Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны в эстетической медицине и хирургии.
Илья КРУГЛИКОВ, доктор физико-математических наук, Wellcomet GmbH, Karlsruhe (Германия)
Les Nouvelles Esthétiques, Украина / Нувель Эстетик 1 (119)/2020
Сверхвысокочастотный ультразвук основывается на неинвазивном использовании ультразвуковых волн с частотами выше 10 МГц. Лечение с использованием таких ультразвуковых частот применялось в последнее время в различных формах в дерматологии и в эстетической медицине. Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине как самостоятельный эффективный метод лечения либо в сочетании с другими аппаратными методами, различными инъекционными методами лечения, а также как вспомогательный метод в эстетической и пластической хирургии
Аппаратные неинвазивные и минимально инвазивные методы лечения (НММ) широко используются в эстетической медицине. Хотя большинство из них первоначально были разработаны как самостоятельные методы лечения, они часто также используются в качестве вспомогательных инструментов для достижения усиливающего эффекта в сочетании с основным методом лечения. Эта тенденция четко прослеживается в неинвазивной и минимально инвазивной эстетической медицине, так как в последнее время все чаще сообщается об успешных комбинациях различных НММ с классическими методами эстетической медицины, такими как филлеры, инъекционный липолиз, лифтинг нитями и липофиллинг. Кроме того, НММ все чаще применяются как суппортивное лечение в эстетической хирургии для улучшения результатов основного лечения, а также для уменьшения побочных эффектов и времени восстановления после лечения.
Для этой цели использовались разнообразные НММ, в том числе интенсивные источники света (различные типы лазеров, некогерентные источники света и светодиоды), радиочастотные волны
в различных вариациях, электромагнитные поля, а также разные виды ультразвука. Применение таких физически различных НММ приводит к образованию разных температурных полей в коже и в подкожной жировой ткани. Важную роль при реакции обработанной области тела на полученную энергию играют не только пространственно-временные особенности этих температурных полей, но и ряд других параметров, а также некоторые специфические реакции, которые зависят от используемого вида энергии.
В статье мы сосредоточимся на воздействии высокочастотного ультразвука на кожу и подкожные ткани и опишем возможности эффективного использования данного метода в эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.
ИЗВЕСТНЫЙ/НЕИЗВЕСТНЫЙ УЛЬТРАЗВУК
Ультразвуковые волны – это звуковые волны с частотами от 20 кГц до 1 ГГц, которые находятся за пределами слышимого людьми диапазона. Волны с частотами 20–100 кГц называются низкочастотными, а волны с частотой более 10 МГц – сверхвысокочастотными. Ультразвуковые волны распространяются в водоподобной среде со скоростью почти 1500 м/с, заставляя при этом частицы среды вибрировать в такт с их частотой. Скорость этих частиц намного ниже скорости распространения ультразвуковых волн; при интенсивности 1 Вт/см2 она составляет всего лишь около 10 см/с. Однако их ускорение может достигать огромных величин – до 7 250 км/с 2. Это означает, что частицы в ультразвуковом поле двигаются очень резко.
Вследствие распространения ультразвука в одной и той же точке ткани возни- кает чередование областей повышенного и пониженного давления. Таким образом, клетки «массируются» в такт ультразвуковой частоте. В ультразвуковой волне с частотой 10 МГц и интенсивностью 1 Вт/см 2 достигается максимальное дополнительное давление величиной приблизительно 1,7 бар ( равно 170 кПа), что значительно выше атмосферного давления. Воздействие разночастотных ультразвуковых волн на одну и ту же клетку приводит к разным массирующим процессам с пространственно-отличающимися градиентами давления (рис. 1).
Глубина проникновения ультразвуковых волн в тело также сильно зависит от частоты (рис. 2): чем выше ультразвуковая частота, тем более поверхностно ультразвуковая энергия поглощается в теле. Толщина слоя половинного ослабления, то есть расстояние, после которого интенсивность звука снижается до 50% от первоначального значения, составляет около 30 мм при частоте ультразвука 1 МГц; около 10 мм при частоте 3 МГц; примерно 3 мм при частоте 10 МГц и менее 1,5 мм при частоте 20 МГц. Напротив, низкочастотный ультразвук имеет очень большую глубину проникновения, он совсем не поглощается кожей и подкожными жировыми клетками и вследствие этого легко достигает костей.
