PCA-Naとは…成分効果と毒性を解説

保湿 毛髪保護
PCA-Na
[化粧品成分表示名称]
・PCA-Na

[医薬部外品表示名称]
・DL-ピロリドンカルボン酸ナトリウム液

角質層の保湿成分であるNMF(天然保湿因子)の約12%を占めるPCA(ピロリドンカルボン酸)のナトリウム塩です。

以下の角質層の構造図をみるとわかるように、天然保湿因子とは角質層に存在する角質の保水成分であり、

角質層の構造

また天然保湿因子の成分組成は、

成分 含量(%)
アミノ酸類 40.0
PCA(ピロリドンカルボン酸) 12.0
乳酸Na 12.0
尿素 7.0
アンモニア、尿酸、グルコサミン、クレアチン 1.5
ナトリウム 5.0
カリウム 4.0
カルシウム 1.5
マグネシウム 1.5
リン酸Na 0.5
塩化物 6.0
クエン酸Na 0.5
糖、有機酸、ペプチド、未確認物質 8.5

このように構成されています。

PCA(ピロリドンカルボン酸)は、生体内では以下のように、

グルタミン酸 →ピロリドンカルボン酸(PCA)

天然保湿因子に存在するアミノ酸であるグルタミン酸がプロリンオキシダーゼという酵素によって変換されてできるアミノ酸代謝物です。

またグルタミン酸などのアミノ酸およびPCAも含むNMFは、以下の図のように、

天然保湿因子の産生メカニズム

表皮顆粒層で産生されたフィラグリンがブレオマイシン水解酵素によって完全分解されることによって産生されることが報告されており、これはアミノ酸だけでなくPCAや乳酸Naなども含まれるとされています(文献8:2011)

PCAとPCA-Naは保湿性がまったく異なっており、以下の表に報告されているように(文献5:1972)

物質 吸湿量(%)
31%湿度 58%湿度
PCA < 1 < 1
PCA-Na 20 61
グリセリン(比較) 13 35

PCAそのものにはほとんど保湿力はありませんが、塩化処理されることで保水性が向上しているのが確認されています。

これは、塩(ナトリウム塩:NaCl)が柔軟持続性を有しており(文献6:1985)、塩化処理した場合に保湿剤同様の効果が発揮されるためであると考えられます。

天然保湿因子としての構成物質はPCAですが、皮膚のpH(5-6)ではほとんど塩の形で存在しているため、表皮に存在しているPCAは実質ほとんどがPCA-Naであるといえます(文献2:2016)

またPCA-Naは高い保水性を有していますが、特徴的なのは、以下の表のように、

保湿成分 結合水量(g)
乳酸Na 2.5
プロリン 2.4
PCA-Na 2.1
グリセリン 1.9
ソルビトール 1.5

NMF成分を含む保湿剤の中でも多量の結合水(∗1)を保持する特性があり、温度や湿度の影響にほとんど関係なく水分を保持できることです(文献9:1993)

∗1 結合水とは、たんぱく質分子や親液コロイド粒子などの成分物質と強く結合している水分であり、純粋な水であれば0℃で凍るところ、角層中の水のうち33%は-40℃まで冷却しても凍らないのは、角層内に存在する水のうち約⅓が結合水であることに由来しています(文献10:1991)。

化粧品に配合される場合は、

これらの目的で、スキンケア化粧品、洗浄製品、ボディケア製品、洗顔料&洗顔石鹸、シート&マスク製品などに使用されます(文献1:2016;文献4:1989;文献7:1995)

水分量増加および柔軟持続性向上による保湿作用

水分量増加および柔軟持続性向上による保湿作用に関しては、1989年に慶応義塾大学理工学部と川研ファインケミカルの合同研究によって報告された吸湿性・保湿性試験によると、

ヒアルロン酸Na、PCA-Naおよび乳酸Naの吸湿性・保湿性を検討した。

相対湿度を43%または81%とした20℃の恒温室中にそれぞれの含水試料(乾燥した試料に乾燥重量の10%の水を添加したもの)0.5gを放置し、経時的に吸湿率(水分増加率)を測定したところ、以下のグラフのように、

相対湿度81℃における各保湿剤の吸湿性

相対湿度43℃における各保湿剤の吸湿性

PCA-Naは、どちらの湿度においても経時変化において顕著な吸湿性・保水性を示した。

PCA-Naおよび乳酸Naは低分子であり、高分子のヒアルロン酸Naに比べると即応性は高くないが、徐々に吸水が起こり、40時間後にはどちらもヒアルロン酸Na以上の吸湿性が認められた。

このような検証結果が明らかにされており(文献4:1989)、PCA-Naに水分量増加および柔軟持続性向上による保湿作用が認められています。

ただし、単独での配合は効果は得られるものの理想的ではなく、他の保湿剤の機能との相乗効果を兼ねた組み合わせが重要とされており(文献6:1985)、天然保湿因子の構成成分であることから、他の天然保湿因子構成成分と一緒に配合されます。

