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译文“皮肤保湿养生的测定” 
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皮肤结合水的测定
 

Tony Barlow

Hill Top-Globe Crown International, Chelmsford, Essex, UK

Johann W. Wiechers

Uniqema, Gouda, The Netherlands
武汉大学人民医院(湖北省人民医院)梁虹译
青岛大学医学院美容化妆品研究室 贺孟泉
译自美国《化妆品与洗涤》杂志1999年十二期
 
关键词:功效检测 皮肤结合水 皮肤生物工程仪器
 
摘要通过对四种皮肤水分测量的皮肤生物工程仪器的比较,作者讨论了利用这些仪器研究皮肤水分测试的实验设计,表述了一些自己实验中得到的典型数据,并提出这些研究结果与化妆品功效标示之间的潜在关系。
    本文是“从检测到标示”系列论文之一,该系列是针对那些管理和进行化妆品标准验证实验的化妆品科学家提出的。我们将讨论的恐怕是最普通的皮肤效能问题——皮肤的结合水或皮肤水分。过去几年里,用于检测化妆品保湿功能的方法很多,但这些检测基本上是依照经验所为。近来,出现了能检测皮肤水分微小变化的测试仪器,使皮肤水分测试工作达到了一个更为客观而精密的水平。
跟通常情况一样,我们将简要回顾皮肤生理学的相关知识,介绍有关用于皮肤水分效力测试的皮肤生物工程仪器以及实际应用这些测试技术的技巧。本文的结论主要针对两类研究人员,一类是关心数据分析的,另一类是关心实验结果所可能得出的商品标示。
背景知识
    什么叫皮肤保湿?有两种完全不同的回答。从感官角度来讲,保湿是指用了某种化妆品后皮肤的感觉。从临床角度来讲,保湿是皮肤结合水的增加——不论是通过护肤膏阻挡水分损失的间接作用,或者是在化妆品中加入湿润剂,象海绵那样不断从空气中吸收水分。早期研究指出,两种保湿概念是不一样的,因为皮肤湿度在感官上的度量与临床上的皮肤含水量测试之间没有直接的相关性。1
     皮肤水分的功能清清楚楚毋庸置疑。如果皮肤失水,就会失去其弹性、柔韧性以及健康的外表。时间(皮肤年龄)和环境影响(生活空间的冷热变化)都会产生这样的结果,皮肤保湿剂能在一定程度上缓解这些不良后果。而水分如何使皮肤增湿的问题却还不清楚,并且争议颇多。2虽然皮肤保湿在分子水平上的确切原理尚待明确,但通常认为皮肤保存水分的方法主要是细胞间留藏(透水性屏障)和细胞内湿润(天然保湿因子或称NMF)。3将分子水平上的这两种皮肤保湿机制用到生产产品上应该是合乎逻辑的。因此,一种保湿美容产品应该有以下两种特性之一:或者是直接使皮肤保存水分,或者是通过其所含滋润成分渗入皮肤细胞内而起到皮肤湿润剂的功效。值得注意的是,大部分个人护肤品成分的这些机制并不能得到验证。4目前人们希望一些新兴的光谱技术将能够阐明水分在正常或干燥条件下使皮肤增湿的机制。这些技术方法包括声谱5、磁共振成像6、光热瞬变发射辐射测量7、光学相干性X线体层照相8以及近红外反射等9。这些方法与技术的应用有可能使皮肤结合水的测试手段取得重大进展,更好地检测美容产品的质量。可是,目前我们在皮肤水分测试中只能采用可以获得的直观的和仪器的检测技术。
皮肤保湿的测定
    虽然,由熟练的技术人员进行的皮肤保湿能力的直观评价(在一定范围内评价皮肤的干燥程度)提供了许多重要的资料,10但它存在主观性和局限性。因此,有必要发展一些仪器测试手段来量化保湿能力的评价方法。现在有大量已商品化的设备,而选择什么样的仪器最终取决于想要测试的目标。
角质电导仪(Corneometer,德国科隆Courage & Khazaka注册商标):Corneometer的测试方法是基于一个普通电容器的物理学原理,是由两个可受电解质刺激的金属板组成的复合体。在其中一个板上形成过量电子(负极),另一个板处于缺失电子状态(正极),这种状态在除去外源电压时仍然能保持。两极间所存电量称为电容。两极间电解质的极性越高,则电容越大。很多物质都能较真空状态增加电容量,真空状态的电容参数小于7。这种电容参数称为介电常数。水的介电常数约等于81。这就意味着皮肤的电容量直接与其中的含水量相关。11Corneometer早期的型号(CM820)不能校正。但同可校正的电阻方法测试结果比较(稍后将谈到的Skicon-100),两种仪器的数据在很大一个区间内的相关性很高(r=0.94)。