皮膚光澤度的研究進展

尤榮 唐潔 歐健 張晨穎 張廷志

【摘 要】健康且具有吸引力的肌膚往往具有飽滿、紅潤、光滑、細膩、有光澤等特點，其中光澤度是反應肌膚健康狀況的一個重要指標，缺乏光澤度的皮膚往往干燥、粗糙、暗沉。然而，與光澤相關(guān)的皮膚特性目前仍未得到足夠的重視，相應的機理研究也較少。本文從組織光學、影響因素、測試方法3個方面總結(jié)了國內(nèi)外皮膚光澤度的相關(guān)研究進展，以期為皮膚美白、提亮、滋養(yǎng)等相關(guān)的功效設計提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】皮膚光澤度；組織光學；影響因素

中圖分類號：TQ658.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4949（2023）10-0184-04

Research Progress of Skin Glossiness

YOU Rong， TANG Jie， OU Jian， ZHANG Chen-ying， ZHANG Ting-zhi

（SYOUNG Group Co.， Ltd.， Changsha 410000， Hunan， China）

【Abstract】Healthy and attractive skin is often full， ruddy， smooth， delicate， glossy and other characteristics. Glossiness is an important indicator of skin health， and the lack of glossiness is often dry， rough， dark. However， the skin characteristics related to gloss have not received enough attention， and the corresponding mechanism research is less. This paper summarizes the research progress of skin glossiness at home and abroad from three aspects： tissue optics， influencing factors and test methods， in order to provide reference for skin whitening， brightening， nourishing and other related efficacy design.

【Key words】Skin glossiness； Tissue optics； Influencing factors

皮膚光澤度（skin glossiness）是衡量皮膚表面反射光量的指標，反應肌膚健康狀況。1987年，國際照明協(xié)會定義光澤度為“由于表面方向性選擇特性導致的感知的物體反射高光外觀模式”，明確光澤度與視覺感知相關(guān)[1]。皮膚光澤度的視覺感知機制復雜，涉及皮膚的光學特性、光照環(huán)境、人腦處理視覺信息的方式等，與光學、組織光學、認知心理學等多學科相關(guān)。目前，日化領域皮膚光澤度的研究主要集中在影響因素和測試方法，常用測試方法有人體功效測試、圖像處理和臨床評估等[2-4]。隨著提亮、滋養(yǎng)等概念的興起，光澤度越來越受到關(guān)注。本文圍繞皮膚組織光學、影響因素、定量測試方法，對國內(nèi)外對皮膚光澤度的研究成果作一綜述，以期為功效設計及測試提供思路。

1 皮膚光澤度與組織光學

皮膚組織包括表皮層、真皮層和皮下組織等多層結(jié)構(gòu)，是半透明的非均勻渾濁介質(zhì)。光入射皮膚組織，發(fā)生復雜的光學反應，包括皮膚表面的反射、進入下表面后的散射、反射、折射、吸收以及透射等[5]。當皮膚表面粗糙度小于入射光波長的區(qū)域時，存在入射角與反射角相等的光，即為鏡面反射光，在粗糙度遠大于入射光波長的區(qū)域則發(fā)生表面漫反射，約5%的光會被表面反射，大部分光會進入皮膚組織中。經(jīng)過多次散射后，一部分光會重新散射到角質(zhì)層和空氣的界面而后折射到空氣中，這部分光為下表皮漫反射光[6]。皮膚光澤度與鏡面反射光和漫反射相關(guān)，其中漫反射又可分為表面漫反射和下表面漫反射。通常，皮膚漫反射指的是下表面漫反射。

1.4 各項異性因子 生物組織介質(zhì)中，相位函數(shù)的各向異性程度可用各向異性因子表示。各向異性因子散射角的余弦加權(quán)平均值，是散射的另一個主要特性，用來度量散射各項異性的程度。

1.5 各參數(shù)間關(guān)系 皮膚組織的表皮層和真皮層折射率的變化對漫反射率的影響較皮下組織層折射率變化的影響大，漫反射率隨著折射率的增大而減小。吸收系數(shù)和散射系數(shù)影響漫反射率，漫反射率隨吸收系數(shù)增大而減小，隨散射系數(shù)的增大而增大，隨各向異性因子的增大而減小[10，11]。

