基于皮肤颜色分析的化妆品人体舒缓功效评价方法比较

左盼盼 柯燕子 朱芷汀 杨 凯,＊

上海澄穆化妆品有限公司，上海，201400

气候变化、空气污染及化妆品种类与成分复杂等因素，增加了皮肤受到刺激及出现敏感性皮肤的可能性，应市场需求，因此市场上也出现了较多宣称舒缓功效的产品。根据国家药品监督管理局（以下称“国家药监局”）于2021年4月9号发布的《化妆品分类规则和分类目录》，舒缓为26个功效宣称词之一，该词释义为有助于改善皮肤刺激等状态[1]。通常，温度变化、日晒、清洁用品等外界刺激，易导致脆弱敏感的皮肤反应性增强，出现灼热、刺痛、瘙痒和紧绷等主观症状，或伴有红斑、鳞屑和毛细血管扩张等客观体征[2]。

化妆品舒缓功效的人体评价试验方式可分为主观评估和客观仪器评价，主观评价包括专家或医生视觉评估和受试者自我评估，但主观评估存在主观因素干扰，不能客观准确地对化妆品的舒缓功效进行评价和分析，故需与客观仪器评价方法结合共同表征化妆品的舒缓功效。舒缓功效的常见客观评价指标包括皮肤红斑指数、经皮失水率、皮肤敏感度等基础生理指标，其中皮肤红斑指数可以直接反映真皮乳头层的血红色素情况，血红素含量变化引起皮肤颜色的改变能够反映皮肤屏障的完整性和对皮肤刺激的敏感程度[3]。因此，对皮肤颜色进行无创、客观、定量评价在化妆品舒缓人体功效评价中具有重要意义。

本文主要介绍基于皮肤颜色分析的化妆品舒缓人体功效评价方法，并对评估皮肤颜色的常用仪器进行了简要介绍，为舒缓功效的宣称提供科学依据。此外，选择了两种不同的仪器方法对皮肤颜色进行检测，并对两种方法的相关性进行了研究，旨在为舒缓功效测试指标的选择和试验方案的设计提供思路和参考。

1 皮肤颜色测量方法

近些年客观测量皮肤颜色的方法和技术已经蓬勃发展，其中有些已被应用到商业化仪器中。目前主要有两类皮肤颜色探测系统存在，一类是基于皮肤反射光的光谱信息的各种分析方法，包括分光光度计法、三刺激值比色法。另一类是基于数字成像技术，依赖于专业图像分析技术的发展[4]。

1.1 分光光度计法

反射分光光度法最早应用于皮肤颜色的测定，它的照明光可以是连续光谱，如白光，也可以是单个波段。由于分光光度计测量结果往往是对某些皮肤发色团的窄谱或峰值光谱进行分析，所以更简便廉价的窄谱分光光度计在实际应用中更为广泛。

构成皮肤颜色的发色团主要有两种：血红蛋白和表皮细胞中的黑色素，黑色素能够大量吸收所有波段光信号，血红蛋白则在540～575 nm之间有特异性吸收[5]。窄谱分光光度计能够测定黑色素和血红蛋白对不同波长光的吸收和反射获得其含量，数据用黑色素指数（melanin index，MI）和红斑指数（erythema index，EI）表示，两个指数分别与皮肤黑色素和血红色素含量成正相关[6]。然而，没有一个皮肤发色团以窄谱吸收，所以皮肤红斑的测量可能会因黑色素的波动而产生偏差，反之亦然[7]。因此一个最佳的皮肤色度计需要对红斑和黑色素变化的检测具有特异性，目前使用比较广泛的商用窄谱反射分光光度计主要有3个，Mexameter（Courage-Khazaka Electronic，KÖln，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＊系统是由国际照明委员会（Commission Internationale de l´Eclairage，CIE）推出的由一个亮度L＊和两个颜色a＊、b＊轴组成的三维颜色空间，量化视觉感知到的皮肤颜色的差异或变化大小[8]。所有的皮肤颜色均可用L＊、a＊、b＊三个轴的坐标来定义，L＊为垂直轴，代表明度，为0～100，0表示黑色，100表示白色。a＊，b＊都是水平轴，a＊为红绿轴，代表红绿颜色的饱和度，其变化范围为+60～-60（-a＊代表绿，+a＊代表红）；b＊为蓝黄轴，代表蓝黄颜色的饱和度，其变化范围为+60～-60，（-b＊代表蓝，+b＊代表黄）。三者共同反映皮肤色度的变化，将色度变化以量化数值的形式表达，能够准确地反应皮肤红斑和色素沉着的变化情况，其中a＊值表征皮肤红斑，评价受试物对皮肤的刺激程度，并与色素沉着和紫外线照射相关[9]。常见的商用仪器为Chromameter CR 200（Minolta，Japan）和Colorimeter CL 400（Courage-Khazaka，Germany）。

