Ecografia lipoplastica è diventata una procedura comune per l’estrazione di grassi, insieme con le tradizionali della liposuzione di vuoto. C’è una tendenza a equiparare la lipoplastica assistita da ultrasuoni con la liposuzione sottovuoto, ma è importante sottolineare che ognuno utilizza modalità e tecniche fisiche completamente diverse per estrarre il grasso. La ricerca che confronta l’efficacia della lipoplastica assistita da ultrasuoni con la liposuzione sotto vuoto è stata riportata e continua ad essere valutata.
Dal suo uso precoce da parte di Zocchi1–3 e Maillard et al., 4 molta esperienza e conoscenza sono state acquisite riguardo a effetti collaterali e complicazioni. Sebbene siano già stati notati e segnalati effetti collaterali a breve termine come ustioni, infezioni, fibrosi, sieroma e coagulazione dei vasi sanguigni e dei nervi, sono possibili complicanze a lungo termine.
Studi recenti hanno riportato l’uso di lipoplastica assistita da ultrasuoni sul seno4 e l’estrazione di elevati volumi di grasso. L’accento dovrebbe essere posto sugli effetti a lungo termine della lipoplastica assistita da ultrasuoni sui pazienti giovani quando vengono trattate aree sensibili come la testa, il collo e il seno e quando l’energia ad ultrasuoni ad alta intensità viene applicata in prossimità dei principali vasi sanguigni e nervi.
La comprensione comunemente accettata della fisica dell’energia degli ultrasuoni che colpisce il tessuto circostante comporta gli effetti termici, cavitazionali e meccanici. Una revisione approfondita della letteratura riguardante la chimica e la fisica dell’energia degli ultrasuoni, tuttavia, rivela un meccanismo più dettagliato e completo che può contribuire agli effetti negativi dell’energia degli ultrasuoni nei sistemi biologici. Questo meccanismo comprende tre fattori principali che possono creare complicazioni a lungo termine quando associati alla lipoplastica assistita da ultrasuoni:
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la Sonoluminescenza, o la conversione del suono in luce, che può produrre raggi ultravioletti e possibile soft X-ray radiazioni
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Sonochemistry, che si traduce in una varietà di radicali liberi prodotti
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l’effetto Termico profondo dei tessuti molli, che potrebbe avere un ritardo di conseguenza come l’ulcera di Marjolin-come fenomeno
Il parere che l’uso dell’ecografia non ha un sostanziale rischio è ampiamente diffusa. Questo studio esamina i potenziali rischi coinvolti nella trasformazione dell’energia ad ultrasuoni ad alta intensità e i suoi possibili effetti pericolosi a lungo termine sui tessuti molli.
La fisica della sonoluminescenza
L’energia degli ultrasuoni è generata dalla conversione di energia elettrica da un cristallo piezoelettrico situato all’interno del manipolo della cannula. L’energia ad ultrasuoni emessa dal trasduttore può creare cavitazione—l’espansione e il rapido collasso di una minuscola bolla in soluzione—con energia sufficiente a produrre il fenomeno della sonoluminescenza. Le bolle, che vengono create e sostenute da onde sonore in un liquido, cavitano nel campo sonoro ed emettono una radiazione del corpo nero, rivelando uno spettro non strutturato che, in acqua, si estende dalla regione infrarossa raggiungendo un picco di circa 190 nm. A questa lunghezza d’onda viene rilevata la massima intensità di emissione. Questa lunghezza d’onda è equivalente a 25.000 K. Tuttavia, questa non è affatto la temperatura reale raggiunta nel collasso della bolla, perché le molecole d’acqua iniziano ad assorbire la luce a questa lunghezza d’onda. La sonoluminescenza osservata da liquidi organici è associata ad una temperatura molto più bassa, tuttavia l’introduzione di soluzione tumescente al tessuto irradiato con energia ad ultrasuoni crea un mezzo acquoso per una cavitazione ad energia più elevata. Nel lavoro sperimentale in vitro, il bombardamento della bolla d’aria mediante energia ultrasonica in un mezzo acquoso ad un intervallo compreso tra 20 kHz e 1 MHz provoca l’espansione a causa di un calo della pressione acustica, con conseguente aumento di circa 25 volte del diametro a un diametro di 100 µm. Quando l’onda sonora raggiunge metà del suo ciclo, l’interno della bolla è praticamente un vuoto, perché il gas è notevolmente disperso. Dopo aver raggiunto il diametro massimo, la pressione acustica inizia ad aumentare e la differenza di pressione risultante tra l’interno e l’esterno porta al rapido collasso della bolla. Quando la bolla si comprime, la temperatura interna può salire a 72.000° K e persino fino a 10 milioni di gradi Kelvin, e può verificarsi la sonoluminescenza—l’emissione di luce nello spettro visibile, ultravioletto e persino morbido dei raggi X. Il diametro della bolla rimbalza su e giù per un breve periodo di tempo, e poi una nuova raffica di suono può creare l’effetto tutto da capo. Il bagliore della luce sembra essere continuo, anche se in realtà lampeggia in cicli molto rapidi con una durata di circa 50 psec.5 Ci sono molte altre spiegazioni al meccanismo di emissione della luce, ma quanto sopra è il più facilmente accettato.
