mulige langsigtede komplikationer i Ultralydassisteret Lipoplastik induceret af Sonoluminescens, Sonokemi og termisk effekt

Ultralydassisteret lipoplastik er blevet en almindelig procedure til ekstraktion af fedt sammen med konventionel vakuumfettsugning. Der er en tendens til at sidestille ultralydassisteret lipoplastik med vakuumfettsugning, men det er vigtigt at påpege, at hver bruger helt forskellige fysiske tilstande og teknikker til at udvinde fedt. Forskning, der sammenligner effektiviteten af ultralydassisteret lipoplastik med vakuumfettsugning, er rapporteret og evalueres fortsat.

siden dets tidlige brug af Socchi1–3 og Maillard et al.,4 der er opnået meget erfaring og viden om bivirkninger og komplikationer. Selvom kortvarige bivirkninger såsom forbrændinger, infektion, fibrose, serom og koagulering af blodkar og nerver allerede er blevet bemærket og rapporteret, er langvarige komplikationer mulige.

nylige undersøgelser har rapporteret brugen af ultralydassisteret lipoplastik på brystet4 og ekstraktion af store mængder fedt. Der bør lægges vægt på de langsigtede virkninger af ultralydassisteret lipoplastik på unge patienter, når følsomme områder som hoved, nakke og bryst behandles, og når ultralydsenergi med høj intensitet påføres tæt på større blodkar og nerver.

den almindeligt accepterede forståelse af fysikken i ultralydsenergien, der påvirker det omgivende væv, involverer de termiske, kavitationelle og mekaniske effekter. En grundig gennemgang af litteraturen vedrørende ultralydsenergiens Kemi og fysik, imidlertid, afslører en mere detaljeret og omfattende mekanisme, der kan bidrage til negative virkninger af ultralydsenergi i biologiske systemer. Denne mekanisme omfatter tre hovedfaktorer, der kan skabe langsigtede komplikationer, når de er forbundet med ultralydassisteret lipoplastik:

• Sonoluminescens eller omdannelse af lyd til lys, som kan producere ultraviolet og mulig blød røntgenstråling

• Sonochemistry, hvilket resulterer i en række frie radikale biprodukter

• termisk effekt på dybe bløde væv, som kan have en sen eftervirkning som det marjolin-ulcuslignende fænomen

den opfattelse, at brug af ultralyd har ingen væsentlig risiko er almindeligt afholdt. Denne undersøgelse undersøger de potentielle risici, der er involveret i omdannelsen af ultralydsenergi med høj intensitet og dens mulige langsigtede farlige virkninger på blødt væv.

Sonoluminescensens fysik

ultralydsenergi genereres ved omdannelse af elektrisk energi af en piesoelektrisk krystal placeret i kanylens håndstykke. Ultralydsenergi, der udsendes af transduceren, kan skabe kavitation—udvidelsen og den hurtige sammenbrud af en lille boble i opløsning—med energi, der er tilstrækkelig til at producere sonoluminescensfænomenet. Boblerne, der skabes og opretholdes med lydbølger i en væske, kaviterer i lydfeltet og udsender en sort kropsstråling, hvilket afslører et ustruktureret spektrum, der i vand strækker sig fra det infrarøde område, der topper omkring 190 nm. Ved denne bølgelængde registreres den højeste emissionsintensitet. Denne bølgelængde svarer til 25.000 K. Dette er imidlertid på ingen måde den reelle temperatur opnået i boblens sammenbrud, fordi vandmolekyler begynder at absorbere lys ved denne bølgelængde. Sonoluminescensen observeret fra organiske væsker er forbundet med en meget lavere temperatur, alligevel skaber introduktionen af tumescent opløsning til vævet bestrålet med ultralydsenergi et vandigt medium til kavitation med højere energi. I eksperimentelt arbejde in vitro får bombardement af luftboblen ved hjælp af ultralydsenergi i et vandigt medium i et område mellem 20 hs og 1 MHS det til at ekspandere på grund af et fald i det akustiske tryk, hvilket resulterer i en cirka 25 gange stigning i diameter til en diameter på 100 liter. Da lydbølgen når halvdelen af sin cyklus, er boblens indre praktisk talt et vakuum, fordi gassen er stærkt spredt. Efter at have nået den maksimale diameter begynder det akustiske tryk at stige, og den resulterende trykforskel mellem indersiden og ydersiden fører til boblens hurtige sammenbrud. Når boblen komprimerer, kan kernetemperaturen stige til 72.000 liter K og endda op til 10 millioner grader Kelvin, og sonoluminescens—emissionen af lys i det synlige, ultraviolette og endda bløde Røntgenspektrum-kan forekomme. Boblens diameter hopper op og ned i en kort periode, og så kan en ny lydudbrud skabe effekten igen. Lysets glød ser ud til at være kontinuerlig, selvom den faktisk blinker i meget hurtige cyklusser med en varighed på omkring 50 psec.5 der er flere andre forklaringer på den lysemitterende mekanisme, men ovenstående er den lettest accepterede.

