Фракционный фототермолиз в эстетической медицине. Обзор.
Автор: , Клиника красоты Tres Bien, Москва, 2007
Введение.
Фракционный фототермолиз (ФФ) – принципиально новый метод лазерного воздействия на кожу. В процессе ФФ коагулируются или испаряются микроучастки кожи. В промежутках между ними остаётся интактная ткань, обеспечивающая быструю регенерацию поврежденного участка. При диаметре микрозоны коагуляции порядка 100-200 мкм полная реэпитализация происходит менее чем через 24 часа, а глубина воздействия может составлять до 1,4 мм, что делает ФФ эффективным в лечении дермальных форм гиперпигментации, морщин и рубцов. Использование в большинстве фракционных лазерных систем излучения длиной волны 1550 нм позволяет сохранять барьерные функции кожи, т. к. в этом случае роговой слой эпидермиса не повреждается. Процедура ФФ требует, как правило, только поверхностной анестезии, может проводиться практически на любом участке кожи и требует короткого периода реабилитации. Безопасность, возможность вести привычный образ жизни после процедуры, минимальный риск развития осложнений и возможность эффективно решать целый ряд эстетических проблем делают ФФ одним из самых востребованных методов в дерматокосметологии. Главным образом ФФ применяется для лечения фотостарения, гиперпигментации, рубцов, постакне и стрий. Данный обзор посвящен описанию принципа ФФ, биологическим эффектам и основным аспектам применения в эстетической медицине.
Принцип фракционного фототермолиза.
Монохроматичность и когерентность лазерного луча позволили занять методам, использующим эти свойства, прочное место в эстетической медицине. Постепенно с приобретением знаний в области физики лазера и развитием электроники стало возможным создание огромного количества лазерных систем, многие из которых перешли в медицину. Первые попытки применения лазера в качестве хирургического скальпеля в начале 60-х годов прошлого века обернулись появлением огромного разнообразия лазерных систем, используемых в начале века нынешнего.
Энергия лазерного луча практически полностью поглощается молекулами-хромофорами и затем переходит в тепловую. В зависимости от длины волны лазера в живой ткани преимущественно нагреваются те или иные хромофоры. Основные хромофоры, для разогрева которых используются лазеры, применяющиеся в эстетической медицине, это меланин, различные модификации гемоглобина и вода. Степень нагрева ткани зависит в конечном итоге от энергии экспозиции и может приводить к коагуляции, обугливанию и испарению (абляции). Лазерные аппараты, используемые в физиотерапии, разогревают ткань до нелетальных для клеток температур, провоцируя ускорение обменных процессов.
Концепция селективного фототермолиза (СФ), указала основные направления в разработке лазерных систем для косметологии [1]. Селективный нагрев молекул-хромофоров позволяет воздействовать на строго определенные структуры, избегая разогрева окружающих тканей. Благодаря развитию лазерной техники появились системы, излучающие на длинах волн близких к максимумам поглощения основных хромофоров кожи. Одновременно были созданы лазерные системы, в которых четко и в узких пределах регулируется энергия экспозиции излучения, благодаря чему стало возможным корректировать этот параметр в зависимости от решаемой задачи и делать процедуру лечения более безопасной [2].
Наконец, практически все лазеры, разработанные для коагуляции гемоглобин - и меланин-содержащих структур, стали оснащаться системами поверхностного охлаждения, которые еще больше уменьшают нежелательный разогрев окружающих тканей.
