基于皮膚顏色分析的化妝品人體舒緩功效評(píng)價(jià)方法比較

左盼盼 柯燕子 朱芷汀 楊 凱,＊

上海澄穆化妝品有限公司，上海，201400

氣候變化、空氣污染及化妝品種類與成分復(fù)雜等因素，增加了皮膚受到刺激及出現(xiàn)敏感性皮膚的可能性，應(yīng)市場(chǎng)需求，因此市場(chǎng)上也出現(xiàn)了較多宣稱舒緩功效的產(chǎn)品。根據(jù)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局（以下稱“國(guó)家藥監(jiān)局”）于2021年4月9號(hào)發(fā)布的《化妝品分類規(guī)則和分類目錄》，舒緩為26個(gè)功效宣稱詞之一，該詞釋義為有助于改善皮膚刺激等狀態(tài)[1]。通常，溫度變化、日曬、清潔用品等外界刺激，易導(dǎo)致脆弱敏感的皮膚反應(yīng)性增強(qiáng)，出現(xiàn)灼熱、刺痛、瘙癢和緊繃等主觀癥狀，或伴有紅斑、鱗屑和毛細(xì)血管擴(kuò)張等客觀體征[2]。

化妝品舒緩功效的人體評(píng)價(jià)試驗(yàn)方式可分為主觀評(píng)估和客觀儀器評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)包括專家或醫(yī)生視覺(jué)評(píng)估和受試者自我評(píng)估，但主觀評(píng)估存在主觀因素干擾，不能客觀準(zhǔn)確地對(duì)化妝品的舒緩功效進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，故需與客觀儀器評(píng)價(jià)方法結(jié)合共同表征化妝品的舒緩功效。舒緩功效的常見(jiàn)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)包括皮膚紅斑指數(shù)、經(jīng)皮失水率、皮膚敏感度等基礎(chǔ)生理指標(biāo)，其中皮膚紅斑指數(shù)可以直接反映真皮乳頭層的血紅色素情況，血紅素含量變化引起皮膚顏色的改變能夠反映皮膚屏障的完整性和對(duì)皮膚刺激的敏感程度[3]。因此，對(duì)皮膚顏色進(jìn)行無(wú)創(chuàng)、客觀、定量評(píng)價(jià)在化妝品舒緩人體功效評(píng)價(jià)中具有重要意義。

本文主要介紹基于皮膚顏色分析的化妝品舒緩人體功效評(píng)價(jià)方法，并對(duì)評(píng)估皮膚顏色的常用儀器進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，為舒緩功效的宣稱提供科學(xué)依據(jù)。此外，選擇了兩種不同的儀器方法對(duì)皮膚顏色進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)兩種方法的相關(guān)性進(jìn)行了研究，旨在為舒緩功效測(cè)試指標(biāo)的選擇和試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)提供思路和參考。

1 皮膚顏色測(cè)量方法

近些年客觀測(cè)量皮膚顏色的方法和技術(shù)已經(jīng)蓬勃發(fā)展，其中有些已被應(yīng)用到商業(yè)化儀器中。目前主要有兩類皮膚顏色探測(cè)系統(tǒng)存在，一類是基于皮膚反射光的光譜信息的各種分析方法，包括分光光度計(jì)法、三刺激值比色法。另一類是基于數(shù)字成像技術(shù)，依賴于專業(yè)圖像分析技術(shù)的發(fā)展[4]。

1.1 分光光度計(jì)法

反射分光光度法最早應(yīng)用于皮膚顏色的測(cè)定，它的照明光可以是連續(xù)光譜，如白光，也可以是單個(gè)波段。由于分光光度計(jì)測(cè)量結(jié)果往往是對(duì)某些皮膚發(fā)色團(tuán)的窄譜或峰值光譜進(jìn)行分析，所以更簡(jiǎn)便廉價(jià)的窄譜分光光度計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。

