Апаратні методи омолодження – як це працює?

Не можна не помітити зростаючий тренд популярності апаратних методів омолодження. Виробники пристроїв на основі енергії EBD (Energy Based Devices) обіцяють нам омолодження у вигляді ліфтингу шкіри, покращення її тургору та розгладжування зморшок. І якщо поглибитися в суть процесу взаємодії таких пристроїв з тканиною, то можна виявити, що в основі лежить нагрівання шкіри, що спричиняє (залежно від температури) різні процеси з різними наслідками.

Сполучна тканина

В основі зміни форми та щільності м’яких тканин обличчя лежать зміни сполучної тканини. Вона відграє допоміжну роль у всіх органах, становлячи 60-90% від їх маси, утворюючи опорний каркас (строму) і зовнішні покриви (дерму). Фасції, м’язові піхви, жир, дерма, зв’язки, сухожилля, кістки, хрящі, суглоби, суглобова сумка, сарколемма та перимизій м’язових волокон, позаклітинний матрикс і багато іншого – це все сполучна тканина.

Основні клітини сполучної тканини – фібробласти. У них здійснюється синтез колагену, еластину й інших компонентів міжклітинної речовини. Колаген становить від 25 до 33% білків усього тіла та до 70% білків дермального шару шкіри. Колаген та еластин у дермі формують тривимірну мережу, що забезпечує еластичність і пружність. Шкіра людини може значно змінювати довжину без ушкоджень завдяки характеру переплетення колагенових волокон, які самі мало розтяжні. Розташування колагенових пучків моделюється у вигляді ромбів, що робить можливим розтяг доти, поки пучки не переорієнтуються паралельно один одному.

У нормі колаген постійно синтезується клітинами сполучної тканини та руйнується (ферментативно), але інтенсивність його обміну відносно низька. При завершенні зростання організму процеси розпаду білків із зовнішніх і внутрішніх чинників починають перевищувати процеси їх синтезу. Так, синтез еластину знижується вже у віці 14 років, а колагену – у 21-25, після чого шкірні покриви вкрай повільно оновлюються і шкіра старіє. Час напіврозпаду еластину в дермі становить 75 років, колагену – 15 років. Тому колаген –  білок, що повільно обмінюється, його синтез являє собою складний ферментативний багатостадійний процес, який має бути забезпечений достатньою кількістю вітамінів і мінеральних елементів. Синтез відбувається в фібробластах, збирання волокон колагену – поза ними.

Молекула колагену є спіраллю із трьох ланцюгів – тропоколаген. Тропоколагени спонтанно прикріплюються один до одного, утворюючи в міжклітинній речовині більші структури – колагенові фібрили, а ті, своєю чергою, об’єднуються в колагенові волокна. 

Усередині тропоколагенів існує ковалентний зв’язок між ланцюгами, а також деяка непостійна кількість цих зв’язків між самими тропоколагеновими спіралями, що утворюють добре організовані структури (наприклад, фібрили). Більш товсті пучки фібрил формуються за допомогою білків інших класів, зокрема інші типи колагенів, глікопротеїни, протеоглікани, що використовуються для формування різних типів тканин.

Руйнування колагену

Деградація (руйнування) колагенових волокон у нормі проходить у кілька етапів. Спочатку спостерігається розщеплення молекул колагену під впливом неспецифічних та специфічних протеїназ. Специфічний фермент, що розщеплює колаген, – тканинна колагеназа, або матрична металопротеїназа (MMP), яку синтезують фібробласти й макрофаги. Вона «розрізає» відразу всі три пептидні ланцюги молекули колагену в одному місці. Активність ферментів залежить від співвідношення їх активаторів та інгібіторів. Дрібні фрагменти, що утворюються, далі руйнуються тканинними протеазами, желатиназами або фагоцитуються макрофагами і фіброкластами і в лізисомах «перетравлюються» до коротких пептидів і амінокислот. Амінокислоти й пептиди можуть зазнавати подальшого катаболізму, а можуть вивільнятися у позаклітинне середовище, де стають сигналом для активізації синтезу колагену. Підтримка фізіологічного балансу процесів синтезу та деградації колагену – найважливіша умова забезпечення структурної повноцінності й функціональної активності сполучної тканини, у тому числі дерми. У молодих людей обмін колагену відбувається інтенсивно, з віком (особливо в старості) помітно знижується, оскільки в людей похилого віку збільшується кількість поперечних зшивок, що ускладнює доступність колагену для дії колагенази.

