Metalle in Kosmetik – Welche kommen in Frage ?

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Was sind Metalle ?

Metalle sind eine Gruppe von Elementen, welche ganz bestimmte Eigenschaften Teilen. Solche sind z.B. Ihre hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, ihre verhältnissmäßig gute verformbarkeit und ein metallischer Glanz[1]. 

Warum sind Metalle wie sie sind ?

Im gegensatz zu allen anderen Elementen haben Metallatome keine festen Plätze für Elektronen. Sie haben eine sogenannte Gitterstruktur, in welchen ihre Kerne (bestückt mit Pro- und Neutronen) feste Plätze haben, jedoch ihre Elektronen frei beweglich (auch delokalisiert genannt) sind. Elektrischer Strom ist nur die Bewegung der Elektronen im Material, und deren Freiheit zur Bewegung gibt die Leitfähigkeit von Materialien vor (Dies wird über das quantenmechanische Bändermodell beschreiben). Ebenso ist thermische Energie nur die Bewegung von Teilchen in einem bestimmten Intervall, welche ebenfalls mit der Freibeweglichkeit der Elektronen in Metallen zu tun hat. Zudem können diese Elektronen Strahlung jeglicher Wellenlängen bis zur Röntgenstrahlung auch wieder emittieren (abgeben), was ihren Glanz erklärt[2].

Welche Metalle kommen für Kosmetik in Frage ?

Als Metalle kommen alle Alkali-, Erdalkali-, und Übergangsmetalle in Frage. Diese sind:

Aluminium, Beryllium, Bismut, Blei, Cadmium, Chrom, Eisen, Gallium, Gold, Indium, Iridium, Kalium, Cobalt, Calcium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Molybdän, Natrium, Nickel, Osmium, Palladium, Platin, Quecksilber, Rhodium, Ruthenium, Silber, Tantal, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, Zink, Zinn und Zirconium um die wichtigsten zu nennen.

Ausschließen kann man :

-Blei, Cadmium, Nickel, Quecksilber, Beryllium, Cobalt und Vanadium, da sie giftig, und Uran weil es radioaktiv ist.

Zudem auch:

-Indium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Palladium und Platin, da diese extrem selten sind. Gold und Silber auch, jedoch nicht derartig selten.

Die Übrigen sind demnach:

-Aluminium, Bismut, Chrom, Eisen, Gallium, Gold, Kalium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Molybdän, Natrium, Osmium, Silber, Titan, Wolfram, Zink, Zinn, Kalium, Calcium und Zirkonium.

Aluminium(Al)

Bismut(Bi)

Chrom(Cr)

Eisen(Fe)

Gold
(Au)

Kalium(K)

Magnesium(Mg)

-Dritt häufigstes Metall

-Kommt selten elementar vor

-Guter Leiter

Leichtmetall

-Für Menschen leicht toxisch

-Leicht radioaktiv

-Tritt elementar auf

-Schlechter Leiter

-Besitzt den stärksten „Hall-Effekt“

-Kommt nur selten elementar vor

-Man nimmt an, dass Chrom3+ Ionen am Kohlenhydratstoffwechsel teilhaben

-Sehr häufiges Element

-Selten elementar

-Essentiell für den Menschen

-Moderater Leiter

-Sehr selten

-Kommt elementar vor, da sehr inert

-Sehr weich

-Sehr guter Leiter

-Wird kolloidal in der Medizin benutzt

-Kommt nur als Kation vor

-Elementar hat es keinen Nutzen

-Essentiell als Kation für den Menschen

-Kommt nicht elementar vor

-Ist sehr leicht

-Essentiell für den Menschen

Mangan(Mn)

Molybdän(Mo)

Natrium(Na)

Osmium(Os)

Silber(Ag)

Titan(Ti)

Wolfram(W)

-Recht häufiges Metall

-Kommt nicht elementar vor

-Essentiell für Menschen

-Wirkt jedoch auch Neurotoxisch

-Sehr hart

-Essentiell für Menschen

-Recht häufig

-Kommt nicht elementar vor

-weich und leicht

-Essentiell für Menschen

-Sehr seltenes Metall

-Kommt elementar vor

-Sehr teuer

-Sehr hohe Dichte

-Keinen industriellen Nutzen

-Selten, jedoch 20mal häufiger als Gold

-Bester Leiter aller Elemente

-Sehr weich

-Wirkt kolloidal Antibakteriell

-Bei Akkumulation giftig

-Sehr häufiges Metall

-Bildet eine sehr resistente Oxidschicht

-Höchster Schmelz und Siedepunkt aller Elemente

-chemisch Resistent

Zink(Zn)

Zinn(Sn)

Calcium(Ca)

Zirconium(Zr)

Gallium(Ga)

Kupfer(Cu)

[3]

– Recht häufig

– Durch Oxidschichten reaktionsträge

– Essentiell für Menschen

– Recht häufig

– Durch Oxidschichten reaktionsträge

– Selbst in hohen konzentrationen ungiftig

– Recht weich

– Sehr häufiges Element

-Essentiell für Menschen

– Recht häufig

– Relativ weich

-Reaktionsträge durch Oxidschichten

– In großen Konzentrationen nicht toxisch

– Etwas selten

– Kommt nicht elementar vor

– Sehr niedriger Schmelzpunkt

– Wirkt reizend auf Haut und Atemwege

– Recht häufiges Element

– Wirkt antibakteriell

– Zweitbester Leiter der Elemente

– Kommt elementar vor

Nun muss man daran denken, dass viele Metalle meist nicht als Metalle behalten bleiben, sondern durch Umwelteinflüsse oder ihre eigene Reaktivität als Verbindungen vorzufinden sind. Solche Verbindungen sind demnach keine Metalle mehr, und müssen ausgeschlossen werden. Auch Oxidschichten, dünne Schichten des Metalloxides, die das Metall umgeben, werden ausgeschlossen, da diese Oxidschicht ihre eigentlichen Eigenschaften und Reaktivität mindern. Übrig bleiben demnach : Eisen, Gold, Magnesium, Molybdän, Osmium, Silber, Wolfram, Kupfer und Chrom.

