Средство защиты кожи от холодового повреждения

Изобретение относится к области косметологии и представляет собой профилактическое средство защиты кожи от холодового повреждения (обморожения), полученное на основе природных криопротекторов, вырабатываемых арктическими насекомыми.

Известны различные средства, используемые, в том числе, для защиты от обморожений.

Например, способ получения средства защиты от холода (см. RU № 2447882, кл. A61K8/31, A61K8/34, A61K8/37, A61Q17/00, A61Q19/00, опубл. 20.04.2012), в котором в числе прочего, используется водно-масляная эмульсия, содержащая полиолы и воск, и способ получения защитного крема от обморожений (см. RU №2304975, кл. A61K 36/03, A61K 35/24, A61K 35/20, A61K 33/38, A61K 47/30, A61P 17/02, опубл. 27.08.2007) на основе нативного казеина козьего молока. Недостатками известных решений являются техническая сложность выполнения, отсутствие сведений о проведенных испытаниях средства, использование некоторых дорогостоящих компонентов и малая эффективность при защите от обморожений.

Лечебный защитно-профилактический крем по патенту RU №2253433 (кл. А61К7/00, А61К35/78, 17.12.2002) содержит вещества, повышающие обменно-реактивную функцию кожи, в том числе, эфирные масла, мумие, растения, морские соли. Недостатком известного средства является то, что полученная система не обеспечивает защиты от обморожений.

Между тем, в арктических регионах с характерными для них экстремальными климатическими условиями проживает около 4 млн. людей. Проблема обморожения незащищенных лицевых участков (щек, носа, кончиков ушей) часто связана с повреждением и негативным изменением эстетических свойств кожи.

Известно, что опасность замерзания клеток и тканей связана с рядом физических эффектов, возникающих в живых системах при низких температурах. При образовании льда во внутриклеточных компартаментах происходит концентрирование солей до токсических концентраций из-за того, что только молекулы воды участвуют в процессе ледобразования. Это повышает осмоляльность незамерзшей фракции и приводит к осмотически обусловленному ее разбуханию и последующему разрыву мембран, окружающих клеточные структуры (см. Reamy B.V. 1998. Frostbite: review and current concepts // J Am Board Fam Pract. 11(1). P. 34-40).

Внеклеточное замерзание, напротив, приводит к оттоку жидкости из клеток во внеклеточное пространство, что вызывает их сморщивание. Это уменьшает объем клеток до критически минимального уровня, при котором клеточный матрикс слишком упакован, чтобы противостоять дальнейшему сморщиванию клеток. Поэтому происходит разрыв/плавление мембран и полная клеточная дезинтеграция. Помимо этого, повышение концентрации растворов в клетке приводит к осмотическому стрессу вдоль всей клеточной мембраны. При этом также происходит повышение концентрации неорганических солей до уровня, при котором происходят необратимые изменения в структуре и функциях ферментов.

С другой стороны, известно, что насекомые, обитающие в Арктических регионах, характеризуются высокой устойчивостью к ультранизким температурам (до -85◦С), благодаря содержанию в гемолимфе высокоэффективных криопротекторных соединений (см. Li N.G. 2012. Relationships between cold hardiness, and ice nucleating activity, glycerol and protein contents in the hemolymph of caterpillars, Aporia crataegi L. // Cryoletters. V. 33(2). P. 134 -142; Li N.G. 2016. Tolerance to freezing as a survival strategy for Chrysolina graminis graminis L. and Galerucella nymphaea L. inhabiting Yakutia (Far East of Russia) // European Journal of Entomology 113:537-541. DOI: 10.14411/eje.2016.073).

Арктические насекомые используют две стратегии, позволяющие им противостоять деструктивному воздействию отрицательных температур. Они либо становятся устойчивыми к замерзанию, либо вовсе избегают замерзания внеклеточной жидкости. Обе стратегии реализуются за счет продукции мультикомпонентых криопротекторных систем, состоящих из высоко- и низкомолекулярных криопротекторов. К первым относятся антифризные и леднуклеирующие белки, ко вторым - полиолы, главным образом, глицерол (см. Zachariassen K.E. 1985. Physiology of cold tolerance in insects // Physiol. Rev. V. 65. P. 799-832; Ли Н.Г. 2014. Физиологические механизмы адаптации насекомых к холодному и сухому климату Якутии // Реферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Казань. 40 с.). Именно эти вещества насекомые продуцируют в значительных количествах в зимнее время для того, чтобы обеспечить криозащиту организма.

