화장품 영역에서의 항산화제비타민 C – 2부

콜라겐, 탄력섬유 합성에서의 비타민 C의 효과

ascorbate는 콜라겐 합성에 중요한 과정인 prolyl hydroxylase의 효소활성의 co-factor로서 작용한다. 결과적으로 비타민 C가 감소하게 되면 콜라겐 합성이 잘되지 않아 괴혈병을 유발하게 되는 것이다. 섬유아세포에 ascorbic acid를 넣으면 procollagen gene의 전사율이 증가하고 procollagen mRNA 레벨 역시 증가되어 콜라겐 합성이 증가하는 연구결과가 있다.

엘라스틴은 hydroxyproline을 가지고 있긴 하지만 엘라스틴 합성에 있어 prolyl hydroxylation은 필요하지 않아, 엘라스틴의 합성에 있어서 비타민 C의 역할은 불명확하다. 비타민 C의 농도가 콜라겐 합성을 촉진시키는 반면에 엘라스틴에는 antagonist의 역할을 하게 된다. Bergethon 등은 섬유모세포 배양을 위해 비타민 C를 첨가하면 콜라겐 합성은 증가하지만, 어떠한 경로인지는 아직 잘 모르지만 엘라스틴의 농도가 감소하였다는 것을 확인하였다. 비타민 C는 MMP-1 inhibitor가 증가하여 자외선에 의해 유도된 콜라겐 손상을 감소시켜 주었으며 엘라스틴, fibrillin의 mRNA 레벨은 변화가 없었다. 그리고 항염 작용이 있어 비타민 C는 NFκB를 억제하여 pro-inflammatory cytokines(TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8)에 영향을 주기 때문에 여드름이나 주사와 같은 병변에서 항염 활성도 가지고 있으며 상처재생과 염증후 색소침착을 예방해 준다.

비타민 C를 3개월간 국소도포 하였을 때 주름의 감소효과를 보았는데, 치료한 군의 다수에서 자극이 있긴 하였으나 주름개선에는 매우 효과가 있었다는 것을 확인하였다. 이 기전에 대해서는 명확하게 밝혀지진 않았으나 이는 아마도 염증이나 자극에 의해 또는 콜라겐 합성에 의해서 주름개선 효과가 있는 것으로 생각하고 있다. 광노화가 있는 여성들에 대해 국소 비타민 C에 대한 효과를 연구하였는데 5% 비타민 C가 함유된 크림을 6개월 이상 도포하였을 경우에 통계학적으로 유의하게 수분, 주름, 광택이나 잡티 병변이 좋아졌을 뿐 아니라 피부의 밀도가 증가하고 깊은 주름도 많이 호전되었다.

국소 비타민 C 제제

국소도포제로서의 비타민 C는 안정성이 떨어지는 것이 가장 큰 단점이다. 대부분 산소에 쉽게 산화되어서 불활성 상태로 되어버리기 때문에 직접적으로 공기에 노출시키기 않게 개별 포장으로 나오는 제품들도 많이 출시되고 있다. 비타민 C는 화장품 시장에서 크림, 세럼, 피부에 붙이는 패치 형태로 많이 판매가 되고 있으며 세럼만이 활성화된 비타민 C인 ascorbic acid를 함유하지만 대부분 빛에 의해 불안정하며 DHAA, 2, 3-diketogulonic acid로 산화가 되어 무색에서 노란색으로 색이 변하게 된다. 그렇기 때문에 이러한 현상을 최소화하기 위해서 병의 색깔을 갈색으로 하여 빛이 쉽게 투과되지 않게 해서 산화되는 것을 최대한 막으려고 하고 있다. 비타민 C가 들어있는 제품을 오랜 기간 사용하다보면 시간이 지남에 따라 제품의 갈변 현상이 생기는 경우를 볼 수 있는데, 이 경우 활성도 있는 비타민 C가 함량이 제대로 들어있는 것을 확인할 수도 있으나 보관 방법에 의해 산화되고 있다는 것을 의미하는 것이니 사용 관리 방법에 있어서 매우 중요한 제품 선정 기준 중 하나이기도 하다.
비타민 C의 흡수도에 대한 자료를 보면 ascorbic acid의 pKa 값은 4.2로서 pH가 3.5 나 그 이하가 되었을 때 이온화 링이 사라지게 되어 각질층을 통한 흡수 상태가 증가하게 된다. 그리고 다양한 농도로 실험을 했을 때 20% ascorbic acid가 흡수가 최대였으며 오히려 그 보다 증가하였을 때는 흡수도가 떨어지는 것을 확인하였다. pH 3.2 15% ascorbic acid를 3일간 도포했을 때 피부의 농도가 최고가 되었으며 그 이후 도포하지 않았을 때 반감기가 4일 정도 유지되는 것을 보였다.

