Der pH-Wert der Hautoberfläche - bei CB

KP0801_08_PH_Wert
11.02.2008
13:02 Uhr
Seite 8
Kosmetologie
Der pH-Wert der Hautoberfläche
Sauer
oder
Ein Maß für den Säurecharakter ist ganz allgemein der pH-Wert. In der Hautphysiologie ist er eine sehr wichtige Größe, die den Aufbau und die Funktionalität vor allem der Hornschicht wesentlich mitbestimmt. Damit hat der pH-Wert
auch bei Kosmetika eine wichtige Funktion. Was ist der pH-Wert, wie misst
man ihn, wie wird er beeinflusst und welche Bedeutung hat er für die Haut
und für Kosmetika?
D
ie Haut hat einen sog. Säureschutzmantel, d.h., man kann
an der Hautoberfläche einen
sauren pH-Wert messen – das ist nicht
zuletzt aus verschiedensten Werbeaussagen von Kosmetikfirmen allgemein
bekannt. Doch wie Untersuchungsergebnisse der letzten Jahrzehnte zeigen,
verbergen sich hinter dem einfachen
und anschaulichen Begriff Säureschutzmantel komplizierte Mechanismen, die bis heute nicht vollständig
verstanden sind. Ziel dieser Übersicht
ist, die aktuellen Konzepte zur Bildung
und Aufrechterhaltung dieses Säureschutzmantels sowie seine Bedeutung
für die Kosmetik darzustellen.
pH-Wert der Hautoberfläche
Definition – Der pH-Wert gibt an,
wie stark sauer oder basisch (alkalisch)
eine wässrige Lösung ist (Definition
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KOSMETISCHE Praxis 1/2008
und Erläuterung siehe Kasten S. 10). Da
der Hydrolipidfilm auf der Haut Wasser
enthält, kann man auch ihm einen pHWert zuordnen, und eine unmittelbare
pH-Wert-Messung auf der Hautoberfläche ist damit möglich. Der Haut-pHWert wird heute meist mit Hilfe einer
speziellen Glaselektrode gemessen
(siehe Kasten S.9).
Zahlenwert – Der pH-Wert der
Hautoberfläche liegt, wie der Begriff
„Säureschutzmantel der Haut“ ausdrückt, im sauren Bereich, die genauen
Angaben schwanken in der Literatur.
Im Allgemeinen werden aber Werte
zwischen 4,0 bis 6,0 und im Mittel
zwischen 4,8 und 5,5 angeben. Diese
saure pH-Reaktion ist nicht nur an der
Hautoberfläche zu messen, sondern
kann im Prinzip in allen Schichten des
Stratum corneum gefunden werden.
Die Werte steigen allerdings nach innen
zur Körnerzellschicht hin an. An der
Grenze zur Körnerzellschicht erreicht
der pH-Wert dann bereits 7,0.
Variabilität – Im Gegensatz zu anderen hautphysiologischen Charakteristika hat der pH-Wert eine insgesamt
geringere Variabilität. Lokalisationsunterschiede sind zum einen auf die
Achselhöhlen, die Haut unter der Brust
bei Frauen und die Leistenregion beschränkt, wo überall höhere pH-Werte
gefunden werden. Zum anderen liegen
die Werte in talgdrüsenreichen seborrhoischen Arealen niedriger. Auch
scheint es bei Erwachsenen keine konstanten altersabhängigen Veränderungen des pH-Wertes zu geben, ein signifikanter Anstieg in höherem Alter wird
diskutiert – allerdings lassen die verfügbaren Studien keine abschließenden
Aussagen zu. Gleiches gilt auch für Unterschiede zwischen Männern und Frauen oder für tageszeitliche Schwankungen des Hautoberflächen-pH-Wertes.
Physiologische Funktion – Der saure pH-Wert leistet einen wichtigen Beitrag zur Aufrechterhaltung von Aufbau
und Funktion der Hautbarriere. So ist
z. B. die Aktivität von Enzymen, die an
der Abschilferung von Hornzellen beteiligt sind, pH-abhängig. Ähnliches
Fotos: Pixelio.de (S. 8), Courage + Khazaka electronic GmbH (S. 10)
basisch?
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scheint für Enzyme zu gelten, die für die Struktur des Interzellularraumes wichtig sind. Außerdem hat der saure pH-Wert
eine antimikrobielle Wirkung, d. h., er hält schädliche Bakterien
ab und begünstigt gleichzeitig die Kolonisation der Hautoberfläche mit nicht krankheitsrelevanten Bakterien.
