基于皮膚顏色分析的化妝品人體舒緩功效評價方法比較

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雜等因素，增加了皮膚受到刺激及出現敏感性皮膚的可能性，應市場需求，因此市場上也出現了較多宣稱舒緩功效的產品。根據國家藥品監督管理局（以下稱“國家藥監局”）于2021年4月9號發布的《化妝品分類規則和分類目錄》，舒緩為26個功效宣稱詞之一，該詞釋義為有助于改善皮膚刺激等狀態[1]。通常，溫度變化、日曬、清潔用品等外界刺激，易導致脆弱敏感的皮膚反應性增強，出現灼熱、刺痛、瘙癢和緊繃等主觀癥狀，或伴有紅斑、鱗屑和毛細血管擴張等客觀體征[2]。

化妝品舒緩功效的人體評價試驗方式可分為主觀評估和客觀儀器評價，主觀評價包括專家或醫生視覺評估和受試者自我評估，但主觀評估存在主觀因素干擾，不能客觀準確地對化妝品的舒緩功效進行評價和分析，故需與客觀儀器評價方法結合共同表征化妝品的舒緩功效。舒緩功效的常見客觀評價指標包括皮膚紅斑指數、經皮失水率、皮膚敏感度等基礎生理指標，其中皮膚紅斑指數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皮膚刺激的敏感程度[3]。因此，對皮膚顏色進行無創、客觀、定量評價在化妝品舒緩人體功效評價中具有重要意義。

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價方法，并對評估皮膚顏色的常用儀器進行了簡要介紹，為舒緩功效的宣稱提供科學依據。此外，選擇了兩種不同的儀器方法對皮膚顏色進行檢測，并對兩種方法的相關性進行了研究，旨在為舒緩功效測試指標的選擇和試驗方案的設計提供思路和參考。

1 皮膚顏色測量方法

近些年客觀測量皮膚顏色的方法和技術已經蓬勃發展，其中有些已被應用到商業化儀器中。目前主要有兩類皮膚顏色探測系統存在，一類是基于皮膚反射光的光譜信息的各種分析方法，包括分光光度計法、三刺激值比色法。另一類是基于數字成像技術，依賴于專業圖像分析技術的發展[4]。

1.1 分光光度計法

反射分光光度法最早應用于皮膚顏色的測定，它的照明光可以是連續光譜，如白光，也可以是單個波段。由于分光光度計測量結果往往是對某些皮膚發色團的窄譜或峰值光譜進行分析，所以更簡便廉價的窄譜分光光度計在實際應用中更為廣泛。

構成皮膚顏色的發色團主要有兩種：血紅蛋白和表皮細胞中的黑色素，黑色素能夠大量吸收所有波段光信號，血紅蛋白則在540～575 nm之間有特異性吸收[5]。窄譜分光光度計能夠測定黑色素和血紅蛋白對不同波長光的吸收和反射獲得其含量，數據用黑色素指數（melanin index，MI）和紅斑指數（erythema index，EI）表示，兩個指數分別與皮膚黑色素和血紅色素含量成正相關[6]。然而，沒有一個皮膚發色團以窄譜吸收，所以皮膚紅斑的測量可能會因黑色素的波動而產生偏差，反之亦然[7]。因此一個最佳的皮膚色度計需要對紅斑和黑色素變化的檢測具有特異性，目前使用比較廣泛的商用窄譜反射分光光度計主要有3個，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＊系統是由國際照明委員會（Commission Internationale de l′Eclairage，CIE）推出的由一個亮度L＊和兩個顏色a＊、b＊軸組成的三維顏色空間，量化視覺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＊三個軸的坐標來定義，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＊為藍黃軸，代表藍黃顏色的飽和度，其變化范圍為+60～-60，（-b＊代表藍，+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值的形式表達，能夠準確地反應皮膚紅斑和色素沉著的變化情況，其中a＊值表征皮膚紅斑，評價受試物對皮膚的刺激程度，并與色素沉著和紫外線照射相關[9]。常見的商用儀器為Chromameter CR 200（Minolta，Japan）和Colorimeter CL 400（Courage-Khazaka，Germany）。

1.3 數字圖像分析法

數字圖像分析法適合比較不同區域皮膚顏色，該方法通過光學成像系統將被測量物體成像在接收面再經過模數轉換形成二維圖像。數字成像系統主要由光源、數字攝像頭、圖像分析軟件等組成。目前臨床應用廣泛的成像設備如VISIA（Canfield Limited，USA）和ANTERA 3D?（Miravex Limited，Ireland），都適用于皮膚膚色及狀態的分析。

圖1 兩種方法測試舒緩指標散點圖

VISIA是皮膚病學、美容和皮膚護理行業中使用最廣泛的成像分析設備，所用光源包括標準白熾燈、紫外光和偏振光，通過使用偏振光或UVA光提高顯示顏色差異的敏感性。不同的光源對應分析不同的皮膚狀態數據，其中交叉偏振光通過Canfield的專利RBX?用于分析棕色斑和紅區，紅色通道代表血紅蛋白含量，與紅斑嚴重程度成線性相關[10]。ANTERA 3D?包含圖像采集的相機和用于皮膚分析的相應軟件，其測量面積為56 mm×56 mm，可以用于分析身體的任何部位。與VISIA的成像技術不同，ANTERA 3D?使用跨越整個可見光譜的7種不同波長，從不同方向照射皮膚并將反射數據轉換為皮膚吸收系數，以量化血紅蛋白濃度。同時ANTERA 3D?通過偏振濾光片和專有技術的組合避免了相機采集圖像過程中照明因素的影響，保證了圖像結果的可重復性和準確性[11]。有研究表明兩種儀器在面部紅斑指數的評估上存在很強的相關性，但ANTERA 3D?在皺紋和與衰老相關的毛孔方面測試更敏感[12]。

