Исследование особенностей кожи лица

Сегодня производителям косметических средств приходится доказывать не только безопасность, но и эффективность своей продукции. Для последнего немаловажно иметь представление о методах функциональной диагностики кожи, применяемых в современной косметологии. Функциональная диагностика подразумевает обязательное использование измерительных приборов, которые позволяют получить количественные показатели, дающие возможность статистически проанализировать изменения, произошедшие (или не произошедшие) с кожей добровольцев в процессе использования косметического средства. В настоящее время с помощью специального оборудования можно оценить такие показатели как гидратация рогового слоя (содержание воды в роговом слое), индекс трансэпидермальной потери воды (ТЭВП), изменение рельефа кожи, изменение механических свойств (эластичности и упругости), снижение активности сальных желез, нарушение микроциркуляции и др.

Оценка содержания влаги в коже

Водный баланс в коже – один из основных показателей ее состояния. Его наиболее часто оценивают методом корнеометрии. С помощью специального прибора – корнеометра (Рис.1) измеряется электрическое сопротивление кожи. Датчик для корнеометрии – это конденсатор под стеклянным покрытием. Через него проходит ток с частотой 0,9–1,2 мГц, который формирует электрическое поле, проникающее в кожу. Обычно конструкция датчика подбирается таким образом, чтобы глубина проникновения электрического поля в кожу не превышала 10–20 нм и затрагивала только роговой слой, поскольку роговой слой наиболее чувствителен к изменению водного баланса. Емкость конденсатора будет зависеть от диэлектрической постоянной рогового слоя, которая изменяется в зависимости от содержания воды в эпидермисе. Чем выше гидратация, тем ниже сопротивление электрическому току. Современные корнеометры, как правило, оборудованы ЖК-дисплеем и кнопками управления, и могут работать как автономно, так и при подключении к компьютеру. Также существуют комбинированные приборы со сменными датчиками, позволяющие измерять не только содержание влаги в коже, но и другие показатели – количество кожного сала и рН. В последнее время производители специального оборудования наладили выпуск портативных корнеометров, которые подходят даже для домашнего использования.

Рис. 1. Corneometer® CM 825, Courage&Khazaka

Для контроля увлажненности кожи часто применяется тест, определяющий трансэпидермальную потерю воды (ТЭВП, TEWL) – ТЭПВ-тест или теваметрия. Он позволяет судить о состоянии липидного барьера рогового слоя и может быть полезен для подтверждения эффективности увлажняющих и защитных косметических средств, равно как средств, нацеленных на укрепление кожного барьера. Оценка трансэпидермальных потерь воды может осуществляться с помощью т. н. «открытой» (Рис.2) или «закрытой» системы измерения (Рис.3). Принцип работы первой системы заключается в следующем. В измерительной ячейке прибора, которая прикладывается к коже, имеются два датчика, расположенные один под другим. При установке датчика на кожу в его полости устанавливается градиент плотности водяных паров, испаряющихся с поверхности. Этот градиент измеряется с помощью двух пар сенсоров, расположенных в полости датчика (одна пара измеряет температуру, а другая – относительную влажность). Данные анализируются с помощью микропроцессора. В результате рассчитывается, какое количество воды испарилось за единицу времени (ТЭПВ).

Рис. 2. Tewameter® TM 300, Courage&Khazaka

Второй метод оценки ТЭПВ основан на измерении парциального давления воды в замкнутой камере с одним датчиком влажности. При прикладывании камеры к коже происходит постепенное увеличение в ней парциального давления воды. Измеряется прирост парциального давления в камере за определенный промежуток времени. Метод оценки ТЭВП наиболее объективен для оценки липидного барьера в отношении сохранения жидкости. Недостатком этого метода является подверженность влиянию таких факторов, как температура и влажность окружающей среды.

Рис. 3. VapoMeter, Delphin Technologies

Когезиометрия – это исследование шелушения кожи, которое также помогает косвенно оценить содержание в ней влаги. Шелушение кожи зависит, прежде всего, от скорости пролиферации эпидермиса, а также от водного баланса. В норме слущенные корнеоциты примерно одинакового небольшого размера. Большое количество крупных клеток говорит о повреждении и дегидратации кожи. Когезиометрия основана на использовании прозрачных клейких лент, к которым при прикладывании к коже прилипают корнеоциты. После этого ленты красятся и фотографируются в проходящем свете. Затем происходит обработка изображения и рассчитывается индекс шелушения. Оборудование для исследования используется то же, что и для оптической профилометрии.