Die Regulation des pH-Wertes
Auch wenn es relativ einfach ist, festzustellen, dass der pHWert der Hautoberfläche sauer ist, so hat es sich als umso
schwieriger herausgestellt, diejenigen Mechanismen zu identifizieren, die den sauren pH-Wert gewährleisten. Entsprechend
werden verschiedene Mechanismen diskutiert, die dazu beitragen könnten. Im Folgenden nun die wichtigsten Konzepte:
Milchsäure (INCI: Lactic acid) – Sie könnte den pH-Wert der
Hautoberfläche wesentlich beeinflussen. Milchsäure ist eine
Hydroxycarbonsäure (eine organische Säure mit einer zusätzlichen OH-Gruppe). Eine wichtige Quelle ist der Schweiß. Die
neutrale Molekülform, d. h. die nicht-dissoziierte (nicht in Ionen
aufgespaltene) Form, wird als Milchsäure bezeichnet. In dissoziiertem Zustand, d. h., wenn das Milchsäuremolekül ein positiv geladenes Wasserstoffion abgegeben hat, bezeichnet man
den negativ geladenen sog. Säurerest als Laktat. In welchem Verhältnis beide Formen vorliegen, hängt stark vom pH-Wert der
Umgebung ab. Entsprechend können die beiden Formen des
Moleküls auch zur Konstanz der pH-Wertes beitragen: Z.B. kann
die nicht-dissoziierte Milchsäure bei einem Verlust von Wasserstoffionen Wasserstoffionen abgeben und somit den pH-Wert
konstant halten. Laktat kann umgekehrt Wasserstoffionen aufnehmen. Man spricht vom Laktat-Milchsäure-System, das eine
Pufferfunktion ausübt, was bedeutet, dass das System je nach
Erfordernissen Wasserstoffionen abgibt oder aufnimmt.
Aminosäuren – Auch Aminonsäuren werden als wesentlicher
Einflussfaktor auf den pH-Wert der Hautoberfläche diskutiert. Sie
werden einerseits in der Haut gebildet und können andererseits
über den Schweiß auf die Hautoberfläche gelangen. Auch die
Haaranlage wird als Quelle für Aminosäuren angesehen. Das gemeinsame chemische Charakteristikum von Aminosäuren ist,
MESSUNG DES PH-WERTS
Den pH-Wert kann man mit Säure-Base-Indikatoren (Substanzen,
die je nach pH-Wert bestimmte Farben annehmen) – z.B. mit Universalindikatorpapier – bestimmen oder mit einem pH-Messgerät,
dem pH-Meter, messen.
Der Messfühler dieser pH-Meter ist meist eine sog. Glaselektrode, die sich in ihrem Aufbau grundsätzlich nicht von einer Laborelektrode unterscheidet. Das ist eine Einstabmesskette, die aus
zwei Einzelzellen besteht, die über einen elektrischen Leiter verbunden sind. Die innere Elektrode ist eine Referenzelektrode und
enthält eine Lösung mit bekanntem pH-Wert. Die äußere Elektrode
ist die Messelektrode, die mit einer speziellen Glasmembran ausgestattet ist. Diese Glasmembran hat eine solche Struktur, dass
Wasserstoffionen über Natriumionen im Glas ein elektrisches Potential erzeugen können, das unter Einbeziehung der Referenzelektrode zur Errechnung des pH-Werts verwendet wird.
Die Elektrode zur Messung an der Hautoberfläche hat eine flache
Glasmembran, die Laborelektrode eine runde. Die pH-Meter finden in der Kosmetik breiten Einsatz nicht nur bei der Hauttyp-Bestimmung, sondern auch bei der Evaluation von Kosmetika.
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Kosmetologie
Der pH-Wert von Kosmetika
PH-WERT – DEFINITION
Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke der
sauren bzw. basischen (alkalischen)
Wirkung einer wässrigen Lösung. „pH“
ist die Abkürzung für den lateinischen Begriff „potentia hydrogenii“ (potentia =
Kraft, hydrogenium = Wasserstoff) und
bedeutet „Stärke des Wasserstoffs“.
zentration (und natürlich auch die OH–Konzentration) sehr klein ist, hat man zur
Vereinfachung den logarithmischen Wert
der H+-Konzentration, den pH-Wert, als
Maß für den Säurewert eingeführt:
Der pH-Wert ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration:
pH = -log [H+]
Die Skala reicht von 0 bis 14. Sind die
Konzentrationen von H+-Ionen und OH–
-Ionen gleich, beträgt der pH-Wert 7 und
die Lösung ist neutral. Überwiegen die
H+-Ionen, ist der pH-Wert kleiner als 7
und die Lösung ist sauer. Überwiegen
die OH–-Ionen, ist der pH-Wert größer
als 7 und die Lösung ist alkalisch/
basisch.
Neben Geräten zur pH-Wert-Messung
stehen u.a. Systeme zur Bestimmung der
Hautfeuchtigkeit und des Talggehaltes
zur Verfügung
Beispiele
Zitronensaft ...........................
Kaffe ......................................
Hautoberfläche .....................
Milch ......................................
Wasser ...................................
Meerwasser ...........................
Seife .......................................
Natronlauge 3 % ....................