1.3 数字图像分析法

数字图像分析法适合比较不同区域皮肤颜色，该方法通过光学成像系统将被测量物体成像在接收面再经过模数转换形成二维图像。数字成像系统主要由光源、数字摄像头、图像分析软件等组成。目前临床应用广泛的成像设备如VISIA（Canfield Limited，USA）和ANTERA 3D®（Miravex Limited，Ireland），都适用于皮肤肤色及状态的分析。

图1 两种方法测试舒缓指标散点图

VISIA是皮肤病学、美容和皮肤护理行业中使用最广泛的成像分析设备，所用光源包括标准白炽灯、紫外光和偏振光，通过使用偏振光或UVA光提高显示颜色差异的敏感性。不同的光源对应分析不同的皮肤状态数据，其中交叉偏振光通过Canfield的专利RBX®用于分析棕色斑和红区，红色通道代表血红蛋白含量，与红斑严重程度成线性相关[10]。ANTERA 3D®包含图像采集的相机和用于皮肤分析的相应软件，其测量面积为56 mm×56 mm，可以用于分析身体的任何部位。与VISIA的成像技术不同，ANTERA 3D®使用跨越整个可见光谱的7种不同波长，从不同方向照射皮肤并将反射数据转换为皮肤吸收系数，以量化血红蛋白浓度。同时ANTERA 3D®通过偏振滤光片和专有技术的组合避免了相机采集图像过程中照明因素的影响，保证了图像结果的可重复性和准确性[11]。有研究表明两种仪器在面部红斑指数的评估上存在很强的相关性，但ANTERA 3D®在皱纹和与衰老相关的毛孔方面测试更敏感[12]。

2 皮肤颜色测量方法的比较

在客观测定皮肤颜色方面，诸多变量已被证明会影响仪器测量值的可重复性[13]，包括与个体相关的变量（年龄、性别、种族、身体部位、皮肤表面特性）、个体内部和个体间的差异（时间、心理活动、身体姿势、月经周期）以及环境相关的变量（空气对流、环境温度和湿度、光照条件）等。其中干扰血液流动的因素包括身体和精神活动、身体姿势、饮酒等对皮肤颜色的量化影响较大，与环境相关的因素影响相对较小，除非皮肤温度和血流受到影响，否则皮肤颜色不会产生大的改变。

从工作原理方面，反射分光光度计使用宽带扫描或在可见光范围内选定的波长，测量吸光度和反射率；三刺激值比色计对皮肤结构反射的光进行三刺激（蓝色、红色、绿色）分析。前者提供了关于皮肤颜色的光谱特征，三刺激值比色计适合于皮肤整体的颜色评价，但不能提供关于发色团性质的信息，而且L＊a＊b＊系统呈现的颜色空间并不容易识别，相对地，反射分光光度计的黑色素指数和红斑指数易于表示皮肤颜色。

反射分光光度计和三刺激值色度计都属于接触式测试仪器，测量探头区域较小，无法实现大面积测量。仪器操作时和皮肤的接触压力往往会引起皮肤颜色的细微变化，从而给测试带来不可避免的误差[14]。因此在测试时应将探头轻轻垂直放置在皮肤上，避免过度压力，并应迅速测量。数字图像分析法能够全面记录皮肤的状况，无须与皮肤接触能避免测量过程中对皮肤颜色的改变。但需要精准控制图像获取的过程，如周围光线的数量、相机与主体之间的距离等。

