ФОТОЭПИЛЯЦИЯ
Сравнительный анализ эффективности эпиляции различными источниками излучения
Фотоэпиляция метод удаления волос с использованием лазерных либо ламповых источников света – является в настоящее время наиболее эффективным и безопасным способом устранения избыточных или нежелательных волос. Действие фотоэпиляции базируется на теории селективного фототермолиза. Базовый принцип этой теории заключается в селективном поглощении света стержнями и луковицами волос, приводящем к термической деструкции волосяного фолликула, при относительной индифферентности к проводимому облучению со стороны других структур кожи.
Строение волоса схематически показано на рис ниже. В нижней части волосяного фолликула находится волосяной сосочек, щедро снабженный кровеносными сосудами. К волосяному фолликулу примыкают сальная железа, потовая железа и мышца, поднимающая волос. Как ствол волоса, так и фолликул содержат меланин – пигмент, придающий волосам цвет и способный поглощать излучение определенных длин волн.
Область эффективного поглощения меланина охватывает спектральный диапазон 200-1200 нм. Излучение с длинами волн короче 600 нм не может использоваться для эпиляции из-за эффективного поглощения находящимися в коже микрососудами крови. В спектральном диапазоне 600-1200 нм предлагаются следующие длины волн: 694 нм (рубиновый лазер), 755 нм (александритовый лазер), 800 нм (диодные лазеры), 1064 нм (Nd:YAG лазер) и широкополосные импульсные ламповые источники света (550-1200 нм).
На современном рынке эпиляции широко представлены все перечисленные выше источники излучения, что наглядно подчеркивает неоднозначность подходов к фотоэпиляции со стороны производителей лазерной техники, дилеров и практических косметологов. Предлагаемые для эпиляции коммерческие модели источников света имеют очень широкий диапазон параметров: длина волны, длительность импульса, плотность энергии в импульсе, частота повторения импульсов и диаметр пучка излучения претерпевают значительные вариации от одной модели к другой, причем каждая индивидуальная система уже имеет опыт практического использования для удаления волос пациентов с определенным типом кожи, цветом волос и глубиной залегания волосяных луковиц.
Все это создает определенные сложности для пользователя, которому при приобретении установки для удаления волос необходимо сделать вполне определенный и обоснованный выбор аппарата, с помощью которого можно было бы эффективно удалять волосы различного цвета у людей различных фототипов и возраста. Аппарат должен сочетать в себе максимальную универсальность, эффективность, разумную цену и быть безопасным для кожи пациента, так как меланинсодержащий слой эпидермиса также является чувствительным к создействию излучения, особенно для людей 4, 5, и 6 фототипов по классификации Фитцпатрика (табл. 1) Кроме того, нельзя не учитывать зависимость свойств кожи от солнечной активности в различное время года на различных широтах.
Таблица 1
Тип кожи Характеристика Популяции 1 Никогда не загорают, всегда обгорают (обычно чрезмерно белая кожа, светлые волосы, голубые/зеленые глаза) Европейцы 2 Иногда могут загореть, но чаще обгорают (светлая кожа, русые или каштановые волосы, зеленые/карие глаза) Европейцы 3 Чаще загорают, но иногда обгорают (средняя кожа, каштановые волосы, карие глаза) Европейцы 4 Всегда загорают, никогда не обгорают (оливковая кожа, темные волосы, темные глаза) Азиаты, индейцы, кавказцы 5 Никогда не обгорают (темно-коричневая кожа, черные волосы, черные глаза) Креолы, мулаты, самбо 6 Никогда не обгорают (темная кожа, черные волосы, черные глаза) Чернокожие
Существует ли универсальная система, которая может быть успешно применена к наибольшему числу пациентов? Ответ на этот вопрос требует рассмотрения некоторых закономерностей, свойственных процессу поглощения света кожей и волосяными структурами.
Согласно теории селективного фототермолиза, основное значение для селективного поглощения света имеет длина волны излучения. Первым и наиболее важным условием выбора длины волны излучения является глубина проникновения излучения в ткань, которая должна быть достаточно велика, чтобы излучение достигло луковиц волос, типичная глубина залегания которых 2-4 мм.
Анализ литературы показавает, что на глубину проникновения излучения в кожу оказывают влияние следующие основные факторы:
а) рассеяние излучения в коже; по данным авторов (1, 8, 9) коэффициент рассеяния излучения кожей монотонно уменьшается с ростом длины волны (см. рис.1), что обеспечивает большую глубину проникновения для излучения более длинных волн.