Криопротекторные системы насекомых не токсичны и осуществляют комплексную защиту от замерзания. Предполагается, что при нанесении криозащитного средства, природные криопротекторы будут проникать вглубь эпидермиса кожи и блокировать процесс кристаллизации воды, тем самым обуславливая криопротекторный эффект. Этим данное средство будет принципиально отличаться от существующих на современном рынке, так называемых, зимних кремов. В состав таких кремов, как правило, входят увлажняющие компоненты, которые устраняют сухость кожи, вызванную морозным воздухом. Или они содержат различные масла и обуславливают поверхностный эффект. Недостатком этих средств является очень кратковременный эффект защиты и его недостаточная эффективность при температурах ниже -35◦С.

Известен природный криопротектор (см. RU №2178463, кл. C12N 5/00, опубл. 20.01.2002), который экстрагирован из зимних гусениц боярышницы методом спиртовой экстракции и представляет собой многокомпонентную систему, обладающую криопротекторными свойствами. Методом тонкослойной хроматографии данная система фракционирована на три основных компонента: глицерин (45,5%), α-каротин (2,4%) и соединение пептидной природы (39,6%), состоящее из пролина, аспарагиновой кислоты, серина, треонина и глутаминовой кислоты с преимущественным содержанием пролина и глутаминовой кислоты. Недостатком известного средства является малоэффективность при защите кожи от воздействия экстремально низких температур вследствие только поверхностного воздействия.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание средства защиты кожи профилактического характера от холодового повреждения на основе природных криопротекторов.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, выражается в обеспечении антифризного эффекта при воздействии на кожные покровы лица отрицательных температур (ниже -35◦С).

Для решения поставленной задачи средство защиты кожи от холодового повреждения характеризуется тем, что содержит (в вес.%) криопротекторную систему холодоустойчивых насекомых в виде гемолимфы (18-20), глицерин (5 -10), по меньшей мере, одну аминокислоту, выбранную из пролина или глутаминовой кислоты (5-10), бидистиллированную воду (5-10), отдушку, например, ментол (3-5), олеиновую кислоту, например, Б115 (3-5), остальное содержимое составляет ДМСО-гель (диметилсульфоксид), максимальное количество которого может составлять до 50 вес.%.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание средства защиты кожи от холодового повреждения (обморожения), полученное на основе природных криопротекторов, вырабатываемых арктическими насекомыми, способными выживать при температуре -85◦С и ниже. В качестве источника природной криопротекторной системы были отобраны насекомые, обитающие на территории Центральной Якутии, продуцирующие наиболее эффективные криопротекторы.

Морозоустойчивых насекомых собирали в позднеосенний период и помещали в укрытия для их содержания на открытом воздухе в зимний период до тех пор, пока они не использовались для извлечения гемолимфы по методике, описанной в ранних работах (см. Zachariassen K.E., Baust J.G., Lee R.J. 1982. A method for quantitative determination of ice nucleating agents in Insect hemolymph // Cryobiology. Vol. 19. P.180-184; Ли Н.Г. 2011. Льдонуклеирующая активность гемолимфы Upis ceramboides обитающего в Центральной Якутии // Проблемы криобиологии. Т. 21, № 1. С. 34-38).

Как известно, гемолимфа таких насекомых содержит природные криопротекторные системы, включающие полиолы и лед-нуклеирующие белки. Полиолы способствуют понижению точки замерзания организма насекомых, тем самым, препятствуя спонтанному процессу кристаллизации внеклеточной жидкости в период зимней диапаузы. Лед-нуклеирующие белки выполняют важную функцию инициирования безопасного контролируемого замерзания жидкой фазы организма, предотвращая тем самым фатальное лед-образование в клетках (см. Lee R.E., Delinger, eds. 1991. Insects at low temperature. Chapman and Hall, New York. 513 p.).