Zudem werden diese Metalle als Pulver und nicht als feste Blöcke oder Stäbe in der Kosmetik angewendet, weshalb einige dieser Metalle erneut ausfallen, da sie in Pulverform reaktiver sind. Somit bleiben : Gold, Molybdän, Osmium, Silber, Wolfram und Kupfer. Bereits genutzt sind Gold und Silber Nanopartikel, wobei Silber antibakteriell wirkt, und Gold gegen psychische Erkrankungen benutzt wird[4]. Molybdän, hat einige wichtige Aufgaben im Organismus, und ist somit essentiell, ein Mangel jedoch ist sehr selten, und kommt so gut wie nie vor, weshalb eine Zugabe über die Haut überflüssig wird[5]. Osmium ist ein Edelmetall, und neben seiner Seltenheit auch scher zu gewinnen. Es gibt so gut wie keine Anwendungsbereiche, mit Ausnahme für Luxusartikel, wie Füllfederhalter oder Plattenspielernadeln[6]. Wolfram ist sehr beständig gegenüber Umwelteinflüssen, und selbst starke Säuren und Basen vermögen es nicht es aufzulösen[7]. Aufgrund dessen wird Wolfram zum größtem Teil wieder ausgeschieden, und hat keine physiologische Wirkung[8]. Chrom steht in Diskussion, für die Kohlenhydratverwertung des Menschen eine Rolle zu spielen, dies konnte jedoch noch nicht beweisen werden[9]. Ein Metall das besonders im Blick der Kosmetikindustrie steht, ist das Kupfer. Es wirkt antibakteriell und entzündungshemmend, ebenfalls fördert es die Bindung von Kollagen und Elastin im Bindegewebe, was Falten mindert, und die Haut glatter und ebener macht. Zudem soll es gegen graue Haare helfen, indem es bei der Produktion von Farbpigmenten hilft, so z.B. beim Melanin[10].

Was ist nun die Schlussfolgerung ?

Es gibt viele Metalle, einige wurden erst gar nicht besprochen. Und sie haben viele verschiedene Eigenschaften. Manche sind essentiell, und Menschen könnten ohne sie nicht Leben, und andere sind ganz und gar giftig oder tödlich. Gold, Silber und Kupfer als Metalle, ob als Nanopartikel oder nicht, können dem Körper wirklich helfen.

Quellen:

Wikipedia[1][2][6][7][8][10]

Artikel zu den Anwendungsbereichen von kolloidalem Gold [4]

Artikel zu den Anwendungsbereichen von kolloidalem Silber [4]

Artikel zu einigen wichtigen Spurenelementen [3][5][9]

Bildquellen: Wikimedia Commons, Flickr. Die Bildrechte gehen and die Besitzer der Bilder.

Flavonoide – Was sind sie, und was machen sie in Kosmetik ?

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Was sind Flavonoide ?

Flavonoide sind sogenannte sekundäre Pflanzenstoffe, von welchen es ca. 8000 Stück gibt, die sich alle vom Flavan ableiten lassen. Sie sind in allen Pflanzen aufzufinden, und sorgen für ihre prächtigen Farben[1].

Was sind Flavonoide chemisch ?

Abb. 1 Das Flavan Molekül, mit markierten Ringen. (A)(B)-Aromatenringe, (C) Tetrahydropyran-Ring

Flavonoide unterteilen sich in neun Untergruppen :

  • Flavanole (z.B.EGCE – Tee)

  • Flavanonole (z.B. Taxifolin – Lärche)

  • Flavenole (Anthocyane) (z.B. Cyanidin – Rotkohl)

  • Chalkone (z.B. Xanthohumol – Echter Hopfen)

  • Flavonole (z.B. Kaempferol – Weintraube)

  • Aurone (k/a)

  • Flavanone (z.B. Hesperetin – Zitrone)

  • Flavone (z.B. Luteolin – Olivenöl)

  • Isoflavone (z.B. Genistein – Soja)

Diese unterscheiden sich in ihrer Struktur nur leicht, und sind alle auf das Flavan zurückzuführen, welches aus zwei aromatischen Ringen und einem Tetrahydropyran-Ring bestehen[2].

Was sind ihre Eigenschaften ?

Weder Tiere noch Menschen, und nur wenige Mikroorganismen können Flavonoide herstellen, weshalb sie den Pflanzen vorbehalten sind. In Pflanzen erfüllen Flavonoide verschiedenste Aufgaben. Sie dienen als Farbstoff, um Bestäuber anzulocken, als Bakterizid und Fungizid, zur Abwehr gegen Fressfeinde und Pilze, und schützen die Pflanze vor UV-Strahlung. So z.B. Binden sie sich an Glykoproteine im Speichel von Fressfeinden, und machen sich somit schwerer verdaubar, was die meisten Fressfeinde abschreckt. Durch ihre stark lipophilen Eigenschaften schützen sie vor Mikroorganismen, und durch teilweise stark methoxylierende Flavonoide schützen sie sich gegen Pilzbefall. Ebenfalls sind sie gute absorbierende Moleküle für UV-Strahlen, und können dadurch viele kurzwellige Wellenlängen an Licht absorbieren[3].

