Związki siarki w kosmetyce

Wstęp

Organizm człowieka potrzebuje do prawidłowego funkcjonowania wielu składników mineralnych, w tym pierwiastków biogennych. Pierwiastki biogenne klasyfikuje się ze względu na ilości, w jakich występują w organizmie człowieka, na: makroelementy, mikroelementy i ultraelementy, zwane również pierwiastkami śladowymi. Najważniejszymi pierwiastkami biogennymi są węgiel, wodór, tlen, azot i siarka. Siarka jest składnikiem wielu cząsteczek istotnych dla żywego organizmu, takich jak aminokwasy, koenzymy czy hormony [1]. Z obliczeń wynika, że w ludzkim ciele o masie 70 kg znajduje się od 120 do 150 g siarki. Jej niedobór powoduje nadmierne rogowacenie naskórka, łamliwość i wypadanie włosów oraz choroby paznokci. Z tego powodu siarka stanowi istotny element budowy związków biologicznie aktywnych stosowanych w medycynie, kosmetologii, przemyśle spożywczym i perfumeryjnym [2]. W artykule przedstawiono charakterystykę związków siarki stosowanych w kosmetologii z uwzględnieniem ich wpływu na stan ludzkiej skóry.

Siarka w kosmetyce

W przyrodzie siarka występuje w gazach wulkanicznych i minerałach. Jako pierwiastek w stanie wolnym jest ciałem stałym o jasnożółtej barwie. Znanych jest kilka odmian aleotropowych siarki:

• siarka rombowa – siarka α zbudowana z ośmioatomowych pierścieni. Ta odmiana alotropowa może w temperaturze 95,5°C przekształcić się w siarkę jednoskośną;
• siarka jednoskośna – siarka β, podobnie jak rombowa zbudowana jest z ośmioatomowych pierścieni;
• siarka żółta – istnieje w temperaturze od 119°C do 160°C w postaci cieczy ruchliwej, która składa się z oktasiarki łańcuchowej;
• siarka bezpostaciowa – otrzymuje się ją poprzez kondensację par siarki;
• katena – polisiarka, siarka μ. Jest ona zbudowana ze spiralnych, długich łańcuchów;
• siarka plastyczna – powstająca w wyniku oziębiania siarki μ w wodzie [3].

Siarka stosowana jest w kosmetyce w formie zasypek, maści i emulsji przeciw grzybicy, łupieżowi, świerzbowi, nadmiernemu łojotokowi i wypryskom skórnym. Ze względu na stopień rozdrobnienia rozróżniamy siarkę bezpostaciową i koloidalną. Siarka bezpostaciowa występuje w postaci proszku o wielkości cząsteczek ok. 20μm. Jest nierozpuszczalna w wodzie. Z kolei siarka koloidalna składa się z cząsteczek o wymiarach 1-500nm. Na powierzchni skóry ulega redukcji do siarkowodoru, którego sole działają zabójczo na patogeny skóry. Siarka przenika przez skórę jako tiosiarczan, siarkowodór lub w postaci koloidalnej [3].

Zastosowanie związków siarki w balneoterapii

Ponieważ związki siarki mogą rozpuszczać się w wodzie, stosowane są również kąpiele lecznicze z wykorzystaniem wód siarczkowych. Taka woda ma charakter lekko kwaśny (pH 6, 7), więc działa zmiękczająco i złuszczająco (kertoplastycznie) na naskórek. Dzięki temu skóra staje się gładka, bardziej sprężysta i elastyczna, a kąpiele znakomicie sprawdzają się w leczeniu chorób skóry z nadmiernym rogowaceniem, łuszczycy, przy wyprysku łojotokowym, w atopowym zapaleniu skóry. Ponadto w czasie kąpieli następuje rozszerzenie naczyń włosowatych, czego efektem jest pobudzenie mikrokrążenia, lepsze ukrwienie oraz pobudzenie metabolizmu skóry i narządów głębiej położonych [4-6].

Zastosowanie związków siarki w kosmetykach

W kosmetyce stosowane są również sole tlenowych kwasów siarkowych, wśród których największe znaczenie mają pochodne kwasów: siarkowego (IV), siarkowego (VI) i tiosiarkowego. Do najczęściej wykorzystywanych związków należą siarczany (VI) litowców i berylowców.

