Механизм действия радиочастотного лифтинга на биологические ткани

В настоящее время одной из востребованных аппаратных методик является радиочастотный лифтинг (RF), или термаж, в основе которого лежит воздействие электромагнитных волн радиочастотного диапазона на биологические ткани.

Однако, несмотря на популярность процедуры, механизм этого процесса до конца не изучен. Представленные в настоящей работе данные, опирающиеся на клинические исследования, не только раскрывают особенности действия электромагнитного излучения на кожу, но и обосновывают выбор его оптимальных параметров при проведении процедур RF-лифтинга.

Les nouvelles esthetiques, 3/2013

Елена Дарбанова
Директор ООО «Формула красоты – Диона»

Les nouvelles esthetiques, 3/2013

Процедура RF-лифтинга представляет собой воздействие на кожу токами высокой частоты (1–10 МГц) и мощностью от 30 до 50 Вт, которые, проходя через ткани, вызывают их нагрев до 60-70 С. Это ведет к изменениям в структуре коллагена: его волокна увеличиваются в размере, кроме того, теряется четкая граница между ними.

Последствия воздействия высокой температуры при использовании RF-аппаратов в клинической практике вызывали определенные опасения у врачей-косметологов, поскольку при нагреве тканей до 60°С происходит денатурация протеинов и их коагуляция с последующим некрозом. Учитывая мнения специалистов, некоторые производители изменили параметры электромагнитного излучения в выпускаемых приборах — уменьшили частоту до 1 МГц, а мощность тока — с 50 до 30 Вт. Это позволило снизить температуру воздействия до критической отметки в 45° С, при которой коллаген сохраняет стабильное состояние. Однако такая корректировка параметров понижала эффективность RF-воздействия и, следовательно, эстетический результат.

ОСЦИЛЛЯТОРНЫЙ ЭФФЕКТ

Известно, что токи высокой частоты наряду с тепловым эффектом могут давать нетепловой, или специфический эффект, называемый также осцилляторным, или экстратермическим. При этом в организме происходит ряд изменений, вызванных действием переменного электромагнитного поля высокой, сверхвысокой или ультравысокой частоты, не связанных непосредственно с действием тепла, образующегося при этом в тканях. Механизм этого явления заключается в следующем. Высокочастотное электромагнитное излучение способно взаимодействовать с заряженными частицами биологических тканей, к числу которых относятся ионы, белки, низкомолекулярные метаболиты, полярные «головки» фосфолипидов, нуклеиновые кислоты. При этом электромагнитные поля как бы «раскачивают» молекулы и подают энергию порциями, т.е. вводят молекулы в состояние резонанса. Под воздействием высокочастотных полей происходят колебания и «соударения» свободных носителей тока, которыми в живых тканях являются ионы. Этот эффект и лежит в основе тока проводимости. Молекула сама по себе может быть нейтральной, но при этом на ее концах формируются разноименные заряды. Такая молекула, именуемая диполем, будет поворачиваться в переменном поле. При высокочастотном радиоволновом воздействии происходит преобразование электрической энергии в тепловую за счет осциляторного эффекта, который принципиально отличается от такового, возникающего под влиянием инфракрасного излучения. На это обстоятельство обратил внимание около полувека назад отечественный ученый, доктор физико-математических наук А.С.Пресман, посвятивший ряд исследований воздействию высокочастотных токов на живые организмы. Он показал, что при инфракрасном облучении нагрев тканей происходит за счет увеличения кинетической энергии беспорядочного движения молекул, а при микроволновом — упорядоченного когерентного колебания ионов и молекул воды с частотой микроволн.

Поскольку в биологических структурах большую роль играют мембраны с поверхностными ориентированными слоями гидратированных белковых молекул, то существенное различие биологических эффектов при этих двух процессах становится очевидным: при одинаковом нагреве живых тканей инфракрасными лучами и микроволновым излучением биологические эффекты отмечаются только в последнем случае.

Понимание биофизических закономерностей воздействия переменных токов радиочастотного диапазона на ткани позволит вплотную приблизиться к пониманию сути самого метода и конкретизировать не только технику его применения, но и определить золотой стандарт параметров действия для радиочастотных аппаратов.