Содержание воды в более глубоких слоях кожи можно оценить с помощью методов УЗИ и ОКТ, о которых речь пойдет ниже.

Оценка механических свойств кожи

Основными механическими характеристиками кожи являются ее эластичность и упругость. Упругость – это способность кожи сопротивляться деформации, например, растяжению, эластичность – способность кожи восстанавливать форму после деформации, например, после щипка.

Для определения эластичности на сегодняшний день наиболее точным и воспроизводимым считается метод вакуумной кутометрии (Рис.4). Суть метода в том, что при прикладывании датчика прибора к коже, в его полости создается отрицательное давление, и кожа втягивается внутрь. Оптической системой регистрируется величина деформации кожи под воздействием вакуума, а также способность кожи возвращаться в исходное положение после снятия нагрузки. Показания этого датчика зависят от рельефа и толщины кожи: чем больше складчатость кожи, тем меньше ее упругость. Метод полезен при подтверждении эффективности омолаживающей косметики, улучшающей синтез коллагена и эластина.

Рис. 4. Elastometer EM 25, Courage&Khazaka

Ревискозиметрия – это акустический метод, позволяющий количественно определять анизотропию кожи, то есть, неоднородность ее свойств при прохождении через нее акустической волны в разных направлениях. В измерительной головке датчика имеется излучатель звуковой волны и приемник. Волна от датчика распространяется в коже в разных направлениях, в том числе, горизонтальном. Эта горизонтальная составляющая улавливается приемником. Время прохождения от излучателя к приемнику и интенсивность дошедшей волны говорят о том, как расположены волокна соединительной ткани, и в каком они состоянии. С возрастом, при накоплении сшитых (гликированных) молекул коллагена в дерме, анизотропия кожи увеличивается и наблюдается значительное снижение скорости акустической волны в направлении, перпендикулярном преимущественной ориентации волокон дермы (линиям Лангера). Ревискозиметрия может быть полезна для подтверждения эффективности свойств косметических средств против гликации, а также при оценке средств против фотостарения, а точнее фотоэластоза волокон дермы, вызванного УФ-излучением.

Измерение липидного баланса кожи

Липидный баланс кожи является важным условием поддержания водного баланса в организме. Функциональное состояние липидного барьера можно оценить с помощью ТЭПВ-теста.

Методом определения жирности кожи является себуметрия. Показания этого метода зависят от активности сальных желез и отражают количество вырабатываемого кожного сала. Метод основан на фотометрической оценке жирных пятен, которые остаются на липкой пленке после ее контакта с кожей. Эта специальная пленка чувствительна к жирам и меняет свою оптическую плотность в зависимости от количества жиров. Измерительную кассету, на конце которой находится пленка, прикладывают к коже примерно на 30 секунд. Затем кассету с пленкой закладывают в прибор, работающий на основе принципа спектрофотометрии. Измеряется оптическое пропускание ленты и рассчитывается содержание жира на см2. Себуметрия позволяет оценить эффективность средств анти-акне, очищающей косметики для волос и кожи (Рис.5).

Рис. 5. Sebumeter® SM 815, Courage&Khazaka

Измерения цветовых характеристик кожи

Измерения цветовых характеристик кожи основаны на поглощении и отражении света. Эта группа методов полезна при исследовании процессов, связанных с фотостарением кожи и при разработке осветляющих кожу средств (Рис 6).

Рис. 6. Методы измерения цветовых характеристик кожи. А – хромаметрия, Б – мексаметрия (из Г. Тимофеев, Методы аппаратного исследования кожи человека, «Косметика и медицина», №4, 2005г.)

