A. Zesch

Penetration, permeation, and absorption of triamcinolone acetonide in Normal and Psoriatic Skin

SummaryPenetration studies of radiolabelled Triamcinolone acetonide from ointment or cream preparations revealed that in cases of normal as well as psoriatic skin 70–90% of the applied substance remains on the surface. Normal horny layer stores up to 30% of the steroid. Nevertheless, a rapid penetration into the living layers of the skin is observed, whereby the epidermal concentrations reach levels between 5 ⋅ 10−6 and 3 ⋅ 10−5 M (mol per liter of tissue). The excretion in the urine took more than 72 h after removal of the excess of substance from the skin. In psoriatic skin, the epidermal and dermal concentrations were 3–10 times higher than in normal skin. This increase lies in the same range as the one resulting from removal of the horny layer by stripping prior to the application, as reported earlier.ZusammenfassungPenetrationsuntersuchungen mit radiomarkiertem Triamcinolon-acetonid in Salbe und Creme zeigen, daß sowohl bei unveränderter als auch bei psoriatischer Haut 70–90% des applizierten Medikaments auf der Hautoberfläche bleibt. Normale Hornschicht kann bis zu 30% des Steroids als Reservoir aufnehmen. Trotzdem wird eine schnelle Penetration in die lebenden Lagen der Haut beobachtet. In der Epidermis werden 5 ⋅ 10−6 bis 3 ⋅ 10−5 molare Konzentrationen (bezogen auf 1 1 Gewebe) erreicht. Die Urinausscheidung dauerte mehr als 72 h nach Entfernung des Substanzüberschusses von der Hautoberfläche. In psoriatischer Haut werden 3–10mal höhere Konzentrationen gefunden als in normaler Haut. Diese Penetrationserhöhung liegt in derselben Größenordnung, wie sie von uns durch artefizielles Entfernen der Hornschicht mittels Hornschichtabriß beschrieben wurde.

Penetration, permeation, and resorption of 8-methoxypsoralen

SummaryThe penetration, permeation, and resorption of radioactively labelled 8-Methoxypsoralen was investigated in human skin. Simultaneously, the effects of time and ointment carrier on the penetration kinetics were ascertained. The carriers tested were: vaseline, aqueous wool-wax alcohol ointment, aqueous hydrophilic ointment and polyethylene glycol ointment. The absolute concentrations of 8-Methoxypsoralen were estimated in the horny layer, epidermis and dermis. With the most advantageous carrier, aqueous wool-wax alcohol ointment, 4–6 × 10−5 M and 10−5 M were attained in the epidermis and dermis, respectively. Moreover, it was shown that the substance penetrates rapidly (10 min) into the epidermis and dermis and the high concentrations reached remained constant over a period of 16 h.Only with a formulation of aqueous wool-wax alcohols is any accumulation at all achieved in the deeper areas of the horny layer. A uniform decrease in drug concentration with increasing depth of the horny layer is found with the other 3 vehicles, whereby slight variations in concentrations pertain from carrier to carrier. 4 h after local application, 8-Methoxypsoralen can be detected in the urine. Regardless of the ointment base employed, 8-Methoxypsoralen is no longer detectable in the urine 40 h after application.In comparison to the oral therapy, the same magnitude of percutaneous resorption into the central compartment is to be derived from the data, if half the body surface is treated locally.ZusammenfassungDie Penetration, Permeation und Resorption von radioaktiv markiertem 8-Methoxypsoralen wurde an menschlicher Haut untersucht. Gleichzeitig wurde die Abhängigkeit der Penetration von der Applikationsdauer und der verwendeten Salbengrundlage (Vaseline, wasserhaltige Wollwachsalkoholsalbe, wasserhaltige hydrophile Salbe und Polyäthylenglykolsalbe des Deutschen Arzneibuches (DAB 7) ermittelt. Es konnten Absolutkonzentrationen von 8-Methoxypsoralen in Hornschicht, Epidermis und Corium angegeben werden. Sie waren bei Verwendung des günstigsten Vehikels (wasserhaltige Wollwachsalkoholsalbe DAB 7) in der Epidermis 4–5 ⋅ 10−6 molar und im Corium 4–5 ⋅ 10−7 molar. Dabei zeigte sich, daß die Substanz schnell (10 min) in die Epidermis und das Corium eindringt und die schon anfänglich hohen Konzentrationen bis 1000 min Einwirkungszeit etwa konstant bleiben.In den unteren Hornschichtlagen kommt es allein bei der wasserhaltigen Wollwachsalkoholsalbe zu einer gewissen Anreicherung der markierten Substanz, die anderen Vehikel bewirken eine unterschiedlich große, jedoch gleichmäßig zur Tiefe hin abfallende Substanzverteilung in der Hornschicht. Vier Stunden nach der lokalen Applikation ist 8-Methoxypsoralen im Urin nachweisbar, nur bei Verwendung von Polyäthylenglykol als Vehikel, dauert die Ausscheidung doppelt so lange. Unabhängig von der Salbengrundlage ist ab ca. 40 h nach der Applikation kein 8-Methoxypsoralen mehr im Harn nachweisbar. Anhand der gefundenen Ergebnisse werden Hinweise für eine mögliche Verbesserung der Therapie mit 8-Methoxypsoralen gegeben.

