护肤背后的科学：保湿产品

保湿产品能够为皮肤提供功能性作用，例如使皮肤光滑柔软，增加皮肤水合作用和改善皮肤外观。同时，保湿产品也起着将微量成分递送到皮肤的作用。这些成分可以是维生素、植物源抗氧化剂、肽、皮肤亮白剂、植物源抗炎剂或去角质成分。本综述讨论了保湿产品中的科学原理。

1. 背景介绍

皮肤的清洁和保湿是卫生保健最基本的两个方面，它们能够影响皮肤的健康和疾病。皮肤的清洁是从皮肤表面清除物质的过程。而皮肤的保湿则是将被错误清除的物质放回去的过程。然而不幸的是，清洁产品不能区分皮脂和细胞间脂质，而将它们全部有效地清除。因此，人们开发了在皮肤清洁后将脂质重新放回皮肤表面的润肤产品，现在也已经发展成为递送化妆品活性成分的媒介。本综述的第一部分涉及皮肤清洁，第二部分涉及皮肤保湿。

2. 保湿产品的目标

依照消费者需求的重要性，保湿产品必须满足四个基本要求：使皮肤光滑柔软，增加皮肤水分，改善外观，并且可能将微量成分递送到皮肤表面。没有这四种功能的保湿产品无法在市场中取得成功。

2.1. 改善皮肤光滑度和柔软度

消费者使用润肤产品的最基本需求是使皮肤光滑柔软。目前市场上的所有保湿产品都能使肌肤光滑柔软。然而，更好的产品配方保持时间更持久。皮肤的光滑度和柔软度可以评估皮肤表面角质细胞的组织结构。当细胞间脂质被去除时，角质细胞的边缘折叠，因而当手拂过皮肤表面时会产生摩擦。生成光滑和柔软的皮肤需要润肤剂（表1）。这是一种薄薄的油性物质，能够临时存放在脱皮角质细胞之间直到下一次清洁，而清洁后必须重新使用这种润肤剂。

表1. 使皮肤柔软光滑的润肤剂

2.2. 增加皮肤水分

医药相关的保湿产品必须通过减少皮肤表面的水分流失来增加皮肤水分，这就是所谓的经皮水分流失（TEWL）。保湿的原理是通过在皮肤表面涂抹一层不透水的薄膜来阻止水分蒸发，并利用一些物质来吸收水分。保湿产品不会滋润皮肤，这种说法有些用词不当。只有通过皮肤屏障修复才能使经皮水分流失永久恢复到正常水平。

增加皮肤水合作用是大多数保湿产品减少脱水引起的细纹的作用机制，特别是最薄的眼部周围的皮肤。减缓经皮水分流失可以短时滋润皮肤，直到使用清洁产品去除保湿产品。减少皱纹是一种功能性的效果，但是除非出现皮肤屏障修复，否则这只是皮肤水合作用增加后暂时的效果。

2.3. 改善外观

润肤产品的另一个小目标是改善皮肤外观，一个被称为光泽度的特点。这些特性是对从皮肤表面反射到观察者眼中的光量的评估。它与皮肤表面的光滑度直接相关。随着年龄的增长，皮肤黑色素、血红蛋白和胶原蛋白的分布更加不规则。保湿产品能够将轻微着色的薄膜递送至皮肤表面，或增强皮肤表面的光反射，因而可以改善皮肤外观。保湿产品中可以添加色素（如氧化铁）和光学反射物质（如云母或鱼鳞）以产生抗衰老的外观效果。

3. 皮肤屏障和保湿

保湿产品可以改善皮肤外观，也可以改善干燥症状，积极改变皮肤屏障。干燥症是角质层水分含量下降的结果，最终导致角质细胞异常脱落。皮肤看起来感觉正常时，该层含水量必须在10%以上，最高为30%，超过会导致过度水合。水分在低湿度条件下会蒸发到外界环境中，从而必须由来自下表皮和真皮层的水补充。完好的皮肤屏障将使经皮水分流失维持在健康合理的范围内。而皮肤屏障损伤将导致干燥症，在电子显微照片中显示的特征是角质层较厚、裂开和分散。