Jednym z przykładów jest siarczan (VI) baru, który występuje w formie białych kryształów o temperaturze topnienia 1580°C. W odróżnieniu od innych soli baru nie jest trujący. Wykazuje właściwości kryjące, dlatego może być stosowany jako podstawa pudrów oraz jako substancja zmętniająca [5, 7, 8].

Hydrat siarczanu (VI) magnezu występuje w formie bezbarwnych kryształów o gorzkim smaku. Wykazuje właściwości ściągające, lekko znieczulające oraz przeciwzapalne. Łagodzi również skutki oparzeń słonecznych, dlatego stosowany jest w preparatach po opalaniu oraz w solach kąpielowych [5, 7, 8].

Rozpowszechniony w przyrodzie hydrat siarczanu (VI) wapnia (CaSO4 × 2 H2O) znany jest głównie jako minerał – gips. Podczas ogrzewania traci wodę i przechodzi w gips palony (CaSO4 × ½ H 2O). Może być stosowany jako składnik pudrów kamiennych oraz past do zębów [5, 7, 8].

W kosmetykach występują również często sole alkilosiarczanów. Stosowane są one ze względu na dobre właściwości myjące, poza tym nie drażnią skóry oraz błon śluzowych. Zachowują także swoje właściwości bez względu na zmianę pH i mają tę zaletę, że pienią się nawet w twardej wodzie. Mogą być stosowane w szamponach, preparatach do kąpieli oraz higieny jamy ustnej. Najczęściej stosowanym związkiem jest laurylosiarczan sodu [9].

Kolejną grupą związków są sole siarczanów alkilopolioksaetylenowanych, które mają doskonałe właściwości myjące i pianotwórcze. Poza tym są związkami łatwo ulegającymi biodegradacji. Są dobrze tolerowane przez skórę i nie działają drażniąco na błony śluzowe, dlatego stosowane są do preparatów przeznaczonych do higieny miejsc intymnych (takich jak płyny do kąpieli, mydła w płynie).

Ze względu na możliwe niepożądane właściwości (podrażnienia dróg moczowych u dzieci) sole p-alkiloarylosulfonianów rzadko znajdują zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Związki te mają również silne właściwości odtłuszczające i aby zminimalizować ich negatywny wpływ na skórę, stosowane są w preparatach do skóry przetłuszczającej się w postaci soli z trietanoloaminą. Znacznie częściej stosowane są pochodne kwasów sulfobursztynowego i izotionowego, tauryny oraz sulfonianów α-olefinowych, ponieważ poza tym, że nie drażnią one błon śluzowych, to stwierdzono również, iż mają wręcz działanie łagodzące. Dlatego są stosowane w preparatach do pielęgnacji skóry u dzieci. Najlepiej znanym tenzydem z tej grupy związków jest sól sodowa diestru 2-etyloheksylowego kwasu sulfobursztynowego, znana pod nazwą handlową Docusat-Natrium. Równie często stosuje się w kosmetykach pochodne tauryny lub N-metylotauryny. Detergenty te charakteryzują się dużą stabilnością chemiczną i są lepiej tolerowane przez skórę i błony śluzowe niż alkilosiarczany. Stosowane są w pastach do zębów (np. Hestapon KTW), szamponach, płynach do kąpieli (Hestapon CT) [9].

Omawiając związki zawierające siarkę, należy zwrócić również uwagę na ich właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Związki te mogą mieć zastosowanie jako substancje czynne w kosmetykach bioaktywnych, mogą być również wykorzystywane jako konserwant. Jednym z najbardziej znanych jest preparat Kathon CG, w skład którego wchodzą dwa związki 5-chloro-2-metyloizotiazolin-3-on oraz 2-metyloizotiazolin- 3-on, zmieszane w stosunku 3:1. Kathon CG ma przy dużym zakresie pH bardzo dobre działanie przeciwdrobnoustrojowe, przy czym jest dobrze tolerowany przez skórę człowieka. Stosuje się go jako konserwant w takich kosmetykach jak kremy, szampony i preparaty do kąpieli [10].

