酸化チタンとは…成分効果と毒性を解説

紫外線散乱 紫外線吸収 着色
酸化チタン
[化粧品成分表示名称]
・酸化チタン

[医薬部外品表示名称]
・酸化チタン、微粒子酸化チタン

[慣用名]
・二酸化チタン

酸化鉱物の一種であるチタン鉄鉱(学名:ilmenite)を細かく粉砕して得られる不溶性のチタン酸化物(無機化合物:白色顔料)です。

工業用に使用される酸化チタンの結晶構造には、

  • ルチル型(Rutile:金紅石)
  • アナターゼ型(Anatase:鋭錐石)

この2種の形態があり、酸化チタンの物性は、

分子量 屈折率
ルチル型 アナターゼ型
79.87 2.72 2.52

このように記載されています(文献13:1993)

無機顔料における光学的性質の第一因子は屈折率であり、屈折率が大きいほど表面反射が大きくなり、隠蔽力は増加します(∗1)(文献14:2006)

∗1 酸化チタンの屈折率は、化粧品に用いられる無機顔料の中では赤酸化鉄(ベンガラ)についで二番目に大きいです。

一方で隠蔽力が高いことは、言い換えれば透明性が低く、また使用時に肌に白く残る「白浮き」やきしみ感が生じる原因にもなるため、通常UVケア目的で配合される場合は、酸化チタンを微粒子化(ナノ化)することで透明性および使用感を高めた微粒子酸化チタン(ナノ化酸化チタン)が用いられます(∗2)

∗2 酸化チタンを微粒子化することで、紫外線は遮断しますが可視光は透過するため透明性が高くなり、その結果として白浮きがなくなり、使用感が向上します。

また、酸化チタンは光触媒作用を有しており、光を受けると表面で強力な酸化力を発揮するため(文献17:2012)、工業的にはこの性質を利用して難分解性の物質を分解するのに使用されていますが、皮膚表面でその酸化力を発揮されると安全性を著しく損なうことから、必ず何らかの表面コーティング処理を行い、酸化力を抑制した上で化粧品に配合されます。

このような背景から、酸化チタンが配合されている場合は、一例として表面処理剤・分散剤として一緒に、シリカ水酸化Alジメチコンシクロペンタシロキサントリエトキシカプリリルシランハイドロゲンジメチコンイソステアリン酸ステアリン酸アルミナポリアクリル酸Naなどのいずれかまたは複数の成分が表示一覧の末尾に記載されます。

化粧品に配合される場合は、

これらの目的で、日焼け止め製品、メイクアップ化粧品、スキンケア化粧品、洗顔料&洗顔石鹸、ネイル製品などに使用されています。

UVBおよびUVA散乱およびUVB吸収による紫外線防御作用

UVBおよびUVA散乱およびUVB吸収による紫外線防御作用に関しては、まず前提知識として紫外線(UV:Ultra Violet)および紫外線の皮膚への影響について解説します。

太陽による照射は、以下の図のように、

紫外線の構造

波長により、赤外線、可視光線および紫外線に分類されており、可視光線よりも波長の短いものが紫外線です。

また紫外線は、波長の長いものから

  • UVA(長波長紫外線):320-400nm
  • UVB(中波長紫外線):280-320nm
  • UVC(短波長紫外線):100-280nm

このように大別され、波長が短いほど有害作用が強いという性質がありますが、以下の図のように、

紫外線波長領域とオゾン層の関係

UVCはオゾン層を通過する際に散乱・吸収されるため地上には到達せず、UVBはオゾン層により大部分が吸収された残りが地上に到達、UVAはオゾン層による吸収をあまり受けずに地表に到達することから、ヒトに影響があるのはUVBおよびUVAになります。

UVAおよびUVBのヒト皮膚への影響の違いは、以下の表のように(∗3)

∗3 ( )内の反応は大量の紫外線を浴びた場合に起こる反応です。

  UVA UVB
紫外線角層透過率
日焼けの現象 サンタン
(皮膚色が浅黒く変化)
サンバーン
(炎症を起こし、皮膚色が赤くなりヒリヒリした状態)
急性皮膚刺激反応 即時型黒化(紅斑)
遅延型黒化(紅斑)
UVBの反応を増強
(表皮肥厚、落屑)
遅延型紅斑(炎症、水疱)
遅延型黒化
表皮肥厚、落屑
(DNA損傷)
慢性皮膚刺激反応 真皮マトリックスの変性 真皮マトリックスの変性
日焼け現象発症時間 2-3日後 即時的
(1時間以内に赤みを帯び始める)

