Bioengenharia Cutanêa: Propriedades Mecânicas da Pele
 

Maísa Oliveira de Melo, Patrícia MBG Maia Campos
Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto – USP, Ribeirão Preto SP, Brasil

Tecnologia de Medição

Princípio de Funcionamento do Cutometer Dual 580 MPA3

Outra Técnica de Medição da Elasticidade

Conclusão

Referências

artigo publicado na revista Cosmetics & Toiletries Brasil - Jul/Ago 2016 Vol. 28 Nº 4  (pag 32 a 36)

   

     As propriedades mecânicas da pele são um dos objetos de atenção dos profissionais da área de saúde. Os parâmetros biomecânicos da pele, como a elasticidade, variam entre as regiões  o corpo, com o envelhecimento e o aparecimento de algumas doenças cutâneas. O envelhecimento da pele facial humana tem piora gradual ao longo da vida, passando por uma série de modificações morfológicas e funcionais que ocorrem principalmente na derme, o que resulta em alterações na proliferação e na capacidade de reparo das células. Já foi demonstrado na literatura que a elastina, responsável pela elasticidade cutânea, perde sua qualidade elástica, enquanto as fibras de colágeno diminuem também com o avanço da idade e têm sua organização alterada.6 Outros estudos relatam ainda a existência de uma correlação negativa entre a idade e as ropriedades elásticas da pele em mulheres, devido a uma notável diminuição da capacidade da pele em retornar ao estado inicial após uma deformação, entre outros fatores.1,11,20 Essas modificações podem ser facilmente reconhecidas por meio do aparecimento de rugas, fl acidez, enrugamento, desidratação, manchas e perda da elasticidade. Além disso, a pele humana é considerada viscoelástica, ou seja, elástica com propriedades plásticas.

  Uma interessante explicação sobre os conceitos de elasticidade e firmeza da pele pode ser vista no Quadro 1.3


   

       Nas últimas décadas, diversas abordagens tecnológicas para a caracterização das propriedades mecânicas da pele invivo foram desenvolvidas. A pele humana pode ser puxada para cima,  pressionada ou torcida em uma ou várias direções e submetida a vibrações e a outros tipos de estímulos mecânicos. Além disso, as forças aplicadas à pele podem variar em diferentes  intensidades e em relação ao tempo de aplicação. Cada uma dessas abordagens tem levado ao desenvolvimento de um ou mais tipos de instrumento para a avaliação da viscoelasticidade da pele, e alguns deles podem ser encontrados comercialmente.16

 

Tecnologia de Medição

   O princípio geral de promover elevação da pele após aplicar sucção de pressão negativa por meio de uma câmara/sonda especialmente projetada para ser utilizada na avaliação da elasticidade é um método consagrado para esse tipo de avaliação cutânea.8

Nos anos 1980, dois dispositivos que seguiam esse princípio estavam disponíveis: o Dermafl ex A (marca comercial da Cortex Technology, Dinamarca) e o Cutometer SEM 474 (marca comercial da Courage-Khazaka electronic GmbH, Colônia, Alemanha).

   Em 1994, o Dermafl ex A foi descontinuado e substituído pela primeira versão do equipamento DermaLab Elasticity. Essa versão seguia o princípio de sucção, porém com uma sonda menor,mais leve e com altura de elevação predeterminada para medir a força necessária para promover a sucção, e era mais prática e econômica que o Dermafl ex A, que exigia tempo maior para a medição. Na mesma época, surgiu o Cutometer SEM 575, que seguia o mesmo princípio de funcionamento do modelo Cutometer SEM 474, porém com aperfeiçoamentos construtivos.

   No início dos anos 2000, a Courage-Khazaka lançou o Cutometer 580 MPA, com interface USB e com a possibilidade de conectar, no aparelho, outras sondas do sistema MPA (MultiprobeAdaptor).