構(gòu)成皮膚顏色的發(fā)色團(tuán)主要有兩種：血紅蛋白和表皮細(xì)胞中的黑色素，黑色素能夠大量吸收所有波段光信號(hào)，血紅蛋白則在540～575 nm之間有特異性吸收[5]。窄譜分光光度計(jì)能夠測(cè)定黑色素和血紅蛋白對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收和反射獲得其含量，數(shù)據(jù)用黑色素指數(shù)（melanin index，MI）和紅斑指數(shù)（erythema index，EI）表示，兩個(gè)指數(shù)分別與皮膚黑色素和血紅色素含量成正相關(guān)[6]。然而，沒(méi)有一個(gè)皮膚發(fā)色團(tuán)以窄譜吸收，所以皮膚紅斑的測(cè)量可能會(huì)因黑色素的波動(dòng)而產(chǎn)生偏差，反之亦然[7]。因此一個(gè)最佳的皮膚色度計(jì)需要對(duì)紅斑和黑色素變化的檢測(cè)具有特異性，目前使用比較廣泛的商用窄譜反射分光光度計(jì)主要有3個(gè)，Mexameter（Courage-Khazaka Electronic，K?ln，Germany）、DermaSpectrometer（Cortex Technology，Hadsund，Denmark）和Erythema Meter（Diastron，Andover，UK）。

1.2 三刺激值比色法

CIE-L＊a＊b＊系統(tǒng)是由國(guó)際照明委員會(huì)（Commission Internationale de l′Eclairage，CIE）推出的由一個(gè)亮度L＊和兩個(gè)顏色a＊、b＊軸組成的三維顏色空間，量化視覺(jué)感知到的皮膚顏色的差異或變化大小[8]。所有的皮膚顏色均可用L＊、a＊、b＊三個(gè)軸的坐標(biāo)來(lái)定義，L＊為垂直軸，代表明度，為0～100，0表示黑色，100表示白色。a＊，b＊都是水平軸，a＊為紅綠軸，代表紅綠顏色的飽和度，其變化范圍為+60～-60（-a＊代表綠，+a＊代表紅）；b＊為藍(lán)黃軸，代表藍(lán)黃顏色的飽和度，其變化范圍為+60～-60，（-b＊代表藍(lán)，+b＊代表黃）。三者共同反映皮膚色度的變化，將色度變化以量化數(shù)值的形式表達(dá)，能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)皮膚紅斑和色素沉著的變化情況，其中a＊值表征皮膚紅斑，評(píng)價(jià)受試物對(duì)皮膚的刺激程度，并與色素沉著和紫外線照射相關(guān)[9]。常見(jiàn)的商用儀器為Chromameter CR 200（Minolta，Japan）和Colorimeter CL 400（Courage-Khazaka，Germany）。

1.3 數(shù)字圖像分析法

數(shù)字圖像分析法適合比較不同區(qū)域皮膚顏色，該方法通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)將被測(cè)量物體成像在接收面再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換形成二維圖像。數(shù)字成像系統(tǒng)主要由光源、數(shù)字?jǐn)z像頭、圖像分析軟件等組成。目前臨床應(yīng)用廣泛的成像設(shè)備如VISIA（Canfield Limited，USA）和ANTERA 3D?（Miravex Limited，Ireland），都適用于皮膚膚色及狀態(tài)的分析。

圖1 兩種方法測(cè)試舒緩指標(biāo)散點(diǎn)圖

VISIA是皮膚病學(xué)、美容和皮膚護(hù)理行業(yè)中使用最廣泛的成像分析設(shè)備，所用光源包括標(biāo)準(zhǔn)白熾燈、紫外光和偏振光，通過(guò)使用偏振光或UVA光提高顯示顏色差異的敏感性。不同的光源對(duì)應(yīng)分析不同的皮膚狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中交叉偏振光通過(guò)Canfield的專利RBX?用于分析棕色斑和紅區(qū)，紅色通道代表血紅蛋白含量，與紅斑嚴(yán)重程度成線性相關(guān)[10]。ANTERA 3D?包含圖像采集的相機(jī)和用于皮膚分析的相應(yīng)軟件，其測(cè)量面積為56 mm×56 mm，可以用于分析身體的任何部位。與VISIA的成像技術(shù)不同，ANTERA 3D?使用跨越整個(gè)可見(jiàn)光譜的7種不同波長(zhǎng)，從不同方向照射皮膚并將反射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為皮膚吸收系數(shù)，以量化血紅蛋白濃度。同時(shí)ANTERA 3D?通過(guò)偏振濾光片和專有技術(shù)的組合避免了相機(jī)采集圖像過(guò)程中照明因素的影響，保證了圖像結(jié)果的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性[11]。有研究表明兩種儀器在面部紅斑指數(shù)的評(píng)估上存在很強(qiáng)的相關(guān)性，但ANTERA 3D?在皺紋和與衰老相關(guān)的毛孔方面測(cè)試更敏感[12]。