Рис.1. Коэффициент поглощения и рассеяния излучения кожей
с содержанием крови 1% в диапазоне длин волн 400-1000 нм.
б) поглощение излучения меланином, содержащимся в коже и волосяных структурах; коэффициент поглощения меланином кожи и волос также уменьшается с ростом длины волны (рис.1 и 2). В области длины волны 980 нм имеется слабый пик поглощения, обусловленный поглощением воды, и если в области "коротких" длин волн наблюдается сильная зависимость поглощения от цвета волос, то для излучения с длиной волны более 1000 нм эта зависимость в значительной степени устраняется (см. рис.2)
Рис.2. Зависимость поглощения света черными и светлыми волосами
от длины волны излучения.
Таким образом, излучение с более короткими длинами волн (рубин, александрит, основная часть спектра излучения ксеноновой лампы) эффективно поглощается волосами, что, на первый взгляд, делает этот тип фотоэпиляторов приоритетным. Однако, меланин, находящийся в поверхностных слоях кожи, хотя и имеет меньшую концентрацию, чем в стержнях волос, поглощает коротковолновое излучение достаточно эффективно для того, чтобы создать значительные побочные проблемы в процессе эпиляции.
Так, из-за большого поглощения в поверхностных слоях кожи коротковолновое излучение способно достичь лишь стволов волос и неглубоко залегающих луковиц. Поэтому лазеры на рубине и александрите могут быть эффективно использованы только для разрушения неглубоко залегающих луковиц волос у пациентов с относительно светлой кожей (Fitzpatrick's type I, II). Кроме того, при обработке излучением с длинами волн 500-800 нм пациентов с темной кожей (Fitzpatrick's type IVV) из-за конкуренции поглощения света волосами и кожей возможны поверхностные ожоги и расстройства пигментации в обрабатываемой области.
Все вышесказанное имеет силу и в случае ламповых эпиляторов - импульсных источников излучения, излучающих во всем спектральном диапазоне максимального поглощения меланинсодержащих объектов кожи 500 (590)…1200 нм. Длинноволновая часть спектрального диапазона излучения лампового фотоэпилятора (900…1200 нм) достаточно глубоко проникает в кожу. Однако основная энергетическая часть излучения ламп-эпиляторов приходится на диапазон длин волн 500-900 нм, который высокоэффективно поглощается меланином эпидермального слоя кожи. Поэтому, как и в случае эпиляторов на кристаллах рубина, александрита и полупроводниковых средах, при обработке ламповыми эпиляторами существуют опасность их использования в отношении клиентов IV-VI фототипа по Фитцпатрику, сезонные ограничения, а также вероятность нарушения пигментации обработанной кожи. Использование фильтров, "отрезающих" коротковолновую часть спектра излучения лампы, приводит к значительному ухудшению ее энергетических характеристик.
Излучение Nd:YAG систем с длиной волны 1064 нм слабее поглощается меланином кожи и является для нее безопасным. С другой стороны, длинноволновое излучение Nd:YAG систем способно глубоко проникать в ткань (до 4 мм) и достигать луковиц волос с различной глубиной залегания практически независимо от цвета кожи. Аппроксимация кривых рис.2 на область 1064 нм позволяет предположить, что коэффициент поглощения излучения 1064 нм волосяными структурами от их цвета зависит незначительно, что, в свою очередь, позволяет рассчитывать на возможность унификации режимов обработки излучением 1064 нм пациентов с различными цветом волос и типом кожи. Это обстоятельство является чрезвычайно обнадеживающим с точки зрения возможностей широкого применения лазеров на Nd:YAG в качестве универсальных приборов, позволяющих проводить эпиляцию волос у людей различного фототипа с различным цветом кожи, без сезонных и расовых ограничений.
Вторым важным условием, влияющим на выбор источника излучения для фотоэпиляции, является уровень селективности фототермолиза, представляющий собой соотношение между температурой разогретого излучением фолликула и близлежащих слоев эпидермиса. Основная причина разницы температур волос и кожи кроется в различной концентрации в них поглощающего хромофора - меланина; в волосах меланина, как правило, больше. Для успешной эпиляции волос с различной глубиной залегания фолликула уровень селективности фототермолиза должен быть достаточно большим на всем протяжении распространения излучения в коже.