Was sind die Anwendungsbereiche von Flavonoiden ?

Flavonoide werden in der Pharmazie, in vitro und in vivo, auf Grund ihrer anti allergischen (Allergiehemmend), anti phlogistischen (Entzündungshemmend), antibakteriellen (Mikroorganismen abtötend), antioxidativen (Oxidation vorbeugend) und anti kanzerogenen (Krebsvorbeugend) Eigenschaften häufig eingesetzt. Als Monopräparat, oder als Arzneipflanzen z.B. Kamille, echter Hopfen, Ginkgo, Bitter orange, Ringelblume, Süßholz und Mädesüß[4].

Was machen Flavonoide in Kosmetika ?

In Kosmetika sind Flavonoide Begleitstoffe von Pflanzenextrakten. Hier dienen verschiedene Konzentrationen, der Untergruppen von Flavonoiden ganz unterschiedlichen Nutzen und Aufgaben. Von Anti-Aging über Sonnenschutz bis hin zum Konservierungsmittel, haben Flavonoide viele Nutzen[5].

Quellen:

Wikipedia[1][2]

Artikel zu Flavonoiden und ihren Eigenschaften[3][4][5]

 

Glykole in Kosmetika – Sind sie schädlich ?

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Was sind Glykole ?

Glykole sind sogenannte zweiwertige Alkohole, genauer noch unter der Bezeichnung 1,2-Diole. Sie zeichnen sich durch zwei Hydroxidgruppen aus, und haben unterschiedliche Nutzen und Verwendungen[1].

Abb. 1 Stabmodel des 1,2-Propandiol

Was sind Glykole chemisch ?

Die Diole haben alle recht tiefe Gefrierpunkte von -14 bis -55°C, sind meist etwas bis stark Viskos, bilden Explosive Dampf-Luft Gemische, riechen und schmecken süßlich und haben gute Löse- und Schmiereigenschaften. Sie zeichnen sich durch zwei -OH Gruppen aus, was sie zu zweiwertigen Alkoholen macht (Di – zwei | -ol Endung für Alkohole). Sie werden in der chemischen Industrie aufgrund ihrer zwei -OH Gruppen zu Polymeren verarbeitet. Die meisten Glykole sind giftig und haben neurotoxische (Nervengift) und nephrotoxische(Nierengift) Abbauprodukte, wie z.B. Glycolsäure und Oxalsäure[2].

Wofür werden Glykole benutzt ?

Glykole werden aufgrund ihrer tiefen Gefrierpunkte als Frostschutz-, Kühl-, und Enteisungsmittel verwendet. Sie finden ebenfalls Anwendung als Hydraulikflüssigkeiten, Lösemittel und Emulgatoren in der Chemie und als Waschrohstoffe. So z.B. auch Ethylenglykol und Propylenglykol, wobei Ethylenglykol, durch seine hohe Toxizität durch Propylenglykol zum größtem Teil ersetzt wurde[3].

Wieso sind Glykole in der Kosmetik ?

In der Kosmetik werden Glykole meist, auf Grund ihrer Viskosität und Polarität, als Emulgatoren, oder Trägerstoffe für Antioxidantien, Gerüche oder Wirkstoffe benutzt. Hierbei sind häufig Propylengrlykol und Polyproylenglykol in Nutzung, da sie diese Aufgaben meistern, und relativ untoxisch sind[4].

Was ist das Problem mit Glykolen in der Kosmetik ?

Abb. 2 Generelle Struktur des Polyethylenglykols (PEG) mit Anzahl n der Wiederholenden, eingeklammerten, Teile

Polypropylenglykol (PEG) macht die Haut durchlässiger, für Wirkstoffe und Schadstoffe. Es kann gleichermaßen helfen, und schaden, weshalb es unter Kritik steht. Da es jedoch nicht selbst toxisch ist, gilt es als akzeptabel für die meisten Hersteller und Behörden. PEG kann Allergien hervorrufen, indem es die Haut durchlässiger macht soll es Wirkstoffen helfen in den Organismus einzudringen, schleust jedoch auch Unerwünschte Stoffe in den Körper, und das für eine längere Zeit als das Kosmetik Produkt wirkt[5].

Gibt es Alternativen ?

Vorhandene Alternativen gibt es noch nicht, aufgrund des Propylenglykols, welches eine sehr geringe Toxizität, mit allen gefragten Eigenschaften besitzt. Es kann als Ersatz für Polyethylenglykol, welches die Haut durchlässiger macht. Ebenfalls kann es aus Mais gewonnen werden, ist 100% biologisch abbaubar, reizt und rötet nicht, und stört weder das Immunsystem noch die Hautbarriere[6].

Quellen:

Wikipedia[1][2][3]

Wissenschaftlicher Artikel zur Herstellung von Propylenglykol[6]

Artikel zu Propylenglykol in Kosmetika[4]

Artikel zu Polyethylenglykol[5]

Nanopartikel in Kosmetika – Sind sie gefährlich ?

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Was sind Nanopartikel ?

Nanopartikel sind Teilchen, welche im Bereich zwischen 1-100 Nanometer (nm), somit bei 1×10-9 also 0, 000 000 001 Meter liegen, dies ist ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Die Bezeichnung „Nano“ leitet sich vom griechischem „nanos“ ab und bedeutet soviel wie „Zwerg“ oder „zwergenhaft“[1].

Was sind Nanopartikel chemisch bzw. physikalisch ?