i sonoluminescens, som processen med at omdanne lyd til lys kaldes, koncentrerer boblen energien af de akustiske vibrationer med en faktor på 1 billioner. Det vil sige, at lydbølgelængden, der driver boblen, er centimeter lang, men lyset udsendes fra et område med atomdimensioner. Kavitationen forårsaget af ultralydsenergien, der udsendes af transduceren i processen med ultralydassisteret lipoplastik, kan skabe et lignende fænomen, der genererer sonoluminescens.

de biologiske virkninger af Sonoluminescens

de biologiske virkninger forventes at være komplicerede og multivariable afhængige. Selvom de fysiske betingelser for oprettelse af sonoluminescens kan forventes med ultralydassisterede lipoplastikmaskiner, sonoluminescens forventes næppe at kunne påvises i emulsionen skabt af vævs-og celledisintegration under kavitation med høj intensitet skabt ved ultralydbestråling på blødt væv.

Vona et al.6 har vist sonoluminescens af nær ultraviolette emissioner ca. 250 nm og marginal støtte til produktion af fotoner med højere energi, muligvis inklusive biologisk skadelige langt ultraviolette og bløde Røntgenemissioner i ekstrakorporeal chokbølge lithotriptor, hvilket forårsager kavitation i fokalområdet for en ekstrakorporeal chokbølge. Carstensen et al.7 har vist, at ultralydsenergi ikke kun er specifik for fedtvæv. Forfatterne demonstrerer lysis af erythrocytter ved udsættelse for kontinuerlige bølger af 1 MHS ultralydbølger. “Observationer af sonoluminescens er alle i overensstemmelse med en hypotese om, at celler lyseres af inertiel (forbigående) akustisk kavitation. “7

det meste af litteraturen om dette fænomen, selvom det observeres i forskellige laboratoriemiljøer, kan indikere mængden og niveauerne af energi inden for spidsen af kanylen, der anvendes i standard ultralydassisterede lipoplastikmaskiner. Dette er normalt i området fra 50 til 150 m/cm2, med en frekvens på cirka 20 cm.

Sonochemistry

udbredelsen af ultralydbølgerne gennem et medium er sammensat af kompression og sjældne cyklusser. Boblen kollapser under kompressionsdelen, og på grund af den høje temperatur, der skabes under dette sammenbrud, bryder kemiske bindinger af molekyler fanget i hulrummets brud. Det foreslås derfor, at forskere, der er interesseret i sonokemisk reaktion, vælger opløsningsmidler med lavt damptryk og opløste stoffer med højt damptryk. De mekanismer, der foreslås for de sonokemiske reaktioner, involverer altid frie radikaler. Disse frie radikaler er et biprodukt af den korte høje temperatur forbundet med den adiabatiske kompression af boblerne i kavitationsprocessen. Imidlertid involverer andre fortolkninger af den sonokemiske reaktion ioner; disse teorier er baseret på enorme elektriske gradienter, der udvikler sig med boblens sammenbrud.

