Abstract
Estrutura de tecido estratificada eletricamente modifica significativamente a distribuição da corrente de radiofrequência (RF) na derme e no tecido adiposo subcutâneo em comparação com a de um meio homogêneo. Com base no modelo simples de distribuição da corrente de RF em uma pele de duas camadas contendo derme e subcutis, avaliamos a influência da espessura dérmica na densidade da corrente nas diferentes camadas da pele. Em outras condições iguais, a densidade da corrente na derme é maior para a pele com derme mais fina. Isto contradiz o principal paradigma da teoria de RF que afirma que os resultados do tratamento dependem principalmente da temperatura máxima alcançada em um tecido alvo, uma vez que os melhores resultados clínicos de aplicação de RF na pele a curto e longo prazo foram relatados nas áreas com derme mais espessa. Para resolver esta contradição, propõe-se que o efeito a longo prazo da RF possa ser realizado através de uma modificação estrutural do depósito subcutâneo de gordura adjacente à área da pele tratada. A estimulação destas células localizadas perto da derme/subcutis de interface vai exigir a concentração de energia RF aplicada nesta área e vai exigir a disposição ideal dos eletrodos de RF na superfície da pele.
1. Introdução
Aplicação da corrente de radiofrequência (RF) à pele deveria ser capaz de modular as suas propriedades mecânicas e consequentemente melhorar a flacidez da pele. Teoricamente, este efeito foi ligado a um aquecimento Joule da derme levando a alterações conformacionais em sua rede de colágeno (o chamado efeito “retração do colágeno”), bem como com a estimulação da produção de novo colágeno induzida por temperatura elevada .
Aprimoramento da estrutura da pele facial após a aplicação da corrente de RF foi demonstrado em diferentes estudos clínicos, embora os resultados observados tenham variado em diferentes áreas faciais. Por exemplo, o principal resultado relatado após a aplicação da corrente monopolar de RF foi a melhora na frouxidão moderada da face, bem como nas pregas nasolabiais e mesolabiais; ao mesmo tempo, a frouxidão subandibular e a frouxidão cutânea da parte superior do pescoço demonstraram melhora significativamente pior após o mesmo tratamento. Assim, diferentes subáreas faciais no mesmo assunto demonstram várias melhorias após o mesmo tratamento de RF.
Peculiaridades da distribuição da corrente de RF na pele são determinadas por diferentes parâmetros externos, entre eles o tipo e a disposição espacial dos eletrodos de RF, bem como por algumas características internas da área alvo e por características elétricas das vias de passagem dos eletrodos para o alvo. Enquanto os parâmetros externos geralmente podem ser controlados de forma confiável, as características internas podem demonstrar fortes variações inter-subjetos e interareal. Uma propriedade interna importante da pele que influencia significativamente a distribuição da corrente de RF é a sua estrutura em camadas com interfaces distintas entre os meios com características eléctricas diferentes .
Do ponto de vista eléctrico, as interfaces mais importantes são o stratum corneum/viable skin e a derme/subcutaneous white adipose tissue (sWAT). A próxima interface sWAT/músculo está normalmente distante da interface derme/sWAT e sua influência na distribuição atual na derme pode ser negligenciada na primeira aproximação. Esta estrutura cutânea deve causar a concentração da corrente no tecido com maior condutividade eléctrica (derme) e reduzir a sua penetração no sWAT, que é muito mais resistivo electricamente. Este efeito pode mesmo dominar as peculiaridades da distribuição da corrente produzida por diferentes arranjos espaciais dos eletrodos na superfície da pele, diminuindo assim efetivamente a influência de parâmetros externos no resultado do tratamento.
Supondo que a elevação da temperatura local é a principal razão para a modulação mecânica da pele observada após a aplicação da corrente de RF e considerando que esta elevação é quadrática dependendo da densidade da corrente local , o impacto da corrente de RF na pele deve ser melhorado para a configuração dos eletrodos de RF fornecendo as densidades de corrente ideais em uma estrutura-alvo pré-definida. Essa disposição ideal dos eléctrodos de RF tendo em conta a estrutura da pele em camadas pode desviar-se substancialmente da configuração correspondente dos mesmos eléctrodos colocados na superfície de um meio homogéneo e é muito diferente das configurações normalmente utilizadas em aplicações clínicas . A configuração não otimizada dos eletrodos de RF pode reduzir várias vezes a densidade da corrente na área alvo, diminuindo assim significativamente o efeito de aquecimento desejado.