3 分光光度法和图像分析法相关性分析

分光光度法、三刺激比色法和图像分析法作为通过测量皮肤颜色分析化妆品舒缓功效的常用方法，前两者均为手持探头式小范围测量皮肤颜色，图像分析法为图像结合分析软件获得皮肤颜色测量值。因此根据实操案例，选取分光光度法和图像分析法比较两种方法对同一舒缓乳液的舒缓功效并研究其相关性。

3.1 对象

招募32名乳酸刺痛试验阳性（乳酸刺痛评分≥3分）的敏感皮肤受试者[15]，32名受试者均完成了测试，其中女性30名、男性2名，年龄分布在32～54岁，平均年龄为（42.2±6.2）岁。测试时间：2022年6—7月。

3.2 主要仪器与试剂

舒缓乳液，上海澄穆化妆品有限公司研发实验室制备；L-乳酸（分析纯），上海康朗生物科技有限公司；Mexameter MX18皮肤血红素测试仪，德国Courage & Khazaka；Visia-CR面部图像分析仪，美国Canfield。

3.3 检测方法

32名受试者28 d连续使用同一舒缓乳液，在BL/2W/4W使用分光光度计Mexameter MX18测量面部脸颊颧骨区域，使用面部图像分析系统VISIA-CR拍摄面部图像并在相同区域分析红斑指数。以上测试均在恒温恒湿条件（温度为20～22 ℃，相对湿度为40%～60%）中进行，其中Mexameter MX18探头输出测试区域的EI值，VISIA-CR输出分析区域的a＊值、红区面积占比。

3.4 统计学方法

通过实验，得到32名测试者在脸颊部位，3个测试时间点基础值BL/2W/4W的分光光度计和图像分析的EI、a＊值、红区面积占比。将32名受试者所有的图像分析结果和分光光度计的测试结果，利用SPSS 18.0进行Pearson积矩相关系数统计分析，计算分光光度计法与图像分析法测试结果之间的相关系数R，以考察两个方法的相关性。

3.5 结果分析

分光光度法和图像分析法在相同实验部位的不同时间点测试一款舒缓乳液的舒缓功效结果见表1，可以看出：两种测试方法表征皮肤红斑程度的3种舒缓功效指标，EI、a＊值和红区面积占比均基本符合随时间的增加而降低的规律。在使用舒缓乳液14 d后，面部皮肤EI值和红区面积占比均显著降低，在使用28 d后，面部皮肤a＊值和红区面积占比均显著降低。两种方法对该舒缓乳液的人体舒缓功效评价结果一致。

表1 两种方法舒缓功效指标测定结果及相关性分析

Pearson相关系数是用来衡量两个变量是否可以进行线性拟合的指标。当两个变量的相关系数越接近1或等于1时，两者线性关系越明显。对2种方法的3种舒缓功效指标进行Pearson相关性分析发现，EI值-a＊值在BL时间点处的Pearson相关系数R为0.403，在4W时间点处的Pearson相关系数R为0.430，说明EI值-a＊值在BL、4W时间点处显著正相关。将BL、4W时间点处由图像分析法测得的a＊值设为变量X，分光光度法测得的EI值设为变量Y，得到的散点图如图1所示，EI值-a＊值两个变量在BL、4W时间点处均可以进行线性拟合。以上结论说明，两种方法测得表征该乳液的舒缓指标存在正相关，并且相关性显著。

3.6 结论

根据分光光度法和图像分析法分别测试了一款舒缓乳液在使用前后面部同一区域的EI值和a＊值，以评价该乳液的舒缓效果，结果显示EI值和a＊值都随时间的增加而降低，说明两种方法对该乳液的人体舒缓功效评价结果一致。采用Pearson相关性分析发现分光光度计法与图像分析法两种方法存在正相关，且具有显著性。

4 展望

本文就一款具有舒缓功效的乳液，选择分光光度法和图像分析法两种常用于皮肤颜色评估的不同检测技术及仪器，进行人体功效评价试验，利用Pearson相关性分析研究两种评估方法的相关性，得出分光光度计法与图像分析法两种方法存在正相关，且具有显著性的结论，为舒缓功效的宣称以及测试指标的选择提供科学依据。但本研究也有一定局限性，两种评估方法采用的样本量较小，有地域限制，选取测量部位单一，影响肤色测量从而影响舒缓功效评价的因素多种多样，后续需要完善样本和实验设计，从多因素、多样本、多部位考虑做更全面的研究。