Nanopartikel können aus Unterschiedlichen Materialien bestehen, und können natürlich z.B. bei Vulkanausbrüchen in Form von Asche oder synthetisch im Labor hergestellt werden[2]. Sie gliedern sich in einige Gruppen :

  • Kohlenstoffhaltige z.B. Fulleren oder Kohlenstoffnanoröhrchen

  • Metalle z.B. kolloidales Silber(Ag) oder Gold(Au)

  • Metalloxide z.B. Titanweiß (TiO2) oder Zinkoxid (ZnO)

  • Halbleiter z.B. Cadmiumtellurid (CdTe) oder Silizium (Si)

  • Polymere z.B. Dendrimere[3]

Der große Unterschied zu den Eigenschaften ist ihre Masse-zu-Volumen Verteilung durch ihre geringe Größe. Sie erhalten gänzlich andere Eigenschaften, da andere Kräfte auf sie wirken, so z.B. Quantenchemische Prinzipien und der Fakt, dass Massenkräfte nicht mehr so stark, Oberflächenkräfte jedoch stärker wirken. Die große Oberfläche gibt ihnen eine höhere chemische Reaktivität, eine bessere elektrische Leitfähigkeit und eine größere Oberflächenladung, welche einen Ausgleich benötigt. Durch diesen benötigten Ausgleich ist die Haltbarkeit von Nanopartikel sehr kurz, da sie sich sehr rasch wieder in größeren Aufhäufungen zusammenfinden[4].

Wie werden Nanopartikel herstellt ?

Nanopartikel werden über komplizierte chemische oder physikalische Wege hergestellt. So z.B. über chemische Lösungen oder Malprozesse[5].

Was sind ihre Anwendungsbereiche ?

Neben den technischen Anwendungen findet es in der Medizin als Wirkstoff träger für gezielte Behandlung von z.B. Krebszellen Anwendung, und wird in der Kosmetik in Sonnenschutzmitteln, Zahnpasten und Antitranspirantien genutzt. Zudem werden sie in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel und Verklumpungsschutz eingesetzt[6].

Was machen Nanopartikel in Kosmetika ?

Nanopartikel ermöglichen ein breites Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten, durch ihre Vielzahl von Eigenschaften. So finden Titandioxid und Zinkoxid in Sonnenschutzmittel Anwendung, indem sie einen klaren Film über die Haut verteilen, welcher Sonnenstrahlung reflektiert. Nanopartikel Wirkstoffe ziehen schnell in die Haut ein, schneller als das größere Partikel könnten. Und kolloidales Silber wirkt antibakteriell, und schützt so vor unangenehmen Gerüchen. Nanopartikel bieten in vielen Hinsichten großartige Eigenschaften, um einige schlechtere Alternativen abzulösen, und Probleme zu beseitigen[7].

Warum Nanopartikel als Ersatz für Chemie in Kosmetika ?

In Kosmetika dienen Nanopartikel als Ersatz für Chemie. Sie werden am häufigsten in Sonnenschutzmitteln eingesetzt, in welchen Chemikalien wie Enzacamen ersetzt werden. Enzacarmen ist bewiesener Maßen am Wachstum von Krebszellen beteiligt, es gibt jedoch, abseits von Titan und Zink Nanopartikeln, keine Alternativen. Enzacamen absorbiert hierbei einen Teil der UV-Strahlung der Sonne, welche durch die sogenannte Stokes-Verschiebung, für und Menschen harmlos wird wenn sie wieder abgeben wird[8].

Sind Nanopartikel schädlich ?

Diese Frage konnte bis jetzt nicht eindeutig bewiesen oder widerlegt werden, es gibt einfach nicht genug Studien und Beweise dafür oder dagegen. Titandioxid z.B. ist chemisch fast vollkommen inert, wodurch es eigentlich, selbst wenn es in den Körper gelangt, keine Schäden anrichtet. Studien hierzu haben jedoch gezeigt, dass TiO2 auf eine Art und Weise giftig ist, welche bisher noch nicht erfassbar ist[9]. Da jedoch keine genauen Daten dafür oder dagegen sprechen, gelten Nanopartikel mäßig zu genießen, und ihren Sinn als Inhaltsstoff zu hinterfragen. So sind Titandioxid und Zinkoxid möglicherweise schädlich, jedoch ist ihre Eigenschaft vor Sonnenstrahlen und somit vor Hautkrebs zu schützen wertvoller als eine nicht erwiesene Toxizität[10].

Quellen:

Wikipedia[1][3]

Artikel zu möglichen Gesundheitsauswirkungen von Nanopartikeln[8]

Bericht zu den Nutzen von Nanomaterialien[2][4][7][6]

Artikel zur Herstellung von Nanomaterialien durch Nukleation[5]

Artikel zu den Auswirkungen von Nanopartikeln auf Wasserorganismen[9]

FDA Stellungsnahme zu Enzacamene[8]

Bildquellen: Wikimedia Commons, Flickr. Alle Bildrechte gehen an die Besitzer der Bilder.

Ectoin – Was ist es und was bewirkt es ?

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Was ist Ectoin ?

Ectoin ist eine Substanz, welche in vielen Bakterien, hierbei zu besonders großen Anteilen in den sogenannten halophilen (Salz liebenden) Spezies, vorkommt. Es schützt diese Bakterien vor Extrembedingungen, wie UV-Strahlung, hohen Salzkonzentrationen oder Temperaturschwankungen[1].

Abb. 1 Das Ectoin Zwitterion

Was ist Ectoin chemisch ?

