穿透皮肤的途径（上）

关键词：角质层、穿透途径、细胞间脂质、神经酰胺、神经酰胺2、酶微泡体系、皮肤穿透增强剂、输送系统

摘  要：本文综述了最新发现的三种皮肤穿透途径（包括一种“极性途径”）和四种类型的穿透增强剂（酶、微泡体系、神经酰胺和化学促渗剂）。

    在早期关于人体器官作用的认识中，我们已经知道到皮肤的主要功能是作为屏障，将我们身体与周边环境分隔开。所以很显然皮肤对任何外源物质的穿透都将提出挑战并拒绝外来物质的入侵。由于这种天然特性，所以当发现皮肤的上层部分即角质层是一种能够有效抵御外来物质穿透的亚组织就不足为奇了。
    多年来科学家一直在寻找某种物质或体系来克服皮肤的屏障作用，从而使这些物质和较深层的亚组织作用或渗透到循环系统中。经过数年的研究，现在已清楚有多种途径可以允许 物质穿透皮肤并进入皮肤内部。目前研究的重点已经转移到研究皮肤的微结构和这种促渗透增强剂的作用机理。
    由于皮肤穿透增强剂引起角质层结构的变化，从而启动了不希望出现的免疫系统的应答反应如刺激、过敏和炎症。许多促渗透增强剂并不是专一的，而是允许任何较小的和足够亲水的物质穿透皮肤表面。这就意味着当设计化妆品配方时，香精和防腐剂将很容易和活性物一起进入皮肤内部。
    此外，皮肤是一种有活性的组织，它包括许多驱动生物化学过程的代谢体系，而这种生物化学过程包括脱皮、细胞外片状物的产生、细胞程序死亡以及皮脂和汗液的分泌等。这些生化过程的酶将攻击透皮后的活性或非活性物质并将它们转化成非活性、活性或有毒的物质。
    所以可以相信的是：通过对皮肤渗透增强剂与皮肤相互作用机理的详细了解，人们能够找到克服其缺点或避免其副作用的方法。
    本文将综述物质穿透皮肤并与其相互作用的可能途径，四种类型的皮肤渗透增强剂及与皮肤可能的作用机理和限制条件将在其后讨论。本文希望能为更好地了解皮肤配方设计的研究和工作提供一些创新的思路，以便更好地美化和保护皮肤。
设计外用配方时，人们必须了解配方与皮肤之间各种可能的相互作用，本文试图对此提供一个初步的认识。皮肤穿透不同于皮肤渗入，前者描述了原料进入皮肤靶部位的途径，后者描述了原料穿透皮肤层进入皮肤内循环体系的途径，如进入药物透皮系统。事实上要区分这两种进入皮肤的方式是很困难的，这是由于一旦一种物质通过了阻碍其通过的角质层而进入有生物活性的表皮层，则几乎不可能阻止其部分进入皮肤各亚组织内部包括产生循环的血管。在本文中两个词均会按照上述定义来使用。

影响皮肤穿透的因素
角质层是多层的结构。微解剖结构显示，表皮的上层细胞，即角质层是以柱状排列而成的束状结构。角质层由细胞和脂质层交替组成且厚度仅6～10μm，这相当于14～18层细胞的厚度。典型的角质细胞厚度200～300μm，直径30～50μm，为六边形或多边形。角质层的屏障性能是由其组成决定的，其组成是：蛋白75～80％，脂类物质5～15％，5～10％其它物质（见图1）。这种组成有利于通过皮肤吸收一定的脂溶性物质。



    为了简化分析物质渗入皮肤的剖面图，科学家采用了简单扩散的模型来解释物质进入角质层脂质区域的渗入现象。当使用这一模型来解释时，人们可以假设某一物质和皮肤的作用从本质上讲是物理化学的，角质层细胞的排列是多层水平排列的结构。大多数穿过表皮层的分子将通过细胞间途径在细胞间渗透。为了进入有生物活性的表皮层，物质首先必须完成在角质层内的分配。所以物质进入皮肤的途经很大程度上取决于其分配系数。亲水性物质可能容易进入细胞内，而亲油性物质趋向于通过细胞间途径而穿透角质层。事实上，虽然物质的性质可能对穿透途径的选择起支配作用，但大多数分子同时采用两种方式穿透角质层。
    影响穿透的因素很多，包括分子的大小、对皮肤表面的亲和性以及和细胞间脂质的相容性。当然穿透作用受皮肤状态的影响也很大，如皮肤的含水量、温度、角质层厚度（不同人种和不同人体部位差别很大）及完整性有关。皮肤的完整性受年龄、接触溶剂、皮肤的日常护理、健康状况和各种环境因素影响。
    通常物质在辛醇和水之间的分配值（即分配系数）和其假定的穿透皮肤的途径存在一定的关联。研究结果表明：甘露糖醇是通过极性途径渗入皮肤的，而氢化可的松则是通过脂质途径，孕甾酮也通过脂质途径穿透但水溶液层影响其渗入速率。上述结果均和物质的辛醇—水分配系数有对应关系。
    当考虑极性和非极性途径穿透时，通常认为极性物质通过极性途径穿透，而非极性物质更喜欢通过亲脂性途径穿透。细胞间途径在角质层角质细胞间穿透是大多数物质穿透皮肤的途径。由于在角质层中角质细胞不是彼此平行堆积的，所以当物质在细胞间穿透时，物质可
以循着细胞边缘的途径穿透。在这种途径中物质被认为可以通过存在于细胞间脂质的双层自由地扩散。
    大多数皮肤穿透增强剂影响细胞膜的脂质双层结构。通过可逆性地减少角质细胞间的双层磷脂的抗扩散阻力，皮肤促渗剂如二甲基亚砜（DMSO）、氮酮、乙二醇类物质和表面
活性剂增强了皮肤的穿透作用。这种促渗剂不仅起到溶解细胞间脂质的作用，而且会影响细胞间桥粒联结或干扰产生完整皮肤屏障层所必需的代谢活动。在正常的皮肤状态下双层磷脂结构的作用是可逆的。双层磷脂抗穿透阻力的降低是流化热动力学作用（降低磷脂的转变点温度）或是细胞间脂质相分离作用的结果。