Старіння шкіри – це переважно старіння колагену, а також вікові зміни клітин. Зниження рівня проліферативної активності фібробластів, їх рухливості, апоптоз з недостатнім, лише частковим відшкодуванням втрачених клітин, зниженням продукції колагену внаслідок зниження експресії ферментів, що беруть участь у біосинтетичних процесах. Одночасно з пригніченням анаболічних процесів посилюється катаболізм колагену. Спостерігається гіперекспресія низки протеолітичних ферментів, зокрема ММР, а продукція їх інгібіторів знижується. Це призводить до інтенсифікації протеолітичної деградації колагенових фібрил дерми. 

Колагенові волокна в шкірі відповідальні за забезпечення та підтримку механічного натягу, який, своєю чергою, керує функціями фібробластів, і навпаки. Клітини шкіри відчувають натяг (деформацію) у позаклітинному матриксі, спричинений механічною взаємодією з колагеном, і транслюють на цю інформацію адаптивні відповіді, такі як збільшення або зменшення продукції білка, за допомогою механізму зворотного зв’язку. Достатній механічний натяг або напруга відіграють ключову роль у підтримці збалансованої продукції білків колагену та протеаз фібробластами. Однак відсутність механічного натягу в старій шкірі спричиняє колапс фібробластних клітин, вони продукують менше колагену і більше протеаз, що призводить до подальшого зниження механічного натягу в шкірі. Іншими словами, утворюється порочне коло, що прискорює процес старіння шкіри.

Кількість пошкодженого колагену шкіри може досягати 30-40%. Саме елімінація накопиченого пошкодженого колагену та заміщення його новим є метою апаратних методів омолодження.

У деяких ситуаціях синтез колагену помітно зростає. Надлишковий синтез колагену та накопичення колагенових волокон відбувається внаслідок порушень у системі синтезу/деградації колагену. Такий дисбаланс призводить до фіброзу органу – розростання волокнистої сполучної тканини, а в деяких випадках – заміни пухкої волокнистої сполучної тканини на щільну (наприклад, при хронічному запаленні).

При репаративному (замісному) фіброзі переважає проліферація фібробластів, індукована запаленням, а наростання маси колагену є наслідком збільшення числа колагенпродукуючих клітин. Для фіброзної тканини характерно щільніше, але невпорядковане розташування колагенових волокон. При припиненні дії пошкоджувальних факторів і збереженні регуляторних систем фіброз може інволюціонувати, тобто бути оборотним. Надмірний синтез колагену, як, наприклад, при загоєнні ран, може призвести до розростання щільної сполучної тканини, її фіброзування або утворення рубцевої тканини. Фіброзування – це один з механізмів ущільнення шкіри, який широко використовується в апаратних методах «омолодження».

RF, HIFU та лазерні пристрої спричиняють термічне пошкодження тканини та волокон колагену. У термічно пошкодженій тканині внаслідок денатурації колагену зазвичай відбуваються такі процеси:

• каскад запальних реакцій з міграцією нейтрофілів та макрофагів у зону ушкодження. Вони займаються розщепленням денатурованого колагену;
• проліферація та міграція фібробластів (фіброплазія) з активним синтезом молодого колагену;
• моделювання тривимірної мережі волокон колагену з молекул тропоколагену. 