Очевидно, что разработчики лазерного косметологического оборудования, стоят перед проблемой сочетания эффективности воздействия с безопасностью. При использовании технологии объемного нагрева безопасность снижается с увеличением эффективности. Достаточно давно применяющиеся в косметологии процедуры лазерной шлифовки с использованием CO2 лазера дают отличный эффект омоложения, но сопряжены с высоким риском осложнений и длительным восстановительным периодом [3,4,5]. Напротив, неаблятивные лазеры и IPL системы, которые не вызывают коагуляцию мягких тканей, достаточно безопасны, но, в сравнении с лазерной шлифовкой, дают умеренный эффект омоложения [10,11]. Здесь следует заметить, что эффективность ремоделирования, обновления кожных покровов напрямую зависит от степени повреждения: чем большее количество живой ткани повреждено в процессе процедуры, тем более выражен эстетический эффект. Скорость восстановления поврежденных участков в свою очередь напрямую зависит от способности кожи к восстановлению, причем, чем большее количество жизнеспособных, активных клеток сохраняется, тем быстрее происходит восстановление. От объема и глубины повреждения зависит также величина риска развития осложнений и длительность периода восстановления. Так при СО2 шлифовке (1060nm), как правило, полностью удаляется эпидермис, в связи с этим, восстановительный период занимает не менее 4-х недель (Рис. 1). Эрбиевый лазер (Er:YAG, 2950nm), испаряет гораздо более тонкий слой ткани, поэтому эрбиевая шлифовка затрагивает, как правило, только верхние слои эпидермиса. В этом случае восстановительный период ограничивается уже 1-2 неделями [6]. Необходимо помнить, что объемный нагрев кожи с обширной коагуляцией на уровне сетчатого слоя дермы всегда заканчивается образованием рубцовой ткани. Риск рубцевания, инфицирования, развития поствоспалительной гиперпигментации являются существенными минусами процедуры лазерной шлифовки.
Альтернативой эффективным, но небезопасным лазерным шлифовкам и безопасным, но малоэффективным в плане омоложения неаблятивным лазерным и IPL системам являются лазеры, в которых реализован принцип фракционного воздействия на кожу [7]. Объемный нагрев с созданием протяженных участков коагуляции в этом случае заменяется нагревом множества микроучастков с формированием микрозон коагуляции или абляции (Рис. 2).
Рис. 1. Лазерная шлифовка.
Рис. 2. Фракционный фототермолиз.
Несмотря на то, что идея фракционного воздействия на кожу не нова, первый удачный опыт применения ФФ в дерматокосметологии был продемонстрирован в 2003 году, когда впервые этот метод бил использован для лечения кожи, поврежденной ультрафиолетовым излучением [8]. За последующие 4 года метод получил достаточно широкое распространение, и появилось несколько коммерчески доступных систем ФФ (Таблица 1). Принцип действия всех этих систем примерно одинаков – формирование на поверхности кожи палитры из зон повреждения, причем, в большинстве случаев под повреждением следует понимать коагуляцию эпидермиса и дермы. Зоны коагуляции (Микротермальные Лечебные Зоны, МЛЗ) располагаются перпендикулярно к поверхности кожи и имеют два основных параметра: глубину (300 – 1400мкм) и диаметр (70-1000мкм). Кроме этого имеет значение способ формирования палитры из МЛЗ: идеальным представляется вариант, когда все МЛЗ равномерно распределены по поверхности кожи.
Преимущества фракционного способа воздействия на кожу очевидны: между МЛЗ остается достаточно большое количество интактной ткани, благодаря чему восстановление происходит значительно быстрее, чем при объемном. Так для полного завершения реэпителизации в случае лазерной шлифовки требуется 2-4 недели, при фракционном методе восстановление поврежденного участка эпидермиса диаметром 150мкм происходит в среднем за 24 часа [12]. Большинство систем ФФ используют лазерное излучение длиной 1550nm, поэтому основным хромофором для них является вода. Коэффициент поглощения воды для этой длины волны в тысячи раз меньше, чем для излучения Er:YAG или СО2 лазера (Рис. 3). Поэтому эти системы ФФ могут формировать МЛЗ глубиной до 1,4мм, не повреждая в то же время роговой слой эпидермиса, содержащий мало воды.
Таблица 1 Системы фракционного фототермолиза (рынок США)
Торговое название | Длина волны, нм | Приблизительная глубина формирования МЛЗ, мкм | Диаметр МЛЗ | Система формирования МЛЗ |
Fraxel SR1500 | 1550 | Полностью контролируемая до 1400 | Изменяемый – оптимизирован для каждого уровня энергии | Роботизированная оптическая трекинговая система |
Palomar Lux1540 | 1540 | Фиксированный | Stamp-система | |
Cynosure Affirm | 1450 | Фиксированный | Stamp-система | |
Lutronic Mosaic (Корея) | 1550 | до 500 | Фиксированный | Stamp-система со сканером |
BlueShine E-Frax (Италия) | 1550 | до 500 | Фиксированный | Stamp-система |
Lumenis ActiveFX | 10600 | 3 | Фиксированный – 1mm | Stamp-система со сканером |
Alma Pixel | 2940 | 30 - 60 | Фиксированный – 1.3mm | Stamp-система со сканером |
Рис. 3. Спектр поглощения воды
Формирование палитры из МЛЗ.
