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ESSENTIAL OIL  SAFETY   TOXICOLOGY  AND  HUMAN  PHYSIOLOGY  

Dr. James  L.  Symes   Professor  of  Chemistry   _________________________________________________________________________________________________ Adverse  Skin  Reactions  From  Essential  Oil  Use     DERMAL  IRRITATION:   A  chemical  burn  due  to  the  corrosive  nature  of  the  oil,             resulting  in  skin  damage  and  an  inflammatory  response.   SENSITIZATION:     An  allergic  reaction  resulting  in  a  histamine  response.   PHOTO-­‐TOXICITY:     A  photo-­‐active  molecule  is  activated  by  sunlight  and             releases  energy  to  the  skin  resulting  in  a  burn.     _________________________________________________________________________________________________  

Mucous Membrane  Irritants     Box  6.1  Mucous  Membrane  irritants   A:  Severely  irritating   Recommendation—do  not  use  on   mucous  membrane.   B:  Strongly  irritating   Recommendation—do  not  use  at   more  than  1%  concentration  on   mucous  membrane.   C:  Moderately  irritating   Recommendation—do  not  use  at   more  than  3%  concentration  on   mucous  membrane.   *  These  oils  rated  here  for  their   irritant  effects,  can  also  cause   powerful  allergic  reactions   D:  Non-­‐irritant   Caution—some  oils  may  occasionally   cause  irritation  if  used  undiluted.  

Citronella Coriander   Cumin   Cypress   Dill  seed   Lavender   Lemon   Lemongrass   Marjoram  (sweet)   Myrrh   Neroli   Nutmeg   Orange  

Horseradish     Clove  leaf   Clove  stem   Massoia   Oregano   Bay  leaf  (W.  Indian)   Caraway   Cassia   Cinnamon  Bark   Pimento  berry  

Mustard

Angelica root   Anise   Basil   Bergamot   Buchu   Cardamom   Eucalyptus   Fennel  (bitter)   Fennel  (sweet)   Frankincense   Galnbanum   Parsley  herb   Parsley  seed   Petitgrain   Pine  (dwarf)   Rose  A.   Rose  otto   Rosewood   Rue  

Carrot seed   Cedarwood  (atlas)   Cedarwood  (VA)   Chamomile  (German)   Chamomile  (Roman)   Clary  Sage   Geranium   Grapefruit   Hyssop   Immortelle   Juniper   Sage  (Dalmation)   Sandalwood   Sassafrass   Tarragon   Tea  Tree   Vetiver   Wintergreen   Yarrow,  Ylang-­‐Ylang  

Pimento leaf   Savory   Thyme   Thyme  (wild)   Cinnamon  leaf   Clove  Bud   Cornmint   Laurel     Peppermint   Spearmint  


Grading of  Skin  Irritation  of  Essential  Oils   Box  7.1  Grading  of  Skin  Irritancy   These  oils  were  all  tested  concentrations  between  the  max.  use  level  of  each  on  human  subjects  at   1%  &  3%,  depending  on  oil  in  fragrances.   A:  Severely  irritant   Horseradish   Mustard   B:  Strongly  irritant     Cade  (rectified)   Garlic    ?  