三种细胞间脂质是维持皮肤屏障所必需的：鞘脂、游离甾醇和游离脂肪酸。神经酰胺是角质层中主要的脂质，在糖基化时会成为鞘脂类。皮肤中长链脂肪酸和亚油酸的大部分都是神经酰胺。当皮肤屏障损伤时，会快速分泌片状物质，并发生细胞因子级联变化反应（表达粘连分子和生成生长因子），从而生成神经酰胺。启动皮肤屏障修复（脂质合成）的信号是经皮水分流失的增加。因此，皮肤重新保湿必须分四步进行：启动皮肤屏障修复，改变表皮湿度分配系数，发生表皮水分扩散及合成细胞间脂质。在化妆品行业中，一般认为含水量在20%~35%范围内的角质层能够显示正常角质层的柔软性和柔韧性。

4. 保湿机制

所有的保湿产品产生功效都通过恢复皮肤含水量的四个基本机制：封闭、保湿、亲水基质和光保护。

4.1. 封闭

封闭性保湿产品通过在皮肤表面上涂抹不透水的薄膜层而产生有利于皮肤屏障修复的环境。这是最有效和最普遍的作用机制。化妆品行业中的化学家使用多种物质来实现这个目标，同时结合使用使最终产品产生美学功效的成分。这些物质的总结列于表2中。

表2. 封闭性保湿成分

最具封闭性和最接近生理状态的保湿成分据说是矿脂。然而，它的美观性不及市场上其他的保湿产品。矿脂可以减少99%的经皮水分流失，保证足够的水汽离开皮肤，启动皮肤屏障修复。

4.2. 保湿

保湿剂是吸收水分的物质，在皮肤上像海绵一样起作用。所有液体和霜类保湿产品都含有保湿剂以防止产品干燥。但保湿剂可能处于浓度不足的环境而难以发挥其生理功能。皮肤具有糖胺聚糖，包括透明质酸，可作为保湿剂。其他保湿剂包括甘油、蜂蜜、乳酸钠、尿素、丙二醇、山梨糖醇、吡咯烷酮羧酸、明胶、维生素和一些蛋白质等。这些成分可以从空气中吸取水分。然而，当这种情况发生时，保湿剂会变得粘稠令人感觉不舒服。众多保湿剂中甘油是最有效的。保湿剂从较深的表皮和真皮中吸取水分，通过填充角质层中的间隙使皮肤感觉更光滑。未受损的保湿剂会将水分从皮肤吸收到湿度较低的空气中，因此保湿产品必须同时包含封闭物和保湿剂以获得最佳功效。

4.3. 亲水基质

亲水基质是保湿产品中不太受欢迎的形式。主要用于胶体燕麦浴，利用燕麦在皮肤上形成一层物理性防护涂层以防止水分蒸发。胶状燕麦也用于保湿产品中，其用途大致相同。其他可以阻碍蒸发的高分子量物质包括蛋白质（如生长因子和胶原片段）。这些分子没有改变细胞的行为，而是减少经皮水分流失。与亲水基质相比，封闭和保湿是更有效的保湿方法。

4.4. 光保护

光保护也被认为是化妆品行业的一种保湿形式，并且宣称保湿产品可以包含任何防晒成分。宣称起修复和补充作用的保湿产品可以添加防晒成分来支持这种需求。无论是有机还是无机防晒成分都可以防止细胞损伤，从而防止脱水。

5. 保湿产品配方

5.1. 乳霜和乳液

乳霜和乳液是含有亲水和疏水成分的乳状液。乳霜通常具有较高的粘度，而乳液较薄粘度较低，但目前没有具体定义乳霜或乳液的粘度（表3）。

表3. 根据皮肤类型和部位选择保湿产品

丙烯酸基聚合物，如卡波树脂（交联聚丙烯酸酯聚合物），用于增加产品稠度和控制粘度。在任一种粘度下，乳液都可以是水包油（O/W），即油被乳化到水中，或者油包水（W/O），即水被乳化成油。水包油乳液是保湿产品中最常用的。然而，乳化剂与保湿产品的很多问题相关，因为它们也可以溶解细胞间脂质。不损伤细胞间脂质的液晶形式的乳化剂包括卵磷脂或氢化卵磷脂。其他适合皮肤的乳化剂包括二十二烷基三甲基铵硫酸盐和二鲸蜡基二甲基氯化铵。

