktivno sestavino za povečanje prekrvitve (mentol, kafra, kapsaicin), tehnološko obliko (hidrogel, lipofilna krema) in skupino izdelka (kozmetični izdelek, medicinski pripomoček, zdravilo brez recepta).
Na podlagi rezultatov smo ugotovili, da so izdelki z vgrajenim mentolom izkazali enak časovno odvisen učinek, in sicer takoj po nanosu statistično značilno znižanje temperature kože glede na bazalno vrednost, po 5 minutah od nanosa pa statistično značilno povišanje glede na vrednosti takoj po nanosu. Enak trend spreminjanja temperature smo prav tako opazili pri izdelku, ki poleg mentola vsebuje tudi kafro. Pri izdelku z vgrajenim kapsaicinom tekom meritev ni prišlo do statistično značilnih sprememb v temperaturi kože. Ugotovili smo, da so statistično značilne razlike v spremembi temperature kože med izdelki prisotne v intervalu prvih 5 minut, in so najverjetneje posledica različne sestave oz. tehnološke oblike izdelkov. Zaključimo lahko, da termografija kot komplementarna tehnika za vrednotenje temperature kože predstavlja inovativen in perspektiven način spremljanja učinkovitosti KAS za povečanje prekrvitve v prihodnje.
Ključne besede: kozmetično aktivne sestavine za povečanje prekrvitve, mentol, termovizija, temperatura kože, prekrvitev kože
II
ABSTRACT
The efficacy of products with rubefacients is poorly understood as there is very little data on how they work following application on the skin. Typical rubefacients, such as menthol, camphor, capsaicin, aescin, arginine, etc., are most commonly found in sports cosmetics and musculoskeletal pain relief products, which when applied on the skin, are thought to cause vasodilatation and increased blood flow to the skin by activating temperature-sensitive receptors.
In addition to the many methods that determine skin blood flow directly, others measure variables indicating changes in skin blood flow. Thus, within performed in vivo study, the efficacy of products with rubefacients was evaluated indirectly by measuring change in skin temperature, using a thermal imaging camera that utilises the appearance of infrared radiation on the surface of the skin. In the thesis, the effect of four different products, differing in the incorporated rubefacient (menthol, camphor, capsaicin), technological form (hydrogel, lipophilic cream) and product group (cosmetic product, medical aid, nonprescription medicine), on skin temperature was evaluated.
The results showed that products with menthol had the same time-dependent effect, i.e. a statistically significant decrease in skin temperature immediately after application compared to the basal value, and a statistically significant increase in skin temperature five minutes after application compared to the values immediately after application. The same trend of temperature changes was observed while testing the product which, in addition to the menthol, contained camphor. The product with capsaicin did not cause statistically significant changes in skin temperature during the measurements. Statistically significant differences in skin temperature change between the products were observed during the first five minutes and are most likely due to the different composition or technological formulation of the products. In conclusion, thermography as a complementary technique for skin temperature evaluation represents an innovative and promising method for monitoring the efficacy of rubefacients in further studies.
Key words: rubefacients, menthol, thermal imaging, skin temperature, skin blood flow
III
SEZNAM OKRAJŠAV
AVA arteriovenske anastomoze
EM elektromagnetno
IR infrardeče
KAS kozmetično aktivne sestavine KI kozmetični izdelki
LD laser Doppler
MK mikrocirkulacija kože
NO dušikov oksid
Ttel telesna temperatura
.
1
1 UVOD
1.1 SESTAVA KOŽE
Koža, ki s 16 % telesne mase predstavlja največji človeški organ, sodeluje v mnogih fizioloških procesih ter tako opravlja številne življenjsko pomembne vloge. V prvi vrsti predstavlja mehansko bariero med notranjostjo in zunanjostjo, s čimer nadzoruje izhlapevanje vode iz telesa in vdor snovi iz zunanjosti. Ščiti nas pred ultravijoličnim sevanjem, mikroorganizmi, kemijskimi snovmi, omogoča termoregulacijo in je pomembno vpeta v delovanje imunskega sistema (1). Gradijo jo tri glavne plasti: povrhnjica ali epidermis je najbolj zunanja plast, sestavljena iz štirih morfološko različnih plasti, in sicer bazalne, trnaste, zrnate in najbolj zunanje rožene plasti. Keratinociti, glavne celice povrhnjice, se v procesu keratinizacije diferencirajo ter potujejo proti površju povrhnjice, kjer se kot metabolno neaktivne celice (korneociti) odluščijo v procesu deskvamacije. Poleg keratinocitov pa se v povrhnjici nahajajo tudi melanociti, Langerhansove in Merklove celice.
Ker je povrhnjica brez veziva in žil, pridobiva hranilne snovi in kisik s procesom difuzije iz usnjice preko vmesne bazalne membrane. V usnjici ali dermisu, ki je pod povrhnjico, se namreč nahaja glavnina krvnih in limfnih žil, zato je hkrati ključna tudi v proces uravnavanja telesne temperature (Ttel). Sestavljena je predvsem iz vezivnega tkiva (tj. elastinskih in kolagenskih vlaken) in zunajceličnega ogrodja. Med vlakni se nahajajo fibroblasti ter celice imunskega sistema, kot so limfociti, mastociti idr. Najglobljo plast kože imenujemo podkožje oz. subcutis. V njej se nahajajo skupki maščobnih celic (adipocitov), ki so obdani z mrežo vezivnega tkiva, živci ter večje krvne in limfne žile. H koži prištevamo tudi kožne priveske: lase, dlake, nohte ter žleze znojnice (ekrine in apokrine) in žleze lojnice (1).
1.2 MIKROCIRKULACIJA KOŽE
Ena izmed ključnih vlog kože je sposobnost izmenjave toplote med telesom in okolico. S pomočjo organizacije krvnega obtoka kože (mikrocirkulacije) sodeluje pri uravnavanju Ttel
oziroma termoregulaciji. Mikrožilje kože je odgovorno tudi za izmenjavo tekočine in hranilnih snovi med krvjo in intersticijsko tekočino, odstranjevanje odpadnih snovi, dostavo hormonov iz endokrinih žlez do ciljnih organov in obrambo pred patogeni (1).
2 1.2.1 ORGANIZIRANOST MIKROŽILJA
Mikrocirkulacijo kože (MK) sestavljata dva vodoravna žilna pleteža arteriol in venul, ki sta vzporedna s površino kože, in sicer površinski – papilarni pletež, ki se nahaja 1 do 1,5 mm pod površino kože v zgornjem delu usnjice in je odgovoren za izmenjavo hranilnih snovi in kisika, ter globlji – retikularni pletež, ki se nahaja v spodnjem retikularnem sloju usnjice na meji s podkožjem, katerega ključna vloga je izmenjava toplote z okolico. Oba omenjena pleteža povezujejo kapilare (2). Arteriole, ki veljajo za glavne periferne uporovne žile (uravnavajo pretok krvi skozi kapilare), se nadalje delijo na manjše metarteriole, te pa oskrbujejo več kapilar (3). Kapilare so s svojo tanko membrano odgovorne predvsem za izmenjavo tekočin in snovi (glukoza, O2, CO2) med krvjo in zunajcelično tekočino v tkivih.
Kapilare se nato združijo v venule, ki večinoma potekajo vzporedno z arteriolami in odvajajo kri iz kapilar ter jo vračajo v srce (4).
Arteriovenske anastomoze (AVA) kot posebnost MK predstavljajo neposredne povezave (kapilarne obvode) med arteriolami in venulami retikularnega pleteža in s tem aktivno sodelujejo pri procesu termoregulacije, saj omogočajo zelo učinkovito izmenjavo toplote.
Posledično se nahajajo predvsem na distalnih delih telesa, ki so najbolj izpostavljeni mrazu:
v prstih in blazinicah prstov rok in nog, podplatih, nosu, ustnicah in ušesih (2). AVA so pod neposrednim nadzorom simpatičnega živčevja in se v mrazu zaprejo, s čimer se zmanjša odvajanje toplote iz telesa, ter odprejo v vročini, ko je potrebno odvajati odvečno toploto iz telesa (slika 1) (3).
Slika 1: Prikaz organiziranosti mikrožilja (prirejeno po 5).
