吸収（皮膚）

皮膚吸収は、物質が皮膚を通して体内に入る経路です。吸入、経口摂取、注射とともに、皮膚吸収は毒性物質の暴露経路であり、薬剤の投与経路でもあります。皮膚を通じた物質の吸収は、多くの要因に依存しますが、最も重要なのは、濃度、接触時間、薬剤の溶解性、皮膚や暴露された身体部分の物理的状態です。

皮膚（経皮、真皮）吸収とは、化学物質が皮膚の外表面から皮膚内および循環内に輸送されることです。皮膚吸収は、皮膚から体内に入る可能性のある物質への曝露の程度と、その物質が及ぼす可能性のある影響に関係しています。人間の皮膚は、意図的または意図せずに多くの物質と接触します。皮膚吸収は、職業上、環境上、または消費者による化学物質、化粧品、または医薬品への皮膚曝露によって発生します。一部の化学物質は、有害な全身的影響を引き起こすのに十分な量が吸収される可能性があります。皮膚疾患（皮膚炎）は、最も一般的な職業病の 1 つと考えられています。^[1]化学物質が皮膚炎またはその他のより全身的な影響を引き起こすリスクがあるかどうか、およびそのリスクをどのように軽減できるかを評価するには、化学物質がどの程度吸収されるかを知る必要があります。したがって、皮膚曝露は人間の健康リスク評価の重要な側面です。

吸入、摂取、注射とともに、経皮吸収は医薬品を含む生理活性物質の曝露経路である。^[2]皮膚を通じた物質の吸収は、いくつかの要因に依存します。

• 集中
• 分子の分子量^[3]
• 接触期間
• 物質の溶解度
• 皮膚の状態
• 皮膚の毛の量を含む露出した体の部分

一般的に、化学物質の皮膚からの吸収速度は、速いものから遅いものの順に、陰嚢＞額＞脇の下＞頭皮＞背中＝腹部＞手のひら＝足の裏の順になります。^[4]

化学物質が皮膚から吸収されるためには、表皮、汗腺、または毛包を通過する必要があります。汗腺と毛包は、皮膚の表面積全体の約0.1～1.0％を占めています。^[2]少量の化学物質は汗腺や毛包から急速に体内に入ることもありますが、主に表皮から吸収されます。化学物質は、真皮に入る前に表皮の7つの細胞層を通過し、そこから血流やリンパ液に入り、体の他の部位に循環します。毒素や毒性物質は、受動拡散によって層を移動できます。角質層は表皮の最外層であり、物質の吸収における律速障壁です。^[4]したがって、物質がこの厚い外層をどれだけ速く通過するかによって、全体的な吸収が決まります。角質層は主に親油性のコレステロール、コレステロールエステル、セラミドで構成されています。そのため、脂溶性化学物質はより速く層を通過して循環に入りますが、ほぼすべての分子は最小限の程度で浸透します。^{[5] [6]}揮発性有機化合物（VOC）、総トリハロメタン（TTHM）、フッ化物、消毒剤など、水道水や歯科製品に含まれる化学物質の吸収は、環境による健康被害の主な原因です。^{[7] [8] [9]}

強酸など角質層を傷つける薬剤は、そうでない化学物質よりも速く吸収されます。^[10]火傷、擦り傷、傷、皮膚疾患による皮膚の損傷も吸収を増加させます。したがって、皮膚に損傷のある人は、皮膚から吸収される薬剤の副作用の影響を受けやすい可能性があります。ジメチルスルホキシド(DMSO) などの特定の溶媒はキャリアとして機能し、皮膚を通して薬剤を輸送するために頻繁に使用されます。DMSO は角質層の浸透性を高めます。^{[11] [12]}ラウリル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤は、おそらく皮膚の水の浸透性を高めることによって、水溶性物質の皮膚浸透性を高めます。^[11]

薬剤や化学物質を経皮投与すると、経口摂取や注射とは異なり、治療を局所的に行うことができます。一部の薬剤は、経皮投与の方が効果的（または効率的）であるようです。経口摂取した薬剤の一部は肝臓で代謝され、不活性化される場合がありますが、経皮投与することでこの代謝段階を回避し、より多くの親化合物が末梢循環に入ることができます。薬剤が皮膚から十分に吸収される場合は、全身治療の手段として使用できます。経皮投与の剤形には、リニメント、ブレース、ローション、軟膏、クリーム、散布粉、エアロゾル、経皮パッチなどがあります。^[13]フェンタニル、ニコチン、その他の化合物を送達するために、現在、特別に設計されたパッチが使用されています。経口投与や注射に比べて皮膚への吸収が遅いため、パッチは1〜7日間薬剤を供給できます。^[14]例えば、ニトログリセリンを経皮投与すると狭心症に対して数時間の予防効果が得られる可能性があるが、舌下投与では効果の持続時間はわずか数分である可能性がある。^[15]