5.2. 软膏

软膏是由脂肪、蜡、动植物油和碳氢化合物组成的无水半固体制剂。因为它们不包含微生物生长所必需的水分，所以它们可以不含防腐剂或含低量防腐剂。根据定义，它们也是防水的。然而，由于它们是粘性的并且容易使衣服染色，所以美观性很差。这种保湿产品适合皮肤极度干燥或防腐剂过敏的患者中。普通的保湿产品很少属于这一类，但是很多药用保湿产品属于这一类。

5.3. 精华素

保湿产品的一种新型形式是精华素。这是一种薄薄的基于水或油的产品，涂抹于刚刚清洁过的皮肤。精华素的保湿效果很小，但可以将活性成分涂抹于保湿产品下的皮肤。由于精华素不一定是乳液，所以不需要乳化剂，因为乳化剂可能损害活性成分。通常，精华素的成分很少，目的是优化活性成分的作用。通常所说的活性成分可以是维生素、生长因子、植物提取物等。

6. 特定部位的保湿产品配方

为扩大市场、增加销量，化妆品研究人员已经配制针对身体所有部位的保湿产品。大多数保湿产品由水、脂质、乳化剂、防腐剂、香料、色素和特殊添加剂组成。任何保湿产品的含水量均在60%~80%。然而，过量的水不会使皮肤更湿润。水是起稀释剂的作用，蒸发后留下活性成分。保湿产品主要应用于面部、身体、手部和脚部（表3）。

6.1. 面部

主要以水包油为配方的面部保湿产品占据了保湿产品的大部分市场。水包油乳液可以通过凉爽的感觉和非光滑的外观来确定，而油包水乳液可以通过温暖的感觉和光滑的外观来确定。面部保湿产品通常由植物油/矿物油或聚二甲基硅氧烷、丙二醇、甘油和足量的水制成乳液或乳霜。产品依据不同皮肤类型成分略有变化。

油性皮肤保湿产品通常是由水和二甲聚硅氧烷组成的无油成分，并且不易生成粉刺，敏感性低。正常或混合性皮肤的保湿产品主要含有水、植物油/矿物油或聚二甲基硅氧烷，以及含有极少量凡士林和丙二醇。干性皮肤的保湿产品含有水、植物油/矿物油、丙二醇和凡士林。通过调整主要保湿成分的封闭性，可以为不同的面部需求开发不同的配方。

6.2. 身体

用于身体的保湿产品有多种配方，包括乳液、乳霜、摩丝和软膏。乳液是最受欢迎的配方。身体乳液通常是由10%~15%的油，5%~10%的保湿剂和75%~85%的水组成的水包油乳液。更具体地说，它们是由水、植物油/矿物油、丙二醇、硬脂酸和凡士林组成。大多数产品还含有乳化剂，如硬脂酸三乙醇胺（也是一种表面活性剂）。保湿产品中也可以使用甘油或山梨糖醇。其他添加成分可以包括维生素A、D、E，以及舒缓成分如芦荟或尿素。

6.3. 手部和脚部

护手霜是由15%~40%的油脂，5%~15%的保湿剂和45%~80%的水组成的水包油乳状液。加入有机硅衍生物后可通过4~6次洗涤使护手霜具有防水性。大多数护手霜成分基于矿脂、甘油、蜡和二甲聚硅氧烷。

7. 保湿成分

保湿产品的配方差异很大。然而，大多数保湿产品含有相同的基本成分，即“英雄”物质，以在市场中区别于其他产品。例如，凡士林和聚二甲基硅氧烷是主要的封闭性保湿成分。海藻提取物可以作为“英雄”成分加入，因为这种特定的保湿产品系列是基于“回归自然海洋的产品”概念。在这里，我们讨论皮肤学上最相关的保湿成分。