In wässrigen Lösungen kommen Wasserstoffionen (H+; exakter: Hydroniumionen,
H3O+) in gesetzmäßigem Verhältnis zu
Hydroxidionen (OH–) vor. Da die H+-Kon-
dass sie eine Wasserstoffionen-annehmende Aminogruppe und eine Wasserstoffionen-abgebende Carboxylgruppe
(Säuregruppe) tragen. Somit können
auch sie in Abhängigkeit von der Umgebung Wasserstoffionen aufnehmen oder
abgeben und zur Konstanz des pH-Wertes beitragen. Manche Aminosäuren tragen außerdem entweder noch eine weitere basische oder eine weitere saure
Gruppe. Welche Aminosäuren in besonderem Maße zur Einstellung und Regulation des pH-Wertes beitragen, ist nicht
bekannt. Man geht aber davon aus,
dass vor allem die Aminosäuren Serin,
Threonin, Citrullin, Asparginsäure,
Glycin, Alanin und Glautaminsäure von
Bedeutung sind.
Proteine – Auch eine Beteiligung
der Keratine, den wesentlichen Hornschichtproteinen, wird diskutiert, da
Proteine aus Aminosäuren aufgebaut
sind, deren Seitenketten wiederum
zum Teil Wasserstoffionen aufnehmen
oder abgeben können.
Fettsäuren – Sie finden sich im Bereich der Zwischenzellschicht des Stratum corneum entweder in freier Form
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pH-Wert
2,8
5,0
5,5
6,5
7,0
7,5–8,4
9,0–10,0
14,0
oder in gebundener Form, und zwar in
Form von Ceramiden (Sphingolipiden).
Möglicherweise kann die Abspaltung
von Fettsäuren aus Ceramiden, wonach
dann freie Fettsäuren vorliegen, zur
Senkung des pH-Wertes beitragen. Eine
weitere mögliche Quelle für Fettsäuren
ist der Talg.
Aktiver Ionen-Transportmechanismus – Auch ein aktiver Transportmechanismus zur Aufrechterhaltung des
pH-Wertes des Zellzwischenraumes
wird diskutiert. So könnte ein aktiver
Pumpmechanismus Wasserstoffionen
aus dem Zellinnern in den Extrazellularraum und im Gegenzug Natriumionen in die Zelle pumpen und somit den
Extrazellularraum ansäuern.
Kohlendioxid (CO2) – Kohlendioxid
kann sich in Wasser lösen und zu Hydrogencarbonat (HCO3-) und Wasserstoffionen (H+) umgewandelt werden.
Da Kohlendioxid jedoch ein Stoffwechselprodukt ist, das relativ frei durch die
Haut diffundieren (eindringen) kann,
wird ein Beitrag des Kohlendioxids
zum sauren pH-Wert der Hornschicht
diskutiert.
Hautneutral – Der pH-Wert eines
kosmetischen Produktes kann den pHWert der Hautoberfläche wesentlich
beeinflussen. Die pH-Werte von Hautpflegemitteln und Reinigungsprodukten auf Syndet-Basis werden in der
Regel dem physiologischen pH-Wert
angepasst, d. h. das Ziel ist, den pHWert des Produktes so einzustellen,
dass der saure pH-Wert der Hautoberfläche nicht tangiert wird. Im Allgemeinen gilt pH 5,5 als hautneutral. Bekanntermaßen wird dies von einigen
Marken auch in Werbeaussagen verwandt. Die wohl wichtigste Substanz
zur Einstellung des pH-Wertes in Kosmetika ist die Zitronensäure (INCI:
Citric acid), eine sog. Tricarbonsäure,
d. h. eine organische Säure mit drei
Säuregruppen (Carboxylgruppen). Wie
die Milchsäure besitzt sie außerdem eine zusätzliche OH-Gruppe. Als alkalische Komponente wird in Kosmetika
meist Natronlauge (NaOH) verwendet.
Abweichungen – Aber nicht alle
Produkte ermöglichen einen pH-Wert
von 5,5. So ist etwa bei der Anwendung
von Kernseife mit einem Anstieg des
pH-Wertes der Hautoberfläche zu rechnen, ein Hauptnachteil der Seifen, zumindest bei empfindlicher Haut. Neben den Seifen, bei denen die alkalische Wirkung in Kauf genommen
wird, gibt es zahlreiche kosmetische
Anwendungen, bei denen bewusst eine
Abweichung des pH-Wertes vom physiologischen Wert angestrebt wird, um
so bestimmte Effekte zu erzielen.
Sauer – So führen Fruchtsäure-Peelings infolge der sauren Eigenschaften
der Fruchtsäuren zu einem ph-Wert-Abfall, der viele Stunden bestehen kann.
Auch Antitranspirantien, die Aluminiumsalze enthalten, können den pHWert der Hautoberfläche senken.
Alkalisch – Produkte, bei denen ein
alkalischer pH-Wert angestrebt wird,
gehören vorwiegend zur Haarkosmetik. So gibt es mit Natronlauge alkalisierte Produkte zur kosmetischen Haarentfernung, die ein Aufweichen der
Haare bewirken sollen. Eine anderes
Beispiel sind alkalische Haarwellmittel.
Dr. Tilmann Reuther, Fachrichtung Kosmetikwissenschaften, Department Chemie, Universität
Hamburg