Penetrationskinetik von radiomarkiertem Hydrocortison aus verschiedenen Salbengrundlagen in die menschliche Haut — in vitro

SummaryAbsolute concentrations in the horny layer, epidermis, and dermis of therapeutical doses of topically applied hydrocortisone to human skin (in vivo) are reported. Using vaseline as vehicle 2 ⋅ 10−4 molar concentrations are found in the epidermis and 3 ⋅ 10−5 molar concentrations in the dermis. Further, three vehicles revealed minor concentrations.Comparison of the results with similar in vitro-investigations, reported earlier, allow to judge the resorption rate by the intact capillary system. Uptake of hydrocortisone by the vessels is observed. With high rates of penetration vasoconstriction seems to limit the resorption, while this is not the case with low rates, for instance with polyethyleneglycol as vehicle. Thus a differing drug liberation from the vehicle causes qualitatively different permeation kinetics. The elimination by urine, however, was practically the same. It is concluded that different vehicles may cause different therapeutic concentrations of the drug in the skin, but equal systemic side effects.ZusammenfassungDie Absolutkonzentrationen von Hydrocortison in Hornschicht, Epidermis und Corium nach therapieadäquater Lokalapplikation auf die menschliche Haut (in vivo) werden dargestellt. Es werden aus Vaseline als Vehikel 2 ⋅ 10−4 molare Konzentrationen in der Epidermis und 3 ⋅ 10−5 molare Konzentrationen im Corium erreicht. Drei weitere Vehikel ergaben geringere Konzentrationen.Aus dem Vergleich der Ergebnisse mit gleichartigen in vitro-Untersuchungen, über die früher berichtet wurde, kann auf die Resorption durch das in vivo funktionsfähige Gefäßsystem geschlossen werden. Hydrocortison wird deutlich durch das Gefäßsystem abtransportiert. Es ergaben sich Hinweise dafür, daß bei hohen Penetrationsraten eine Vasoconstriction die Resorption begrenzt. Bei geringen Penetrationsraten, z. B. aus Polyäthylenglykol, fehlen diese Indizien. Unterschiedliche Freigaberaten aus den Vehikeln bewirken demnach qualitativ differente Permeationskinetiken. Die Harnausscheidung bleibt dagegen faktisch gleich. Hieraus ist zu schließen, daß verschiedene Vehikel zu unterschiedlichen Dosen des Pharmakons in der Haut bei gleicher systemischer Belastung führen können.

