Механизмы лазерной эпиляции

Эпиляция волос лазером представляется самой простой процедурой, которую предлагают почти во всех косметических салонах. Рекламные проспекты обещают отличный результат и комфортность процедуры за счет средств анестезии.
Правда есть определенные ограничения, такие как степень естественной пигментации, запрет на загар (посещение соляриев) до и после процедуры. Кажется, больше нечего и желать. Но зачастую результат получается не столь впечатляющим, волосы отрастают вновь, а последствия простой и безболезненной процедуры превращаются в серьезную проблему. Ожоги, изменение пигментации, а иногда и рубцовые изменения кожи – это все те побочные эффекты, с которыми может столкнуться любой пациент, пришедший на эпиляцию.

При кажущейся простоте, сам механизм лазерной эпиляции очень сложен и получить реальное разрушение волос (т. е. обеспечить окончательное удаление нежелательных волос) без травмирования кожи крайне сложно.
Чтобы разрушить волос целиком, а не просто его травмировать, необходимо нагреть до температуры коагуляции волосяную луковицу (фолликул), а точнее волосяной сосочек. Для этого необходимо выбрать какое-то поглощающее вещество (хромофор), которое станет «мишенью» для лазерного луча. Хромофор поглотит лазерный импульс, преобразует световую энергию в тепловую и передаст тепло в волосяную луковицу. Выбранный хромофор должен преимущественно находиться именно в том объекте, который мы хотим разрушить и эффективность поглощения излучения выбранной длины волны данным хромофором должна быть выше, чем у иных хромофоров находящихся в зоне лазерного воздействия. В противном случае излучение будет поглощаться не только в выбранных, но и в других биообъектах, преобразовываться в тепло и вызывать их перегрев и разрушение. Таким образом воздействие не будет селективным, а следовательно — окажется травматичным.

В случае лазерной эпиляции на роль хромофора лучше всего подходит меланин – хромофор ответственный за пигментацию кожи и волоса. При этом возникает проблема, связанная с эпиляцией сильно пигментированной кожи, так как избежать чрезмерного ее перегрева крайне сложно. В связи с этим классические методы эпиляции накладывают определенные ограничения на загар и степень естественной пигментации.

До сих пор нет однозначного ответа на то, какую длину волны лучше всего использовать для эпиляции. Спектр поглощения меланина практически линейный, эффективность поглощения излучения плавно снижается с увеличением длины волны. Казалось бы, лучше всего использовать те длины волн, которые эффективнее поглощаются меланином, то есть коротковолновое излучение. Но это не так. Дело в том, что излучение с длинами волн до 600 нм хорошо поглощаются гемоглобином, содержащимся во всех кровеносных сосудах. В результате этого излучение будет поглощаться преимущественно ими, вызывать перегрев кожи, ожоги, без какого-то эффекта на глубокие слои волоса. Поэтому для эпиляции используют длины волн от 600 до 1200 нм.

Впервые лазерную эпиляцию осуществляли с помощью Рубинового лазера (694 нм), потом появились эпиляторы на основе Неодима (1064 нм), Александрита (755 нм), диодные лазеры (от 600 до 1200 нм) и даже широкополосные источники импульсного света – лампы (фотоэпиляторы). Неподготовленному пользователю крайне сложно разобраться во всем многообразии рекламной информации от производителей лазерной техники и вычленить из нее крупицы истины.

Как объясняется механизм лазерной и фотоэпиляции? Есть два объяснения: первое – излучение, как по световоду проходит по волосу и достигает волосяной луковицы, вызывая ее перегрев и коагуляцию. Второе – излучение поглощается меланиносодержащими частями волоса(кортексом), преобразуется в тепло и далее это тепло, распространяясь по волосу, достигает луковицы и вызывает либо ее полную коагуляцию, либо коагуляцию питающих сосудов.

