Аппаратные методы омоложения – как это работает?

Нельзя не заметить растущий тренд популярности аппаратных методов омоложения. Производители устройств на основе энергии EBD (Energy Based Devices) обещают нам омоложение в виде лифтинга кожи, улучшение ее тургора и разглаживание морщин. И если вникнуть в суть процесса взаимодействия таких устройств с тканью, то можно обнаружить, что в основе лежит нагревание кожи, которое вызывает (в зависимости от температуры) различные процессы с различными последствиями. 

Соединительная ткань

В основе изменения формы и плотности мягких тканей лица лежат изменения соединительной ткани. Она играет вспомогательную роль во всех органах, составляя 60-90 % от их массы, образуя опорный каркас (строму) и наружные покровы (дерму). Фасции, мышечные влагалища, жир, дерма, связки, сухожилия, кости, хрящи, суставы, суставная сумка, сарколемма и перимизий мышечных волокон, внеклеточный матрикс и многое другое — это все соединительная ткань. 

Основные клетки соединительной ткани – фибробласты. В них осуществляется синтез коллагена, эластина и других компонентов межклеточного вещества.  Коллаген составляет от 25 до 33 % белков всего тела и до 70 % белков дермального слоя кожи. Коллаген и эластин в дерме формируют трехмерную сеть, обеспечивающую эластичность и упругость. Кожа человека может значительно изменять длину без каких-либо повреждений благодаря характеру переплетения коллагеновых волокон, которые сами мало растяжимы. Расположение коллагеновых пучков моделируется в виде ромбов, что делает возможным растяжение до тех пор, пока пучки не переориентируются параллельно друг другу.

В норме коллаген постоянно синтезируется клетками соединительной ткани и разрушается (ферментативно), но интенсивность его обмена относительно низкая.  При завершении роста организма процессы распада белков в силу внешних и внутренних факторов начинают превышать процессы их синтеза. Так, синтез эластина снижается уже в возрасте 14 лет, а коллагена – в 21-25, после чего кожные покровы крайне медленно обновляются, и кожа стареет. Время полураспада эластина в дерме составляет 75 лет, коллагена – 15 лет. Поэтому коллаген – медленно обменивающийся белок, его синтез представляет собой сложный ферментативный многостадийный процесс, который должен быть обеспечен достаточным количеством витаминов и минеральных элементов. Синтез протекает в фибробластах, сборка волокон коллагена – вне их. 

Молекула коллагена представляет собой спираль из трех цепей – тропоколлаген. Тропоколлагены спонтанно прикрепляются друг к другу, образуя в межклеточном веществе более крупные структуры – коллагеновые фибриллы, а те, в свою очередь, объединяются в коллагеновые волокна. 

Внутри тропоколлагенов существует ковалентная связь между цепями, а также некоторое непостоянное количество данных связей между самими тропоколлагеновыми спиралями, образующими хорошо организованные структуры (например, фибриллы). Более толстые пучки фибрилл формируются с помощью белков других классов, включая другие типы коллагенов, гликопротеины, протеогликаны, использующиеся для формирования различных типов тканей.

Разрушение коллагена

Деградация (разрушение) коллагеновых волокон в норме проходит в несколько этапов. Сначала наблюдается расщепление молекул коллагена под воздействием неспецифических и специфических протеиназ. Специфический фермент, расщепляющий коллаген, – тканевая коллагеназа, или матричная металлопротеиназа (MMP), которую синтезируют фибробласты и макрофаги. Она «разрезает» сразу все три пептидные цепи молекулы коллагена в одном месте. Активность ферментов зависит от соотношения их активаторов и ингибиторов. Образующиеся мелкие фрагменты далее разрушаются тканевыми протеазами, желатиназами или фагоцитируются макрофагами и фиброкластами и в лизисомах «перевариваются» до коротких пептидов и аминокислот. Аминокислоты и пептиды могут подвергаться дальнейшему катаболизму, а могут высвобождаться во внеклеточную среду, где становятся сигналом для активизации синтеза коллагена. Поддержание физиологического баланса процессов синтеза и деградации коллагена – важнейшее условие обеспечения структурной полноценности и функциональной активности соединительной ткани, в том числе дермы. У молодых людей обмен коллагена протекает интенсивно, с возрастом (особенно в старости) заметно снижается, так как у пожилых людей увеличивается количество поперечных сшивок, что затрудняет доступность коллагена для действия коллагеназы.