produkterne genereret af virkningerne af ultralyd ved kavitation og sonoluminescens og af ioniserende stråling på en række carbonkædemolekyler er markant ens.8 elektronspinresonansteknikken anvendes til at bestemme egenskaberne ved de forskellige frie radikaler, der dannes i biologiske medier ved analyse af adduktets elektronspinresonansspektrum.9

akustiske bølger svarende til omkring 110 dB er nødvendige for at generere den karakteristiske boblebevægelse af sonoluminescens.

energien fra sammenbruddet er kraftig nok til at bryde molekyler i bobler. De dissocierede molekyler udsender lys, når de rekombineres. Denne effekt, kaldet kemiluminescens, blev først rapporteret af Virginia F. Griffing af katolske universitet i 1952. Det ledsager forbigående kavitation og er blevet brugt til at indlede usædvanlige kemiske processer.5

de biologiske virkninger af Sonokemi

de selektive virkninger af sonokemi er ikke fastlagt. Sonokemisk aktivitet er rapporteret som en årsag til uønskede biologiske virkninger af in vitro og in vivo ultralydseksponering. Den kemiske reaktion i de vandige medier kan reagere med RNA og DNA og resultere i ændring af nukleinsekvensen.10 Liebeskind et al.11 har vist, at ultralydbølger med diagnostiske intensiteter kan påvirke DNA fra dyreceller. Frie radikaler kan ødelægge celler ved at reagere med DNA direkte eller ved at forårsage peroksidering af cellulære og organelmembraner, forstyrrelse af den intracellulære Matrice og ændring af vigtige proteinholdige processer.12 lave ultralydintensiteter har vist sig at skabe sonoreaktioner af nukleinsyre med hydrogen og hydroksyladikaler i vandige opløsninger ved niveauer så lave som 1,7 vægt/cm2.13 thymin og uracil viste sig at være de mest reaktive nukleinsyrer til frie radikaler i sonoreaktioner med en tærskelintensitet på ca.0,5 vægt/cm2, 14 kinetikken af sonoreaktionen af thymin er først og nulordens afhængig af temperatur. Nedbrydning af thymin med ultralydbølger er ved tilsætning af hydroksylkradikal til 5-6 dobbeltbindingen af thymin med efterfølgende nedbrydning til cis-glycol og trans glycol. Den kemiske hastighed af thyminreaktion kan være stor nok til at producere en “væsentlig kemisk ændring under langvarig sonikering af levende systemer.”13 Sonoluminescerende og sonokemiske virkninger er blevet bemærket i forbindelse med phacoemulsi-ficationsanordninger, hvilket muligvis forårsager dannelse af iltfrie radikaler, der fører til hornhindeendotelskader i kirurgi.15

“Sonodynamisk terapi er en lovende ny modalitet til kræftbehandling baseret på den synergistiske virkning på tumorcelledrab ved kombination af et lægemiddel (typisk en fotosensibilisator) og ultralyd.”16 Miyoshi et al.16 har vist ” mekanismen for sonodynamisk virkning, som involverede fotoeksponering af sensibilisatoren ved sonoluminescerende lys med efterfølgende dannelse af singlet ilt.”

Ries et al.17 har observeret produktionen af methylradikaler ved 50 HS-sonolyse af argonmættet vandaceton og vandacetonitrilblandinger. Harrison et al.18 undersøgte effekten af tone-burst ultralydsbølger på cytotoksiske lægemidler og demonstrerede potentiering af klonogen cytotoksicitet af doksorubicin hydrochlo-ride (Adriamycin) og produktionen af hydroksyl radikaler i vandige medier ved intensiteter så lave som 0,4 vægt/cm2.