性質がまったく異なっています(文献9:2002;文献10:2002;文献11:1997)

国内の紫外線量の目安としては、2016年に茨城県つくば局によって公開されている紫外線量観測データによると、以下の表のように、

茨城県つくば局における紫外線量(UVA,UVB)年間値(2016年)

2月-10月の期間中とくに4月-9月の期間は、UVAおよびUVBの両方増加する傾向にあるため(文献12:2016)、UVAおよびUVB両方の紫外線防御が必要であると考えられます。

酸化チタンは、高い屈折率による光散乱・反射による紫外線防御効果を有していることが広く知られており、代表的な紫外線散乱剤として紫外線防御を目的とした製品に広く使用されています。

また、酸化チタンは以下の表のように、

 酸化チタンおよび酸化亜鉛の紫外線吸収波長

320nm以下の波長領域において紫外線吸収能を有していることからUVB吸収剤としての機能も発揮することが明らかにされています(文献15:2014;文献16:2017)

紫外線散乱剤としてUVケア製品に使用される場合、仕上がり時の透明性や使用感が重要視されるため、粒子径15-50nm(∗4)の微粒子酸化チタンが用いられることが多く、また一般的にはシリコーンなどの分散媒に微粒子酸化チタンを分散させたスラリー(∗5)が用いられます(文献8:2014)

∗4 粒子径範囲が15-50nmの酸化チタンでは、紫外光を遮断する一方で可視光を透過するため透明性が高くなることから、一般的にこの粒子径範囲の微粒子酸化チタンが使用されます。

∗5 スラリーとは、液体中に無機粉体などの固体粒子が懸濁している流動体・分散体のことです。

紫外線吸収剤の多くは合成化合物であることから、ノンケミカル系をプロモーションする日焼け止め製品などは酸化チタンなどの紫外線散乱剤のみを使用するものも存在しますが、使用感などの点から紫外線吸収剤と組み合わせて配合するのが一般的です。

白色顔料による着色

白色顔料による着色に関しては、酸化チタンはその屈折率の高さから紫外光だけでなく、可視光を散乱することによって白く見せる効果があり、可視光の散乱効果は粒径200-300nm付近が最大といわれていることから、この大きさ(微粒子酸化チタンではない)の酸化チタンが白色顔料としてメイクアップ化粧品、スキンケア化粧品、洗顔石鹸、ネイル製品などに使用されます(文献8:2014)

化粧石鹸に関しては、セッケン生地のままでは表面がやや透明となり、なんとなく安っぽい印象を与えるため、1%前後の酸化チタンを添加して白色に着色し、質感を付与する処方が汎用されています(文献18:1995)

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酸化チタンの安全性(刺激性・アレルギー)について

酸化チタ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
  • 10年以上の使用実績
  • 皮膚刺激性(ナノ粒子除く):ほとんどなし
  • 皮膚刺激性(ナノ粒子):ほとんどなし
  • 眼刺激性(ナノ粒子除く):ほとんどなし
  • 眼刺激性(ナノ粒子):ほとんどなし
  • 皮膚感作性(ナノ粒子除く):ほとんどなし
  • 皮膚感作性(ナノ粒子):ほとんどなし
  • 発がん性:動物における十分な証拠はあるが、ヒトにおける十分な証拠なし

このような結果となっており、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

– 酸化チタン(ナノ粒子除く) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献2:2016)によると、ナノ粒子でない通常の酸化チタンでは、

