Posibles Complicaciones a Largo Plazo en la Lipoplastia Asistida por Ultrasonido Inducida por Sonoluminiscencia, Sonoquímica y Efecto Térmico

La lipoplastia asistida por ultrasonido se ha convertido en un procedimiento común para la extracción de grasa, junto con la liposucción al vacío convencional. Existe una tendencia a equiparar la lipoplastia asistida por ultrasonido con la liposucción al vacío, sin embargo, es importante señalar que cada una utiliza modos físicos y técnicas totalmente diferentes para extraer grasa. La investigación que compara la eficacia de la lipoplastia asistida por ultrasonido con la liposucción al vacío se ha reportado y continúa siendo evaluada.

Desde su uso temprano por Zocchi1 – 3 y Maillard et al., 4 se ha adquirido mucha experiencia y conocimiento en relación con los efectos secundarios y las complicaciones. Aunque ya se han observado y notificado efectos secundarios a corto plazo, como quemaduras, infecciones, fibrosis, seroma y coagulación de vasos sanguíneos y nervios, es posible que se produzcan complicaciones a largo plazo.

Estudios recientes han reportado el uso de lipoplastia asistida por ultrasonido en la mama4 y la extracción de altos volúmenes de grasa. Se debe hacer hincapié en los efectos a largo plazo de la lipoplastia asistida por ultrasonido en pacientes jóvenes cuando se tratan áreas sensibles como la cabeza, el cuello y las mamas y cuando se aplica energía de ultrasonido de alta intensidad en las proximidades de los principales vasos sanguíneos y nervios.

La comprensión comúnmente aceptada de la física de la energía de ultrasonido que afecta al tejido circundante involucra los efectos térmicos, cavitacionales y mecánicos. Sin embargo, una revisión exhaustiva de la literatura sobre la química y la física de la energía de ultrasonido revela un mecanismo más detallado y exhaustivo que puede contribuir a los efectos adversos de la energía de ultrasonido en los sistemas biológicos. Este mecanismo comprende tres factores principales que pueden crear complicaciones a largo plazo cuando se asocian con la lipoplastia asistida por ultrasonido:

• Sonoluminiscencia, o la conversión del sonido en luz, que puede producir radiación ultravioleta y posible radiación de rayos X suaves

• Sonoquímica, que resulta en una variedad de subproductos de radicales libres

• Efecto térmico en tejidos blandos profundos, que puede tener un efecto posterior tardío, como el fenómeno de úlcera de Marjolin

La opinión de que el uso de de ultrasonido no tiene un riesgo sustancial se sostiene ampliamente. Este estudio examina los riesgos potenciales involucrados en la transformación de la energía de ultrasonido de alta intensidad y sus posibles efectos peligrosos a largo plazo en los tejidos blandos.

La física de la sonoluminiscencia

La energía de ultrasonido se genera mediante la conversión de energía eléctrica por un cristal piezoeléctrico ubicado dentro de la pieza de mano de la cánula. La energía de ultrasonido emitida por el transductor puede crear cavitación, la expansión y el colapso rápido de una pequeña burbuja en solución, con energía suficiente para producir el fenómeno de sonoluminiscencia. Las burbujas, que se crean y sostienen con ondas sonoras en un líquido, cavitan en el campo de sonido y emiten una radiación corporal negra, revelando un espectro no estructurado que, en el agua, se extiende desde la región infrarroja alcanzando un máximo de aproximadamente 190 nm. En esta longitud de onda se detecta la mayor intensidad de emisión. Esta longitud de onda es equivalente a 25,000 K. Sin embargo, esta no es de ninguna manera la temperatura real alcanzada en el colapso de la burbuja, porque las moléculas de agua comienzan a absorber la luz en esta longitud de onda. La sonoluminiscencia observada a partir de líquidos orgánicos se asocia con una temperatura mucho más baja, sin embargo, la introducción de una solución tumescente en el tejido irradiado con energía de ultrasonido crea un medio acuoso para una cavitación de mayor energía. En el trabajo experimental in vitro, el bombardeo de la burbuja de aire por energía de ultrasonido en un medio acuoso en un rango entre 20 kHz y 1 MHz hace que se expanda debido a una caída en la presión acústica, lo que resulta en un aumento de diámetro de aproximadamente 25 veces a un diámetro de 100 µm. A medida que la onda de sonido alcanza la mitad de su ciclo, el interior de la burbuja es prácticamente un vacío, porque el gas se dispersa en gran medida. Después de alcanzar el diámetro máximo, la presión acústica comienza a aumentar, y la diferencia de presión resultante entre el interior y el exterior conduce al rápido colapso de la burbuja. A medida que la burbuja se comprime, la temperatura del núcleo puede elevarse a 72,000° K e incluso hasta 10 millones de grados Kelvin, y puede ocurrir sonoluminiscencia, la emisión de luz en el espectro de rayos X visible, ultravioleta e incluso suave. El diámetro de la burbuja rebota hacia arriba y hacia abajo durante un corto período de tiempo, y luego una nueva explosión de sonido puede crear el efecto de nuevo. El resplandor de la luz parece ser continuo, aunque en realidad parpadea en ciclos muy rápidos a una duración de aproximadamente 50 psec.5 Hay varias otras explicaciones para el mecanismo de emisión de luz, pero la anterior es la más aceptada.

