Abstract
Structura țesutului stratificat din punct de vedere electric modifică semnificativ distribuția curentului de radiofrecvență (RF) în derm și în țesutul adipos subcutanat în comparație cu cea dintr-un mediu omogen. Pe baza modelului simplu de distribuție a curentului de radiofrecvență într-o piele cu două straturi care conține derm și subcutanat, evaluăm influența grosimii dermului asupra densității curentului în diferite straturi ale pielii. În alte condiții egale, densitatea de curent în derm este mai mare pentru pielea care are un derm mai subțire. Acest lucru contrazice paradigma principală a teoriei RF, conform căreia rezultatele tratamentului depind în principal de temperatura maximă atinsă în țesutul țintă, deoarece cele mai bune rezultate clinice pe termen scurt și lung ale aplicării RF pe piele au fost raportate în zonele cu derm mai gros. Pentru a rezolva această contradicție, se propune că efectul pe termen lung al RF poate fi realizat printr-o modificare structurală a depozitului de grăsime subcutanată adiacentă zonei de piele tratate. Stimularea acestor celule situate în apropierea interfeței derm/subcutanat va necesita concentrarea energiei RF aplicate în această zonă și va necesita dispunerea optimă a electrozilor RF pe suprafața pielii.
1. Introducere
Aplicarea curentului de radiofrecvență (RF) la nivelul pielii a fost presupusă a fi capabilă să moduleze proprietățile mecanice ale acesteia și, în consecință, să îmbunătățească laxitatea pielii. Teoretic, acest efect a fost legat de o încălzire Joule a dermului care duce la modificări conformaționale în rețeaua sa de colagen (așa-numitul efect de „contracție a colagenului”), precum și de stimularea producției de colagen de novo indusă de temperatura ridicată.
Îmbunătățirea structurii pielii faciale după aplicarea curentului de radiofrecvență a fost demonstrată în diferite studii clinice , deși rezultatele observate au variat în diferite zone faciale. De exemplu, principalul rezultat raportat după aplicarea curentului RF monopolar a fost îmbunătățirea laxității moderate a obrajilor, precum și a pliurilor nasolabiale și mezolabiale; în același timp, laxitatea pielii submandibulare și a părții superioare a gâtului a demonstrat o îmbunătățire semnificativ mai slabă după același tratament. Astfel, diferite subzone faciale la același subiect demonstrează îmbunătățiri diferite după același tratament RF.
Pecularitățile distribuției curentului RF în piele sunt determinate de diferiți parametri externi, printre care tipul și dispunerea spațială a electrozilor RF, precum și de unele caracteristici interne ale zonei țintă și de caracteristicile electrice ale căilor de acces de la electrozi la țintă. În timp ce parametrii externi pot fi, în general, controlați în mod fiabil, caracteristicile interne pot prezenta puternice variații intersubiect și interareale. O proprietate internă importantă a pielii care influențează în mod semnificativ distribuția curentului de radiofrecvență este structura sa stratificată, cu interfețe distincte între mediile care au caracteristici electrice diferite.
Din punct de vedere electric, cele mai importante interfețe sunt stratul cornos/pielea viabilă și dermul/țesutul adipos alb subcutanat (sWAT). Următoarea interfață sWAT/mușchi este în mod normal departe de interfața dermă/sWAT și influența sa asupra distribuției curentului în dermă poate fi neglijată în prima aproximație. O astfel de structură a pielii ar trebui să determine concentrarea curentului în țesutul cu cea mai mare conductivitate electrică (dermul) și să reducă pătrunderea acestuia în sWAT, care este mult mai rezistiv din punct de vedere electric. Acest efect poate chiar să domine asupra particularităților distribuției curentului produse de dispunerea spațială diferită a electrozilor pe suprafața pielii, diminuând astfel în mod eficient influența parametrilor externi asupra rezultatului tratamentului.
Supunând că ridicarea locală a temperaturii este principalul motiv al modulației mecanice cutanate observate după aplicarea curentului RF și ținând cont de faptul că această ridicare depinde în mod pătratic de densitatea locală a curentului , impactul curentului RF asupra pielii ar trebui să fie îmbunătățit pentru configurația electrozilor RF care asigură densitățile optime de curent într-o structură țintă predefinită. O astfel de dispunere optimă a electrozilor RF, ținând cont de structura stratificată a pielii, se poate abate substanțial de la configurația corespunzătoare a acelorași electrozi plasați pe suprafața unui mediu omogen și este foarte diferită de configurațiile utilizate de obicei în aplicațiile clinice . Configurația neoptimală a electrozilor RF poate reduce de câteva ori densitatea de curent în zona țintă, scăzând astfel semnificativ efectul de încălzire dorit.