  Massoia                 Onion    ?   Pine  (dwarf)  (only  if  oxidized)   C:  Moderately  irritant   Clove  bud                                              Flouve     Clove  leaf                                                Parsley  leaf   Abies  alba  (cones)   Clove  stem                                          Parsleyseed   Ajowan    ?   Fennel  (sweet)                          Pimento  berry   Betel  leaf    ?   Fig  leaf                                                          Pimento  leaf   Birch  (sweet)   Fir  needle  (Siberian)      Rue   Bitter  almod  FFPA*   Hyacinth                                                       Cassia   Laurel   Cinnamon  bark   Ocimum  gratissimum   Cinnamon  leaf   Oregano   D:  Very  mildy  irritant   Eucalyptus  citriodora        Lime   Abies  alba  (needles)   Elemi                                                                            (distilled)   Ale                                                                Cedarwood(VA)   Fennel  (bitter)                                    Linaloe   Almond  (bitter)              Chamomile(Ger)   Fenugreek                                                  Lovage   Angelica  root                    Chamomile(Rom)   Flouve                                                                Mace   Angelica  seed                  Citronella   Frankincense    Mandarin(expressed)   Anise                                                  Clary  sage  (Fr.)   Galbanum                  Marjoram  (Spanish)   Armoise                                      Copaiba   Geranium  (Algerian)        Mastic   Basil  ?                                              Coriander   Geranium  (Bourbon)        May  chang   Basil  (W.Indian)      Costus  (severe   Geranium  (Maroc)                Mimosa    Benzoin  ?                                          Sensitizer)   Ginger                                                              Myrtle   Bergamot                              Cumin   Graperfruit                                            Narcissus   Bergamot  mint        Cypress   Guaiacwood                                        Nutmeg   Birch  (sweet)            Davana   Ho  leaf                                          Orange  (bitter)   Birch  tar                              Dill  seed   Honeysuckle                    Orange  (sweet)   Cubeb                                        Eu  de  brotus   Hay                                                      Orange  flower   Boldo                                          Eucalyptus  ?         Immortelle                          Palmarosa   Buchu?                                  Elecampane   Jonquil                                          Patchouli   Cabreuva                        (severe  sensitizer)     Juniper                                        Pennyroyal(Eur)   Camphor  (white)           Karo  karounde          Pennyroyal(N.   Camphor  (yellow)       Labdanum                                                          American)   Cananga                                               Lavandin                              Pepper  (black   Carraway  Birch  (sweet)   Lavender                  Perilla   Carrot  seed   Lemon                                      Peru  balsam   Cedarwood  (AT)   Lemon  leaf                      Peruvian  pepper   Cedarwood  (TX)   Lemongrass                Petitgrain  (bigrade)   E:  Non-­‐irritant   Cascarilla     Celery  seed   Abies  alba   Clary  sage  (Russian)   Ambrette  seed   Cornmint   Anise  (star)   Deertongue   Broom   Dill  weed   Cajeput   Fir  needle  (Canadian)   Calamarus   Gurjun  balsam   Camphor  (brown)   Hyssop   Cardamom   Jasmine  

  Terebinth  (only    if  oxidized)  

Sage (dalmation)          Verbena   Sassafras                                          Wintergreen   Savory  (summer)   Savory  (winter)   Spruce  hemlock   Taget   Tarragom   Tejpat    ?   Thyme   Thyme  (wild)    ?   Petitgrain  (Paraguay)   Rose  Abs.   Rose  otto   Rosemary  ?   Sandalwood   Savin  ?   Spearmint   Spike  lavender   Spruce   Star  anise   Tangelo   Tangerine   Tansy   Tea  Tree   Thuja   Tobacco  leaf   Tonka   Tumeric   Valerian  ?   Verbena   Vetiver   Wormseed   Wormwood   Yarrow  ?   Ylang-­‐ylang   Juniperus  phoenicea          Snakeroot   Labdanum                                                Violet  leaf   Marjoram  (sweet)   Myrrh   Neroli   Phoenician  juniper   Orris   Pine  (scotch)   Rosewood   Sage  (Spanish)  