frie radikaler er stærkt reaktive stoffer og forventes at reagere øjeblikkeligt med de omgivende væv. Restnedbrydningsprodukter, herunder frie radikaler produceret ved brug af den faste kanyle i ultralydassisteret lipoplastik, aspireres kun delvist fra kroppen og kan være af større bekymring, fordi en større mængde reaktivt materiale efterlades i undergrunden af huden i længere tid.

den termiske effekt

eksponering af vandigt medium eller væv for ultralydbestråling genererer forskellige grader af varme afhængigt af mængden af ultralydsenergi absorberet i det berørte medium. Ultralydstrålen, der passerer gennem væv, absorberes delvist, hvilket skaber en gradient af temperaturstigning langs dybden af vævet på stråleaksen. Den høje temperatur, der er skabt som følge af boblens sammenbrud, er begrænset til placeringen af boblen, hvis størrelse anslås til 100 liter. Hovedparten af den bestrålede væske opvarmes imidlertid også, når ultralydsstråling på 100 vægt / cm2 passerer gennem 50 ml opløsning, der holdes ved en tørisacetontemperatur på -78 liter C. Den målte temperatur ved udgangen af 3 timers bestråling er ca. -10 liter C. Stigningen i temperatur korrelerer med ultralydintensitet,som det blev demonstreret af ter Haar og Hopevell, 19 skønt den kun blev målt i et lavintensitetsområde på 1,5 til 3 m/cm2. Vævstemperaturstigningen er en funktion af ledning og konvektion med en anden grad af betydning af blodperfusion af vævet og når ligevægt efter en indledende lineær temperaturstigning eller temperaturfald efter en stigning i vævsperfusion.

Ultralydassisteret lipoplastik er en procedure, der udsætter det subkutane væv for ultralydsenergi med høj intensitet, hvilket genererer høje temperaturer, især når der anvendes maskiner med høj energi. Anvendelsen af ultralydsenergiinduceret hypertermi forårsagede skade på endotelet i blodkar i en svinemodel.20 den termiske effekt af sonden forventes ikke at være begrænset til dens diameter, men overstiger ud over dens kanter.21 den eksterne anvendelse af ultralydsenergi i området fra 1,5 til 3 m/cm2 ved 0.75 mm på huden fører til en maksimal temperaturstigning i forskellige afstande under huden med luftbobler mellem transduceren og huden eller bobler i det subkutane lag, hvilket kan føre til overdreven lokal opvarmning. Jo lavere ultralydsfrekvensen er, desto lavere er intensiteten, der kræves for at generere spontan bobledannelse.

den termiske effekt skaber ingen påviselige morfologiske ændringer i pattedyrs hjernevæv ved temperaturer under 43 C og med lave intensiteter af ultralydsenergi, når de opretholdes i mindre end 10 minutter.22 ved et lavt energiområde, når temperaturen er lav, er kavitation den vigtigste årsag til vævsskade og dermed af større betydning end den termiske effekt (som forårsager vævsskade ved højere temperaturer). Temperaturstigning forventes at være meget højere, når den udsættes for ultralydassisteret lipoplastik med høj energi, hvilket indebærer betydelige skadelige virkninger på bestrålet væv. Indledende endoskopiebilleder, der viser, hvad der ser ud til at være intakte nerver og blodkar, kan repræsentere varmedegenererede nervefibre og koagulerede blodkar.

den termiske effekt af den ultralydassisterede lipoplastikmaskine korrelerer med mængden af anvendt energi, hydratiseringsniveauet af den tumescerende væske og eksponeringstidspunktet. Selvom den termiske effekt kan føre til fibrose og stramning af huden, er den langsigtede effekt på dybt blødt væv endnu ikke undersøgt. Den såkaldte

“Marjolin ulcer-lignende effekt” kan udvikle sig i det dybe arvæv efter forbrænding.

stigende risikofaktorer for Ultralydassisteret Lipoplastik

• operationens varighed-jo længere operationen er, desto højere er den potentielle eksponering for de skadelige virkninger af ultraviolet og blød røntgenbestråling, frie radikaler og termisk effekt.

