化妆品紧致人体功效评价方法概述.pdf
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1、Technique express科技广场39第46卷2023年第8期随着消费水平的提高,人们越来越注重皮肤健康问题,对化妆品功效的关注度也在逐年上升。国家药品监督管理局在2021年颁布了化妆品分类规则和分类目录、化妆品功效宣称评价规范、化妆品安全评估技术导则(2021年版),该3则法规就化妆品的分类规则、功效宣称评价及安全评估技术标准做了详细具体的规范,化妆品宣称新时代也随之来临。其中宣称中提到的紧致功效同样受到消费者及化妆品行业者的广泛关注。由于年龄的增长,会导致骨骼、脂肪组织、韧带及皮肤发生退行性变化,其中面部皮肤形态衰老变化最为明显,而皮肤松弛是人们面临的主要问题之一。正因如此,市面上
2、针对抵抗松弛,紧致皮肤的产品也越来越多的出现在人们的视野里,而这些产品是否真的具有紧致功效也是备受瞩目。1 皮肤松弛原因皮肤作为人体最大的器官,由表皮、真皮和真皮下组织组成,是一种多层、高度非线性、各向异性的粘弹性材料,每一层都有自己的成分和力学性能1,2。其中表皮基膜的结构是为了确保机械力在表皮真皮连接处的连续性传递3。在真皮中,成纤维细胞产生胶原蛋白、弹性纤维(弹性蛋白、原纤维蛋白和微纤维蛋白)和蛋白多糖,其中胶原蛋白占组织重量的60%80%作为皮肤中最主要的承重部分,而含量较少的弹性纤维和蛋白多糖则一同决定皮肤在低应变之下的整体力学反应。这些成分主导了对力学性能的贡献,比如胶原纤维的随机
3、排列可能导致皮肤机械的各向异性;当在皮肤上施加微小的外部压力时,就由弹性和胶原纤维网络传递并分布,因此,这些成分的反应是皮肤力学生物学的一个重要方面4。老化皮肤其真皮层成纤维细胞自身数量减少,胶原蛋白和弹性蛋白的合成随之减少,胶原纤维变薄,密度降低。此外紫外线辐射和吸烟也会通过激活金属蛋白酶(MMP)而导致胶原和弹性纤维降解增加,刺激弹性蛋白纤维退化,严重光老化的皮肤中甚至会出现胶原碎裂和结块,进一步导致皮肤僵硬度增加、弹性降低,最终使得皮肤无论从视觉或触觉都变得松弛、不紧致,进一步产生皱纹5,6。2 人体紧致功效评价方法人体功效评价试验是化妆品功效评价的方法之一,也是对其功效性宣称进行科学支
4、持的最有效手段。化妆品功效宣称评价规范将紧致定义为有助于保持皮肤的紧实度、弹性。国外对其有诸多说法,如弹性、紧致度、硬度和松弛度等7-10。评价该皮肤机械行为的测试方法早在2000年EEMCO化妆品紧致人体功效评价方法概述叶蓉姿,王亚茹,梁嘉恩,谢 宇,谭建华,谢嘉颖(广州质量监督检测研究院,广东 广州 511447)摘 要:简述了人体皮肤老化松弛的原因,介绍了近年来国内外对化妆品紧致人体功效的不同评价方法,并进一步阐述了基于吸力法的Cutometer仪器中不同的指标参数意义及其在化妆品紧致功效评价方面的应用。为化妆品进行紧致人体功效评价时仪器及指标的选择提供了参考和指导,并对目前化妆品紧致人
5、体功效评价的现状和发展趋势进行了总结和展望。关键词:紧致;化妆品;弹性;评价方法中图分类号:TQ658 文献标识码:A 文章编号:1006-7264(2023)08-039-07DOI:10.3969/j.issn.1006-7264.2023.08.008收稿日期:2023-03-20作者简介:叶蓉姿(1994-),江西人,工程师。Technique express科技广场40Vol.46 No.8 Aug.2023中就将其基本上分为5大类,包括拉伸、扭转、压痕、冲击和吸力等7,随着时代的发展,国内外也相继出现了其他新的评价方法。本文将详细介绍不同方法的评价原理及其应用。2.1 拉伸法拉伸法
