文獻探討

2-1 皮膚障壁功能之解剖生理學

皮膚被覆全身，是身體的最大器官⁵，約為1.8 ㎡ 體表面積(BSA, body surface area)，重量如與皮下脂肪合算，約佔體重的 18 %。皮膚包含表 皮與真皮二層，表皮在上層，厚度從眼皮的0.04 mm 至足底的 1.4 mm 不等，由下而上可分為五層：基底層、棘狀細胞層、顆粒層、透明層、

角 質 層 。 基 底 層( 又 名 生 殖 層 ) 細 胞 不 斷 的 分 裂 ， 成 長 的 角 質 細 胞 (keratinocyte)向表層移動；分化過程因外形和內涵物的不同，而有層次 之分，予以不同的命名。而最外層的角質層(stratum corneum)，組成皮 膚的天然障壁 ⁶，不但保護不受各種外來物的經皮入侵，而且防止內部 分子的散失。角質層約15~20µm 厚，主要由彼此堆疊的、死的角質細胞 (corneocyte) 和細胞間的脂質雙層所組成。在應用上，就職業傷害的角 度，希望加強或恢復障壁的功能，以防止有害的物質持續經皮膚進入身 體，危害健康。在化妝品醫學美容的角度，則希望能短暫擾亂障壁功能，

使有效成份能直接經由皮膚，留在皮膚發揮功效，達到抗老，增顏的期 望。

2-2 表皮水分(epidermis hydration)測量 2-2-1 解剖生理

人類皮膚天然的保濕系統，由水、天然保濕因子(natural moisturing factor；NMF) 、與脂質組成。一般肌膚細胞的含水量，在基底層高達 70%，而最外層的角質層只有 15%⁷。然而角質層中的含水量，卻是維持 皮膚彈性和柔軟的決定因素；此外角質層又具保護肌膚抵抗外界的侵

害，和防止水分過度流失的角色。但環境的溼度、溫度、不當的清潔劑、

及紫外線等都會破壞角質層的防禦力，使肌膚的保水能力降低。若肌膚 的角質層不健康，就會有表皮肌膚緊繃、發癢、脫皮等症候。文獻 ^8,9 顯示角質層和部份有活性的上皮，約20~40µm 厚的含水量，可用電容值 (capacitance)給予量化，值的大小與障壁的功能、經皮吸收量、對刺激物 的反應能力，以及皮膚的機械特性有關¹⁰。因此，可用來研究屬角質層 水分異常有關的疾病¹¹。在有異位性皮膚體質患者 ¹²，不論濕疹區或正 常區的皮膚，電容值都顯著減少；然而尿布性皮膚炎，因尿片遮蔽影響，

造成局部水含量增加，角質層水分過多，造成磨擦係數和刺激物的滲透 性增加，因而促進了細菌的生長¹³。

2-2-2 儀器種類與原理

人體組織的電容(capacitance)與電導(Conductance)特性與水的含量 有關。當以電磁場(Electromagnetic Field)穿透皮膚測量時，最上層主要 是電容，較深層則是電導。因水的介質常數(dielectric constant)遠高於角 質層的固體部份，故角質層的介質常數端賴水的含量而定。 常用於測 量表皮上層水分的技術，是測量皮膚表面的阻抗(Z，单位是歐姆 Ω)，而 求得皮膚表面的含水量。阻抗是電壓相對於電流的比，其值依賴於電阻 (R，单位是欧姆 Ω)及電容(C，单位是 F 或 pF)，其公式如下：Z=

【R²+( 1⁄2πfC )²】^1/2 ；f 是交流電的頻率单位是 Hz）。測量方法是使 用一電極片，置於電極與皮膚之間，可測得角質層的水含量。根據Fluhr¹⁴ 等的摘要文獻，一般商業化檢測皮膚保濕能力的儀器如下:

1.皮膚表面的濕度計 (Skin Surface Hygrometer, IBS, Company, Hamam , Atau): 儀器使用 3.5 MHz 的頻率及自動化的設計，可測皮膚的電導與電 容，其電極與皮膚表面接觸後，3 秒鐘即可測得皮膚表面的含水量。

2.Corneometer ^®CM825: 儀器使用 40~75Hz 的頻率設計，測量電極板的 面積為 0．64cm'，與皮膚接觸壓力固定為 1~6N/m'，其電場存在上表皮，