Первое объяснение к лазерной эпиляции неприменимо в принципе. Известно, что меланин выбирается в качестве хромофора именно потому, что он хорошо поглощает излучение, поэтому лазерный луч никак не «пройдет по волосу до волосяной луковицы», так как излучение не способно беспрепятственно проникать сквозь поглощающую среду! Если бы это действительно было возможно — то почему бы нам не экономить на стеклах в домах? Ведь если излучение способно проникать сквозь поглощающие их среды, то в домах должно быть светло за счет света, проходящего сквозь стены. В этом случае мы можем экономить на окнах. В домах должно быть светло и без них. Весь ужас заключается не в том, что кто-то дает неправильное объяснение. Ужасно, что подобные объяснения дают те, кто уверенно рекомендуют свою технику для лечения людей. Они берут на себя смелость предлагать процедуру, последствия которой непредсказуемы.

Второе объяснение куда более логично. Тут есть понимание процессов взаимодействия излучения и биологических тканей, но, на мой взгляд, не вполне корректное.
Рассмотрим еще раз механизм термического повреждения волосяной луковицы. Как мы знаем, поглощает излучение меланин, а он, в основном, расположен на достаточно большом удалении от луковицы. В той части луковицы, где находится волосяной сосочек, который нам и необходимо коагулировать, его вообще нет. Меланин вырабатывается меланоцитами расположенными в верхней части волосяной луковицы. Поэтому выше луковицы волос уже имеет явную окраску.

Необходимо так же учесть и то, что волос имеет плохую теплопроводность, именно этим обусловлено высокое ВТР (время термической релаксации), а окружающие ткани, напротив, обладают хорошей теплопроводностью и соответственно имеют малое ВТР. Если бы волос представлял собой шар, то эти нюансы были бы несущественны, но волос является протяженным объектом с очень малым поперечным сечением и большой площадью соприкосновения с окружающими тканями. Что же будет происходить при поглощении излучения зернами меланина, находящимися в волосе? Меланин, обладая очень небольшим ВТР (порядка одной микросекунды), быстро преобразует световую энергию в тепловую и передает ее структурам волоса. Необходимо так же заметить, что меланин расположен в средней части волоса (кортекс) и расстояние до волосяного влагалища, а следовательно и эпидермиса – несколько слоев клеток (кутикула), которые представляют собой тонкие чешуйки.

У меланина есть два пути для передачи тепла – либо вглубь волоса через узкий канал с плохой теплопроводностью, либо во все стороны в ткани, которые легко способны забрать излишки тепла. Для того, чтобы понять по какому пути пойдет тепло, можно представить себе гвоздь, торчащий в куске льда. Если мы начнем разогревать шляпку гвоздя, то добьемся ли мы разогрева острия гвоздя без того, чтобы предварительно не расплавить лед, а затем испарить полученную воду? Разумеется нет. А ведь гвоздь имеет очень хорошую теплопроводность, то есть теплу двигаться по металлической структуре гораздо проще, чем по волосу. Так как же мы можем добиться перегрева всех структур волоса не перегрев предварительно кожу? Это бы противоречило всем законам физики.

Разумеется, тепло, накопленное в меланиносодержащих слоях волоса, рассеивается в коже. Если бы время воздействия ограничивалось ВТР волоса, то кроме травмирования волоса и разогрева кожи мы бы ничего не получили. Именно так и обстояли дела с первыми лазерными эпиляторами, которые позволяли получать только временный эффект замедления роста волос. Но затем длительности импульсов начали увеличивать. При этом эффективность эпиляции стала возрастать. Быстро нашли объяснение – значит ВТР волоса не единицы, а десятки миллисекунд.

Однако, мне представляется более логичным несколько иное объяснение. Посмотрим, что будет происходить, если мы увеличим длительность импульса до значений значительно превосходящих какую-то величину равную ВТР волоса. Как было описано выше, разогретые участки волоса передают тепло в окружающие волос ткани. Это процесс идет до тех пор, пока температура окружающих тканей много меньше, чем волоса. Но если время воздействия значительно превышает ВТР разогреваемого объекта, то ткани вблизи этого объекта неизбежно будут разогреваться, что затруднит дальнейший отток тепла в данном направлении. В результате условия для передачи тепла вглубь волоса могут оказаться лучшими, нежели в кожу. Таким образом эффект эпиляции будет достигнут. Все бы хорошо, но какой ценой? Для того, чтобы заставить тепло двигаться вглубь волоса мы должны перегреть кожу вокруг него практически до той же температуры, что и меланиносодержащие слои волоса, то есть, до температуры заведомо выше температуры коагуляции. В результате избежать термической деструкции кожи вблизи волос невозможно. Если используются дополнительные системы охлаждения поверхности кожи, то коагуляция коснется только глубоких слоев кожи. Если же не использовать охлаждение, то коагуляция кожи становится визуально наблюдаемой и вокруг каждого волоса мы получаем рубцовую ткань. При этом, зачатую рубцевание происходит раньше, чем разрушение волоса. То есть, даже такая простая ( сточки зрения потребителя услуг) процедура, как эпиляция может вызвать необратимые изменения в коже и полученный эстетический эффект сложно будет назвать хорошим.