Ectoin ist eine sogenannte zyklische Aminosäure d.h. Es ist eine zu einem Ring geformte Aminosäure. Gelöst kommt sie als Zwitterion vor, wobei die Carbonsäure negativ geladen und eines der Stickstoffe positiv geladen ist. Auf diese Eigenschaft sind die meisten der Wirkungen von Ectoin zurückzuführen. Es weist eine starke hydratasierende Wirkung auf, welche auf umliegende Moleküle übergeht, so u.a. auf Biopolymere wie Proteine und die DNA. Selbst geht es keine Bindungen ein, und tritt auch nicht in die Zelle selbst, wodurch es nicht in den Metabolismus eingreift[2].

Was sind Eigenschaften des Ectoin ?

Das Ectoin wirkt durch hydratation befeuchtend, und stabilisiert die Strukturen von Biopolymeren. Hergestellt wird es fermantativ (durch Gärung), mit Hilfe von Halomonas elongata Bakterien. Es wird in der Medizin bei Reizungen und Entzündungen von Haut und Schleimhäuten genutzt, um diese zu lindern. Ebenfalls findet es Anwendung in Kosmetika, um die Haut vor stressbedingten Schäden wie z.B. UV-Strahlung, Trockenheit oder Feinstaub zu schützen. Menschen mit einer Ectoin Überempfindlichkeit sollten Produkte mit Ectoin meiden, da ansonsten Nebeneffekte mit dem genauem Gegeneffekt der Wirkung auftreten, u.a. starkes Brennen auf der Haut. In der Biochemie wird Ectoin ebenfalls genutzt, um Proteine, Nukleinsäuren und andere Biopolymere zu erhalten[3].

Was bewirken Ectoinhaltige Kosmetika, und sind sie wirklich hilfreich ?

Kosmetika mit Ectoin können Falten mindern, und die Entstehung neuer vermeiden. Sie spendet der Haut Feuchtigkeit und schützt sie vor Umwelteinflüssen. Ebenfalls lindert Ectoin Hautreizungen und Entzündungen, ganz ohne in den Stoffwechsel einzugreifen. Jedoch sollten Menschen mit Ectoin Überempfindlichkeit Kosmetika mit Ectoin meiden. So empfiehlt sich vorab zu klären ob man eine solche Überempfindlichkeit aufweist, bevor man Ectoinhaltige Kosmetika verwendet. Weist man eine solche Überempfindlichkeit nicht auf, so hat Ectoin quasi keine Nachteile[4].

Quellen:

Wikipedia[1][4]

Wissenschaftlicher Artikel zu den zellschützenden Eigenschaften von Ectoin[2][3]

Antioxidantien – Wie helfen sie dem Organismus ?

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Was sind Antioxidantien ?

Antioxidantien sind Substanzen, welche den Körper vor reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) schützen, indem sie diese deaktivieren. Sie werden in Lebensmittel, Kosmetika, Medikamenten und Verbrauchsmaterialien eingesetzt, sind natürlich vorhanden, werden aber auch synthetisch hergestellt[1].

Was sind Antioxidantien chemisch ?

Abb. 1 Das Vitamin C (Ascorbinsäure) Molekül

Antioxidantien sind Moleküle, welche freie Radikale (z.B. O–) deaktivieren. Dies geschieht über eine von zwei Mechanismen. Dem des Radikalfängers oder dem des Reduktionsmittels. Radikalfänger sind Chemikalien, welche Radikale fangen können, zwar selbst zu einem Radikal werden, aber so reaktionsträge sind, dass sie selbst keinen Schaden im Organismus anrichten[2]. Solche Radikalfänger sind z.B. Vitamin E. Der zweite Mechanismus ist die des Reduktionsmittels. Solche Reduktionsmittel haben an sich ein sehr geringes Reduktionspotenzial(*1). Durch diese Eigenschaft werden sie wahrscheinlicher vom Radikal angegriffen als andere Moleküle des Organismus. Solche Reduktionsmittel sind unter anderem das Vitamin C und Glutathion. Zudem gibt es sogenannte Synergisten, welche Antioxidantien bei ihrer Wirkung unterstützen, indem sie sie z.B. durch Regeneration des Stoffes, oder durch das Binden von Spurenelementen. Solche Synergisten sind die Zitronen-, Wein-, und Phosphorsäure, sowie ihre Salze[3].

*1 – Das Reduktionspotential ist die Spannung die bei der Bewegung der Elektronen durch eine Redoxreaktion entsteht[4].

Was sind die Eigenschaften und Nutzen von Antioxidantien ?

Antioxidantien sind natürlich z.B. in Form von Vitamin A, C und E, sowie Polyphenolen (sogenannte Flavonoide) vorhanden, aber es sind auch synthetische Varianten bekannt, z.B. BHA (Butylhydroxyanisol)[4]. Sie werden in Lebensmittel und Kosmetika genutzt, um diese Produkte davon abzuhalten schlecht zu werden. In Medikamenten und Kunststoffen werden sie benutzt um vor gesundheitsschädlichen Neben-, bzw. Verfallsprodukten zu schützen. So schützen sie in Lebensmitteln und Kosmetika den Geruch oder Geschmack, in Medikamenten den Nachlass der Wirkung, und in Kunststoffen die Veränderung von physikalischen Eigenschaften[5]. Der Körper kann Antioxidantien nicht ausreichend herstellen und benötigt deshalb eine extra Aufnahme über die Nahrung, wobei auf dem ersten Platz der Kaffee, mit 1299mg/Tag steht. Der Tee auf Platz zwei erreicht immerhin 294 mg/Tag, das ist weniger als ein viertel[6]. Die benötigte Menge an Antioxidantien sollte jedoch nicht überschritten werden, da es im Körper einen geregelten Haushalt für freie Radikale gibt. Die ROS haben auch eine wichtige Rolle als Signalmoleküle und sind als solche essentiell für den Körper. Eine zu hohe Menge an Antioxidantien zieht schwere Folgen mit sich, von Leberschäden bis hin zu Krebserkrankungen und höher Sterbewahrscheinlichkeit, so ist eine Übermenge an Antioxidantien teilweise schädlicher als die Radikale gegen die sie schützen sollen[7].

