真实世界中的防晒效果测量方法综述（上）

紫外线（UV）是引发皮肤光老化和癌变的主要环境因素，防晒霜的实际防护效能因使用方式与实验室条件差异常被高估。研究表明，日常使用中普遍存在涂抹量不足（仅为标准用传量20%-50%）、分布不均等问题，叠加环境因素（汗液、摩擦）及补涂行为差异，显著削弱防护效果^[1-4]。现行ISO 24444标准采用的2mg/cm²实验室测试法难以反映真实防护水平，研究^[5]证实防晒霜与含UV滤剂的化妆品叠加使用可提升防护均匀性，而研究^[6]提出的“合规性因子”概念强调需结合用户行为特征重新评估防晒效能。本文系统综述真实场景下的防晒效果测量方法，探讨通过多维评估体系（体内/体外测试+行为建模）优化产品实际防护效能的路径，为弥合实验室数据与现实应用差距提供解决思路。  

 

实验室测试与真实世界使用的差异
. 实验室测试标准
国际标准化组织（ISO）制定了严格的防晒测试标准，例如：  
- ISO 24444规定了SPF的体内测定方法，要求以2 mg/cm²的标准量均匀涂抹于皮肤表面，并通过紫外线照射后的红斑反应计算保护效果^[7]。  
- ISO 24442:2022进一步规范了UVA防护因子的体内测定流程，强调在实验室条件下需控制环境变量（如温湿度）以确保结果可重复性^[8]。

 

图1. 受试者使用防晒霜数量的应用厚度分布图，垂直折线表示1.18 mg/cm²的总中位厚度

. 真实世界使用情况
消费者实际涂抹行为与实验室标准存在显著偏离：  
- 涂抹量不足：研究显示，用户平均涂抹量仅为0.5–1.5 mg/cm²，远低于实验室要求的2 mg/cm²^[6]。例如，Pissavini等（2013）^[6]的图1应用厚度分布图显示，10种SPF30的防晒霜中，用户实际涂抹量中位数仅为1.18 mg/cm²。

 

图2.防晒霜通常涂得不够，含荧光染料的防晒霜可以有效说明这一问题

- 涂抹不均匀：通过荧光成像技术发现，防晒霜在皮肤上常呈“斑块状”分布，导致局部UV防护不足。Lademann等（2004）的荧光分布图（图2）^[4]直观展示了这一现象。    

. 影响因素分析
真实使用中的防晒效果受多重因素干扰：  
- 环境因素：汗水、水浸或摩擦会加速防晒霜流失。例如，Beyer等（2010）的实验显示，水中浸泡30分钟后，防晒霜的SPF值会下降30%以上。

图 3. SPF 方差与粗糙度关系图

- 产品配方与用户行为：高SPF防晒霜常因质地粘稠而导致用户减少用量。Pissavini等（2012）的图3（SPF方差与粗糙度关系图）表明^[10]，粗糙质地（如凝胶类产品）显著降低涂抹均匀性，进而削弱保护效果。

在Pissavini等（2013）的文章里也量化了不同防晒霜的实际保护效果，显示在几款SPF30的产品中，仅1款达到高防护级别，其余因用户行为限制导致防护效果降至中等或低防护^[6]。

 

表1.  计算每种标记SPF 30的防晒产品的功效（以SPFin体内效果表示）

. 实验室与真实使用的防晒差异总结

总结：实验室测试与真实使用的差异主要源于涂抹行为和环境干扰，未来需通过改进测试标准（如纳入用户行为模拟）和产品设计（如优化质地）缩小这一鸿沟。

 

真实世界防晒效果的测量方法  

. 体内测量方法
1. 最小红斑剂量（MED）测试：  
- 原理：通过测定紫外线照射后皮肤产生红斑的阈值剂量，计算防晒霜的保护效果（SPF = 保护皮肤MED / 未保护皮肤MED）。  

 

表2.  SPF在分层和每次应用的实际应用条件下的结果（n =14 )