En la sonoluminiscencia, como se llama al proceso de convertir el sonido en luz, la burbuja está concentrando la energía de las vibraciones acústicas en un factor de 1 billón. Es decir, la longitud de onda del sonido que impulsa la burbuja es de centímetros de largo, pero la luz se emite desde una región de dimensiones atómicas. La cavitación causada por la energía de ultrasonido emitida por el transductor en el proceso de lipoplastia asistida por ultrasonido puede crear un fenómeno similar que genera sonoluminiscencia.

Los efectos biológicos de la sonoluminiscencia

Se espera que los efectos biológicos sean complicados y dependientes de múltiples variables. Aunque las condiciones físicas para la creación de sonoluminiscencia se pueden anticipar con máquinas de lipoplastia asistida por ultrasonido, se espera que la sonoluminiscencia sea apenas detectable dentro de la emulsión creada por la desintegración de tejidos y células durante la cavitación de alta intensidad creada por irradiación de ultrasonido en tejidos blandos.

Vona et al.6 han mostrado sonoluminiscencia de emisiones casi ultravioletas de aproximadamente 250 nm y soporte marginal para la producción de fotones de mayor energía, posiblemente incluyendo emisiones de rayos X suaves y ultravioleta lejano biológicamente dañinas en litotriptor de ondas de choque extracorpóreas, causando cavitación en el área focal de una onda de choque extracorpórea. Carstensen et al.7 han demostrado que la energía del ultrasonido no es específica solo para el tejido graso. Los autores demuestran lisis de eritrocitos por exposición a ondas continuas de ondas de ultrasonido de 1 MHz. «Las observaciones de la sonoluminiscencia son consistentes con la hipótesis de que las células son lisadas por cavitación acústica inercial (transitoria). «7

La mayor parte de la literatura relacionada con este fenómeno, aunque se observa en un entorno de laboratorio distinto, puede indicar la cantidad y los niveles de energía dentro de la punta de la cánula utilizada en las máquinas de lipoplastia asistida por ultrasonido estándar. Esto suele estar en el rango de 50 a 150 W/cm2, a una frecuencia de aproximadamente 20 kHz.

Sonoquímica

La propagación de las ondas de ultrasonido a través de un medio se compone de ciclos de compresión y rarefacción. La burbuja colapsa durante la parte de compresión y, debido a la alta temperatura creada durante este colapso, los enlaces químicos de las moléculas atrapadas en la ruptura de la cavidad. Por lo tanto, se sugiere que los investigadores interesados en la reacción sonoquímica elijan solventes de baja presión de vapor y solutos de alta presión de vapor. Los mecanismos sugeridos para las reacciones sonoquímicas siempre involucran radicales libres. Estos radicales libres son un subproducto de la breve alta temperatura asociada con la compresión adiabática de las burbujas en el proceso de cavitación. Sin embargo, otras interpretaciones de la reacción sonoquímica involucran iones; estas teorías se basan en enormes gradientes eléctricos que se desarrollan con el colapso de la burbuja.