Percutaneous absorption of lindane in healthy volunteers and scabies patients

SummaryA 0.3% lindane emulsion was applied to the entire body of volunteers with a healthy skin and that of scabious patients. The resulting lindane levels in the serum were followed up over periods of 143 and 55h, respectively. The lindane levels in the serum were determined with the aid of gas chromatography. A comparative evaluation of a number of modifications of therapy in accordance with the common ways of treatment was conducted using criteria, such as frequency of application, removal of the applied preparation by washing with water (shower) with and without soap, or by means of a complete bath without soap (in the case of dermatologic patients) at various times after topical application.On the basis of the data obtained, the following findings were established: 1.At present, normal persons aged 23 and living in a large German city were found to exhibit lindane levels of approximately 3 ng/ml (0.003 ppm) in their blood serum.2.Scabious patients hospitalized in a large city had initial values on the day of their hospitalization exceeding those of normal persons by a factor of 10 (around 0.04 ppm). This has been assumed to be due to ineffective and sporadic pretreatment.Despite application of lindane to the entire body (three times at 24 h intervals), the maximal levels occurring approximately 4–6 h after application always dropped to similar values (around 10 ng/ml) within 3–5 h.3.In volunteers with healthy skin, absorption was reduced by taking showers (and using water and soap) only if an extended period (8\2-12 h) had passed since application. Washing to prevent \ldabsorption of the poison\rd shortly after application improved absorption rather than prevented it. In dermatologic patients, complete baths taken 10 h after topical application seemed to enhance absorption.4.Serum levels of up to 0.425 ppm were found in male patients whose integument was not intact (generalized excoriated and impetiginized scabies). In males with a healthy skin, extreme values were found to be around 0.0095 ppm.ZusammenfassungNach lokaler Ganzkörper-Applikation einer 0,3%igen Lindan-Emulsion bei hautgesunden Probanden und bei scabieserkrankten Patienten wurde die Konzentration von Lindan im Serum während 143 bzw. 55 h untersucht. Die Bestimmung erfolgte gaschromatographisch. Verschiedene den üblichen Therapiearten angepaßte Variationen der Behandlungsweise wurden vergleichend durchgeführt. Kriterien wie Applikationshäufigkeit, Abwaschen des applizierten Präparates mit Wasser (Duschen) unter Verwendung von Seife bzw. keiner Seife oder Vollbad ohne Seife bei Hautkranken jeweils zu verschiedenen Zeiten nach der lokalen Applikation wurden herausgearbeitet.Aus den vorliegenden Daten kann folgendes festgehalten werden: 1.Normalpersonen (im Alter von 23) einer deutschen Gro\sBstadt haben im jetzigen Zeitraum eine Lindan-Konzentration von etwa 3 ng/ml (0,003 ppm) im Blutserum.2.Scabieskranke, die in einer Gro\sBstadt zur station\:aren Einweisung kommen, haben am Aufnahmetag einen zehnfach h\:oheren Ausgangswert (um 0,04 ppm), wahrscheinlich bedingt durch ineffektive sporadische Vorbehandlungen.Trotz dreimaliger lokaler Ganzkörperbehandlung im Abstand von 24 h sinkt das etwa 4–6 h danach auftretende Konzentrationmaximum innerhalb 3–5 h stets auf ähnliche Werte (um 10 ng/ml) ab.3.Abduschen mit Wasser und Seife verringert bei Hautgesunden die Resorption nur, wenn dies erst l\:angere Zeit (8\2-12 h) nach der Applikation erfolgt. Kurzfristiges Abwaschen zur Verhinderung einer \ldGiftresorption\rd bewirkt das Gegenteil vom Gew\:unschten. Vollb\:ader bei Hautkranken 10 h nach der Lokalapplikation scheint die Resorption zu verst\:arken.4.Bei nicht intaktem Integument (generalisierte excoriierte impetiginisierte Scabies) werden bei M\:annern Serumkonzentrationen von maximal 0,425 ppm gefunden. Der Extremwert bei hautgesunden M\:annern lag bei 0,0095 ppm.