Corneometer的灵敏度区间在20-110a.u(任意单位),在增湿水平很低的区间内也相当灵敏,但增湿度很高时(110a.u以上)则不很灵敏12, 13。对大部分皮肤来说(从干性到油性皮肤的较大范围内),在同一个人身上做的皮肤结合水测试,不同皮肤位置的结果变化在4%-5%之间;如果重复测试是在同年龄的不同性别的人身上作的话,对于大部分皮肤部位测出的结果,其相对标准偏差为10%。13, 14新型号的Corneometer(CM825)可以校正。校正时,使用一种用含15%NaCl的水溶液浸泡过的纤维素滤纸。在电容量与滤纸吸水量以及其上的电解质含量之间可以建立一种相关性。15, 16
皮肤电容仪SkiconSkicon-200和Skicon为日本浜松市IBS有限公司的注册商标)。阻抗(Z)(交流电流的总电阻)决定于两个参数:电阻和电容。用公式表示为:
     Z=  
其中,f为交流电频率,R为电阻,C为电容。Skicon的频率为3.5MHz,可以分别测量电导系数(1/R)和电容。皮肤的电导系数和电容是相联系的,一般都有相同的特点。11仪器中相距很近的电极将电场保持在皮肤表面,因此是一种非侵犯性的测量方法。皮肤的电导系数与角质层表面及深层的含水量很好相关。因此,只测定了电导系数(单位1/ohm或mho),其量级为微欧姆(μmho)或微西门子(μS)。
     Skicon设备包括一个主记录部分和一个可调节的长电缆,末断连接一个在皮肤上用的探头。探头由两个同心电极组成,内外直径分别为2mm和4mm,两个电极间绝缘。
    当把探头置于皮肤上时,电导和电容在开始几秒钟时迅速上升,继续接触的话,上升变得平缓。最初的迅速上升表示出探头刚接触皮肤时皮肤的湿润状态,以后的缓慢上升反应出探头下面的水分积累。因此,要测试皮肤表面的水分状态,在放上探头3秒时仪器记录测量数据。新型号的探头可能要在更短的时间内测量。
在探头装置中应该有一个弹性缓冲系统,以保证每次测试时置于皮肤上的压力一样。为了取得最佳测试结果,3.5MHz的高频电流应进入到至少5mm深的湿润、导电物质中。
    很多研究人员都比较过采用电导方法与电容方法来评价皮肤结合水的适用性。有兴趣的读者可参看文献。12,13,16,17,22-24总之,上述两种方法非常接近。Skicon 在湿润程度较高的时候更灵敏,而Corneometer则在较低的湿润状态下较灵敏。在两种仪器的测定结果重复性方面, Corneometer 的波动性为4%-12%,Skicon为8%-19%。
    使用Skicon可能的误差来源之一为探头在皮肤上的放置位置不合适。即使使用了弹性缓冲装置,要把探头充分安放在不规则的皮肤表面上还是不容易的,特别是在皮肤又干又硬的情况下更难做到。因此,要非常小心地把探头垂直地置于皮肤表面合适的位置。对Corneometer来说,应该控制好相对湿度和温度。当湿度上升到60%以上时,电导会明显增加。温度在19-22℃时读数较稳定,22℃以上时,由于湿度渐增,电导会逐渐上升。通常测试中的环境温度和相对湿度一般分别为20℃和40%。21
真皮状态仪Dermal phase meter真皮状态仪DPM 9003由美国马塞诸塞州Gloucester市的 NOVA技术公司生产),真皮状态仪DPM 9003的工作原理通常被认为属于知识产权而没有进行出版和普及推广。这违背了化妆品标示确认四项原则的第三条,这些原则是在最近的这一系列中所形成。25其中第三条规定,在选择合适的设备以前,应该知道各种不同测试系统所使用的理论框架,以便选择最适合的设备。
    DPM9003可以通过变换电流强度来改变频率,从而选择不同的频率来测量基于阻抗的电容读数。该仪器有一个独立开发的芯片,采用单相弛豫法计算出电容值。最终读数直接以任意单位给出,与电容直接相关。这是该仪器与其它仪器的主要不同点之一:其它仪器或是用一个固定的频率(Skicon: 3.5MHz)或是用窄幅的可变频率(Corneometer: 40-75KHz)。26同Corneometer 比较,在测量普通健康的皮肤时,DPM的读数较Corneometer的读数变动小一些。在测试干燥皮肤时,DPM9003的分辨率较Corneometer的分辨率低(同Skicon的一样),当皮肤处于逐渐增湿的状态时,该仪器测出的绝对变动与其他两者相似。13,26将DPM9003与Skicon-200直接加以比较,所测试的6种润肤商品的滋润特性非常相似。27使用DPM时的一个重要因素是探头接触皮肤时的压力。探头一旦接触皮肤,DPM仪器立刻产生反应。所以开机前必须先作一些练习。26