皮膚から吸収される化学物質の量は、直接的または間接的に測定できます。^[16]研究では、異なる化学物質の吸収に違いがある種があることが示されています。ラット、ウサギ、ブタでの測定値は、人間の吸収を反映する場合と反映しない場合があります。^[10]物質が皮膚に浸透する速度を見つけることは、暴露によるリスクを評価するために重要です。

皮膚への化学物質の移行は、共焦点ラマン分光法などの分子特異性を備えた非侵襲性光学技術を使用して直接測定できます。この技術は、共焦点ゲーティングを使用して測定領域を制限しながら、分子の固有のスペクトルを識別して背景の皮膚スペクトルと比較し、深度分解濃度測定を実現します。これにより、1回の測定シーケンスで、皮膚内の深度に対する化学物質濃度のスナップショットプロファイルを確立できます。複数の時点で測定を繰り返すことで、深度での動的な濃度プロファイルが決定されます。最新のラマン分光計は極めて高いSNRを示すため、数分または数時間のスケールで人間の皮膚での生体内吸収テストが可能です。

化学物質を直接皮膚に塗布し、塗布後、一定時間ごとに血液と尿を測定して、体内に入った化学物質の量を評価することもできます。特定の時間における血液または尿の濃度をグラフにすると、曲線の下の面積と、吸収および分布の程度と期間が表示され、全身吸収の尺度となります。これは、乾燥化学物質粉末または溶液中の化学物質を使用して動物または人間で行うことができます。^[17]これらの実験には、ラットがよく使用されます。化学物質を塗布する前に、皮膚の一部を剃ります。化学物質を塗布する部分は、試験物質の摂取や擦り落としを防ぐために覆われることがよくあります。血液と尿のサンプルは、塗布後特定の時間間隔（0.5、1、2、4、10、および24時間）で採取され、一部のプロトコルでは、選択した終了時間に動物を剖検する場合があります。組織サンプルを採取して、試験化学物質の存在を評価することもできます。^[18]いくつかの試験プロトコルでは、多くの動物が試験され、暴露後に一定の間隔で剖検が行われる場合があります。化学物質に暴露された労働者から一定の間隔で尿サンプルを採取するなどのバイオモニタリングは、ある程度の情報を提供する可能性がありますが、この方法では経皮暴露と吸入暴露を区別することは困難です。

角質層の透過性は、体から取り除かれた後も大部分は変化しません。^[18]動物から慎重に取り除かれた皮膚は、チャンバーに入れて片側に化学物質を塗布し、反対側の液体に入る化学物質の量を測定することで、局所浸透の程度を確認するために使用することもできます。^[14]この体外技術の1つの例は、単離灌流豚皮弁です。^[4]この方法は、1986年に初めて、生体内動物実験の人道的な代替法として説明されました。^[19]

静的拡散セル（フランツセル）やフロースルー拡散セル（ブロノーセル）などの技術も使用されています。^[4]フランツセル装置は、動物または人間の皮膚の膜で区切られた2つのチャンバーで構成されています。人間の皮膚が好まれますが、倫理的およびその他の考慮事項により、常に入手できるとは限りません。人間の皮膚は、多くの場合、剖検または整形手術から得られることがあります。^[20]試験製品は、上部のチャンバーから膜に適用されます。下部のチャンバーには液体が含まれており、一定の間隔でサンプルが採取され、分析により、設定された時点で膜を透過した活性細胞の量が決定されます。

ブロノーセルはフランツセルに似ていますが、膜層の下にフロースルーシステムを使用し、設定された時間点ではなく連続的に下の液体のサンプルを採取します。^[21]ブロノーセルは、一部のメーカーによってインラインセルに置き換えられました。

人道的理由により、薬剤を皮膚に塗布してその吸収を測定することが不可能な場合があります。神経ガスであるサリンは、無傷の皮膚から吸収され、低濃度でも致死的になります。したがって、サリン曝露のリスクを評価する必要がある場合は、皮膚吸収やその他の経路を考慮に入れる必要がありますが、倫理的にサリンを人間被験者でテストすることはできません。そのため、薬剤の皮膚曝露によるリスクをモデル化する方法を見つけました。

モデルは、暴露量や吸収量を予測し、公衆衛生上の危険を評価するために使用される場合があります。化学物質が健康問題を引き起こすリスクを評価するには、化学物質と暴露を評価する必要があります。暴露モデリングは、いくつかの要因と仮定に依存します。