3 1.2.2 NADZOR MIKROCIRKULACIJE
Mikrožilje kože opravlja periodične zahteve povečanega in zmanjšanega pretoka krvi z namenom, da doseže prilagoditev kardiovaskularnega sistema med termoregulacijo, ortostazo (pokončni položaj človeka) in med fizično vadbo. Uravnavanje pretoka krvi v koži poteka preko dveh mehanizmov: centralnih nadzornih mehanizmov in lokalnih kontrolnih mehanizmov (2).
• Centralni nadzorni mehanizmi
V koži se nahajajo simpatična vazokonstriktorna vlakna, ki oživčujejo steno arteriol in preko izločanja noradrenalina povzročajo vazokonstrikcijo kožnega mikrožilja (skrčitev krvnih žil). Ko je telo v mirovanju, so simpatična vlakna kože pod vplivom vazokonstrikcije. V odvisnosti od zunanjih temperatur se aktivnost teh vlaken poveča ali zmanjša, tako v primeru mraza pride do nadaljnje vazokonstrikcije žil, s čimer se zmanjša oddajanje toplote, oziroma v primeru vročine do vazodilatacije (razširitve krvnih žil), s čimer se oddajanje toplote poveča (2).
• Lokalni nadzorni mehanizmi
Lokalni nadzorni mehanizmi zajemajo živčno in hormonsko neodvisne mehanizme. Zelo pomembno vlogo pri uravnavanju žilnega tonusa in posledično krvnega pretoka imajo vazodilatatorji in vazokonstriktorji, ki se sproščajo iz endotelija pod vplivom fizikalnih sil (strižna sila toka krvi na žilno steno in pulziranje žilne stene) in farmakoloških dražljajev (acetilholin, bradikinin, trombin, estrogeni idr.) Med najpomembnejše vazodilatatorje uvrščamo dušikov oksid (NO) in prostaciklin (PGI2). Med vazokonstriktorje, ki jih izloča endotelij, pa prištevamo endotelin (ET), trombocite aktivirajoči faktor (ang. platelet- activating factor – PAF), tromboksan, angiotenzin II idr. K lokalnemu nadzoru pretoka krvi v manjši meri prispevajo tudi znižan parcialni tlak kisika, vodikovi ioni, metaboliti (adenozin) in povečana koncentracija kalija (2).
Poleg zgoraj opisanih mehanizmov mikrožilje kože tudi s spontano avtonomno regulacijo premera krvnih žil uravnava in olajša pretok krvi, kar imenujemo vazomocija (2). Ta proces potekana vstopnih delih kapilar – prekapilarnih sfinktrih. Točen izvor vazomocije še ni popolnoma raziskan, predvidevajo, da je za mišično kontrakcijo odgovorna miogena aktivnost gladkih mišičnih celic žilja (3).
4
Na MK prav tako vplivajo nekateri endogeni in eksogeni dejavniki. Med prve prištevamo starost, spol, telesno aktivnost, bolezenska stanja (diabetes, hipertenzija), čustveno stanje ter pri ženskah menstrualni cikel (hormonski nadzor), med druge pa prehrano, uživanje vazoaktivnih snovi (kofein, nikotin), sistemsko transdermalno ali lokalno dermalno terapijo (6, 7).
1.2.3 VREDNOTENJE MIKROCIRKULACIJE KOŽE
Obstajajo številne in raznolike metode za določanje prekrvitve kože, s katerimi lahko vrednotimo različne lastnosti MK in učinke, ki nastanejo kot posledice spremenjenega krvnega pretoka kože. V preglednici I so predstavljene nekatere izmed neinvazivnih metod, ki so razvrščene glede na značilnost MK, ki jo želimo izmeriti. Pri vsaki metodi so izpostavljene glavne spremenljivke, ki jih pridobimo z meritvami (6).
Preglednica I: Neinvazivne metode za določanje MK z odgovarjajočimi merjenimi parametri (6).
Kategorija metod Specifična metoda Merjen parameter
vizualizacija mikrožilja
kapilaroskopija morfologija kapilar, hitrost
eritrocitov optična koherentna tomografija,
mikrostrukture, krvni pretok MRI*
meritve pretoka kože
laser Dopplerjeva metoda krvni pretok
laser Dopplerjevo slikanje krvni pretok, porazdelitev krvnega pretoka
meritve temperature kože
sonde na osnovi toplotne konvekcije hitrost odvajanja toplote termistorji,
temperatura kože termografija
meritve nivoja kisika v koži
elektrokemične elektrode transkutani (skozi kožo) delni tlak kisika
NIR** metabolizem kisika, krvni pretok,
volumen krvi
* MRI – slikanje z magnetno resonanco (ang. Magnetic resonance imaging)
** NIR – bližnja infrardeča spektroskopija (ang. Near-infrared spectroscopy)
Izbrana metoda mora biti varna in enostavna za uporabo, zagotavljati mora točne in ponovljive rezultate, predvsem pa ne sme vplivati na MK med meritvijo. V vsakem primeru pa se je potrebno zavedati, da vse metode omogočajo kvečjemu semikvantitativno določitev MK in primerjava med študijami, ki uporabljajo različne naprave in protokole, ni relevantna (2).
5 Laser Dopplerjeva metoda
Laser Dopplerjeva (LD) metoda velja za najbolj splošno uporabljeno metodo in kot tako zlati standard določitve dinamičnih sprememb MK, brez vpliva globljega mišičnega pretoka krvi.
Je neinvazivna, lahko dostopna, ponovljiva in v primerjavi z drugimi metodami cenovno ugodna. Uporablja se tako za raziskovalne kot tudi diagnostične namene (2).
Metoda temelji na nastanku Dopplerjevega pojava, fizikalnega pojava, pri katerem pride do razlike med oddano in prejeto frekvenco ter valovno dolžino valovanja zaradi gibanja izvora ali detektorja valovanja. V krvi so to premikajoči se eritrociti (rdeče krvne celice). LD metoda zahteva: vir svetlobe; laserski, monokromatski (svetloba ene valovne dolžine – najpogosteje λ = 632,8 nm) žarek, merilno sondo, ki je v kontaktu s kožo, z optičnimi vlakni;
enim oddajnim, po katerem potuje svetloba iz laserja in navadno dvema sprejemnima optičnima vlaknoma, po katerih svetloba, odbita od gibajočih se struktur (te povzročijo spremenjeno frekvenco vpadne in odbite svetlobe) in od mirujočega tkiva (enaka frekvenca vpadne in odbite svetlobe) prispe do fotodetektorja (slika 2). S pomočjo ustrezne programske opreme se nato oceni spremembe v izmerjeni frekvenci odbite svetlobe, ki so proporcionalne gostoti (številu) in povprečni hitrosti eritrocitov (2).
Slika 2: Dopplerjev pojav pri zaznavi eritrocitov z LD metodo (prirejeno po 8).
Krvni pretok se izračuna kot zmnožek števila in hitrosti eritrocitov v volumnu vzorca, ki je izražen v arbitrarnih perfuzijskih enotah. Dobljeni rezultati so relativni in semikvantitativni, kar je posledica kompleksne strukture in naključne oziroma trenutne ureditve MK, ki onemogoča natančno določitev kožnega pretoka krvi (2).
6 Provokacijski testi
Vpliv dinamičnosti in številnih spremenljivk kožnega pretoka krvi (tj. vazomocija, bitje srca, spremembe v dihanju, živčna in humoralna aktivnost idr.) lahko zmanjšamo z uporabo provokacijskih testov, ki so najpogosteje sklopljeni z merilnimi tehnikami. Provokacijski testi povzročijo začasno spremembo (reaktivnost/provokacijo) pretoka krvi z delovanjem na lokalne ali centralne mehanizme MK. Posledično dobimo bolj ponovljive rezultate kot v primeru meritev trenutnega pretoka krvi, saj je slednji prostorsko in časovno zelo spremenljiv. Provokacijskih testov je več, med seboj se razlikujejo glede na mehanizem dražljajev (farmakološki ali fizikalni), s katerimi vplivamo na MK (2). Vključujejo različne pristope, kot so spreminjanje temperature, dihalni manevri, mišični napori, spremembe v položaju okončin, manipulacija okončin, dostava vazoaktivnih substanc idr. (6). V nadaljevanju sta opisana dva načina provokacije, ki pogosto dopolnjujeta tudi meritve z LD metodo.