Grading of  Skin  Sensitization  of  Essential  Oils   Box  7.2    Grading  of  skin  sensitization   A:  Severe   Do  not  use  on  skin  or  mucous  membrane.   Costus   Elecampane   Tea   Verbena     B:  Strong   Best  avoided  on  both  skin  and  mucous  membrane.    Do  not  use  unless  diluted  to  suitable  concentration  –  percentages   shown  are  maximums  to  avoid  sensitization.  Do  not  use  at  all  on  hypersensitive,  diseased  or  damaged  skin,  or  on  infants.   Cassia     Fennel   Garlic   Oakmoss     Verbena     (<0.1%)   (  bitter,oxidized)   (patch  test  first  at     (<0.6%)   (<0.1%)   0.1%)   Cinnamon  bark   Fig  leaf     Treemoss     (<0.1%)   (<0.6%)   Also  oxidized  oils,  especially  pine  and  spruce  oils.   C:  Slight  risk   Anise   Laurel  leaf   Melissa   Perilla   Star  anise   Catnip   Lavender   Myrrh   Pine  (dwarf)   Ylang-­‐ylang   Khella   Lemongrass   Onion   Pine  (Scotch)   May  chang   D:  Negotiable  risk   Almost  certainly  will  not  cause  skin  sensitization.   Abies  alba  (cones)   Cedarwood  (atlas)   Fir  needle  (Siberia)   Marjoram  (Spanish)   Rosemary   Abies  alba  (needls)   Cedarwood  (TX)   Fouve   Marjoram  (sweet)   Rosewood   Ale   Cedarwood  (VA)   Frankincense   Mastic   Rue   Almond  (bitter)   Chamomile  (Germn)   Galbanum   Methyl  salicylate   Sage  (Dalmation)   Almond  (bitter)  FFPA   Chamomile  (Roman)   Geranium  (Algerian)   Mimosa   Sage  (Spanish)   Ambrette  seed   Celery  seed   Geranium(Moroccan   Myrrh   Sandalwood   Angelica  root   Cinnamon  leaf   Geranium  (Reunion)   Myrtle   Sassafras   Angelica  seed   Clary  sage  (French)   Ginger   Narcissus   Sassafras  (Brazilian)   Armoise   Clary  sage  (Russian)   Grapefruit   Neroli   Savory  (Summer)   Basil   Clove  bud   Guaiacwood   Nutmeg   Snakeroot   Bay  (W.  Indian)   Clove  leaf   Gurjun  balsam   Orange  (bitter)   Spearmint   Benzoin   Clove  stem   Hay   Orange  (sweet)   Spike  Lavender   Bergamot   Copaiba   Ho  leaf   Orange  flower   Spruce   Bergamot  mint   Coriander   Honeysuckle   Oregano   Star  anise   Birch  (sweet)   Cornmint   Hyacinth   Orris   Taget   Birch  tar   Cubeb  seed   Hyssop   Palmarosa   Tangelo   Boldo  leaf   Cumin   Immortelle   Parsley  leaf   Tangerine   Broom   Cypress   Jasmine   Parsleyseed   Tansy   Cabreuva   Davana   Jonquil   Patchouli   Tarragon   Cade   Deertongue   Juniper   Pennyroyal  (Eur.)   Tea  Tree   Cajeput   Dill  seed   Karo  karounde   Pepper  (black)   Terebinth   Calamus   Dill  weed   Labdanum  (cistus)   Peru  balsam   Thuja   Camphor  (brown)   Eau  de  brotus   Lavandin   Peruvian  pepper   Thyme   Camphor  (yellow   Elemi   Lavender   Petitgrain  (Bigrade)   Tobacco  leaf   Camphor  (white)   Eucalyptus  globulus   Lemon   Petitgrain  (Parguay)   Tonka   Cananga   Eucalyptus  citriodora   Lemon  leaf   Phoenician  juniper   Turmeric   Caraway   Fennel  (bitter,   Lime  (distilled)   Pimento  leaf   Vetiver   Cardamon   oxidized)   Linaloe   Rose  (French)   Violet  leaf   Carrot  seed   Fennel  (sweet)   Lovage   Rose  (Bulgarian)   Wormseed   Cascarilla   Fenugreek   Mace   Rose  (Morrocan)   Wormwood   Fir  needle  (Canada)   Madarin   Rose  (Turkish)   Possible  risk  of  sensitization   These  oils  have  not  been  tested  for  sensitization.  Their  composition  suggests  that  they  may  cause  sensitization  but  the   risk  is  very  small.   Combava  (leaf)   Hinoki  (root)   St.  John’s  Wort   Eucalyptus  staigeriana  

 


Essential Oil  Photo-­‐toxicity   Psoralens      

-­‐ epidermis  

-­‐ dermis   Psoralens  in  epidermis   UV  Rays  

Psoralens store  energy   From  UV  

Illustration of  a  photo-­‐toxic  agent  absorbing  UV  light   and  then  releasing  it  in  a  burst  to  the  skin   From  Tisserand,  1995,  Churchil  Livingstone,  London  

Energy released  into   dermis  and  lower   epidermis,  causing   damage.  