Поглощение ультразвуковых волн в коже приводит к формированию частотно-зависимых температурных полей. Такие поля пространственно неоднородны, в результате чего происходит «скачок» на дермально-гиподермальной границе, поскольку звукопоглощаемость кожи и жировой ткани сильно отличаются. Это приводит не только к значительному увеличению температуры кожи после применения сверхвысокочастотного ультразвука, но и к повышенному температурному градиенту вблизи дермально-гиподермальной границы [2].
На рисунке 3 показаны такие температурные поля в коже и подкожной ткани после воздействия ультразвуковыми волнами на частотах 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц, с интенсивностью 10 Вт/см 2 и длительностью воздействия 1 секунда. При таком воздействии супрафизиологические температуры могут возникать не только в коже, но и в подкожной жировой ткани (рис. 3 А). В то же время клетки вблизи дермально-гиподермальной границы могут подвергаться воздействию мощных температурных градиентов, которые увеличиваются при высоких ультразвуковых частотах (рис. 3 B). Поскольку эти клетки, известные как дермальные адипоциты [3], обладают особыми свойствами, такой эффект может привести к значительным локальным изменениям структуры и механических свойств кожи и жировой ткани.
Ультразвуковые волны используются на практике с одной частотой, с двумя частотами (двухчастотные ультразвуковые волны) и с недавних пор с тремя частотами (трехчастотные ультразвуковые волны). Рисунок 4 иллюстрирует типичные сочетания двухчастотной (с частотами 3 МГц и 10 МГц) и трехчастотной ультразвуковой волны (с частотами 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц). В таких многочастотных ультразвуковых волнах происходит переключение между отдельными частотами в течение нескольких миллисекунд, что вызывает дополнительное изменение температурного поля и давления в ткани. Поскольку ни клетки, ни тканевые структуры не в состоянии реагировать на каждую отдельную ультразвуковую волну за столь короткое время, происходит наложение воздействия отдельных частот в двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волнах, и, таким образом, клетки должны одновременно реагировать на несколько ультразвуковых частот.
СТАРЕНИЕ КОЖИ И ЕГО ПРИЧИНЫ: НА ЧТО МОЖЕТ ПОВЛИЯТЬ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУК?
Улучшение внешнего вида кожи, то есть омоложение кожи, является основной целью эстетического лечения. Самый важный вопрос заключается в том, какие уязвимые места кожи являются целевыми и каких конкретно изменений необходимо достигнуть. На этот вопрос не так легко ответить.
Проблема заключается в том, что изменения в стареющей коже очень разнообразны и могут происходить как в разных слоях кожи, так и в подкожной жировой ткани [4, 5]. Однако абсолютное большинство этих изменений является не причиной, а, скорее, следствием старения кожи, что, в свою очередь, может привести к серьезным проблемам в определении омолаживающих процедур. Например, широко распространенная теория об уменьшении коллагена в стареющей коже привела к объявлению стимулирования коллагена основной целью омолаживающей терапии, в результате чего в настоящее время практически отсутствуют омолаживающие методы лечения, в которых бы не утверждалось, что они это могут.
Однако недавний критический анализ показал, что наиболее уязвимые места находятся в другом месте кожи, и количество коллагена, скорее всего, лишь вторично связано со старением кожи [6, 7]. Напротив, крайне важными параметрами являются структура папиллярной дермы, механические несоответствия между различными слоями кожи и адгезия на дермально-эпидермальной и дермально-гиподермальной границах [7]. На дермально-гиподермальной границе расположены так называемые структуры adiposae papillae, которые имеют сходство с «дермальными папиллами» на дермально-эпидермальной границе. Эти структуры в основном определяют адгезию между дермой и подкожным жировым слоем и участвуют не только в патофизиологии целлюлита, но и в значительной степени отвечают за старение кожи [7]. Дермально-гиподермальная граница особенно важна на лице, поскольку демонстрирует различную степень адгезии в разных (даже в соседних) жировых компартментах [8, 9]. Только при хорошем механическом соединении на этих границах можно гарантировать, что механические силы, которые деформируют поверхность кожи, направлены именно вовнутрь и не приведут, например, к образованию морщин. Из этого следует, что необходимо отдавать предпочтение таким омолаживающим процедурам, которые, помимо прочего, могут расширять и укреплять вышеупомянутые границы.