Nella sonoluminescenza, come viene chiamato il processo di conversione del suono in luce, la bolla sta concentrando l’energia delle vibrazioni acustiche di un fattore di 1 trilione. Cioè, la lunghezza d’onda del suono che guida la bolla è lunga centimetri, ma la luce viene emessa da una regione di dimensioni atomiche. La cavitazione causata dall’energia ultrasonica emessa dal trasduttore nel processo di lipoplastica assistita da ultrasuoni può creare un fenomeno simile generando sonoluminescenza.
Gli effetti biologici della sonoluminescenza
Ci si aspetta che gli effetti biologici siano complicati e dipendenti da più variabili. Sebbene le condizioni fisiche per la creazione di sonoluminescenza possano essere anticipate con macchine per lipoplastica assistita da ultrasuoni, la sonoluminescenza dovrebbe essere appena rilevabile all’interno dell’emulsione creata dalla disintegrazione dei tessuti e delle cellule durante la cavitazione ad alta intensità creata dall’irradiazione ultrasonica sui tessuti molli.
Vona et al.6 hanno mostrato sonoluminescenza di emissioni vicino ultravioletto circa 250 nm e supporto marginale per la produzione di fotoni di energia superiore, possibilmente includendo biologicamente danneggiando lontano ultravioletto e morbido emissioni di raggi X in extracorporea onda d’urto litotrittore, causando cavitazione alla zona focale di un’onda d’urto extracorporea. Carstensen et al.7 hanno dimostrato che l’energia ad ultrasuoni non è specifica solo per il tessuto grasso. Gli autori dimostrano la lisi degli eritrociti mediante esposizione a onde continue di onde ultrasoniche da 1 MHz. “Le osservazioni di sonoluminescenza sono tutte coerenti con l’ipotesi che le cellule siano lisate dalla cavitazione acustica inerziale (transitoria). “7
La maggior parte della letteratura riguardante questo fenomeno, sebbene osservata in un ambiente di laboratorio distinto, può indicare la quantità e i livelli di energia all’interno della punta della cannula utilizzata nelle macchine standard per lipoplastica assistita da ultrasuoni. Questo è di solito nell’intervallo da 50 a 150 W/cm2, ad una frequenza di circa 20 kHz.
Sonochimica
La propagazione delle onde ultrasoniche attraverso un mezzo è composta da cicli di compressione e rarefazione. La bolla collassa durante la parte di compressione e, a causa dell’alta temperatura creata durante questo collasso, i legami chimici delle molecole intrappolate nella rottura della cavità. Si suggerisce quindi che i ricercatori interessati alla reazione sonochimica scelgano solventi a bassa pressione di vapore e soluti ad alta pressione di vapore. I meccanismi suggeriti per le reazioni sonochimiche coinvolgono sempre i radicali liberi. Questi radicali liberi sono un sottoprodotto della breve temperatura elevata associata alla compressione adiabatica delle bolle nel processo di cavitazione. Tuttavia, altre interpretazioni della reazione sonochimica coinvolgono ioni; queste teorie si basano su enormi gradienti elettrici che si sviluppano con il collasso della bolla.
