Atomi, molecole e legami

Un atomo è una piccola unità di un elemento chimico. Carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto sono tra gli elementi più comuni nelle molecole biologiche. Gli atomi possono unirsi attraverso legami: una molecola d'acqua contiene due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, da cui la formula H₂O. La formula indica la composizione, ma non sempre basta a descrivere il comportamento: anche la disposizione degli atomi nello spazio e i legami che li uniscono sono importanti.

Nel legame covalente gli atomi condividono elettroni. Quando questa condivisione è diseguale, possono formarsi zone con carica parziale positiva e negativa: si parla di polarità. Una sostanza ionica contiene invece particelle con carica netta, chiamate ioni. Nella pelle troviamo sia molecole neutre sia ioni; cariche e polarità influenzano interazioni con l'acqua, solubilità, struttura delle proteine e passaggio attraverso le barriere.

Un esempio chiarisce perché «è tutto chimico» non significhi «è tutto uguale». Acqua, etanolo e petrolatum sono sostanze o miscele chimiche, ma si comportano diversamente perché possiedono strutture diverse. Anche una dose minuscola e una dose elevata della stessa sostanza possono avere effetti differenti. Per discutere la sicurezza servono identità, concentrazione, esposizione e via di contatto: la sola presenza di un nome in etichetta non risolve il problema.

Perché acqua e olio si separano

L'acqua è polare e forma una rete dinamica di interazioni, tra cui legami a idrogeno. Molte sostanze oleose possiedono ampie porzioni poco polari, che non interagiscono favorevolmente con questa rete. Quando si mescolano acqua e olio, il sistema tende a separarsi in due fasi. La frase «il simile scioglie il simile» è una scorciatoia utile, ma non una legge assoluta: temperatura, struttura e presenza di altri componenti possono cambiare la situazione.

Idrofilo significa affine all'acqua; lipofilo significa affine a un ambiente lipidico. Una molecola anfifilica possiede entrambe le caratteristiche in regioni diverse. È il caso di molti tensioattivi ed emulsionanti. La loro struttura permette di stabilizzare contatti tra acqua e olio, formando micelle o contribuendo alla stabilità di emulsioni. Non è magia detergente: è organizzazione molecolare.

Anche le membrane cellulari si basano su molecole con porzioni idrofile e idrofobe, ma non bisogna confonderle con l'organizzazione dello strato corneo. Le membrane delle cellule vive sono ricche di fosfolipidi e proteine; la matrice lipidica intercorneocitaria ha una composizione peculiare. Sono entrambe strutture di confine, non copie identiche dello stesso materiale.

Acidi, basi e pH

In una spiegazione introduttiva, un acido può essere descritto come una specie capace di cedere un protone e una base come una specie capace di accettarlo. In acqua queste reazioni influenzano l'attività degli ioni idrogeno. Il pH è una misura logaritmica di tale attività. Per soluzioni sufficientemente diluite, è comune usare l'approssimazione pH = −log₁₀[H⁺], ricordando che la definizione rigorosa utilizza l'attività, non semplicemente la concentrazione.

«Logaritmica» significa che una variazione di un'unità non corrisponde a una piccola differenza lineare. In un esempio ideale, una soluzione a pH 4 ha un'attività degli ioni idrogeno dieci volte maggiore di una a pH 5 e cento volte maggiore di una a pH 6. Questo non permette però di concludere che irriterà esattamente dieci o cento volte di più: l'irritazione dipende da molte altre proprietà della formulazione e dal modo di usarla.

Acido forte e acido concentrato non sono sinonimi. La forza descrive la tendenza alla dissociazione in un ambiente definito; la concentrazione descrive quanto acido è presente. Una piccola quantità di un acido forte e una grande quantità di un acido debole pongono questioni diverse. Nella cosmetica, fissarsi soltanto sulla percentuale o soltanto sul pH fa perdere metà dell'informazione.

Che cosa fanno i tamponi

Un sistema tampone contiene componenti che contrastano variazioni del pH quando vengono aggiunte piccole quantità di acido o base. Non mantiene il pH immobile in ogni circostanza: ha una capacità limitata. Due prodotti con lo stesso pH iniziale possono comportarsi diversamente sulla pelle se possiedono diversa capacità tampone. Un tonico molto acido ma poco tamponato non è automaticamente equivalente a un'altra formula con identico numero in etichetta.