Barriere- und Reservoirfunktion der einzelnen Hornschichtlagen der menschlichen Haut für lokal aufgetragene Arzneimittel

SummaryTritium labelled ointment was topically applied to excised human skin. After 100 min, stripping of this skin was carried out with adhesive tape. The quantitity of tissue adhering to the tape was measured gravimetrically. The amount of recovered substance was determined radiometrically. High quantities of tissue were removed by the first three tape strips. It decreased and remained approximately constant from the fourth to the eleventh strip. The amount of labelled substance found in the upper layers of the horny layer was even higher, so that an accumulation in the interlamellary spaces seems probable.The activity per mg removable tissue, decreased considerably from the first to seventh strip, and remained constant from the ninth onwards. It is assumed that the intercellular spaces are smaller or even absent in the deeper horny cell layers.Therefore only the upper layers of the horny layer act as a reservoir for locally applied drugs, the deeper layers, on the other hand, mainly act as a barrier against the penetration of such substances.ZusammenfassungNach Auftragen tritiummarkierter Salbe (W/O Emulsion) auf excidierte menschliche Haut und nach einer Einwirkungszeit von 100 min wurde die Haut mit Tesafilm® gestrippt. Die anhaftende Gewebemenge wurde gravimetrisch und die Substanzmenge radiometrisch bestimmt. Die anfangs hohe (1–3 Abrisse) Gewebemenge wird pro Abriß schnell geringer und bleibt ab dem 11. Abriß annähernd konstant.Noch höher ist der Anteil der in den oberen Lagen der Hornschicht gespeicherten Substanz, diese scheint in den interlamellaren Zwischenräumen gespeichert zu sein.Da die Aktivität pro Milligramm anhaftendem Gewebe vom 1.–7. Abriß steil abnimmt und ab 9. Abriß konstant bleibt, ist zu schließen, daß diese Zwischenräume dort klein oder aufgehoben sind. Die Hornschicht stellt demnach nur in den oberen Lagen ein deutliches Reservoir für lokal applizierte Arzneimittel dar, die tieferen Lagen haben dagegen vorwiegend eine Barrierefunktion für die Penetration solcher Substanzen.

The quantitative distribution of percutaneously applied caffeine in the human skin

SummaryThe distribution coefficient of caffeine (water/n-Octanol) and the estimation of caffeine in urine after local application indicate to a high permeation rate of caffeine through the skin. This could be confirmed by using different vehicles in vivo and in vitro. 14C labeled caffeine penetrates rapidly the epidermis and corium. The maximum of absorption is reached at 100 min after local application in vivo.In vitro by absence of the transport possibilities of blood and lymph vessels, the concentration at 1,000 min after local application is 450 x higher than in vivo. Therefore, after 1,000 min in vivo the concentration of caffeine in the different skin layers is very low.ZusammenfassungNach Bestimmung des Verteilungskoeffizienten von Coffein (Wasser/n-Octanol) und nach Angaben in der Literatur ist mit einer hohen Penetration von Coffein durch die menschliche Haut zu rechnen. Dies konnte in Abhängigkeit von verschiedenen Vehikeln an menschlicher Haut in vitro und in vivo bestätigt werden. 14C-markiertes Coffein wird schnell und in einer bis zu einem Maximum nach 100 min stetig ansteigender Menge in Epidermis und Corium aufgenommen.In vitro ist aufgrund des fehlenden Transportes durch Blut-und Lymphgefäße eine bis 450fache höhere Konzentration im Corium nach 1000 min Einwirkungszeit festellbar. Infolge der hohen Resorption in vivo ist die Konzentration nach 1000 min in der Haut nur noch äußerst gering.