Espessura da derme (DT) é o parâmetro de escala universal da pele estratificada eletricamente. Todas as outras características espaciais do sistema, por exemplo, a distância entre os eléctrodos, podem ser medidas nas unidades de DT. Pode-se assumir que variações de DT podem influenciar fortemente a distribuição da corrente e são principalmente responsáveis pelas variações inter-área e intersubjetos observados nos resultados clínicos. O objetivo principal deste trabalho foi analisar como as variações de DT podem influenciar a distribuição de corrente na pele e comparar esses resultados teóricos com os resultados das aplicações da corrente de RF para as áreas do corpo com diferentes valores de DT.
2. Variações da espessura da derme facial
Informações sobre as variações regionais, sexuais e dependentes da idade da DT são contraditórias. Sabe-se que os valores absolutos de DT são dependentes de o procedimento de medição ser diferente in vitro e in vivo, enquanto que os valores de DT determinados in vitro foram afirmados como sendo maiores do que os valores correspondentes medidos in vivo . Foi também demonstrado que a TD na mesma área corporal pode variar significativamente com a idade e o grau de fotodamagem .
A espessura da pele facial em cadáveres adultos demonstra fortes variações espaciais sendo em média maior nas áreas da bochecha e queixo e menor no pescoço . Por exemplo, em , o DT no pescoço variou na faixa (0,25 mm, 0,80 mm), enquanto variou na faixa (0,57 mm, 1,62 mm) na eminência malar e (1,04 mm, 1,20 mm) na área da bochecha. Muito mais medidas de minúcias em 45 cadáveres (27 machos e 18 fêmeas) forneceram as espessuras de mm para as áreas não enrugadas da pele, enquanto que toda a gama de valores medidos foi (0,35 mm, 1,65 mm) . Os valores de DT nos locais das rugas nos mesmos sujeitos foram de (0,12mm, 1,74mm) mm com a faixa de (0,12mm, 1,74mm). Ao contrário desses resultados, as medidas da espessura da pele com ultra-som de 20 MHz in vivo forneceram os valores médios de TD de cerca de 1,6 mm na área da bochecha e mais de 2,5 mm no queixo .
As variações intersubjetos para as mesmas subáreas faciais também são altas. De acordo com , os valores individuais de TD na área de eminência malar medidos em três cadáveres foram mm, mm, e mm, correspondentemente. A média de TD para os três indivíduos foi de mm, o que demonstra que o alto coeficiente de variação obtido neste estudo foi causado principalmente pelas fortes variações intra-sujeitas. Ao mesmo tempo, o coeficiente de variação do perfil TD na mesma subárea facial foi suficientemente baixo, sendo que para indivíduos isolados foi de cerca de 37%. Assim, em uma primeira aproximação, as variações do perfil de espessura da pele dentro da mesma subárea facial podem ser negligenciadas, mas essas variações devem ser levadas em consideração se as diferentes subáreas de um mesmo sujeito ou se diferentes sujeitos forem considerados. Se tais variações de DT podem influenciar significativamente a distribuição de corrente e a correspondente elevação de temperatura na pele, os valores absolutos de DT em uma determinada área facial devem se correlacionar com a eficácia observada do tratamento de RF.