Il pH si misura appropriatamente in un contesto acquoso o secondo procedure definite per il prodotto. Per un olio anidro, chiedere il «pH puro» come se fosse una soluzione acquosa è spesso una domanda priva di significato operativo. Anche misurare a casa una crema con una cartina può dare un'indicazione grossolana e distorta da colore, diluizione e tecnica. Non bisogna modificare il pH di un cosmetico aggiungendo bicarbonato o succo di limone.

Il pH cutaneo non è uguale dappertutto

La superficie della pelle adulta è generalmente debolmente acida, ma il valore cambia con sede, secrezioni, lavaggi e condizioni ambientali. Un singolo numero, come 5,5, è una convenzione divulgativa utile, non una costante biologica. L'ambiente acido contribuisce al funzionamento di enzimi, lipidi e comunità microbiche. Ciò non significa che «più acido è sempre meglio»: scendere molto oltre l'intervallo tollerato può danneggiare i tessuti.

Il pH dell'interno dell'organismo e quello della superficie cutanea sono questioni diverse. La dieta non «alcalinizza la pelle» in un modo semplice e prevedibile, e il sangue possiede sistemi di regolazione molto rigorosi. Le espressioni «detox acido-base» usate per vendere trattamenti cosmetici spesso confondono compartimenti che non possono essere assimilati.

Concentrazione: percentuali che possono ingannare

Una percentuale può essere espressa come massa su massa, volume su volume o massa su volume. Nei cosmetici non sempre la comunicazione pubblicitaria esplicita la base del calcolo. Inoltre, «10% di complesso alla vitamina C» potrebbe indicare il 10% di una miscela che contiene solo una parte di vitamina C. Non è automaticamente il 10% di acido ascorbico puro.

Consideriamo un esempio inventato: un formulatore aggiunge il 5% di una soluzione commerciale che contiene il 20% di un ingrediente. Il contributo di quell'ingrediente alla formula finale è 0,05 × 0,20 = 0,01, cioè l'1% in massa, assumendo che entrambe le percentuali siano definite sulla stessa base. Il nome del complesso può essere interessante, ma non modifica l'aritmetica. Questo ragionamento aiuta a leggere i claim senza supporre intenzioni scorrette: prima si chiede semplicemente a che cosa si riferisca il numero.

Ossidazione e radicali liberi

L'ossidazione comporta una perdita di elettroni, mentre la riduzione comporta un acquisto. Le due trasformazioni sono collegate. Nella vita quotidiana l'ossidazione può contribuire all'irrancidimento degli oli e all'alterazione di alcuni ingredienti; nelle cellule, reazioni di ossidoriduzione sono indispensabili per produrre energia e trasmettere segnali.

Un radicale libero contiene almeno un elettrone spaiato. Non tutti i radicali sono uguali e non tutte le specie reattive dell'ossigeno, spesso abbreviate ROS, sono radicali. Il perossido di idrogeno, per esempio, rientra tra le ROS ma non è un radicale libero. Una certa attività ossidativa è fisiologica; lo stress ossidativo emerge quando l'equilibrio tra produzione, difese e riparazione viene perturbato. Non è corretto descrivere ogni ossidante come un nemico da eliminare indiscriminatamente.

Diffusione, penetrazione e assorbimento

La diffusione è il movimento netto di particelle favorito da differenze di concentrazione o, più precisamente, di potenziale chimico. Un modello semplificato del passaggio attraverso una barriera collega il flusso alla diffusività, alla capacità della sostanza di distribuirsi nella barriera, alla differenza di concentrazione e allo spessore. È utile per capire perché contino molecola e veicolo insieme; non basta per calcolare a casa quanta vitamina raggiungerà il derma.

Penetrazione significa ingresso negli strati cutanei; permeazione descrive il passaggio attraverso una struttura; assorbimento sistemico indica l'arrivo nella circolazione in quantità misurabili. Non sono sinonimi. Una sostanza può essere presente nello strato corneo senza raggiungere il sangue in modo rilevante. Al contrario, alcuni farmaci vengono progettati proprio per un assorbimento transdermico. La pelle non assorbe una percentuale fissa e universale di tutto ciò che applichiamo.

La massa molecolare è un fattore importante, non una sentenza isolata. Carica, lipofilia, stabilità, concentrazione, veicolo, stato della barriera e durata del contatto influenzano il risultato. Una molecola piccola non è automaticamente efficace; una grande può essere utile in superficie, ad esempio formando un film. «Penetra più a fondo» è un vantaggio soltanto quando quella profondità è pertinente all'obiettivo e compatibile con la sicurezza.