• Provokacijski test po nanosu vazoaktivnih snovi
Gre za farmakološki pristop, kjer z nanosom vazoaktivnih snovi (acetilholin, metaholin, bradikinin, histamin idr.) na kožo ali injiciranjem teh pod površino kože direktno vplivamo na delovanje endotelija ali gladkih mišičnih celic žilja in posledično na MK. Najpogosteje se za intradermalno dostavo snovi uporablja iontoforeza. Je neinvazivna metoda, kjer zunanji enosmerni električni tok povzroči prodiranje lokalno nanešene topne, nabite snovi skozi kožo. Glavna slabost, ki omejuje njeno uporabo, je nespecifična, z električnim tokom povzročena, vazodilatacija, kar lahko vodi v napačno interpretacijo rezultatov. Poleg iontoforeze sta v uporabi tudi mikrodializa in intradermalno injiciranje, katerih glavna slabost v nasprotju s prej opisano metodo je invazivnost (2).
• Provokacijski test po spremembi temperature – segrevanje/ohlajanje
Za izvedbo provokacijskih testov s spremembo temperature so na voljo LD probe z vgrajenim kovinskim grelcem ali hladilnikom, in fleksibilni hladilni geli, ki se jih namesti na kožo. Po sprožitvi dražljaja (toplote/mraza) nastopi takojšnji odziv, ki je predvsem odvisen od aksonskega refleksa (lokalni simpatični odziv – nadzor tonusa arteriol in AVA kože) ter nato še podaljšan odziv, za kar so odgovorne snovi, ki se sproščajo iz endotelija (najpogosteje dušikov oksid – NO) (slika 3). Pri aksonskem refleksu sodelujejo receptorji TRPV1, to so na temperaturo občutljivi receptorji na senzoričnih živčnih končičih. Do
7
kolikšne mere endotelij prispeva k regulaciji žilnega tonusa ter vazodilataciji/vazokonstrikciji še ni v celoti raziskano (2).
Slika 3: Odziv krvnega pretoka na provokacijski test s povišano T: v prvih 2-3 min po provokaciji (pri T = 42 – 44 °C) viden začetni porast kožnega pretoka oz. največja stopnja vazodilatacije. Sledi podaljšana faza vazodilatacije (zaradi aktivacije NO). Pri ohlajanju nastopi ravno obraten fenomen: začetno upadanje krvnega pretoka - začetek vazokonstrikcije (zaradi zaviranja aktivacije NO). Platoju sledi faza postopnega vračanja krvnega pretoka na bazalno vrednost (2, 9).
1.3 TERMOREGULACIJA KOŽE IN TERMOVIZIJA
1.3.1 TELESNA TEMPERATURA IN TEMPERATURA KOŽE
Telesno temperaturo (Ttel) delimo na temperaturo sredice oz. jedra telesa, kar predstavljajo globje strukture; notranji organi in notranjost glave, ter na temperaturo ovoja oz. kože.
Temperatura jedra v mirovanja je v razponu od 36,2 – 37,5 °C oz. znaša približno 37°C.
Majhna nihanja v Ttel opazimo že tekom dneva, čemur pravimo cirkadialno nihanje Ttel, ki je posledica endogenega ritma skupaj z zunanjimi dejavniki kot so hrana (kategorija hranil vpliva na stopnjo oksidacije/intenzivnost metabolizma in s tem proizvodnjo toplote), temperatura okolja, fizična aktivnost idr. Na Ttel vplivajo tudi močno čustvovanje, faze menstrualnega ciklusa pri ženskah, prav tako se spreminja s starostjo. Z oddaljenostjo od sredice proti površini telesa (koži) se temperatura znižuje, in sicer znaša na koži okrog 32
°C (3). Temperatura kože se spreminja v odvisnosti od temperature okolja in se razlikuje glede na predel telesa. Na distalnih predelih (prsti, nos, ušesne mečice) znaša le 28 °C, na proksimalnih predelih (trup) pa lahko doseže tudi 34 °C (10).
1.3.2 TERMOREGULACIJA
Človek kot homeotermno bitje proces uspešne termoregulacije zagotavlja z ničelno bilanco toplote v telesu, to pomeni, da je njeno nastajanje v telesu – termogeneza, enako njenemu
8
oddajanju iz telesa v okolico – termoliza. Toplota, ki se prenaša na osnovi temperaturnega gradienta (iz področja višje temperature v področje nižje temperature), prehaja iz notranjosti telesa do površine kože v okolico. Toploto iz telesa oddajamo s štirimi fizikalnimi procesi:
s kondukcijo (prevajanje toplote med dvema mestoma, odvisna od temperaturnega gradienta in toplotne prevodnosti), konvekcijo (prenos s tokom snovi: zrakom, vodo, krvjo), sevanjem (prenos v obliki infrardečega sevanja (IR) elektromagnetnega valovanja (EM)) in izhlapevanjem (z znojem). Za natančno uravnavanje Ttel so odgovorni termoregulacijski mehanizmi, ki vključujejo nadzorni center v hipotalamusu, centralni in periferni termoreceptorji ter efektorji (upornost arteriol v koži, ki določajo pretok krvi skozi kožo in žleze znojnice) (3).
Termoregulacija kože
Odzivnost glavnega termoregulatornega mehanizma (nadzorni center v hipotalamusu) modulirajo specializirani živčni končiči v koži - periferni termoreceptorji, katerih glavni dražljaj je temperatura okolja. K tem prištevamo receptorje za hlad (mielinizirani živčni končiči), receptorje za toploto (prosti živčni končiči) in receptorje za bolečino (zaznava ekstremnih temperatur). Koža predstavlja z vsemi zgoraj naštetimi fizikalnimi procesi glavni organ za oddajanje toplote. S krvnim pretokom, ki ga uravnava preko simpatičnega živčevja posredovan odgovor hipotalamusa (vpliv na upornost žil in aktivnost AVA oziroma vazodilatacijo/vazokonstrikcijo) oddaja toploto s procesom konvekcije in kondukcije (slika 4). Z aktivnostjo žlez znojnic (znojenjem) je vključena v proces izhlapevanja. Zaradi dejstva, da je koža telo, ki ima temperaturo nad absolutno ničlo (-273,15 °C oz. 0K) oddaja toploto tudi preko IR sevanja. Na termolizo prav tako vpliva prevodnost kože, ki jo pogojuje predvsem debelina podkožnega maščevja, ter vlažnost, ta se poveča v procesu znojenja (10).
Slika 4: Termoregulacija kože s procesom konvekcije: a) Vazokonstrikcija: skrčitev površinskih kapilar - zmanjšano oddajanje toplote ; b) vazodilatacija: razširitev površinskih kapilar - povečano oddajanje toplote (11).
9
1.3.3 BREZKONTAKTNO MERJENJE TEMPERATURE
V poglavju 1.2.3 so v preglednici I pod možnimi neinvazivnimi pristopi za merjenje MK navedene tudi metode, ki temeljijo na merjenju temperature kože. Te omogočajo posreden način vrednotenja prekrvitve kože. Najpogosteje se za merjenje uporabljajo termočleni, ki sodijo med kontaktne termometre, saj zaznavajo toploto s procesom konvekcije in kondukcije, ter termovizijske kamere. Termovizijsko kamero opredelimo kot brezkontaktni termometer, kjer princip meritve temelji na prenosu toplotne energije s sevanjem, natančneje z IR sevanjem, ki ga oddajajo telesa s temperaturo nad absolutno ničlo (0 K) (12).