7.1. 凡士林

凡士林在皮肤病学上有丰富的历史。它最初由Robert A. Chesebrough于1872年制造并获得专利，当时是作为一种化学品来处理皮革。但是，它的价值很快就被发现，可以治疗手部皲裂及作为润发油。后来，凡士林逐渐应用于制药和护肤行业，替代了猪油，因为猪油容易腐臭。凡士林因其不含水的特性，具有无防腐剂且稳定性好的优点。

凡士林是通过重质矿物油脱蜡获得烃的半固体混合物。纯化妆品级的凡士林几乎无臭无味，但是不能通过合成复制生产。凡士林是当今市场上最有效的保湿成分，它能够减少99%的经皮水分流失。它能够形成水不能通过的油性屏障，从而起到封闭的作用。因此，它能够保持皮肤的含水量，直到皮肤屏障修复发生。凡士林能够渗透到角质层的上层，有助于恢复角质层屏障。凡士林能够影响皮肤重新保湿的四个阶段：启动皮肤屏障修复，改变表皮水分配系数，引发皮肤和表皮间水分扩散及合成细胞间脂质。

凡士林是一种惰性物质。它不与蛋白质结合，在皮肤中也不引起化学改变，因而它敏感性低。没有焦油杂质的纯化妆品级凡士林也会导致粉刺生成。凡士林自身能够脱水从而减少面部和身体细纹的出现。它通过在过度暴露的表皮和真皮神经末梢上生成一个保护膜来减轻瘙痒和轻微的疼痛。它能够进入脱皮角质细胞的粗糙边缘之间的空隙起到润肤剂的作用，从而恢复皮肤表面光滑。凡士林还可以松开脱落的角质细胞而作为去角质剂。当凡士林被涂在皮肤表面时，角质细胞即可去除。凡士林是许多保湿产品配方的基础。

7.2. 硅胶

继凡士林后，最重要的化妆品成分是硅胶。外用硅胶具有低敏性、不含油、不致痘。它提供了“无油”润肤霜的基础，是一个了不起的润肤产品和皮肤调理剂。硅胶于二十世纪三十年代被发现。当时富兰克林、海德和麦格拉戈发明了一种从原石英石中提取纯二氧化硅的方法，并将其转化为二甲基硅油。

硅胶源于沙子、石英和花岗岩中的二氧化硅。它由交替的二氧化硅和氧键（称为硅氧烷键）衍生出来，这些化学键结合力非常强。硅胶是无味、无色、无毒的液体，不溶于水，但是可以透过水蒸气。这种特性在化妆品制造中很重要，因为汗液在面部保湿产品作用下必须能够蒸发。硅胶不溶于水的特性还能防止汗液从皮肤表面除去保湿成分。硅胶也能在角蛋白表面形成一层内聚膜，这被称为亲和性，因而使保湿产品和防晒产品具有防水和防摩擦的特性。硅胶作为不油腻的闭合剂，对其他油性物质（如凡士林）有收敛作用。硅胶还可以起到润肤的作用。它能够填充脱皮角质细胞之间的空隙以产生平滑的皮肤表面。等到产品经摩擦或洗涤去除后能够形成光滑的表面。聚二甲基硅氧烷和环聚二甲基硅氧烷是保湿产品配方中最常见的两种衍生物。

7.3. 神经酰胺

合成内源性神经酰胺是皮肤屏障修复的第一步。研究人员已经研究并合成出九种不同的神经酰胺，依据它们不同的极性头部结构和烃链性质而用于不同的保湿产品配方中。一种以神经酰胺为主要成分的三层脂质的皮肤屏障修复配方（含癸酸、胆固醇、亚麻酸、小烛树蜡和凡士林）可以用于矫正过敏性皮炎的脂质状况异常。研究人员在121例中重度过敏性皮炎患者中应用包含神经酰胺的保湿配方和氟替卡松乳膏治疗28天。研究发现，包含神经酰胺的保湿产品能够降低SCORAD评分，减少瘙痒，改善睡眠习惯；但是在第14天时，研究结果显示用皮质类固醇改善得更快。这个510K认可的产品配方具有生理状态下细胞间脂质的三层脂质组合比，为许多基于神经酰胺的保湿产品指引了方向。