Penetrationskinetik und verteilung lokal applizierter Östrogene

SummaryThe penetration into the single layers of human skin in vitro of 17α-estradiol, 17β-estradiol and estriol was investigated. The radiolabeled substances were incorporated into 4 standard ointments and into an alcoholic sloution mixture. After application to the skin and after different penetration periods, the horny layer was taken off by adhesive tape stripping. The epidermis and the dermis were separated by slicing them down parallel to the skin surface in a freeze microtome. In each single layer, the amount of substance was determined and calculated relative to the applied quantity and in absolute concentrations (µg per tissue weight and molarity).Besides the expected dependence of the penetration on the type of ointment, there is a distinct dependence on the chemical structure: estriol penetrates considerably slowlier and in less concentrations into the living layers of the human skin than the estradiols. Furthermore, estriol reaches the dermis only in low concentrations so that this substance may be termed epidermotropic. 17α-estriol which has only weak sexhormone properties in humans penetrates as well as the sexhormone 17β-estradiol.ZusammenfassungDie Penetration von 17α-Östradiol, 17β-Östradiol und Östriol in die einzelnen Lagen der menschlichen Haut in vitro wurde untersucht. Hierzu wurden die drei Substanzen in radioaktiv markierter Form in vier Standardgrundlagen sowie ein alkoholisches Lösungsmittelgemisch eingearbeitet. Nach Applikation auf die Haut und den verschiedenen Penetrationszeiten wurde die Hornschicht durch Tesafilmabriß abgehoben, Epidermis und Corium wurden durch Gefrierschnitte parallel zur Hautoberfläche in ihre einzelnen Lagen aufgetrennt. In jeder dieser Lagen wurde die Substanzmenge relativ zur aufgetragenen Menge sowie die Absolutkonzentration in Mikrogramm bzw. Molarität bestimmt.Neben der erwarteten Abhängigkeit der Penetration von der Grundlage penetriert Östriol erheblich langsamer und in geringeren Konzentrationen als die Östradiole in die lebenden Lagen der menschlichen Haut. Weiter werden im Corium an Östriol nur relativ geringe Konzentrationen gefunden, so daß diese Substanz als epidermotrop bezeichnet werden kann. Das beim Menschen geschlechtsspezifisch kaum wirksame 17α-Östradiol zeigt ähnlich gute Penetrationseigenschaften, wie das Geschlechtshormon 17β-Östradiol.The penetration into the single layers of human skin in vitro of 17 alpha-estradiol, 17 beta-estradiol and estriol was investigated. The radiolabeled substances were incorporated into 4 standard ointments and into an alcoholic solution mixture. After application to the skin and after different penetration periods, the horny layer was taken off by adhesive tape stripping. The epidermis and the dermis were separated by slicing them down parallel to the skin surface in a freeze microtome. In each single layer, the amount of substance was determined and calculated relative to the applied quantity and in absolute concentrations (mug per tissue weight and molarity). Besides the expected dependence of the penetration on the type of ointment, there is a distinct dependence on the chemical structure: estriol penetrates considerably slower and in less concentrations into the living layers of the human skin than the estradiols. Furthermore, estriol reaches the dermis only in low concentrations so that this substance may be termed epidermotropic. 17 alpha-estriol which has only weak sexhormone properties in humans penetrates as well as the sexhormone 17 beta-estradiol.

Demonstration of the Percutaneous Resorption of a Lipophilic Pesticide and its Possible Storage in the Human Body

Summarythe kinetics of lindane concentration in the serum and the timedependant urinary excretion of two groups, one with healthy subjects and one with scabies-infested subjects, were comparatively analyzed by gas chromatography. Both groups showed similar cumulative excretion curves at completely different lindane concentrations in the serum. Comparison of serum concentration in healthy females (high lindane concentration in serum) and healthy males (low serum concentration) to the urinary excretion showed similar results. There appears to be a serum ‘threshold concentration’, above which it is possible that lindane is no longer primarily excreted by the kidney. Based on these results recommendations are presented, for the practical use of such data in the treatment of scabies.