Ze względu na swoje właściwości przeciwbakteryjne i przeciwgrzybiczne związki siarki stosowane są powszechnie w szamponach przeciwłupieżowych. Należą do nich OMDS czyli 1,1’-ditlenek-2,2’-ditiobispirydyny, który jest dobrze tolerowany przez skórę i błony śluzowe, oraz pirytioncynku, czyli N-tlenek pirydyno-2-tiolanu cynku [3, 11].

Kwasy tioglikolowy (HS–CH2–COOH) i tiomlekowy (HS–CH(CH3)–COOH) wchodzą w skład preparatów do trwałej ondulacji. Pod wpływem tych związków w strukturze keratyny włosów zostają zredukowane poprzeczne mostki disiarczkowe cystyny. W wyniku tego procesu włosy stają się podatne na układanie. Otrzymaną fryzurę utrwala się środkami odbudowującymi zerwane wcześniej połączenia. Ponadto sole strontu i baru tych kwasów stosowane są jako substancje depilujące, czyli wspomagające usuwanie włosów [3, 7].

Innym związkiem zawierającym w swojej strukturze siarkę jest kwas α-liponowy, który uczestniczy w unieszkodliwianiu wolnych rodników, ale może również regenerować zredukowane postaci innych przeciwutleniaczy, np. witaminy E i C. Ponadto wykazuje właściwości złuszczające, przez co wygładza powierzchnię skóry. Kwas α-liponowy ze względu na swoje właściwości detoksykacyjne i antyoksydacyjne stosowany jest wraz z L-karnityną w kuracjach przeciwstarzeniowych [3, 12].

Witamina B1, czyli tiamina, stosowana jest w postaci chlorowodorku, ponieważ tylko w tej postaci jest odporna w środowisku kwasowym i obojętnym na czynniki termiczne i nie ulega rozkładowi. Witamina B1 reguluje procesy złuszczania naskórka. W kosmetyce preferuje się stosowanie tej witaminy w postaci B-kompleksu lub ekstraktów kiełków zbóż. Tiaminę można znaleźć w maseczkach, kremach, tonikach oraz preparatach do pielęgnacji włosów [3, 9].

Biotyna występuje często pod nazwą witaminy B7 lub też witaminy H (od niemieckiego słowa Haut czyli skóra). Jest bardzo odporna na ogrzewanie i promieniowanie UV. Związek ten nazywany jest witaminą skóry i włosów, ponieważ bierze udział również w syntezie keratyny i substancji spajającej komórki rogowe skóry, włosów i paznokci. Ponadto hamuje aktywność gruczołów łojowych, działa przeciwzmarszczkowo, jak również reguluje gospodarkę
lipidową skóry, wraz z witaminą K uczestniczy w syntezie protrombiny, a także wpływa na układ immunologiczny. Biotyna występuje jako składnik kosmetyków do pielęgnacji skóry i włosów, stosowana jest w preparatach usuwających zmarszczki lub wewnętrznie, przy kuracji przeciwtrądzikowej lub zapobiegającej łamaniu paznokci [9].

Siarka w związkach zapachowych

Zazwyczaj związki lotne posiadające osmofory siarkowe, tj. grupa tioeterowa -S-, tiokarbonylowa >C=S, tioformylowa -CSH oraz merkaptanowa -SH, charakteryzują się nieprzyjemnymi zapachami. Jest to charakterystyczna cecha w iększości p rzedstawicieli z wiązków s iarkoorganicznych. Jednak nawet wśród tej grupy cząsteczek zdarzają się nośniki przyjemnego zapachu.

Jednym z bardziej interesujących związków jest mententiol. Jego S izomer charakteryzuje się grejpfrutowym zapachem, przy czym jest bardziej owocowy i mniej siarkowy niż enancjomer R. Z kolei R opisywany jest jako mniej owocowy i bardziej siarkowy [13].

Kolejny związek to mentantiolon. Trzy z czterech izomerów charakteryzują się nieprzyjemnymi typowo siarkowymi nutami, tylko jeden – (1S, 4R) – przypomina zapach liści czarnej porzeczki, z tropikalną nutą marakui i wyczuwalną, intensywną nutą owocową [14].