且以介電常數函數表現於測量電極，而皮膚的電容也表現於此電極上，

其度量所用的單位以a. u. (arbitrary units)表達，而測量範圍從 0 到 120 a.u.，這些值相對於上表皮的含水量，測量的深度約為 60~100µm，其值 落於 30~40 a.u.為乾性皮膚，而在 120 a.u.以上為高含水量皮膚 ¹¹。 3.DPM

^®

9003(NOVA): 只有口袋大，頻率為 l MHz，電極的表面積為 0~98cm²，以一固定壓力 0.6 N/m²施於所測皮膚位置，其檢測原理是測 量 皮 膚 的 電 容 ， 而 以 阻 抗 表 示 ， 其 單 位 以 Arbitrary Capacitance Reactance Units 來表示，範圍從 90~999 DPM 儀器的單位，來表示皮膚 的含水量多寡，結果以 90~100 單位代表乾性皮膚，110~350 單位代表 含足夠水分的皮膚。

4.Skincon

^®

200: 為單一頻率，測量皮膚電導，電極面積為 0.28cm²，測量 皮膚的深度為 20µm，接觸於皮膚 3 秒後，自動顯示其皮膚的導電度單 位為µ.S.( µ Siemens)，一般以 10~15µ.S.為非常乾皮膚，大於 500µ.S.則 為含足夠水量的皮膚。

光學的方法有：

1.紅外線光譜法(Infrared Spectroscopy)：利用水分子在紅外光(400-650 µm)波段吸收，可直接反應其皮膚上表層的含水量。皮膚表面的含水 量，可經由特殊設計的傅立葉－紅外光譜(FTIR)，透過 Attenuated Total

Reflection 的光學路徑設計，然後將其吸收光譜經傅立葉方程式轉換成 FTIR 光譜，其所增加吸收帶的強度，是相對於皮膚表面含水量。

2.光熱放射光譜(Optico-Thermal Emission Spectroscopy)：紅外光熱放射 光譜，是一種無傷害性，檢測皮膚含水量的技術，原理為強紅外雷射光 波照射皮膚表面後，將上表皮層的水熱散發掉，進而分析紅外線吸收帶 所得的水分，目前此法，是以熱放射降解曲線來分析，並採用 a.u.來表 示水分之含量指標。

另外，一些較少見的方法，包括：

1.核磁共振影像分析 (Nuclear Magnetic Resonance Imaging, NMRI): 高 解析的核磁共振影像分析儀，使用特別設計的皮膚表面線圈及高磁場，

可測得皮膚含水量。由於受限 MRI 空間的解析度(50µm)，不足以準確 測得角質層，所以目前 MRI 只是被用於決定非常厚角質層的含水量，

如腳後跟的皮膚。

2.上表皮黏彈特性測量：皮膚的黏彈機械特性，可反應皮膚的生理功能。

一般皮膚龜裂(cracking)及鱗片狀剝落(scaling)，是為非常乾燥的皮膚特 徵，利用一些拉伸(stretching)、扭轉(torsion)、插入(indentation)、或吸引 (suction)的檢測設計，能明顯地檢測出不同狀態皮膚與膚質的區別。

用來檢測皮膚機械特性的儀器如下：(1)扭轉方式：如 Dermal Torgue Meter (Dia-Stron Limited Andover, UK)(2)單軸延伸方式：如 Extensometer (Dermotrorics Limited, Cardiff, UK)(3)吸引方式：如 Dermaflex A, Dermal Lab(Cortex Technology Hadsund, Denmask)、Cutometer SEM 474 (Courage and Khazade Electromic, Cologne, Germany)。這些儀器可測得表皮與真皮 層的機械特性，基本上很難直接提供皮膚的含水量，僅能提供相對的參

考指標。

3.皮膚表面的構形：皮表構形可使用矽利光橡膠複製(soft silicone replicas) 取得，然後使用雷射光成像，再經由電腦3-D 影像的軟體計算分析，由 此可間接地了解皮膚含水量的改變程度。

2-2-3 影響測量的因子

表皮的電容值，除受到潮濕和環境溫度的影響外，不同身體部位間的 變異亦可見及。一般而言，成年人前額、足底和手掌電容值最高，小腿 最低；男女性別間，成年的女性在某些皮膚區域較高¹⁵，男女嬰兒則無 性別間差異。嬰兒電容值高於成年人，這與組織解剖特性有關 (詳見表 1)。