毛囊内途径
    皮脂腺数量占皮肤总表面积的比例还不到0.1％，所以有些科学家认为对大多数分子而言这条途径不是最有效的穿透途径，而其它人则认为这种附属器官能够回避角质层的低扩散性并起到扩散旁路作用。当毛囊是作用的地点时，如粉刺，通过开发具有特殊物理化学性质的传输系统，科学家发现了将一种物质分散到该部位的多种方法。
    如果我们认为这些毛囊可能是一种穿透途径的话，那么了解身体各部位毛囊的分布就非常重要。毛囊分布密度和毛囊口百分比最高的部位是前额，毛囊口平均尺寸最大的部位是小腿。前额和小腿上的毛囊漏斗状的容积也最大，因而可能产生最大的沉积量，而前臂上毛囊的各种参数都是最小的。足底和手掌处没有皮脂腺。
    由于缺乏合适的动物模型，研究通过毛囊的皮肤穿透是件很困难的事情。现已开发出一种新的技术，可区分通过旁路穿透皮肤和直接的表皮渗透。这种方法比较了通过作为膜的表皮传送方式和通过角质层和表皮组成的三明治式的传输方式。
    毛囊以层状方式存在而很少是叠加的。这种模型认为毛囊互相叠加的可能性很小，因而皮肤上层的底部阻挡了毛囊的开口。所以区分两种穿透方式是可能的。如果穿过毛囊的方式
是主要的穿透方式，则和单独通过表皮膜的穿透相比，以三明治模型方式进入皮肤的穿透大大减少。
    另外一种评价通过旁路穿透的方法是基于比较有疤痕和正常皮肤的穿透。与正常皮肤相比，疤痕皮肤的主要特点是缺少毛囊和皮脂腺以及胶原纤维变薄。在这项研究中，观察了四种甾醇类化合物通过正常皮肤和有疤痕皮肤的透皮吸收情况，试验结果表明，人体皮肤的这种附属器官，即毛囊和皮脂腺是甾醇类化合物穿透皮肤的重要途径，而且也是其它有类似结构的化学物质的穿透途径。结果还表明，和正常的皮肤相比，无附属器官的疤痕皮肤角质层中存留了大量的甾醇类化合物。在正常皮肤的表皮和真皮层中，甾醇类化合物的浓度明显比疤痕皮肤中的高，这是由于正常皮肤表面的开口允许物质能够更深层的穿透。
    微粒的传输系统能够将分子传送到指定的毛囊部位。由于配方和物质的性质不同，与通过角质层的其它途径穿透相比，某些物质进入旁路的速度更快，例如约有55％的直径1.5μm左右的微球可以进入头发毛囊。
两种类型的脂质体（经典的多层囊泡形脂质体和可随意变形的脂质体）主要通过旁路穿透进入皮肤。

极性途径
这条路径在本质上是亲水性的，他是由液体区域组成的，周边环绕极性脂质，而极性脂质形成了微型通道的壁（见图2）。



    众所周知这种极性通道对亲油性物质有很高的穿透阻力，对亲水性物质有较低的阻力。据认为这也是皮肤水分蒸发的途径。这类亲水性的孔的位置还不清楚。一些科学家认为通过这种途径渗透的物质将在有缺陷的角质细胞束之间穿透，而这种缺陷部分有一些含水的开口。其它人则认为细胞间的角蛋白提供了这种途径。也许两种作用方式都存在，而最合适的的穿透方式由分子自身的性质和所使用的试验模型决定。
    对氯苯氨丁酸（baclofen）通过尸体皮肤的经皮穿透的研究表明，极性途径是细胞间途径，它是由极性脂质环绕的液体区域组成。此试验支持上述第一种理论。
已发明的一种使用荧光可变形类脂囊与激光显微镜检查法相结合的技术使我们能够观察到完整皮肤中的穿透途径。实验观察到，由3～10个角质细胞组成的“柱”，再形成一个“束”（或蔟），在每个束内的角质细胞边缘嵌入紧密，但是相邻“束”之间却分开数微米。填充在“束”与”束”之间的脂质也没有像在”束”内填充得那样整齐规则。这种技术也被用来定量测定两种不同的亲水途径，“束”与“束”之间亲水途径具有较低的穿透阻力，且占皮肤总面积的1％或占皮肤通路总面积20％；角质细胞间亲水途径具有较高穿透阻力，且占皮肤总面积的3％或占皮肤通路总面积的80％。当在“束”内的角质细胞间通过时发现角质细胞间亲水途径被扭曲，同时发现细胞间脂质层或者事实上在皮肤上起到物质通路作用的相邻角质细胞包膜之间是不规则的。