また1982年に報告された味の素の技術情報によると、PCA-Naとプロリンが相互作用を示し、優れた保湿作用を示すことが明らかとなっています(文献11:1982)

きしみ感改善による毛髪保護作用

きしみ感改善による毛髪保護作用に関しては、まず前提知識として毛髪のきしみ感について解説します。

まず毛髪の構造を以下の画像のように断面図でみてもらうとわかりやすいと思うのですが、

毛髪の断面図

毛髪の表面(一番外側)は、キューティクルと呼ばれ、毛髪を保護する働きをしており、また以下の画像をみてもらうとわかるように、

キューティクルにおける健常時とダメージ時の違い

健常時には閉塞していて手触りもなめらかですが、損傷・ダメージを受けるとキューティクルが開き、手触りはギシギシ・パサパサといったものになり、外観の美しさは損なわれます。

キューティクルがダメージを受ける原因としては、

  • 物理的原因:ブラッシング、洗髪、ドライヤーの使用
  • 化学的原因:パーマ、ヘアカラー、ブリーチ
  • 環境要因:紫外線

などが挙げられますが、とくに洗髪時に保湿性の低いシャンプーを使用することによる過剰な摩擦がかかるケースにおいて、きしみ感を強く感じるケースが増えています。

そのため、毛髪に過剰な摩擦がかからず、かつ使用感を損ねないシャンプーの使用による洗髪は毛髪保護の観点から重要であると考えられます。

1989年に味の素によって報告されたPCA-Naの毛髪すすぎ時におけるきしみ改善効果検証によると、

シャンプーに保湿剤を添加した場合、すすぎ時のきしみ感に変化があるかどうかを検討した。

まず単純化するために、ヘアシャンプーの主剤としてアニオン界面活性剤であるラウレス硫酸Naに、保湿剤として汎用性の高いBGグリセリン、PCA-Naをそれぞれ活性剤に対して1:1になるように過剰に添加した処方で官能評価をおこなったところ、以下のグラフのように、

各保湿剤添加によるきしみ感の変化

PCA-Naを添加した場合は、きしみ感が低減したことがわかった。

一方でBGまたはグリセリンを添加した場合は、きしみ感が増長する傾向を示した。

次に実施用濃度での効果を比較するため、ラウレス硫酸Naは1%濃度とし、各保湿剤の濃度は0.25%に設定したところ、以下のグラフのように、

各保湿剤添加によるきしみ感の変化

今回使用した保湿剤の中で、PCA-Naが最も優れたきしみ感改善効果を有していることがわかった。

一方でPCA-Naと同じNMF成分の一種であり、しかもPCA-Naと同等の優れた吸湿性・保水性を有する乳酸Naはきしみ感の改善効果を示さなかった。

また、一般には吸湿性・保水性が低いといわれているソルビトールはPCA-Naほどではないが、きしみ感を改善する効果を有することがわかった。

これらの結果からラウレス硫酸Na系では、保湿剤自体の吸湿性・保水性という物性ときしみ感改善効果の間には相関関係はないことがわかった。

毛髪のすすぎ時のきしみ感改善効果とは、すすぎ後に毛髪上に残存した保湿剤が保持する水と保湿剤自体がもつ潤滑剤的な特性に関与するものであると予想される。

ただし、主剤の界面活性剤の種類によって変化する可能性がある。

さらに、他の種類の界面活性剤にPCA-Naを添加した場合のきしみ感改善効果を検討したところ、以下のグラフのように、

各界面活性剤にPCA-Naを添加した場合のきしみ感の影響

PCA-Naは、ラウレス硫酸Naと同じ高級アルコール系界面活性剤であるラウリル硫酸Naをはじめ、アミノ酸系界面活性剤であるココイルメチルアラニンNaやタウリン系界面活性剤であるラウロイルメチルタウリンNaに添加した場合でも同様にきしみ感の低減効果を示した。

最後に配合品(市販品)のシャンプー(主剤:ラウレス硫酸TEA,配合量不明)にPCA-Naを2.5%添加した場合のきしみ感を評価したところ、添加しない場合と比較してすすぎ時のきしみ感が改善されることが明らかとなった。

この結果、PCA-Naは配合品に添加した場合でもすすぎ時のきしみ感を改善する効果を有することがわかった。

このような検証結果が明らかにされており(文献7:1995)、PCA-Naにきしみ感改善による毛髪保護作用が認められています。

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外の1995-1996年と2014年の調査結果になりますが、以下のように報告されています。