Это действительно имеет место при применении сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, которые в зависимости от своей частоты стимулируют выработку кавеол в разных клетках и, таким образом, вызывают образование более сильных межклеточных связей. Кавеолы – это небольшие колбообразные инвагинации клеточной мембраны, которые особенно распространены в клетках, подверженных механическому стрессу, например, в фибробластах, кератиноцитах, эндотелиальных клетках и адипоцитах. Кавеолы содержат различные виды кавеолина (Cav‑1, Cav‑2 и Cav‑3), которые каузально вовлечены в различные пролиферативные и воспалительные процессы.
Эти структуры играют решающую роль в таких процессах, как адгезия клеток, регулирование их объема, воспаление и синтез коллагена. Резкое снижение экспрессии кавеолина Cav‑1 является важным фактором при различных заболеваниях кожи, включая развитие фиброза [10, 11] и псориаза [12]. В соответствии с этим, экспрессия кавеолина Cav‑1 может быть важной целью при лечении псориаза [13], гипертрофических рубцов, старения кожи и угрей. При этом производство коллагена демонстрирует отрицательную корреляцию с содержанием кавеолина Cav‑1 в коллаген-продуцирующих клетках; данная корреляция была четко продемонстрирована при склеродермии, а также в келоидах и гипертрофических рубцах [10, 11]. Кроме того, стимулирование экспрессии кавеолина Cav‑1 приводит к значительному снижению TGF-β и быстрому улучшению при фиброзах [14].
Локальное уменьшение кавеолина Cav‑1 также может стать причиной возникновения воспаления тканей. Одновременно было показано, что стимулированная экспрессия кавеолина Cav‑1 приводит к положительным противовоспалительным результатам [15]. Таким образом, кавеолин Cav‑1 становится важным составляющим при различных дерматологических и эстетических показаниях, а все методы, которые могут эффективно модифицировать кавеолин Cav‑1, могут стать многообещающими вариантами лечения.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКА НА КОЖУ
Развитие супрафизиологических температур в коже и подкожной жировой ткани во время лечения с применением сверхвысокочастотного ультразвука автоматически приводит к локальной эндогенной выработке гиалурона и, таким образом, к накоплению воды и увеличению тургора в обрабатываемой ткани, что проявляется в быстрой кожной реакции. Кроме того, сверхвысокочастотные ультразвуковые волны могут индуцировать выработку белков теплового шока и эффективно снижать содержание матриксных металлопротеиназ, ответственных за расщепление коллагена [3, 4], что на самом деле напрямую связано со взаимодействием этих молекул с кавеолином Cav‑1. Белок теплового шока‑32, также известный как гемоксигеназа‑1, который может быть значительно индуцирован высокочастотным ультразвуком, приводит к резкому снижению производства порфирина, а также имеет противовоспалительное действие. Кроме того, недавно было показано, что высокочастотный ультразвук может значительно увеличить дифференциацию стволовых клеток жировой ткани [16], что является важной информацией при использовании сверхвысокочастотного ультразвука в омолаживающей терапии и липофиллинге.
Вышеописанные супрафизиологические температуры и поля давления, которые образуются в коже во время применения сверхвысокочастотного ультразвука, могут также привести к временному разрыхлению субэпителиальной ткани, причем этот эффект зависит от частоты и интенсивности ультразвука (рис. 5). Такое локальное разрыхление является важной основой для суппортивного применения сверхвысокочастотного ультразвука в инъекционных методах лечения, а также в эстетической и пластической хирургии.