Sevanje in emisivnost
Sevanje je način prenosa energije med dvema površinama preko EM valovanja. Telesa lahko sevalno energijo deloma odbijejo (reflektirajo), prepustijo (transmitirajo) ali vpijejo (absorbirajo) oz. s sevanjem energijo tudi oddajajo (emitirajo). Energijski tok oddanega sevanja je odvisen od temperature in emisivnosti telesa. Vsako telo, ki ima temperaturo nad absolutno ničlo (-273,15 °C oz. 0 K) oddaja IR sevanje (12). Hladnejši kot je objekt, manjša je frekvenca oddanih EM valov in manjša je emitirana moč ter obratno (13). Temperaturo objekta določimo iz znane moči sevanja, kar opisuje Stefan-Boltzmann-ov zakon: moč sevanja je sorazmerna s četrto potenco absolutne temperature. Ker ta zakonitost velja za črno telo (idealna površina, ki absorbira celotno vpadno sevanje in pri določeni temperaturi in valovni dolžini seva največ v primerjavi z ostalimi telesi) v praksi pa večinoma obravnavamo realna telesa, je v Stefan-Boltzmannov zakon potrebno dodati in upoštevati faktor emisivnosti (14). Emisivnost je parameter, ki opisuje razmerje med sevanjem realne površine in sevanjem črnega telesa pri isti temperaturi ter pri istih smernih in spektralnih pogojih.
Njena vrednost se giblje med 0 (belo telo) in 1 (idealno črno telo) in je brez enot (15).
Termovizija
Termovizija je brezkontaktna metoda merjenja temperature na površini telesa, ki temelji na zaznavi izsevanega EM valovanja. Človeško oko lahko zazna le vidni del spektra EM valovanja, tj. v intervalu valovnih dolžin med 380 nm in 750 nm. Vse druge oblike EM valovanja, vključno z IR spektrom (v območju valovnih dolžin med 700 nm in 1 mm) pa ljudje s prostim očesom ne moremo videti (slika 5) (16). Meritve v tem spektralnem območju omogočajo sevalni termometri, med katere spadajo tudi termovizijske kamere, ki kot rezultat podajo dvodimenzionalni slikovni prikaz temperaturnega polja – termogram (15). V osnovi gre za metodo transformacije IR slike v radiometrično, na kateri vsaka točkovna pika
10
predstavlja izmerjeno temperaturo. To omogočajo kompleksni algoritmi, ki pretvarjajo signal točkovne pike v temperaturno vrednost (17). Jakost toplotnega sevalnega toka meri detektor kamere, sestavljen iz več miniaturnih termičnih detektorjev, ki nato pošlje pridobljene informacije v mikroprocesor, ta pa jih obdela in ustvari termogram. Danes najpogosteje uporabljamo termovizijske kamere z detektorjem, ki deluje v območju valovnih dolžin med 8 µm in 14 µm (dolgovalovne termovizijske kamere), saj je v tem spektralnem območju pri sobni temperaturi (ok. 300 K) sevanje teles najbolj pogosto (15).
Slika 5: Spekter elektromagnetnega valovanja (prirejeno po 18, 19).
Termovizija je vsestranska metoda, uporabna na mnogo področjih, in omogoča zaznavo vsakršne spremembe v toplotnem toku oz. prekinitvi le tega.Slednje omogoča odkritje sicer neopaznih nastalih poškodb ter posledično prepreči nastanek še hujših. Kot samostojna metoda se je izkazala za zelo zanesljivo v gradbeništvu (izolacija), policiji, vojski (nadzor, varovanje), industrijskih obratih (odkrivanje vročih in hladnih točk), pri lokalizaciji žarišč požara in na številnih drugih področjih (12, 17). Kot komplementarna metoda se uporablja v medicini predvsem na področju meritev temperature na površini kože (ne omogoča meritve temperature v globljih plasteh kože), kjer jo odlikuje neinvazivnost in brezkontaktnost. Vse bolj se uporablja tudi v diagnostične namene. Mnoga bolezenska stanja (vnetja, poškodbe, idr.) namreč porušijo homeostazo temperature kože zaradi nihanja krvnega pretoka, kar se v sklopu meritev odraža v obliki hiper- oz. hipotermičnih vzorcev. Kljub uporabi v medicini pa termovizija ni sprejeta kot samostojna klinična diagnostična temveč zgolj podporna metoda. V namen diagnosticiranja bo potrebno doseči standardizacijo metode tako, kot že obstaja za meritve povišane Ttel v okviru standarda IEC 80601-2-59:2017 Medicinska
11
električna oprema – 2-59. del: Posebne zahteve za osnovno varnost in bistvene lastnosti presejalnih termografov za spremljanje človekove temperature pri mrzlici (15, 20).
Termovizija se uporablja tudi na področju vrednotenja učinkovitosti kozmetičnih izdelkov (KI), katerih posledica nanosa je lahko spremenjena temperatura kože in/ali MK. S termovizijo tako lahko vrednotimo skupine KI kot so KI za zaščito pred soncem, po sončenju, za zaščito las pred toplotnim obdelovanjem (likanje, sušenje), KI proti draženju (večji padec temperature kože pomeni večjo zaščito in pomirjujoč občutek) in KI proti celulitu (21). V primeru celulita je slednji na termogramih viden kot vzorec neenakomernih oblik z višjimi oz. heterogenimi temperaturami v primerjavi z okoliškim tkivom. To je posledica ovirane cirkulacije zaradi pritiska povečanih adipocitov na krvne in limfne žile (zastoj krvi in limfe v tkivu) (22). Učinek hlajenja ali segrevanja se vrednoti tudi v KI za lajšanje krčnih žil, bolečih mišic, v katerih se nahajajo sestavine za povečanje prekrvitve (23).
1.4 KOZMETIČNO AKTIVNE SESTAVINE ZA POVEČANJE PREKRVITVE
Kozmetično aktivne sestavine (KAS) za povečanje prekrvitve po kemijski zgradbi uvrščamo v strukturno zelo različne skupine (terpenoide, alkaloide, saponine, flavonoide…). Klasične KAS za povečanje prekrvitve so, kafra, kapsaicin, mentol (natančneje predstavljene v preglednici II), escin, arginin, diosmin, hesperidin idr. Izkazovale naj bi učinke kot so spodbujanje prekrvitve, izboljšana strukturna trdnost in zmanjšana prepustnost kapilar, povečanje venskega tonusa, vazodilatacija ter posledično povečana prekrvitev kože, v literaturi pa zasledimo zelo malo verodostojnih podatkov o specifičnem delovanju in učinkih KAS za izboljšanje prekrvitve po nanosu na kožo (1). Prav tako je pogosto različno poimenovanje teh sestavin, tako rubefaciènti (ang. rubefacients), kar naj bi pomenilo sestavino, ki poveča prekrvavitev kože in podkožja (24) ali snovi, ki povzročijo kontrastimulacijo (ang. counterirritant glede na Ameriški vladni urad za prehrano in zdravila (ang. Food and Drug Administration)) (25). Slednje poimenovanje izvira iz mehanizma delovanja teh sestavin (npr. mentola, kafre, kapsaicina in metil salicilata), ki temelji na draženju senzoričnih živčnih končičev (natančneje temperaturno občutljivih receptorjev, v nadaljevanju TRPM8, TRPV1 in TRPV3) v koži ali povzročitvi blagega vnetja na koži z namenom, da posledično bolečina v spodaj ležečih mišicah ali sklepih, katere oskrbujejo ti živci, izzveni. Posledično so opredeljeni kot lokalni analgetiki in so na
12
področju Evropske unije ter Združenih državah Amerike na voljo kot zdravila z receptom (26).
Nekatere od teh sestavin po nanosu na kožo sprožijo začetno aktivacijo in poznejšo desenzibilizacijo tako imenovanih receptorjev za zaznavanje mraza TRPM8 in toplotno občutljivih receptorjev TRPV1 in TRPV3. Vezava na receptorje aktivira kalcijeve kanalčke in posledično zviša raven znotrajceličnih kalcijevih ionov. Rezultat vezave na receptorje TRPM8 je hladilen občutek na mestu aplikacije, na receptorje TRPV1 in TRPV3 pa topel/pekoč občutek (26). Ne glede na različna poimenovanja se te sestavine v vlogi spodbujanja prekrvitve uporabljajo v izdelkih za lajšanje težav povezanih s krčnimi žilami in z otekanjem nog ter izdelkih za športnike za lajšanje mišično-skeletnih bolečin. Vgrajene so v različne tehnološke oblike, kot so kreme, geli, aerosoli ali obliži (1, 26).
Ugodne učinke na žilje kože izkazujejo tudi nekateri rastlinski izvlečki: izvleček bodeče lobodike, navadnega bršljana, pravega ingverja in divjega kostanja (1).
Preglednica II: Najpogostejši predstavniki KAS za povečanje prekrvitve (1, 26-29).