6、是对皮肤表面施加平行力后测量皮肤的拉伸程度,其包括单轴和双轴拉伸测试模式。该原理应用较早,最经典的gas-bearing electrodynamometer(GBE)(1980s)用于皮肤柔软度和粘弹性的评价11。2017年Jacquet E等采用超光引伸计评估人体皮肤在体内的机械性能,探索了不同解剖区域参数特征,并认为该仪器在医学上能作为体内测量人体皮肤力学行为的特异性工具12。2.2 扭转法在过去的40年里,皮肤的扭转法得到了广泛的应用13,14,现如今仍有不少研究者将应用该原理的仪器用来评估皮肤弹性,其原理与拉伸法相似,是施加一个平行的力作用于皮肤上进行扭转。常见的仪器有Frictio
7、meter FR 700和Dermal Torque Meter(DTM)。Frictiometer FR 700主要通过1个摩擦头旋转电机进行扭力测试,其包含1个带有8个凹槽的聚四氟乙烯摩擦缩进传感头,在电机的带动下在皮肤表面旋转15。Dermal Torque Meter(DTM)通过1个直径为18 mm的圆盘与皮肤接触,圆盘用双面胶带固定在皮肤表面。当扭转力施加到皮肤上时,随着皮肤逐渐抵抗扭转力,会出现快速旋转,然后是缓慢增加的指数型阶段。初始快速阶段皮肤在施加应力下的弹性变形或皮肤延展性的量度定义为Ue,仪器施加的应力撤消后的弹性变形恢复定义为Ur。2006年R.Bazin和C.Fan
8、chon就使用Dermal Torque Meter(DTM)来评估保湿产品和紧致产品在面部和前臂掌侧的不同区域使用产品后1 h以及每天重复使用2次后1周、2周和3周的紧致效果16。2.3 压痕法压痕测量法同样已经应用了上百年17。目前最为熟悉且常被用来医学评估以及化妆品评估的有芬兰Delfin公司生产的2种手持设备:ElastiMeter和FibroMeter。这2种设备以直径约2 mm的小压头来使皮肤内部变形,设备会记录其合力并显示在设备前部的显示屏上。每个装置都配备了内部传感器,只保留规定力和速度范围内的测量数据。因此,如果施加的力太大,太快或太慢,内部设备软件会提示用户重复测量,直到获
9、得有效数据,最终显示5次有效的连续测量值的平均值。ElastiMeter和FibroMeter分别对皮肤造成0.3 mm和1.3 mm深度的压痕,测量其所需的压痕力,单位为毫牛顿(mN),这种力即对皮肤紧致以及皮肤的拉伸功能的定量结果。2018年Mayrovitz HN等使用该2种设备对60名不同年龄组女性的下颌区和前臂掌侧进行测量,同时采用同为Delfin公司生产的MoistureMeterEpiD和MoistureMeterD Compact来测量皮肤水合,以评估女性皮肤紧致度与年龄及水分的相关性。作者证明了不同年龄层的皮肤紧致度确实存在明显差异,而对皮肤水合作用影响较小18。同年,M.A
10、.Kim等也使用Fibrometer来评估皮肤的紧致度,并验证了该参数与Cutometer测量的诸多弹性参数存在显著相关性,与DUB Skinscanner测量的真皮结构特性也呈正相关19。然而也有文章报道压痕法测试前臂皮肤压痕和吸引参数之间的相关性和一致性较弱20,因此使用该类型仪器对于皮肤测量部位有一定限制。2.4 冲击法冲击法,指基于质量冲击产生的相互作用。这种方法也称为弹道测量法,即弹道计通过撞击物体后与物体表面的相互作用来测量材料的特性。该方法最初是用于测试均匀、坚硬的工业材料,如今也有研究者用来测定皮肤的力学性能。常见使用的仪器为Ballistometer BLS780(迪思创有限