В соответствии с исследованиями, лед-нуклеирующие белки арктических насекомых характеризуются высоким лед-нуклеирующим потенциалом, так, что при разбавлении гемолимфы этих насекомых в 1 млн. раз их лед-нуклеирующая активность изменяется в очень незначительной степени. Показано, что столь высокая активность лед-нуклеирующих белков обусловлена влиянием глицерина, который участвует в формировании крупных лед-нуклеирующих полипетидных агрегатов, инициирующих процесс лед-образования в области субнулевых температур. Эти высокомолекулярные агрегаты обеспечивают высокую вероятность лед-нуклеации в гемолимфе и ответственны за толерантность насекомых к очень низким температурам. Даже небольшие изменения в концентрации глицерина, вызванные, например, сезонными факторами являются движущей силой ассоциации (диссоциации) этих агрегатов. Таким образом у холодоустойчивых насекомых, глицерин и лед-нуклеирующие белки представляют собой интегрированную криопротекторную систему.

Сущность изобретения заключается в том, что создано средство защиты кожи от холодового повреждения, которое вследствие содержания высокоэффективных криопротекторов, вырабатываемых насекомыми Якутии, предохраняет кожные покровы человека от повреждающего воздействия экстремально низких температур.

Состав средства создан таким образом, что его ключевым компонентом являются природные криопротекторы, добавляемые в виде гемолимфы холодоустойчивых насекомых. Другими важными компонентами являются аминокислоты (преимущественно, пролин или глутамин), которые, считаем, обеспечивают холодоустойчивость насекомых путем повышения осмоляльности внеклеточной среды и ее структуризации. Средство также содержит бидистиллированную воду, используемую в качестве растворителя для компонентов, олеиновую кислоту, ДМСО гель (диметилсульфоксид) а также отдушку (ментол). Как известно, олеиновая кислота относится к ненасыщенным жирным кислотам и также обладает термопротекторными свойствами. ДМСО является широко применяемым в медицинской практике криоконсервантом и добавляется для усиления криопротекторных свойств средства.

Схема технологического процесса приготовления средства состоит из следующих этапов:

a) подготовка криопротекторного компонента: сбор насекомых в позднеосенний период - акклиматизация насекомых - тестирование насекомых на их устойчивость к замерзанию - отбор морозоустойчивых особей - экстракция гемолимфы - получение высококачественного образца гемолимфы - капсулирование полученного объема гемолимфы для длительного хранения при низких отрицательных температурах;

б) приготовление базового состава средства: компоненты базового раствора смешиваются в соответствующих весовых отношениях и при постоянном перемешивании в течение 15-30 минут доводят полученную смесь до полного растворения всех компонентов. Полученная смесь подвергается фильтрации, после чего она представляет собой полувязкую прозрачную и бесцветную жидкость;

в) приготовление конечного продукта: образец гемолимфы вносится в базовый раствор при постоянном перемешивании до получения однородной консистенции раствора. Готовое средство упаковывается и направляется на хранение (при температуре от 4◦С).

Рекомендуемый способ использования средства защиты кожи от холодового повреждения: данное средство наносится на очищенную кожу лица перед выходом на улицу в наиболее холодные дни зимнего периода. Женщинам, пользующимся косметикой, необходимо нанести данное средство до косметических процедур. Средство наносится с помощью аппликатора посредством легких массажных движений, способствующих лучшему проникновению средства в верхние слои эпидермиса кожи примерно в течение 2-5 мин (зависит от типа кожи). После нанесения и впитывания средства излишки убираются чистой салфеткой. Средство рекомендуется наносить на участки кожи лица, наиболее подверженные обморожению на открытом воздухе, например, щеки, крылья носа, а также мочки ушей. Применение данного средства особенно рекомендуется людям, чья активность связана с длительным пребыванием на открытом воздухе в период низких отрицательных температур: строителям, работникам автодорожных и добывающих компаний на Крайнем Севере, МЧС, военнослужащим, любителям зимних видов спорта, рыбалки и охоты, аборигенным народностям, занимающихся традиционными видами промысла, резидентам Арктических регионов.