7.4. 脂肪酸和脂质三层

使皮肤保湿的另一种方法是使用游离脂肪酸。游离脂肪酸存在于角质细胞之间的细胞间脂质中，可以产生防水并且一定程度上不渗透的皮肤屏障。

扫描电子显微镜的照片显示细胞间脂质条带为直径3.3纳米的三层物质。这些条带通常以每组6个或9个的形式出现，是人体生命的必要物质。据估计脂质层总厚度大约13纳米，因此大于13纳米的颗粒不能穿透皮肤。

表4. 皮肤护理机制的反应

从理论上讲，对皮肤补充游离脂肪酸可以引发皮肤屏障修复。一种510K核准的防护霜含有棕榈酰胺单乙醇胺（PEA），这是一种在过敏性皮肤中含量不足的脂肪酸。据理论推断，替换这种脂肪酸可以加速疾病的消退。也有研究人员认为，类似大麻的PEA可能影响瘙痒的化学通路。在一项2456例患者的公开研究中，当受试者使用基于PEA的防护霜时，红斑、瘙痒、脱皮、脱屑、苔藓样变和干燥的强度显著降低，综合评分降低58.6%。然而，这是一个无对照的前瞻性研究，但这个想法已被用于药妆保湿产品中。

7.5. 天然保湿因子

天然保湿因子（NMF）是一种常用的科学和美容术语，用来描述人体调节角质层含水量的化学物质的组合。天然保湿因子可由氨基酸、氨基酸衍生物和盐的混合物配制合成。天然存在的表皮天然保湿因子含有氨基酸、吡咯烷酮羧酸、乳酸盐、尿素、氨、尿酸、葡糖胺、肌酸酐、柠檬酸盐、钠、钾、钙、镁、磷酸盐、氯、糖、有机酸和肽。约10%的角质层细胞干重是由聚丝蛋白中分解出来的天然保湿因子组成。目前，一些配方尝试通过合成天然保湿因子来使皮肤重新保持湿润，这些配方的成分和比例是模拟天然存在的保湿因子。

7.6. PCA钠盐

合成天然保湿因子的一种成分是PCA钠盐，它是2-吡咯烷酮-5-羧酸（PCA）的钠盐。合成的PCA钠盐作为保湿剂比甘油更有效。在很多保湿产品中，浓度为2%或更高的PCA钠盐可以用作保湿剂。

7.7. 尿素和乳酸

尿素和乳酸也是合成天然保湿因子的成分，它们可以扩散到角质层外部破坏氢键，使角质细胞上的水结合位点暴露，从而促进水合作用增强。这对于愈伤组织特别重要。添加这些成分的脚部保湿产品的功效能够改善。角质层的柔韧性增加幅度与乳酸或尿素的吸收量成正比。

表5. 常见的化妆品保湿添加剂

8. 总结

在目前的市场中，保湿类产品的诸多功能列在表4中。然而，它们没有实质性的功效宣称，因而仍被认作普通化妆品。例如，保湿产品中包含许多成分，其作用是亮白皮肤，模拟肉毒杆菌毒素去神经、补充维生素、抗氧化和剥皮等。然而，这些文献是零散且不完全科学（表5）。保湿产品可以宣称改善皮肤的“外观”，但不能宣称具有更多功能，很大程度上阻碍了功能更复杂的保湿产品的发展。然而，美容化学家仍在不断创新，研究更好更复杂的产品来改善面部、身体、手部和脚部的皮肤外观。纵观每年的产品数量、种类的多样性及在保湿产品上的花销，也揭示了保湿产品的复杂性及皮肤科医师对保湿产品基本概念理解的必要性。本文介绍了保湿产品的概况，这为产品未来的创新和发展提供了方向。