Влияние на нискочестотния ултразвук върху мастната тъкан

Промяната в налягането, генерирана от нискочестотния ултразвук, предизвиква ефект на кавитация във водните съединения на мастната цитоплазма. При определяне на оптималните параметри на излъчването, кавитационните процеси ще се извършват локално в мастната тъкан, тъй като тя има по-ниска плътност. За тази цел са добре подходящи плоските излъчватели, които създават еднородно поле с малка дълбочина на проникване.

Хистологични изследвания
Хистологичните изследвания на тъканите на човека след въздействието на нискочестотен нефокусиран ултразвук с ниска интензивност ех vivo  (37–42 KHz; 1,8–2,5 W/cm2; 10 минути) показват увреждане на мембраните на мастните клетки, забележими изменения на колагеновите влакна [Palumbo P, Cinque B, Miconi G, et al. Biological effects of low frequency high intensity ultrasound application on ex vivo human adipose tissue. Int J Immunopathol Pharmacol. 2011; 24:411–422]. При това процесът на липолиза продължава още 18 часа след въздействието на ултразвук. Авторите отбелязват намаляване на модулацията на прокаспаза-9 и повишаване на нивото на каспаза-3 в активната форма поради фрагментацията на ДНК, която при достатъчни нива на интензивност може да доведе до индукция на апоптоза на мастните клетки.

В друго изследванието за ех vivo [Pugliese D, Maiorano E and Pascone M. Histopathological features of tissue alterations induced by low frequency ultrasound with cavitational effects on human adipose tissue. Int J Immunopathol Pharmacol. 2013 Apr-Jun;26(2):541-7] е отбелязано локално намаляване на площта на адипоцитите (известни още и като липоцити или мастни клетки -да не се бъркат с мастоцити), тяхната фрагментация и разтваряне се засилваха с увеличаване на интензивността на излъчването (38 kHz; 2.5–5 W/cm2; 15 min). Тези ефекти бяха по-забележими в повърхностните слоеве на тъканта. Минимално въздействие върху колагенови влакна се наблюдава при 2,5 W/cm2. Авторите предполагат, че алтерация (alteration -изменението) на колагеновите влакна може да окаже положителен ефект при лечението на целулита, поради структурната реорганизация на подкожната мастна тъкан.

Проби от човешки тъкани, взети 5 дни след третирането с нискочестотен ултразвук [Savoia A, Forenza AM, Vannini F et al, Noninvasive Body Contouring by Low Frequency Ultrasound: A Clinical Study, Open Reconstructive and Cosmetic Surgery, 2010, 3, 11-16] показват локално разрушаване на мембраните на съседните клетки и създаването на "дупки". Съединителната тъкан, кръвоносните съдове и нервните влакна нямали видими увреждания. Не било отбелязано и некроза на тъканите, кръвоизливи на еритроцити, инфилтрация на макрофаги и лимфоцити.

Ултраструктурни изследвания
При тестването върху прасета in vivo [Garcia O, Schafer M. The effects of nonfocused external ultrasound on tissue temperature and adipocyte morphology. Aesthetic Surg J 2013;33:11727] на въздействието от слабо фокусиран нискочестотен ултразвук (20 kHz), модулиран от два високочестотни излъчвателя, се наблюдава безопасно повишаване на температурата вътре в тъканите, не предизвикващо некроза на тъканите, повишаване на нивото на триглицеридите, липопротеините, холестерола в лимфен поток на третираната зона, наличието на липиди в междуклетъчното пространство. В кръвта не са отбелязвани статистически значими промени. Изображението от електронния микроскоп веднага след въздействието с ултразвук показва липиди, напускащи мастната клетка през мембраната.

Изследване на човешките тъкани in vivo и ex vivo [Bani D, Quattrini A, Freschi G, Russo GL. Histological and ultrastructural effects of ultrasound-induced cavitation on human skin adipose tissue. Plast Reconstr Surg Glob Open 2013;1:e41] със подобни параметри на излъчването показват аналогични резултати.
Визуалното изследване на полутънки срезове и морфометричен анализ на подкожни мастни тъкани ex vivo експланти на кожата показаха, че кавитацията предизвикала забележимо, статистически значимо намаление (-23%) на размера на липидните вакуоли в адипоцитите. Много от адипоцити са имали своеобразни аномалии, състоящи се в групиране на микровезикули и фокални разкъсвания на периферната цитоплазматична мембрана. Такива разкъсвания обикновено са ограничени до малки участъци от повърхността на клетките, приблизително 0.5-1.5 μm (Микрометъра) в диаметър, но достатъчно големи за изтичане на капките на триглицерид от вътрешната цитоплазмена вакуола в извънклетъчното пространство. Трябва да се отбележи, че не са открити никакви признаци на поразяване на адипоцити или клетъчни останки. Признаците на дезорганизация на колагеновите влакна, за разлика от описаните по-горе изследвания, не бяха установени, което най-вероятно е свързано с малка продължителност на въздействието върху проба от тъкан (два импулса за по 6 секунди).