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКА В ДЕРМАТОЛОГИИ И ЭСТЕТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ
Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны были успешно использованы в качестве отдельного метода лечения или в сочетании с другими методами, в соответствии с их вышеупомянутыми биофизическими воздействиями в различных областях дерматологии и эстетической медицины. Благодаря своему сильному противовоспалительному эффекту сверхвысокочастотный ультразвук дает положительные результаты при кожных воспалительных заболеваниях, таких как розацеа, псориаз и различные дерматозы [1]. При этом применение более высоких частот имеет явные преимущества. Наличие в сверхвысокочастотном ультразвуке дополнительного эффекта уменьшения производства порфирина послужило основой для крайне успешного применения этого метода при различных типах угрей [1, 17]. Также было продемонстрировано, что высокочастотный ультразвук [17] и двухчастотный ультразвук [18] очень эффективны при лечении розацеа. Вместе с повышенной дифференцировкой адипоцитарных стволовых клеток, которая, например, необходима для эффективного заживления ран [19], все эти факторы обеспечивают высокую эффективность данного метода, особенно в виде двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волн, как при трофической язве, так и при незаживающих посттравматических, послеоперационных и ожоговых ранах [1, 20, 21, 22, 23]. Все это говорит о выраженном регенеративном эффекте данного метода. Сверхвысокочастотный ультразвук демонстрирует также существенную эффективность при лечении различных фиброзов, включая гипертрофические рубцы [1] и радиационно-индуцированный фиброз [24], что главным образом объясняется его влиянием на экспрессию кавеолина Cav‑1 и вышеописанными гистологическими изменениями в субэпителиальной ткани. Эти изменения ответственны в основном за суппортивный эффект сверхвысокочастотного ультразвука в комбинированных применениях с инъекционным липолизом [25]. Данное исследование проводилось на семи пациентах с контралатеральным контролем. Оно показало, что комбинация инъекционного липолиза и двухчастотных ультразвуковых волн не только существенно улучшает результаты лечения по сравнению с простой инъекцией, но также способствует уменьшению боли и, таким образом, значительно улучшает принятие данного метода пациентами.
Применение этого метода до филлерной инъекции приводит к разрыхлению части кожи, которая подвергается лечению, и, следовательно, к лучшему распределению в ней филлера. Сочетание филлеров с НММ все чаще используются на практике [26, 27]. Такие комбинированные процедуры широко используются при подтяжке нитями и липофиллинге в Азии. В то же время следует отметить, что использование сверхвысокочастотного ультразвука после инъекции гиалурона может привести к разрушению филлера и, таким образом, будет контрпродуктивным. Однако во многих случаях этот метод успешно использовался для коррекции неравномерно введенных филлеров.
Кроме того, двухчастотные ультразвуковые волны также успешно использовались в сочетании с криолиполизом [28], а также с лазерами и высокочастотным током.
Еще одной важной областью применения сверхвысокочастотного ультразвука является эстетическая и пластическая хирургия. Речь идет не только о лучшем заживлении ран и уменьшении рубцов, но и о прямом применении этого метода в липосакции. Предоперационное лечение с помощью сверхвысокочастотного ультразвука разрыхляет ткань, увеличивая ее способность поглощать тумесцентный раствор, со всеми вытекающими отсюда последствиями для результатов лечения. Такое разрыхление также приводит к увеличению расстояния между кровеносными сосудами, что уменьшает вероятность образования гематом в хирургическом поле. Кроме того, слепое тестовое применение этой комбинации с контралатеральным контролем продемонстрировало более четкие контуры тела по сравнению с отдельно проведенной липосакцией. Сверхвысокочастотный ультразвук – это безболезненный метод лечения с очень малым количеством побочных эффектов, который хорошо воспринимается пациентами. Количество противопоказаний для этого метода невелико, что позволяет использовать его для разных возрастных и этнических групп независимо от времени года.
ВЫВОД ДЛЯ ПРАКТИКИ
Сверхвысокочастотный ультразвук – это разносторонний аппаратный метод лечения, который может использоваться при различных показаниях в дерматологии, эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.
Данный метод имеет мало побочных эффектов и очень хорошо воспринимается пациентами.
Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине самостоятельно либо же как суппортивный метод лечения в сочетании с разными другими аппаратными методами.
Данный метод дает большие преимущества в сочетании с различными инъекциями (например, филлер, липофиллинг, инъекционный липолиз).
Сверхвысокочастотный ультразвук может быть эффективно интегрирован в различные хирургические процедуры в качестве суппортивного метода, что приводит не только к улучшению результатов лечения, но также к снижению побочных эффектов и времени восстановления после лечения.