КОЛЛАГЕН

Как уже было сказано, радиочастотные токи воздействуют в основном на дерму, состоящую из клеток и матрикса. Последний содержит 60–70% воды, которая связана белками плотной соединительной ткани (коллагеном, эластином и др.), т.е. волокнистыми компонентами дермы, остальная же часть внеклеточной воды связана с мукополисахаридами и плазменными белками (аморфный компонент дермы). Известно, что молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. При электромагнитном воздействии молекулы воды будут совершать колебательные движения в сторону притяжения и, скрепляя тем самым водородные связи, образовывать упорядоченную гексоганальную структуру, в вершинах которой находятся гидроксильные группы (ОН-).

Другим объектом воздействия токов высокой частоты на живые организмы являются белковые молекулы — транспортные белки и ферменты, определяющие биохимические процессы, и биомакромолекулы, встроенные в клеточные мембраны. Электромагнитное излучение сдвигает динамическое равновесие этих структур, что приводит к изменению их функционального состояния. Коллаген, являясь гидратированным белком, обладает электрическими и пьезоэлектрическими свойствами, поэтому его структура и, следовательно, ее изменения могут быть связаны с электромагнитным излучением.

Установлено, что вода играет значительную роль в механизме «самосборки» молекул коллагена, образовании его фибрилл, биохимической активности и функционирования коллагена во внеклеточном пространстве. Существование упорядоченной сети молекул воды, соединенных водородными связями на поверхности белковой фибриллярной матрицы коллагена, особенно важно, так как считается, что она может поддерживать быстрое проведение протонов вдоль цепочки водородных связей, обеспечивая прохождение токов вдоль коллагеновых волокон и генерацию электрических полей.

Основной структурной единицей коллагена являются стержнеобразные макромолекулы в форме тройной спирали из трех неидентичных цепочек, содержащих 1040 аминокислотных остатков каждая. Молекулярная масса таких макромолекул (тропоколлагена) составляет 300 000 кДа, ее длина — 280 нм, диаметр — 1,4 нм.

Часть воды формирует гидратную оболочку коллагена (гидратная, или связанная вода), другая образует «свободную» воду, большая часть которой располагается в «цистернах» между четырьмя соседними субъячейками кристаллической решетки. Между гидратной и «свободной» водой существует динамическое равновесие, благодаря чему вода, связанная с коллагеном, попадает в лимфу и кровь.

Рис. 1. Механизм перехода белков из функционально пассивного в функционально активное состояние (Д.С. Медведев)

Рис. 1. Механизм перехода белков из функционально пассивного в функционально активное состояние (Д.С. Медведев)

Принципиальным для запуска биологического эффекта электромагнитных волн является критическая гидратация белков, при которой белки из функционально пассивного переходят в функционально активное состояние (рис. 1).

Очевидно, что изменения в коже человека, происходящие под воздействием электромагнитного излучения, связаны именно с осцилляторным эффектом, генерирующим последующие биохимические процессы, исходной точкой которых можно считать RF-действие на «свободную» воду. При этом в результате внутримолекулярных взаимодействий происходит активизация гидратной воды, что, в свою очередь, вызывает конформационные изменения в молекулах коллагена, который становится еще более гидратированным. Все эти молекулярные процессы приводят к усилению метаболизма в клетках кожи, в том числе фибробластах.

Хорошо известно, что при старении кожи происходит изменение физико-химических свойств коллагена — снижение содержания растворимых фракций, увеличение числа и прочности интра- и интермолекулярных поперечных связей, уменьшение эластичности и способности к набуханию. Снижается растворимость молекул коллагена, изменяются его механические качества, исчезает упорядоченность ориентации коллагеновых волокон, характерная для молодой кожи.

В работах А.С.Пресмана показано, что при воздействии микроволн определенных частот на примитивные биологические организмы возникает упорядоченность движения клеток по силовым полям, причем это действие зависит от частоты электромагнитного излучения и вида организма. Не исключено, что такая реакция связана с воздействием высокочастотного электрического поля (5–7 МГц) на воду в гидратных оболочках белков. Возможно, что подобный ориентационный эффект играет определенную роль в выстраивании молекул коллагена под воздействием частот в 5–7 МГц, поскольку на гистологических препаратах отмечается более высокая упорядоченность волокон коллагена сразу после RF-излучения. Эти процессы активизируют метаболические реакции клеток, в том числе и фибробластов, что и ведет к запуску механизма неоколлагеногенеза.