皮肤实验室湿度探测仪(The DermLab moisture probe, 由丹麦Hadsund的Cortex技术出产,DermLab为其商标):最后要谈到的关于目前常用的皮肤水分测试仪器是DermLab皮肤湿度探测仪。同前两个仪器一样,该仪器也是基于测量皮肤的阻抗,只是Dermlab用一个恒定的频率(100kHz)。探头包括三层金板的同心电极圈:最中间是一个参考电极,往外是一个中心电极,最外面是另一个参考电极。有效测试范围的最大直径为12.5mm,包括电极的探头总直径为14mm。
    当压力达到实验设定的90g/cm2时,装有弹簧的探头就会自动启动测试,一次性得到实验待测结果。仪器在工厂已被校正,但操作者也可校正仪器。
    设备小结:总而言之,我们已经提到了各种仪器在不同的实验和生理条件下的测试存在一些小的差别。尚未提到的另一个重要差别是各种仪器的测试深度。Corneometer的测试深度是30和45μm。Skicon 的是小于15μm,DPM的测试深度在45-60μm之间。16因此,测试仪器的选择应用应取决于所要求的测试条件。
   研究设计的目的
    同任何质量研究一样,必须遵循某种标准规范,同时必须考虑研究设计的目的意义。在本系列的前一文章中我们讨论了许多标准规范。28但是,因为这些标准规范对任何研究都是重要的,我们在此将这些标准规范同保湿研究特定的设计要求一起再次论述。
    ICH GCP国际协调优秀临床操作会议(ICH GCP)旨在全球提供一个各国之间协调一致的优秀临床操作指南。药品注册前,必须通过ICH GCP指南检测。目前,指南尚不包括对化妆品注册时的检测,但并不意味着化妆品检测就可以不受指南约束。ICH GCP提供了完备的质量程序和文件,因此,我们认为任何应用到人体的产品检测都应与这些指南条例一致。
    机构评审委员会(社会伦理)的认可在进行任何人体实验研究之前,任何与测试相关的项目(包括实验方案、测试对象信息表以及测试对象的同意书等)都必须通过一个独立的有信誉的核查委员会或伦理委员会的核查与认可。
    获取书面许可:在项目进行正式研究之前,必须清楚地说明研究项目进行的原因以及可能面临的潜在风险。在测试对象签署参加研究的同意书前必须进行口头和书面说明。
    盲法研究:最适合的是“双盲法”:操作在调查人员和参加测试者或其他研究人员对所提供的被测物品特性均不知道的情况下进行。这一方法剔除了研究人员在已知被测物品情况下进行评价的任何偏见,也消除了参试者因获知被测物品性能后所产生的心理上的影响。当然,生物工程仪器自身在检测时是不会有偏见的。应用双盲法能避免研究人员可能提出的所有非议。
    参加测试人员数量通常的研究认为,参加测试人员数量越多,得出的统计学结论越有力,也越容易测出被测样品的潜在差异。但还是需要确定一个参加测试人员的绝对数量值。根据我们的经验,当参加测试人员数量在15-20时,我们总是可以检测出活性保湿产品与另一个不加处理的阴性对照组之间的差别。
    选择自愿者标准我们建议选取年龄在18岁至50岁之间的人员。选18岁显然是因为法律的原因。选50岁以下是由于超过50岁的人的皮肤不是处于过于干燥的状态,就是所谓的得出类似药物疗法的结果——皮肤太干燥或即使被滋润了也是因为过量应用滋润剂,不能反应真实的效果。
    测试部位:我们建议选取小褪下部。身体的这个部位比较方便,而且相对于身体的其它部位来说它的水分更少一些。可以同时做一个以上的样品,但如果什么产品都在一个腿上试就不太合适了。
    测试条件的控制正如前面讨论应用Skicon的可能误差来源中讲到的一样,测试时的相对湿度和温度是保湿实验的重要因素。我们一般认为,温度在21±1℃,相对湿度为45±5%为宜。测试前,被试人应在受试环境中适应至少半小时。应避免任何形式的激动情绪。例如,所提供的杂志应是讨论园艺的而不是时尚的;饮料应不含咖啡因等等。
    测试时段与评价次数除了有特别的时间规定外,大部分采用仪器的保湿功能研究可以在一天内完成,一般为6小时。时间短的仪器测试,同时可以做更多的样品。在这个过程中,开始使用时作一次评价记录(基线),以后在1,2,4,6,8小时各作一次评价记录。
