HIFU – Intymne ultradźwięki
Ogniskowanie promieni słonecznych szkłem powiększającym i podpalanie w ten sposób kartki papieru jest eksperymentem, który w dzieciństwie wykonywało wielu z nas. Ta prosta zasada fizyczna znajduje zastosowanie również dla innych fal. Tak powstała technologia HIFU (High Intensity Focused Ultrasound – zogniskowane ultradźwięki o wysokim natężeniu). W HIFU zamiast promieni słonecznych dochodzi do zogniskowania fali ultradźwiękowej. Wydaje się, że technologia ta może stanowić alternatywę dla laserów laserów CO2 w ginekologii plastycznej.
Technologia HIFU, polega na przeniesieniu energii w formie fali ultradźwiekowej przez różne środowiska tkankowe, wywołując w miejscu będącym celem terapii dwa efekty: termiczny polegający na wzroście temperatury oraz mechaniczny tzw. kawitacji, czyli wytworzenia gazu i jego ruchu w obszarze fali, który generuje siły ściskająco-rozprężające. Siły te tworzą pęcherzyki gazu, które zaczynają oscylować i uszkadzają błony komórkowe. Dzięki skupianiu energii destrukcja tkanki ma miejsce tylko w planowanym określonym rejonie, a tkanki poza tym obszarem są oszczędzane. Znaczenie destrukcyjne dla tkanki ma także tworzenie wolnych rodników i wymuszanie apoptozy.
Do niedawna większość badań i zastosowań klinicznych HIFU koncentrowała się głównie na działaniu ablacyjnym na tkankę fali dźwiękowej o charakterze ciągłym (FUS – Fosuced Ultrasound Surgery), chociaż zakres możliwych zastosowań jest znacznie większy: wpływ na hemostazę, trombolizę i wiele innych.
1. Z punktu widzenia fizyki
Dźwięk definiowany jest jako zakłócenie energii mechanicznej, które rozprzestrzenia się w ośrodku sprężystym w formie fal. Fala dźwiękowa przenosi energię ze źródła do innego obszaru. Ultradźwięki są falą o częstotliwości niesłyszalnej dla ucha ludzkiego, przyjmuję się, że jest to powyżej 20 000 Hz. Natężenie dźwięku (SI – sonic intensity) informuje, ile energii przenosi fala akustyczna. Natężenie to średnia wartości strumienia energii akustycznej przepływającego w czasie jednej sekundy przez pole o powierzchni 1 m2. Ultradźwięki o wysokim natężeniu (HIFU) odpowiadają natężeniu dźwięku o mocy od 3 do 5 W/cm2.
Ten typ ultradźwięków przenosi ilość energii zdolną do wywołania denaturacji białek, a w konsekwencji martwicy tkanki. Dla kontrastu ultradźwięki o niskim natężeniu (0,125 – 3 W/cm2) wywołują w tkance efekt cieplny o nieablacyjnym charakterze i są stosowane w fizykoterapii, gdzie przyspieszają regenerację tkanki łącznej i mięśniowej po urazie.
2. Mechanizm działania w tkankach
Przetwornik urządzenia wytwarza ściśle zdefiniowaną, zogniskowaną falę energii dźwiękowej skierowaną w określony punkt w tkance. Zaabsorbowana energia wywołuje międzycząsteczkowe wibracje, a w następstwie podniesienie temperatury (60 – 63 stopnie Celcjusza) wystarczającej do denaturacji kolagenu. W wyniku tego dochodzi do powstania stref uszkodzenia termicznego w ściśle określonym obszarze tkanki (TIZ – Thermal Injury Zone albo TCP – Thermal Coagulation Point).
Co ciekawe, nieskupione „fragmenty” fali dźwiękowej wytwarzają wokół punku końcowego temperaturę niewystarczającą do denaturacji kolagenu, a tym samym ograniczają strefę termicznego uszkodzenia do szerokości 1 – 1,5 mm3. Modele matematyczne oraz badania na fantomach i zwłokach zgodnie przyznają, że wraz ze wzrostem energii dochodzi do pogłębienia penetracji w danym środowisku, przy jedynie minimalnej emisji obwodowej. Aż 95 proc. energii fali dźwiękowej dostarczana jest do zaplanowanego punktu (focal point).
W badaniach na skórze świńskiej wykazano, że w punkcie końcowym strefa uszkodzenia ma kształt litery V, a wraz ze wzrostem energii przybiera kształt cygara, co więcej, nawet przy energii dochodzącej do 8 J, nie dochodzi do termicznego uszkodzenia powierzchownych warstw skóry.
Każdy wystrzał wytwarza 25 mm liniowy obszar TIZ (strefy uszkodzenia termicznego), a ilość TIZ wynosi od 17 do 25 na linię w odstępach 1,1 do 1,5 mm w zależności od przetwornika. Równoległe liniowe obszary TIZ układają się co około 3 mm, tworząc podobny do kratki obszar strefy TIZ z leżącą w jej oczkach tkanką nie poddaną działaniu fali dźwiękowej. Ten model uszkodzenia jest podobny do modelu pracy laserów frakcyjnych. Podobnie jak lasery wywołuje w tkance nienaruszonej (oczkach kratki) pobudzenie fibroblastów, neokolagenogenezę oraz neoelastogenezę. Końcowym efektem klinicznym jest zwiększenie napięcia skóry i jej pogrubienie. W porównaniu jednak do lasera, poziom neokolagenogenezy i neoelastogenezy jest większy, a końcowy punkt ogniskowania fali ultradźwiękowej wynosi nawet do 4,5 mm. W przypadku lasera są to 2 mm.
W porównawczych badaniach histologicznych wycinków pobranych ze skóry policzka przed i po ekspozycji na HIFU wykazano zwiększenie o 23,7% ilości kolagenu, bardziej regularny układ włókien elastycznych (prostsze i bardziej równoległe) oraz pogrubienie skóry.
3. Kliniczne zastosowania HIFU
Pierwsze doniesienia o zastosowaniu technologii frakcyjnej HIFU w medycynie estetycznej pojawiły się w 2008 roku (White i wsp.), a technologia ta w 2009 została zaaprobowana przez FDA w celu podnoszenia opadającego łuku brwiowego. Zachęciło to producentów do dalszego rozwoju technologii i jej aplikacji w innych obszarach ciała. Obecnie technologia frakcyjna HIFU stosowana jest do odmładzania twarzy, konturowania ciała i liftingu pochwy, chociaż procedury te nie mają oficjalnych medycznych rejestracji i stosowane są off the label.
Ekstrapolując wyniki badań i efektów klinicznych technologii HIFU z dermatologii i medycyny estetycznej do ginekologii plastycznej można spodziewać się efektów lepszych niż przy laserach, szczególnie, jeżeli porównamy głębokość penetracji (laser CO2 do 2mm, a technologia HIFU do 4,5 mm).
Wydaje się, że stoimy przed kolejnym etapem w ginekologii plastycznej. Konieczne są dalsze badania, szczególnie w zakresie ginekologii i szczegółowego działania HIFU w Zespole Luźnej Pochwy i wysiłkowym nietrzymaniu moczu. W dostępnej bazie danych Pubmedu brak opracowań dotyczących tych zagadnień. W Polsce jest kilka urządzeń tego typu. W ginekologii technologia ta jest nowością i stosowana jest off the label, podobnie zresztą jak lasery.