다양한 비타민 C 유도체

크림 형태로 나와 있는 비타민 C 제품이 시장에 많이 나와 있지만 일부 제품은 진피로 전달되지도 않으며 피부에서 비타민 C가 생물학적으로 활성 형태로 변환되지 않는 제품들도 있다. 실제로 l-ascorbic acid의 형태가 가장 좋으나 공기 중에서는 매우 불안정하여 다양한 형태의 비타민 C 유도체가 만들어져 화장품에 사용되고 있다. 비타민 C를 섭취하는 경우 피부 내의 비타민 C 증가에 크게 영향을 미치지 못하기 때문에 국소제로서 비타민 C를 사용하는 것이 더욱 일반적이다. 비타민 C는 수용성이라고만 알고 있어 수용성 용액에서만 사용하는 것 같지만 다양한 유도체를 통해서 지용성 형태로도 사용될 수 있다. 국소 ascorbyl palmitate는 지질형태로 자극이 없고 광보호와 항염 작용이 있다. 하지만 비타민 C의 안정성을 위해 다양한 형태의 유도체를 만들다 보니 오히려 분자량이 커져, 안정성은 커지지만 흡수는 오히려 떨어지는 경우가 많은데, 다들 비타민 C가 들어있다고 홍보하면서 이러한 것에 대한 제대로 된 정보가 없는 것도 문제이다.

현재까지 알려진 비타민 C 유도체

수용성

아스코르빌마그네슘설페이트 (ascorbyl magnesium phosphate)
마그네슘아스코르빌포스페이트 (magnesium ascorbyl phosphate)
소듐아스코르빌포스페이트 (sodium ascorbyl phosphate)
에칠아스코르베이트 (ethyl ascorbate)
아스코르빌-3-에이피피에이 (Ascorbyl-3-APPA, 3-aminoproply dehydrogen phosphate)
폴리에톡실레이트아스코르베이트 (polyethoyxlated ascorbate)

지용성

아스코르빌팔미테이트 (ascorbyl palmitate)
아스코르빌스테아레이트 (ascorbyl stearate)
테트라이소팔미토일아스코빅애씨드 (tetra-isopalmitoyl ascorbic acid)
레티닐아스코르베이트 (retinyl ascorbate)
테트라헥실데실아스코르베이트 (tetrahexyldecyl ascorbate)

정제수, 카프릴릭/카프릭트리글리세라이드, 티타늄디옥사이드, 세테아릴알코올, 디세틸포스페이트, 세테스-10포스페이트, 부틸렌글라이콜, 탈크, 사이클로펜타실로산, 디메치콘, 디메치콘올, 레스베라트롤, 토코페릴아세테이트, 아스코르빌팔미테이트, 세라마이드3, 테트라헥실데실아스코르베이트, 녹차잎추출물, 감초뿌리추출물, 레시틴, 아데노신, 인지질, 레티닐팔미테이트, 글리세릴폴리메타크레이트, 셀룰로오스검, 소듐하이드록사이드, 에칠헥실글리세린, 홍화꽃유, 폴리소르베이트80, 프로필렌글라이콜, 시트릭애씨드, 페녹시에탄올

화장품 영역에서의 비타민 C

비타민 C를 피부에 바르는 경우 낮은 pH에서만 흡수가 되기 때문에 민감성 피부나 피부 장벽이 손상되어 있는 경우에서는 자극이 될 수 있다. 비타민 C 제형을 바르고 난 뒤 바로 다음 단계의 제품을 사용하게 되면 pH가 올라가서 오히려 흡수가 방해되기 때문에 충분히 제품이 흡수될 때까지 기다린 다음에 다음 제형을 사용하는 것이 좋다. 비타민 C에 대한 항산화 효과는 이제 너무나도 잘 알려져 있어 비타민 C가 들어있지 않은 제품을 찾아보기가 어렵다. 하지만 비타민 C가 어떤 형태로 들어있는지 함량이 어느 정도인지를 확인하는 것이 매우 중요하다. 위에서 언급했듯이 pH가 3-4정도(우리나라에서는 pH 3 이하의 경우에는 화장품으로 등록이 되지 않는다), 20% 이내의 함량을 유지하는 것이 가장 흡수도나 피부에 미치는 영향이 효율적이다. 비타민 C 제품은 너무 높은 가격과 효능성에 대한 의문감, 엘라스틴 합성에 있어 감소되는 가능성, 임상효과에 대한 부분이 불분명하다는 단점이 있다. 하지만 최근 자외선이나 미세먼지에 의해 활성산소나 자유라디컬 형성에 의해 피부가 손상되는데 있어 비타민 C가 이를 억제해 주는 역할을 해주어 다양한 제품에 사용되고 있는 실정이다.

