(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分蒸散量を用いて皮膚角質層の水の透過性を評価する装置であって、気体導入路から一定の特性を有するキャリアガスを被測定皮膚面に噴出供給する手段と、被測定皮膚面を通過して気体排出路から排出されたキャリアガスの湿度を湿度センサーにより測定する手段と、センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて角質層における水の総括物質移動係数を算出する手段、とを備えたことを特徴とする皮膚角質層の水の透過性評価装置。
【請求項２】
水分蒸散量を用いて皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水分供給力を評価する装置であって、気体導入路から一定の特性を有するキャリアガスを被測定皮膚面に噴出供給する手段と、被測定皮膚面を通過して気体排出路から排出されたキャリアガスの湿度を湿度センサーにより測定する手段と、センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水蒸気分圧を算出する手段、とを備えたことを特徴とする皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水分供給力評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、皮膚の健康度の評価に用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
生体は、常にそれが接する環境と物質やエネルギーの交換を行っており、環境の変化に応じて物質やエネルギーの輸送量や交換量を調節する機能が備わっている。特に皮膚表面から水の蒸散を抑え乾燥から生体を保護する機能はバリア機能と呼ばれ医学的に重要である。当該バリア機能の指標として皮膚からの水分蒸散量又は経皮水分損失量（ＴＥＷＬ）が広く用いられている。また、従来の方法によって環境に対する皮膚物性の応答を調べるためには、測定室自体の環境を変えなければならず大掛かりな装置と手間と時間を必要とし、甚だ現実的ではなかった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、皮膚におけるＴＥＷＬが角質層だけに対して検討されており、その下の生きた細胞に全く考慮されていないことに着目した。すなわち、従来の考えではＴＥＷＬが増加した場合、角質層のバリア機能が低下したと考えられていたが、ＴＥＷＬの増加には、角質層は正常で、その下の生きた細胞に異常がある場合もあり、誤った診断をしてしまう場合がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、皮膚を角質層とその下の生きた細胞からなる構造とに分けて考え、ＴＥＷＬは角質層の水の透過性に加えて、その下の生きた細胞からなる構造と外界との水の活量（あるいは水蒸気分圧）差（推進力）によっても変化するはずであると考えた。角質層以下の生きた細胞における水の活量は、水の濃度や組成、さらには生体内反応などをも反映していると考えられ、したがって皮膚性状・疾患、代謝、さらには年齢によっても変化すると考えられる。以上のように、特定の装置を用いて得られる水分蒸散量の測定値から角質層の水の透過性（総括物質移動係数）と角質層以下の生きた細胞における水分供給力（活量あるいは水蒸気分圧）に分離して評価することは、バリア機能に留まらず、皮膚性状・疾患、代謝、生体内反応に応じた適切なスキンケアを行う上で重要であることを見出した。また、これらを併せ、客観的な皮膚の健康度の指標として用いることで個々の健康度に応じたスキンケアを行うことができることも見出した。
【０００５】
すなわち、本発明は、水分蒸散量を用いて皮膚角質層の水の透過性を評価する装置であって、気体導入路から一定の特性を有するキャリアガスを被測定皮膚面に噴出供給する手段と、被測定皮膚面を通過して気体排出路から排出されたキャリアガスの湿度を湿度センサーにより測定する手段と、センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて角質層における水の総括物質移動係数を算出する手段、とを備えたことを特徴とする皮膚角質層の水の透過性評価装置を提供するものである。
【０００６】