3. Efeito de DT na distribuição de corrente de RF na pele
Para determinar como a distribuição de corrente em uma pele em camadas depende de DT, vamos considerar primeiro o eletrodo de corrente monopolar colocado na superfície da pele. Como a camada camada córnea da pele é muito fina, sua influência sobre a distribuição de corrente na derme será negligenciada. A pele é um dielétrico com perdas, e assim o potencial elétrico produzido em uma estrutura eletricamente estratificada pode ser encontrado como uma solução da equação de Poisson levando em conta as propriedades dielétricas, assim como a polarização das interfaces entre as camadas. Para resolver este problema analiticamente, uma aproximação na qual esta polarização é negligenciada será considerada; esta aproximação leva em consideração as radiofrequências para as quais a pele é predominantemente condutora de eletricidade. Assim, as correntes condutivas em uma única camada de pele devem ser muito maiores que as correntes de deslocamento correspondentes, ou seja, onde está a freqüência da corrente, é a condutividade elétrica em freqüência, é a permissividade do espaço livre, e é a permissividade relativa do tecido em freqüência. Isto reduz a equação de Poisson à equação de Laplace: onde está o raio-vector e é a condutividade eléctrica local do tecido alvo que depende da frequência da corrente, . Além disso, vamos considerar a pele como uma estrutura de duas camadas com uma derme/subcutis plana, isotrópica e homogênea, localizada paralelamente à superfície da pele. Embora tal modelo seja uma simplificação, permite analisar a influência do DT na distribuição da corrente na pele.
A densidade da corrente local, , pode ser encontrada na seguinte equação:
Equação (1) pode ser facilmente resolvida para o eletrodo pontual colocado no topo de um meio estratificado de forma integral escrito em coordenadas cilíndricas . Nesta geometria, cada ponto na pele pode ser descrito pelo conjunto de três parâmetros , onde está a distância radial do eléctrodo RF, é a profundidade na pele, e é o azimute. Se a fonte de corrente monopolar do ponto for colocada no eixo polar e o meio adjacente puder ser considerado como isotrópico, a distribuição dos potenciais será independente de . Os potenciais elétricos na derme e no sWAT produzidos por um eletrodo de RF de ponto monopolar colocado na superfície da pele e fornecendo a corrente total na pele podem ser apresentados em coordenadas cilíndricas em formas integrais :onde está a espessura da derme; é o coeficiente de reflexão da corrente na derme de interface / sWAT, e são as condutividades elétricas da derme e sWAT, respectivamente; e é a função Bessel de ordem zero. Em (3) e (4), índice refere-se à derme, à subcutis e à corrente monopolar, respectivamente.
De (3) e (4), a distribuição do potencial elétrico na pele é dependente do coeficiente de reflexão , que varia com a estrutura morfológica e estado fisiológico da derme e do sWAT e que é um parâmetro dispersivo. Por exemplo, para a corrente de RF de , a condutividade elétrica da pele viável é cerca de , enquanto a condutividade elétrica média do sWAT é cerca de . Assim, o valor “fisiológico” para esta interface é de cerca de 0,905 . O aumento de duas vezes pelo mesmo valor de irá reduzir para aproximadamente 0,800; a redução de duas vezes irá aumentar até 0,950.
De (2) e (4), os componentes radiais, , e verticais, da densidade da corrente em sWAT podem ser apresentados comoIn e , índices e referem-se aos componentes radiais e verticais da densidade da corrente e índice refere-se à estrutura da pele estratificada. Os componentes correspondentes das densidades de corrente em um meio homogêneo são
Para comparar os componentes verticais da corrente de RF monopolar na mesma profundidade sob o eletrodo () em sWAT nas peles em camadas e homogêneas, consideraremos a seguinte razão:
At , a razão das densidades de corrente na pele em camadas e homogênea em (correspondente à localização da derme de interface/SAW) é . Como descreve a corrente de RF cruzando a derme de interface/ATS e entrando subcutis em , pode-se concluir que, sob condições “fisiológicas” (), a distribuição de corrente perto da derme de interface/ATS é tão modificada que aproximadamente 9 vezes menos corrente de RF entrará em sWAT sob o eletrodo de RF monopolar em uma pele em camadas do que em um meio homogêneo. Em , esta razão será , respectivamente. Observa-se que o desvio da distribuição da corrente na pele em camadas em relação à sua distribuição em meio homogêneo aumenta rapidamente com .