비타민 C와 비타민 C 유도체는 도파퀴논을 환원하여 멜라닌 생성을 억제하고 진한색의 산화형 멜라닌을 환원하여 엷은 색의 환원형 멜라닌으로 만든다. 비타민 C 유도체를 이용한 크림이 시중에서 많이 판매가 되고 있는데 모든 비타민 C 제형이 생리학적으로 효과가 있는 것은 아니며 피부에서 생물학적으로 활성화된 형태의 비타민 C로 변환되지 않아 효과가 없는 유도체도 있다. 마그네슘아스코르빌포스페이트는 비타민 C 유도체로 아스코르빌 에스테르 중에서 가장 안정화된 형태로 이 지용성 분자는 피부에 쉽게 흡수가 되며 보습효과가 있고, TEWL을 감소시켜 주며 항산화작용으로 광보호 효과와 실험실 상에서는 콜라겐 합성도 증가시켜 주었다.

이런 비타민 C가 들어있는 제품을 사용할 때 이에 대한 효능을 제대로 보기 위해서는 한두 번 사용하는 것이 아니라 장기적으로 사용해야만 원하는 효과를 볼 수 있다. 일단 비타민 C를 도포하면 드물게 자극적이거나 따가움증, 홍조나 건조증이 발생하기도 하지만 보습제를 사용하면 이러한 부작용은 쉽게 사라질 수 있으며 민감한 피부에서는 눈 주위에는 사용 시 주의가 필요하다. 비타민 C의 활성도가 pH 3.5 이하가 되었을 때 유지가 되고 이 pH에서는 비타민 C의 이온 활성도가 없어지게 되어 각질층을 통해 쉽게 이동할 수 있다. 이러한 이유 때문에 민감성 피부에서나 피부가 건강하다고 하더라도 초기에는 따가움과 같은 증상이 나타나게 된다. 하지만 반복적으로 사용하다 보면 이러한 증상들은 대부분 사라지게 되나 지속적으로 사용했을 때도 피부에 다양한 증상이 나타나는 경우에는 사용을 중단해야 한다.

스킨수티컬즈에서 나오는 CE Ferulic 제품의 경우에는 제형의 pH가 3이어서 초기에는 비교적 자극이 있을 수는 있으나 15% ascorbic acid, 1% tocopherol, 0.5% ferulic acid가 들어 있어 ascorbate recycling을 원활하게 하여 유지효과가 비교적 크다는 장점이 있어 색소형 피부타입에서 많이 사용하고 있다. 낮에는 이를 사용하고 자외선 차단제를 사용하게 되면 자외선 차단제를 통해 채 차단되지 못한 자외선에 의한 피부손상으로부터 피부를 보호해 준다. 기초 화장품 이외에도 시술 후 효과를 유지시키기 위한 용도로도 많이 사용하고 있다.

*저작물 참고 사항
– 스킨수티컬스에서 후원하는 항산화 연구회 회지 1호에 실린 글로서 저작권을 가진 김홍석원장의 동의하에 개재합니다.

*참고 논문 및 문헌
1) Geesin JC, Darr D, Kaufman R, Murad S, Pinnell SR. Ascorbic acid specifically increases type I and type III procollagen messenger RNA levels in human skin fibroblast. J Invest Dermatol. 1988 Apr;90(4):420-4.
2) Pinnell SR, Yang H, Omar M, Topical L-ascorbic acid: percutaneous absorption studies. Dermatol Surg. 2001 Feb;27(2):137-42.
3) Perricone NV, DiNardo JC. Photoprotective and antiinflammatory effects of topical glycolic acid. Dermatol Surg. 1996 May;22(5):435-7.
4) Wikepedia: [Home Page] Vitamin C: History. [Last Accessed on Aug 11]. Discovery and Sources in Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C