Способ распределения МЛЗ по поверхности кожи представляется важным аспектом успеха лечения, поскольку суммарное количество коагулированной ткани в зоне воздействия (сумма площадей всех МЛЗ) и расположение МЛЗ относительно друг друга являются ключевыми факторами, влияющими на степень биологического ответа, а, следовательно, и на эффективность терапии. В большинстве систем ФФ, представленных на рынке, применяется распространенная в косметологии stamp-методика, при которой один импульс лазера покрывает участок кожи фиксированной формы площадью до нескольких квадратных сантиметров. На рисунке 4 представлена схема формирования палитры из МЛЗ с использованием stamp-методики. Один импульс (а) формирует на коже матрицу из равноудаленных друг от друга МЛЗ. Последующие импульсы на соседних обрабатываемых участках могут как перекрывать первый (б), так и находиться на произвольном расстоянии от него (в). Очевидно, что в первом случае будут сформированы зоны перекрытия, а во втором останутся необработанные участки в промежутках между матрицами. Результатом перекрытия может оказаться неадекватно большая суммарная площадь коагуляции, поэтому stamp-методики часто используются совместно со сканирующей системой (Таблица 1). Размеры формируемой матрицы МЛЗ могут вносить ограничения на обработку топографически сложных участков (переносица, веки).
Рис. 4. «Stamp» методика формирования палитры из МЛЗ.
Другой способ формирования палитры из МЛЗ, реализованный в лазере Fraxel (Reliant Technologies Inc., США), заключается в формировании равноудаленных рядов из МЛЗ при движении рабочей рукоятки лазера по поверхности кожи (Рис. 5, а). Лазер снабжен оптической трекинговой системой (Intelligent Optical Tracking System, IOTS), которая отслеживает поступательную скорость перемещения рукоятки и корректирует в соответствии с ней скорость формирования МЛЗ.
Благодаря этому формируется однородная матрица из МЛЗ. Последующие пассы с частичным наложением позволяют создать протяженные участки с любой суммарной плотностью МЛЗ (Рис. 5, б), причем на границе обрабатываемой зоны может располагаться 125 МЛЗ/см2, а в центре 2000 МЛЗ/см2 (порядка 3 и 20% суммарной коагуляции соответственно). Градиент плотности МЛЗ при таком способе формирования является намного более приближенным к линейному в сравнении со stamp-методиками, благодаря чему существенно снижается риск образования демаркационных линий и резких границ переходов. Последовательные 4 пасса в одном направлении и 4 пасса в перпендикулярном на одном и том же участке позволяют создать палитру из МЛЗ, в которой все зоны распределены равномерно. Эта методика достаточно проста в исполнении и исключает возможность формирования ожога в зонах перекрытия пассов.
Рис. 5. Методика формирования палитры из МЛЗ с использованием оптической трекинговой системы (Fraxel).
Характеристики МЛЗ.
Основными характеристиками МЛЗ влияющими как на период реабилитации после процедуры ФФ, так и на эстетический эффект являются глубина и диаметр. Если речь идет о системах ФФ, в которых МЛЗ представляют собой зоны абляции (таблица 1), глубина их формирования составляет десятки микрон, а диаметр порядка 1мм. Другие системы ФФ формируют МЛЗ в виде столбиков коагуляции (Рис. 6). Глубина и ширина МЛЗ в этом случае могут быть фиксированными или изменяемыми и зависят главным образом от энергии экспозиции излучения и способа фокусировки [9]. От глубины коагуляции зависит величина спектра косметологических проблем, которые решает система ФФ. Так, для процедур по лечению поверхностной гиперпигментации на большинстве участков тела достаточной является коагуляция на глубину до 300мкм, тогда как эффективное лечение рубцов требует коагуляции на глубину до 900мкм (Рис. 7).
