アルギニンとは…成分効果と毒性を解説

保湿 バリア改善 pH調整 毛髪修復
アルギニン
[化粧品成分表示名称]
・アルギニン

[医薬部外品表示名称]
・L-アルギニン

生体内に存在するアミノ酸の一種であり、詳しくは以下のタンパク質を構成するアミノ酸の分類と物性表をみてもらうとわかりやすいと思いますが、

分類 分類 アミノ酸名 分子量 体内合成
中性アミノ酸 脂肪族アミノ酸 グリシン 75.07 可(非必須)
アラニン 89.09 可(非必須)
バリン 117.15 不可(必須)
ロイシン 131.17 不可(必須)
イソロイシン 131.17 不可(必須)
オキシアミノ酸 セリン 105.09 可(非必須)
トレオニン 119.12 不可(必須)
含硫アミノ酸 システイン 121.16 可(非必須)
シスチン 240.30 可(非必須)
メチオニン 149.21 不可(必須)
芳香族アミノ酸 フェニルアラニン 165.19 不可(必須)
チロシン 181.19 可(非必須)
トリプトファン 204.23 不可(必須)
イミノ酸 プロリン 115.13 可(非必須)
酢酸アミノ酸アミド アスパラギン 133.10 可(非必須)
グルタミン 146.14 可(非必須)
酸性アミノ酸 アスパラギン酸 133.10 可(非必須)
グルタミン酸 147.13 可(非必須)
塩基性アミノ酸 アルギニン 174.20 可(非必須)
ヒスチジン 155.15 可(非必須)
リシン 146.19 不可(必須)

塩基性アミノ酸であり、体内で合成される非必須アミノ酸です(文献1:2016;文献2:1974)

また表皮角質層に遊離の形で存在し、天然保湿因子(NMF)の主成分であるアミノ酸の構成成分でもあります(文献1:2016)

生体内では、エネルギーを産生するためのクエン酸回路という代謝回路が存在しており、クエン酸回路が一周することによってATPなどのエネルギーを産生しますが、個々のアミノ酸は代謝分解によって、クエン酸回路における中間体として組み込まれ、この中間体が変化をともなって一周することでATPなどのエネルギーを産生します(文献3:2013)

アルギニンは、以下のように、

アルギニン → グルタミン酸 → α-ケトグルタル酸

いくつかの反応を通じてグルタミン酸に変換され、グルタミン酸デヒドロゲナーゼという酵素を触媒としてα-ケトグルタル酸という中間体になり、クエン酸回路に組み込まれます(文献3:2013)

創傷治癒の際にはアルギニンからアルギナーゼを触媒としてプロリンが生成される経路が重要であり、コラーゲンの新生にはアルギニンが必須であると考えられています(文献1:2016)

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、ヘアケア製品、ハンドケア製品など様々な製品に使用されます(文献1:2016;文献7:2000;文献9:2016)

角質層および毛髪の水分量増加による保湿作用

角質層および毛髪の水分量増加による保湿作用に関しては、まず前提知識として天然保湿因子について解説します。

天然保湿因子は、以下の画像のように、

角質層の構造

角質層の角質に存在する水溶性の保湿成分であり、その構成成分は、以下の表のように、

成分 含量(%)
アミノ酸類 40.0
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

アミノ酸が40%を占めており、ピロリドンカルボン酸や尿素などアミノ酸の代謝物を含めると60%にも及びます。

またアミノ酸の組成は、以下の表のように、

アミノ酸の種類 含量(%)
アスパラギン + アスパラギン酸 1.09
トレオニン 0.64
セリン 20.13
グルタミン + グルタミン酸 3.88
プロリン 6.09
グリシン 13.27
アラニン 9.87
バリン 3.61
メチオニン 0.41
イソロイシン 0.83
ロイシン 1.74
フェニルアラニン 0.78
チロシン 0.98
リシン 1.70
ヒスチジン 1.73
アルギニン 9.18

16種類のアミノ酸が含まれていることが明らかになっています(文献4:1983)

これらの成分が角質層の水分を保持しており、こういった背景から天然保湿因子であるアルギニンは他の天然保湿因子と併用して配合されることがあります(文献1:2016)