   Em 2014 surgiu o Cutometer Dual 580 MPA, que permite a operação com duas sondas com aberturas diferentes (Figura 1). Em 2015, a Cortex lançou uma nova versão do DermaLab Elasticity (Figura 2), na qual o princípio da pressão negativa ajustável retornou, porém com nova tecnologia de sensores mais sensíveis e precisos, unindo assim uma sonda pequena, leve e sem necessidade de ser segurada manualmente, que é fixada na pele com o uso de adesivos. O tempo de análise foi reduzido a segundos, apresenta alta reprodutibilidade e possibilidade de ser adaptada a diferentes regiões do corpo.2

   Embora apresentem o mesmo princípio de funcionamento, algumas diferenças devem ser destacadas entre essas duas famílias de equipamentos. Esses instrumentos fornecem informações distintas que devem ser levadas em conta na interpretação final dos resultados obtidos. As principais diferenças estão no modo de medição: as sondas têm aberturas de diâmetros diferentes e distintas são as variáveis de tensão utilizadas.

   O instrumento DermaLab Elasticity apresenta sonda com abertura de diâmetro 10 mm, proporcionando um modo de medição de espessura total “proporcional”,7,18 ou seja, é parti- cularmente sensível às propriedades globais de tração da pele e dos tecidos subcutâneos. Os resultados são convenientemente apresentados como curvas de tensão/deformação.

   O equipamento Cutometer Dual 580 MPA, por sua vez, pode ser utilizado tanto no modo de medição tempo como no modo tensão/deformação. Com a sonda de 2 mm, fornece a tensãosuperfi cial “desproporcional”, que, supõe-se, envolve principalmente o compartimento exterior mecânico da epiderme, da derme papilar e, em menor grau, as camadas mais profundas da pele. É especialmente apropriada para uso em variadas aplicações, principalmente em aplicações cosméticas.12 A potencial aplicabilidade do Cutometer Dual 580 MPA pode ser ainda mais explorada considerando-se os variados diâmetros de abertura dassondas (2, 4, 6 e 8 mm), que lhe permitem proporcionar o modo de medição proporcional.    As deformações resultantes das sondas de maior diâmetro de abertura podem envolver maior número de componentes das camadas mais profundas da pele, incluindo o tecido adiposo, já que a capacidade de extensão vertical da pele é reduzida pela sua adiposidade.16

    Assim, os estudos da viscoelasticidade da pele com o equipamento Cutometer Dual 580 MPA são utilizados como referência mundial, pois também são capazes de fornecer diversos parâmetros de diferentes porções da curva de medida.10

   A capacidade de distensão da pele avaliada por meio desse sistema é representada pelo valor de elevação ou de tensão da pele ao final da fase de sucção. A distensão elástica correspondeà subida da pele residual após a libertação da primeira sucção. No caso do Cutometer Dual 580 MPA, o aparelho gera uma pressão negativa que pode variar na faixa entre 20 e 500 mbar. Após a penetração da pele no interior da sonda, a profundidade de penetração é determinada por meio de um sistema optométrico.

 

 

Princípio de Funcionamento do Cutometer Dual 580 MPA3

    O Cutometer Dual 580 MPA é destinado à medição da elasticidade da camada mais exterior da pele, usando pressão negativa que deforma mecanicamente a pele. O princípio de medida se baseia no método de sucção. A pressão negativa criada na sonda arrasta a pele para o seu interior através de um orifício (que tem de 2 a 8 mm) e a libera após determinado tempo (décimos de segundos). No interior da sonda, a profundidade da penetração da pele é determinada por sistema óptico de medida sem contato com a pele.

   Esse sistema óptico de medida é formado por uma fonte e um receptor de luz, além de dois prismas posicionados um em frente ao outro, os quais projetam a luz do transmissor para o receptor. A intensidade da luz varia de acordo com a profundidade de penetração da pele no interior da sonda. A resistência da pele à pressão negativa (firmeza) e sua habilidade de retornar à sua forma anterior (elasticidade) são mostradas em uma curva (de profundidade de penetração versus tempo) – Figura 3 -, em tempo real, durante a medição. O princípio de medição fornece informações sobre as propriedades elásticas e mecânicas da superfície da pele, que são suficientes para quantificar objetivamente o envelhecimento cutâneo.

   A curva (Figura 4) mostra com precisão as propriedades viscoelásticas da pele. Em contraste com um material perfeitamente elástico como um balão de borracha, a curva medição da pelepode ser avaliada em duas partes, em cada uma das duas fases, de sucção e de relaxamento.