2 皮膚顏色測量方法的比較

在客觀測定皮膚顏色方面，諸多變量已被證明會影響儀器測量值的可重復性[13]，包括與個體相關的變量（年齡、性別、種族、身體部位、皮膚表面特性）、個體內部和個體間的差異（時間、心理活動、身體姿勢、月經周期）以及環境相關的變量（空氣對流、環境溫度和濕度、光照條件）等。其中干擾血液流動的因素包括身體和精神活動、身體姿勢、飲酒等對皮膚顏色的量化影響較大，與環境相關的因素影響相對較小，除非皮膚溫度和血流受到影響，否則皮膚顏色不會產生大的改變。

從工作原理方面，反射分光光度計使用寬帶掃描或在可見光范圍內選定的波長，測量吸光度和反射率；三刺激值比色計對皮膚結構反射的光進行三刺激（藍色、紅色、綠色）分析。前者提供了關于皮膚顏色的光譜特征，三刺激值比色計適合于皮膚整體的顏色評價，但不能提供關于發色團性質的信息，而且L＊a＊b＊系統呈現的顏色空間并不容易識別，相對地，反射分光光度計的黑色素指數和紅斑指數易于表示皮膚顏色。

反射分光光度計和三刺激值色度計都屬于接觸式測試儀器，測量探頭區域較小，無法實現大面積測量。儀器操作時和皮膚的接觸壓力往往會引起皮膚顏色的細微變化，從而給測試帶來不可避免的誤差[14]。因此在測試時應將探頭輕輕垂直放置在皮膚上，避免過度壓力，并應迅速測量。數字圖像分析法能夠全面記錄皮膚的狀況，無須與皮膚接觸能避免測量過程中對皮膚顏色的改變。但需要精準控制圖像獲取的過程，如周圍光線的數量、相機與主體之間的距離等。

3 分光光度法和圖像分析法相關性分析

分光光度法、三刺激比色法和圖像分析法作為通過測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量皮膚顏色，圖像分析法為圖像結合分析軟件獲得皮膚顏色測量值。因此根據實操案例，選取分光光度法和圖像分析法比較兩種方法對同一舒緩乳液的舒緩功效并研究其相關性。

3.1 對象

招募32名乳酸刺痛試驗陽性（乳酸刺痛評分≥3分）的敏感皮膚受試者[15]，32名受試者均完成了測試，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。測試時間：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實驗室制備；L-乳酸（分析純），上海康朗生物科技有限公司；Mexameter MX18皮膚血紅素測試儀，德國Courage & Khazaka；Visia-CR面部圖像分析儀，美國Canfield。

3.3 檢測方法

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

3.4 統計學方法

通過實驗，得到32名測試者在臉頰部位，3個測試時間點基礎值BL/2W/4W的分光光度計和圖像分析的EI、a＊值、紅區面積占比。將32名受試者所有的圖像分析結果和分光光度計的測試結果，利用SPSS 18.0進行Pearson積矩相關系數統計分析，計算分光光度計法與圖像分析法測試結果之間的相關系數R，以考察兩個方法的相關性。

3.5 結果分析

分光光度法和圖像分析法在相同實驗部位的不同時間點測試一款舒緩乳液的舒緩功效結果見表1，可以看出：兩種測試方法表征皮膚紅斑程度的3種舒緩功效指標，EI、a＊值和紅區面積占比均基本符合隨時間的增加而降低的規律。在使用舒緩乳液14 d后，面部皮膚EI值和紅區面積占比均顯著降低，在使用28 d后，面部皮膚a＊值和紅區面積占比均顯著降低。兩種方法對該舒緩乳液的人體舒緩功效評價結果一致。

表1 兩種方法舒緩功效指標測定結果及相關性分析

Pearson相關系數是用來衡量兩個變量是否可以進行線性擬合的指標。當兩個變量的相關系數越接近1或等于1時，兩者線性關系越明顯。對2種方法的3種舒緩功效指標進行Pearson相關性分析發現，EI值-a＊值在BL時間點處的Pearson相關系數R為0.403，在4W時間點處的Pearson相關系數R為0.430，說明EI值-a＊值在BL、4W時間點處顯著正相關。將BL、4W時間點處由圖像分析法測得的a＊值設為變量X，分光光度法測得的EI值設為變量Y，得到的散點圖如圖1所示，EI值-a＊值兩個變量在BL、4W時間點處均可以進行線性擬合。以上結論說明，兩種方法測得表征該乳液的舒緩指標存在正相關，并且相關性顯著。

3.6 結論

根據分光光度法和圖像分析法分別測試了一款舒緩乳液在使用前后面部同一區域的EI值和a＊值，以評價該乳液的舒緩效果，結果顯示EI值和a＊值都隨時間的增加而降低，說明兩種方法對該乳液的人體舒緩功效評價結果一致。采用Pearson相關性分析發現分光光度計法與圖像分析法兩種方法存在正相關，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估的不同檢測技術及儀器，進行人體功效評價試驗，利用Pearson相關性分析研究兩種評估方法的相關性，得出分光光度計法與圖像分析法兩種方法存在正相關，且具有顯著性的結論，為舒緩功效的宣稱以及測試指標的選擇提供科學依據。但本研究也有一定局限性，兩種評估方法采用的樣本量較小，有地域限制，選取測量部位單一，影響膚色測量從而影響舒緩功效評價的因素多種多樣，后續需要完善樣本和實驗設計，從多因素、多樣本、多部位考慮做更全面的研究。