Мексаметрия позволяет измерять количество меланина в коже и степень эритемы. Принцип измерения основан на поглощении кожей света разной длины волны: в красной, зеленой и инфракрасной областях спектра. Длина волны подбирается таким образом, чтобы она соответствовала максимуму поглощения меланина и гемоглобина. Третья компонента используется для поправки на другие пигменты, в том числе билирубин. Источники и приемники света расположены так, чтобы обеспечить измерения только отраженного от кожи света, исключая помехи от фонового освещения. Измерение уровня меланина применяется для определения эффективности отбеливающих средств и солнцезащитной косметики. Также метод используется для характеристики эритемы и воспалительных процессов.

Хромаметрия основана на восприятии человеческим глазом тона, яркости и насыщенности цвета. Согласно данным многочисленных экспериментов, ученые определили функции соответствия цветов, а также универсальное пространство цвета, в котором представлены видимые цвета, характерные для среднего человека. По системе цветового пространства, рекомендованной для оценки цвета кожи «Commission Internationale l’Eclairage» (CIE), каждому цвету соответствует численная характеристика L*a*b*, где L* – яркость цвета по шкале серого (0–100), a* – сбалансированное значение между красным и зеленым цветами, b* – баланс между желтым и синим цветами. Шкала значений a* хорошо описывает пигментацию и васкуляризацию кожи. Шкала значений b* хорошо описывает изменение интенсивности пигментации кожи. Данный метод для оценки эритемы и пигментации менее эффективен по сравнению с методом мексаметрии, но хромаметрия позволяет оценить антиоксидантный эффект косметических средств.

Оценка микроциркуляции в коже

Температура кожи связана с микроциркуляцией крови, поэтому данные измерений температуры кожи могут быть инструментом для продвижения косметических средств, влияющих на кровоснабжение кожи. В последнее время широко распространились методы тепловизиометрии с применением инфракрасных видеокамер. На полученных таким образом термограммах кожа переливается всеми цветами радуги – от сине-фиолетового до красного (Рис.7). Оранжевые и красные зоны – высокая температура, синие – низкая. Логично предположить, что в синих зонах кровообращение замедлено. Однако теплоотдача в первую очередь зависит от температуры внешней среды, поэтому при проведении подобных исследований необходимо тщательно контролировать климат помещения, а измерения должны проводиться после адаптации к ним человека.

Рис. 7. Термограммы, полученные с помощью инфракрасных видеокамер

Оценка изменений рельефа кожи

Топография кожи зависит от увлажненности кожи и состояния соединительно-тканных волокон дермы, и является важным маркером старения. Поэтому описанные ниже методы могут эффективно применяться для подтверждения эффективности косметики анти-эйдж.

Один из распространенных методов – анализ силиконовых реплик (слепков) кожи с использованием механических или оптических профилометров. Так можно определить плотность морщин, их длину и глубину. Первый этап – приготовление силикона и последующее нанесение его на участок кожи. После снятия слепка рельефную поверхность сканируют, оцифровывают и анализируют полученные данные. Оптическая профилометрия основана на анализе реплик (слепков), сделанном с помощью оптических профилометров. Через силиконовый слепок пропускается свет, исходящий от источника параллельного излучения. Данный свет регистрирует специальный фотодетектор. При помощи программного обеспечения моделируется 3D изображение поверхности кожи, и рассчитываются различные показатели ее рельефа: шероховатость, гладкость, морщинистость. Недостатками метода являются возникновение погрешностей, а также длительность процесса изготовления реплики.

В настоящее время большое распространение нашел метод анализа изображений кожи, полученных напрямую с помощью цифровых камер высокого разрешения – визиоскопов или дерматоскопов. Разработаны специальные алгоритмы обработки изображений. Часто в таких системах для увеличения чувствительности применяются специальные камеры с УФА-лампой для анализа микрорельефа. Микрорельеф создает бархатистость молодой кожи. С возрастом поверхность кожи становится более глянцевой и менее бархатистой из-за возрастного сглаживания микрорельефа. УФ-свет также хорошо поглощается меланином, что позволяет использовать УФ-дерматоскопию при анализе скрытой пигментации и признаков фотостарения кожи. Единственный недостаток этих методов – невозможность вычислить глубину морщин. Но для этих целей был разработан уже упомянутый метод силиконовых реплик.