  • [ヒト試験] ヒト皮膚に行ったDraize局所性刺激試験で、300μgを3日間塗布したところ、軽微な反応が認められた
  • [ヒト試験] 50人のボランティアによるパッチテストにおいて、50%酸化チタンを含むワセリンは皮膚刺激性を示さなかった
  • [動物試験] 3匹のウサギの剃毛した背部に0.5g酸化チタンを含む脱イオン水0.25mLを半閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に温水で洗浄し、1,24,48および72時間後にDraize法に従って皮膚反応を観察したところ、いずれの観察時間においても皮膚刺激性はみられなかった
  • [動物試験] 6匹のウサギの剃毛した背部に0.5g酸化チタンを含む脱イオン水を4時間にわたって半閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に温水で洗浄し、1,24,48および72時間後にDraize法に従って皮膚反応を観察したところ、1時間後で2匹に軽度の紅斑と1匹に中等の紅斑が、24時間後には3匹で軽度の紅斑が、48および72時間後には1匹で軽度の紅斑がみられたが、これらの影響には回復性がみられ、いずれの観察時間においても浮腫はみられなかった。酸化チタンは刺激性なしと考えられた

– 酸化チタン(ナノ粒子) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献3:2015)によると、酸化チタン(ナノ粒子)では、

  • [動物試験] ウサギの皮膚に粒径140±44nmの微粒子酸化チタンを含む蒸留水0.5gを4時間塗布し、その後72時間までDraizeスコアを評価したところ、皮膚刺激性は認められなかった(Warheit et al,2007)
  • [動物試験] ヘアレスラットの皮膚に微粒子酸化チタン(1次粒子径26.7nm、2次粒子径391.6nm)を単回塗布したところ、微粒子酸化チタンは毛包間表皮の剥離層および毛漏斗角質化層に局在していたが、表皮にお生細胞領域には認められず、細胞の変化も観察されなかった(Adachi et al,2010)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、通常の酸化チタンおよび微粒子酸化チタン(ナノ化酸化チタン)の両方で皮膚刺激性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

– 酸化チタン(ナノ粒子除く) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献2:2016)によると、ナノ粒子でない通常の酸化チタンでは、

  • [動物試験] 3匹のウサギの片眼の結膜嚢に約57mgの酸化チタンを適用し、適用後1,24,48および72時間後の角膜、虹彩、結膜の反応をDraizeに従ってスコア化したところ、1および24時間後の観察で3匹すべてのウサギに結膜の発赤(スコア1または2)がみられたが、24あるいは48時間後には正常な状態に回復した。フルオレセイン(蛍光)染色検査において角膜の傷害はみられなかった。このほかの2試験においても眼刺激性はみられなかった

– 酸化チタン(ナノ粒子) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献3:2015)によると、酸化チタン(ナノ粒子)では、

  • [動物試験] ウサギの片眼に粒径140±44nmの微粒子酸化チタン57mgを点眼し、その後72時間まで、結膜、虹彩、角膜を評価したところ、急性期に結膜の発赤(スコア1~2)が認められたが、可逆的であり、24および48時間後には正常に戻った。有意な所見は認められなかった(Warheit et al,2007)

と記載されています。

試験データをみるかぎり、通常の酸化チタンおよび微粒子酸化チタン(ナノ化酸化チタン)の両方で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

– 酸化チタン(ナノ粒子除く) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献2:2016)によると、ナノ粒子でない通常の酸化チタンでは、

  • [ヒト試験] 290人の皮膚疾患患者に、ワセリンに5%の濃度で調製した二酸化チタンのパッチテストを行ったが接触性皮膚炎はなかった
  • [動物試験] 20匹のモルモットを用いたBuehler法皮膚感作試験において、チャレンジパッチ適用24および48時間後に皮膚反応を観察したところ、20匹のすべてにおいて皮膚感作性はみられなかった
  • [動物試験] マウスを用いたLLNA(マウス局所リンパ節増殖試験)において0%,5%,25%,50%または100%濃度の酸化チタン25μLをマウスの耳介に3日間にわたって塗布した後5日目にRI標識物質(3H-チミジン)20μCiを静脈内投与し、投与5時間後に耳介リンパ節を採取した。RI標識物質の取込量を測定したところ、SI(Stimulation index)は3.0(陽性と判断される基準)以下であり、酸化チタンは皮膚感作物質ではないと考えられた(SIDS(2013))

– 酸化チタン(ナノ粒子) –

厚生労働省の詳細リスク評価書(文献3:2015)によると、酸化チタン(ナノ粒子)では、

  • [動物試験] 粒径140±44nmの微粒子酸化チタンを含む蒸留水をLLNA(局所リンパ節試験法)で評価した。ウサギの両耳に試験物質を3日間連続塗布し、耳介リンパ節における³H-Thymidineの取り込みを測定したところ、微粒子酸化チタンに皮膚感作性は認められなかった