Was bewirken Antioxidantien auf der Haut und was ist dran am „Anti-Aging“ ?

Bisher gibt es kaum Studien die einen positiven Effekt von Antioxidantien klar beweisen. Polyphenole haben einen erwiesenen Effekt auf die Haut, jedoch nicht in vitro (von außen)[8]. Die Hautalterung verlangsamenden Eigenschaften von Antioxidantien sind tatsächlich einfach zu erklären: „Die Vorstellung von Oxidation und Altern wird von Leuten am Leben gehalten, die damit Geld verdienen“. Es fehlen schlichtweg wissenschaftliche Beweise für den kosmetischen Nutzen/Anti-Aging Effekt, und lediglich die Begleitstoffe von Pflanzenmaterie in Kosmetika haben bewiesene Wirkungen[9].

Quellen:

Wikipedia[6]

Wissenschaftlicher Artikel zu den negativen Auswirkungen von Antioxidantien[7]

Wissenschaftlicher Artikel zu Flavonoiden und sonstigen Wirkstoffen in Pflanzen[8]

Wissenschaftlicher Artikel zu den Anti-Aging Mythen der Antioxidantien[9]

Wissenschaftlicher Artikel zu Antioxidantien[1][2][3][4][5]

Phytosterine und Cholesterin

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Was sind Phytosterine ?

Phytosterine oder Phytosterole sind Substanzen der Gruppe der Sterine. Sie Kommen ausschließlich als Ester und Glucoside in Pflanzen, und deren Fett reichsten Teilen vor. Strukturell ähneln sie dem Cholesterin, welches in allen Menschen und Tieren vorhanden ist[1].

Was sind die chemischen Eigenschaften von Phystosterolen ?

Phytosterole gehören der Gruppe der Sterine an, welche eine Untergruppe der Steroide ist. Sie sind alle sogenannte polycyclische (poly – mehrfach / cyclisch – ringförmig) Moleküle, wobei die Phytosterole Alkohole sind. Sie ähneln dem Cholesterin, sowie den Geschlechtshormonen Testosteron und Östrogen. Es kommt nur in Pflanzen vor (Phyto – pflanzlich), und dort in den Fett reichen Teilen, wie den Samen[2].

Was sind die Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Phytosterolen ?

Abb. 2 Das β-Sitosterin Molekül

Phytosterole werden benutzt um den Cholesterinspiegel im Blut zu senken, dabei regen sie zwar die Produktion von Cholesterin an und erhöhen somit die Gesamtmenge im Körper, binden diese aber, wodurch die Cholesterin Konzentration im Blut sinkt. Als negativen Effekt können Phytosterole die Aufnahme von fettlöslichen Vitaminen (z.B. A und E) hemmen, wodurch Schwangere, Stillende, Kinder bis 5 Jahren und Menschen mit Phytosterinämie Phytosterole meiden sollten. Phytosterole werden ebenfalls medizinisch dafür genutzt, Hautreizungen und Juckreiz zu mindern. Das häufigste Phytosterol welches wir über die Nahrung aufnehmen ist β-Sitosterin mit 65%. In der Kosmetik finden sie Anwendung als Emulgator[3].

Was ist Cholesterin und welche Aufgaben erfüllt es ?

Cholesterin ist ein wichtiger Bestandteil der Zellmembran, es erhöht dessen Festigkeit und trägt dazu bei Botenstoffe in die Zelle hinein und wieder aus der Zelle hinaus zu leiten. Ebenfalls wandelt der Körper das Cholesterin zu den Geschlechtshormonen Östrogen und Testosteron um. Der Körper stellt 90% seines Cholesterins selbst her. Erhöhte Cholesterinwerte können zu Herzinfarkten und Gallensteinen führen, weshalb eine ausgewogene Ernährung wichtig ist um den Cholesterinspiegel auf einem gesundem Niveau zu halten. Es wird seit geraumer Zeit untersucht, ob ein zu niedriger Cholesterinspiegel für eine höhere Gewaltbereitschaft, ein schlechteres Gedächtnis, größere Mengen Stress und auch die Häufigkeit von Albträumen verantwortlich ist[4].

Quellen:

Wikipedia[1]

Bericht zu den Irrtümern des Cholesterins[4]

Wissenschaftlicher Artikel des Institutes für Ernährungsphysiologie zu Phytosterolen[2][3]

 

Polysaccharide – Welchen Zweck erfüllen sie im Körper ?

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Was sind Polysaccharide ?

Polysaccharide sind lange Ketten, sogenannte Kohlenhydrate, welche aus kleineren Einfachzuckern, sogenannten Monomeren, bestehen. Sie spielen für Pflanzen und Tiere eine wichtige Rolle, und sind für Menschen teils nützlich aber auch teils überlebenswichtig[1].

Was sind Polysaccharide chemisch ?