I prodotti generati dagli effetti degli ultrasuoni per cavitazione e sonoluminescenza e dalle radiazioni ionizzanti su una varietà di molecole a catena di carbonio sono marcatamente simili.8 La tecnica di risonanza di spin di elettroni viene utilizzata per determinare le caratteristiche della varietà di radicali liberi formati nei media biologici mediante l’analisi dello spettro di risonanza di spin di elettroni dell’addotto.9
Onde acustiche equivalenti a circa 110 dB sono necessarie per generare il caratteristico movimento della bolla di sonoluminescenza.
L’energia del collasso è abbastanza potente da spezzare le molecole all’interno delle bolle. Le molecole dissociate emettono luce mentre si ricombinano. Questo effetto, indicato come chemiluminescenza, è stato riportato per la prima volta da Virginia F. Griffing dell’Università Cattolica nel 1952. Accompagna la cavitazione transitoria ed è stato utilizzato per avviare processi chimici insoliti.5
Gli effetti biologici della sonochimica
Gli effetti selettivi della sonochimica non sono stati stabiliti. L’attività sonochimica è stata segnalata come causa di effetti biologici avversi dell’esposizione ecografica in vitro e in vivo. I radicali idrossilici e idrogeno creati nel processo della reazione chimica nei mezzi acquosi possono reagire con RNA e DNA e provocare un’alterazione della sequenza nucleica.10 Liebeskind et al.11 hanno dimostrato che le onde ultrasoniche di intensità diagnostiche possono influenzare il DNA delle cellule animali. I radicali liberi possono distruggere le cellule reagendo direttamente con il DNA o causando la perossidazione delle membrane cellulari e degli organelli, la rottura della matrice intracellulare e l’alterazione di importanti processi enzimatici proteici.12 Basse intensità di ultrasuoni hanno dimostrato di creare sonoreazioni di acido nucleico da idrogeno e radicali idrossilici in soluzioni acquose a livelli bassi come 1,7 W / cm2.13 Timina e uracile sono stati trovati per essere gli acidi nucleici più reattivi ai radicali liberi in sonoreazioni con un’intensità di soglia di circa 0,5 W / cm2. 14 La cinetica della sonoreazione della timina è il primo e l’ordine zero dipende dalla temperatura. La degradazione della timina con onde ultrasoniche avviene mediante l’aggiunta di radicali idrossilici al doppio legame 5-6 della timina, con successiva degradazione a cis-glicole e trans glicole. La velocità chimica della reazione della timina può essere abbastanza grande da produrre un ” cambiamento chimico sostanziale durante la sonicazione prolungata dei sistemi viventi.”13 Effetti sonoluminescenti e sonochimici sono stati notati in combinazione con dispositivi facoemulsi-fication, causando probabilmente la formazione di radicali liberi di ossigeno che porta a danni endoteliali corneali in chirurgia.15
“La terapia sonodinamica è una nuova modalità promettente per il trattamento del cancro basata sull’effetto sinergico sull’uccisione delle cellule tumorali mediante combinazione di un farmaco (tipicamente un fotosensibilizzatore) e ultrasuoni.”16 Miyoshi et al.16 hanno mostrato il ” meccanismo di azione sonodinamica che ha coinvolto fotoeccitazione del sensibilizzatore da luce sonoluminescente, con successiva formazione di ossigeno singoletto.”
Riesz et al.17 hanno osservato la produzione di radicali metilici da 50 kHz sonolisi di acetone di acqua saturata con argon e miscele di acetonitrile di acqua. Harrison et al.18 ha studiato l’effetto delle onde ecografiche tono-scoppio sui farmaci citotossici e ha dimostrato il potenziamento della citotossicità clonogenica di doxorubicina hydrochlo-ride (Adriamicina) e diaziquone e la produzione di radicali idrossilici in mezzi acquosi ad intensità fino a 0,4 W/cm2.
I radicali liberi sono sostanze altamente reattive e ci si aspetta che reagiscano istantaneamente con i tessuti circostanti. I prodotti di degradazione residui, compresi i radicali liberi prodotti dall’uso della cannula solida nella lipoplastica assistita da ultrasuoni, sono solo parzialmente aspirati dal corpo e possono essere di maggiore preoccupazione, perché una maggiore quantità di materiale reattivo viene lasciata indietro nel sottosuolo della pelle per un periodo di tempo più lungo.