Анализ внутренних структур кожи

Конфокальная микроскопия – это наиболее перспективный метод, позволяющий изучить клеточную структуру живой кожи (in vivo). Конфокальный микроскоп позволяет увидеть физиологические процессы, протекающие в коже, и оценить их изменения во времени. Метод бесконтактный – луч света не приносит вреда и дискомфорта обследуемому пациенту. Для исследования кожи используют конфокальную сканирующую лазерную микроскопию (CSLM), которая позволяет увидеть в высоком разрешении строение эпидермиса и сосочкового слоя дермы. Результаты отражаются на мониторе и сохраняются в виде микрофильма или микрофотографий. Метод имеет две разновидности. Первая – отражательная лазерная микроскопия (reflectance CSLM), которая основана на том, что различные структуры клетки имеют разный коэффициент преломления света. В качестве источника освещения здесь используется лазер с длиной волны 830 нм. Свет проходит через специальную линзу и иммерсию в кожу на глубину порядка 200 мкм. Вторая разновидность – наиболее перспективная – это флуоресцентная CSLM, где используют лазерный свет определенных длин волн, которые возбуждают флуоресценцию экзо- и эндохромофоров кожи (Рис.8). Система оснащена миниатюрным оптоволоконным сканером с сухим объективом, который одновременно освещает кожу лазерным светом и регистрирует флуоресценцию. Длина света, которым освещают кожу, зависит от того, какие молекулы являются флюорофорами. Конфокальную сканирующую лазерную микроскопию используют для определения пенетрации соединений в кожу и изучения микроциркуляции.

Рис. 8. Микрофотография клеток плоского эпителия, полученная методом флюоресцентной конфокальной микроскопии. ДНК в клеточных ядрах окрашена в синий цвет, аппарат Гольджи – в зеленый (крохотные зеленые пятнышки в районе ядра), а фибриллы актина, расположенные в цитоплазме, окрашены в пурпурный цвет. Авторы: Tom Deerinck, NCMIR and UCSD, Источник: cell.com

Оптическая когерентная томография (ОКТ) – метод неинвазивного исследования, который все шире применяют в медицине в диагностических целях. Для получения изображения ткани методом ОКТ используют ближний инфракрасный свет, которым освещают исследуемый участок кожи. Кожа состоит из структур разной плотности и поэтому оптически неоднородна. Попадая на границу двух сред с разной плотностью, инфракрасный свет частично отражается и рассеивается. Анализируя коэффициент обратного рассеяния оптического излучения, можно получить информацию о строении кожи. Полученные данные обрабатываются компьютером и преобразуются в удобное для анализа двухмерное изображение. Разрешающая способность метода на порядок превышает возможности стандартного ультразвука и позволяет изучать архитектуру ткани. Информация, полученная методом ОКТ, является прижизненной и отражает не только структуру, но и особенности функционального состояния тканей. Так, коэффициент преломления очень чувствителен к содержанию воды, поэтому можно получить информацию о гидратации кожи на различной глубине. По сравнению с конфокальной микроскопией, метод ОКТ обладает более глубокой проникающей способностью.

Метод ультразвуковой диагностики также позволяет оценить толщину различных слоев кожи (А-режим датчика), их структуру и степень их гидратации (В-режим датчика). Но в сравнении с методом ОКТ, обладает меньшей разрешающей способностью, так как в УЗИ используется акустическое возмущение, длина волны которого значительно больше длин волн оптического излучения. Недостаток методов УЗИ и ОКТ – высокая стоимость оборудования.

Заключение

В данной статье освещены основные методы аппаратного исследования кожи, которые являются общепризнанными и широко применяются в мировой практике, в том числе для регламентационных испытаний косметических средств. Кроме этих методов существует огромное количество методик, которые не нашли широкого применения, в основном, из-за трудоемкости проведения исследований или из-за сложности однозначной интерпретации результатов.

Литература

1. Г. Тимофеев, Методы аппаратного исследования кожи человека, «Косметика и медицина», №4, 2005г.
2. Г. Тимофеев, Диагностика старения кожи, Kosmetik international, 2008.-N 1.-С.6–14.
3. А.Марголина, Е. Эрнандес, Новая Косметология, ИД Косметика и медицина, Т 1, с 344–368
4. www.cell.com