2 皮膚顏色測(cè)量方法的比較

在客觀測(cè)定皮膚顏色方面，諸多變量已被證明會(huì)影響儀器測(cè)量值的可重復(fù)性[13]，包括與個(gè)體相關(guān)的變量（年齡、性別、種族、身體部位、皮膚表面特性）、個(gè)體內(nèi)部和個(gè)體間的差異（時(shí)間、心理活動(dòng)、身體姿勢(shì)、月經(jīng)周期）以及環(huán)境相關(guān)的變量（空氣對(duì)流、環(huán)境溫度和濕度、光照條件）等。其中干擾血液流動(dòng)的因素包括身體和精神活動(dòng)、身體姿勢(shì)、飲酒等對(duì)皮膚顏色的量化影響較大，與環(huán)境相關(guān)的因素影響相對(duì)較小，除非皮膚溫度和血流受到影響，否則皮膚顏色不會(huì)產(chǎn)生大的改變。

從工作原理方面，反射分光光度計(jì)使用寬帶掃描或在可見(jiàn)光范圍內(nèi)選定的波長(zhǎng)，測(cè)量吸光度和反射率；三刺激值比色計(jì)對(duì)皮膚結(jié)構(gòu)反射的光進(jìn)行三刺激（藍(lán)色、紅色、綠色）分析。前者提供了關(guān)于皮膚顏色的光譜特征，三刺激值比色計(jì)適合于皮膚整體的顏色評(píng)價(jià)，但不能提供關(guān)于發(fā)色團(tuán)性質(zhì)的信息，而且L＊a＊b＊系統(tǒng)呈現(xiàn)的顏色空間并不容易識(shí)別，相對(duì)地，反射分光光度計(jì)的黑色素指數(shù)和紅斑指數(shù)易于表示皮膚顏色。

反射分光光度計(jì)和三刺激值色度計(jì)都屬于接觸式測(cè)試儀器，測(cè)量探頭區(qū)域較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大面積測(cè)量。儀器操作時(shí)和皮膚的接觸壓力往往會(huì)引起皮膚顏色的細(xì)微變化，從而給測(cè)試帶來(lái)不可避免的誤差[14]。因此在測(cè)試時(shí)應(yīng)將探頭輕輕垂直放置在皮膚上，避免過(guò)度壓力，并應(yīng)迅速測(cè)量。數(shù)字圖像分析法能夠全面記錄皮膚的狀況，無(wú)須與皮膚接觸能避免測(cè)量過(guò)程中對(duì)皮膚顏色的改變。但需要精準(zhǔn)控制圖像獲取的過(guò)程，如周圍光線的數(shù)量、相機(jī)與主體之間的距離等。

3 分光光度法和圖像分析法相關(guān)性分析

分光光度法、三刺激比色法和圖像分析法作為通過(guò)測(cè)量皮膚顏色分析化妝品舒緩功效的常用方法，前兩者均為手持探頭式小范圍測(cè)量皮膚顏色，圖像分析法為圖像結(jié)合分析軟件獲得皮膚顏色測(cè)量值。因此根據(jù)實(shí)操案例，選取分光光度法和圖像分析法比較兩種方法對(duì)同一舒緩乳液的舒緩功效并研究其相關(guān)性。

3.1 對(duì)象

招募32名乳酸刺痛試驗(yàn)陽(yáng)性（乳酸刺痛評(píng)分≥3分）的敏感皮膚受試者[15]，32名受試者均完成了測(cè)試，其中女性30名、男性2名，年齡分布在32～54歲，平均年齡為（42.2±6.2）歲。測(cè)試時(shí)間：2022年6—7月。

3.2 主要儀器與試劑

舒緩乳液，上海澄穆化妝品有限公司研發(fā)實(shí)驗(yàn)室制備；L-乳酸（分析純），上?？道噬锟萍加邢薰?；Mexameter MX18皮膚血紅素測(cè)試儀，德國(guó)Courage & Khazaka；Visia-CR面部圖像分析儀，美國(guó)Canfield。