Можно ли называть подобный метод селективным? В основе понятия селективности лежит принцип, что воздействию подвергаются строго те биологические объекты которые мы планируем разрушить. Если при этом травмируются окружающие ткани, то это уже псевдо-селективное воздействие и мы имеем дело как минимум с некорректным использованием термина, чем вводим в заблуждение пациентов.

Описанный выше перегрев кожи будет наблюдаться даже без учета естественной пигментации кожи пациента. Если же учесть еще и поглощение излучения в меланине кожи, то процесс эпиляции становится абсолютно неселективным. Как отмечалось выше, ВТР меланина составляет около 1 микросекунды. То есть, при использовании длительностей импульса в десятки миллисекунд, практически вся энергия лазерного импульса пойдет на перегрев кожи. Принято считать, что увеличив длину волны излучения, мы уменьшаем степень воздействия на естественную пигментацию и соответственно меньше травмируем кожу. Но ведь и меланин волоса так же начинает меньше поглощать, а нам нужно закачать в волос определенную энергию. То есть, уменьшение коэффициента поглощения меланином лазерного излучения нужно чем-то компенсировать. Единственный, как кажется на первый взгляд путь – увеличение энергии импульсов. Но так ли уж он хорош? Ведь волосы, попадающие в зону лазерного воздействия, ввиду своих небольших размеров, забирают очень небольшую часть энергии лазерного импульса, а все остальное приходится на кожу. То есть, увеличивая энергию лазерных импульсов, мы неизбежно будем увеличивать нагрузку на кожу, а учитывая, что с увеличением длины волны до ближнего инфракрасного диапазона мы увеличиваем и глубину проникновения излучения в мягкие ткани, перегреву будут подвергаться глубокие слои кожи. То есть, снижая воздействие на меланин мы увеличиваем риск глубоких ожогов и рубцевания.

Как же можно избежать травмирования кожи при эпиляции и при этом не потерять эффективность воздействия? Самым лучшим вариантом был бы выбор иного хромофора, который находился бы только в волосяной луковице, но к сожалению пока такового не обнаружено. Может быть, в будущем, методы фотодинамической терапии помогут в этом, но пока это фантастика. То есть мы остаемся с тем же хромофором. Может кто-то найдет лучший путь, но я увидел только один с которым хочу вас ознакомить.

Для достижения нашей цели необходимо создать ряд условий:

  • один и тот же импульс, одинаково поглощаясь меланином кожи и волоса, в волосе вызывал бы необратимые термические изменения, а кожу лишь незначительно нагревал;
  • зона термического повреждения при эпиляции не должна превышать геометрических размеров волоса, то есть тепло из волоса не должно перераспределяться в кожу;
  • желательно значительно уменьшить общую энергию импульсов, чтобы снизить степень термического воздействия на кожу в целом.