Los productos generados por los efectos del ultrasonido por cavitación y sonoluminiscencia y de la radiación ionizante en una variedad de moléculas de cadena de carbono son marcadamente similares.8 La técnica de resonancia de espín de electrones se utiliza para determinar las características de la variedad de radicales libres formados en medios biológicos mediante el análisis del espectro de resonancia de espín de electrones del aducto.Se requieren 9

Ondas acústicas equivalentes a aproximadamente 110 dB para generar el movimiento de burbuja característico de la sonoluminiscencia.

La energía del colapso es lo suficientemente potente como para romper moléculas dentro de burbujas. Las moléculas disociadas emiten luz a medida que se recombinan. Este efecto, conocido como quimioluminiscencia, fue reportado por primera vez por Virginia F. Griffing de la Universidad Católica en 1952. Acompaña a la cavitación transitoria y se ha utilizado para iniciar procesos químicos inusuales.5

Los efectos biológicos de la sonoquímica

No se han establecido los efectos selectivos de la sonoquímica. Se ha notificado actividad sonoquímica como causa de efectos biológicos adversos de la exposición a ultrasonidos in vitro e in vivo. Los radicales hidroxilo e hidrógeno creados en el proceso de la reacción química en el medio acuoso pueden reaccionar con el ARN y el ADN y dar lugar a la alteración de la secuencia nucleica.10 Liebeskind y otros11 han demostrado que las ondas de ultrasonido de intensidades de diagnóstico pueden afectar el ADN de las células animales. Los radicales libres pueden destruir las células reaccionando directamente con el ADN o causando peroxidación de las membranas celulares y orgánulos, interrupción de la matriz intracelular y alteración de importantes procesos enzimáticos de proteínas.12 Se ha demostrado que las intensidades de ultrasonido bajas crean sonoreacciones de ácido nucleico por radicales de hidrógeno e hidroxilo en soluciones acuosas a niveles tan bajos como 1,7 W/cm2.13 Se encontró que la timina y el uracilo son los ácidos nucleicos más reactivos a los radicales libres en sonorreacciones con una intensidad de umbral de aproximadamente 0,5 W/cm214.La cinética de la sonorreacción de la timina es de primer orden y de orden cero dependiente de la temperatura. La degradación de la timina con ondas de ultrasonido se produce mediante la adición de radical hidroxilo al doble enlace 5-6 de la timina, con la degradación posterior a cis-glicol y trans-glicol. La velocidad química de la reacción de timina puede ser lo suficientemente grande como para producir un «cambio químico sustancial durante la sonicación prolongada de sistemas vivos.»13 Se han observado efectos sonoluminiscentes y sonoquímicos junto con dispositivos de facoemulsificación, que posiblemente causan formación de radicales libres de oxígeno que conducen a daño endotelial corneal en cirugía.15

«La terapia sonodinámica es una nueva modalidad prometedora para el tratamiento del cáncer basada en el efecto sinérgico sobre la destrucción de células tumorales mediante la combinación de un medicamento (por lo general, un fotosensibilizador) y una ecografía.»16 Miyoshi et al.16 han mostrado el » mecanismo de acción sonodinámica que involucró la fotoexcitación del sensibilizador por luz sonoluminiscente, con la posterior formación de oxígeno singlete.»

Riesz et al.17 han observado la producción de radicales metilo por sonólisis de 50 kHz de acetona de agua saturada de argón y mezclas de acetonitrilo de agua. Harrison et al.18 se investigó el efecto de las ondas de ultrasonido de explosión tonal sobre los fármacos citotóxicos y se demostró la potenciación de la citotoxicidad clonogénica de la hidrochlo-ride de doxorrubicina (Adriamicina) y la diaziquona y la producción de radicales hidroxilo en medios acuosos a intensidades tan bajas como 0,4 W/cm2.

