皮膚超聲治療設(shè)備動物實驗及臨床應(yīng)用現(xiàn)狀綜述

李婷婷 吳雯婷 張瑜 張帆 門月華*

1 北京大學(xué)第三醫(yī)院皮膚科 （北京 100191）

2 北京大學(xué)第三醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科 （北京 100191）

內(nèi)容提要： 回顧了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)主要集中于超聲治療皮膚疾病。主要從以下三個方面進(jìn)行介紹：超聲的類型和參數(shù)，超聲在實驗動物中取得的進(jìn)展，以及超聲治療皮膚疾病的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化成果等。同時，還對超聲治療皮膚疾病的未來發(fā)展方向和在臨床中的應(yīng)用局限進(jìn)行探討，以促進(jìn)其更好地滿足日益更新的臨床需求。

皮膚超聲早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)逐漸開始被臨床醫(yī)生所應(yīng)用，但是早期由于超聲技術(shù)和設(shè)備并不成熟限制了其在皮膚疾病中的價值，在皮膚疾病的診斷和治療中處于非核心地位。隨著超聲技術(shù)的不斷改進(jìn)以及臨床醫(yī)生對該技術(shù)的認(rèn)知程度不斷改善，皮膚超聲逐漸進(jìn)入迅猛發(fā)展的黃金時期。然而，皮膚超聲發(fā)展至今仍然存在一些不被人熟知的問題，皮膚超聲在實驗動物中的研究與其在臨床中的應(yīng)用仍然存在巨大的鴻溝，皮膚超聲的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)成就轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用價值仍然具有較大的可開發(fā)空間。本文就皮膚超聲的類型、皮膚超聲在實驗動物中的應(yīng)用以及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化而來的臨床應(yīng)用進(jìn)行回顧和探討。

1.超聲治療技術(shù)在皮膚科應(yīng)用的機(jī)制

超聲是頻率超過人類可以聽到的最高閾值（20kHz）的聲波。1922年，國際上首次提出超聲波的定義，超聲波成為一個全新的概念，德國出現(xiàn)了首例超聲治療的發(fā)明專利；國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，1950年開始用800kHz的超聲治療多種疾病，至19世紀(jì)70年代開始逐步推廣。

1.1 高頻超聲實現(xiàn)皮膚內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化

1979年，Alexander等率先將超聲應(yīng)用于人體皮膚厚度的測量，開創(chuàng)了超聲在皮膚科領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，隨著換能器頻率（頻率≥20MHz）的增加，超聲的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到真皮和表皮。高頻超聲實現(xiàn)皮膚病變內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化，提供病變內(nèi)部的各種信息，如解剖結(jié)構(gòu)、相鄰關(guān)系、受累層數(shù)、血液灌注等。它彌補了傳統(tǒng)視覺觀察和皮膚鏡檢查只能觀察二維結(jié)構(gòu)的不足，通過調(diào)整參數(shù)和選擇輔助功能，高頻超聲可以對病灶進(jìn)行局部聚焦和視野擴(kuò)展，有助于醫(yī)生全面評估皮膚病。

1.2 高能聚焦超聲消融脂肪組織

近年來，人們越來越傾向于尋找一種不需要通過外科手術(shù)（即非侵入性手段）就可以減脂塑形，擁有完美身材的減肥塑身方法。這種手段是指在安全前提下，通過采用無創(chuàng)、非侵入技術(shù)進(jìn)行減脂塑形，來達(dá)到破壞脂肪細(xì)胞，減少脂肪厚度，塑造完美體形的目的。超聲在介質(zhì)中前進(jìn)時產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)及空化效應(yīng)，當(dāng)超聲波穿透或經(jīng)過組織時，因為反射、散射或吸收，可在身體組織中引發(fā)分子振蕩——內(nèi)摩擦，從而消融脂肪組織。破碎的脂肪細(xì)胞會釋放大量甘油三酯，經(jīng)蛋白脂酶水解后變成游離脂肪酸和甘油，經(jīng)過自身的毛細(xì)血管和淋巴管逐步吸收，到肝臟或其他部位進(jìn)行代謝，逐步達(dá)到減肥塑身的目的。因此，高能聚焦超聲（High-Intensity Focused Ultrasound，HIFU）應(yīng)運而生。HIFU是一項非侵入性技術(shù)，熱力塑（LipoSonix）系統(tǒng)（Medicis Technologies Corporation Scottsdale，AZ，USA）即應(yīng)用此項技術(shù)，常用的技術(shù)參數(shù)有：超聲波頻率2MHz，強(qiáng)度超1000W/cm2，輸出脈沖時間范圍為1151.5μs～120×106μs。HIFU可通過體位超聲聚焦于靶區(qū)域，形成高強(qiáng)度聚焦點，溫度可達(dá)56°C以上，使細(xì)胞瞬間凝固壞死，且在超聲引導(dǎo)下定位精準(zhǔn)，不會損傷周圍鄰近組織及靶區(qū)域之外的主要血管和神經(jīng)。目前，常用的國產(chǎn)機(jī)器有重慶海扶JC-200型超聲治療儀、NK/CZ181型聚焦超聲治療儀和上海新地HIFU-2001等。