Как это решается практически: вместо одного длинного импульса мы должны использовать цуг коротких наносекундных импульсов. В этом случае можно реализовать такие условия, при которых коэффициент поглощения хромофора увеличится до 100% (многофотонное поглощение). При этом часть энергии лазерного импульса будет расходоваться на тепло, а часть пойдет на генерацию акустической волны (микровзрыв). Причем, чем выше плотность энергии, тем большая часть энергии будет тратиться на акустическую волну. Представим себе следующую картину. На поверхность кожи падает лазерный импульс с плотностью энергии достаточной для процессов многофотонного (нелинейного) поглощения, то есть для увеличения коэффициента поглощения меланина до 100%. В этом случае лазерный импульс эффективно поглотится меланином кожи и меланином волоса. Результатом данного поглощения будет с одной стороны — незначительный разогрев меланина, а с другой — генерация акустической волны, то есть микровзрыв. Микровзрыв, произошедший в коже, не приведет к необратимым последствиям, так как кожа является очень эластичной средой и акустическая волна в ней просто затухнет. То же взрыв, произошедший на границе кортекса и кутикулы, приведет к совершенно иным последствиям. Так как волос значительно более твердая структура, нежели кожа, то в результате микровзрыва произойдет отстрел клеток кутикула от основного ствола волоса. Таким образом, между волосом и кожей образуется воздушный зазор. Микровзрывы, происходящие внутри кортекса, будут приводить к фрагментации последнего только в непосредственной близости от поверхности кожи, так как там значительно выше плотность энергии излучения. Остальная же меланиносодержащая часть волоса незначительно нагреется. При поглощении следующего импульса из цуга увеличится область фрагментированного кортекса и еще больше разогреется оставшаяся его часть. Таким образом от импульса к импульсу меланиносодержащая часть волоса будет все больше и больше изолироваться от окружающих тканей, а ее температура будет расти. В результате мы получаем, что перегретая часть волоса оказывается в каком-то подобии термоса и единственная ткань, с которой она контактирует непосредственно – это волосяная луковица. Именно туда и будет осуществляться сброс излишков тепла, что при накоплении достаточно большой температуры внутри кортекса способно приводить к термической деструкции луковицы вместе с сосочком.

Мне могут возразить, что мол меланин, распределенный в коже, так же будет поглощать излучение, так что говорить об отсутствии перегрева некорректно и мы по-прежнему рискуем нарушить естественную пигментацию кожи. Это не совсем так.
В коже процесс поглощения излучения будет происходить иначе. Так как после прекращения лазерного воздействия меланин начинает беспрепятственно отдавать тепло в окружающие его ткани, обладающие значительно меньшим ВТР нежели волос, то оно рассеивается в большом объеме и меланин остывает. Если на ту же поверхность кожи подать следующий импульс через время близкое ко времени термической релаксации клеток дермы, то мы получим новый разогрев меланина начиная от его первоначальной температуры, то есть от импульса к импульсу температура тканей вблизи зерен меланина будет колебаться в заведомо безопасном диапазоне. Аккумуляция тепла не сможет произойти ввиду наличия временных интервалов между импульсами близких в ВТР меланинсодержащих клеток.

Отличие метода в том, что область термического повреждения ограничивается размерами волоса и нет термического разрушения кожи вне зависимости от степени пигментации кожи пациента.

Кроме того, так как увеличивается коэффициент поглощения излучения меланином, появляется возможность значительно снизить энергию лазерных импульсов, тем самым уменьшив степень термического повреждения кожи до безопасных уровней.
Процедура данной лазерной эпиляции легко переносима, но не безболезненна, особенно на чувствительных участках тела. Болезненность объясняется тем, что после коагуляции волоса излишки тепла все же перераспределяются в коже. Чем меньше волос остается, тем менее она болезненна. Если обработать таким образом поверхность кожи лишенную волос, то пациент может вообще ничего не почувствовать. Так же, полностью снимаются ограничения на загар.

Необходимо указать, что метод обладает одним ограничением, общим для всех действительно селективных методов – недопустимость наличия на коже каких либо посторонних примесей. В том числе это относится и к использованию каких-либо охлаждающих или анестезирующих средств. Дело в том, что как только мы вносим в зону воздействия посторонние вещества мы рискуем получить новые хромофоры, которые будут эффективно поглощать наносекундные импульсы. Это может приводить термическому повреждению, а так же к генерации более мощных акустических волн, способных вызвать механическое разрушение кожи. Поэтому, для повышения комфортности процедуры, я рекомендую использовать обдув зоны обработки потоком холодного воздуха.

Вышеописанный метод лазерной эпиляции защищен национальными и международными патентами и реализован в аппарате Мультилайн™ в комплектации с Nd:YAP/Q-Sw лазером.

Источник: http://www.linline-ms.com/?p=599