Исследования (рис.3а и 3б, (1)) показывают, что уровень селективности фототермолиза повышается с увеличением длины волны, и если излучение с длинами волн в обсуждаемом авторами диапазоне 690-1000 нм подходит для удаления волос, которые значительно темнее кожи, то только излучение с длинами волн более 800 нм способно создать превышение температуры фолликула над температурой эпидермиса для волос, которые незначительно темнее кожи. В особенности это существенно для волос с большой глубиной залегания фолликулов. Анализ приведенных авторами закономерностей показывает, что только излучение с длиной волны более 1000 нм (Nd:YAG системы) обеспечивает соотношение между температурой фолликула и эпидермиса более 1 на глубине 3-4 мм.
Рис.3а. Зависимость отношения температуры луковиц волос (ТН) к температуре
эпидермиса (ТЕ) от длины волны для различной глубины залегания волос.
Цветовой контраст кожа/волосы равен 10 (волосы в 10 раз темнее кожи).
Рис.3б. Зависимость отношения температуры луковиц волос (ТН) к температуре
эпидермиса (ТЕ) от длины волны для различной глубины залегания волос.
Цветовой контраст кожа/волосы равен 5 (волосы лишь слегка темнее кожи).
Таким образом, термические особенности поглощения кожей и волосами излучения 1064 нм подтверждают тезис о возможности широкого использования Nd:YAG систем в качестве универсальных эпиляторов, способных удалять нежелательные волосы у пациентов с практически любыми типом кожи и глубиной залегания фолликулов, без сезонных и расовых ограничений.
Все вышеуказанное явилось основанием для того, чтобы СОЛАР ЛС компания, производящая разнообразные лазерные системы на рубине, александрите и алюмо-иттриевом гранате, остановила выбор на последней лазерной среде как наиболее универсальной и, главное, безопасной эпиляционной системе. Результатом научно-исследовательских и дизайнерских работ, проведенных специалистами СОЛАР ЛС в тесном сотрудничестве с практическими косметологами, явился DeLight лазерный эпилятор на алюмо-иттриевом гранате, универсальный и недорогой прибор, представляющий с нашей точки зрения уникальное сочетание оптимальных характеристик для проведения эффективной эпиляции наиболее широкого круга пациентов.
Очевидно, преимущества любой лазерной среды могут быть в полной степени реализованы лишь при условии выбора оптимальных методик обработки, а именно: размера пятна излучения, длительности импульса и плотности энергии излучения. Попытаемся кратко обсудить основные факторы, повлиявшие на на выбор этих параметров при создании установки DeLight.
Размер пятна излучения. Важность этого параметра обусловлена двумя основными факторами:
а) использование пучков большего размера позволяет уменьшить число экспонирований и увеличить скорость обработки
в) как показали авторы (5), глубина проникновения излучения в кожу зависит не только от длины волны излучения и цвета кожи, но и от размеров светового пятна. Если размер пучка меньше глубины проникновения его в ткань, в силу вступают эффекты рассеяния, дополнительно уменьшающие глубину проникновения.Так, рис.4 наглядно демонстрирует, что плотность энергии излучения рубинового лазера уменьшается до 20% на глубине около 2,6 мм для пучка диаметром 1 мм и на глубине 3,5 мм для пучка диаметром 5 мм.
Рис.4. Распределение интенсивности излучения 694 нм с диаметрами пучков 1 мм и 5 мм.
Поэтому в целях уменьшения влияния рассеяния на глубину проникновения излучения в кожу для эпиляции следует использовать пучки размером больше 5 мм. Реализация этого требования в случае достаточно мощной Nd:YAG лазерной системы не представляет значительных проблем. Благодаря высокой выходной энергии лазерная установка DeLight предлагает ряд размеров пятна экспонирования в диапазоне от 5 до 13 мм, что на сегодняшний день является рекордно большим показателем среди лазерных эпиляторов.
Плотность энергии излучения. Энергия в импульсе лазерного излучения должна быть достаточной для обеспечения плотности 25-50 Дж/см2 для пучка максимального размера (1). Лазерная система DeLight характеризуется максимальной величиной энергии в импульсе 80 Дж, что полностью отвечает этому требованию.