4. Efeito do DT na densidade da corrente de RF na Derme de interface/SAWAT
Para avaliar a influência do DT na densidade da corrente de RF na derme de interface/SAWAT, vamos considerar a configuração bipolar dos eletrodos de RF na pele. O potencial elétrico produzido pelos eletrodos bipolares é a soma dos potenciais de dois eletrodos monopolares, levando em conta que os potenciais produzidos por eletrodos individuais em uma configuração bipolar têm os sinais opostos.
Componente radial da densidade da corrente bipolar na derme na profundidade sob a pele pois pode ser encontrada a partir de (5):onde e são as densidades de corrente na pele em camadas e homogênea, respectivamente, e índice refere-se a uma corrente bipolar. A partir de (9) pode ser facilmente observado que, para a distância fixa entre os eletrodos e na profundidade fixa sob a pele, a densidade da corrente local na pele em camadas reduz-se rapidamente com . Assim, a derme mais fina deve demonstrar a maior concentração de corrente de RF em comparação com a mais espessa.
Vamos agora comparar os componentes radiais das densidades de corrente de RF na derme de interface/SAWAT para a derme de uma espessura simples () e dupla (). A partir de (9), a relação da densidade da corrente nesta interface na derme com a espessura correspondente à densidade da corrente na derme com a espessura 2d é para , respectivamente. Assim, com o aumento da distância entre os eletrodos de RF, a influência do DT na distribuição da corrente perto da derme de interface/ATW será reduzida. No entanto, para a pequena distância , correspondente à configuração ótima dos eletrodos fornecendo a maior densidade de corrente possível , a influência do DT é muito forte.
Próximo consideraremos a fração da corrente de RF que atravessa a derme de interface/ATW. Como foi mostrado em , para eletrodo de RF monopolar, em meio eletricamente homogêneo (), 50% da corrente de RF flui para o sWAT através do círculo do raio . Em um tecido estratificado com coeficiente de reflexão deste raio deve ser aproximadamente . Isso significa que a entrada de 50% da corrente de RF no sWAT na pele em camadas será distribuída pela superfície que é aproximadamente 184 vezes maior do que a superfície correspondente em um meio homogêneo. Em outras palavras, a corrente de RF em um meio estratificado é fortemente redistribuída e entra no sWAT não diretamente sob o eletrodo de RF, mas longe dele. É importante ressaltar que o raio característico da superfície que coleta a corrente de RF é proporcional ao DT. A duplicação do valor DT aumentará quatro vezes a superfície que recolhe a mesma quantidade de corrente de RF, reduzindo assim significativamente o efeito de aquecimento próximo à interface. Além disso, o raio característico da superfície coletora de corrente de RF é fortemente dependente do coeficiente de reflexão e da configuração de RF (monopolar ou bipolar).
5. Discussão
Distribuição da corrente de RF na pele é dependente da sua estrutura elétrica em camadas e pode desviar-se significativamente da distribuição correspondente em um meio homogêneo. Dois parâmetros físicos internos da pele que podem influenciar fortemente esta distribuição são (1) espessura da derme e (2) coeficiente de reflexão de corrente na interface derme/ATS, que descreve a diferença nas propriedades elétricas de dois meios adjacentes.
Variações do DT podem modular significativamente a distribuição de corrente na derme, bem como a sua penetração no sWAT. Por exemplo, no caso da pele com as espessuras de 1 mm e 2 mm e para a mesma distância entre os eletrodos de RF de L = 10 mm, a relação das densidades de corrente na pele mais grossa/mais fina na derme de interface/SAW em nosso modelo será de aproximadamente 0,546. Como a elevação da temperatura local é proporcional ao quadrado da densidade da corrente, a temperatura induzida neste ponto da pele mais grossa será de apenas 29,8% do seu valor na pele mais fina. Isto demonstra claramente que na pele com camadas eléctricas a corrente RF está significativamente mais concentrada na derme mais fina do que na mais espessa e, consequentemente, deve produzir um aquecimento mais forte numa pele mais fina. Este resultado parece ser paradoxal, pois não confirma a correlação positiva entre a eficácia das aplicações de RF em diferentes áreas faciais e seus valores DT observados em estudos clínicos. De fato, a área da bochecha com maior TD foi relatada para demonstrar melhor reação à mesma quantidade de corrente de RF do que as áreas do pescoço ou testa com a derme mais fina .