Старение кожи – это в основном старение коллагена, а также возрастные изменения клеток. Снижение уровня пролиферативной активности фибробластов, их подвижности, апоптоз с недостаточным, лишь частичным возмещением утраченных клеток, снижением продукции коллагена в результате понижения экспрессии ферментов, участвующих в биосинтетических процессах. Одновременно с угнетением анаболических процессов усиливается катаболизм коллагена. Наблюдается гиперэкспрессия ряда протеолитических ферментов, включая ММP, а продукция их ингибиторов снижается. Это приводит к интенсификации протеолитической деградации коллагеновых фибрилл дермы. 

Коллагеновые волокна в коже ответственны за обеспечение и поддержание механического натяжения, которое, в свою очередь, управляет функциями фибробластов, и наоборот. Клетки кожи ощущают натяжение (деформацию) во внеклеточном матриксе, вызванное механическим взаимодействием с коллагеном, и транслируют эту информацию в адаптивные ответы, такие как увеличение или уменьшение продукции белка, посредством механизма обратной связи. Достаточное механическое натяжение или напряжение играет ключевую роль в поддержании сбалансированной продукции белков коллагена и протеаз фибробластами. Однако отсутствие механического натяжения в постаревшей коже вызывает коллапс фибробластных клеток, они продуцируют меньше коллагена и больше протеаз, что ведет к дальнейшему снижению механического натяжения в коже. Другими словами, образуется порочный круг, ускоряющий процесс старения кожи.

Количество поврежденного коллагена кожи может достигать 30-40 %. Именно элиминация накопленного поврежденного коллагена и замещение его новым является целью аппаратных методов омоложения.

В некоторых ситуациях синтез коллагена заметно увеличивается. Избыточный синтез коллагена и накопление коллагеновых волокон происходит в результате нарушений в системе синтеза/деградации коллагена. Такой дисбаланс приводит к фиброзу органа — разрастанию волокнистой соединительной ткани, а в некоторых случаях — к замене рыхлой волокнистой соединительной ткани на плотную (например, при хроническом воспалении). 

При репаративном (заместительном) фиброзе преобладает пролиферация фибробластов, индуцированная воспалением, а нарастание массы коллагена является следствием увеличения числа коллагенпродуцирующих клеток. Для фиброзной ткани характерно более плотное, но неупорядоченное расположение коллагеновых волокон. При прекращении действия повреждающих факторов и сохранении регуляторных систем фиброз может инволюционировать, то есть быть обратимым. Избыточный синтез коллагена, как, например, при заживлении ран, может привести к разрастанию плотной соединительной ткани, ее фиброзированию либо к образованию рубцовой ткани. Фиброзирование – это один из механизмов «уплотнения» кожи, который широко используется в аппаратных методах «омоложения». 

RF, HIFU и лазерные устройства вызывают термическое повреждение ткани и волокон коллагена. В термически поврежденной ткани в результате денатурации коллагена обычно происходят следующие процессы:

• каскад воспалительных реакцией с миграцией нейтрофилов и макрофагов в зону повреждения. Они занимаются расщеплением денатурированного коллагена;    
• пролиферация и миграция фибробластов (фиброплазия) с активным синтезом молодого коллагена;
• моделирование трехмерной сети волокон коллагена из молекул тропоколлагена. 