Abb. 1 Die Molekülstruktur von Cellulose

Der Präfix „Poly“ sagt aus, dass das Molekül eine lange Kette, mit untereinander verbundenen Einzelteilen, den Monomeren (Mono bedeutet einfach bzw. eins). Es gibt unterschiedliche Einfachzucker, und alle können zu Polysacchariden verbunden werden. Für uns Menschen sind Glucose, Fructose und Galactose die wichtigsten Zucker. Polysaccharide können „hetero“ was unterschiedlich bedeutet, oder „homo“, was gleich bedeutet, sein. Diese Bezeichnung gibt aus ob die Kette aus gleichen oder unterschiedlichen Einzelteilen besteht. Cellulose z.B. ist ein Homo-Polysaccharid, und Hyaluronsäure z.B. ist ein Hetero-Polysaccharid. Polysaccharide sind essentielle Energieträger, und dienen dem Körper als Energiespeicher. Als sogenannte Glykokalyx sind sie wichtiger Bestandteil, der Außenfläche der Zellmembran. Hier verbinden sie die Membranproteine mit den Membranlipiden, wobei sie selbst in Richtung extrazellulären (äußeren) Membranseite gerichtet sind. Die Glykokalyx Schicht macht die Blutgruppe aus und ist ein wichtiger Teil der Blutgefäßwand, damit deren Flüssigkeiten nicht in das Gewebe „überfließen“. Ebenfalls sind sie verantwortlich für die Zell-Zell-Kommunikation und somit wichtig für das Immunsystem[2].

Abb. 2 Die Glykokalyx von Bakterien

Wo werden Polysaccharide eingesetzt ?

Polysaccharide finden, neben ihrem natürlichem Nutzen als Energiespeicher und Membranbestandteil, Anwendung in der Lebensmittelindustrie als z.B. Agar, einer pflanzlichen Alternative zu Gelatine für Kuchen und ähnlichen, und in der Kosmetik als Konsistenzgeber, oder Feuchthaltemittel. Ebenfalls werden sie als Waschmittel, Wirkstoffträger in der Medizin und Duftträger bzw. Duftneutralisatoren genutzt[3].

Was machen Polysaccharide in Kosmetik ?

Polysaccharide sorgen in Kosmetik meist für eine gelartige oder cremige Konsistenz, so z.B. Xanthan Gum, Gummi Arabicum oder Algin. Diese Bindemitteleigenschaften machen Polysaccharide für Naturkosmetik sehr nützlich, da sie so gut wie alle aus natürlichen Quellen entstehen, Haut schonend sind und gute Leistungen erzielen. Algin ähnelt in seinen Eigenschaften der Hyaluronsäure, da es ca. das 100-fache seiner eigenen Masse als Wasser halten kann, und somit als Feuchtigkeitsspender benutzt wird. In Deos werden Destrine, genauer noch Cyclodextrine benutzt um Duftstoffe einzuschließen und so Gerüche zu neutralisieren, Sie können aber auch für den Gegeneffekt benutzt werden, Duftstoffe zu speichern und diese über einen gewissen Zeitraum wieder abzugeben[4].

Quellen:

Wikipedia[1][3]

Wissenschaftlicher Artikel zu Polysacchariden[2]

Bericht über den Nutzen von Polysacchariden in Kosmetika[4]

Ceramide – Die natürliche Hautbarriere

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Was sind Ceramide ?

Ceramide sind eine Untergruppe der Sphingolipiden, und sie machen unsere Doppellipidschicht aus. Sie hat unterschiedliche Typen, wovon der Ceramid I Typ den Großteil der Hornschicht, der äußersten Hautschicht, ausmacht[1].

Was sind Ceramide chemisch ?

Abb. 1 Die Grundstruktur der Ceramide, mit Sphingosin Kopf, und einem Fettsäure Rest (R)

Ceramide bestehen aus vier Teilen, Sphingosin als „Kopf“, eine Fettsäure als „Base“, ein Amid als Verbindungsbrücke und einem Rest an Stelle einer Hydroxidgruppe am Sphingosin. Dieser Rest kann ein Wasserstoff sein – Ceramide, ein Saccharid – Glycosphingolipide, oder ein Phospocholin – Sphingomyeline. Das Ceramid I hat als Fettsäure die Linolsäure als Fettsäure gebunden, demnach hat ein fehlen dieser Fettsäure mit einer Unterproduktion von Ceramid I, und somit ein Ungleichgewicht in der Hornschicht, schwere folgen für die Gesundheit und das Hautbild. Zudem stärkt es die Haarstruktur, indem es die Schuppengeflechte der Haarstränge besser miteinander verbindet[2]. 

Diese Doppellipidschicht hält Fremdkörper davon ab in den Körper einzudringen, und schützt die Haut ebenfalls vor dem Austrocknen. Ceramide entstehen, indem zuerst Sphingosin mit Serin und einem Acyl-CoA, durch das Koenzym A hergestellt wird, es folgt die Amidveresterung mit einer Fettsäure zum Ceramid. Die drei bekanntesten Typen des Ceramids können durch den Einschlusswinkel (α) der beiden Ketten bestimmt werden so ist α = 0° Typ A, 0° < α < 180° Typ B und α = 180° Typ C. Die Sphigosinbase und der Hydroxylierungsgrad der Fettsäure entscheiden die weitere Bezeichnung[3]. Die Ceramide spielen ebenfalls eine Rolle bei der Wirkungsweise von Antidepressiva[4].

Abb. 2 Detailierte Abbildung der Hornschicht

Wieso sind sie in Kosmetika ?

Bildet der Körper nicht genug Ceramid in der Haut, so kommt es zum Austrocknen dieser, sowie Übersensibilisierung (Neurodermitis) oder Schuppenflechte (Psoriasis). In Kosmetika zugegebenes Ceramid I kann dieses Gleichgewicht der Haut ausgleichen, und diese so vor den Folgen fehlendem Ceramids bewahren[5].

Quellen:

Wikipedia[1][5]

Wissenschaftlicher Artikel zu Ceramiden in der Dermatologie[2][3]

Wissenschaftlicher Artikel zu Ceramiden in der Neurowissenschaft[4]

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Vitamine – Was sind sie und wie helfen sie dem Körper ?