Grosimea dermului (DT) este parametrul de scară universal al pielii stratificate electric . Toate celelalte caracteristici spațiale ale sistemului, de exemplu, distanța dintre electrozi, pot fi măsurate în unități de DT. Se poate presupune că variațiile DT pot influența puternic distribuția curentului și sunt în principal responsabile pentru variațiile observate între zone și între subiecți ale rezultatelor clinice. Scopul principal al acestei lucrări a fost de a analiza modul în care variațiile DT pot influența distribuția curentului în piele și de a compara aceste rezultate teoretice cu rezultatele aplicațiilor de curent de radiofrecvență pe zone ale corpului care au valori diferite ale DT.
2. Variații ale grosimii dermului facial
Informațiile despre variațiile regionale, sexuale și dependente de vârstă ale DT sunt contradictorii. Se știe că valorile absolute ale DT depind de faptul că procedura de măsurare este diferită in vitro și in vivo, în timp ce valorile DT determinate in vitro au fost susținute a fi mai mari decât valorile corespunzătoare măsurate in vivo . S-a demonstrat, de asemenea, că DT în aceeași zonă a corpului poate varia semnificativ în funcție de vârstă și de gradul de fotodeteriorare .
Grosimea pielii faciale la cadavrele adulte demonstrează variații spațiale puternice, fiind în medie mai mare în zona obrajilor și a bărbiei și mai mică în zona gâtului . De exemplu, la , DT în gât a variat în intervalul (0,25 mm, 0,80 mm), în timp ce a variat în intervalul (0,57 mm, 1,62 mm) în eminența malară și (1,04 mm, 1,20 mm) în zona obrajilor. Mult mai multe măsurători ale punctelor minuțioase la 45 de cadavre (27 de bărbați și 18 de femei) au furnizat grosimi de mm pentru zonele nedefrișate ale pielii, în timp ce întregul interval de valori măsurate a fost de (0,35 mm, 1,65 mm) . Valorile DT în zonele cu riduri la aceiași subiecți au fost de mm, cu un interval de (0,12 mm, 1,74 mm). Spre deosebire de aceste rezultate, măsurătorile grosimii pielii cu ultrasunete de 20 MHz in vivo au furnizat valori medii ale DT de aproximativ 1,6 mm în zona obrajilor și mai mult de 2,5 mm în bărbie .
Variațiile intersubiecte pentru aceleași subzone faciale sunt, de asemenea, ridicate. Conform , valorile individuale ale DT în zona eminenței malare măsurate la trei cadavre au fost de mm, mm și mm, în mod corespunzător. Media DT pentru toți cei trei subiecți a fost de mm, ceea ce demonstrează că coeficientul ridicat de variație obținut în acest studiu a fost cauzat în principal de variațiile intrasubiect puternice. În același timp, coeficientul de variație pentru profilul DT în aceeași subzonă facială a fost suficient de mic, fiind pentru subiecții singuri de aproximativ 3-7%. Astfel, într-o primă aproximație, variațiile profilului grosimii pielii în interiorul aceleiași subzone faciale pot fi neglijate, dar aceste variații ar trebui luate în considerare în cazul în care sunt luate în considerare subzone diferite la un subiect sau subiecți diferiți. Dacă astfel de variații ale DT pot influența în mod semnificativ distribuția curentului și creșterea corespunzătoare a temperaturii în piele, valorile absolute ale DT într-o anumită zonă facială ar trebui să se coreleze cu eficacitatea observată a tratamentului RF.