Fase de sucção

   Na primeira parte da fase de sucção, a pele entra imediata e diretamente no interior da sonda. Essa é a deformação imediata que a literatura descreve como Ue. A cota Ue é alcançada normalmente após 0,1 segundo do início da sucção. Na segunda parte da fase de sucção, a pele “fl ui” para o interior da sonda. Essa parte representa a sucção viscoelástica Uv. Quanto mais elástico for o material, menor será o valor da Uv. Com o aumento da idade, a Uvtorna-se maior. A penetração máxima, após o tempo de sucção, está representada pela cota Uf (Uf = Ue + Uv).

Fase de relaxamento

   Com um material viscoelástico, da mesma forma que a pele, o relaxamento total (Ua) pode novamente ser dividido em duas partes: o retorno elástico imediato (Ur) e o plano, parte viscoelástica representada por Ua-Ur.

    A pele jovem, altamente elástica, tem os índices Ur e Uf com valores muito próximos. Em peles mais velhas, Ur torna-se visivelmente mais baixo. A diferença Uf-Ua mostra a habilidade total da pele de retornar à forma original.

   Como exemplo, a Figura 5 mostra a comparação de 3 medições: área abaixo do olhos, antebraço e balão de borracha.

   A curva dos olhos (verde) mostra firmeza e elasticidade menores do que as da curva do antebraço (vermelha).

   A curva do balão (azul) mostra menor penetração da pele na sonda (maior habilidade em resistir à pressão negativa, isto é, maior firmeza) e maior habilidade de retorno imediato à posição inicial (elasticidade 100%).

Comentários sobre os critérios de medição

   As curvas de tempo de deformação e tensão/deformação obtidas com o Cutometer Dual 580 MPA fornecem todas as variáveis de tração descritas na literatura.9,14

   A deformação elástica Ue e a retração elástica Ur são definidas como as partes lineares íngremes da curva de tensão versus tempo. No entanto, os valores calculados não correspondem necessariamente à sua definição, pois são predeterminados pelo pesquisador como uma medida tomada em determinado momento após a aplicação e a liberação da sucção, respectivamente. O decorrer de tempo predefinido é variável, dificultando as comparações entre laboratórios e entre dados da literatura. Em geral, o intervalo de tempo deve ser curto, de cerca de 0,10 a 0,15 segundos. É óbvio que qualquer cálculo de Ue será refletido por um Uv falso. A partir dessas variáveis, vários outros índices podem ser calculados.16

Outra Técnica de Medição da Elasticidade

    Outra técnica utilizada para a avaliação das propriedades mecânicas da pele é a do equipamento Reviscometer RVM 600 (Courage-Khazaka), que determina a elasticidade da pele por meio do método de medida do tempo de percurso da ressonância.

   O Reviscometer RVM 600 tem uma sonda com dois sensores que são posicionados sobre a pele: um emite pulsos de ondas acústicas e o outro recebe essas ondas em diferentes ângulosda pele. As ondas acústicas se propagam pela pele de formas diferentes, que variam com a umidade e a elasticidade presentes no meio. O tempo que as ondas levam para percorrer a distância entre o sensor emissor e o receptor é o parâmetro a ser medido pelo equipamento, o RRTM (sigla em inglês para resonance running time measurements). As ondas do emissor são recebidas pelo receptor em 4 direções - 0º/180º, 45º/225º, 90º/270º e

135º/315º). O tempo entre a emissão e recepção do sinal varia em relação à posição do emissor/receptor colocado sobre a pele, ou seja, se a medida é realizada em direção favorável ou contra as fibras elásticas cutâneas, determinando, assim, também a sua direção.4,19

    Esse equipamento permite a determinação das propriedades mecânicas da pele por meio da avaliação do RRTM máximo, do RRTM mínimo e do cálculo da anisotropia da pele (razão doRRTM máximo dividido pelo RRTM mínimo), em que, quando a razão for menor que 1 demonstra a existência de uma pele isotrópica, e quanto mais próximo for de 1, menor será a anisotropia, ou seja, menor a desorganização das fibras elásticas, o que se reflete no aumento da firmeza da pele.12,17,19

Conclusão

     As grandes alterações das propriedades elásticas da pele podem ocorrer por causa de anomalias na biossíntese de colágeno. Desse modo, as medidas da elasticidade in vivo são de grande interesse para a quantificação da rigidez da pele. Essas avaliações têm grande importância no campo da clínica dermatológica e sua utilização para estudos de eficácia de produtos cosméticos também tem grande relevância, principalmente de produtos antienvelhecimento, para a melhora da firmeza da pele ou anticelulite.15

    A evolução da tecnologia tem permitido o desenvolvimento de instrumentos cada vez mais eficientes e precisos para a avaliação dessas propriedades mecânicas da pele.