また、本発明は、水分蒸散量を用いて皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水分供給力を評価する装置であって、気体導入路から一定の特性を有するキャリアガスを被測定皮膚面に噴出供給する手段と、被測定皮膚面を通過して気体排出路から排出されたキャリアガスの湿度を湿度センサーにより測定する手段と、センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水蒸気分圧を算出する手段、とを備えたことを特徴とする皮膚角質層の下の生きた細胞からなる構造の水分供給力評価装置を提供するものである。
【０００８】
「皮膚角質層の水の透過性」を、単に「水の透過性」と；「角質層における総括物質移動係数」を、単に「総括物質移動係数」と；「皮膚層以下の生きた細胞からなる構造の水蒸気分散」を単に「水蒸気分圧」と；「角質層以下の生きた細胞からなる構造の水分供給力」を、単に「水分供給力」とそれぞれいうことがある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の水の透過性及び／又は水分供給力評価装置は、（１）気体導入路から一定の特性を有するキャリアガスを被測定皮膚面に噴出供給する手段と、（２）被測定皮膚面を通過して気体排出路から排出されたキャリアガスの湿度を湿度センサーにより測定する手段と、（３）センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて総括物質移動係数及び／又は水蒸気分圧を算出する手段、とを備えたものである。
【００１０】
本発明でいう装置を模式的に示せば図１のとおりである。
即ち、内部に湿度センサーを備え、かつ上下に開口部を有する筒状本体の側壁部に、測定面に水分含有量が一定のガスを噴出供給する気体導入路を設けると共に、当該筒状本体の下部開口部に開閉自在のシャッター部を取り付けてなるものが例示できる。
【００１１】
ここで、筒状本体としては、上下に開口部を有するものであれば、具体的形態は円筒状、角筒状等その如何を問わず、またその大きさとしては下部開口部面積が０．２〜１０ｃｍ２程度、高さが２〜２０ｃｍ程度のものが好ましい。
【００１２】
気体導入路としては、肌面等の被測定皮膚面に特定のキャリアガスを噴出供給し得るものであれば、筒状本体の側壁部中に埋設形成したものであっても良いが、筒状本体の下部開口部端よりやや上方位に於てノズル孔が下向きに開口するパイプ体を適宜本数筒状本体内側壁面に取り付け固定して形成したものが簡便である。尚、ここに一定の特性を有するキャリアガスとしては、温度及び湿度が一定のものであればよく、例えば乾燥窒素や乾燥空気等が用いられる。
【００１３】
また、シャッター部としては、筒状本体の下部開口部を必要に応じて開閉し得るものであれば、カメラの拡縮シャッター機構等具体的構造の如何を問わないが、筒状本体の下部に下部開口部を開閉する回転スライド板を枢着せしめたものや、上下動により下部開口部を開閉するバルブにより構成したものが簡易な構造で、しかも操作性に優れる。
【００１４】
湿度センサーの設置部位としては、筒状本体内部のガス噴出口より上部とするのがより安定した測定データを得る上で好ましい。ここに湿度センサーとしてはその種類の如何を問わないが、特に水晶振動子湿度センサーを用いるのが測定精度上より有利である。
【００１５】
センサー応答から水分蒸散量を算出し、所定の解析方法を用いて総括物質移動係数及び／又は水蒸気分圧を算出する手段は、パーソナルコンピュータ等の解析装置によってなされる。
【００１６】
水分蒸散量（Ｊ）の計算は、以下のようにして求められる。
即ち、湿度センサーの応答から求めた皮膚からの水分蒸散による相対湿度変化をΔＨ（％）、測定温度における飽和水蒸気量をρ（ｇ／ｍ３）、キャリアガスの流速をＶ（ｍ３／ｓｅｃ）、測定面積をＡ（ｍ２）とすると、皮膚からの水分蒸散量Ｊ（ｇ／ｍ２・ｓｅｃ）は、
【００１７】
【数１】
0003569215.tif 000002
【００１８】
となる。
総括物質移動係数は、下記式１で示されるＦｉｃｋの拡散方程式に基づき、キャリアガスの流速、水蒸気分圧又は温度を変えて測定（負荷変動測定）された１つ以上の水分蒸散量の測定結果を用いて１つ以上のパラメーターを求め、算出されるものであり、総括物質移動係数が大きいことは角質層の水の透過性が高いことを示し、総括物質移動係数が小さいことはその水の透過性が低いことを示す。