と記載されています。

試験データをみるかぎり、通常の酸化チタンおよび微粒子酸化チタン(ナノ化酸化チタン)の両方で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。

発がん性について

IARC(International Agency for Research on Cancer:国際がん研究機関)は、世界保健機関(WHO)の一機関であり、人に対する発がん性に関する様々な物質・要因を評価し、以下の表のように5段階に分類しています(文献5:2017;文献6:2019)

グループ グループ内容 分類理由
グループ1 ヒトに対する発がん性がある ・ヒトへの発がん性について十分な証拠がある
グループ2A ヒトに対しておそらく発がん性がある ・ヒトへの発がん性については限られた証拠しかないが、実験動物の発がんについては十分な証拠がある場合
グループ2B ヒトに対して発がん性がある可能性がある ・ヒトへの発がん性については限られた証拠があるが実験動物では十分な証拠のない場合
・ヒトへの発がん性については不十分な証拠しかないあるいは証拠はないが、実験動物は十分な発がん性の証拠がある場合
グループ3 ヒトに対する発がん性について分類できない ・ヒトへの発がん性については不十分な証拠しかなく、実験動物についても不十分又は限られた証拠しかない場合
・他のグループに分類できない場合
グループ4 ヒトに対する発がん性がない ・ヒトへの発がん性はないことを示す証拠があり、かつ実験動物についても同様な証拠がある場合

2010年に公開されたIARCの評価によると、酸化チタンの発がん性は、

  • 実験動物において酸化チタンの発がん性について十分な証拠がある
  • ヒトにおいて酸化チタンの発がん性について十分な証拠がない

このように結論づけられており、「グループ2B」に分類されています(文献7:2010)

IARCが「グループ2B」に分類する根拠は、2015および2016年に厚生労働省によって公開された酸化チタンのリスク評価書によると、

– 酸化チタン(ナノ粒子除く) –

  • [動物試験] 160匹のラット(雌雄各80匹)に0,10,50,250mg/m³のルチル型酸化チタン酸化チタン(1.5-1.7μm)を6時間/日、5日/週、24ヶ月間全身吸入暴露したところ、細気管支肺胞腺腫、扁平上皮化生、肺嚢胞、扁平上皮がんがみられたが、10および50mg/m³では曝露による肺の腫瘍はみられなかった。閾値の有無は判断できない。

– 酸化チタン(ナノ粒子) –

  • [動物試験] 100匹のラットに微粒子酸化チタン(21nm)を18時間/日、5日/週、24ヶ月間全身吸入暴露(平均:10.4mg/m³)したところ、19匹のラットの肺に腫瘍が認められた。また閾値をもって肺腫瘍発生率が増加することから閾値があると考えられる。

このような試験データが報告されており(文献2:2016;文献3:2015)、ヒトに対する発がん性の試験データはなく、動物による長期吸入曝露によるデータのみを根拠にした区分となっています。

また、IARCだけでなく世界の主要な発がん性分類によると(∗6)

∗6 赤字が酸化チタンの該当区分です。

GHS区分 IARC EU 産衛学会 ACGIH NTP
1A 1 1A 1 A1 K
1B 2A 1B 2A A2 R
2 2B 2 2B A3
分類できない 3 A4
区分外 4 A5

このように区分されています(文献4:2012)

GHSは化学品の安全性の区分として安全性データシート(Safety Data Sheet)などへの記載に用いられるものであり、現在はIARCの区分である「2B」を元に「区分2」に分類されています。

ただし、GHSの「区分2」はヒトに対する発がん性が疑われることを意味するものであるため、2012年に日本酸化チタン工業会は、発がん性に関する情報が複層化することによる混乱を避けるために、ヒトにおける酸化チタンの発がん性を分類するには十分な情報が得られていないと判断し、GHSの分類を「区分2」(ヒトに対する発がん性が疑われる)から「分類できない」(分類判断を行うのに十分な情報がない)に変更することを推奨しています(文献4:2012)