11、公司),该仪器原理是产生一次振动使弹道计落在皮肤表面,然后诱导的反弹被转换成电信号,量化评估它们的振幅和频率,自动计算得到5个值:压痕、K、alpha()、恢复系数(CoR)和面积21,22。这些参数与皮肤的硬度和弹性相关,旨在测量接近深层皮肤的特定伸缩功能。2014年M.S.Woo等使用Ballistometer BLS780和Cutometer2种设备测量了每个受试者的前额、脸颊和前臂掌侧的皮肤弹性,并通过与Cutometer中的R参数进行分析比较,验证Ballistometer BLS780同样能用来评估皮肤弹性23。2.5 吸力法该方法在21世纪初才逐渐得到发展,通过特殊设计的腔室对皮
12、肤施加负压即吸力后促进皮肤变形,测量该吸力引起的皮肤高度来评估弹性。最初常见的设备有Dermaflex SEM 474、Cutometer SEM 575,Cutometer如今已经更新型号为MPA 580且应用最为广泛24。该仪器具体参数及意义将在第3部分做详细介绍。2003年L.Pedersen等比较了以吸力法为原理的2种仪器Dermaflex和DermaLab评估皮肤机械性能的差别,通过研究35名健康志愿者的前臂腹侧的力学特性,结果Technique express科技广场41第46卷2023年第8期表明2种仪器均可用于研究皮肤的机械方面,Dermaflex似乎可以提供更准确的数据25。
13、2.6 共振运行时间法除了常见的5大类测试方法,共振运行时间法也被广泛应用。如Reviscometer RVM 600(弹性纤维组织测定仪)通过超声波传播来评估皮肤弹性26,2根探测针以较低和恒定的压力置于皮肤上,间隔2 mm,其中1个发射冲击波,1个作为接收器,冲击波通过皮肤纤维传播的速度根据皮肤水分和弹性的不同而不同,以冲击波从发射探针到接收探针所需的时间作为指标。波在材料中传播的时间越长,皮肤的弹性越小。2007年M.Paye等使用碱性肥皂1周诱导轻度干燥皮肤,然后用乳液对皮肤进行再水化,或用十二烷基硫酸钠(SLS)进一步脱水和干燥,通过视觉评估干燥和发红以及通过非侵入性方法(Corne
14、ometer、Cutometer、Reviscometer、Evaporometer和Squamometry)评估研究不同阶段的皮肤状况,证明了Reviscometer RVM600能够检测轻微皮肤表面效应,可用于测量由化妆品引起的角质层硬度/柔软度的轻微变化27。然而该装置的测量原理受皮肤压力的影响较大,且不同的研究人员发现RRT和皮肤弹性与衰老之间存在正相关和负相关。目前该类型仪器多用于研究测试皮肤各向异性。2.7 图像法随着科技的发展,新评价方法也随之出现。最常见的利用图像进一步评估皮肤紧致。2007年,Ahn等结合cutometer测出的参数开发出了一种量化感官评估方法,作者提出了一个
15、基于莫尔效应的皮肤弹性视觉评价方法。将网格框架被放置在脸前,光源位于一侧,脸上会形成网格的阴影,这个阴影根据脸型被弯曲,在脸型上产生波浪状的轮廓线,这种现象就是莫尔效应。将颊部和口周区域的等高线保存为图像,经过3名评价人员评估按照评价标准依次评分,评价皮肤松弛程度28。2012年Kukizo Miyamoto等开发了一个小型成像系统(Magic Ring)来捕捉面部皮肤图像,再通过算法分析面部线条的数量和方向,给出一个称为“不老向量”的指数来测量皮肤紧致度。值越小,皮肤越紧致。Ageless Vector=atan(spatial distance of facial line)180/,该方