От размеров МЛЗ зависит в первую очередь длительность восстановления поврежденного участка. Очевидно, что чем меньше диаметр повреждения, тем быстрее происходит его восстановление. При диаметре МЛЗ 150-200мкм полная реэпителизация происходит в течение 24 часов.
Рис. 6. МЛЗ в виде зоны коагуляции в эпидермисе и дерме
Рис. 7. Эффективность лечения различных косметических дефектов в зависимости от глубины МЛЗ
Этапы биологического ответа.
Лазерное излучение длинной волны 1550 нм разогревает главным образом воду и вызывает коагуляцию кожи на глубину от 350 до 1400 мкм в зависимости от энергии экспозиции и способа фокусировки. Важно, что нагрев и коагуляция в эпидермисе происходит в нижних слоях, роговой слой эпидермиса практически не повреждается [12]. Зона коагуляционного некроза в виде столбика окружена так называемой зоной ожегового шока. В этой зоне в течение 1-3 часов после воздействия лазера происходит выброс белков теплового шока (HSP47, HSP70, HSP90), факторов роста, интерлейкинов и других сигнальных молекул, которые запускают процессы пролиферации в эпидермисе и дерме, активируют внутри - и внеклеточный протеолиз и привлекают в зону повреждения иммунные клетки, в первую очередь, макрофаги. Некротические обломки в зоне коагуляции частично поглощаются макрофагами, частично эвакуируются на поверхность эпидермиса и формируют так называемый микроэпидермалный некротический обломок (MEND) (Рис. 6). В составе MEND обнаруживаются разрушенный коллаген и эластин, а так же большое количество меланина [13, 14]. За счет миграции и размножения стволовых клеток эпидермиса базальный слой в зоне воздействия полностью восстанавливается через 24 часа. Все это время МЛЗ остается закрытой интактным роговым слоем эпидермиса, что предотвращает инфицирование. Через 7 дней на месте МЛЗ в эпидермисе обнаруживается нормально сформированный участок ткани без элементов дискератоза и спонгиоза [12].
Рис. 8. Микроэпидермальный некротический обломок (MEND), сформированный над МЛЗ. 7 день после процедуры.
Протеолиз и фагоцитоз некротических обломков в зоне повреждения во многом стимулируется медиаторными сигналами размножающихся клеток эпидермиса. Мигрирующие фибробласты в начальной стадии реорганизации очага коагуляции синтезируют коллагеназу и другие протеолитические ферменты. Через 7 дней после процедуры в дерме обнаруживается экспрессия коллагена III типа, очаги неоколлагенеза окружают МЛЗ и наиболее выражены в подлежащих МЛЗ участках [12]. Таким образом, в процесс ремоделирования коллагена вовлекается микроучасток дермы значительно превосходящий по размерам МЛЗ. Перестройка коллагенового каркаса происходит в течение 2-3 месяцев, что подтверждается картиной разглаживания кожи, уменьшения глубины морщин и размеров пор.
Особенности процедуры ФФ.
Поскольку при ФФ происходит коагуляция мягких тканей, процедура лечения может быть достаточно болезненной для пациента, поэтому используются различные способы анестезии. Необходимо отметить, что наиболее удобна и безопасна в применении поверхностная анестезия, с использованием анестетиков на безводной основе. Например, проведение процедуры ФФ лазером Fraxel, подразумевает нанесение 30% лидокаиновой безводной мази за 40-60 минут до начала лечения. В среднем за процедуру коагуляции подвергается в сумме около 20% кожи в зоне обработки. Реакцией кожи являются незначительный отек и эритема, которые сохраняются в течение 1-3 дней [15]. MENDS, поднимающиеся на поверхность кожи на 2-4 день придают коже бронзовый оттенок, в это же время начинается десквамация эпидермиса, которая продолжается 4-14 дней.
Так как размер МЛЗ при лечении лазером Fraxel составляет 70-250 мкм, размер образующихся чешуек достаточно мал и отшелушивание происходит относительно незаметно. В результате фракционного, но достаточно глубокого повреждения кожа существенно обезвоживается, поэтому в течение 2-х недель применяются различные программы увлажнения. Наибольший эстетический эффект от процедуры достигается через 2-3 месяца после лечения.