このように酸化チタンの発がん性の分類に関しては、まだ分類過程段階であるといえますが、現時点までの発がん性の情報を要約すると、

  • 動物試験による6および18時間/日、5日/週、24ヶ月間の長期吸入曝露による肺腫瘍などを根拠にIARCでは「2B」(ヒトへの発がん性の証拠はないが、実験動物は十分な発がん性の証拠がある)に区分される
  • ヒトにおける発がん性の情報なし
  • ナノ化酸化チタンが使用され始めた2004年前後から酸化チタンを配合した市販製品での発がん性の報告なし
  • 2006-2017年の間にナノ化酸化チタンによる健康被害の報告なし

これらの情報から、現時点では酸化チタンのヒトに対する発がん性の根拠はみあたりません。

また、ナノ化酸化チタンの発がん性への懸念については、ナノ化酸化チタンを生産している工場などで働いている方が長期にわたって日々微粒子酸化チタンを吸引することによる肺への影響としての発がん性などの懸念であり、化粧品ユーザーが通常使用下で皮膚に塗布する分量においては問題ないと考えられます。

∗∗∗

酸化チタンは紫外線防御成分、着色剤にカテゴライズされています。

それぞれの成分一覧は以下からお読みください。

参考:紫外線防御成分 着色剤

∗∗∗

文献一覧:

  1. 日本化粧品工業連合会(2017)「ナノマテリアルの調査」, <https://www.jcia.org/user/approach/nanomaterial> 2019年6月18日アクセス.
  2. 厚生労働省(2016)「詳細リスク評価書 酸化チタン(ナノ粒子除く)」, <http://www.mhlw.go.jp/file/05-Shingikai-11201000-Roudoukijunkyoku-Soumuka/0000145962.pdf> 2017年12月17日アクセス.
  3. 厚生労働省(2015)「詳細リスク評価書 酸化チタン(ナノ粒子)」, <http://www.mhlw.go.jp/stf/shingi/2r985200000375tx-att/2r98520000037650.pdf> 2017年12月17日アクセス.
  4. 日本酸化チタン工業会(2012)「酸化チタンの発がん性に関するGHS分類区分の変更について(詳細)」, <http://www.sankatitan.org/kaihou.pdf/kaihou378oct2016/2016.10hatsugan.pdf> 2019年6月18日アクセス.
  5. 農林水産省(2017)「国際がん研究機関(IARC)の概要とIARC発がん性分類について」, <http://www.maff.go.jp/j/syouan/seisaku/risk_analysis/priority/hazard_chem/iarc.html> 2019年6月18日アクセス.
  6. International Agency for Research on Cancer(2019)「Agents Classified by the IARC Monographs, Volumes 1–123」, <https://monographs.iarc.fr/agents-classified-by-the-iarc/> 2019年6月18日アクセス.
  7. International Agency for Research on Cancer(2010)「Titanium Dioxide」IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans(93),193-276.
  8. 本間 茂継(2014)「化粧品開発に用いられる紫外線防御素材」日本化粧品技術者会誌(48)(1),2-10.
  9. 朝田 康夫(2002)「紫外線の種類と作用は」美容皮膚科学事典,191-192.
  10. 朝田 康夫(2002)「サンタン、サンバーンとは」美容皮膚科学事典,192-195.
  11. 須加 基昭(1997)「紫外線防御スキンケア化粧品の開発」日本化粧品技術者会誌(31)(1),3-13.
  12. 国立環境研究所 有害紫外線モニタリングネットワーク(2016)「茨城県つくば局における紫外線量(UV-A,UV-B)月別値」, <http://db.cger.nies.go.jp/gem/ja/uv/uv_sitedata/graph01.html> 2019年6月15日アクセス.
  13. 岡本 員明(1993)「紫外線防御からみたファンデーションの開発」Fragrance Journal(21)(5),27-34.
  14. 日光ケミカルズ(2006)「紫外線防御剤」新化粧品原料ハンドブックⅠ,445-459.
  15. 中西 美樹(2014)「日焼け止め化粧料の特性と有用性評価」表面科学(35)(1),40-44.
  16. 福井 崇(2017)「サンスクリーン製剤化技術の特徴」日本香粧品学会誌(41)(2),119-123.
  17. Y Li, et al(2012)「Mechanism of photogenerated reactive oxygen species and correlation with the antibacterial properties of engineered metal-oxide nanoparticles.」ACS NANO(6)(6),5164-5173.
  18. 藤井 徹也(1995)「石けんの常識 Q&A」洗う―その文化と石けん・洗剤,42-50.

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