KAFRA KAPSAICIN MENTOL
INCI Camphor Capsaicin Menthol
COSING (vloga v KI)
denaturant (denaturant)1, fragrance (dišava)2, plasticiser (mehčalo)3
fragrance, skin conditioning (nega kože)4
denaturant, fragrance, refreshing (osvežilno)5, soothing (pomirjujoče)6 NARAVNI VIR
kafrovec, Cinnamomum
camphora L. Sieb., les pekoča paprika,
Capsicum frutescens L., plod njivska meta, Mentha arvensis L., eterično olje, poprova meta, Mentha piperita L., eterično olje LASTNOSTI
kristalna snov, belo- prosojna, hlapna, težko topna v vodi, močan aromatičen vonj
v obliki brezbarvnih kristalov, netopen v vodi
v obliki velikih igličastih kristalov, hlapen, zelo težko topen v vodi
DELOVANJE IN UČINEK
vezava na receptorje TRPV1 in TRPV3 = dermalni analgetik, vezava na receptorje TRPM8 → hladilni učinek
vezava na receptorje TRPV1
→ občutek segrevanja, zbadanja, mravljinčenja = rubefaciènt, dermalni analgetik
vezava na receptorje TRPM8 → hladilni učinek vezava na receptorje TRPM8 → aktivacija NO sintaze = vazodilatacija
UPORABA V KI
geli za masažo po športnih aktivnostih, izdelki za britje, izdelki za čiščenje in nego kože,
parfumi
izdelki za spodbujanje mikroprekrvavitve,
izdelki za nego proti celulitu (koncentracije <0,025%)
geli za masažo po športnih aktivnostih,
zobne paste, ustne vode, šamponi in geli za tuširanje,
izdelki za britje
1 Večinoma dodan kozmetiki, ki vsebuje etanol, da postane neprimerna za zaužitje. 2 Daje vonj ali okus. Ustvarja zaznavno prijeten vonj in/ali prikriva slab vonj. 3 Mehča in ustvarja elastičnost sintetičnih polimerov, ki se sicer ne bi zlahka deformirali, razširili ali obdelali. 4 Ohranjanje kože v dobrem stanju. 5Koži daje prijetno svežino. 6 Zmanjša nelagodje kože in lasišča.
13
2 NAMEN DELA
Namen diplomskega dela je vrednotiti vpliv različnih izdelkov z vgrajenimi (kozmetično) aktivnimi sestavinami za povečanje prekrvitve na temperaturo kože z uporabo termovizijske kamere.
Osredotočili se bomo na štiri različne izdelke, ki so prisotni na trgu, in sicer Perskindol® Active Cool Gel, Ice Power® Cold Gel, Encian Pferdebalsam® in ABC® Lokale Schmerz- Therapie Wärme-Creme 750 μg/g, ki se med seboj razlikujejo glede na aktivno sestavino za povečanje prekrvitve (mentol, kafra ali kapsaicin), tehnološko obliko (hidrogel, lipofilna krema) in skupino izdelka (KI, medicinski pripomoček, zdravilo brez recepta).
V okviru preliminarne študije bomo optimizirali področje ter površino kože za nanos posameznega izdelka, količino izdelka ter časovne točke meritev. S termovizijsko kamero FLIR T650sc, ki izkorišča pojav sevanja infrardečega valovanja s površine kože, bomo na brezkontakten način izvedli meritve temperature kože. Na podlagi rezultatov preliminarne študije bomo postavili protokol za izvedbo in vivo testiranja na 10-ih prostovoljkah. Cilj študije bo ovrednotiti vpliv posameznega izdelka z vgrajeno aktivno sestavino za povečanje prekrvitve kože na temperaturo kože, in sicer se bomo osredotočili na naslednje hipoteze:
i. Izdelki z aktivnimi sestavinami za povečanje prekrvitve po nanosu na kožo spremenijo prekrvitev kože, kar se odraža v spremembi temperature kože.
ii. Vpliv spremembe temperature je bolj izrazit pri nanosu izdelkov z višjo vsebnostjo aktivnih sestavin za povečanje prekrvitve oz. izdelkov, ki so registrirani ali kot zdravilo brez recepta ali kot medicinski pripomoček.
iii. Po nanosu izdelkov z aktivnimi sestavinami za povečanje prekrvitve je učinek časovno odvisen, največjo spremembo pričakujemo takoj po nanosu izdelkov.
14
3 MATERIALI IN METODE
3.1 MATERIALI
V okviru diplomske naloge smo vrednotili štiri izdelke, in sicer: Perskindol® Active Cool Gel (v nadaljevanju Perskindol gel), Ice Power® Cold Gel (v nadaljevanju Ice power gel), Encian Pferdebalsam® (v nadaljevanju konjski balzam) in ABC® Lokale Schmerz-Therapie Wärme-Creme 750 μg/g (v nadaljevanju ABC krema). Vsi testirani izdelki vplivajo na prekrvitev kože, se pa med seboj razlikujejo po sestavi, predvsem v KAS, tehnološki obliki in skupini izdelka v katero spadajo. Izdelki so dostopni v lekarnah, specializiranih trgovinah (Sanolabor, Tosama) drogerijah (dm) in spletnih lekarnah (lekarnar.com, moja-lekarna.com idr.). Kremo ABC je možno kupiti samo v lekarnah nekaterih držav Evropske unije (Nemčija, Grčija, Luxemburg, Avstrija). Lastnosti posameznih izdelkov so predstavljene v preglednici III.
Preglednica III: Uporabljeni izdelki in njihove lastnosti (30-33).
PERSKINDOL GEL
ICE POWER GEL
KONJSKI
BALZAM ABC KREMA SKUPINA
IZDELKA
medicinski pripomoček
medicinski pripomoček
kozmetični izdelek
zdravilo brez recepta
TEHNOLOŠKA
OBLIKA hidrogel hidrogel hidrogel krema V/O
SESTAVA
(KAS odebeljene)
voda, izopropil alkohol, mentol, karbomer, mentil laktat, trometamol, eterično olje limone, eterično olje poprove mete, CI 42051, limonen, linalol, citral, geraniol
voda, L-mentol, eterično olje (modrega) evkalipta, glicerin, denaturiran alkohol, karbomer krospolimer, natrijev hidroksid, CI 42051
voda, denaturiran alkohol, kafra, fenoksietanol, karbomer, mentol, alantoin, natrijev hidroksid, izvleček cvetov navadne arnike, metilparaben, propilparaben, etilparaben, izvleček listov poprove mete, izvleček semen navadnega divjega kostanja, CI 47005, CI 42051
kapsaicin, metil 4-hidroksibenzoat (E218), propil 4- hidroksibenzoat (E216), cetomakrogol 1000, cetilstearil alkohol,
izopropilmiristat, tekoči parafin, propilen glikol, natrijev citrat, citronska kislina monohidrat, voda, natrijev hidroksid
15 MESTO
UPORABE
• sklepi,
• mišice,
• roke, komolci, zapestja, dlani, vrat, hrbet, rame, noge, kolena, gležnji in stopala
• sklepi,
• mišice,
• noge, roke, vrat, hrbet, kolena, komolci
• sklepi,
• mišice
• sklepi,
• hrbet, rame, vrat
UČINKI, ki jih navaja
proizvajalec
• lajšanje bolečin pri športnih poškodbah (zmanjševanje oteklin),
• zdravljenje športnih poškodb, (nategnjene/natr- gane mišice, izpahi, zvini in podplutbe)
• lajšanje bolečin v sklepih, vratu, ramenih, hrbtu,
• lajšanje bolečin in oteklin pri poškodbah mehkih tkiv
• lajšanje poškodb (izvini, nategi,
udarnine),
• lajšanje revmatičnih in rastnih bolečin
• osvežilen, hladilen občutek,
• blagodejna, pomirjujoča nega po športnih aktivnostih
• lajšanje bolečin v mišicah v predelu hrbtenice,
• spodbujanje krvnega obtoka
Skupina izdelkov
Kot je razvidno iz preglednice III, najdemo KAS za povečanje prekrvitve tako v farmacevtskih izdelkih kot tudi v KI. Gela Perskindol in Ice power spadata med medicinske pripomočke, krema ABC je dostopna kot zdravilo brez recepta, konjski balzam pa uvrščamo med KI. Pri razvrstitvi izdelkov upoštevamo registracijsko dokumentacijo, pri čemer se upošteva glavni namen delovanja in področje uporabe ob upoštevanju splošnih definicij določene skupine izdelkov.