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Was sind Vitamine ?

Vitamine sind Stoffe die unser Körper braucht, um zu funktionieren. Sie stellen jedoch keine eigene Stoffklasse, da sie meist sehr komplex, jedoch stark unterschiedlich sind, selbst die Herkunft ihres Namens ist irreführend, nämlich von vita – Leben und Amine, jedoch sind nicht alle Vitamine auch Amine[1]

Was sind ihre Eigenschaften und Aufgaben im Körper ?

Vitamine tragen zu so gut wie jedem Vorgang im Körper bei. Sie sind wichtig für die Verwertung von Kohlenhydraten, und somit essentiell für die Energieumwandlung, die Verwertung von Proteinen, zur Einbindung, Formung und Umformung, sowie der Verwertung von Mineralstoffen, wie Kupfer, Eisen, Zink, Natrium, Calcium etc. Es sind 13 essentielle Vitamine bekannt, 11 davon kann der Körper nicht selbst herstellen (Die zwei Ausnahmen hierzu stellen Vitamin D3 und B3 dar)[2]. Pflanzen müssen keine Vitamine über externe Wege zu sich nehmen, sie können alle benötigten selbst herstellen. Es gibt Vitamine, welche der Körper speichern kann, sie sind fettlöslich und können sich damit ins Gewebe einlagern bis sie gebraucht werden, dies sind Vitamin A, D, E, und K. Die anderen Vitamine sind wasserlöslich, und somit kann der Körper sie nicht speichern, diese sind Vitamin C und alle des B-Komplexes, mit Ausnahme von Vitamin B12. Die Vitamine helfen neben der Verwertung von Stoffen ebenfalls zur Zellerneuerung, u.A. in Haut als auch Haar , Nägel und Muskelgewebe. Sie sind ebenfalls als aktiver Nervenschutz und zur richtigen Funktion dieser im Einsatz. Ein Vitaminmangel kann demnach zu physischen Problemen wie Übersensibilität von Nerven, aber auch zu psychischen Problemen wie Stimmungsschwankungen führen. Zudem fungieren sie als sogenannte Radikalfänger[3].

Was sind ihre chemischen Eigenschaften ?

Abb. 1 Vitamin B12 (umgangssprachlich Cobalamin), ein beispiel für die mögliche Komplexität von Vitaminen

Die Vitamine gehören keiner genauen, einzelnen, Stoffklasse an, sie sind oftmals recht komplexe Moleküle und sind deshalb recht schwer zu kategorisieren. Der Begriff „Vitamine“ beschreibt lediglich essentielle Stoffe, welche der Körper für so ziemlich alles benötigt, was jedoch als Vitamin durchgeht ist oftmals nicht klar, was die fehlenden Buchstaben und Zahlen erklärt (z.B. B4, B8 oder F, G, H, I und J). Da sie sich chemisch stark Unterscheiden, erfüllen sie unterschiedliche, hochkomplexe, biochemische Aufgaben und durchlaufen einige Enzym und Protein Kreisläufe. Fakt ist, Vitaminmängel haben schwere Konsequenzen für den Körper, und kosmetisch gesehen für das äußere Auftreten, wie Hautbild und Haare. Einige Vitamine fangen sogenannte freie Radikale aus der Luft auf. Freie Radikale sind, meist durch atmosphärische Reaktionen oder Ionisierung durch UV-Strahlen entstandene, Atome oder Moleküle, welche andere, nicht radikale Atome und Moleküle, angreifen und ihnen Elektronen aufzwängen um ihre eigene, durch Ionisation entstandene, Ladung auszugleichen. Dieser Prozess wird auch

Abb. 2 Ozonmolekül

Oxidation gennant. In der Luft entsteht durch UV-Strahlen und Stickstoffmonoxid (NO) teilweise Ozon (O3), welches durch UV-Strahlen wiederum gespalten wird, wodurch Sauerstoff (O2) und ein Sauerstoffradikal entstehen (O–). Diese Radikale können unseren Organismus angreifen, und beschädigen. Sie sind beispielsweise der Grund wieso Eisen an der Luft rostet, demnach kann man sagen, dass wir durch Radikale aus der Luft rosten. So wie diese Radikale das Eisen oxidieren, oxidieren sie teilweise unseren Körper und damit u.A. die Haut. Radikalfänger wie z.B. Vitamin E oder C fangen hierbei Radikale ab, und werden anstelle unserer Zellen oxidiert. Dieser Prozess macht nun zwar die Vitamine zu Radikalen, jedoch sind diese stark reaktionsträge, und richten keinen weiteren Schaden an. Der Körper kann die Vitamine ebenfalls recyceln, und wiederverwerten[4].

Wie kommen Vitamine in die Kosmetik und was bewirken sie ?

Unterschiedliche Pflanzen enthalten bestimmte Vitamine in teilweise hohen Konzentrationen. Vitamine, welche in Naturkosmetik zu finden sind sind mit unter Vitamin A, E und C sowie Vitamin B2, B3, B7 und B9. Sie tragen zu einem gesundem Hautbild bei, da sie die Nerven schützen, und somit vor Hautreizungen bewahren, sie tragen zur Zellerneuerung, zur Herstellung wichtiger Proteine und Enzyme, mit unter Kollagen und Elastin, welche für die Elastizität und Stabilität der Haut zuständig sind, und dem Auffangen von freien Radikalen bei[5].

Quellen:

Wikipedia[4][5]

Wissenschaftlicher Artikel zu Vitaminen[1][2][3]