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 схематично (графики) представлена оценка эффективности средства на основе опроса участников теста по 5-ти бальной системе в трех независимых группах добровольцев: группа 1 - испытания проводились в пос. Оленек Республики Саха (Якутия), группа 2 – испытания проводились в г. Якутске, группа 3 – испытания проводились в г. Якутске; на фигуре 2 - сравнительная оценка эффективности между свежеприготовленным средством (В) и средством со сроком хранения (А) при 4◦С в течение 6 месяцев (в тестировании участвовало 18 человек).

Тестирование средства защиты кожи проводилось в г. Якутске и пос. Оленек Республики Саха (Якутия). Следует отметить, что средняя температура воздуха в зимние месяцы в пос. Оленек составляет -30,6◦С, а в г. Якутске – (-40,5)◦С; скорость ветра, соответственно, 2,4 и 1,1 м/с (см. www.gismeteo.ru).

Все участники документально подтвердили свое согласие на участие в испытании. По окончании эксперимента каждый участник заполнял анкету, в котором он оценивал эффективность данного средства по 5-ти бальной системе. Всего в тестировании участвовало 63 человека, из них 45 человек оценивали эффективность свежеприготовленного средства, 18 человек участвовали в тестировании средства со сроком хранения при 4◦С 6 месяцев.

В результате проведенных испытаний свежеприготовленного средства были получены данные, подтверждающие его эффективность. Так, в группе 1, 60% участников эксперимента оценили эффективность средства на «4» и «5», в группе 2 – 78,9% также оценили средство на «4» и «5». В группе III - 63,5% участников признали, что средство им помогло избежать обморожения щеки (см. фиг. 1). Таким образом, несмотря на влияние субъективных факторов на результаты данного тестирования (недоверие к новому продукту, степень эмоциональности человека, возможное влияние пола и возраста), полученные по трем независимым группам, оказались близкими по своему значению.

Для испытания привлекались добровольцы - люди, не страдающие кожными заболеваниями, аллергией и не имевших в текущую зиму инцидентов обморожения кожи лица. Все участники подтверждали их согласие достоверно описать свои ощущения, которые они испытывали на холоде (для этого им были розданы опросники). На левую щёку (преимущественно, в области скул) участники испытаний аккуратно наносили средство с помощью аппликатора массажными движениями в течении 5 минут, затем давали коже подсохнуть. Правая щека оставалась необработанной и служила в качестве контроля. По завершении аппликации средства, участники теста выходили на улицу. Они не должны были закрывать шарфом или согревать рукой щёки. При первых ощущениях пощипывания кожи и обеления, они подавали знак инструктору теста, который проводил внимательный осмотр, фотографирование и фиксировал факт обморожения.

В результате проведенных испытаний свежеприготовленного средства были получены данные, подтверждающие его эффективность: 68,8 % респондентов признали, что средство им помогло избежать обморожения щеки (см. фиг. 1).

Хранение при низких положительных и отрицательных температурах не приводило к образованию осадка в течение всего испытуемого периода (6 месяцев). Образец средства, который хранился при +4◦С в течение 6 месяцев тестировался на предмет эффективности с участием 18-ти добровольцев при температуре воздуха -47◦С, результаты приведены на фиг. 2.

По результатам испытаний стало известно, что хранение средства при +4◦С в течение 6 месяцев вызвало снижение его эффективности на 36,1 % в сравнении со свежеприготовленным средством. В то же время, образцы, которые хранились при (-25…-30)◦С, сохраняли криопротекторную активность в течение 6 месяцев. На основе приведенных результатов можно констатировать, что наиболее оптимальным режимом хранения средства является низкотемпературный режим (-25◦С и ниже), при котором средство не теряет своей эффективности, по меньшей мере, в течение 6 месяцев.

Таким образом, преимущество предлагаемого средства по уходу за кожей в зимний период заключается в следующем:

- является профилактическим средством защиты кожи от обморожения в условиях экстремально низких зимних температур (при температурах ниже -35◦С);

- в состав входят уникальные природные криопротекторы, вырабатываемые холодоустойчивыми арктическими насекомыми;

- предполагается, что механизм защитного действия данного средства обусловлен блокированием процесса кристаллизации внеклеточной жидкости при отрицательных температурах, тем самым обеспечивается целостность кожных покровов.