次に、毛髪におけるアミノ酸組成ですが、以下のように、

アミノ酸の種類 含量(%)
アスパラギン + アスパラギン酸 4.9
トレオニン 6.0
セリン 11.7
グルタミン + グルタミン酸 11.4
プロリン 8.4
グリシン 6.4
アラニン 4.6
バリン 5.8
システイン 17.8
メチオニン 0.6
イソロイシン 2.6
ロイシン 5.8
フェニルアラニン 2.2
チロシン 2.0
リシン 2.7
ヒスチジン 0.9
アルギニン 5.8

17種類のアミノ酸が含まれていることが明らかになっています(文献6:1995)

これらの成分が毛髪におけるの水分を保持しており、こういった背景からアルギニンは他の天然保湿因子と併用してヘアケア製品に配合されることがあります(文献1:2016)

TEWL回復促進によるバリア改善作用

TEWL回復促進によるバリア改善作用に関しては、まず前提知識としてTEWLについて解説します。

TEWLは、Trans Epidermal Water Lossの略で、皮膚表面から空気中へ水分が蒸散される皮膚水分蒸散量(経表皮水分喪失量)を表します(文献8:2002)

アトピー性皮膚炎、湿疹、炎症などにみられる種々の皮膚症状においては、皮膚からの水分消失が健常な皮膚に比べて盛んであることが知られており、TEWLの増加は表皮内の水分保持やバリア機能を担っている成分の減少が関与していると考えられています。

2000年に資生堂によって公開された技術情報によると、

皮膚バリア機能回復促進効果試験において、皮膚をテープストリッピングすることによって破壊された皮膚バリア機能がもとの状態へ回復していく過程におけるアルギニンの影響をTEWLを指標として評価したところ、以下のグラフのように、

アルギニンのTEWL回復効果

アルギニンにTEWL回復効果が示された。

このような検証結果が明らかにされており(文献7:2000)、アルギニンにTEWL回復促進によるバリア改善作用が認められています。

塩基性によるpH調整作用

塩基性によるpH調整作用に関しては、まず前提知識として塩基性について解説します。

塩基性とは、酸と反応する性質のことであり、水溶液に限ってはアルカリ性と同義です(∗1)

∗1 たとえば、水酸化ナトリウムは塩基性の物質ですが、そのままの粉末ではリトマス紙をつけても変化がなく、この水酸化ナトリウムを水に溶かして水酸化ナトリウム水溶液とすることで、水酸化物イオンのはたらきで水溶液がアルカリ性になるということです。

アルギニンは、タンパク質を構成するアミノ酸の中で最も塩基性が強いため、酸を中和するマイルドなpH調整剤として使用されます。

ケン化または中和反応によるセッケン合成作用

ケン化または中和反応によるセッケン合成作用に関しては、まず前提知識としてセッケン合成メカニズムおよびセッケンの種類について解説します。

セッケンは、以下のように、

高級脂肪酸または油脂 + アルカリ塩

弱酸性を示す高級脂肪酸または油脂とアルカリ塩を反応させることで合成しますが(∗2)、アルカリ塩の種類によってセッケンのタイプが以下のように分類されます。

∗2 高級脂肪酸とアルカリ塩の反応によってセッケンを合成する方法を中和法、油脂とアルカリ塩の反応によってセッケンを合成する方法をケン化法といいます。

石鹸の種類 アルカリ塩 状態 pH
ナトリウム石鹸 水酸化ナトリウム(強塩基) 個体 弱アルカリ性
カリウム石鹸 水酸化カリウム(強塩基) 液体 弱アルカリ性
トリエタノールアミン石鹸 トリエタノールアミン(弱塩基) 液体 中性
アルギニン石鹸(アミノ酸石鹸) L-アルギニン(弱塩基) 液体 中性

一般的に固形石けんを合成する目的で水酸化Naが、液体石けんを合成する目的で水酸化Kが用いられ、これらで合成された石けんは「純石けん」と呼ばれ、pH9.5-10.5の弱アルカリ性を示し、水に溶けやすく高い洗浄力を有します。

一方でアルカリ塩としてL-アルギニンを反応させて合成したセッケンは、pHが8.0以下の中性域となり、石けん特有の加水分解をしないのが特徴です。

石けんの定義は、脂肪酸または油脂 + アルカリ塩であるため、アルカリ塩のみを他の塩基に置換した物質は「石けん」と呼んできた歴史があり、それに習って「アミノ酸石けん」と呼ばれますが、性状は中性域の半合成洗剤というべきものであり、「疑似石けん」に分類されるのが妥当であると考えられます。