Uma possibilidade de resolver este confronto seria supor que não as densidades locais de corrente (e portanto não as temperaturas locais), mas sim o volume total aquecido (enquanto que com uma temperatura média mais baixa no caso da derme mais espessa) é o principal responsável pelos resultados clínicos observados a curto prazo após as aplicações de RF. Supondo que o efeito clinicamente observado da corrente de RF na pele esteja ligado a uma modulação do volume da derme, podemos especular sobre o mecanismo biofísico que poderia estar primariamente envolvido neste processo. Geralmente, dois componentes da pele podem ser responsáveis pela sua rápida modulação de volume, uma vez que apenas eles ocupam porções significativas deste tecido. O primeiro componente é o colágeno dérmico, que por altas temperaturas pode alterar seu volume através da desnaturação (retração) ou através do aumento de sua quantidade (produção de colágeno de novo). Este mecanismo foi criticado em . O segundo componente da pele que pode reagir rapidamente à corrente RF é a água cujo conteúdo é fortemente dependente da concentração local de glicosaminoglicanos e especialmente de hialuronan (HA). Sabe-se que já a hipertermia leve de cerca de 42°C pode aumentar significativamente a produção de HA em um tecido alvo . Tal produção endógena de HA levará a um acúmulo local de água na derme. De fato, foi demonstrado que a derme reticular suína reage à aplicação da corrente de RF com um edema de curto prazo. Este efeito será manifestado no aumento do turgor da pele, o que pode explicar a melhoria da textura da pele imediatamente após os tratamentos de RF. Tal modificação da estrutura da pele deve ser observada por temperaturas significativamente mais baixas do que as necessárias para o encolhimento do colágeno.
Onde a rápida acumulação de HA pode explicar os resultados a curto prazo observados após tratamentos de RF, este efeito não pode ser responsável por quaisquer resultados clínicos a longo prazo que também foram reivindicados. O alvo potencial que pode estar envolvido na melhoria a longo prazo dos parâmetros mecânicos da pele é o sWAT, especialmente a sua camada superficial. Este depósito especial de gordura contém os adipócitos que têm a capacidade de mudar rapidamente o seu número e volume e, portanto, podem influenciar suficientemente a aparência da pele. Os adipócitos desta camada podem reagir rapidamente à aplicação de diferentes factores físicos .
Reacção do sWAT às correntes de RF deve ser geralmente ligada a uma modificação da matriz extracelular no sWAT contendo diferentes estruturas de colagénio. As condutividades eléctricas dos colagénios são muito superiores à condutividade eléctrica dos triglicéridos que preenchem os adipócitos e ocupam o volume principal do sWAT. Esta diferença nas condutividades elétricas levará a uma concentração de corrente de RF em redes relativamente finas de colágeno localizadas ao redor (fibrose pericelular) ou entre (fibrose intercelular) adipócitos simples. Tal concentração de corrente de RF proporcionará densidades de corrente suficientemente altas nas estruturas de colágeno de sWAT mesmo no caso em que a parte principal da corrente de RF será refletida e apenas uma pequena parte dela cruzará a derme/subcutis limite, como foi descrito no modelo acima.