Los radicales libres son sustancias altamente reactivas y se espera que reaccionen instantáneamente con los tejidos circundantes. Los productos de degradación residuales, incluidos los radicales libres producidos por el uso de la cánula sólida en la lipoplastia asistida por ultrasonido, solo se aspiran parcialmente del cuerpo y pueden ser de mayor preocupación, porque una mayor cantidad de material reactivo se deja atrás dentro del subsuelo de la piel durante un período de tiempo más largo.

El efecto térmico

La exposición de un medio acuoso o tejido a la irradiación por ultrasonido genera diversos grados de calor dependiendo de la cantidad de energía de ultrasonido absorbida en el medio afectado. El haz de ultrasonido que pasa a través del tejido se absorbe parcialmente, creando un gradiente de aumento de temperatura a lo largo de las profundidades del tejido en el eje del haz. La alta temperatura creada como resultado del colapso de la burbuja se limita a la ubicación de la burbuja, cuyo tamaño se estima en 100 µm. La mayor parte del líquido irradiado también se calienta, sin embargo, cuando la radiación ultrasónica de 100 W/cm2 pasa a través de 50 ml de solución mantenida a una temperatura de acetona de hielo seco de -78° C. La temperatura medida al final de 3 horas de irradiación es de aproximadamente -10° C. El aumento de la temperatura se correlaciona con la intensidad del ultrasonido, como lo demostraron ter Haar y Hopewell19,aunque se midió en un rango de baja intensidad de 1,5 a 3 W/cm2 solamente. El aumento de la temperatura tisular es una función de conducción y convección, con un grado diferente de significación de la perfusión sanguínea del tejido, alcanzando el equilibrio después de un aumento de temperatura lineal inicial o una caída de temperatura después de un aumento de la perfusión tisular.

La lipoplastia asistida por ultrasonido es un procedimiento que expone el tejido subcutáneo a energía de ultrasonido de alta intensidad, generando altas temperaturas, especialmente cuando se utilizan máquinas de alta energía. La aplicación de hipertermia inducida por energía de ultrasonido causó daños en el endotelio de los vasos sanguíneos en un modelo de cerdo.20 No se espera que el efecto térmico de la sonda se limite a su diámetro, sino que exceda más allá de sus bordes.21 La aplicación externa de energía de ultrasonido en el rango de 1,5 a 3 W/cm2 a 0.75 MHz en la piel conduce a un aumento máximo de la temperatura en distancias variables debajo de la piel, con burbujas de aire entre el transductor y la piel o burbujas en la capa subcutánea, lo que puede conducir a un calentamiento localizado excesivo. Cuanto menor sea la frecuencia de ultrasonido, menor será la intensidad requerida para generar la formación espontánea de burbujas.

El efecto térmico no crea cambios morfológicos detectables en el tejido cerebral de los mamíferos a temperaturas inferiores a 43° C y con bajas intensidades de energía de ultrasonido cuando se mantiene durante menos de 10 minutos.22 En un rango de energía bajo, cuando la temperatura es baja, la cavitación es la principal causa de daño tisular y, por lo tanto, de mayor importancia que el efecto térmico (que causa daño tisular a temperaturas más altas). Se espera que el aumento de temperatura sea mucho mayor cuando se expone a una lipoplastia asistida por ultrasonido de alta energía, lo que implica efectos perjudiciales significativos en los tejidos irradiados. Las imágenes endoscópicas iniciales que muestran lo que parece ser un nervio y vasos sanguíneos intactos pueden representar fibras nerviosas degeneradas por calor y vasos sanguíneos coagulados.

El efecto térmico de la máquina de lipoplastia asistida por ultrasonido se correlaciona con la cantidad de energía aplicada, el nivel de hidratación del líquido tumescente y el tiempo de exposición. Aunque el efecto térmico puede provocar fibrosis y endurecimiento de la piel, aún no se ha estudiado el efecto a largo plazo sobre los tejidos blandos profundos. El llamado

«efecto similar a una úlcera de Marjolin» puede evolucionar en el tejido cicatricial profundo posterior a la quemadura.

Aumento de los factores de riesgo de la Lipoplastia asistida por ultrasonido

• Duración de la cirugía: Cuanto más larga sea la cirugía, mayor será la exposición potencial a los efectos dañinos de la irradiación ultravioleta y de rayos X blandos, los radicales libres y el efecto térmico.