3.3 檢測(cè)方法

32名受試者28 d連續(xù)使用同一舒緩乳液，在BL/2W/4W使用分光光度計(jì)Mexameter MX18測(cè)量面部臉頰顴骨區(qū)域，使用面部圖像分析系統(tǒng)VISIA-CR拍攝面部圖像并在相同區(qū)域分析紅斑指數(shù)。以上測(cè)試均在恒溫恒濕條件（溫度為20～22 ℃，相對(duì)濕度為40%～60%）中進(jìn)行，其中Mexameter MX18探頭輸出測(cè)試區(qū)域的EI值，VISIA-CR輸出分析區(qū)域的a＊值、紅區(qū)面積占比。

3.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到32名測(cè)試者在臉頰部位，3個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)基礎(chǔ)值BL/2W/4W的分光光度計(jì)和圖像分析的EI、a＊值、紅區(qū)面積占比。將32名受試者所有的圖像分析結(jié)果和分光光度計(jì)的測(cè)試結(jié)果，利用SPSS 18.0進(jìn)行Pearson積矩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算分光光度計(jì)法與圖像分析法測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)R，以考察兩個(gè)方法的相關(guān)性。

3.5 結(jié)果分析

分光光度法和圖像分析法在相同實(shí)驗(yàn)部位的不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)試一款舒緩乳液的舒緩功效結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出：兩種測(cè)試方法表征皮膚紅斑程度的3種舒緩功效指標(biāo)，EI、a＊值和紅區(qū)面積占比均基本符合隨時(shí)間的增加而降低的規(guī)律。在使用舒緩乳液14 d后，面部皮膚EI值和紅區(qū)面積占比均顯著降低，在使用28 d后，面部皮膚a＊值和紅區(qū)面積占比均顯著降低。兩種方法對(duì)該舒緩乳液的人體舒緩功效評(píng)價(jià)結(jié)果一致。

表1 兩種方法舒緩功效指標(biāo)測(cè)定結(jié)果及相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)系數(shù)是用來(lái)衡量?jī)蓚€(gè)變量是否可以進(jìn)行線性擬合的指標(biāo)。當(dāng)兩個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)越接近1或等于1時(shí)，兩者線性關(guān)系越明顯。對(duì)2種方法的3種舒緩功效指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，EI值-a＊值在BL時(shí)間點(diǎn)處的Pearson相關(guān)系數(shù)R為0.403，在4W時(shí)間點(diǎn)處的Pearson相關(guān)系數(shù)R為0.430，說(shuō)明EI值-a＊值在BL、4W時(shí)間點(diǎn)處顯著正相關(guān)。將BL、4W時(shí)間點(diǎn)處由圖像分析法測(cè)得的a＊值設(shè)為變量X，分光光度法測(cè)得的EI值設(shè)為變量Y，得到的散點(diǎn)圖如圖1所示，EI值-a＊值兩個(gè)變量在BL、4W時(shí)間點(diǎn)處均可以進(jìn)行線性擬合。以上結(jié)論說(shuō)明，兩種方法測(cè)得表征該乳液的舒緩指標(biāo)存在正相關(guān)，并且相關(guān)性顯著。

3.6 結(jié)論

根據(jù)分光光度法和圖像分析法分別測(cè)試了一款舒緩乳液在使用前后面部同一區(qū)域的EI值和a＊值，以評(píng)價(jià)該乳液的舒緩效果，結(jié)果顯示EI值和a＊值都隨時(shí)間的增加而降低，說(shuō)明兩種方法對(duì)該乳液的人體舒緩功效評(píng)價(jià)結(jié)果一致。采用Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)分光光度計(jì)法與圖像分析法兩種方法存在正相關(guān)，且具有顯著性。

4 展望

本文就一款具有舒緩功效的乳液，選擇分光光度法和圖像分析法兩種常用于皮膚顏色評(píng)估的不同檢測(cè)技術(shù)及儀器，進(jìn)行人體功效評(píng)價(jià)試驗(yàn)，利用Pearson相關(guān)性分析研究?jī)煞N評(píng)估方法的相關(guān)性，得出分光光度計(jì)法與圖像分析法兩種方法存在正相關(guān)，且具有顯著性的結(jié)論，為舒緩功效的宣稱以及測(cè)試指標(biāo)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。但本研究也有一定局限性，兩種評(píng)估方法采用的樣本量較小，有地域限制，選取測(cè)量部位單一，影響膚色測(cè)量從而影響舒緩功效評(píng)價(jià)的因素多種多樣，后續(xù)需要完善樣本和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從多因素、多樣本、多部位考慮做更全面的研究。