Effect of mixed surfactants on stratum corneum: a drying stress and Raman spectroscopy study

• Published in: International journal of cosmetic science Vol. 36; no. 4; pp. 379 - 385
• Main Authors: Purohit, P., Chandar, P., Vilinska, A., Ananthapadmanabhan, K. P., Somasundaran, P.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: England Blackwell Publishing Ltd 01.08.2014; Wiley Subscription Services, Inc
• Subjects: Animals; Betaine - analogs & derivatives; Betaine - pharmacology; Lipids; Lipids - analysis; moisturisation; polymers/surfactants; Skin - drug effects; skin physiology/structure; Sodium Dodecyl Sulfate - pharmacology; Spectrum analysis; Spectrum Analysis, Raman; Surface-Active Agents - pharmacology; Surfactants; Swine; Tensile Strength; skin physiology/structure; polymers/surfactants; moisturisation
• ISSN: 0142-5463; 1468-2494
• DOI: 10.1111/ics.12139

Synopsis Objective Stratum corneum (SC) lipids are known to play an important role in barrier properties of skin by maintaining the optimal hydration levels. The disruption of SC lipids by cleanser surfactants is believed to lead to dry skin damage which can be a precursor to other skin disorders. The purpose of this study is to investigate the effects of commonly used anionic and zwitterionic surfactants sodium lauryl ether sulphate (SLES) and cocoamidopropyl betaine (CAPB) on the generation of drying stresses in SC and the role played by lipids. Methods Stratum corneum separated from pig skin was treated with various surfactants (SDS, SLES and CAPB) their mixtures and solvents. The tensile response to these treatments was measured by using a dynamic mechanical thermal analyzer. A Raman spectroscopy study of the treated samples was performed to investigate the effects of lipid modification (lipid chain conformational order and lipid removal) on stress generation in SC. Results The effects of commonly used anionic and zwitterionic surfactants on the generation of drying stresses in SC were studied. Although known to be milder in comparison with SDS, both SLES and CAPB generated high drying stresses individually. In mixtures, SLES–CAPB at 4 : 1 ratio leads to lower drying stress as compared to water alone. A Raman spectroscopic study of surfactant‐treated SC shows changes in lipid chain conformational order as well as a decrease in lipid–protein ratio in SC. A chloroform–methanol 2 : 1 treatment leads to the highest drying stress as well delipidization of SC. Conclusion The results show a correlation between generation of drying stress in SC and extent of lipid modification. We propose that the changes in lipid conformational order and removal of lipid components affect the stress relaxation properties of SC leading to high drying stresses. Résumé Objectif Les lipides du Stratum corneum sont connus pour jouer un rôle important dans les propriétés de la barrière de la peau en maintenant les niveaux optimal d'hydratation. La perturbation des lipides de la couche cornée par des tensioactifs nettoyants est censée conduire à des dommages de la peau sèche qui peut être un précurseur à d'autres troubles de la peau. Le but de cette étude est d'étudier les effets des tensioactifs anioniques et amphotères couramment utilisés, à savoir le lauryl‐éther sulfate de sodium (SLES) et le cocoamidopropylbétaïne (ACCP) sur la génération de stress de séchage dans la couche cornée et le rôle joué par les lipides. Méthodes Le stratum corneum séparé de la peau de porc a été traité avec divers agents tensioactifs (SDS, SLES et CAPB) leurs mélanges et les solvants. L'influence des ces traitements sur la force d'étirement a été mesurée en utilisant un analyseur thermique mécanique dynamique. Une étude par spectroscopie Raman des échantillons traités a été réalisée pour étudier les effets de la modification des lipides (conformation des chaînes lipidiques et élimination des lipides) sur la production de stress dans la couche cornée. Résultats Les effets d'agents tensioactifs anioniques et amphotères couramment utilisés sur la génération des contraintes de séchage dans la couche cornée ont été étudiés. Bien que connus pour être plus doux en comparaison avec SDS, à la fois SLES et ACCP ont produit de stress de séchage élevés, individuellement. Dans les mélanges, le rapport SLES – ACCP à 4 : 1 conduit au stress de séchage inférieur à celui de l'eau seule. Une étude par spectroscopie Raman du stratum corneum traitée au tensioactif présente une évolution de la conformation des chaînes lipidiques ainsi qu'une diminution des taux de lipides dans les protéines de la couche cornée. Un traitement au chloroforme‐méthanol 2 : 1 conduit à une contrainte très élevée de séchage ainsi à la délipidation de SC. Conclusion Les résultats montrent une corrélation entre la production de la contrainte de séchage dans la couche cornée et l'étendue de modification des lipides. Nous proposons que les modifications de conformation dans l'ordre des lipides et l'enlèvement des composants lipidiques affectent les propriétés de relaxation de contrainte de la couche cornée conduisant à des contraintes élevées de séchage.