L’effetto termico
L’esposizione del mezzo acquoso o del tessuto all’irradiazione ad ultrasuoni genera vari gradi di calore a seconda della quantità di energia ultrasonica assorbita nel mezzo interessato. Il fascio di ultrasuoni che passa attraverso il tessuto viene parzialmente assorbito, creando un gradiente di aumento della temperatura lungo le profondità del tessuto sull’asse del fascio. L’alta temperatura creata a seguito del collasso della bolla è limitata alla posizione della bolla, la cui dimensione è stimata in 100 µm. Anche la maggior parte del liquido irradiato viene riscaldata, tuttavia, quando la radiazione ultrasonica di 100 W / cm2 passa attraverso 50 ml di soluzione mantenuta ad una temperatura di acetone di ghiaccio secco di -78° C. La temperatura misurata alla fine di 3 ore di irradiazione è di circa -10° C. L’aumento della temperatura è correlato con l’intensità degli ultrasuoni, come dimostrato da ter Haar e Hopewell,19 sebbene sia stato misurato solo con un intervallo di bassa intensità da 1,5 a 3 W/cm2. L’aumento della temperatura del tessuto è una funzione di conduzione e convezione, con un diverso grado di significato della perfusione ematica del tessuto, che raggiunge l’equilibrio dopo un iniziale aumento lineare della temperatura o un calo di temperatura dopo un aumento della perfusione tissutale.
La lipoplastica assistita da ultrasuoni è una procedura che espone il tessuto sottocutaneo ad energia ultrasonica ad alta intensità, generando alte temperature, specialmente quando vengono utilizzate macchine ad alta energia. L’applicazione di ipertermia indotta da energia ad ultrasuoni ha causato danni all’endotelio dei vasi sanguigni in un modello di maiale.20 L’effetto termico della sonda non dovrebbe essere limitato al suo diametro, ma supera oltre i suoi bordi.21 L’applicazione esterna di energia ad ultrasuoni nell’intervallo da 1,5 a 3 W / cm2 a 0.75 MHz sulla pelle porta ad un aumento massimo della temperatura a distanze variabili sotto la pelle, con bolle d’aria tra il trasduttore e la pelle o bolle nello strato sottocutaneo, che possono portare a un eccessivo riscaldamento localizzato. Più bassa è la frequenza degli ultrasuoni, minore è l’intensità necessaria per generare la formazione spontanea di bolle.
L’effetto termico non crea cambiamenti morfologici rilevabili nel tessuto cerebrale dei mammiferi a temperature inferiori a 43° C e con basse intensità di energia ultrasonica se mantenuta per meno di 10 minuti.22 In un intervallo di energia basso, quando la temperatura è bassa, la cavitazione è la causa principale del danno tissutale e quindi di maggiore importanza rispetto all’effetto termico (che causa danni tissutali a temperature più elevate). L’aumento della temperatura dovrebbe essere molto più elevato se esposto a lipoplastica assistita da ultrasuoni ad alta energia, implicando significativi effetti deleteri sui tessuti irradiati. Immagini endoscopie iniziali che mostrano ciò che sembra essere nervi intatti e vasi sanguigni possono rappresentare fibre nervose calore degenerati e vasi sanguigni coagulati.
L’effetto termico della macchina per lipoplastica assistita da ultrasuoni è correlato alla quantità di energia applicata, al livello di idratazione del liquido tumescente e al tempo di esposizione. Sebbene l’effetto termico possa portare alla fibrosi e al restringimento della pelle, l’effetto a lungo termine sui tessuti molli profondi non è stato ancora studiato. Il cosiddetto
“Marjolin ulcer-like effect” può evolvere nel profondo tessuto cicatriziale post-ustione.
Aumento dei fattori di rischio della lipoplastica assistita da ultrasuoni
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Durata dell’intervento: più lungo è l’intervento, maggiore è la potenziale esposizione agli effetti dannosi dell’irradiazione ultravioletta e morbida a raggi X, dei radicali liberi e dell’effetto termico.
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Intensità di energia – Sebbene le macchine a energia più elevata siano più efficienti, queste corrispondono a un rischio maggiore di danni.