Клиническое применение ФФ.
Несмотря на то, что только в 2005 метод ФФ получил широкое распространение и применялся в начале для лечения фотостарения, в течение последующих двух лет метод приобрел огромную популярность и стал применяться для лечения глубоких форм гиперпигментации, рубцов, постакне и периорбитальных морщин. Уникальное сочетание эффективности и безопасности, возможность воздействовать на кожу любого типа и минимальный срок реабилитации делают процедуру ФФ всё более и более востребованной, однако следует понимать, что значимый результат приносит не одна, а серия процедур (обычно 4-5) с периодичностью в 2-4 недели.
Механизм лечения гиперпигментации методом ФФ заключается в том, что по ходу лазерного луча коагулируются все структуры, в том числе содержащие меланин, большая глубина микрозоны коагуляции позволяет разрушать пигмент, локализованный на базальной мембране эпидермиса и в дерме, поэтому ФФ эффективен и при глубоких формах гиперпигментации, таких как хлоазма и мелазма [16,17]. В среднем за одну процедуру вовлекается 20-30% кожи в зоне обработки, поэтому значительного осветления или полного выравнивания цвета кожи в участке гиперпигментации следует ожидать через 3-4 процедуры [18].
Коагуляция дермы до сетчатого слоя стимулирует обновление коллагеново-эластинового каркаса кожи, благодаря чему ФФ эффективен при лечении мелких морщин и увеличенных пор [7]. Неинвазивность метода, быстрое восстановление в зоне воздействия и отсутствие нагрева подлежащих тканей позволяют обрабатывать практически любые участки кожи [19]. Положительные результаты метод ФФ показывает при лечении рубцов различной этиологии и локализации [20,21,22,23]. Наблюдения показывают, что поверхность рубца существенно разглаживается через 4-5 процедур, причем у 75% пациентов положительная динамика наблюдается уже после первого сеанса лечения.
Выводы.
Принцип фракционного фототермолиза позволяет коагулировать микроучастки кожи и стимулировать процессы ремоделирования в эпидермисе и дерме. Фракционный способ формирования микрозон воздействия позволяет коагулировать кожу до сетчатого слоя дермы без риска образования рубцов. Эпидермис в месте повреждения полностью восстанавливается за 24 часа, некротические обломки частично эвакуируются на поверхность эпидермиса в виде микроэпидермальных некротических обломков, частично фагоцитируются макрофагами, мигрирующими в зону повреждения. На месте повреждения в дерме в течение 2-3 месяцев происходит ремоделирование коллагена, результатом чего является улучшение текстуры кожи, разглаживание морщин, уменьшение размеров пор. Обнадеживающие результаты получены в результате лечения ФФ атрофических постакне-рубцов и хирургических рубцов. Большинство лазерных систем ФФ излучают на длине волны 1550 нм, поэтому в процессе процедуры не повреждается роговой слой эпидермиса, что обеспечивает безопасность и минимальный риск нежелательных побочных эффектов. Процедура ФФ хорошо переносится пациентами и имеет минимальный срок реабилитации.
Из всех лазерных систем ФФ, представленных на рынке только лазер Fraxel (Reliant Technologies, Inc.) способен коагулировать кожу на глубину до 1,4 мм, создавая равномерную палитру из микрозон воздействия. При этом диаметр таких микрозон может настраиваться и составляет 70-250 мкм, что обеспечивает быстрое восстановление эпидермиса. Fraxel эффективен в лечении гиперпигментации, в том числе глубоких ее форм, фотостарения, рубцов любой этиологии и локализации, постакне, растяжек, морщин, в том числе в периорбитальной зоне.
Список литературы.
1. Anderson RR, Parrish JA. Selective photothermolysis: Precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation. Science 1983;220:524–527.
2. McKenzie AL. Physics of thermal processes in laser-tissue interaction. Phys Med Biol 1990;35:1175–1209.
3. Fitzpatrick RE, Goldman MP, Satur NM, Tope WD. Pulsed carbon dioxide laser resurfacing of photo-aged facial skin. Arch Dermatol 1996;132:395–402.