2-2-4 表皮水分與化妝品的應用

水在角質層物理的特性上，居重要角色。角質層水分值，可評估局部 塗抹的化妝品對水分產生的影響加以評量¹⁶；對皮膚生理的了解，以及 研發皮膚保養有效的配方，也關係密切。乾性和水分良好的皮膚導電度 可相差四倍；在障壁功能受損的皮膚，角質細胞的凝水力變差，既使補 充了大量的水分，還是會流失殆盡。更甚的是，在水分流失的過程當中，

會帶走肌膚原有的水分。長期角質層缺水會使肌膚產生小細紋，接著就 是老化的皺紋產生。所以，保濕不能只補充肌膚水分，還需補充油脂修 護角質層，才能使肌膚呈現健康狀態，恢復障壁功能，使補充的水分不 流失，才能達到全面防禦的功能。

2-3 經皮水分散失 (TEWL)值的測量 2-3-1 解剖生理

角質層扮演皮膚天然障壁，防止外來物的經皮入侵外，也防止內部分 子的向外散失，最主要的是防止深層表皮的水分散失，這是陸地生物演 化成功重要的因素。角質層的結構特殊，不同於一般胞器的胞膜結構，

可調節水分由含量較高的表皮深層，流動至水分很低的角質層上層。角 質層水含量和水流量是二個不同的變數，水濃度和流動量和Fick’s 定律 有關：

J=Km ^● D _x ^● dc/dx

^{，意指水的流量}(J，mol/s cm²)等於分配係 數(Km)和擴散係數(D，cm²/s)的乘積，再乘上，經過此角質層厚度(X，

cm)的水含量變化(C，mol / cm³) d

c

/d

x

，也可稱之為水濃度的梯差，如 果 D 和 Km 知道，流量(J)就可由任何位置(X)的濃度計算出來，因此測 量TEWL 也就是檢測從皮膚深層至外界環境間的水蒸氣梯差。

人類皮膚障壁的功能成熟，發生在出生後頭幾天，30 週前出生的早產 兒，上皮障壁特性是不健全的；從成年至老年前期，功能隨年齡降低，

因此TEWL 基準值(baseline value)，各文獻報告不一。老年人因主要障 壁的脂質明顯減少¹⁵，因此障壁功能易受破壞，而造成乾皮症 (xerosis)。

TEWL 的測量¹⁶，是屬非侵入性的方法。在人活體的皮膚上，直接測 量的TEWL 值，可被用來監視角質層的障礙功能。健全的皮膚，TEWL 值通常比慢性皮膚病或受傷的皮膚低；有些皮膚病，TEWL 值增加，而 增加量與損傷程度有關，當障壁功能恢復時，TEWL 值隨之就降低。皮 膚受傷或疾病，包括燒傷、牛皮癬，有些魚鱗癬、接觸性皮膚炎和異位 性皮膚炎，障壁功能的改變的特徵是TEWL 值增加，另外，化學性和機

械性的障壁功能損傷也會造成 TEWL 值的改變，包括清潔劑，有機溶 劑，皮膚膠帶剝離術等。

2-3-2 儀器種類與原理

TEWL 值檢測儀器種類，依方法分兩種：

1.封閉式(closed chamber method)：屬於較早期的方法，原理是測量與皮 膚接觸的探頭小腔室內，針對不同變項的差異，包括受潮鹽分的重量 差，或乾燥氮氣流過後的熱傳導的改變或紅外線吸收值的改變，以及皮 膚電子特性的變化；這些都屬封閉性的測量，本質上，已干擾了近皮膚 表面的微氣候(microclimax)，所以會不等程度地影響 TEWL。

2.開放式(open chamber method)：是目前的主流儀器所採用的方法，測量 與皮膚接觸的探頭小腔室內水蒸氣蒸發的梯差。近年來，科學文獻上常 被引述用來測 TEWL 的儀器有兩型： Evaporimeter 與 Tewameter 兩型 儀器的原理，都是基於開放性小腔室中，水蒸氣的蒸發壓梯差的測量；

設計上是在垂直於皮膚的開放性探頭中，於不同高度放置兩組探測計，

每組含濕度感測計(hygrosensor)及溫度感測計(thermistor)各一，經測量上

每組含濕度感測計(hygrosensor)及溫度感測計(thermistor)各一，經測量上

在文檔中 嘉南藥理科技大學 化粧品科技研究所 碩士論文 (頁 20-38)