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Tipo di tessuto-È stato riportato un recente lavoro clinico con lipoplastica assistita da ultrasuoni sul tessuto mammario, che dovrebbe causare preoccupazione per lo sviluppo successivo di cambiamenti cancerogeni. La lipoplastica assistita da ultrasuoni della testa, del collo e dei tessuti in prossimità dei principali vasi sanguigni e nervi deve essere valutata a causa dell’applicazione di alta energia in prossimità di strutture sensibili.
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Età del paziente—Applicare la tecnica di lipoplastica assistita da ultrasuoni ai pazienti giovani può aumentare le loro possibilità di complicazioni successive, come la radiazione ultravioletta e radiografica tardiva e l’effetto termico.
Discussione
L’energia ad ultrasuoni è stata utilizzata in una varietà di applicazioni mediche, diagnostiche e terapeutiche. Negli ultimi anni c’è stato un crescente interesse per il suo utilizzo in chirurgia plastica estetica, in particolare, nella sua applicazione nella lipoplastica assistita da ultrasuoni interna e recentemente, nella lipoplastica assistita da ultrasuoni esterna. Fenomeni fisici, chimici e biologici complessi e avversi possono derivare dall’energia degli ultrasuoni applicata ai tessuti molli. L’uso esterno di energie ultrasoniche in strumenti terapeutici è stato considerato sicuro, senza effetti significativi ad intensità inferiori a 100 mW/cm2 picco spaziale, intensità media temporale in un campo libero in acqua.23 Sono stati osservati effetti biologici dannosi dell’irradiazione ecografica a bassa intensità sullo sviluppo prenatale dei topi.24 Sono state segnalate alterazioni della crescita scheletrica associate all’uso di esposizioni ecografiche terapeutiche comprese tra 3 e 4 W/cm2 e alterazioni della struttura ossea con livelli di esposizione fino a 0,5-1 W/cm2, e pertanto la terapia ecografica che coinvolge altri organi bersaglio e in altre condizioni specifiche è stata controindicata.25 L’energia di ultrasuono è stata indicata nel lavoro sperimentale per avere effetti sonoluminescenti, sonochemical e termici. A causa della complessità del processo di cavitazione e delle molte variabili che influenzano il suo esito in vivo, l’esposizione ad ultrasuoni che produce danni biologici in una situazione potrebbe non produrre alcuna attività o effetto di cavitazione in un’altra situazione.26 Tuttavia, l’energia ultrasonica ad alta intensità a questi livelli deve essere utilizzata con estrema cautela nell’estrazione di grasso ad alto volume, in aree sensibili dei tessuti come il seno, la testa e il collo, nei tessuti in prossimità dei principali vasi sanguigni e nervi e quando applicata in pazienti giovani.
Nei suoi studi, Zocchi13 afferma che nella lipoplastica assistita da ultrasuoni, i tessuti grassi sono selettivamente mirati dall’azione chirurgica ad ultrasuoni. Possiamo mantenere correttamente la lipoplastica assistita da ultrasuoni colpisce il tessuto grasso, ma se prendiamo in considerazione gli effetti fisici, chimici e biologici dell’energia degli ultrasuoni ad alta intensità, possiamo aspettarci che influenzi una gamma molto più ampia di tessuti. I radicali liberi, la sonoluminescenza e la temperatura elevata sono preveduti per essere non selettivi nell’colpire il tessuto molle e possono essere la causa principale delle reazioni avverse a lungo termine dell’irradiazione ad alta intensità di ultrasuono sui tessuti profondi. La selettività della lipoplastica assistita da ultrasuoni può essere determinata dalla forza di diversi tipi di tessuto e si manifesta con il tasso di aspirazione dei tessuti. La forza del tessuto spiegherebbe anche la quantità minima di sanguinamento con l’aspirazione mediante lipoplastica assistita da ultrasuoni rispetto ai metodi convenzionali.27 Diverse pubblicazioni attestano la non selettività dell’energia ultrasonica sul tessuto biologico. In diversi esperimenti condotti in vivo su topi da laboratorio, sono stati prodotti gravi danni al fegato e ai tessuti intestinali con irradiazione di 800 kHz ad intensità da 1 a 25 W/cm2. Il danno tissutale si è verificato nella profondità dell’area mirata, con aree di salto e talvolta con due bande parallele di danno correlate a 0,4 di lunghezza d’onda. C’erano noduli di necrosi emoragica sparsi all’interno del tessuto normale. Il danno è stato osservato per la prima volta a una soglia di 1.8 W / cm2, con danni crescenti correlati all’aumento dell’intensità di energia e della durata dell’esposizione.21