Pravno definicijo pojma medicinski pripomoček najdemo v 3. členu Zakona o medicinskih pripomočkih (ZMedPri). Medicinski pripomočki so v splošnem vsi izdelki katerih naloga je diagnosticiranje, spremljanje, preprečevanje, zdravljenje ali lajšanje bolezni, kompenziranje invalidnosti ali okvar, nadomeščanje, preiskovanje ali spreminjanje anatomskih funkcij, fizioloških procesov ali nadzor spočetja. Njihov učinek delovanja pa ni farmakološke, imunološke ali presnovne narave, vendar so jim lahko ti procesi pri njihovem delovanju v pomoč (34).
16
Kot zdravilo 5. člen Zakona o zdravilih (ZZdr-2) definira vsako snov ali kombinacijo snovi, ki so predstavljene z lastnostmi za zdravljenje ali preprečevanje bolezni pri ljudeh ali živalih.
Lahko se jih daje ljudem ali živalim z namenom ponovne vzpostavitve, izboljšanja ali spremembe fizioloških funkcij preko farmakološkega, imunološkega ali presnovnega delovanja ali da bi se določila diagnoza bolezni (35). Med zdravila brez recepta se razvrstijo tista, ki so namenjena samozdravljenju, preprečevanju, lajšanju in odpravljanju simptomov in zdravstvenih težav za katere ni potrebno posvetovanje z zdravnikom in jih lahko uporabnik sam pravilno oceni (36). Vse dodatne kriterije in zakone o razvrščanju zdravil med zdravila brez recepta najdemo v Pravilniku o razvrščanju, predpisovanju in izdajanju zdravil za uporabo v humani medicini.
Definicijo KI najdemo v Uredbi (ES) št. 1223/2009 Evropskega parlamenta in sveta o kozmetičnih izdelkih. Ta jih opredeljuje kot katerokoli snov ali zmes, ki je namenjena stiku z zunanjimi deli človeškega telesa (povrhnjico, lasiščem, nohti, ustnicami in zunanjimi spolnimi organi) ali z zobmi in ustno sluznico. Temeljna in izključna vloga pa je čiščenje, odišavljanje, spreminjanje videza, varovanje, ohranjanje v dobrem stanju ali korekcija telesnega vonja (37).
Učinki, ki jih navajajo proizvajalci zgoraj opisanih izdelkov (preglednica III) so v skladu z definicijami skupin izdelkov, ki so del zakonov (Zakon o medicinskih pripomočkih – ZMedPri in Zakon o zdravilih – ZZdr-2) in uredbe (Uredba ES št. 1223/2009 Evropskega parlamenta in sveta o kozmetičnih izdelkih).
Tehnološka oblika in sestava
Tehnološka oblika izdelka omogoča nanos izdelka na kožo, vpliva na njegovo stabilnost, prikrije neprijeten vonj sestavin ter pripomore k izboljšanemu estetskemu videzu izdelka.
Tehnološko obliko sestavlja ustrezna podlaga (pomožne snovi) v katero so vključene aktivne sestavine (KAS oz. zdravilne učinkovine). V primeru KI ima podlaga velik pomen pri zagotavljanju prijetnih senzoričnih občutkov (negovalno, hranilno, vlažilno delovanje) po nanosu na kožo. Oblika izdelka lahko vpliva tudi na prodiranje in sproščanje vgrajenih KAS v primeru uporabe KI oziroma zdravilne učinkovine iz farmacevtske oblike v primeru zdravil/medicinskih pripomočkov (1).
Izdelke, ki smo jih uporabili v okviru diplomske naloge (preglednica III) uvrščamo med poltrdne dermalne oblike (njihova konsistenca predstavlja vmesno stanje med trdnim in
17
tekočim), to so mazila, kreme, geli in paste. Sestavljeni so iz poltrdne podlage v katero so na različne načine vgrajene (raztopljene, emulgirane, suspendirane) aktivne sestavine in pogosto tudi različni dodatki (konzervansi, emulgatorji, zgoščevala idr.). Perskindol gel, Ice power gel in konjski balzam uvrščamo med hidrogele, medtem ko je izdelek ABC krema dejansko krema.
Geli so disperzni sistemi transparentnega videza, pri čemer disperzni medij v primeru hidrogela (hidrofilni gel) predstavlja hidrofilna tekoča komponenta, najpogosteje je to voda, v primeru oleogelov (lipofilnih gelov) pa vlogo tekoče komponente najpogosteje predstavljajo maščobna olja. V vseh treh hidrogelih, ki smo jih uporabili, predstavljata tekočo komponento voda in alkohol (izopropil alkohol v Perskindol gelu, denaturiran alkohol v Ice power gelu in konjskem balzamu). Drugo komponento gela predstavljajo tvorilci gelov, ki omogočijo nastanek tridimenzionalne rešetke, v katero je ujeta tekoča komponenta. Pogosto opravljajo vlogo tvorilca gelov različne makromolekule (organski ali anorganski polimeri), ki v prisotnosti vode nabreknejo (karbomer v Perskindol gelu in konjskem balzamu, karbomer krospolimer v Ice power gelu). Zaradi velike vsebnosti vode, ki predstavlja ugodno okolje za razrast mikroorganizmov, imajo hidrogeli v svojo sestavo nujno vključene še konzervanse. Protimikrobne lastnosti izkazujejo različne skupine spojin, alkoholi (fenoksietanol v konjskem balzamu), aromatske spojine kot so estri in soli parahidroksibenzojske kisline (metilparaben, propilparaben, etilparaben v konjskem balzamu), kvarterne amonijeve spojine, kisline in njihove soli. Določen del zaščite pred kontaminacijo izdelka z mikroorganizmi zagotavljajo tudi druge snovi, katerih primarna vloga ni konzerviranje, to so na primer eterična olja (eterično olje evkalipta v Ice power gelu, eterično olje poprove mete in limone v Perskindol gelu). Slednja pogosto izkazujejo protimikrobno in antiseptično delovanje. Pomembna sestavina hidrogelov so tudi vlažilci (glicerol v Ice power gelu, alantoin v konjskem balzamu), ki preprečijo izhlapevanje vode in posledično izsušitev gela. Hidrogeli po nanosu na kožo izkazujejo prijeten hladilen občutek, ki je posledica izhlapevanja vode iz gela in s tem odvajanja toplote s površine kože (1). Ta učinek še dodatno potencira alkohol, ki se nahaja v vseh treh formulacijah izdelkov:
izopropil alkohol (Perskindol gel), mentol/L-mentol (Perskindol gel, Ice power gel), denaturiran alkohol (Ice power gel, konjski balzam) (30).
Za razliko od gelov, ki predstavljajo enofazni sistem, so kreme večfazni sistemi, saj so hkrati sestavljene iz lipofilne in vodne faze. Slednji se med seboj ne mešata, zaradi velike razlike v površinski napetosti (termodinamska nestabilnost), zato ena predstavlja notranjo fazo v
18
obliki kapljic, druga pa zunanjo fazo. Stabilnost med fazama dosežemo z dodatkom površinsko aktivnih snovi tj. emulgatorjev (amfifilne spojine), ki zmanjšajo medfazno napetost z njihovo razporeditvijo na medfazi. Glede na zunanjo fazo, ki po navadi predstavlja večinski del in delež emulgatorja ločimo dva tipa krem, in sicer hidrofilne (tip O/V), pri katerih je zunanja faza hidrofilna in hidrofobne (lipofilne) (tip V/O), pri katerih je zunanja faza lipofilna. Prve vsebujejo emulgatorje tipa O/V, slednje pa emulgatorje tipa V/O.