表3.  使用标有防晒因子（SPF）的测试产品及其活性成

- 应用：Kim等（2021）采用MED测试评估叠加防晒霜与彩妆的SPF提升效果，表2 显示了所有参与者在实际使用减少防晒霜和化妆品用量后叠加所达到的SPF值[9]。根据数据标准，参与者编号3、4、7和14的数据被排除在外。如表2所示，叠加防晒霜和化妆品后的SPF值高于各成分部分SPF值的总和。当1mg/cm2的防晒霜和0.7mg/cm²的气垫粉底叠加时，SPF值为40.2，比SPF 19.0和SPF 10.7的总和显著高出35.8％。在另一种实际使用条件下，1 mg/cm²的防晒霜、0.7 mg/cm²的粉底液和 0.5 mg/cm²的粉饼的叠加可达到 SPF 37.9，比 SPF 19.0、SPF 7.7 和 SPF 5.3 的总和高出 18.8%。综合起来的结果表明，叠加防晒霜和化妆品可达到的 SPF 超过单个产品 SPF 值的总和。

- 局限性：依赖人工视觉评估红斑，可能引入主观误差。

 
. 体外测量方法
1. 透射光谱法：  
- 原理：将防晒霜均匀涂抹于粗糙度模拟皮肤的PMMA板上，测定紫外线透射率以计算SPF。  
- 应用：Pissavini等（2012）的SPF方差与粗糙度关系图表明，高粗糙度基材（Ra > 3 μm）导致SPF变异系数（CV）增加至25%以上，提示涂抹均匀性对保护效果的影响^[10]。（如图3所示）
- 优势：可标准化环境变量，快速筛选配方性能。  

 

图 3. SPF 方差与粗糙度关系图

2. 表面粗糙度与均匀性分析：  
- 共焦光学技术：通过非接触式表面形貌仪（如Altisurf 500M）量化防晒霜涂抹后的表面粗糙度参数（如Ra、Rz）。Pissavini等（2012）的表II（粗糙度参数与SPF方差）显示，Ra值每增加1 μm，SPF方差上升约30%^[10]。  

 

表4. 四种名义SPF值为30的防晒产品的Ra和SPF方差呈正相关

 

- 应用场景：用于评估不同配方（如乳液 vs. 凝胶）的涂抹性能差异。

. 计算机模拟与预测模型
1. 线性剂量-响应模型：  
- 公式：SPF_{invivoveritas}=1+CF×(SPF_labelled-1)  其中r为实际涂抹厚度（mg/cm²）^[6]。  
- 应用：Pissavini等（2013）通过该模型预测标称SPF30产品的实际保护效果仅为15.5–24.1^[6]。 

 

图4. 在一系列标记的 SPF 中，SPF 体内验证值与涂抹难易程度之间的关系，以 %CV 表示

 

2. 多因素回归分析：  
- 模型：log(SPF方差) = c0 + c1Ra + c2Rp + ... + c10Vw，涵盖10项表面粗糙度参数^[7]。  
- 验证：图6（预测和实测的SPF方差散点图）显示模型预测值与实测值高度相关（R² > 0.9），证实其可靠性^[7]。

 

图5. 根据公式 1 和回归线比较观察到的和预测的 SPF 方差。

 

. 新兴技术应用
1. 智能传感器与可穿戴设备：  
- 原理：集成紫外线传感器与汗液检测模块，实时监测防晒霜流失率。  
- 潜力：可结合用户行为数据（如补涂频率）优化防晒建议，但目前尚未大规模验证。  

2. 人工智能图像分析：  
- 案例：Heerfordt等（2018）通过AI算法分析防晒霜涂抹后的黑光成像照片，量化覆盖率与均匀性（图6：覆盖率热力图）^[11]。  

 

图6. 受试者腿部后侧涂抹前（a）、涂抹一次后（b）和涂抹两次后（c）的黑光照片。受试者下背部 6 个方格的黑光照片，防晒霜的用量依次增加：0 mg/cm²；0.25 mg/cm²；0.5 mg/cm²；1.0 mg/cm²；1.5 mg/cm²；和 2.0 mg/cm²。涂抹量写在图片上（d）。涂有防晒霜的皮肤看起来比未涂防晒霜的皮肤更暗

防晒霜的合规性与使用行为

防晒霜的实际保护效果不仅取决于其配方性能，更与用户的涂抹行为（即“合规性”）密切相关。

. 合规性因子（Compliance Factor, CF）的量化
- 定义：CF反映用户实际涂抹厚度（r）与实验室标准（2 mg/cm²）的比值，计算公式为 CF = t/2 ^[6]。  
- 应用：Pissavini等（2013）的表（合规性系数与真实SPF对比）显示，标称SPF30的产品中，CF范围从0.50（产品B）到1.05（产品A），导致实际SPF差异显著（15.5 vs. 31.4）^[6]。 （如表1所示）