Il meccanismo comunemente accettato per la frammentazione tissutale nella lipoplastica assistita da ultrasuoni è la cavitazione di bolle di gas che esplodono selettivamente le cellule adipose o gli effetti meccanici dell’energia ultrasonica sul tessuto.27 I processi che possono avvenire in un organismo vivente esposto all’effetto di cavitazione dell’energia degli ultrasuoni e gli effetti esatti di queste complesse reazioni chimiche, fisiche e biologiche possono essere difficili da determinare, a causa del fatto che le condizioni in cui si verificano sonoluminenscence e sonochemisty, così come gli aumenti di temperatura, variano drasticamente con la variazione dell’energia degli ultrasuoni, della frequenza, dell’ampiezza dell’ictus e dell’area della punta. Le condizioni circostanti come la quantità di soluzione tumescente all’interno dello spazio intercellulare, la temperatura corporea basale, la densità, la saturazione del gas, le onde stazionarie, l’attaccamento cellulare, la perfusione del sangue, l’agitazione della soluzione e la pressione sono anche prese in considerazione quando vengono considerati gli effetti dell’energia degli ultrasuoni su un organismo vivente.28 L’irrigazione del tessuto con soluzione tumescente e l’irradiazione con energia ad ultrasuoni possono essere i fattori predisponenti per provocare la cavitazione nelle immediate vicinanze del tessuto interessato, con successiva intensificazione degli effetti sonochimici e sonoluminescenti. La limitazione della formazione di radicali liberi in queste condizioni può essere ottenuta con l’aggiunta di spazzini alla soluzione tumescente. A bassa esposizione ad energia ad ultrasuoni, l’effetto di cavitazione (sonoluminenscence e sonochemisty) è importante; ad una maggiore energia, tuttavia, un aumento della temperatura diventa il fattore dominante che determina l’effetto sul sistema biologico.29 Occorre esaminare i valori rilevanti di ciascun meccanismo.
Prima dell’ultimo decennio, le applicazioni della tecnologia ad ultrasuoni in medicina erano rimaste entro i confini degli scopi diagnostici e terapeutici, utilizzando un intervallo di energia fino a 1 a 3 W / cm2. Nella lipoplastica assistita da ultrasuoni il livello di energia ultrasonica utilizzata è da 30 a 50 volte superiore, con applicazioni fino a 150 W/cm2 dirette ai tessuti del nucleo e con una dose molto più elevata di energia assorbita nello spazio sottocutaneo.
Conclusione
Una macchina ad alta energia può essere efficiente per l’estrazione del grasso, ma aumenta il rischio di prodotti sonochimici e effetti sonoluminescenti e ad alta temperatura. La tossicità energetica degli ultrasuoni e il danno al DNA sono stati dimostrati a livello molecolare. Sebbene la quantità di radiazioni e radicali liberi sulla punta del trasduttore non sia stata ancora determinata, l’esposizione prolungata, come nella lipoplastica ad alto volume, può accumularsi a livelli pericolosi. Il tessuto biologicamente sensibile, come il seno sia nelle donne che negli uomini, non dovrebbe essere esposto a questi livelli di energia ultrasonica. Possibili cambiamenti biologici a lungo termine derivanti dalla lipoplastica assistita da ultrasuoni in pazienti giovani possono evocare cambiamenti del DNA ed effetti cancerogeni a lungo termine.
L’applicazione di nuove tecnologie ai sistemi biologici comporta il rischio di provocare effetti collaterali imprevisti. La tecnica ad ultrasuoni può sembrare uno strumento perfetto per l’estrazione selettiva del grasso dagli spazi sottocutanei, ma le possibili conseguenze dovrebbero limitarne l’uso in chirurgia plastica estetica fino a quando ulteriori lavori sperimentali non stabiliranno e garantiranno la sua sicurezza a lungo termine.
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