Masarykova univerzita přírodovědecká fakulta

Fotoisomerizace EHMC a jiných UV filtrů

Fotostabilita sunscreenů a produktů používaných v kosmetice je klíčovým parametrem pro in vitro hodnocení jejich účinnosti. Při expozici slunečnímu záření dochází u některých UV filtrů ke snížení kapacity blokovat UV záření (Huong et al. 2007). Zvláště nestabilními UV filtry jsou ethylhexyl methoxycinamát (EHMC) a UVA filtr butyl methoxydibenzoylmethan (BMBM). Oba filtry jsou široce používanými UV filtry, jelikož v kombinaci pokrývají širokou škálu obávaných škodlivých vlnových délek UV záření, konkrétně 290 – 400 nm. Jejich struktura a změny molekuly v důsledku působení světla jsou uvedeny na obrázku 2.



Obr. 2: Molekulární struktura BMBM a EHMC, převzato a upraveno z (Oguchi-Fujiyama et al. 2012).

UV absorpční spektra EHMC a BMBM jsou uvedena v grafu č. 3.

Graf 3: Absorpční spektra (a) EHMC a (b) BMBM. Převzato a upraveno z (Oguchi-Fujiyama et al. 2012).

Isomerizace transEHMC na světle je poměrně rychlý jev. Vzhledem k tomu, že expozice světlu se děje přímo na pokožce, dochází k rychlé a nevyhnutelné ztrátě ochrany uživatele při použití výrobků, které obsahují EHMC (Huong et al. 2007). Rozsah ztráty účinnosti závisí na složkách opalovacího krému. Při minimální rychlosti průběhu fotoisomerizace dochází k produkci cisisomeru z 20 %. To způsobí pokles SPF přibližně o 10 %. Při isomerizaci vyšší než z 60 % může dojít ke snížení SPF o 29 až 38 % (opět to závisí na složení produktu). Tento test byl proveden pouze in vitro a při měření pomocí spektrofotometru. Je proto důležité odvodit index pomocí testů in vivo, který by odrážel skutečné chemické vlastnosti výrobku po isomerizaci. K nejvyšším degradacím docházelo v přípravcích, které obsahovaly maximální povolené množství EHMC (tedy 10 %). Dále tyto směsi obsahovaly BMBM, Octocrylene, Uvinul A+ a některé z nich i Tinosorb S. vybrané hodnoty s obsahem 10 % EHMC jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3: Vypočtené hodnoty SPF na základě procenta UV filtrů a různé míry (τ) isomerizace. Převzato a upraveno z (Huong et al. 2007).

1. Fotostabilita a reakční kinetika

Fotochemické reakce indukované světlem patří mezi významné abiotické procesy, které určují osud látek v životním prostředí. Pro dostatečné posouzení rizik je třeba identifikovat a také sledovat degradační produkty některých výrobků používaných v kosmetice. Fotodegradace byla prokázána u řady testovaných UV filtrů, mezi které patří i EHMC. Byla provedena studie šesti UV filtrů, které byly exponovány slunečnímu světlu a jejich obsah byl analyzován po různých časových intervalech v rozmezí 5 až 72 hodin (Rodil et al. 2009). Alikvóty byly analyzovány pomocí SBSEGCMS. Průběh isomerizace je zobrazen na grafu 4. Každý bod představuje průměr dvou experimentů. Je důležité zmínit, že 4MBC (4methylbenzylidene camphor), IAMC (isoamyl pmethoxycinnamate) a EHMC se skládají z geometrických isomerů a ty byly v případě tohoto experimentu kvantifikovány jako celek.


Graf 4: Časové profily UV filtrů v průběhu expozice UV záření. Koncentrace se vztahují k odpovídající kontrole. Převzato z (Rodil et al. 2009).

BP3 (benzophenone-3), OC (octocrylene) a 4MBC vykázaly vysokou stabilitu v průběhu ozařování po 72 hodinách, zatímco fotodegradace EHMC, IAMC a ODPABA (octyl dimethylpaminobenzoate) byla jasně prokázána. Kinetika fotodegradace těchto tří UV filtrů byla dále detailněji studována pro přesnější stanovení poločasu života těchto látek, výsledky jsou uvedeny v tabulce 4.

Tabulka 4: Kinetické rychlostní konstanty a poločasy rozpadu UV filtrů EHMC, IAMC a ODPABA v závislosti na fotodegradačním procesu při ozařování umělého slunečního záření. Převzato a upraveno z (Rodil et al. 2009).

2. Fytotoxicita

Pro EHMC byla experimentálně zjištěna EC₅₀ = 0,19 ± 0,012 mg.l¹ v buněčném reprodukčním testu na S. vacuolatus (Altenburger et al. 1990). Tento test toxicity se provádí na synchronizované kultuře jednobuněčné zelené sladkovodní řasy kmene S. vacuolatus 21115. Parametrem toxicity je inhibice růstu řas. Buňky jsou exponovány zkoušené látce po dobu jednoho generačního cyklu (24 h).

Výše uvedená hodnota EC₅₀ přibližně odpovídá EC₅₀ = 0,36 mg.l¹, která byla modelována převzetím dat základní toxicity. Zajímavý je fakt, který vychází z hodnocení fytotoxicity v průběhu ozařování světlem. U látek EHMC a IAMC se během expozice UV záření fytotoxicita snižovala (viz graf 5). To znamená, že toxicita souvisí přímo s koncentrací mateřské látky, produkty degradačního procesu mají nižší toxicitu než mateřské látky (Rodil et al. 2009).

Graf 5: Toxicita pro řasy degradačních produktů UV záření v závislosti na ubývající koncentraci mateřské látky EHMC po ozařování v časech 0, 14, 28, 42 a 77 h. Každý bod reprezentuje průměr dvou opakování. Převzato z (Rodil et al. 2009).

Z tohoto výstupu je zřejmé, že s narůstajícím podílem cisisomeru ve směsi klesá fytotoxicita primární látky EHMC. Jedná se sice o opačný efekt, tedy o pokles toxicity, na rozdíl od výstupů z laboratoře EnTox, kdy estrogenní potenciál i imunotoxické efekty pravděpodobně souvisely s vyšším podílem cisEHMC. Obě informace (a zatím jediné zmínky o sledování toxických efektů jednotlivých optických isomerů této látky) vyzývají k dalším studiím mechanismu isomerizace a srovnávání toxických efektů isomeru cisEHMC a transEHMC.

2.