Из сказанного следует, что, применяя RF-воздействие с такими исходными параметрами, как частота 6 МГц и мощность 50 Вт, можно получить эффект омоложения, лифтинга и восстановление структуры возрастной кожи.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель: изучение влияния RF-излучения мощностью 50 Вт и частотой 6 МГц на структуризацию коллагена.

Материалы и методы

Фото 1. Аппарат для проведения RF-лифтинга

Фото 1. Аппарат для проведения RF-лифтинга

Был использован аппарат Toplaser RF Esthetics Device RFV1 (производитель Beijing Toplaser Technology Co. Ltd., Китай) (фото 1).

Под наблюдением находились 10 женщин-добровольцев в возрасте от 35 до 57 лет, подписавших добровольное информированное согласие на участие в исследовании.

При этом RF-лифтинг применялся по следующим показаниям:

  • птоз нижней трети лица (нарушение овала лица);
  • избыток мягких тканей в субментальной области;
  • дряблая атоничная кожа;
  • морщины периорбитальной зоны («гусиные лапки»);
  • выраженные носогубные складки;
  • морщины и дряблость кожи шеи.

Использовались следующие параметры RF-воздействия:

  • биполярный режим,
  • частота радиоволн — 6 МГц,
  • продолжительность процедуры — 20 минут.
Фото 2. Визуализатор-топограф оптико-когерентный

Фото 2. Визуализатор-топограф оптикокогерентный

Область воздействия — лицо, перед процедурой на кожу наносился токопроводящий гель или масло.

Выполнялась дистанционная электронная термометрия области воздействия. Также учитывалась субъективная оценка пациентами тепловых ощущений.

Оценка состояния кожи проводилась до и после процедуры методом оптической когерентной томографии (ОКТ) на аппарате ВОК (ВОК — визуализатор-топограф оптикокогерентный компьютеризированный, ИПФ РАН, Россия) (фото 2 ).

Результаты

Пациентка А., 52 года. а – до процедуры, б – после выполнения одной процедуры RF-лифтинга.

Фото 3. Пациентка А., 52 года.
Показания к проведению RF-лифтинга:
атоничная кожа лица и шеи, гравитационный птоз, выраженные носогубные складки
а – до процедуры,
б – после выполнения одной процедуры RF-лифтинга.

Во время процедуры ощущение тепла было отмечено пациентами только в случаях нанесения на кожу перед аппаратным воздействием геля, при использовании масла такой эффект отсутствовал. Температура поверхности кожи при этом колебалась в пределах 35,5—36,70°С (масло) и 36,5—37,6°С (гель).

У исследуемых, в частности пациентки, представленной на фотографиях, после процедуры отчетливо наблюдался лифтинговый эффект (фото 3), выражающийся в уплотнении кожи, формировании более четкого контура лица, уменьшении носогубных складок и глубоких морщин, уменьшении провисания кожной складки и усиления контурирования нижней части лица (фото 4).

Была выявлена четкая связь клинических результатов с изменениями, полученными при ОКТ-исследовании:

  • высота и граница оптических слоев дермы и эпидермиса практически не изменились;
  • отмечается усиление структуризации и увеличение яркости оптической палитры дермального слоя, особенно отчетливо заметное в поляризованном изображении;
  • глубина полезного сигнала незначительно уменьшилась;
  • изменений в эпидермисе не отмечается (фото 5).
Фото 4. Пациентка А., 52 года.  Показания к проведению RF-лифтинга: морщины и дряблость кожи шеи а – до процедуры, б – после выполнения одной процедуры RF-лифтинга.

Фото 4. Пациентка А., 52 года.
Показания к проведению RF-лифтинга:
морщины и дряблость кожи шеи
а – до процедуры,
б – после выполнения одной процедуры RF-лифтинга.

Фото 5. Результаты оптической когерентной томографии у пациентки А., 52 года: а – до процедуры, б – после проведения одной процедуры RF с использованием геля.

Фото 5. Результаты оптической когерентной томографии у пациентки А., 52 года:
а – до процедуры,
б – после проведения одной процедуры RF с использованием геля.

Поскольку более упорядоченные волокнистые структуры сильнее поляризуют отраженный световой сигнал, можно сделать вывод, что под влиянием электромагнитного излучения происходит гидратация волокон коллагена. Благодаря осцилляторному эффекту RF-излучения происходит уплотнение дермы и, как следствие, выраженный лифтинговый эффект после первой же процедуры (первичный эффект).