1. 露出した皮膚の表面積。成人の表面積は約20,900平方センチメートル（3,240平方インチ）、6歳児の表面積は約9,000平方センチメートル（1,400平方インチ）です。これらの数値および他の身体部位の数値は、EPA（環境保護庁）の1996年暴露ハンドブック^[22]に記載されているか、他のデータベースを使用して推定されています。^[23]
2. 露出の継続時間（時間、分など）。
3. 化学物質の濃度。
4. 化学物質の浸透係数（化学物質が皮膚を通過する容易さ）。これはオクタノール-水分配係数（水溶液から粉末状の角質層への吸収の測定値）を使用して推定することができます。^[24]
5. 人物の体重。成人の標準体重は71.8kg、6歳児は22kg、出産可能年齢の女性は60kgが一般的に用いられている。^[22]
6. 曝露の性質。例えば、クリームを全身に塗ったり、小さな領域だけに塗ったり、または希釈溶液に浸したりすることなど。

人がさらされる化学物質の量を計算するには、さらされる皮膚の表面積と、皮膚に接触する物質内の化学物質の濃度を掛け合わせます。次に、接触時間、透過係数、および必要な単位変換係数を掛け合わせ、人の体重で割ります。

1 回の被曝による線量を推定する簡単な数式は次のとおりです。

化学物質の濃度 × 曝露された表面積 × 透過係数 / 体重。

このモデルは、EPAの住宅曝露評価のための標準操作手順に記載されています。^[25]これらのモデルは、農薬曝露を推定するためのガイドラインを確立しており、曝露量を考慮するとリスクが大きすぎると判断された場合にリスクを判断し、適切な措置を講じることができます。

これは乾燥化学物質と同様にモデル化できますが、皮膚が接触する溶液の量を考慮する必要があります。溶液中の化学物質への曝露については 3 つのシナリオが提案され、モデル化されています。

a. 人は一定期間、部分的に溶液に曝露される可能性があります。たとえば、一定期間、汚染された洪水の水の中に立っていたり、一定期間、手や前腕が溶液に浸かる状況で作業していたり​​する場合などです。このタイプのシナリオは、曝露された皮膚の領域と曝露期間、および溶液内の化学物質の濃度によって異なります。足の裏はより硬く、下肢よりも化学物質の透過が少ないため、体のさまざまな領域に応じて吸収係数を調整する必要があるかもしれません。化学物質の吸収速度は、速いものから遅いものの順に、次の一般的な図式に従います。陰嚢 > 額 > 脇の下 ≥ 頭皮 > 背中 = 腹部 > 手のひら = 足の表面下。^[4]部分的な脚または腕の曝露による希薄溶液の経皮吸収は、Scharf によってモデル化されています。^[17] EPA は、汚染された水からの化学物質の経皮吸収量を計算するためのガイダンスも提供しています。^[26]

数式:

経皮吸収線量率 = 水中の濃度 × 曝露された表面積 × 曝露時間 × 透過係数 ×変換係数。

b. 2番目のシナリオは、プールや湖で泳ぐなど、全身が浸かることです。プールでの曝露は部分的に経皮的なもので、SWIMODELが提案されています。^[27]このモデルは、皮膚への曝露だけでなく、全身が浸かることで起こる可能性のある眼、経口摂取、吸入、粘膜への曝露も考慮に入れています。主に皮膚吸収を扱う2番目のモデルは、スイミングプールへの空中散布による農薬の過剰噴霧のリスクを評価するためにScharfによって作成されました。^[17]これらのモデルでは、数学的入力に特定の部分の表面積ではなく、全身の表面積を使用します。

c. 3番目のシナリオは、飛沫または液滴による曝露です。このモデルでは、皮膚に接触した化学物質を含んだ水のすべてが、吸収されるのに十分な時間皮膚に留まるわけではないことを考慮しています。皮膚に接触している溶液中の化学物質の一部のみが吸収されます。これは、Gujral 2011が提唱した水付着係数を使用してモデル化できます。^[28]

これはマイナーな要因であり、ガス状またはエアロゾル状の毒物への曝露経路としての化学物質のリスク評価のほとんどで無視されてきました。この分野ではさらなる研究が必要です。^[29]

皮膚への曝露と吸収がリスクを示していると判断された場合、吸収を減らすためのさまざまな方法を実施できます。

• 化学物質のラベルは、手袋や保護服の使用を要求するように変更することができます。
• 化学物質が皮膚に付着した場合は直ちに洗浄するよう警告することができます。
• プールや湖を遊泳禁止にします。
• 化学物質への曝露時間を制限します。つまり、労働者は 1 日に一定の時間だけ特定の化学物質を扱って作業することができます。

• 吸収（化学）
• 吸収（薬物動態）
• 皮膚パッチ
• 表皮（皮膚）
• 暴露評価
• 毒素への曝露
• 外用薬

• 皮膚への曝露と影響、疾病管理予防センター
• EDETOX データベース
• WHO、環境保健基準235、経皮吸収
• EPA 2012 住宅曝露評価のための標準操作手順 (SOP)
• フランツセルの説明
• [1]