Регуляція зростання сполучної тканини відбувається на основі зворотного зв’язку між розпадом та синтезом колагену. Механізм авторегуляції має двоетапний характер. На першому етапі ранового процесу продукти руйнування колагену та клітин фагоцитуються макрофагами, які виділяють фактор зростання фібробластів, що посилює проліферацію фібробластів та синтез колагену. На другому етапі сформовані колагенові волокна, впливаючи на мембрани фібробластів, пригнічують біосинтез колагену та підсилюють їх колагеноліз, запобігаючи таким чином подальшому зростанню сполучної тканини. У регуляції цих процесів значну роль відіграє гуморальна та контактна міжклітинна й колаген-клітинна взаємодія. Таким чином, у запаленні виділяють три фази зміни сполучної тканини – інволюція, прогресуюче зростання і стабілізація.

Денатурація колагену

Коли колаген нагрівається, термолабільні внутрішньомолекулярні зв’язки руйнуються і білок переходить від високоорганізованої кристалічної структури до випадкового гелеподібного стану. Цей процес називається денатурація.

«Стиснення» колагену відбувається через сукупний ефект «розмотування» потрійної спіралі внаслідок руйнування термолабільних внутрішньомолекулярних поперечних зв’язків і залишкового натягу термостабільних міжмолекулярних поперечних зв’язків. Часткова денатурація колагену відбувається вже за температури 55°C, максимальний ефект денатурації настає за 60-65°C. Поведінка сполучної тканини в результаті нагрівання (і ступінь її усадки) залежить від декількох факторів, зокрема максимальної досягнутої температури і часу впливу. Теплові властивості тканини також можуть змінюватись залежно від її виду, віку пацієнта, pH та концентрації електроліту в міжклітинному просторі, концентрації й орієнтації волокон колагену та рівня гідратації тканини. 

Також було показано, що старіння колагену призводить до більш високого порога температури денатурації, ймовірно, через вікове співвідношення термостійких і термолабільних поперечних ковалентних зв’язків. Крім того, поріг температури денатурації підвищує зневоднення тканин. Помірне та відносно короткострокове збільшення температури призводить до локальних змін у внутрішньомолекулярній структурі молекул колагену. Вони, однак, регенерують через деякий час після процедури (зворотні зміни) завдяки білкам теплового шоку.

Білки теплового шоку (HSP – Heat shock proteins) активно синтезуються за шкірних температур між 43-50ºC, їхнє завдання – відновлювати оборотно пошкоджені волокна колагену. Термічний біль при тривалому та об’ємному нагріванні виникає за температури від 43 до 45°C, тому клінічні результати за таких низьких температур мають бути пов’язані з процесами збільшення синтезу HSP та гіалуронану. За температури нижче ніж 50ºC денатурація колагену невиражена й експресія HSP домінує над денатурацією колагену. Тим не менш, вище за цю температуру процес денатурації відбувається занадто активно, щоб відновлюватися за допомогою HSP, тому колаген руйнується швидше.

За температур вище ніж 55ºC у молекулах колагену виникають незворотні структурні зміни, внаслідок чого вони не можуть спонтанно відновитися. Такі денатуровані колагенові структури можуть бути еліміновані лише за допомогою лізису. Важливо зазначити, що ступінь пошкодження тканини лінійно залежить від часу, але експоненційно – від температури (яка прямо пропорційна поглиненій енергії). Більш виражені результати досягаються за вищих температур. Наприклад, збільшення обсягу колагену за 75ºC було майже втричі більшим, ніж за 65ºC, оскільки невелике підвищення температури призводить до експоненційного збільшення денатурації тканини і, отже, до зростання неоколагенезу з часом. Тому кількість пошкодження колагену дуже залежить від досягнутої температури під час обробки. 

Висновок

Будь-який з методів нагрівання шкіри спричиняє низку реакцій, у тому числі експресію HSP та денатурацію колагену. Ці процеси запускаються за різних температур і призводять до різних результатів. Швидкість денатурації колагену експонентно залежить від температури. Для низьких температур вона повільна, й експресія HSP домінує. При підвищенні температури швидкість денатурації стає надто високою для процесів HSP, щоб відновити пошкодження, і процес розпаду колагену домінує. Проте відмінні клінічні результати досягаються при використанні обох процесів.

---

Стаття вперше була опублікована в Les Nouvelles Esthetiques Україна, №6 (130), 2021