ちなみに表の中の製品タイプのリーブオン製品というのは付けっ放し製品という意味で、主にスキンケア化粧品やメイクアップ化粧品などを指し、リンスオフ製品というのは洗浄系製品を指します。

PCA-Naの配合製品数と配合量の調査結果(1995-1996年および2014年)

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PCA-Naの安全性(刺激性・アレルギー)について

PCA-Naの現時点での安全性は、

  • 外原規2006規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2006に収載
  • 10年以上の使用実績
  • 皮膚刺激性:ほとんどなし
  • 眼刺激性:ほとんどなし
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし
  • 光毒性および光感作性:ほとんどなし
  • アクネ菌増殖性:ほとんどなし

これらの結果から、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

以下は、この結論にいたった根拠です。

皮膚刺激性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献3:1999)によると、

  • [ヒト試験] 13人のボランティアの額、頬、首および背中に6.25,12.5,25および50%PCA-Na水溶液を解放パッチ適用し、試験部位を5分間隔で40分間観察したところ、被検者の3人は12.5%以上の濃度で背中に紅斑を生じ、2人の被検者は6.25%に反応したが、これらは最初の5分以内に観察され、30分までには消失しており、額、頬、の皮膚には刺激が認められなかった
  • [ヒト試験] 46人のボランティアの左上腕に30%PCA-Naを1日1回14日間にわたって適用し、6日目と14日目に採点したところ、試験期間中に刺激の兆候は観察されなかった(味の素,1972)
  • [ヒト試験] 46人の男性ボランティアの背中の左側に4,8,16および32%PCA-Na水溶液を閉塞パッチ下で適用し、一方で陰性対照部位に蒸留水、5%ポリエチレングリコールおよび5%グリセリンで処理した。パッチ除去3時間後に採点したところ、平均刺激スコアは陰性対照部位と有意に異ならなかった。被検者の1人はすべての濃度で紅斑を有し、別の被検者は4および8%の濃度で紅斑を示したが、16および32%では部分的な紅斑のみであった(味の素,1972)
  • [ヒト試験] 湿疹性皮膚炎患者47人の背中に0.2%PCA-Naを閉塞パッチ下で48時間適用し、パッチ除去24および48時間後に採点したところ、有意な刺激の証拠は認められなかった(味の素,1972)
  • [ヒト試験] 18人のボランティアに2%PCA-Naを含む製剤を用いて4日間の累積刺激試験を実施したところ、陰性だった(Cosmetic Toiletry and Fragrance Association,1990)
  • [動物試験] 10匹のモルモットの剃毛した胴に2,4,8,16,32および50%PCA-Na水溶液を1日1回14日間適用し、適用期間の14日間とさらに適用後14日間観察したところ、いずれの濃度においても刺激は観察されなかった(味の素,1994)
  • [動物試験] 30匹のモルモットの擦り剥いた皮膚に5%PCA-Naを1日1回3日間適用したところ、非刺激性であった(味の素,1994)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、大部分において共通して皮膚刺激なしと報告されているため、皮膚刺激性はほとんどないと考えられます。

眼刺激性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献3:1999)によると、

  • [動物試験] 6匹のウサギの右結膜嚢に50%PCA-Na水溶液0.1mLを点眼し、3匹のウサギは点眼2~4秒後にすすぎ、残りの3匹はすすがずそのままにし、24,48,72,96および168時間後にそれぞれの眼を採点したところ、処置群および対照群のいずれのウサギにおいても非常に軽度の炎症が観察されたが、これらの兆候は72または96時間の観察では沈静化していたため、非刺激性と分類された(味の素,1994)
  • [動物試験] 軽度の結膜炎が点眼1時間後に観察されたが24時間後には消失した(UCIB,1990)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、一過性の最小の炎症や結膜炎の報告もみられますが、結論としては共通して眼刺激性なしと報告されているため、眼刺激性はほとんどないと考えられます。

皮膚感作性(アレルギー性)について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献3:1999)によると、

  • [ヒト試験] 25人のボランティアに誘導期間として2%PCA-Naを含む製剤0.1gを閉塞パッチ下で48時間適用を5回繰り返し、10日間の無処置期間を経て48時間のチャレンジパッチを適用し、パッチ除去1および24時間後に部位を採点したところ、誘導期間およびチャレンジ期間に刺激は観察されず、感作の証拠も示さなかった(Ivy Laboratories,1991)
  • [ヒト試験] 39人の被検者の背中の3箇所に4,8,16および32%PCA-Naを閉塞パッチ下で適用し、1つは24時間後に採点し、残りの2つは48時間後に採点したところ、皮膚感作の有意な証拠は観察されなかった(味の素,1972)
  • [動物試験] 2,4,8,16,32および50%PCA-Na水溶液を14日間連続で適用した2週間後に10匹のモルモットの右乳房領域に5%PCA-Na水溶液を適用し、48および72時間後に採点したところ、感作の兆候は観察されなかった(味の素,1994)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、共通して皮膚感作性なしと報告されているため、皮膚感作性はほとんどないと考えられます。