Длительность импульса излучения является параметром, который согласно (1,4) позволяет проводить тонкий подбор наиболее "мягких" режимов эпиляции, обеспечивая ее максимальную эффективность и безболезненность. Идея состоит в увеличении селективности обработки за счет оптимизации длительности импульса излучения. Определяющее значение в выборе длительности импульса имеет время тепловой релаксации подвергнутых обработке структур (TRT) - время, в течение которого их температура уменьшается в два раза. Если обработка проводится с целью повреждения какого-либо объекта, энергия излучения должна поставляться в течение импульса, длительность которого меньше либо равна TRT объекта. Соответственно, для избежания чрезмерного нагрева объекта обработку следует проводить импульсами, длительность которых намного больше TRT объекта. Так как эпидермис первым подвергается воздействию излучения при эпиляции и имеет наибольшую вероятность повреждения мощным излучением, то во избежание его чрезмерного разогрева длительность импульса должна превышать TRT эпидермиса. Соответственно, в целях эффективного повреждения фолликулов волос энергия излучения должна поставляться за время, которое было бы меньше, чем TRT фолликулов. По данным (4, 6, 7) величина TRT фолликула составляет 40-100 мсек в зависимости от его диаметра, а для эпидермальных слоев кожи характерны величины TRT 1-10 мсек. Таким образом, используемый для удаления волос прибор должен иметь длительность импульса больше 10мсек и меньше, чем 100 мсек. Наиболее оптимальной была бы величина длительности импульса 40-50 мсек.
Авторы (1) наглядно проиллюстрировали временную зависимость температуры эпидермиса и луковиц волос при воздействии тремя короткими импульсами длительностью <7 мс с интервалом следования 20 мс (см. рис.5).
Рис.5. Температурное поведение эпидермиса и фолликулов волос в течение воздействия тройного импульса.
Из рис. 5 видно, что к концу действия третьего импульса температура волосяной луковицы достигает TH~80°C,а температура эпидермиса TE~58°C.
Длительность импульса основной массы предлагаемых на рынке лазерных и ламповых эпиляторов составляет единицы миллисекунд и те установки, в которых предусмотрен режим "длинного импульса" имеют огромные преимущества, так как позволяют достичь желаемого эффекта с минимальным разогревом поверхностных слоев кожи. Это, с одной стороны, практически исключает необходимость предварительного охлаждения кожи, а с другой - позволяет проводить эпиляцию у пациентов с минимальным контрастом в цвете кожи и волос. Лазерный эпилятор DeLight предоставляет возможность выбора длительности импульса в пределах от 1 мсек до 50 мсек.
Таким образом, совокупность технических характеристик лазерного эпилятора DeLight составляет собой идеальную комбинацию, обеспечивающую за счет правильного выбора плотности энергии и диаметра пятна излучения вкупе с использованием "длинного" импульса процесс эффективного удаления волос у пациентов 1-5 фототипов. Термическая безопасность, минимальное время обработки и клиническая эффективность являются характерными свойствами процесса удаления волос, проводимого с помощью лазерной системы DeLight.
Для получения более полной информации о новой Nd:YAG лазерной системе DeLight щелкните здесь.
Литература
1. G. Lask, S. Eckhouse, M. Slatkim et.al. The role of laser and intense light sources in
photo-epilations: a comparative evaluation J. at Cutaneous Laser Therapy, 1, 3 (1999)
2. K. Klavuhn Illumination geometry: The importance of laser beam spatial characteristics/
Laser hair removal technical note 2: published by Coherent, inc. (2000)
3. K. Klavuhn Epidermal protection: A comparative analysis of sapphire contact and cryogen spray cooling / Laser Hair removal technical note 1: published by Coherent, inc. (2000)
4. Scientific rationale for long pulse Nd:YAG laser for hair removal /http://www.laserscope.com/treat/lyra_scientific.html
5. Keijzer M., Jacquse SL, Prahl SA, Welch AJ. Light distribution in artery tissue: Monte Carlo simulations for finite-diameter laser beams. / Laser Surg Med 1989; 9; 148-54
6. Wheeland RG. Laser-assisted hair removal. Dermatol Clin 1997; 15:459-77
7. Grossman MC, Dierickx CC, Farinelli W, Flotte T, Anderson RR. Damage to hair follicles by normal-mode ruby laser pulses. I Am Acad Dermatol 1996; 35:889-94
8. Svaasand, Norvang LT, Fiskerstrand EJ, Stopps EKS, Bearns MW, Nelson JS. Tissue parameters determining the visual appearance of normal skin and port-wine stains. Laser Mad Sci 1995;
10; 55-65.
9. Anderson RR, Parrish JA. The optics of human skin. J Invert Dermatol 1981; 77; 13-19