Интерстициалната строма съдържала малки липидни капки. Кръвоносните съдове, предимно капиляри, имаха нормален външен вид. Ендотелните клетки имаха неповредени плазмени мембрани, интраваскуларните (вътресъдови) еритроцити показаха нормална структура. Периваскуларните мастоцити нямаха признаци на активиране и освобождаване на гранули.

Ултраструктурната биопсия на подкожната мастна тъкан, взета по време на операцията, след курс на ултразвуково въздействие в изследването на Bani D и др. 2013, показаха разлики от проби, обработени в ex vivo условия. Независимо от времето на последното въздействие на ултразвук, не са наблюдавани никакви значителни промени в интерстициалната строма и кръвоносните съдове. Въпреки това, адипоцити, третирани с ултразвук, имаха неправилни, изкривени профили и наличие на множество липидни капки в цитоплазмената мембрана. Тези характеристики не са открити в местата, третирани с плацебо (placebo -симулирана, иначе медицински неефективна интервенция). Резултатите съответстват на значително намаляване на обема на клетките, вероятно свързани с освобождаването на триглицерида. По този начин, липидните капки често се срещат в стромата на мастната тъкан в близост до кръвоносните съдове.

Ултраструктурен анализ на това изследване дава механистично обяснение на това явление: кавитацията причинява дестабилизация на цитоплазмата на адипоцитите и плазмената (клетъчна) мембрана, обгръщаща липидната вакуола, вероятно чрез сливане на везикули при пиноцитоза или създаване на мултивезикуларни групи от плазмената мембрана. От своя страна, това явление причинява фокални прекъсвания в цитоплазмата на адипоцитите, приблизително от 0.5-1.5 µm в диаметър, което позволява на капките от триглицерида да бъдат освободени от липидната вакуола в извънклетъчното пространство.

През 2016 г. Honda в специално проучване измерва състава на кръвта по време и след процедурата, 10 пациенти са подложени на ултразвуково въздействие в продължение на 30 минути, след това на лимфен дренаж за 6 минути. Наблюдава се увеличение на свободните мастни киселини (триглицеридите се разделят от липазите на тялото в глицерид и свободни мастни киселини или FFA) в кръвта след началото на процедурата, растежът продължава още 90 минути след процедурата и нивото на триглицеридите в кръвта постепенно намалява.

Авторът предполага, че високо ниво на FFA в продължение на дълго време не може да бъде осигурено само от лимфен дренаж (FFA се разпада в рамките на 3 минути), по-вероятно е, че нефокусираният ултразвук да активира процеса на липолиза и триглицеридите да се метаболизират вече в мастните клетки с последващо отделяне на FFA в кръвта чрез лимфната система, или триглицеридите се метаболизират директно в междуклетъчното пространство.

Това заключение е частично в съответствие с резултатите от проучване на Палумбо и др. [Palumbo P, Cinque B, Miconi G, et al. Biological effects of low frequency high intensity ultrasound application on ex vivo human adipose tissue. Int J Immunopathol Pharmacol. 2011;24:411–422 ], където е отбелязана загуба на тегло на експланта в рамките на 18 часа след въздействието, както и от експерименти върху мишки [Miwa H, Kino M, Han LK et al. Effect of ultrasound application on fat mobilization. Pathophysiology. 2002 Oct;9(1):13], които показват повишаване на FFA и отделянето на липаза (норепинефрин), при въздействието на нискочестотен ултразвук с ниска интензивност.

Горепосочените изследвания позволяват да се предположат няколко механизма на въздействие на ултразвука върху мастните клетки: увеличаване на пропускливостта на клетъчната мембрана на мастните клетки и освобождаване на липиди в междуклетъчното пространство поради стабилна кавитация, скъсване на мастната клетка от микропотоци на газови мехурчета, които са достигнали достатъчно голям размер или поради инерционна кавитация, активиране на липолиза и освобождаване на мазнини в извънклетъчното пространство с използване на стандартни механизми на мастни клетки, активиране на апоптоза поради дефрагментиране на ДНК на мастната клетка. При това е възможно, че тези механизми за нетермични ултразвукови въздействия могат да се активират едновременно.

Така или иначе, триглицеридите се освобождават от адипоцити, ендогенно метаболизирани от липаза до глицерол и свободни мастни киселини, а след това се включват в общия комплекс от липопротеини.

Проучвания с измервания на липидния профил на кръвта и чернодробните ензими не потвърждават опасенията, че процедурата може значително да увеличи количеството на липидите и холестерола в кръвта. Нивото на триглицеридите в кръвта се намалява с минимизиране на мастната маса в организма на пациенти със затлъстяване (BMI > 30) или се увеличава в нормални граници на статистически незначителна стойност.