4. Hruza GJ, Dover JS. Laser skin resurfacing. Arch Dermatol 1996;132:451–455.
5. Bernstein L, Kauvar A, Grossman M, Geronemus R. The short and long term side effects of carbon dioxide laser resurfacing. Dermatol Surg 1997;23:519–525.
6. Khatri KA, Ross V, Grevelink JM, Magro CM, Anderson parison of erbium:YAG and carbon dioxide lasers in resurfacing of facial rhytides. Arch Dermatol 1999;135:391–397.
7. Manstein D, Herron GS, Sink RK, Tanner H, Anderson RR. Fractional photothermolysis: A new concept for cutaneous remodeling using microscopic patterns of thermal injury. Lasers Surg Med 2004;34:426–438.
8. Huzaira M., Anderson R. R., Sink K., Manstein D. Intradermal focusing of near-infrared optical pulses: A new approach for non-ablative laser therapy. Lasers Surg. Med., 2003; 15(Suppl): 66.
9. Khan MH, Sink RK, Manstein D, Eimeri D, Anderson RR. Interdermally focused infrared laser pulses: thermal effects at defined tissue depths. Lasers Surg Med. 2005; 36:270-280.
Bjerring P, Clement M, Heickendorff L, Egevist H, Kiernan M. Selective non-ablative wrinkle reduction by laser. J Cutan Laser Ther 2000;2:9–15.
10. Ross EV, Sajben FP, Hsia J, Barnette D, Miller CH, McKinlay JR. Nonablative skin remodeling: Selective dermal heating with a mid-infrared laser and contact cooling combination. Lasers Surg Med 2000;26:186–195.
11. Menaker GM, Wrone DA, Williams RM, Moy RL. Treatment of facial rhytides with a nonablative laser: A clinical and histologic study. Dermatol Surg 1999;25:440–444.
12. Laubach HJ, Tannous Z, Anderson RR, Manstein D. Skin responses to fractional photothermolysis. Laser Surg Med. 2006 Feb; 38(2):142-149
13. Hantash BM, Bedi V, Sudireddy V, Struck SK, Chan KF. Laser-induced transepidermal elimination of dermal content by fractional photothermolysis. Paper presented at: 36th Annual Meeting of the American Society for Dermatologic Surgery held in Atlanta, Georgia, on October 27-30, 2005.
14. Laubach HJ, Tannous Z, Anderson RR, Manstein D. A histological evaluation of the dermal effects after fractional photothermolysis treatment. Lasers Surg Med 2005; 26(suppl 17):86.
15. Fisher GH, Geronemus RG. Short-term side effects of fractional photothermolysis. Dermatol Surg. 2005; 31(Pt 2): .)
16. Rokhsar CK, Fitzpatrick R. The treatment of melasma with fractional photothermyolysis: A pilot study. Dermatol Surg. 2005;31:.
17. Tannous ZS, Astner S. Utilizing fractional resurfacing in the treatment of therapy-resistant melasma. J Cosmet Laser Ther. 2005;7:39-43.
18. Tannous Z, Laubach HJ, Anderson RR, Manstein D. Changes of epidermal pigment distribution after fractional resurfacing: a clinicopathologic correlation [abstract]. Lasers Surg Med. 2005;36(suppl 17):32.
19. Rokhsar CK, Tse Y, Lee S, Fitzpatrick R. The treatment of photodamage and facial rhytides with Fraxel® (fractional photothermolysis) [abstract]. Lasers Surg Med. 2005; 36(suppl 17):32.
20. Kim KH, Fisher GH, Bernstein LJ, Bangesh S, Skover G, Geronemus R. Treatment of acneiform scars with fractional photothermolysis [abstract]. Lasers Surg Med.2005; 36(suppl 17):31.,
21. Rokhsar CK, Rahman Z, Avram M, Fitzpatrick R. The treatment of acne and other scars. J Am Acad Dermatol. In press.
22. Rokhsar CK, Tse Y, Lee S, Fitzpatrick R. Fractional photothermolysis in the treatment of scars. Lasers Surg Med. 2005;36(suppl 17):30.
23. Fisher GH, Kim KH, Bangesh S, Bernstein LJ, Skover G, Geronemus RG. Treatment of surgical scars with fractional photothermolysis. Lasers Surg Med. 2005;36(suppl 17):81.