Регуляция роста соединительной ткани происходит на основе обратной связи между распадом и синтезом коллагена. Механизм ауторегуляции имеет двухэтапный характер. На первом этапе раневого процесса продукты разрушения коллагена и клеток фагоцитируются макрофагами, которые выделяют фактор роста фибробластов, усиливающий пролиферацию фибробластов и синтез коллагена. На втором этапе сформированные коллагеновые волокна, воздействуя на мембраны фибробластов, угнетают биосинтез коллагена и усиливают их коллагенолиз, предотвращая таким образом дальнейший рост соединительной ткани. В регуляции данных процессов значительную роль играет гуморальное и контактное межклеточное и коллаген-клеточное взаимодействия. Таким образом, в воспалении выделяют три фазы изменения соединительной ткани – инволюция, прогрессирующий рост и стабилизация.

Денатурация коллагена  

Когда коллаген нагревается, термолабильные внутримолекулярные связи разрушаются и белок претерпевает переход от высокоорганизованной кристаллической структуры к случайному гелеобразному состоянию. Данный процесс называется денатурация.

«Сжатие» коллагена происходит через совокупный эффект «разматывания» тройной спирали вследствие разрушения термолабильных внутримолекулярных поперечных связей и остаточного натяжения термостабильных межмолекулярных поперечных связей. Частичная денатурация коллагена происходит уже при температуре 55 °C, максимальный эффект денатурации наступает при 60-65 °C. Поведение соединительной ткани в результате нагрева (и степень ее «усадки») зависит от нескольких факторов, включающих максимальную достигнутую температуру и время воздействия. Тепловые свойства ткани также могут варьироваться в зависимости от ее вида, возраста пациента, pH и концентрации электролита в межклеточном пространстве, концентрации и ориентации волокон коллагена и уровня гидратации ткани. 

Также было показано, что старение коллагена приводит к более высокому порогу температуры денатурации, вероятно, из-за возрастного соотношения термостойких и термолабильных поперечных ковалентных связей. Кроме того, порог температуры денатурации повышает обезвоживание тканей. Умеренное и относительно краткосрочное увеличение температуры приводит к локальным изменениям во внутримолекулярной структуре молекул коллагена. Они, однако, регенерируют спустя некоторое время после процедуры (обратимые изменения) благодаря белкам теплового шока. 

Белки теплового шока (HSP – Heat shock proteins) активно синтезируются при кожных температурах между 43-50 ºC, их задача – восстанавливать обратимо поврежденные волокна коллагена.  Термическая боль при длительном и объемном нагревании возникает при температуре от 43 до 45 °C, поэтому клинические результаты при таких низких температурах должны быть связаны с процессами увеличения синтеза HSP и гиалуронана. При температуре ниже 50 ºC денатурация коллагена не выражена, и экспрессия HSP доминирует над денатурацией коллагена. Тем не менее, выше этой температуры процесс денатурации происходит слишком активно, чтобы восстанавливаться за счет HSP, поэтому коллаген разрушается быстрее. 

При температурах выше 55 ºC в молекулах коллагена возникают необратимые структурные изменения, в результате чего они больше не могут спонтанно восстановиться. Такие денатурированные коллагеновые структуры могут быть элиминированы только посредством лизиса. Важно отметить, что степень повреждения ткани линейно зависит от времени, но экспоненциально – от температуры (которая прямо пропорциональна поглощенной энергии). Более выраженные результаты достигаются при более высоких температурах. Например, увеличение объема коллагена при 75 ºC было почти в три раза больше, чем при 65 ºC, так как небольшое повышение температуры приводит к экспоненциальному увеличению денатурации ткани и, следовательно, к росту неоколлагенеза с течением времени. Поэтому количество повреждения коллагена очень зависит от достигнутой температуры во время обработки. 

Заключение

Любой из методов нагрева кожи вызывает ряд реакций, в том числе экспрессию HSP и денатурацию коллагена. Данные процессы запускаются при разных температурах и приводят к различным результатам. Скорость денатурации коллагена экспоненциально зависит от температуры. Для низких температур она медленная, и экспрессия HSP доминирует. При повышении температуры скорость денатурации становится слишком высокой для процессов HSP, чтобы восстановить повреждение, и процесс распада коллагена доминирует. Тем не менее, хорошие клинические результаты достигаются при использовании обоих процессов.

---

Статья впервые была опубликована в Les Nouvelles Esthetiques Україна, №6 (130), 2021