• Intensidad de energía-Aunque las máquinas de mayor energía son más eficientes, éstas corresponden a un mayor riesgo de daño.

• Tipo de tejido-Se ha informado de trabajos clínicos recientes con lipoplastia asistida por ultrasonido en tejido mamario, lo que debería causar preocupación con respecto al desarrollo posterior de cambios carcinogénicos. Se debe evaluar la lipoplastia asistida por ultrasonido de la cabeza, el cuello y los tejidos cercanos a los vasos sanguíneos y nervios principales debido a la aplicación de alta energía en las proximidades de estructuras sensibles.

• Edad del paciente: La aplicación de la técnica de lipoplastia asistida por ultrasonido a pacientes jóvenes puede aumentar sus posibilidades de complicaciones posteriores, como radiación ultravioleta tardía y de rayos X y efecto térmico.

Discusión

La energía de ultrasonido se ha utilizado en una variedad de aplicaciones médicas, de diagnóstico y terapéuticas. En los últimos años ha aumentado el interés por su uso en cirugía plástica estética, concretamente, en su aplicación en lipoplastia interna asistida por ultrasonido y recientemente, en lipoplastia externa asistida por ultrasonido. Fenómenos físicos, químicos y biológicos complejos y adversos pueden surgir de la energía de ultrasonido aplicada a los tejidos blandos. El uso externo de energías ecográficas en instrumentos terapéuticos se consideró seguro, sin efectos significativos a intensidades inferiores a 100 mW/cm2 pico espacial, intensidad media temporal en campo libre en agua.23 Se observaron efectos biológicos nocivos de la irradiación ecográfica de baja intensidad en el desarrollo prenatal de ratones.Se han notificado alteraciones del crecimiento esquelético asociadas al uso de una exposición terapéutica por ultrasonido de entre 3 y 4 W/cm2 y cambios en la estructura ósea con niveles de exposición tan bajos como 0,5 a 1 W/cm2, por lo que la terapia por ultrasonido con otros órganos diana determinados y en otras condiciones específicas ha sido contraindicada.25 En trabajos experimentales se ha demostrado que la energía de ultrasonido tiene efectos sonoluminiscentes, sonoquímicos y térmicos. Debido a la complejidad del proceso de cavitación y a las muchas variables que influyen en su resultado in vivo, la exposición al ultrasonido que produce daño biológico en una situación puede no producir actividad o efecto de cavitación en otra situación.26 Sin embargo, la energía de ultrasonido de alta intensidad a estos niveles se debe usar con extrema precaución en la extracción de grasa de alto volumen, en áreas de tejidos sensibles como la mama, la cabeza y el cuello, en tejidos cercanos a los principales vasos sanguíneos y nervios, y cuando se aplica en pacientes jóvenes.

En sus estudios, Zocchi13 afirma que en la lipoplastia asistida por ultrasonido, los tejidos grasos son selectivamente dirigidos por la acción quirúrgica de ultrasonido. Podemos mantener correctamente que la lipoplastia asistida por ultrasonido afecta el tejido adiposo, pero si tenemos en cuenta los efectos físicos, químicos y biológicos de la energía de ultrasonido a altas intensidades, podemos esperar que afecte a una gama mucho más amplia de tejidos. Se espera que los radicales libres, la sonoluminiscencia y la temperatura alta no sean selectivos al afectar los tejidos blandos y puedan ser la causa principal de reacciones adversas a largo plazo de la irradiación por ultrasonido de alta intensidad en los tejidos profundos. La selectividad de la lipoplastia asistida por ultrasonido puede determinarse por la fuerza de los diferentes tipos de tejido y se manifestaría por la tasa de aspiración de tejido. La fuerza del tejido también explicaría la cantidad mínima de sangrado con aspiración por lipoplastia asistida por ultrasonido en comparación con los métodos convencionales.27 Diversas publicaciones atestiguan la no selectividad de la energía de ultrasonido en el tejido biológico. En varios experimentos realizados in vivo en ratones de laboratorio, se han producido daños graves en el hígado y los tejidos intestinales con irradiación de 800 kHz a intensidades de 1 a 25 W/cm2. El daño tisular se produjo en la profundidad del área objetivo, con áreas de salto y, a veces, con dos bandas paralelas de daño correlacionadas con 0,4 de longitud de onda. Había nódulos de necrosis hematorrágica dispersos en el tejido normal. El daño se observó por primera vez en un umbral de 1.8 W / cm2, con un daño creciente que se correlaciona con el aumento de la intensidad de la energía y la duración de la exposición.21