Methodik zur fotometrischen Messung von Enzymaktivitäten an intakten menschlichen Epidermiszellen

SummaryA simple apparatus is developed, by which enzymatic measurements in vital epidermis under almost physiological conditions can be carried out. Differentiation between processes with in the epidermis cell (and its wall) and the reaction of the enzyme liberated from the epidermis by diffusion is possible by prosecuting the reaction stepwise.Kinetics of the lactate dehydrogenase-dependent and the malate dehydrogenase-dependent reaction are presented. The reactions depending on glucose-6-phosphate dehydrogenase could not yet be clearly differentiated.ZusammenfassungEs wurde eine einfache Apparatur entwickelt, mit deren Hilfe enzymatische Messungen an vitaler Epidermis in vitro unter weitgehend physiologischen Bedingungen verfolgt werden können. Durch Führen der Reaktion in Stufen kann zwischen Vorgängen in den Zellen der Epidermis (sowie an Zellwänden) und der Reaktion des aus der Zelle diffundierten freien Enzyms differenziert werden.Dies konnte an den Beispielen der Lactat-Dehydrogenase- und der Malat-Dehydrogenase-abhängigen Reaktion belegt werden. Dagegen waren die Reaktionen in bezug auf die Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase bisher nicht eindeutig differenzierbar.

Vehikelabhängige penetration zweier steroide bei gleichzeitiger applikation auf die menschliche haut

SummaryTwo tritium-labelled steroids, 4-chlorotestosteroneacetate and fluoroformylone, as well as their mutual combinations, were investigated with respect to their penetration into the horny layer, epidermis and cutis.The substances were prepared in 4 ointment bases of German Pharmacoepia (DAB 7): white Vaseline, aqueous wool-wax oitment, aqueous hydrophilic oitment and polyethyleneglycol oitment. These preparations were applied to excised human skin. The activities in the various skin layers were measured after 10, 30, 100, 300 and 1 000 min by means of liquid scintillation counting.The calculated values of drug concentrations in the various skin layers were tabulated (μmolar or % of amount applied, respectively). A graphic representation of the penetration kinetics in the area of the epidermis and cutis was made with respect to the ointment base used.A substance-specific dependence of penetration upon the individual oitment base was evident. Considerable reciprocal influence of simultaneous application on the penetration of these steroids was also observed. Thus, the anabolic steroid increased the penetration of the corticosteroid particularly when lipophilic carriers were used; reversely, the corticosteroid considerably lowered the rapid penetration of the testosterone ester.ZusammenfassungZwei tritiummarkierte Steroide, 4-Chlortestosteronacetat und Fluoroformylon sowie ihre wechselseitigen Kombinationen wurden hinsichtlich ihrer Penetration in die Hornschicht, Epidermis und Cutis untersucht.Die Substanzen wurden in vier Salbengrundlagen des Deutschen Arzneibuches (DAB 7) (weiße Vaseline, wasserhaltige Wollwachsalkoholsalbe, wasserhaltige hydrophile Salbe und Polyaethylenglykolsalbe) eingearbeitet und auf excidierte menschliche Haut aufgetragen. Nach jeweils 10, 30, 100, 300 and 1 000 min wurde mit Hilfe des Liquid-Scintillation-Verfahrens die Aktivität in den verschiedenen Hautschichten bestimmt.Aus den Meßwerten wurden Werte der Arzneistoffkonzentrationen (μmolar bzw. % der aufgetragenen Menge) in den einzelnen Hautschichten errechnet und tabellarisch aufgeführt sowie die Penetrationskinetik im Bereich der Epidermis und Cutis in Abhängigkeit von den Vehikeln graphisch dargestellt.Es zeigte sich neben einer substanzspezifischen Abhängigkeit der Penetration von den einzelnen Vehikeln eine erhebliche wechselseitige Beeinflussung der Penetration beider Steroide nach gleichzeitiger Applikation. Dabei verstärkt das Anabolikum die Penetration des Corticosteroids besonders bei Verwendung lipophiler Vehikel; umgekehrt vermindert der Corticoidanteil die gute Penetration des Testosteronesters erheblich.Es wird daraus gefolgert, daß es auch in der Lokaltherapie nicht ratsam ist, zwei in ihren pharmakologischen und pharmakokinetischen Eigenschaften gut bekannte Substanzen miteinander zu kombinieren, ohne gesondert zu untersuchen, ob beide Wirkungsqualitäten dabei vollständig erhalten bleiben.