アルギニンを反応させたセッケンを配合した石鹸は、アミノ酸石けんと呼ばれ、pHが中性域であることから一般的な石鹸と比較すると刺激性が低いとプロモーションされますが、1961年にアメリカのマサチューセッツ総合病院によって報告されたラウリン酸ナトリウムの皮膚浸透とpHの関係検証によると、

pH8.5以下の低pHでは界面活性剤の皮膚浸透による角質層内脂質溶解が起こりやすく、pH11以上の高pHではアルカリによるタンパク質変性(皮膚角質層の障害)を起こす可能性がある。

ただし、現在、家庭で使用されている洗浄液でpHが10.5を超えることはほとんどない。

また、事実上pH9.5-10.5の間のみこれらの作用は起こらなかった。

皮膚のこの一連の反応は、皮膚が有するアルカリ中和能とアルカリ値が高いほど皮膚浸透性が低下する性質によって説明できる。

このような検証結果が明らかにされており(文献11:1961)、アミノ酸石けんが純せっけんよりも低刺激であるかどうかは疑問が残ります。

洗浄効果については、基本的にアルカリ度の高いほうが洗浄効果も高い傾向にあるため、水酸化Naおよび水酸化Kよりアルカリ度の低いL-アルギニンは、相対的に洗浄効果が劣ると推測されます。

パサつき抑制による毛髪修復作用

パサつき抑制による毛髪修復作用に関しては、まず前提知識として毛髪におけるCMCとパサつきの関係を解説します。

以下の毛髪の断面図を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

毛髪のパサつきは、主に加齢またはカラーやブリーチなどのダメージによる毛髪損傷などによって起き、見た目にパサつきのある毛髪は、健常毛と比較してCMC構成成分であるL-アルギニンおよびL-ヒスチジンが多く流出していることが明らかになっています(文献9:2016;文献10:2002)

こういった背景からCMC構成成分、とくにL-アルギニンおよび/またはL-ヒスチジンを補うことが毛髪のパサつき抑制および改善に重要であると考えられます。

2016年にライオンによって報告された塩基性アミノ酸による毛髪内部補修技術によると、

毛髪における見た目のパサつき抑制効果を有する物質を検討するために、パサつきモデルの毛束を作製し、CMC構成成分を中心に各1%濃度のコンディショナー1gを均一塗布し、その後に温水ですすぎ、評価用シャンプー1gを均一塗布してすすぎ、風乾したところ、以下のグラフのように、

CMC構成成分を中心とした毛髪のパサつき抑制効果

L-アルギニンを添加した場合に顕著なパサつき抑制効果が認められた。

また毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量を定量した結果、毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量と見た目のパサつきのなさには比例関係が見られ、L-アルギニン、L-ヒスチジンの浸透量が多いほど、見た目のパサつきのなさは向上することが明らかになった。

ただし、持続的な効果を確認するために、0.1%L-アルギニンまたはL-ヒスチジンを配合したコンディショナー処理後にシャンプー製剤を用いて洗浄を行う処理を7回繰り返したところ、毛髪内部のL-アルギニン量、L-ヒスチジン量は極めて少なく、見た目のパサつき抑制効果が小さいことがわかった。

これらの浸透量が少なかった原因として

  • コンディショナで処理したことによって毛髪内部にアミノ酸が浸透しにくい
  • コンディショナー処理でアミノ酸は浸透したが、後のシャンプー洗浄によって洗い流される

といった仮説が考えられた。

そこで、アミノ酸を毛髪内部に浸透しやすくする毛髪膨潤効果および毛髪内部で多重膜を形成し浸透したアミノ酸の流出を防ぐ滞留効果を有する基剤を併用してスクリーニングしたところ、以下のグラフのように、

ヒスチジンおよびアルギニンにおける浸透促進および滞留促進効果

ラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)と併用した場合に、アミノ酸の浸透および滞留効果が最も示された。

これは、ラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)と細胞間脂質の構造が類似していることに起因していると考えられる。

このような検証結果が明らかにされており(文献9:2016)、アルギニンにパサつき抑制による毛髪修復作用が認められています。

また、アルギニンとラウロイルグルタミン酸ジ(フィトステリル/オクチルドデシル)を併用することで、毛髪へのアルギニン浸透性および滞留性が顕著に向上することが認められています(文献9:2016)

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外の2012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。

アルギニンの配合製品数と配合量の調査結果(2012年)