3. Efectul DT asupra distribuției curentului RF în piele
Pentru a determina modul în care distribuția curentului într-o piele stratificată depinde de DT, vom lua în considerare mai întâi electrodul de curent monopolar plasat pe suprafața pielii. Deoarece stratul de stratum corneum al pielii este foarte subțire, influența sa asupra distribuției curentului în dermă va fi neglijată. Pielea este un dielectric cu pierderi , și, prin urmare, potențialul electric produs într-o structură electrică stratificată poate fi găsit ca soluție a ecuației lui Poisson, ținând cont de proprietățile dielectrice, precum și de polarizarea interfețelor dintre straturi. Pentru a rezolva această problemă în mod analitic, se va lua în considerare o aproximație în care această polarizare este neglijată; această aproximație ia în considerare radiofrecvențele pentru care pielea este predominant conductoare de electricitate. Prin urmare, curenții de conducție în straturile individuale de piele trebuie să fie mult mai mari decât curenții de deplasare corespunzători, adică , unde este frecvența curentului, este conductivitatea electrică la frecvența , este permitivitatea spațiului liber și este permitivitatea relativă a țesutului la frecvența . Acest lucru reduce ecuația Poisson la ecuația Laplace :unde este vectorul-rază și este conductivitatea electrică locală a țesutului țintă care depinde de frecvența curentului, . În continuare, vom considera pielea ca fiind o structură în două straturi, cu o limită plană, izotropă și omogenă, dermă/subcutanată, situată paralel cu suprafața pielii. Deși un astfel de model este o simplificare, el oferă posibilitatea de a analiza influența DT asupra distribuției curentului în piele.
Densitatea locală de curent, , poate fi găsită din următoarea ecuație:
Equația (1) poate fi rezolvată cu ușurință pentru electrodul punctual plasat pe partea superioară a unui mediu stratificat într-o formă integrală scrisă în coordonate cilindrice . În această geometrie, fiecare punct din piele poate fi descris prin setul de trei parametri , unde este distanța radială față de electrodul RF, este adâncimea în piele și este azimutul. Dacă sursa punctiformă de curent monopolar este plasată pe axa polară și dacă mediul adiacent poate fi considerat izotrop, distribuția potențialelor va fi independentă de . Potențialele electrice în derm și în sWAT produse de un electrod punctual monopolar de radiofrecvență plasat pe suprafața pielii și care livrează curentul total în piele pot fi prezentate în coordonate cilindrice sub formă integrală: unde: este grosimea dermului; este coeficientul de reflexie a curentului la interfața derm/sWAT; și sunt conductivitățile electrice ale dermului și, respectiv, ale sWAT; și este funcția Bessel de ordin zero. În (3) și (4), indicele se referă la derm, la subcutanat și, respectiv, la curentul monopolar.
Din (3) și (4), distribuția potențialului electric în piele depinde de coeficientul de reflexie , care variază în funcție de structura morfologică și de starea fiziologică a dermului și a sWAT și care este un parametru dispersiv. De exemplu, pentru un curent RF de , conductivitatea electrică a pielii viabile este de aproximativ , în timp ce conductivitatea electrică medie a sWAT este de aproximativ . Astfel, valoarea „fiziologică” a pentru această interfață este de aproximativ 0,905 . Creșterea de două ori cu aceeași valoare a lui va reduce la aproximativ 0,800; reducerea de două ori va crește până la 0,950.
Din (2) și (4), componentele radială, , și verticală, , ale densității de curent în sWAT pot fi prezentate caIn și , indici și se referă la componentele radială și verticală ale densității de curent, iar indicele se referă la structura stratificată a pielii. Componentele corespunzătoare ale densităților de curent într-un mediu omogen sunt
Pentru a compara componentele verticale ale curentului de radiofrecvență monopolar la aceeași adâncime sub electrod () în sWAT în pielea stratificată și în pielea omogenă, vom lua în considerare următorul raport:
La , raportul dintre densitățile de curent în pielea stratificată și în pielea omogenă la (corespunzător locației interfeței dermă/sWAT) este . Deoarece descrie curentul de RF care traversează interfața dermă/sWAT și intră în subcutanat la , se poate concluziona că, în condiții „fiziologice” (), distribuția curentului în apropierea interfeței dermă/sWAT este astfel modificată încât aproximativ de 9 ori mai puțin curent de RF va intra în sWAT sub electrodul de RF monopolar într-o piele stratificată decât într-un mediu omogen. La , acest raport va fi , respectiv . Se observă că abaterea distribuției curentului în pielea stratificată de la distribuția sa într-un mediu omogen crește rapid cu .