光毒性および光感作性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献3:1999)によると、

  • [ヒト試験] 感作試験の24時間チャレンジパッチの24時間後にUVライトを50秒間照射し、一方で48時間チャレンジパッチを終えた被検者にも同様にUVライトを照射し、照射24時間後に採点したところ、両方においてUV照射後の刺激の増加は観察されず、むしろ刺激は消散していたため、PCA-Naは光毒性も光感作性も認められないと結論づけた(味の素,1991)
  • [動物試験] 10匹のモルモットの剃毛した背中に1%PCA-Na水溶液を1,4,および7日目に適用し、それぞれのモルモットにUVライトを1日から10日目まで照射し、適用部位を4日目および10日目に採点したところ、光毒性の兆候は認められなかった(味の素,1994)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、共通して光毒性および光感作性なしと報告されているため、光毒性および光感作性はほとんどないと考えられます。

ニキビの原因となるアクネ菌の増殖性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献3:1999)によると、

  • [動物試験] 6匹のウサギの右耳に50%PCA-Na溶液を週に5日2週間にわたって適用し、左耳は対照として放置したところ、毛嚢脂腺の数に有意差は認められなかった(UCIB,1987)

と記載されています。

2009年にサティス製薬によって公開された研究調査(文献12:2009)によると、

ニキビ用化粧品の開発に役立つアクネ菌(Propionibacterium acnes)の資化性試験を用いて研究調査を行った。

資化性(しかせい)とは、微生物がある物質を栄養源として利用し増殖できる性質であり、化粧品に汎用されている各保湿剤がアクネ菌の栄養源になりうるかを検討するために、14種類の保湿剤(BGグリセリンDPGジグリセリントレハロースグルコースソルビトールプロパンジオールキシリトール、PCA-Na、ベタインラフィノースGCS(グリコシルトレハロース/加水分解水添デンプン混合物))をアクネ菌に与えてその増殖率を測定したところ、以下のグラフのように、

アクネ菌の保湿剤に対する資化性

縦軸の資化性スコア(吸光度)が高いほど菌が増殖していることを示しており、無添加と同等の増加率の場合はアクネ菌に対する資化性は非常に低いと考えられ、PCA-Naは無添加と同等の増加率であるため、アクネ菌の増殖性は認められなかった。

試験データをみるかぎり、ニキビの原因となる毛嚢脂腺の数に影響なしおよびアクネ菌の増殖性なしと報告されているため、アクネ菌増殖性はほとんどないと考えられます。

∗∗∗

PCA-Naは保湿成分にカテゴライズされています。

成分一覧は以下からお読みください。

参考:保湿成分

∗∗∗

文献一覧:

  1. 日光ケミカルズ(2016)「アミノ酸およびペプチド」パーソナルケアハンドブック,402-403.
  2. 日光ケミカルズ(2016)「肌荒れ防止剤」パーソナルケアハンドブック,513.
  3. Cosmetic Ingredient Review(1999)「Final Safety Assessment for PCA and Sodium PCA」International Journal of Toxicology(18)(2),25-34.
  4. 松村 秀一, 他(1989)「キチン及びキトサン誘導体の合成と吸・保湿性」油化学(38)(6),492-500.
  5. A. C. Park, et al(1972)「Rheology of stratum corneum—I: A molecular interpretation of the stress-strain curve.」Journal of the Society of Cosmetic Chemists(23)(1),3-12.
  6. 尾沢 達也, 他(1985)「皮膚保湿における保湿剤の役割」皮膚(27)(2),276-288.
  7. 松沢 幸代, 他(1995)「PCA-Naの毛髪のすすぎ時のきしみ感改善効果」日本化粧品技術者会誌(29)(3),227-233.
  8. “株式会社資生堂”(2011)「肌の天然保湿因子NMF産生メカニズムを解明」, <https://www.shiseidogroup.jp/newsimg/archive/00000000001259/1259_n9q22_jp.pdf> 2018年12月29日アクセス.
  9. 井形 幸代, 他(1993)「湿潤剤の差別化 吸湿性試験を用いた方法」日本化粧品技術者会誌(27)(3),450-458.
  10. Imokawa G, et al(1991)「Stratum corneum lipids serve as a bound-water modulator.」Journal of Investigate Dermatology(96)(6),845-851.
  11. 坂本 一民(1982)「プロデュウの特性と応用について」Fragrance Journal(10)(5),46-51.
  12. “株式会社サティス製薬”(2009)「化粧品でアクネ菌が増える?」, <http://www.saticine-md.co.jp/exam/trustee_service/release/20090519.html> 2018年12月30日アクセス.

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