• intensitet af energi – selvom højere energimaskiner er mere effektive, svarer disse til en højere risiko for skade.

• type væv—der er rapporteret om nyligt klinisk arbejde med ultralydassisteret lipoplastik på brystvæv, hvilket skulle give anledning til bekymring med hensyn til den senere udvikling af kræftfremkaldende ændringer. Ultralydassisteret lipoplastik af hoved, nakke og væv i nærheden af større blodkar og nerver bør evalueres på grund af anvendelsen af høj energi i nærheden af følsomme strukturer.

• patientens alder—anvendelse af ultralydassisteret lipoplastikteknik til unge patienter kan øge deres chancer for senere komplikationer, såsom sen ultraviolet og røntgenstråling og termisk effekt.

Diskussion

ultralydsenergi er blevet brugt i en række medicinske, diagnostiske og terapeutiske anvendelser. I de senere år har der været en øget interesse for dets anvendelse i æstetisk plastisk kirurgi, specifikt i dens anvendelse i intern ultralydassisteret lipoplastik og for nylig i ekstern ultralydassisteret lipoplastik. Komplekse og ugunstige fysiske, kemiske og biologiske fænomener kan opstå fra ultralydsenergi anvendt på blødt væv. Den eksterne anvendelse af ultralydsenergier i terapeutiske instrumenter blev betragtet som sikker uden signifikante effekter ved intensiteter mindre end 100 MVM/cm2 rumlig top, tidsmæssig gennemsnitlig intensitet i et frit felt i vand.23 skadelige biologiske virkninger af ultralydsbestråling med lav intensitet på den prenatal udvikling af mus blev observeret.24 Der er rapporteret nedsat skeletvækst forbundet med brugen af terapeutisk ultralydseksponering på mellem 3 og 4 Vægt/cm2 og ændringer i knoglestruktur med eksponeringsniveauer så lave som 0,5 til 1 Vægt/cm2, og derfor har ultralydsbehandling, der involverer andre bestemte målorganer og under andre specificerede betingelser, været kontraindikeret.25 ultralydsenergi er vist i eksperimentelt arbejde at have sonoluminescerende, sonokemiske og termiske effekter. På grund af kompleksiteten af kavitationsprocessen og de mange variabler, der påvirker dens resultat in vivo, ultralydseksponering, der producerer biologisk skade i en situation, producerer muligvis ikke nogen kavitationsaktivitet eller effekt i en anden situation.26 ikke desto mindre bør ultralydsenergi med høj intensitet på disse niveauer anvendes med ekstrem forsigtighed ved ekstraktion af højt volumen fedt, i følsomme vævsområder såsom bryst, hoved og nakke, i væv i nærheden af større blodkar og nerver, og når det anvendes til unge patienter.

i sine studier hævder Tsocchi13, at i ultralydassisteret lipoplastik er fedtvæv selektivt målrettet af ultralydkirurgisk handling. Vi kan korrekt opretholde ultralydassisteret lipoplastik påvirker fedtvæv, men hvis vi tager højde for det fysiske, kemisk, og biologiske virkninger af ultralydsenergi ved høje intensiteter, vi kan forvente, at det påvirker et meget bredere udvalg af væv. Frie radikaler, sonoluminescens og høj temperatur forventes at være ikke-selektive til at påvirke blødt væv og kan være den vigtigste årsag til langvarige bivirkninger ved ultralydbestråling med høj intensitet på dybe væv. Selektivitet af ultralydassisteret lipoplastik kan bestemmes af styrken af forskellige vævstyper og vil blive manifesteret af hastigheden af vævsaspiration. Vævsstyrke ville også forklare den minimale mængde blødning med aspiration ved ultralydassisteret lipoplastik sammenlignet med konventionelle metoder.27 forskellige publikationer attesterer ikke-selektiviteten af ultralydsenergi på biologisk væv. I flere eksperimenter udført in vivo på laboratoriemus er der produceret alvorlig skade på lever-og tarmvæv med bestråling på 800 KHS ved intensiteter fra 1 til 25 m/cm2. Vævsskade opstod i dybden af det målrettede område med springområder og undertiden med to parallelle bånd af skader, der korrelerede til 0,4 af en bølgelængde. Der var knuder af hemor-rhagisk nekrose spredt i normalt væv. Skader blev først observeret ved en tærskel på 1.8 m / cm2, med stigende skader, der korrelerer med stigende energiintensitet og eksponeringslængde.21