Muito recentemente foi mostrado que as estruturas anatômicas do tecido adiposo em diferentes compartimentos de gordura facial podem variar significativamente . Por exemplo, o compartimento de gordura labial caracterizado por um tipo “fibroso” de sWAT contém os pequenos grupos de adipócitos maduros embutidos em uma matriz densa de colágeno; o compartimento malar, tendo um tipo “estrutural” de sWAT, contém os lóbulos de adipócitos maduros homogeneamente cobertos por fibras finas de colágeno. Embora esta questão não tenha sido investigada sistematicamente, há algumas indicações de que a espessura da derme local se correlaciona com a estrutura do sWAT adjacente. Portanto, uma derme mais espessa na área labial correlaciona-se com um tipo “fibroso” de WAT no compartimento adjacente do sWAT. Por outro lado, uma derme mais fina na área malar se correlaciona com um tipo “estrutural” do depósito adjacente de água do mar. Como a água do mar do tipo “fibroso” contém significativamente mais estruturas fibróticas do que a água do mar “estrutural”, a área labial deve demonstrar menos aquecimento na derme; entretanto, um aquecimento mais forte na água do mar adjacente deve levar ao reforço das estruturas fibróticas neste tecido e, portanto, à mudança das propriedades mecânicas e aparência da pele adjacente. Este mecanismo pode resolver as contradições entre os efeitos biofísicos das correntes de RF e os resultados clínicos observados; no entanto, ele muda claramente os alvos das correntes de RF em aplicações estéticas da derme para a matriz extracelular no sWAT.
Recentemente, foi mostrado em um desenho contralateral que um pré-tratamento com corrente de RF melhora a eficiência e longevidade dos preenchimentos baseados em HA pelo rejuvenescimento da face média. Isto se correlaciona com a teoria proposta em , que explica os efeitos a longo prazo dos preenchimentos de tecidos moles através da estimulação da proliferação e diferenciação de células-tronco derivadas de adiposidade, bem como pela modificação local da estrutura do tecido adiposo.
Assim, pode-se assumir que uma melhoria cutânea a longo prazo observada após a aplicação de RF na pele está ligada a uma modificação estrutural local de sWAT induzida pela corrente de RF. Este efeito deve ser fortemente dependente da densidade da corrente de RF perto da derme de interface/sWAT, que irá definir a parte da corrente de RF que penetra no sWAT. Ao mesmo tempo, as temperaturas limite acima de 60°C, que supostamente seriam suficientes para os resultados clínicos a longo prazo após aplicações de RF baseadas na teoria da retração do colágeno, não são necessárias para a modificação estrutural da estrutura do sWAT. Isto é indiretamente apoiado por observações clínicas de que o tratamento da mesma área facial com baixa energia RF aplicada em múltiplas passagens pode fornecer resultados ainda melhores do que a aplicação de alta energia RF em uma única passagem .
6. Conclusão
Estrutura tecidual estratificada eletricamente modifica significativamente a distribuição de corrente na derme e sWAT pela aplicação monopolar e bipolar da corrente RF. Como a espessura da derme varia significativamente em diferentes áreas faciais, este efeito deve levar a uma distribuição espacial fortemente não homogênea da densidade da corrente. Essa não homogeneidade da corrente levará a uma não homogeneidade ainda mais significativa no campo de temperatura induzida. Este efeito contradiz o principal paradigma da teoria da RF, segundo a qual os resultados do tratamento dependem principalmente da temperatura máxima num tecido alvo, uma vez que os melhores resultados clínicos de aplicação de RF a curto e longo prazo foram relatados nas áreas com a derme mais espessa. Para resolver esta contradição, propomos que o principal efeito a curto prazo da aplicação de RF esteja ligado ao acúmulo de hialuronina e água na derme, o que deve tornar o efeito da corrente de RF na pele muito menos dependente da temperatura, como se supunha antes. Supõe-se ainda que o efeito a longo prazo da RF é realizado através da modificação estrutural do depósito subcutâneo de gordura adjacente à área da pele tratada.
Variações da DT podem influenciar significativamente a distribuição da corrente e, portanto, os perfis de temperatura na derme e da água salgada. Para proporcionar a modificação estrutural do depósito adjacente de sWAT, a energia RF deve ser concentrada de forma ideal na derme/subcutis de interface. Tal otimização depende principalmente da configuração dos eletrodos de RF. Tendo em conta que o DT pode variar 4-8 vezes entre diferentes áreas faciais, é muito duvidoso que o tratamento de RF facial completo ideal possa ser fornecido com uma única configuração fixa de eléctrodos de RF.
Interesses de competição
Dr. I. L. Kruglikov é o sócio-gerente da Wellcomet GmbH. Nenhum método ou dispositivo da Wellcomet GmbH foi utilizado neste trabalho.