Effect of different alcohols on stratum corneum kallikrein 5 and phospholipase A2 together with epidermal keratinocytes and skin irritation

ObjectivesThe aim of this exploratory study was to investigate the effect of ethanol, isopropanol and n-propanol on stratum corneum (SC) enzymes and keratinocytes invitro together with their effects on skin condition and function. MethodsActivities of kallikrein 5 (KLK5) and phospholipase A2 (PLA2) as well as keratinocyte metabolic activity, interleukin-1 (IL-1) and tumor necrosis factor- (TNF-) were measured invitro in the presence and absence of the different alcohols. We also measured transepidermal water loss (TEWL), skin capacitance, visual dryness and visual redness on the volar forearms of 25 Caucasian women following application of the alcohols 20 and 100 times per day over a period of 14days in a clinical study. ResultsReduced activities of KLK5 and PLA2 were observed in the presence of the alcohols. The greatest denaturing effect was always observed for n-propanol (P<0.001), and in the case of PLA2, the effect of isopropanol was greater than ethanol (P<0.001). Equally, ethanol had the mildest effects on keratinocyte metabolic activity and cytokine secretion (P<0.001) and n-propanol always produced the most severe changes in normal and differentiated keratinocytes. These invitro findings supported the clinical results where the major effects were on the induction of skin irritation (increased dropout rates) and ranked the intolerance of the different alcohols as follows: n-propanol>isopropanol>ethanol. At the high application frequencies, the effect of the different alcohols on transepidermal water loss (TEWL) and skin capacitance was similar, but at the low application frequencies, n-propanol had a significant effect on TEWL and capacitance values (P<0.05). Equally, n-propanol and isopropanol produced significantly more skin redness at the low application frequencies. ConclusionsClearly, isopropanol and n-propanol caused significant SC and keratinocyte perturbation invitro together with damage to skin condition and function invivo whereas ethanol did not. As a result, we show that ethanol-based sanitizers are better tolerated by skin, particularly in high-use settings, than other alcohols and should be the active ingredient of choice. Resume ObjectifsLe but de cette etude exploratoire etait d'etudier l'effet de l'ethanol, de l'isopropanol et du n-propanol sur les enzymes de la couche cornee (SC) et les keratinocytes invitro ainsi que leurs effets sur l'etat de la peau et la fonction cutanee. MethodesLes activites de la kallikreine 5 (KLK5) et de la phospholipase A2 (PLA2), ainsi que l'activite metabolique des keratinocytes, l'interleukine-1 (IL-1) et le facteur de necrose tumorale- (TNF) ont ete mesures invitro en presence et en l'absence des differents alcools. Nous avons egalement mesure la perte d'eau transepidermique (TEWL), la capacite de la peau, la secheresse visuelle et une rougeur visuelle sur les avant-bras palmaires de 25 femmes Caucasiennes apres l'application des alcools 20 et 100 fois par jour sur une periode de 14 jours dans une etude clinique. ResultatsLa reduction des activites de KLK5 et PLA2 a ete observee en presence des alcools. Le plus grand effet denaturant a toujours ete observe pour le n-propanol (P<0.001) et dans le cas de la PLA2l'effet de l'isopropanol est superieure a l'ethanol (P<0.001). De meme, l'ethanol a eu les effets les plus douces sur l'activite metabolique des keratinocytes et la secretion de cytokines (P<0.001) et le n-propanol produit toujours des changements les plus severes dans les keratinocytes normaux et differencies. Ces resultats invitro ont confirme les resultats cliniques oU les effets majeurs etaient observes sur l'induction d'une irritation de la peau (augmentation des taux d'abandon par des panelistes) et ont classe l'intolerance aux differents alcools comme suit: n-propanol> isopropanol> ethanol. Aux hautes frequences d'application, l'effet des differents alcools sur la perte d'eau transepidermique (TEWL) et de la capacite de la peau etaient similaires, mais pour les basses frequences d'application, le n-propanol a eu un effet significatif sur la PIE et les valeurs de capacitance (P<0.05). De meme, le n-propanol et l'isopropanol produisent significativement plus de rougeur de la peau au niveau des basses frequences d'application. ConclusionsDe toute evidence, l'isopropanol et le n-propanol causent une perturbation significative du SC et des keratinocytes invitro et portent ainsi atteinte a la condition et la fonction cutanee invivo que l'ethanol ne presente pas. En consequence, nous montrons que les desinfectants a base d'ethanol sont mieux toleres par la peau que les autres alcools, en particulier dans les parametres d'utilisation eleves, et devraient preferer l'ethanol comme l'ingredient actif de choix.