16、法通过与视觉感知评估紧致度和Cutometer仪器测出的皮肤紧致度(R5)值相比均呈显著相关性29。2020年北京工商大学的杨泽茹等参考医学面部评价方法,通过计算机软件分析使用功效化妆品前后的受试者面部图像,根据面部特征点,开发了评价面部皮肤紧致的图像分析方法。作者提出下半脸宽度、鼻唇角、眼部角度A及眼部角度B能作为紧致及提升面部的功效评价指标30。虽说图像法能更加直观地了解到皮肤紧致程度,但评价方法过于主观且对于皮肤紧致更加细微的变化无法进行评价。2.8 其他方法2016年E.M.Kearney等开发了将非接触式机械压力与边缘投影相结合的设备-DynaSKIN。该设备原理与压痕法类似,不同的
17、是其通过喷射恒定力的空气至皮肤表面,在皮肤上产生一个压痕变形,无需接触到皮肤。压痕的体积、平均深度、最大深度3个测量值对应于皮肤的机械性能,即以皮肤抵抗压力的能力来反映皮肤的紧致度,数值越小皮肤越紧致。作者证明了DynaSKIN测出的体积、平均深度和最大深度参数与年龄相关并且与Cutometer中代表皮肤松弛的(R1、R2、R4、R5、R7和F3)参数也有相关性。此外,作者利用该仪器验证了乙酰天冬氨酸(AAA)和肽复合物的紧致功效31。这类非接触技术可以消除接触设备如探头等带来的机械性能的影响及其他潜在的测量误差源,其重要性是无可争议的,但是需要更多的研究来正确评估它的实用性。除此之外,也有研
18、究者直接通过视觉评估评价紧致功效32,但该方法大多用于医美行业,且需要更为专业的技术人员进行评估,在此不多做介绍。3 Cutometer仪器具体参数的意义及其应用皮肤生物力学性能是表征皮肤衰老的重要指标之一。越来越多以非侵入性测量皮肤生物力学特性的仪器被开发,在这些技术中,基于吸力法原理的Cutometer是最广泛用于评估皮肤弹性、紧致等力学性能的仪器33,34。该设备通过产生负压,将皮肤吸入探针的孔中,在规定的时间后再次释放,皮肤吸入探头内部的深度由非接触式光学测量系统测定。光学测量系统由1个光源和1个光接收器以及2个相对的棱镜组成,棱镜将光从发射器折射到接收器,光线的强度随吸入皮肤的深度而
19、变化。在测量过程中,皮肤对负压的抵抗(紧致)和恢复到原始位置的能力(弹性)以曲线的形式实时显示。仪器共有4个模式,目前化妆品研究和皮肤基础研究最常用的为模式1,即吸气阶段采用恒定负压,松弛阶段负压马上消失。其他模式在此不做讨论。20世纪初,绝大多数使Technique express科技广场42Vol.46 No.8 Aug.2023用了Barel等所描述的模式1条件下的U参数(Ue、Uv、Uf、Ur和Ua)35。在恒定负压下,皮肤被吸进探针的孔内引起即刻的膨胀变形为Ue,在2020年前Ue定义为抽吸时的0.1 s内皮肤立即膨胀变形距离,而在最新的Cutometer仪器说明书提到使用动态拐点(
20、IP)计算皮肤立即膨胀变形距离36。Uf表示抽吸结束时的最终膨胀量;Ur为动态拐点(IP)时的弹性恢复距离;Ua抽吸期最大变形量与常压后变形量之差,即松弛期结束时皮肤回缩到正常位置的总距离;Uv为动态拐点(IP)的变形量与抽吸期最大变形量之差;R为吸力释放后的残余变形(图1)。图1 皮肤变形曲线Fig.1 Skindeformationcurve3.1 R 参数以U参数为基础,R(R0-R9)参数也相继出现表征各种皮肤弹性,具体参数含义如表1和图2。其中R10参数为2020年后新定义的参数36。图2 多次抽吸后皮肤变形曲线Fig.2 Skindeformationcurveaftermulti