4. Efectul DT asupra densității curentului RF la interfața dermă/sWAT
Pentru a evalua influența DT asupra densității curentului RF la interfața dermă/sWAT, să luăm în considerare configurația bipolară a electrozilor RF de pe piele. Potențialul electric produs de electrozii bipolari este suma potențialelor de la doi electrozi monopolari, ținând cont de faptul că potențialele produse de electrozii unici într-o configurație bipolară au semne opuse.
Componenta radială a densității de curent bipolar în derm la adâncimea sub piele pentru poate fi găsită din (5):unde și sunt densitățile de curent în pielea stratificată și, respectiv, omogenă, iar indicele se referă la un curent bipolar. Din (9) se poate observa cu ușurință că, pentru o distanță fixă între electrozi și la o adâncime fixă sub piele, densitatea locală de curent în pielea stratificată se reduce rapid cu . Astfel, dermul mai subțire ar trebui să demonstreze concentrația mai mare de curent RF în comparație cu cel mai gros.
Să comparăm acum componentele radiale ale densităților de curent RF la interfața derm/sWAT pentru dermul de o grosime simplă () și dublă (). Din (9), raportul dintre densitatea de curent la această interfață în pielea cu grosimea și densitatea de curent corespunzătoare în pielea cu grosimea 2d este pentru , respectiv Astfel, odată cu creșterea distanței dintre electrozii RF, influența DT asupra distribuției curentului în apropierea interfeței dermă/sWAT va fi redusă. Cu toate acestea, pentru distanța mică , care corespunde configurației optime a electrozilor care asigură cea mai mare densitate de curent posibilă , influența DT este foarte puternică.
În continuare vom lua în considerare fracțiunea de curent RF care traversează interfața dermă/dWAT. Așa cum s-a arătat în , pentru electrodul RF monopolar, în mediu omogen din punct de vedere electric (), 50% din curentul RF curge în sWAT prin cercul de rază . Într-un țesut stratificat cu coeficient de reflexie de această rază ar trebui să fie de aproximativ . Aceasta înseamnă că intrarea a 50% din curentul RF în sWAT în pielea stratificată va fi distribuită pe o suprafață care este de aproximativ 184 de ori mai mare decât suprafața corespunzătoare într-un mediu omogen. Cu alte cuvinte, curentul de radiofrecvență într-un mediu stratificat este puternic redistribuit și intră în sWAT nu direct sub electrodul de radiofrecvență, ci la distanță mare de acesta. Este important faptul că raza caracteristică a suprafeței care colectează curentul RF este proporțională cu DT. Dublarea valorii DT va crește de patru ori suprafața care colectează aceeași cantitate de curent RF, reducând astfel semnificativ efectul de încălzire în apropierea interfeței. În plus, raza caracteristică a suprafeței care colectează curentul RF este puternic dependentă de coeficientul de reflexie și de configurația RF (monopolară sau bipolară).
5. Discuție
Distribuția curentului RF în piele depinde de structura electrică stratificată a acesteia și se poate abate semnificativ de la distribuția corespunzătoare într-un mediu omogen. Doi parametri fizici interni ai pielii care pot influența puternic această distribuție sunt (1) grosimea dermului și (2) coeficientul de reflexie a curentului la interfața derm/sWAT, care descrie diferența dintre proprietățile electrice a două medii adiacente.
Variațiile DT pot modula semnificativ distribuția curentului în derm, precum și penetrarea acestuia în sWAT. De exemplu, în cazul în care pielea are grosimea de 1 mm și 2 mm și pentru aceeași distanță între electrozii RF de L = 10 mm, raportul dintre densitățile de curent în pielea mai groasă/mai subțire la interfața dermă/sWAT în modelul nostru va fi de aproximativ 0,546. Deoarece creșterea temperaturii locale este proporțională cu pătratul densității de curent, temperatura indusă în acest punct în pielea mai groasă va fi de numai 29,8 % din valoarea sa în cea mai subțire. Acest lucru demonstrează în mod clar că, în pielea stratificată din punct de vedere electric, curentul de radiofrecvență este semnificativ mai concentrat în dermul mai subțire decât în cel mai gros și, în consecință, trebuie să producă o încălzire mai puternică în pielea mai subțire. Acest rezultat pare a fi paradoxal, deoarece nu confirmă corelația pozitivă dintre eficacitatea aplicațiilor RF în diferite zone ale feței și valorile DT ale acestora observate în studiile clinice. Într-adevăr, s-a raportat că zona obrajilor care are un DT mai mare a demonstrat o reacție mai bună la aceeași cantitate de curent RF decât zonele gâtului sau frunții care au dermul mai subțire.