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アルギニンの安全性(刺激性・アレルギー)について

アルギニンの現時点での安全性は、

  • 医療上汎用性があり有効性および安全性の基準を満たした成分が収載される日本薬局方に収載
  • 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
  • 生体内に存在するアミノ酸の一種
  • 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

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。

皮膚刺激性および皮膚感作性(アレルギー性)について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ(文献5:2013)によると、

  • [ヒト試験] 104人の被検者に0.15%アルギニン、0.04%アラニン、0.01%グルタミン酸、0.05%ヒスチジン、0.01%リジン、0.13%セリンを含むフェイス&ネック製品を半閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作の兆候はなかった
  • [ヒト試験] 102人の被検者に0.025%アルギニン、0.025%グリシン、0.005%メチオニンを含むフェイス&ネック製品を閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作の兆候はなかった
  • [ヒト試験] 104人の被検者に0.27%アルギニン、0.07%ヒスチジン HCI、0.03%フェニルアラニン、0.03%チロシンを含む日焼け止め製品を閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 56人の被検者に1%アルギニンを含むフェイス&ネック製品を半閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 105人の被検者に1.1%アルギニンを含むマスカラを半閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 115人の被検者に1.4%アルギニンを含むアイゲル製品を閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 34人の被検者に1.4%アルギニンを含むアイゲル製品を4週間適用したところ、非常に耐用性が高かった
  • [ヒト試験] 108人の被検者に1.4%アルギニンを含むフェイシャルスクラブ/クレンジングマスクを閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 48人の被検者に1.4%アルギニンを含むフェイシャルスクラブ/クレンジングマスクを4週間適用したところ、非常に耐用性が高かった
  • [ヒト試験] 104人の被検者に1.35%アルギニンを含むフェイス&ネック製品を繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [ヒト試験] 106人の被検者に1.5%アルギニンを含むスカルプトリートメントを半閉塞パッチ下で繰り返し適用したところ(HRIPT)、皮膚刺激および皮膚感作はなかった
  • [動物試験] 4匹のウサギに5%アルギニン水溶液をDraize法に基づいて適用したところ、皮膚刺激はなかった

と記載されています。

試験データをみるかぎり、皮膚刺激および皮膚感作の報告がないため、皮膚刺激性および皮膚感作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5:2013)によると、

  • [動物試験] 4匹のウサギに5%アルギニン水溶液を点眼したところ、眼刺激性はなかった
  • [in vitro試験] 正常ヒト表皮角化細胞によって再構築された3次元培養角膜モデル(EpiOcular)を用いて、モデル角膜表面に1.4%アルギニンを含むアイゲルを処理したところ、眼刺激性は予測されなかった

と記載されています。

試験データをみるかぎり、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。

∗∗∗

アルギニンは保湿成分、バリア改善成分、安定化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 バリア改善成分 安定化成分

∗∗∗

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,400-401.
  2. 太田 博之(1974)「アミノ酸工業の展望」有機合成化学協会誌(32)(6),480-486.
  3. 清水 孝雄(2013)「クエン酸回路:アセチル-CoAの異化代謝」イラストレイテッド ハーパー・生化学 原書29版,186-193.
  4. Horii I, et al(1983)「Histidine-rich protein as a possible origin of free amino acids of stratum corneum.」Journal of Dermatology(10)(1),25-33.
  5. Cosmetic Ingredient Review(2013)「Safety Assessment of α-Amino Acids as Used in Cosmetics」International Journal of Toxicology(32)(6),41S-64S.
  6. F Wortmann, et al(1995)「Extracting informations from the amino acid compositions of keratins using principal components analysis.」Textile Research Journal(65),669-675.
  7. 株式会社資生堂(2000)「皮膚バリアー機能回復促進剤」特開2000-290135.
  8. 朝田 康夫(2002)「保湿能力と水分喪失の関係は」美容皮膚科学事典,103-104.
  9. 森部 利江, 他(2016)「塩基性アミノ酸による毛髪内部補修技術の開発」日本化粧品技術者会誌(50)(2),98-103.
  10. 西田 勇一, 他(2002)「各種ダメージによる毛髪への影響と新修復剤」Fragrance Journal(30)(8),35-43.
  11. I H Blank, et al(1961)「Penetration of Anionic Surfactants into Skin: Ⅲ. Penetration from Buffered Sodium Laurate Solutions」Journal of Investigative Dermatology(37)(6),485-488.

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