El mecanismo comúnmente aceptado para la fragmentación de tejidos en la lipoplastia asistida por ultrasonido es ya sea por cavitación de burbujas de gas que explotan selectivamente las células de grasa o por los efectos mecánicos de la energía de ultrasonido en el tejido.27 Los procesos que pueden tener lugar en un organismo vivo expuesto al efecto de cavitación de la energía de ultrasonido y los efectos exactos de estas complejas reacciones químicas, físicas y biológicas pueden ser difíciles de determinar, debido al hecho de que las condiciones en las que se producen la sonoluminiscencia y la sonoquímica, así como los aumentos de temperatura, varían drásticamente con la energía de ultrasonido, la frecuencia, la amplitud de los accidentes cerebrovasculares y el área de la punta. Las condiciones circundantes, como la cantidad de solución tumescente dentro del espacio intercelular, la temperatura basal del cuerpo, la densidad, la saturación de gas, las ondas estacionarias, la unión celular, la perfusión sanguínea, la agitación de la solución y la presión, también se tienen en cuenta cuando se consideran los efectos de la energía de ultrasonido en un organismo vivo.28 El riego de tejido con solución tumescente y la irradiación con energía de ultrasonido pueden ser los factores predisponentes para provocar cavitación en la proximidad cercana del tejido afectado, con la intensificación posterior de los efectos sonoquímicos y sonoluminiscentes. La limitación de la formación de radicales libres en estas condiciones puede lograrse mediante la adición de carroñeros a la solución tumescente. A una baja exposición a la energía del ultrasonido, el efecto de cavitación (sonoluminiscencia y sonoquímica) es importante; a una energía más alta, sin embargo, un aumento de la temperatura se convierte en el factor dominante que dicta el efecto sobre el sistema biológico.29 Es necesario investigar los valores pertinentes de cada mecanismo.

Antes de la última década, las aplicaciones de la tecnología de ultrasonido en medicina se habían mantenido dentro de los confines de los propósitos diagnósticos y terapéuticos, mediante el uso de un rango de energía de hasta 1 a 3 W/cm2. En la lipoplastia asistida por ultrasonido, el nivel de energía ultrasónica utilizada es de 30 a 50 veces mayor, con aplicaciones de hasta 150 W/cm2 dirigidas a los tejidos centrales y con una dosis mucho mayor de energía absorbida en el espacio subcutáneo.

Conclusión

Una máquina de alta energía puede ser eficiente para la extracción de grasa, pero aumenta el riesgo de productos sonoquímicos y efectos sonoluminiscentes y de alta temperatura. Se ha demostrado toxicidad energética por ultrasonido y daño en el ADN a nivel molecular. Aunque todavía no se ha determinado la cantidad de radiación y radicales libres en la punta del transductor, la exposición prolongada, como en la lipoplastia de alto volumen, puede acumularse a niveles peligrosos. El tejido biológicamente sensible, como la mama, tanto en mujeres como en hombres, no debe exponerse en absoluto a estos niveles de energía de ultrasonido. Los posibles cambios biológicos a largo plazo resultantes de la lipoplastia asistida por ultrasonido en pacientes jóvenes pueden provocar cambios en el ADN y efectos carcinógenos a largo plazo.

Aplicar nuevas tecnologías a los sistemas biológicos conlleva el riesgo de provocar efectos secundarios imprevistos. La técnica de ultrasonido puede parecer una herramienta perfecta para la extracción selectiva de grasa de los espacios subcutáneos, pero las posibles consecuencias deben limitar su uso en cirugía plástica estética hasta que se establezca y garantice su seguridad a largo plazo.