den almindeligt accepterede mekanisme til vævsfragmentering i ultralydassisteret lipoplastik er enten ved kavitation af gasbobler, der selektivt eksploderer fedtcellerne eller ved de mekaniske virkninger af ultralydsenergi på væv.27 de processer, der kan finde sted i en levende organisme, der udsættes for kavitationseffekten af ultralydsenergi og de nøjagtige virkninger af disse komplekse kemiske, fysiske og biologiske reaktioner, kan være vanskelige at bestemme på grund af det faktum, at de forhold, under hvilke sonoluminenscens og sonochemisty forekommer, såvel som temperaturstigninger, varierer drastisk med varierende ultralydsenergi, frekvens, slagamplitude og spidsområde. Omgivende forhold såsom mængden af tumescent opløsning i det intercellulære rum, basal kropstemperatur, densitet, gasmætning, stående bølger, cellulær fastgørelse, blodperfusion, omrøring af opløsningen og tryk indregnes også, når virkningerne af ultralydsenergi på en levende organisme overvejes.28 vanding af væv med tumescent opløsning og bestråling med ultralydsenergi kan være de prædisponerende faktorer til fremkaldelse af kavitation i nærheden af det berørte væv med efterfølgende intensivering af de sonokemiske og sonoluminescerende virkninger. Begrænsning af dannelse af frie radikaler under disse betingelser kan opnås ved tilsætning af rensemidler til tumescentopløsningen. Ved lav ultralydsenergieksponering er kavitation (sonoluminenscence og sonochemisty) effekten vigtig; ved en højere energi bliver en temperaturstigning imidlertid den dominerende faktor, der dikterer effekten på det biologiske system.29 de relevante værdier for hver mekanisme skal undersøges.

inden det sidste årti var anvendelser af ultralydsteknologi inden for medicin forblevet inden for rammerne af diagnostiske og terapeutiske formål ved brug af et energiområde på op til 1 til 3 m/cm2. Ved ultralydassisteret lipoplastik er niveauet af anvendt ultralydsenergi 30 til 50 gange højere med applikationer på op til 150 m/cm2 rettet mod kernevævene og med en meget højere dosis energi absorberet i det subkutane rum.

konklusion

en højenergimaskine kan være effektiv til fedtekstraktion, men det øger risikoen for sonokemiske produkter og sonoluminescerende og høj temperatureffekter. Ultralyd energi toksicitet og DNA-skader er blevet vist på et molekylært niveau. Selvom mængden af stråling og frie radikaler ved spidsen af transduceren endnu ikke er bestemt, kan lang eksponering, som ved lipoplastik med højt volumen, ophobes til farlige niveauer. Biologisk følsomt væv, såsom brystet hos både kvinder og mænd, bør slet ikke udsættes for disse niveauer af ultralydsenergi. Mulige langsigtede biologiske ændringer som følge af ultralydassisteret lipoplastik hos unge patienter kan fremkalde DNA-ændringer og kræftfremkaldende virkninger på lang sigt.

anvendelse af nye teknologier til biologiske systemer medfører risiko for at fremkalde uforudsete bivirkninger. Ultralydsteknikken kan virke som et perfekt værktøj til selektiv fedtekstraktion fra de subkutane rum, men de mulige konsekvenser bør begrænse brugen i æstetisk plastisk kirurgi, indtil yderligere eksperimentelt arbejde etablerer og sikrer dets langsigtede sikkerhed.