【００１９】
【数２】
0003569215.tif 000003
【００２０】
ここで、Ｋｍは分配係数、Ｄは拡散係数（ｍ２／ｓｅｃ）、δは角質層の厚さ（ｍ）、Ｃｄ、Ｃｒはそれぞれ水の供給源、受け側の水の濃度（ｋｇ／ｍ３）を示す。
【００２１】
具体的には、以下の（１）又は（２）のいずれかの解析方法を用いて算出することができる。
（１）キャリアガスの流速、水蒸気分圧又は温度を変えて測定された１つ以上の水分蒸散量の実測値と、後記式８及び式９による計算値を用いてパラメーターＫを算出し、当該パラメータＫを用いて下記式２により総括物質移動係数ｋｐ’（ｇ／ｍ２・ｓｅｃまたはｇ／ｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ）を算出する。
【００２２】
【数３】
0003569215.tif 000004
【００２３】
ここで、ρは測定温度におけるガスの密度（ｇ／ｍ３）、Ｍは分子量を示す。
【００２４】
斯かる該負荷変動測定は、キャリアガスの流速、水蒸気分圧又は温度の何れを変えることでもよいが、キャリアガスの流速又は水蒸気分圧を変えることが好ましく、特にキャリアガスの流速と水蒸気分圧を共に変えて測定した場合に精度の高い評価結果が得られ好ましい。
【００２５】
（２）後記式１１に基づき２つ以上のキャリアガスの水蒸気分圧を変えて測定された実測値から総括物質移動係数を算出する。
【００２６】
ここで、上記式２、８、９、及び１１は、以下のようなモデル化の下、導出されるものである。
【００２７】
即ち、実際に水分蒸散が起こっている大気／皮膚系は、静止系ではなく、また皮膚からの水分蒸散は定常状態と考えられ、これは不可逆な過程である。
大気／皮膚系を、一定温度、一定組成の２つの疑似無限相によって挟まれた薄い層（境界層）を通じて熱と物質が輸送されている理想的な系と考える（図２）。境界層は物質の移動に対する抵抗が大きい側であり、本系では皮膚側に存在すると考えられる。バルクの性質は皮膚、気相において均一であり、その変化の速度は問題にしている時間スケールに対して十分に遅い（変わらないと見なせる）とする。熱と物質の流束は厳密に一次元で、境界層に垂直であるとし、２相間の温度、化学組成の勾配は境界層にのみ存在するものとする。気相は理想気体としてふるまうとする。また、解析式を導出するため、下記式の如く水蒸気の蒸発に対する可逆的な経路を考える。
【００２８】
【数４】
0003569215.tif 000005
【００２９】
（Ａ）大気／皮膚界面を通じた水の移動の大きさと方向の解析式の導出
不可逆過程の熱力学による方法に従い、大気／皮膚界面を通じた水の移動Ｊｉの大きさと方向の下記式３を導出する。
【００３０】
【数５】
0003569215.tif 000006
【００３１】
ここで、ｑ＊は皮膚から気層への溶質あるいは蒸気の等温移動に関係する熱変化を示す。Ｋは速度定数（１／ｓｅｃ）、ｋは定数、Ｐ・は飽和水蒸気分圧、Ｐｍは境界層内の平均水蒸気分圧、Ｔｍは境界層内の平均温度を示す。
【００３２】
（Ｂ）測定セル内部の水蒸気圧分布の解析式の導出
実施可能な筒状本体の形状は様々であるが、ここでは円筒筒状本体の外壁に沿ってキャリアガスが流れ、皮膚表面を通って円筒の中心から排出される形態を挙げて解析法を説明する。キャリアガスは、筒状本体の外壁に沿って速度Ｖ（ｍ３／ｓｅｃ）でセル内部に流入し、皮膚表面を通って排出されるとした場合（図３、図４）、本測定系における拡散方程式は次式４のように表すことができる。
【００３３】
【数６】
0003569215.tif 000007
【００３４】
ここで、Ｄ（ｍ２／ｓｅｃ）は水の気層拡散係数を示す。
定常状態において式４は０であるため、次式５が成立し、
【００３５】
【数７】
0003569215.tif 000008
【００３６】
式５を次の境界条件で解くと、
【００３７】
【数８】
0003569215.tif 000009
【００３８】
ここで、Ｐｏはセルに入る前のガス中の水蒸気分圧である。
ｒ  ＝  ａからｂまで連続的に水蒸気が発生する場合の式５の解は、次式６となる。
【００３９】
【数９】
0003569215.tif 000010
【００４０】
（Ｃ）負荷変動測定に対する解析式の導出
測定条件と水分蒸散量の関係の解析式は、大気／皮膚界面を通じた水の移動の解析式３より得られる次式７