При проведении курса, состоящего из 7 процедур, вышеуказанные изменения в дерме становятся перманентными и приобретают еще более выраженный характер за счет упорядочивания третичной структуры коллагена и выстраивания его по силовым полям в спираль, что вызывает усиление метаболизма клеток.

Фото 6. Пациентка Б., 57 лет. Показания к проведению RF-лифтинга: атоничная кожа лица и шеи, гравитационный птоз, выраженные носогубные складки, глубокие морщины в области лба и периорбитальной области. а – до процедуры, б – после проведения курса RF-лифтинга, включающего 7 процедур.

Фото 6. Пациентка Б., 57 лет. Показания к проведению RF-лифтинга: атоничная кожа лица и шеи, гравитационный птоз, выраженные носогубные складки, глубокие морщины в области лба и периорбитальной области.
а – до процедуры, б – после проведения курса RF-лифтинга, включающего 7 процедур.

Фото 7. Результаты оптической когерентной томографии у пациентки Б., 57 лет: а – до процедуры,  б – после проведения 7 процедур RF-лифтинга.

Фото 7. Результаты оптической когерентной томографии у пациентки Б., 57 лет:
а – до процедуры,
б – после проведения 7 процедур RF-лифтинга.

Так, у пациентки Б., прошедшей полный курс RF-лифтинга, включающий 7 процедур, отмечено стойкое выраженное подтягивание кожи в области шеи, подбородка, значительное уменьшение носогубных складок и разглаживание крупных морщин (фото. 6). Также видно отчетливое изменение контура лица, явно выражен липомоделирующий эффект в области щек, заметно изменен рельеф опущенных тканей подбородочной области лица.

При проведении ОКТ после курса процедур выявлено более выраженное свечение и структуризация дермального слоя, чем при выполнении одной процедуры (фото 7).

Долгое время считалось, что эффект RF-процедур реализуется исключительно за счет дермального отека, возникающего под воздействием тепла. Для того что-бы убедиться в этом, нами было проведено ОКТ-исследование изменений кожи при развитии отека под воздействием инфракрасного излучения (фото 8).

Результаты оптической когерентной томографии кожи под воздействием инфракрасного излучения.

Фото 8. Результаты оптической когерентной томографии кожи у пациентки С., 46 лет, при развитии отека под воздействием инфракрасного излучения:
а – до процедуры,
б – после воздействия УФО (на аппарате BBL Sciton).

Сравнение ОКТ-картины после теплового и RF воздействия.

Фото 9. Результаты оптической когерентной томографии кожи после воздействия:
а – инфракрасного излучения,
б – RF-лифтинга

После воздействия УФО отмечается снижение яркости свечения, уменьшаются оптические поляризующие свойства дермы, что свидетельствует об отсутствии эффекта структуризации волокон коллагена при отеке. При сравнении результатов ОКТ кожи после RF-воздействия (6 МГц, 50 Вт) и инфракрасного излучения четко определяется, что усиление свечения, а, следовательно, структуризация коллагена произошла только в первом случае (фото 9).

Результаты исследования показали, что при RF- воздействии реализуется нетепловой (осцилляторный) эффект, запускающий биохимические изменения в тканях и являющийся основным фактором, определяющим высокую эффективность процедуры. Таким образом, при проведении RF-процедуры не следует добиваться нагрева тканей; наоборот, нужно его минимизировать, поскольку это позволяет достичь наиболее выраженного эстетического эффекта, снизить травматичность процедуры и увеличить ее комфортность для пациента.

Дополнительное изучение состояния кожи при RF-воздействии (6 МГц и 50 Вт) было проведено в Испытательном лабораторном центре ЦКБ РАН при участии 12 человек в возрасте от 45 до 57 лет. Для определения показателей кожи использовались методы эластометрии и ОКТ-графии. Температура поверхности кожи во время процедуры измерялась дистанционным электронным термометром и колебалась в пределах 36,8 −38,0°С. Наблюдения за пациентами велись с частотой один раз в 2 недели после проведения процедур, тестирование показателей кожи выполнялось до и через 2 месяца после первой процедуры.

В результате анализа полученных клинико-экспериментальных данных и инструментальных объективных лабораторных исследований было сделано следующее экспертное заключение:

  • метод хорошо переносится пациентами, не оказывает побочного действия, имеет высокую субъективную оценку с их стороны;
  • по данным оптической когерентной томографии кожи, эффект лифтинга возникает непосредственно после процедуры за счет структуризации коллагена дермы и носит объективный характер, что фиксируется инструментальными методами обследования;
  • показатель эластометрии кожи повышался на 27% через 2 месяца после начала процедур, что также может косвенно свидетельствовать о выраженном лифтинговом эффекте.