Photo-­‐toxic Molecules  

   

OCH3

            O    

O

O Bergapten  

               

O

O

       

OCH3 Xanthotoxin  

        O    


Essential Oil  Photo-­‐toxicity       Box  7.4   Recommended  maximum  use  levels  to  avoid  phototoxic  reactions   A:  Severe   It  is  recommended  that  these  oils  are  not  used  on  the  skin,  or  in  any  aromatherapy  products  intended  for   retail.   Fig  leaf  absolute  

Verbena oil  6  

B: Strong   We  recommend  that  treated  skin  should  not  be  exposed  to  sunlight  or  UV  lamps  for  at  least  12  hours,  if   used  at  levels  higher  than  those  indicated.  Retail  products  should  not  contain  these  oils  at  levels  higher   than  those  indicated.   Taget   Verbena  absolute   Bergamot   Cumin   Lime  (expressed)   Angelica  root   Rue   Opopanax  

0.05% 0.2%   0.4%   0.4%   0.7%   0.78%   0.78%   No  level  set  

C: Moderate   We  recommend  that  treated  skin  should  not  be  exposed  to  sunlight  or  UV  lamps  for  at  least  12  hours,  if   used  at  levels  higher  than  those  indicated.  Retail  products  should  not  contain  these  oils  at  levels  higher   than  those  indicated.   Orange  (bitter,  expressed  )4   Lemon  (expressed)   Grapefruuit  (expressed)  

1.4% 2.0%   4.0%  


Possible Carcinogenic  Essential  Oil  Components  

1.  Methyleugenol     2.  Estragole       3.  Anethole       4.  Eugenol       5.  Elemicin       6.  Safrol       7.  Isosafrol       8.  Asarone       9.  d-­‐Limonene     10.  Benzopyrene                                                      

(Snakeroot, Russian  and  French  Tarragon,  East  Indian  Nutmeg)   (Tarragon,  Basil,  Ravensara,  Fennel,  Chervil)   (Nutmeg,  Anise,  Fennel,  Star  Anise)   (Bay,  Cinnamon,  Clove,  Pimento,  Tejepat)   (Nutmeg,  Elemi,  Mace,  Parsley)   (Camphor,  Cinnamon,  Mace,  Sassafras,  Nutmeg,  Star  Anise)   (Ylang-­‐ylang)   (Calamus  species)   (All  citrus  oils)   (Unrectified  cade)      


Essential Oils  Involved  in  Documented  Cases  of  Acute  Poisoning       Camphor     Citronella     Cinnamon     Clove     Eucalyptus     Hyssop     Nutmeg     Parsley     Pennyroyal   Thuja     Sassafras     Wintergreen     Wormseed  

Essential  Oil  Toxicity  Ratings     Oral  toxicity  A:  LD  50  up  to  1  g/kg   Oil  

Toxic component  

Boldo leaf   Mustard  

LD 50   (g/kg)   0.13   0.15  

Wormseed Armoise  

0.25 0.37  

Ascaridole 60-­‐80%   Thujone  35%  

Pennyroyal (Eur.)   Tansy  

0.40 0.73*  

Pulegone 55-­‐95%   Thujone  66-­‐81%  

Thuja

0.83

Thujone 39-­‐80%  

Calamus

0.84

Asarone 45-­‐80%  

Wormwood

0.96

Thujone 34-­‐71%  

Almond bitter)  

0.96

Prussic acid  3%  

Artemisia arborescens  

? +-­‐  

Iso-­‐thujone 30-­‐45%  

Buchu (B.  crenulata)  

?

Pulegone 50%  

Horseradish

?

Allyl isothiocyanate  50%  

Lanyana

?