O posibilitate de a rezolva această confruntare ar fi să presupunem că nu densitățile locale de curent (și, prin urmare, nu temperaturile locale), ci mai degrabă volumul total încălzit (deși cu o temperatură medie mai mică în cazul dermului mai gros) este principalul responsabil pentru rezultatele clinice observate pe termen scurt după aplicațiile RF. Presupunând că efectul observat clinic al curentului RF asupra pielii este legat de o modulare a volumului dermului, putem specula cu privire la mecanismul biofizic care ar putea fi implicat în principal în acest proces. În general, două componente ale pielii pot fi responsabile de modularea rapidă a volumului acesteia, deoarece numai ele ocupă porțiuni semnificative din acest țesut. Prima componentă este colagenul dermic, care prin temperaturi ridicate își poate modifica volumul prin denaturare (contracție) sau prin creșterea cantității sale (producția de colagen de novo). Acest mecanism a fost criticat în . A doua componentă a pielii care poate reacționa rapid la curentul de radiofrecvență este apa, al cărei conținut este puternic dependent de concentrația locală de glicozaminoglicani și în special de hialuronan (HA). Este cunoscut faptul că deja hipertermia ușoară de aproximativ 42°C poate crește semnificativ producția de HA într-un țesut țintă . O astfel de producție endogenă de HA va duce la o acumulare locală de apă în dermă. Într-adevăr, s-a demonstrat că dermul reticular porcin reacționează la aplicarea curentului de radiofrecvență prin formarea unui edem de scurtă durată. Acest efect se va manifesta prin creșterea turgescenței pielii, ceea ce poate explica îmbunătățirea texturii pielii imediat după tratamentele cu RF. O astfel de modificare a structurii pielii ar trebui să fie observată la temperaturi semnificativ mai mici decât cele care sunt necesare pentru contracția colagenului.
În timp ce acumularea rapidă de HA poate explica rezultatele pe termen scurt observate după tratamentele RF, acest efect nu poate fi responsabil pentru rezultatele clinice pe termen lung care au fost, de asemenea, revendicate. Ținta potențială care poate fi implicată în îmbunătățirea pe termen lung a parametrilor mecanici ai pielii este sWAT, în special stratul său superficial. Acest depozit special de grăsime conține adipocite care au capacitatea de a-și modifica rapid numărul și volumele și, astfel, pot influența suficient de mult aspectul pielii. Adipocitele din acest strat pot reacționa rapid la aplicarea diferiților factori fizici .
Reacția sWAT la curenții RF ar trebui să fie în general legată de o modificare a matricei extracelulare din sWAT care conține diferite structuri de colagen. Conductivitățile electrice ale colagenelor sunt mult mai mari decât conductivitatea electrică a trigliceridelor care umplu adipocitele și ocupă volumul principal al sWAT. Această diferență de conductivități electrice va conduce la o concentrare a curentului de radiofrecvență în rețele de colagen relativ subțiri situate în jurul (fibroză pericelulară) sau între (fibroză intercelulară) adipocite individuale . O astfel de concentrare a curentului RF va asigura densități de curent suficient de mari în structurile de colagen ale sWAT chiar și în cazul în care partea principală a curentului RF va fi reflectată și doar o mică parte a acestuia va traversa limita derm/subcutanat, așa cum a fost descris în modelul de mai sus.