【００４１】
【数１０】
0003569215.tif 000011
【００４２】
と、測定セル内部の水蒸気分圧分布の解析式（式５）とを結合し、下記式８として得られる。
【００４３】
【数１１】
0003569215.tif 000012
【００４４】
更に、式８の右辺第２項について、通常の環境と生体内部の温度差（最大でも約３０Ｋ）を考慮すると、温度差による項の寄与は４％以内であり、その影響は無視でき、次式８−２を導くことができ、
【００４５】
【数１２】
0003569215.tif 000013
【００４６】
負荷変動測定に対する解析式には、式８のほか、上記式８−２又は８−３を用いてもよい。
【００４７】
（Ｄ）水の透過性の導出
任意の測定条件における水分蒸散量（ｇ／ｍ２・ｓｅｃ）の計算は、次式９によってなされる。
【００４８】
【数１３】
0003569215.tif 000014
【００４９】
ここで、ρはガスの密度（ｇ／ｍ３）、Ｍは分子量である。
ここで、皮膚表面からの水蒸気蒸散によって、測定セル内部の水蒸気分圧が単位時間あたりΔＰ  だけ増加したとすると、次式１０となる。
【００５０】
【数１４】
0003569215.tif 000015
【００５１】
式１０を水の移動に対する推進力項と速度項に分離する。また、通常の環境と生体内部の温度差による項の寄与は４％以内であり、その影響は無視できる。
【００５２】
【数１５】
0003569215.tif 000016
【００５３】
総括物質移動係数（ｇ／ｍ２・ｓｅｃまたはｇ／ｍ２・ｓｅｃ・Ｐａ）、すなわち水の透過性が、次式２として求められる。
【００５４】
【数１６】
0003569215.tif 000017
【００５５】
水分蒸散量の測定結果から導かれる「総括物質移動係数」は、物質移動係数、透過係数、透過性、透過度などとも呼ばれ、また総括物質移動係数から例えば以下の関係式によって求められる拡散係数または拡散性も水の透過度の評価に用いることができる。
【００５６】
【数１７】
0003569215.tif 000018
【００５７】
ここで、ｋｐ′は総括物質移動係数、Ｋｍは分配係数、Ｄは拡散係数、δは膜の厚さである。
【００５８】
水分蒸散量の測定結果から導かれる総括物質移動係数を用いて評価される角質層の「水の透過性」に対し、水の透過度、バリア機能、バリア特性、バリア性、バリア能、水分損失抑制力などは同義であり、同様に用いることができる。
【００５９】
（Ｅ）水分供給力の導出
水分供給力とは、角質層以下の生きた細胞からなる構造における水蒸気分圧のことであり、式３におけるｋＰ・である。これは、負荷変動測定の結果を式８、式８−２、式８−３を用いて解析した結果として得ることができる。また、式１１によれば、気相あるいはキャリアガスに含まれる水の活量（水蒸気分圧）と角質層以下の生きた細胞からなる構造におけるそれが等しいとき、水分蒸散量（Ｊ）が０になると考えられる。すなわち、気相あるいはキャリアガスの水蒸気分圧に対する水分蒸散量の変化に式１１を適用し、そのｘ切片の値として角質層以下の生きた細胞からなる構造における水蒸気分圧、すなわち水分供給力を得ることができる。
【００６０】
水分蒸散量の測定結果から導かれる「水蒸気分圧」は、水蒸気圧、水の蒸気圧、フガシティーなどとも呼ばれ、また水蒸気分圧から求められる水分含量、水の濃度、活量、水蒸気量も水分供給力の評価に用いることができる。水の濃度は、例えば以下の関係式によって求めることができる。
【００６１】
【数１８】
0003569215.tif 000019
【００６２】
ここで、Ｐは水蒸気分圧、Ｈは定数、Ｃは水の濃度である。
水分蒸散量の測定結果から導かれる水蒸気分圧を用いて評価される「水分供給力」に対し、水分蒸散の推進力、水分量、活性、活量、みずみずしさ、水の濃度などは同義であり、同様に用いることができる。
【００６３】
上記のように本発明により評価される「水の透過性」は角質層の機能を表わすものである。一方「水分供給力」は角質層以下の生きた細胞からなる構造の機能を表わすものである。従って、これらの両者を評価すれば、皮膚（すなわち角質層とその下の生きた細胞を含む）の健康度が総合的に評価できる。
例えば、角質層より下の生きた細胞に変化はないが、角質層のみに異常がある場合には水の透過性のみに異常が生じる。一方、角質層は正常であるが、その下の生きた細胞に異常があれば、水分供給力のみに異常が生じる。当然、両者に異常がある場合も診断可能である。