Выводы

Под воздействием электромагнитных полей на коллаген отмечаются следующие процессы:

  • активизация молекул свободной воды, окружающей коллагеновые волокна;
  • увеличение гидратации коллагена и упорядоченности его волокон;
  • конформационные изменения молекул коллагена, активизация гидратной воды;
  • ориентация структурированных коллагеновых волокон в соответствии с силовыми линиями электромагнитного поля;
  • радиоволны с частотой 5–7 МГц при воздействии на ткани вызывают нетепловой, осцилляторный эффект, инициирующий определенные биохимические изменения на клеточном и тканевом уровне;
  • вода в межклеточном пространстве является первичной мишенью для электромагнитного волн. Под их воздействием «свободная» вода активизирует связанную, что приводит к гидратации коллагеновых волокон. Молекулы связанной воды, распределяясь внутри и вокруг коллагеновых спиралей, выполняют функцию водно-мостиковой поддержки его структуры;
  • под влиянием RF-излучения коллаген, выстраиваясь по силовым полям, образует, вероятно, трехспиральную структуру.

Представленные данные объясняют механизмы RF-воздействия на биоткани, что позволяет точно определить параметры RF-излучения, обеспечивающие эффективность и безопасность процедуры, методику ее выполнения. Так, входная мощность аппарата должна быть не менее 50 Вт, а частота — в диапазоне 5–7 МГц. Более высокий уровень частоты применять небезопасно, так как поляризационная релаксация происходит при частоте до 10 МГц, а при ее повышении отмечается резонансное воздействие на биоткани. При меньших значениях параметров вышеописанные эффекты недостижимы.

Таким образом, запуск биохимических процессов в коже человека, приводящих к формированию выраженного эстетического эффекта, возможен только на аппаратах, имеющих параметры: мощность электромагнитного излучения 50 Вт, частота 6 МГц.

Рекомендуемая литература

  1. Аравийская Е.Р. «Возрастные изменения в дерме: новые сведения и пути коррекции с помощью средств для ежедневного ухода». «Российский медицинский журнал», 2008, № 8, стр.38–41.
  2. Бурджанадзе Т.В. «Термодинамическое обоснование водно-мостиковой структуры коллагена». «Биофизика», 1992, т.37, № 2, стр.231—237.
  3. Габуда С.П., Гайдаш А.А., Дребущак В.А., Козлова С.Г. «Физические свойства и структура связанной воды в фибриллярных белках коллагенового типа по данным сканирующей калориметрии». Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, 2005, т.82, вып.9, стр. 693–696.
  4. Минкин Е.В. «Влияние предварительной обработки коллагена на его растворение». Диссертация кандидата технических наук, М., МТИЛП, 1964 г.
  5. Медведев Д.С. «Популярно о квантовой медицине». «Механизмы и эффекты лечебного воздействия электромагнитных волн крайне высокой частоты на организм человека». http://mmwave.ru
  6. Неробеев А.И., Аликова А.С. «К вопросу об актуальности и перспективности применения высокочастотных токов радиоволнового диапазона в эстетической медицине». «Вестник эстетической медицины», М., 2010, т.9, № 4, стр.75—80.
  7. Пельмутер В.М., Чупринова Е.М., Ча В.А. «Влияние электромагнитного излучения на биологические объекты различного уровня организмов». Томский политехнический университет, 2007 г.
  8. Пресман А.С. «Действие микроволн на живые организмы и биологические структуры». «Успехи физических наук», 1965, т. 86, вып. 2, стр. 263–302.
  9. Экспертное заключение по результатам клинических испытаний эффективности применения аппарата Toplaser RF Esthetics Device RFV1 Испытательного лабораторного центра ЦКБ РАН № 10135/591 от 27 сентября 2012 г.
  10. Zelickson BD, Kist D, Bernstein E, Brown DB, Ksenzenko S, Burns J, Kil mer S, Mehregan D, Pope K. Histological and ultrastructural evaluation of the effects of a radiofrequency-based nonablative dermal remodeling device: a pilot study. Arch Dermatol, 2004 Feb.,140(2), 204–9.