2 皮膚光澤度的影響因素

影響皮膚光澤度的因素較多。從外部考慮有環(huán)境因素如空氣污染、紫外線和極端溫度，不良生活方式如壓力、吸煙、飲酒、睡眠不足，內(nèi)部因素如荷爾蒙、年齡和遺傳等均會影響皮膚光澤[12]。從組織光學角度考慮，光澤度與鏡面反射和漫反射及兩者的相對強度和鏡面反射光的分布相關(guān)。鏡面反射取決于皮膚表面的性質(zhì)和狀態(tài)，與折射率和表面漫反射相關(guān)；漫反射主要受吸收系數(shù)和散射系數(shù)影響。吸收系數(shù)主要取決于黑色素、血紅蛋白和含水量；散射系數(shù)主要與膠原纖維和彈性纖維相關(guān)[9]。色度方面，賦予透明感的色度在個體中差異較大，但在個體內(nèi)部是穩(wěn)定的，每個研究對象都存在使皮膚透明感增加的最佳色度[13]。Masuda Y等[14]開發(fā)出了可高精度估計肌膚透明感的數(shù)理模型，定量地、系統(tǒng)地說明了有關(guān)肌膚透明感的機制，結(jié)果表明，在紋理細膩、黑色素量少、血紅素量少、角質(zhì)層水分量多的皮膚中，漫反射光較大，透明感強。Nakamura R等[15]通過客觀測量皮膚屬性構(gòu)建數(shù)學模型以預測皮膚透明度，研究發(fā)現(xiàn)膚色明度、光澤度對皮膚透明度有正向影響，膚色、膚色不均勻度、紅斑、暗斑嚴重程度對皮膚透明度有負向影響。Ichiro I等[16]發(fā)現(xiàn)角質(zhì)層蛋白質(zhì)羰基化水平高的女性皮膚透光率顯著降低。

2.1 皮膚表面形貌 皮膚表面形貌是影響皮膚光澤度的重要因素之一。Masuda Y等[12]研究了皮膚光澤與皮膚表面形貌的關(guān)系，如紋理的精細度、角質(zhì)層細胞表面的凹凸程度、毛孔的大小、皮丘上的凹凸等均有可能影響鏡面反射光，發(fā)現(xiàn)增加皮膚的鏡面反射光，最有效的方法是使角質(zhì)層細胞表面平滑化。

2.2 含水量 舒均中等[17]考察5種保濕產(chǎn)品對皮膚光澤度的影響，皮膚光澤度與角質(zhì)層水分含量存在一定的正相關(guān)性（R2=0.9975）。另有研究表明[14]，剝落的角質(zhì)層所含水分量在20%～37%時透光率增大，含水量超過一定程度反而下降。這可能是因為角質(zhì)層的主要成分角蛋白的折射率為1.54，水的折射率為1.33，角質(zhì)層的含水量越高則折射率越低。如果角質(zhì)層的折射率越低，越接近空氣的折射率1.00，光就越容易進入表皮內(nèi)，導致皮膚的鏡面反射變小，漫射光增加，透明感增強。由此可以推測，雖然含水量增加，光透射率會上升，但如果角質(zhì)層中含有過多的水分，角質(zhì)層就會膨潤，厚度發(fā)生變化，從而引起透射率下降。

2.3 羰基化 蛋白質(zhì)羰基化指蛋白質(zhì)被大量的活性物質(zhì)氧化修飾，將羰基如醛、酮和內(nèi)酰胺引入蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈的過程[18]。日常生活中紫外線等外界影響直接導致角質(zhì)層內(nèi)抗氧化物質(zhì)的減少，皮脂生成過氧化脂質(zhì)間接地使角質(zhì)層蛋白質(zhì)羰基化。角質(zhì)層位于肌膚最外側(cè)，入射光透出皮膚需要兩次經(jīng)過角質(zhì)層，光進入量和釋放量由角質(zhì)層的透明度決定，對皮膚光澤度有較大影響。Ichiro I等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)部反射光較多的情況下，皮膚看起來“光滑、有光澤、濕潤，健康而富有魅力”。角質(zhì)層蛋白質(zhì)羰基化水平高的女性皮膚透明感評分顯著偏低，透光率顯著降低。這可能是由于角質(zhì)層的角蛋白纖維羰基化，引起角蛋白纖維結(jié)構(gòu)的構(gòu)造狀態(tài)發(fā)生了改變，導致角質(zhì)層的散射特性增加，透射率減少，皮膚的下表面反射光減少，從而使皮膚失去透明感。但角層透明度對透明感的貢獻度尚不明確，需要進一步研究。

2.4 黑色素和血紅素 皮膚的顏色主要取決于黑色素和血紅蛋白的濃度和分布，在皮膚光澤中起著重要作用。黑色素（棕色）吸收所有波長，但從紫光到紅光波段這種吸收顯著減少，這使得黑色素看起來像灰色（整體吸收）和黃色（顯著吸收藍色）的混合物。血紅蛋白如果沒有足夠的氧氣，皮膚就會發(fā)灰暗淡。如果微循環(huán)得到有效刺激，光線將更容易被從皮膚顏色來源的紅細胞反射[4]。