Referências

1. Batisse D, Bazin R, Baldeweck T, Querleux B, Lévêque JL. Infl uence of age on the wrinkling capacities of skin. Skin Res and Tech

8:148–154, 2002

2. Cortex Tecnology, Dermalab Series Skin Lab Combo Instruction Manual

3. Courage-Khazaka, Cutometer Dual 580 MPA operation manual, 2015

4. Courage-Khazaka, Reviscometer RVM 600 operation manual, 2005

5. Cua AB, Wilhelm KP, Maibach HI. Elastic properties of human skin: relation to age, sex and anatomical region. Arch Derm Res

282(5):283-288, 1990

6. Elson ML. Rejuvenescimento tópico da pele. Rev Cosmiatria Med Estética 5:25-28, 1997

7. Gniadecka M, Serup J. Suction chamber method for measurement of skin mechanical properties: The Dermafl ex. In Serup J, Jemec

GBE. Handbook of non-invasive methods and the skin. Boca Raton, CRC Press, 1995

8. Grahame R, Holt PJL. The infl uence of ageing on the in vivo elasticity of human skin. Gerontology 121:121–139, 1969

9. Hargens CW. Ballistometry. In Serup J, Jemec GBE: Handbook of non-invasive methods and the skin. Boca Raton, CRC Press, 1995

10. Hua W et al. Comparison of two series of non-invasive instruments used for the skin physiological properties measurements: the ‘Soft

Plus’ from Callegari S.p.A vs. the series of detectors from Courage & Khazaka. Skin Res and Tech 20:74–80, 2014

11. Ishikawa T, Ishikawa O, Miyachi Y. Measurement of skin elastic properties with a new suction device (I): relationship to age, sex and

the degree of obesity in normal individual. J Dermatol 22:713-717, 1995

12. Murray BC, Wickett RR. Sensitivity of Cutometer data to stratum corneum hydration level. Skin Res Tech 2:167–172, 1996

13. Paye M, Van de Gaer D, Morrison BM. Corneometry measurements to evaluate skin dryness in the modifi ed soap chamber test. Skin

Res and Tech 1:123-127, 1995

14. Pié rard GE. EEMCO Guidance to the in vivo Assessment of Tensile Functional Properties of the Skin: Part 1: Relevance to the Structures and Ageing of the Skin and Subcutaneous Tissues. Skin Pharmacol Appl Skin 6:352-362, 1999

15. Piérard GE, Nikkels-Tassoudji N, Piérard-Franchimont C. Infl uence of the test area on the mechanical properties of skin. Dermatology

191:9-15, 1995

16. Rodrigues L. EEMCO Guidance to the in vivo Assessment of Tensile Functional Properties of the Skin: Part 2: Instrumentation and Test

Modes. Skin Pharmacol Appl Skin Physiol 1(14):52-67, 2001

17. Ruvolo EC Jr, Stamatas GN, Kollias N. Skin viscoelasticy displays site and age-dependent angular anisotropy. Skin Pharmacol Physiol

20:313-321, 2007

18. Serup J, Jemec GBE, Grove GL. (Ed.). Handbook of non-invasive methods and the skin, 2a. ed., Boca Raton, CRC Press, 2006

19. Sumino H, Ichikawa S, Abe M, Endo Y, Ishikawa O, Kurabayashi M. Effects of aging, menopause and hormone replacement theraphy

on forearm skin elasticity in woman. J Am Geriatri Soc 52:945-949, 2004

20. Tadini KA. Desenvolvimento e avaliação clínica dos efeitos de formulação dermocosméticas contendo dimetilaminoetanol ou

acetil hexapeptídeo-3. Dissertação (Doutorado) – Departamento de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, Ribeirão

Preto, 2009.

Maísa Oliveira de Melo é farmacêutica e mestranda do Programa depós-graduação em Ciências Farmacêuticas da Faculdade de CiênciasFarmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo (USP), Ribeirão Preto SP.

Patrícia Maria Berardo Gonçalves Maia Campos é farmacêutica, com mestrado e doutorado em Fármacos e Medicamentos pela Faculdade de Ciências Farmacêuticas de São Paulo, USP, e com pós-doutorado na University.

 

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