Načeloma se hidrofilne kreme pogosteje uporabljajo, saj zaradi vodne zunanje faze puščajo na koži prijeten, lahek občutek, so zelo dobro mazljive in se hitro vpijejo v kožo. Kljub temu pa imajo za razliko od hidrofobnih krem manjši zaščitni učinek. Slednje na koži ustvarijo zaščitno lipofilno plast, s katero zmanjšajo izhlapevanje vode iz kože in s tem podaljšajo učinek vlaženja. ABC kremo glede na večinski delež lipofilnih sestavin; lipofilna tekoča faza (tekoči parafin, izopropil miristat), emulgator tipa V/O (cetomakrogol 100) uvrščamo med lipofilne kreme. Slednje sestavine so namreč na seznamu sestavin, na katerem si morajo po pravilih Uredbe (ES) št. 1223/2009 Evropskega parlamenta in sveta o kozmetičnih izdelkih slediti po padajočem vrstnem redu, navedene med prvimi, kar pomeni, da so prisotne v višjih koncentracijah (37). Kljub manjši vsebnosti vode (na seznamu sestavin je navedena na predzadnjem mestu) in s tem manjši dovzetnosti za mikrobiološko kontaminacijo, kar predstavlja prednost v primerjavi s hidrofilnimi kremami, pogosto tudi hidrofobne kreme vsebujejo konzervanse (metil 4-hidroksibenzoat, propil 4-hidroksibenzoat v ABC kremi). Lipofilne kreme zaradi podobnosti z naravnim zaščitnim lipidnim slojem rožene plasti kože omogočajo izboljšano penetracijo velikokrat v roženo plast in tako je učinkovitejša dostava lipofilnih KAS oz. zdravilnih učinkovin. Posledično je povečana tudi penetracija hidrofilnih sestavin (1).
Kozmetično aktivne sestavine
V zgornji razpredelnici III so v razdelku sestava debelo odebeljene sestavine, ki izkazujejo učinke na mikrožilje kože. Med KAS za povečanje prekrvitve oz. rubefaciènte iz zgoraj naštetih sestavin uvrščamo mentol (Perskindol gel, Ice power gel, konjski balzam), kafro (konjski balzam) in kapsaicin (ABC krema). Njihovo delovanje temelji na začetni aktivaciji in poznejši desenzibilizaciji senzoričnih živčnih končičev, natančneje temperaturno občutljivih receptorjev (TRPM8, TRPV1 in TRPV3) v koži. Vezava na slednje receptorje aktivira kalcijeve kanalčke, s čimer se zviša raven znotrajceličnih kalcijevih ionov (26). Po nanosu mentola na kožo lahko občutimo hladilen učinek na mestu nanosa, kar je rezultat
19
delovanja na receptorje za zaznavo mraza TRPM8. Rezultat vezave na slednje receptorje povzroči tudi aktivacijo endotelijskega encima NO sintaze ter posledično povečano nastajanje dušikovega oksida, kar vodi v lokalizirano vazodilatacijo (29). Ravno nasprotno, topel/pekoč občutek na koži pa začutimo po nanosu kapsaicina. Slednji se veže na toplotno občutljive receptorje TRPV1 živčnih končičev v koži, s čimer sproži sproščanje dejavnikov vnetja, to pa povzroči vazodilatacijo in povečano prekrvitev (1). Kafra, katere delovanje ostaja še nepojasnjeno, daje po nanosu na kožo sprva hladilen nato pa topel/pekoč občutek.
Predvidevajo, da je slednji učinek posledica delovanja kafre na receptorje TRPM8, vendar na drugačen, neodvisen način v primerjavi z mentolom, saj naj bi namreč tudi zavirala delovanje mentola (28). Podobno kot kapsaicin pa naj bi z aktivacijo receptorjev TRPV1 in TRPV3, ki ji sledi desenzibilizacija senzoričnih živčnih končičev, bila zaslužna za analgetični učinek (26). Mentol v kozmetiki najpogosteje zasledimo v izdelkih za nego ustne votline (zobne paste in ustne vode). Z raziskavami naj bi ugotovili tudi njegovo spodobnost izboljšanja penetracije učinkovin v kožo. Kafra se v vlogi rubefacienta najpogosteje nahaja v športni kozmetiki (geli za masažo mišic) ter izdelkih za lajšanje bolečin v sklepih, dihalih in pri zvinih. Zaradi njenih antiseptičnih lastnosti izkoriščajo njeno uporabo v izdelkih za britje in čiščenje kože. Kapsaicin, ki v KI ne sme preseči koncentracije 0,025 %, v vlogi KAS najdemo v izdelkih proti celulitu, saj spodbuja mikroprekrvavitev. V zdravilih brez recepta (koncentracija <1 %) pa kot lokalni analgetik lajša bolečine v perifernih živcih mišic in sklepov, pri zvinih in težavah z artritisom (1, 26).
Poleg KAS za povečanje prekrvitve so v izdelkih, ki smo jih uporabili, prisotne tudi mnoge sestavine naravnega izvora, kot so eterična olja in izvlečki pridobljeni iz rastlin.
Eterična olja, ki imajo v KI najpogosteje vlogo dišav, izkazujejo še številne druge učinke, in sicer antioksidativne, protimikrobne, protivnetne in vulnerarične (pospešeno celijo rane).
Prav tako pa lahko delujejo kot pospeševalci absorpcije KAS ali zdravilnih učinkovin v globlje plasti kože. Učinek izkazujejo preko delovanja na proteinsko-lipidno ovojnico korneocitov v roženi plasti. Natančneje, preko vezave sestavin eteričnih olj na proteine ovojnice se spremeni njihova konformacija, zaradi česar se zmanjša mehanska trdnost ovojnice in s tem strukturna urejenost rožene plasti, prav tako pa lahko spremenijo tudi metabolno aktivnost encimov v koži (1). Na podoben način delujejo tudi nekateri alkoholi (etanol).
20
Eterično olja evkalipta (Ice power gel) lahko prepoznamo po močnem vonju, ki spominja na vonj kafre. Pogosto ga lahko zasledimo v izdelkih za športnike za masažo mišic. Zelo priljubljeno predvsem v KI, zlasti v izdelkih za čiščenje in nego zob in ustne votline, v katerih ima vlogo dišave, je eterično olje poprove mete (Perskindol gel), ki ima oster a svež vonj po mentolu. Njegova uporaba je razširjena tudi na področju nege občutljive, vnete kože ter mišic po športnih aktivnostih in bolečih sklepov. V konjskemu balzamu najdemo tudi dva rastlinska izvlečka: izvleček divjega kostanja, ki ohranja elastičnost žilnih sten, saj zmanjša prepustnost kapilar, ter izvleček navadne arnike, ki deluje kot rubefaciènt in poveča prekrvitev kože. Oba izvlečka pogosto zasledimo v športni kozmetiki (1, 38).
3.2 METODE
Z meritvami temperature kože smo želeli vrednotiti in vivo učinek izdelkov, ki vsebujejo KAS za povečanje prekrvitve. Najprej smo izvedli preliminarno testiranje na prostovoljki z namenom optimizacije protokola, nato smo na podlagi rezultatov preliminarnega testiranja izvedli in vivo študijo na 10-ih prostovoljkah. Meritve smo izvajali na UL Fakulteti za farmacijo v sodelovanju z UL Fakulteto za elektrotehniko.
3.2.1 MERITVE TEMPERATURE KOŽE
Meritve temperature kože smo izvajali s termovizijsko kamero FLIR T650sc (FLIR® Systems, Inc., Wilsonville, Oregon, ZDA, v nadaljevanju termovizijska kamera).
Termovizijska kamera je brezkontaktna merilna naprava, saj merjenje temperature temelji na zaznavi IR sevanja s površine telesa (tj. kože). Meritve potekajo na principu pretvorbe vpadnega IR sevanja (očem nevidno) v barvni prikaz temperaturnega polja – vidno sliko.
Nastanek slednje omogočajo sestavni deli termovizijske kamere; optične leče, detektor, analogno-digitalni pretvornik, mikroprocesor za preračun sevanja v temperaturo ter vezje za tvorbo slike in prikazovalnik (zaslon) (slika 6). Sistem optičnih leč zazna IR sevanje s površine telesa in ga usmeri na detektor sestavljen iz matričnega polja majhnih termičnih detektorjev, ki jih imenujemo tudi točke/piksli. Delovanje detektorja temelji na spremembi upornosti (detektor ima specifičen upor) v odvisnosti od gostote energijskega toka vpadnega IR sevanja. IR sevanje, ki vpade na detektor, z oddano energijo povzroči spremembo upornosti, kar izmeri posebno integrirano vezje, ki preko analogno digitalnega pretvornika tvori digitalni izhodni signal. Spremembe upornosti se merijo in preračunajo v temperaturo.