时间更长的测试则要更加依赖直观评价。因为长时间里的天气变化使这种皮肤生物技术方法很难在受试人群中作出精确评价。
    测试时机的选择既然选择低水分的皮肤作底线,增湿测试是可以在一年中任何时候作的。显然,越干冷的天气,皮肤的自然水分越低,因此,在冬天里进行测试越能显示出使用前后的不同。但并不是说夏天就不可以做。事实上,如果一个新产品在冬季测试中的有效程度不行,这个产品则很难在目前竞争激烈的市场上占住脚。
   典型实验结果
     依照上述指南,我们实验室经常从事皮肤增湿研究。测试研究可分为两种:“保留类”测试,针对诸如护肤膏一类的产品;“漂洗类”测试,针对滋润沐浴液一类的产品。“漂洗类”产品测试也可以同时测多个样品,如果样品数允许的话,也应该在同一条腿上进行。
     对于两种类型产品,基线测试开始前至少三天,一般应使用一种表面活性剂(一种典型的表面活性剂是英国伯明翰Smith & Nephew公司出产的Simple香皂,Smith为该公司的注册名)以除去自愿者可能使用的其它滋润剂的影响,同时也为了进一步干燥皮肤。但“漂洗类”测试中只能用很温和的表面活性剂,要不然,皮肤会变得过度失水,而且在一次使用后恢复本底较困难,也不利于去除前一次使用的影响。一般在进行基线评价测试以后,“保留类”产品的测试在皮肤上涂抹一次,而“漂洗类”产品测试使用10次,每次30秒钟。
    图1 表示了一次典型的“保留类”测试结果,实验设计了以甘油作正性对照的测试以及未加使用被测产品的负对照。虽然,通常使用的测试时段是6小时,我们特别进行了10小时的测试,从结果可以明显看出存在一个滋润平台期。
从图1可以看出,甘油能迅速滋润皮肤,在约6小时左右达到滋润平台期。一个好的润肤膏类产品常能产生同样的效果,但达到的滋润程度较低些。未加任何处理的负对照部分,则只在5-8%的基线值周围波动。
    图2显示了我们实验室测试的一种目前市场很好的“漂洗类”产品(纽约Lever Brother的Dove)与未加使用的负对照之间的差异。好的“漂洗类”产品是在清洁皮肤的同时又能通过其所含的滋润成分给皮肤以滋润。如图2所示,在测试开始的第一个小时内,皮肤有失水现象。这主要是由于各种处理、清洗以及表面活性剂特点带来的机械损伤。最后一次处理2小时以后,则出现正向结果,皮肤的滋润程度得到提高。接下来的几小时内皮肤得到进一步的增湿直至6小时左右达到一个滋润平台期。应该看到,最有效的“漂洗类”产品也不能达到与“保留类”产品同样好的滋润效果。
皮肤增湿研究的统计学
    处理组内分析(Within-treatment analyses)是用于评价从基线水平上产生的变化。t-检验常被用来检验这些变化是否具有统计学意义。非参数变量以及二项式统计学(例如测试增湿能力的有效与否时)也被常用于分析评价中。分析方法的选择取决于实验设计、参加测试人员数以及被测物品。
    处理组间分析(Between-treatment analyses)是用于估计被测物品之间的增湿水平差异,确定效果的产生是因为组分呢还是因为全部配方的作用结果。增湿数据的典型分析是用相对于基线水平的变化或百分比变化(变量分析),或在分析协变量时用基线湿润水平作为一个协变量。
    必须注意,从实验设计到测试样品都必须使用合适的统计学分析手段。同本系列前面部分提到的一样,化妆品标示验证来自商品标示:25品质标示决定了测试方法、实验设计,实验设计又决定了将使用的统计学方法。增湿测试的基本实验设计是一样的。特殊样品的实验需要设计方案的修正与数据的处理。这些修正可能需要不同的统计学方法。
可能的化妆品标示
    现在利用生物工程技术方法进行皮肤增湿效果测试是很普遍的。如果一个新产品通过测试后的数据显示,处理组的皮肤滋润程度明显好于非处理组,那么,商品上提供给消费者的品质标示就得到确认。这类标示很多,大部分是这样的,如“滋润您的皮肤”,“增湿沐浴液”,“临床实验显示可以增湿肌肤”以及“帮您保湿”等等。事实上,任何一种品质标示都应有测试证明的,应说明所标示的品质是一种普遍特性还是通过实验证明在一段时间内的有效特性。例如,如果标示 “给您的皮肤以8小时的滋润”,则需要设计一个为时8小时的实验进行验证以说明使用与否之间存在明显的统计学差异。然而,“24小时或全天滋润肌肤”的标示则不能确证,要是那样的话,就要求一个24小时的分析(中间还需有一些时间间隔)。
 
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