Bardzo interesujący zapach ma również jeden z stereoizomerów octanu mentan-8-tiol-3-onu. Związek o konfiguracji (1S, 4S) charakteryzuje się zielonym zapachem z wyczuwalną nutą czarnej porzeczki [15].

W przypadku kolejnego związku wszystkie izomery mają bardzo interesujące zapachy: (2S, 4R) opisywany jest jako siarkowy, tropikalny, grejpfrutowy, jego enancjomer jest również siarkowy, ale wyczuwalny jest również zapach słodko-kwiatowy. Ich diastereoizomery mają z kolei zapach przypominający zieloną trawę, korzenny, ziarnisty, z wyraźną nutą czerwonej rzodkiewki [16].

Podsumowanie

Siarka jako pierwiastek posiada wiele pozytywnych właściwości: bakteriobójczych, dezynfekujących, łagodzących, przeciwstarzeniowych. Przez wiele osób jest pomijana ze względu na charakterystyczny, nieprzyjemny zapach. Analizując powyższe przykłady, można zauważyć, że może być ważnym składnikiem stosowanym w przemyśle kosmetycznym i perfumeryjnym.

Literatura

1. M. Jakubus: Siarka w środowisku, Wyd. AR w Poznaniu, 2006.
2. A. Kołodziejczyk: Naturalne związki organiczne, PWN, 2004.
3. M. Molski: Chemia piękna, PWN, Warszawa, 2012.
4. M. Juszkiewicz-Borowiec, G. Chodorowska, D. Wojnowska: Wody siarczkowo-siarkowodorowe słone ze źródeł mineralnych uzdrowiska Busko-Solec w leczeniu łuszczycy skóry owłosionej głowy i łojotokowego zapalenia skóry głowy, Borgis - Balneologia Polska, 3-4, 2005, 84-87.
5. J. Jankowiak: Balneologia kliniczna, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, 1971.
6. G. Straburzyński: Fizjoterapia, Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, 1988.
7. A. Marzec: Chemia kosmetyków, Volumed, 2009.
8. A. Jabłońska-Trypuć, R. Czrepak: Surowce kosmetyczne i ich składniki, MedPharm, 2008.
9. G. Schroeder: Kosmetyki – chemia dla ciała, Cursiva, 2011.
10. G. Schroeder: Kosmetyki – bioaktywne składniki. Cursiva, 2012.
11. R. Marks, A.D. Pearse, A.P. Walker: The effects of Shampoo containing zinc pyrithione on the control of dandruff, Brit. J. of Dermat., 112(4), 1985,
415-422.
12. D. Wojnowska: Kosmeceutyki w pielęgnacji skóry kobiet w okresie menopauzalnym, Przegląd menopauzalny, 4, 2011, 338-342.
13. E. Demole. P. Enggist, G. Ohloff, Helv. Chim. Acta, 65, 1982,1785.
14. A. Mosandl, G. Heusinger: 1,3-Oxathianes, chiral fruit flavour compounds, Liebigs Ann. Chem., 1985, 1185-1191.
15. T. Köpke, H.-G. Schmarr, A. Mosandl: Stereoisomeric flavour compounds. Part LVII: The stereoisomers of 3-Oxo-p-menthane-8-thiol acetate, simultaneously stereoanalysed with their corresponding thiols, Flav. Frag. J., 7(4), 1992, 205-211.
16. G. Singer, G. Heusinger, O. Frohlich, P. Schreier, A. Mosandl: Chirality evaluation of 2-methyl-4-propyl-l,3-oxathiane from the yellow passion
fruit, J. Agric. Food Chem., 34(6), 1986, 1029-1033.

Katarzyna Wińska
Paulina Spaleniak,
Małgorzata Grabarczyk,
Wanda Mączka,
Katedra Chemii, Uniwersytet Przyrodniczy
we Wrocławiu, ul. Norwida 25/27, 50-375 Wrocław
tel. +48 71 320 52 57, e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Niepubliczna Wyższa Szkoła Medyczna
we Wrocławiu, ul. Nowowiejska 69, 50-340 Wrocław