21、plesuctions表1 R参数具体意义Tab.1 SpecificmeaningsoftheparametersR0-R10弹性参数定义意义R0第一个周期的最大振幅UfR1第一个周期的最小振幅,恢复到原始状态的能力Uf-UaR2皮肤的总体弹性,包括蠕变和蠕变恢复Ua/Uf形变/mmR9R3R4R10t/s弹性参数定义意义R3最后一个周期的最大振幅Last UfR4最后一个周期的最小振幅Last RR5净弹性Ur/UeR6拉伸部分的塑形量/拉伸部分的弹性量Uv/UeR7回弹部分的弹性量/拉伸部分的弹性总量Ur/UfR8第一个周期的回弹量First UaR9测量周期结束时的残余变形R3-R0R
22、10*最后一个周期的最小振幅-第一个周期的最小振幅 R4-R1注:*2020年后出来的参数自20世纪80年代以来,吸力皮肤测试仪主要利用R2参数来描述皮肤弹性37,38,然而随着时间的发展,国内外文献对其参数有不同的见解。在上文提到的Ahn等开发的基于莫尔地形系统的皮肤弹性视觉评价方法27就是结合Cutometer参数R7和R2作为评价皮肤弹性和老化的主要参数与之进行比较。Kukizo Miyamoto等开发的一个小型成像系统(Magic Ring)得出的向量指数,也是与Cutometer中R5参数作为紧致度进行分析证明其向量指数用来评价紧致的可行性29。M.S.Woo等在研究Ballisto
23、meter的皮肤弹性测试结果时将Cutometer中的R7作为紧致度进行对比23。2021年Susanne M.Hennin等在判断食用牛油果是否会减缓皮肤老化研究中,通过测量39名女性食用牛油果8周后皮肤R参数的变化来进行判定。其中作者将R1、R2、R5、R6、R7定义为弹性、R0、R8定义为紧致度以及R3、R4、R9来代表皮肤疲劳度39。3.2 F 参数由于R参数高度依赖于Uf曲线的最大幅值,而最大幅值很大程度上受到皮肤的水分含量和压力等影响。21世纪初仪器厂家又开发出了新的附加面积参数。F0为吸气阶段曲线上方的面积(橙色),数值越小,所测材料的弹性越大(图3);F1为松弛阶段曲线下的面积
24、(绿色),数值越小,所测材料的弹性越大。参数F2、F3和F4计算模式1至少重复10次的曲线(图4),表示皮肤的疲劳程度。曲线用包络函数包裹起来,在曲线上方和下方,包络线表示为最大振幅和最小振幅的对数平均值。F2为上包络曲线以上的面积(绿色),F3为包络曲线内的面积(橙色),F4=包络曲线下面积(蓝UeUfUrR1UaIPIPUvt/s形变/mm 续表Technique express科技广场43第46卷2023年第8期色)。值得注意的是,在2020年前F4参数代表的是F3+F4的面积。F4越小,皮肤越抗拒吸力(皮肤紧致)37。2005年Hristo Dobrev使用Cutometer SEM
25、474来测量右侧颞区和右前臂掌侧,分析了R3、R4、R9和F2、F3这些力学参数,结果发现R4和F3最能代表皮肤的疲劳程度40。2013年Hiroshi Ohshima等采用Cutometer MPA580测量32名健康日本女性的皮肤力学参数R0、R9、F2和F3值,在研究年龄和这些参数之间的关系发现,F3参数似乎适合评估脸颊皮肤弹性,认为该参数受环境因素的影响较小41。2015年,J.M.Gillbro研究体内局部应用乙酰天冬氨酸增加原纤维蛋白I和胶原蛋白IV的沉积改善皮肤紧致度时,选用F4参数代表紧致度42。图3 F0和F1参数示意图Fig.3 DiagramofparametersF0a
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