Foarte recent s-a demonstrat că structurile anatomice ale țesutului adipos din diferite compartimente de grăsime facială pot varia semnificativ . De exemplu, compartimentul adipos labial, caracterizat de un tip „fibros” de sWAT, conține grupurile mici de adipocite mature încorporate într-o matrice densă de colagen; compartimentul malar, având un tip „structural” de sWAT, conține lobulii de adipocite mature acoperite omogen de fibre subțiri de colagen. Deși această chestiune nu a fost investigată în mod sistematic, există unele indicii că grosimea dermului local se corelează cu structura sWAT-ului adiacent. Astfel, un derm mai gros în zona labială se corelează cu un tip „fibros” de WAT în compartimentul sWAT adiacent. Pe de altă parte, un derm mai subțire în zona malară se corelează cu un tip „structural” al depozitului sWAT adiacent. Deoarece sWAT de tip „fibros” conține semnificativ mai multe structuri fibroase decât sWAT „structural”, zona labială ar trebui să prezinte o încălzire mai mică în derm; cu toate acestea, o încălzire mai puternică în sWAT adiacentă ar trebui să conducă la întărirea structurilor fibroase din acest țesut și, astfel, la modificarea proprietăților mecanice și a aspectului pielii adiacente. Acest mecanism poate rezolva contradicțiile dintre efectele biofizice ale curenților de RF și rezultatele clinice observate; cu toate acestea, schimbă în mod clar țintele curenților de RF în aplicațiile estetice de la derm la matricea extracelulară din sWAT.
Recent, s-a demonstrat într-un model contralateral că un pretratament cu curent de RF îmbunătățește eficiența și longevitatea materialelor de umplere pe bază de HA prin întinerire la nivelul feței medii . Acest lucru se corelează cu teoria propusă în , care a explicat efectele pe termen lung ale materialelor de umplere a țesuturilor moi prin stimularea proliferării și diferențierii celulelor stem derivate din țesutul adipos, precum și prin modificarea locală a structurii țesutului adipos.
Astfel, se poate presupune că o îmbunătățire cutanată pe termen lung observată după aplicarea RF pe piele este legată de o modificare structurală locală a sWAT indusă de curentul RF. Acest efect ar trebui să depindă în mare măsură de densitatea curentului RF în apropierea interfeței dermă/sWAT, care va defini partea de curent RF care pătrunde în sWAT. În același timp, temperaturile de prag de peste 60°C, care se presupunea că sunt suficiente pentru rezultatele clinice pe termen lung după aplicațiile RF bazate pe teoria contracției colagenului, nu sunt necesare pentru modificarea structurală a structurii sWAT. Acest lucru este susținut indirect de observațiile clinice conform cărora tratamentul aceleiași zone faciale cu energie RF scăzută aplicată în mai multe treceri poate oferi rezultate chiar mai bune decât aplicarea unei energii RF ridicate într-o singură trecere .
6. Concluzie
Structura țesutului stratificat electric modifică semnificativ distribuția curentului în derm și sWAT atât prin aplicarea monopolară, cât și bipolară a curentului RF. Deoarece grosimea dermului variază semnificativ în diferite zone faciale, acest efect trebuie să conducă la o distribuție spațială puternic neomogenă a densității de curent. O astfel de neomogenitate a curentului va conduce la o neomogenitate și mai semnificativă a câmpului de temperatură indusă. Acest efect contrazice paradigma principală a teoriei RF, conform căreia rezultatele tratamentului depind în principal de temperatura maximă dintr-un țesut țintă, deoarece cele mai bune rezultate clinice pe termen scurt și lung ale aplicării RF au fost raportate în zonele cu cel mai gros derm. Pentru a rezolva această contradicție, propunem că principalul efect pe termen scurt al aplicării RF este legat de acumularea de hialuronan și apă în derm, ceea ce trebuie să facă ca efectul curentului RF asupra pielii să fie mult mai puțin dependent de temperatură, așa cum s-a presupus anterior. Se presupune, de asemenea, că efectul pe termen lung al RF se realizează prin modificarea structurală a depozitului de grăsime subcutanată adiacent zonei cutanate tratate.
Variațiile DT pot influența semnificativ distribuția curentului și, prin urmare, profilurile de temperatură în derm și sWAT. Pentru a asigura modificarea structurală a depozitului de sWAT adiacent, energia RF trebuie să fie concentrată în mod optim la interfața dermă/subcutanat. O astfel de optimizare depinde în principal de configurația electrozilor RF. Ținând cont de faptul că DT poate varia de 4-8 ori între diferite zone faciale, este foarte îndoielnic faptul că tratamentul optim cu RF pentru întreaga față poate fi asigurat cu o singură configurație fixă de electrozi RF.
Interesele concurente
Dr. I. L. Kruglikov este partenerul director al Wellcomet GmbH. În această lucrare nu au fost utilizate metode sau dispozitive ale Wellcomet GmbH.
.