Thujone 4-­‐66%  

Pennyroyal (N.  Am.)  

?

Pulegone 60-­‐80%  

Southernwood

?

Thujone (major  component)  

Western red  cedar  

?

Thujone 85%  

         

Ascaridole  16%   Allyl  isothiocyanate  99%  


Essential Oil  Toxicity  Ratings     Oral  toxicity  B:  LD  50  between  1  g/kg  and  2  g/kg   _________________________________________________________________________________________________   Oil           LD  50  (g/kg)   _________________________________________________________________________________________________     Methyl  salicylate  (wintergreen)   1.20   Cornmint         1.25   Savory  (summer)       1.37   Clove  leaf         1.37   Basil           1.40   Hyssop         1.40   Bitter  almond  FFPA+       1.49   Sassafras  (Brazilian)       1.58   Myrrh           1.65   Birch  (sweet)         1.70   Bay  leaf  (W.  Indian)       1.80   Oregano         1.85   Sassafras         1.90   Tarragon         1.90   Tea  tree         1.90   Buchu  (B.  betulina)       ?   Savin           ?   _________________________________________________________________________________________________                                              


Essential Oil  Toxicity  Ratings     Oral  Toxicity  C:    LD50  between  2  g/kg  and  5  g/kg   Ajowan  ?   Anise   Bay  leaf  (laurel)   Cajeput   Samphor  (brown)   Camphor  (yellow)   Caraway   Cassia   Cinnamon  bark   Cinnamon  leaf   Clove  bud   Clove  stem   Coriander   Costus   Cumin   Dill  seed   Dill  weed   Elecampane  ?   Elemi   Eucalyptus   Fennel  (bitter)            

Fennel (sweet)   Ho  leaf   Lovage   Mace   Marjoram  (sweet)   Neroli   Nutmeg   Peppermint  ?   Perilla   Peru  balsam   Pimento  berry?   Pimento  leaf   Rosewood   Rue   Sage   Snakeroot   Spike  lavender   Star  anise   Taget   Thyme   Yarrow            

Abies alba  (cones)   Abies  alba  (needles)   Angelica  root   Angelica  seed   Benzoin  (resinoid)   Bergamot   Bergamot  mint   Birch  tar   Cabreuva   Cade   Camphor  (white)   Cananga   Cardamon   Carrot  seed   Cascarilla   Cedarwood  (atlas)   Cedarwood  (Texas)   Cedarwood  (VA)   Celery  seed   Chamomile  (German)   Chamomile  (Roman)   Citronella   Clary  sage   Copaiba   Cupeb  seed   Cypress  

_________________________________________________________________________________________________                                


Essential Oil  Toxicity  Ratings     Oral  toxicity  D:    LD  50  over  5  g/kg   _________________________________________________________________________________________________     Davana       Marjoram   Eucalyptus  citriodora     May  Chang   Fir  needle  (Canadian)   Orange  (bitter)   Fir  needle  (Siberian)     Orange  (sweet)   Frankincense  ?     Palmarosa   Galbanum       Patchouli   Geranium  (Algeria)     Pepper  (black)   Geranium  (Reunion)     Petitgrain   Geranium  (Morocco)     Petitgrain   Ginger         Pine   Grapefruit       Rose   Guaiacwood       Rose  (otto)   Gurjun         Sage  (Spanish)   Immortelle       Sandalwood   Jasmine       Schinus  molle   Juniper       Spearmint   Juniperus  phoenicea     Spruce   Labdanum       Tangerine   Lavandin       Terebinth  ?   Lavender       Valerian   Lemon         Verbena   Lemongrass       Vetiver   Lime         Violet  leaf   Linaloe       Ylang  –  ylang   Mandarin  (expressed)   _________________________________________________________________________________________________                              


Essential Oil  Liver  Toxicity     Components  and  corresponding  essential  oils,  which  have  a  potential  for  liver   toxicity.   _________________________________________________________________________________________________     Component  

Oil

Trans-­‐anethole

Anise, fennel,  star  anise  

Cinnamaldehyde

Cassia, cinnamon  bark  

Estragole

Basil, tarragon  

Eugenol

Bay (W.  Indian),  betel  leaf,  cinnamon  leaf,  clove   bud,  clove  stem,  clove  leaf,  Ocimum   gratissumum,  pimento  berry,  pimento  leaf,  tejpat   leaf   Not  found  in  significant  quantities  in  any   essential  oil.  