【００６４】
【実施例】
実施例１
健常人（２６歳女性）と低バリア肌の人（２６歳女性）の頬部における水の透過性と水分供給力を評価した結果について説明する。
【００６５】
（１）評価法１
それぞれキャリアガスの流速、水蒸気圧を変えて測定した実測値と式８及び９による計算値とのフィッティング結果、フィッティングから得たＫ，ｋを用いて計算した総括物質移動係数ｋｐ′（すなわち、水の透過性）、水蒸気分圧ｋＰ・（すなわち、水分供給力）を図５に示した。健常人と低バリア肌の水の透過性はそれぞれ０．０１３２と０．０３３２（ｇｍ−２ｈｒ−１Ｐａ−１）であった。また、水分供給力はそれぞれ１５４４と１４０３（Ｐａ）であった。
【００６６】
（２）評価法２
キャリアガスの水蒸気分圧を変えて測定された実測値から１１式に基づいて計算した水の透過性、水分供給力を図６に示した。健常人と低バリア肌の水の透過性はそれぞれ０．０１８６と０．０３６１（ｇｍ−２ｈｒ−１Ｐａ−１）であった。また、水分供給力はそれぞれ１３６０と１６８２（Ｐａ）であった。
図５及び６を比較すると、前者の評価法の精度が高いことは明らかであるが、精度は劣るものの後者も水の透過性、水分供給力評価法として利用できることがわかる。
【００６７】
実施例２
被験者Ａ（健常人、３６歳女性）と被験者Ｂ（アトピー性肌、３２歳女性）のほほ部における、水の透過性と水分供給力を評価した結果について説明する。
キャリアガスの水蒸気分圧を変えて測定された実測値から１１式に基づいて計算した水の透過性を図７に示した。ＴＥＷＬ（キャリアガスの湿度が０％ＲＨに対する外挿値）、水の透過性はそれぞれ４１．４と４０．９（ｇｍ−２ｈｒ−１）と０．０２７０と０．０３５６（ｇｍ−２ｈｒ−１Ｐａ−１）であった。ＴＥＷＬがほぼ同じであるにもかかわらず、水の透過性は被験者Ｂの方が大きいことがわかった。従来のＴＥＷＬの値による評価ではバリア能が同じと評価されていたが、水の透過性を用いると、実際の肌状態を反映したより精度の高いバリア能の評価が可能であるといえる。
【００６８】
実施例３
健常人（３１歳女性）のほほ部における、水の透過性と水分供給力を０、２、４週後に評価した結果について説明する。
キャリアガスの水蒸気分圧を変えて測定された実測値から１１式に基づいて計算した水の透過性、水分供給力の０、２、４週後の変化を図８に示した。また、０、２、４週におけるＴＥＷＬは、４８．１、４９．１、５５．７（ｇｍ−２ｈｒ−１）であった。図８より、０〜４週において水の透過性がほぼ同じであったのに対して、４週目に水分供給力が急激に上昇していることがわかった。医師診断の結果、０〜４週において肌状態に変化がないことがわかっている。また、アンケートの結果から、本被験者が２〜４週目の間に花粉によるアレルギーが悪化し、体調を崩していたことがわかっている。従来、体調の変化を測る手法は無かったが、以上の結果から、水分供給力を評価に用いることで、少なくとも花粉アレルギーによる体調変化を捉えることができた。
【００６９】
【発明の効果】
水分蒸散量の測定値を水の透過性と水分供給力とに分離し、バリア機能、皮膚性状・疾患、代謝、生体内反応などの指標として用いることができる。また、これらを併せ、客観的な皮膚の健康度の指標として用いることができ、個々の皮膚の健康度を評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明皮膚の健康度評価装置の模式図である。
【図２】大気／皮膚間の物質・熱交換をモデル化した図である。
【図３】測定セルの断面図である。
【図４】水分蒸散量測定部の模式図（筒状本体の断面（上）と円柱座標表示（下））である。
【図５】キャリアガスの流速、水蒸気分圧を変えて測定した場合における水の透過性と水分供給力を示した図である。
【図６】キャリアガスの水蒸気分圧のみを変えて測定した場合における水の透過性と水分供給力を示した図である。
【図７】それぞれ健常な肌とアトピー性肌のキャリアガスの水蒸気分圧変化に伴う水分蒸散量の変化を示した図である。
【図８】水の透過性と水分供給力の経時変化を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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