2.5 膠原纖維和彈性纖維 He YF等[19]選取36～49歲女性研究皮膚各生理參數(shù)與皺紋之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮膚彈性參數(shù)R2、R5和R7與皮膚光澤度之間存在顯著的正相關(guān)性（P<0.01）。皮膚彈性在很大程度上與皮膚膠原纖維和彈性纖維的狀況有關(guān)[20]。因此，提高皮膚膠原纖維和彈性纖維的含量一定程度上可以提高光澤度。

3 皮膚光澤度的測試方法

影響光澤度的因素及對應的測試技術(shù)見表1。然而，目前為止，只有很有限的設備和方法用于直接測定皮膚光澤度，主要為皮膚光澤度測量計（如Skin-Glossymeter GL200）和通過鏡面與漫反射強度計算光澤度值的圖像處理方法（如SAMBA FACE）。

Skin-Glossymeter GL200不僅能測皮膚鏡面反射光，也能測漫反射光。探頭頂端LED產(chǎn)生一束平行白光，通過平面鏡以60°角反射向皮膚表面。其中，一部分光被直接反射后射向一個接收傳感器，另一部分光被皮膚散射后被一個位于皮膚垂直方向上的傳感器接收。SAMBA器件利用偏振差成像，測量整個感興趣區(qū)域內(nèi)每個像素的偏振狀態(tài)，然后根據(jù)鏡面和漫反射分量的差計算光澤度的平均值。圖像很容易受環(huán)境亮度干擾，低光澤度條件下該方法對皮膚光澤度特征的敏感性低于高光澤度條件下的敏感性。Varghese B等[3]發(fā)明了一種用于在低光澤狀態(tài)下測量光澤度提高靈敏度的光學方法。與皮膚光澤度儀（C&K Skin gloss meter）的點測量相比，更好地與視覺感知得出的光澤度相關(guān)。焦志鑫等[21]基于Retinex圖像增強算法建立皮膚光澤度評價方法，對196名志愿者進行試驗，將讀入的人臉皮膚圖像轉(zhuǎn)換成反射圖像，通過一系列計算與分析得出的結(jié)果表明，反射圖像像素均值法的評價效果理想。

光澤度測試方法在其他領域如高分子材料等的研究相對較多，但是目前對人體膚質(zhì)的光澤度評價方法仍有限?，F(xiàn)階段，日化領域研發(fā)者較多地應用傳統(tǒng)的客觀評價手段如Skin-Glossymeter GL200來測試皮膚表面的光澤度，進而評價產(chǎn)品的功效，但測試結(jié)果只能反映探頭所覆蓋區(qū)域的局部皮膚特征，且測試結(jié)果易受到探頭擠壓的影響，因此結(jié)果的有效性、穩(wěn)定性都有一定的局限性。另外，也有的通過志愿者或評價員肉眼觀察對光澤度進行半定量的主觀評價，但是主觀評價常常受到評價者經(jīng)驗、情感等多方面主觀因素的影響，難以得到穩(wěn)定的結(jié)果，且不同評價者的評價結(jié)果也常常由于評價尺度不同而很難做到相互比較?？偟膩碇v，通過客觀手段獲得的結(jié)果相對穩(wěn)定，但能否與主觀判斷有很好的相關(guān)性是衡量客觀評價方法有效性的重要手段，傳統(tǒng)測試方法與圖像分析方法的結(jié)合能更好地反映皮膚光澤度差異并評價產(chǎn)品的改善功效。

4 總結(jié)

光澤度是顯示皮膚健康程度的重要指標。增強皮膚光澤度可從增強增強鏡面反射和漫反射兩方面考慮。為了增加皮膚的鏡面反射光，最有效的方法是使角質(zhì)層細胞表面平滑化。而提高角質(zhì)層含水量，減少黑色素含量，促進微循環(huán)，減少羰基化，促進膠原纖維和彈性纖維生成等，則能有效增強漫反射。目前國內(nèi)外對皮膚光澤度的研究較少且不深入。隨著國內(nèi)消費者對提亮需求的增長，深入研究皮膚光澤度顯得十分必要。目前皮膚光澤度的概念仍不清晰，影響因素研究不全面，且各因素相應的貢獻度還難以確定。并且直接測試皮膚光澤度的方法靈敏度較低，受環(huán)境影響大，無法全面反應感知到的光澤度。通過計算機模型模擬可能是一種行之有效的方法。

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