Methyleugenol

                                         

d-­‐pulegone

Buchu (B.  Crenulata),  pennyroyal  

Safrole

Camphor (brown),  camphor  (yellow),  sassafras  

Unknown

Savin


Neurotoxicity of  Essential  Oils   Potential  Convulsant  Effects   Oil  

Convulsant component  

Percentage of     component  in  oil   A:  Do  not  use  at  all  in  anyone  suspected  of  being  vulnerable  to  seizures,  or  in   anyone  with  a  fever.   Annual  wormwood   Artemisia  ketone   35-­‐63   Aromoise   Thujone   35     Camphor   30   Artemisia  arborescens   Camphor   12-­‐18     Thujone   30-­‐45   Artemisia  caerulescens   Camphor   major  components     Thujone   major  components   Balsamite  (camphor  CT)   Camphor   72-­‐91   Buchu  (B.  crenulata)   Pulegone   50   Camphor  (white)   Camphor   35-­‐45   Ho  leaf       (cdamphor/safrole  CT   Camphor   42   Hyssop   Pinocamphone   40     Iso-­‐pinocamphone   35   Lanyana   Thujone   65   Lavender  cotton   Artemisia  ketone   10-­‐45   Pennyroyal   Pulegone   55-­‐95   Sage  (Dalmation)   Camphor   26     Thujone   50   Tansy   Thujone   66-­‐81   Thuja   Thujone   39-­‐80   Western  red  cedar   Thujone   85   Wormwood   Thujone   34-­‐71   B:  Avoid  orally  in  anyone  suspected  of  being  vulnerable  to  seizures,  or  in   anyone  with  a  fever.  Use  with  caution  externally.   Lavandula  stoechas   Camphor   15-­‐30   Sage  (Spanish)   Camphor   11-­‐36   C:  Probably  safe  to  use  externally.  Caution  required  orally  in  anyone  suspected   of  being  vulnerable  to  seizures,  or  anyone  with  a  fever.   Cornmint   Menthone   15-­‐30   Lavandin   Camphor   5-­‐15   Peppermint   Mentone  ?   19   Rosemary   Camphor   10-­‐20   Rue   2-­‐undecanone  ?   31-­‐49   Spike  lavender   Camphor   10-­‐20   Yarrow  (camphor  CT)   Camphor   10-­‐20  

Those  suspected  of  being  vulnerable  to  seizures  include  people  who  have  had  epilepsy  in   the  past,  anyone  with  a  strong  family  history  of  epilepsy  and  anyone  with  a  fever.    People   with  epilepsy  suppressant  medication  may  not  be  especially  vulnerable.    Many  of  the  oils   listed  here  are  contraindications  in  aromatherapy  due  to  general  toxicity.  


Sedative Effects  of  Essential  Oils     Box  6.4      Sedative  Essential  Oils   Almond    (bitter)   Asafoetida   Calamus   Chamomile  (German)   Clary  sage   Elemi   Galbanum   Lavender   Marjoram   Melissa  

Neroli Nutmeg   Rose   Rosewood   Savory   Taget   Valerian   Violet  leaf   Yarrow    

  Box  6.3      Essential  oil  constituents  which  can  cause  central   nervous  depression  (sedation)   Trans-­‐anethole   Geraniol   Beta-­‐asarone   Linalool   Benzaldehyde   Linalyl  acetate   Citronellol   Methyleugenol   Elemicin   Myristicin   Iso-­‐elemicin   Iso-­‐myristicin   Eugenol   Nerol   Eugenol  methyl  ether   Nerolidol   Farnesol   Terpineol  

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Essential oil safety toxicology and human physiology  

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