Elektronsko vezje omogoči tvorbo, obdelavo, hrambo in prikaz termovizijske slike, ki je
21
vidna na zaslonu termovizijske kamere (39). Termovizijska slika oz. termogram prikazuje barvno temperaturno polje, kjer vsaka točkovna pika predstavlja izmerjeno temperaturo, le te pa so predstavljene z barvno lestvico, pri čemer temna barva (črna, modra,..) predstavlja najnižjo temperaturo izmerjene površine, najvišjo temperaturo pa ponazarja najsvetlejša barva (bela, rumena,…) (40).
Slika 6: Shematski prikaz sestavnih delov termovizijske kamere.
Pomemben del opreme, ki služi za nadaljnjo analizo termogramov in interpretacijo rezultatov, je programska oprema. Ta omogoča obdelavo slik z možnostjo izbire različnih barvnih palet; črno-bele, mavrične, železne idr. (17).
Dejavniki, ki vplivajo na vrednost izmerjene temperature (kože):
• Oddaljenost od merjene površine: z večanjem razdalje od merjene površine se zmanjšuje delež sevanja, ki vpade na detektor kamere, kar vodi v lažno nižje vrednosti in bolj negotovo oceno temperature. Meritve izvajamo v skladu z velikostjo telesa: manjša kot je površina telesa, na manjši oddaljenosti izvajamo meritev (41).
• Atmosferski vplivi: absolutna vlažnost in ogljikov dioksid absorbirata del sevanja v IR delu spektra, posledično manj IR sevanja vpade na detektor.
• Viri sevanja v okolici: sončno sevanje, površine z visoko odbojnostjo (kovine), predmeti, ki oddajajo toploto (peč/radiator, stroj v pogonu itd.) lahko povzročijo odboj toplote na prenosno pot med merjencem in detektorjem, zaradi česar običajno izmerimo višje vrednosti temperature.
• Emisivnost merjene površine (kože): neupoštevanje emisivnosti merjenih površin vodi v napačno izmerjene absolutne vrednosti temperatur. Absolutne vrednosti temperatur lahko izmerimo le z uporabo umerjenih/kalibriranih kamer in poznavanjem vrednosti emisivnosti merjene površine, ki jo moramo imeti možnost nastaviti v termovizijski kameri. V kolikor točnih vrednosti emisivnosti merjenih površin ne poznamo, lahko določamo le temperaturne razlike (40).
22
Ostali motilni dejavniki, ki vplivajo na izmerjeno temperaturo: kot merjenja in temperatura okolja (vpliv na emisivnost, ki je funkcija temperature, spektralnih (valovna dolžina) in smernih (kot pod katerim merimo) pogojev), aerosoli, ki absorbirajo in razpršijo sevanje, zračni tokovi ter predvsem vpliv posameznika (potenje). Da se v čim večji meri izognemo tem vplivom, je potrebna ustrezna priprava merjenca (aklimatizacija) in eksperimentalnih pogojev (40).
Eksperimentalni pogoji
Meritve s termovizijsko kamero je potrebno izvajati v kontroliranem in toplotno ugodnem okolju. Optimalne vrednosti sobne temperature so med 18 °C in 25 °C in med 40 % in 60 % relativne vlažnosti. Slednja dva parametra moramo tako ves čas meritev spremljati. Prostor, kjer se izvajajo meritve, mora imeti čim manj drugih virov sevanja IR svetlobe, npr. žarnice z žarilno nitko, direktna sončna svetloba, elementi, ki močno oddajajo sevanje (radiator, stroji, itd.). Izrednega pomena so tudi ustrezne lastnosti kamere; visoka prostorska ločljivost (minimalno 320 × 240 slikovnih točk), visoka temperaturna občutljivost (0,1 °C pri temperaturi 30 °C) (15).
3.2.2 IN VIVO ŠTUDIJA DOLOČANJA TEMPERATURE KOŽE 3.2.2.1 Preliminarno testiranje
V okviru preliminarnega testiranja smo merjenje temperature kože izvedli na eni osebi z namenom določitve optimalnih parametrov za nadaljnje izvajanje meritev na prostovoljkah.
Določili smo področje in površino testiranega območja, količino nanosa izdelka in časovne točke meritev temperature kože.
Priprava prostovoljke
Preliminarno testiranje smo izvedli na eni testni osebi ženskega spola, stari 22 let.
Prostovoljka si vsaj dva dni na predvidenem mestu meritve (nogah) ni depilirala kože, saj pri depilaciji namreč pride do rahle poškodbe kožne bariere (odstranitev zgornjih plasti povrhnjice), kar lahko povzroči povečan pretok krvi in možen pojav nastanka eritema na pobritem področju. Večer pred meritvami in na dan meritev na testiran predel ni nanašala negovalnih in čistilnih KI. Na dan izvajanja meritev oz. minimalno dve uri pred meritvami ni uživala toplih pijač, kave in drugih vazoaktivnih napitkov, istočasno ni zaužila večje količine hrane, kar bi povzročilo povečan metabolizem in posledično povišanje telesne temperature in prekrvitve.
23
Pred začetkom izvajanja meritev smo prostovoljki odstranili oblačila z leve in desne meče ter izvedli aklimatizacijo (20 minut). S tem smo zagotovili toplotno ravnovesje testiranke z okolico (meritve smo izvajali v jesenskem času pri temperaturi 22,2 °C ± 0,6 °C in relativni vlažnosti 50,0 % ± 3,6 %) ter zmanjšali vpliv fizične aktivnosti, potenja in stresa, kar bi lahko vplivalo na izmerjene vrednosti. V neposredni bližini mesta izvajanja meritev ni bilo dodatnih virov prekomernega sevanja (prižgan radiator, delujoči stroji, idr.), prav tako meritev nismo izvajali v neposredni bližini luči.
Izvedba preliminarnih meritev
Prostovoljki smo na levi in desni meči označili področje v velikosti približno 10 × 10 cm2, 2-3 cm pod pregibom kolena na zadnji strani. Na označeni področji smo nanašali različne količine izdelkov (0,8 g, 1 g, 1,3 g) z namenom določitve optimalne količine nanosa izdelka, ki bi se ustrezno razmazala in popolnoma vpila v kožo.
Najprej smo testiranki na obeh označenih področjih na mečih izmerili bazalno vrednost (tj.
vrednost pred nanosom izdelkov), nato pa nanesli ustrezno količino posameznega izdelka, ki smo jo predhodno določili kot optimalno. Količino, ki je znašala 1,3 g Perskindol gela, 1,3 g Ice power gela, 1,3 g konjskega balzama in 0,8 g ABC kreme smo s krožnimi gibi dobro vtrli v kožo, da se je popolnoma vpila v kožo (s tem smo čim bolj zmanjšali vpliv izhlapevanja izdelka s površine kože, kar bi lahko spremenilo rezultate meritev), dodatno smo s papirnatim robčkom še popivnali eventualni ostanek izdelka na površini kože. Meritve temperature kože smo izvedli takoj po nanosu, po 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120 in 180 minutah po nanosu na kožo. Na podlagi rezultatov meritev smo želeli določiti časovne točke, pri katerih so opazne spremembe v temperaturi kože, ter terminalno (končno) časovno točko, v kateri se vrednosti temperature kože čim bolj približajo začetni/bazalni vrednosti.
Pred začetkom merjenja smo v nastavitvah termovizijske kamere nastavili vrednosti temperature in relativne vlage (te smo odčitali iz merilnikov v prostoru) delovnega okolja ter vrednost emisivnosti merjene površine (tj. kože; 0,98 ± 0,01). Med meritvijo je bila termovizijska kamera na ustrezni razdalji od testirane površine (tj. meča testiranke), ki je znašala 35 cm, kjer smo v klečečem položaju izvajali meritve s termovizijsko kamero usmerjeno v center merjenega telesa (slika 7, levo). V vsaki časovni točki smo za posamezen izdelek izvedli 6 zaporednih meritev, pri čemer smo se s kamero pomikali v smeri urinega kazalca po merjeni površini (slika 7, desno).