. 用户行为模式分析
1. 涂抹频率与补涂意愿：  
- 数据：Diffey等（2009）的调查显示，仅23%的海滩游客会每2小时补涂防晒霜，而78%因“使用不便”减少补涂^[9]。    
2. 产品剂型与用户偏好：  
- 研究：Solky等（2007）对比乳液、喷雾和凝胶配方的用户接受度，发现酒精基喷雾因“清爽质地”获得最高满意度^[13]。  
- 影响：高接受度剂型（如喷雾）的平均涂抹量比凝胶高30% ^[13]。  

本期文章主要围绕真实世界中防晒效果的测量问题展开讨论，系统梳理了实验室测试与实际使用之间的显著差异，详细分析了影响防晒效果的关键因素，包括用户涂抹行为和环境因素，并介绍了多种测量方法及其优缺点，探讨了“合规性因子”的量化方法及其在评估实际防晒效果中的应用。在下篇文章中，我们将重点关注如何提升真实世界中的防晒效果，包括产品设计的改进策略、用户教育与宣传方法、以及标签与标识的优化方案，探讨未来防晒的个性化建议及新技术应用的前景，为行业发展提供科学依据，敬请期待。

 

参考文献
[1]    Faurschou, H.C. Wulf, The relation between sun protection factor and amount of suncreen applied in vivo, British Journal of Dermatology, Volume 156, Issue 4, 1 April 2007, Pages 716–719,
[2]    Petersen B, Wulf H C. Application of sunscreen− theory and reality[J]. Photodermatology, photoimmunology & photomedicine, 2014, 30(2-3): 96-101.
[3]    P. Autier, M. Boniol, G. Severi, J‐F. Doré, For The European Organization For Research And Treatment Of Cancer Melanoma Co‐Operative Group, Quantity of sunscreen used by European students, British Journal of Dermatology, Volume 144, Issue 2, 1 February 2001, Pages 288–291,
[4]    Lademann J, Schanzer S, Richter H, et al. Sunscreen application at the beach[J]. Journal of cosmetic dermatology, 2004, 3(2): 62-68.
[5]    Kim D, Ko M, Kim K. Skin tactile surface restoration using deep learning from a mobile image: an application for virtual skincare[J]. Skin Research and Technology, 2021, 27(5): 739-750.
[6]    Pissavini M, Doucet O, Diffey B. A novel proposal for labelling sunscreens based on compliance and performance[J]. International Journal of Cosmetic Science, 2013, 35(5): 510-514.
[7]    ISO 24444:2019. Cosmetics — Sun protection test methods — In vivo determination of the sun protection factor (SPF).
[8]    ISO 24442:2022. Cosmetics — Sun protection test methods — In vivo determination of the UVA protection factor.
[9]    Kim, M. A., et al. (2021). Layering sunscreen with facial makeup enhances its sun protection factor under real-use conditions. Skin Research and Technology, 27(5), 751-757.
[10]    Pissavini, M., et al. (2012). Predicting the efficacy of sunscreens in vivo veritas. International Journal of Cosmetic Science, 34(1), 44-48.
[11]    Heerfordt I M, Torsnes L R, Philipsen P A, et al. Sunscreen use optimized by two consecutive applications[J]. PLoS One, 2018, 13(3): e0193916.
[12]    B.L. Diffey, Z. Norridge, Reported sun exposure, attitudes to sun protection and perceptions of skin cancer risk: a survey of visitors to Cancer Research UK’s SunSmart campaign website, British Journal of Dermatology, Volume 160, Issue 6, 1 June 2009, Pages 1292–1298
[13]    Solky B A, Phillips P K, Christenson L J, et al. Patient preferences for facial sunscreens: a split-face, randomized, blinded trial[J]. Journal of the American Academy of Dermatology, 2007, 57(1): 67-72.
[14]    Brown, S., & Diffey, B. L. (1986). The effect of applied thickness on sunscreen protection: in vivo and in vitro studies. Photochemistry and Photobiology, 44(5), 509-513.

 

来源：荣格-《 国际个人护理品生产商情》

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