1.3 微聚焦超聲促使皮下膠原重構(gòu)

面部松弛是皮膚衰老最普遍的癥狀之一，以皮膚松弛、下垂、失去彈性為特點，影響患者面部美觀，造成患者心理壓力，超聲能夠促進(jìn)新陳代謝、加速血液和淋巴循環(huán)及提高再生功能等。除HIFU外，微聚焦超聲（Microfocal Ultrasound，MFU）技術(shù)是一種新型的無創(chuàng)性除皺緊膚技術(shù)，能聚焦到真皮深層、皮下及表淺肌肉腱膜系統(tǒng)（Superficial Muscular-Aponeurotic System，SMAS），在毫秒級的時間內(nèi)將組織升溫到大約65°C，導(dǎo)致網(wǎng)狀真皮中的膠原纖維變性、收縮從而形成一種強(qiáng)大的膠原重構(gòu)，并且能夠避免損傷表皮層及真皮乳頭層。SMAS位于皮下組織和肌肉之間，起到支撐皮膚組織的關(guān)鍵作用。SMAS的老化對顏面老化和復(fù)雜表情肌表達(dá)機(jī)制的改變有重要影響，而MFU的目標(biāo)是治療面部SMAS，對頸部和面部的所有皮膚都有無創(chuàng)性提升的作用，解決皮膚因衰老而引發(fā)的松垂以及皺紋等問題。目前可用的換能器發(fā)射頻率分別為4MHz、7MHz和10MHz，焦距分別為4.5mm、3.0mm和1.5mm，1.5mm直達(dá)真皮淺層，刺激膠原持續(xù)再生，真皮緊致淡化細(xì)紋；3.0mm直達(dá)真皮深層和皮下淺脂肪層，溶脂并刺激纖維隔膜網(wǎng)收縮，壓實脂肪組織，改善輪廓曲線；4.5mm直達(dá)SMAS筋膜層，提升筋膜而達(dá)到緊致提升、組織復(fù)位、輪廓改善的效果。此外，微聚焦超聲與可視化（MFU-Visualization，MFU-V）（Ultherapy Ulthera Inc，Mesa，AZ）能夠使用不同的換能器在預(yù)選深度選擇性地提供聚焦的超聲能量，確保將能量準(zhǔn)確傳遞到預(yù)期的組織平面，該圖像還能讓操作者在投放MFU能量之前預(yù)先確定傳感器和皮膚之間適合的聲學(xué)耦合范圍。目前國產(chǎn)MFU設(shè)備有超聲炮治療儀（MFUS One，湖南半島醫(yī)療科技有限公司）、超聲盾治療儀（山西忱璞公司），使用的換能器發(fā)射頻率均為4MHz，焦距為2.0～4.5mm，可根據(jù)操作步驟依次選用M4.5、M3.0、D4.5、D3.0等不同治療頭。

1.4 超聲輔助經(jīng)皮給藥系統(tǒng)

經(jīng)皮給藥近年來被廣泛研究，相比起傳統(tǒng)注射給藥與口服給藥具有許多優(yōu)點，包括改善患者依從性、給藥方便、迅速終止給藥、避免首過效應(yīng)及減少藥物在胃腸道的代謝及副作用等。超聲輔助經(jīng)皮給藥系統(tǒng)是近幾年國內(nèi)外呈現(xiàn)的一種新型藥物滲入技術(shù)。它通過熱效應(yīng)、空化效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)在局部形成藥物進(jìn)入靶區(qū)域的人工生物通道，利用超聲波的對流輸送及輻射壓力來獲得動能，擴(kuò)張毛囊和汗腺等進(jìn)入點，并促進(jìn)治療區(qū)域的血液循環(huán)。此外，超聲透入可改變細(xì)胞膜的通透性，增強(qiáng)藥物滲透，將藥物傳送到指定部位，在病變部位形成高濃度的藥物蓄積，濃度比靜脈給藥高出幾十倍乃至一百倍。研究表明，低頻超聲（20～100kHz）比高頻超聲（1～16MHz）更能有效地增強(qiáng)皮膚滲透性，可將藥物推進(jìn)到皮膚深層，在組織內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓/正壓循環(huán)，釋放細(xì)胞內(nèi)積聚的液體并幫助藥物更快速地向目標(biāo)組織遞送。

2.超聲治療技術(shù)相關(guān)的動物實驗

2.1 超聲溶脂治療

在醫(yī)療美容中，非手術(shù)的治療方式是一種低風(fēng)險的選擇。目前HIFU已經(jīng)被批準(zhǔn)用于治療疾病，并且與成像引導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合還可以精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)組織，在目標(biāo)區(qū)域發(fā)揮作用[1]。最近美容行業(yè)中應(yīng)用HIFU減少脂肪組織得到了大家的認(rèn)可，HIFU可以使皮下脂肪的溫度在局部區(qū)域內(nèi)快速上升，這可以使得脂肪細(xì)胞發(fā)生壞死，附近的免疫細(xì)胞通過吞噬壞死的脂肪細(xì)胞減少局部的炎癥反應(yīng)，從而達(dá)到消除脂肪的目的。

早在2011年美國學(xué)者Jewell等[2]就將HIFU（LipoSonix系統(tǒng)）應(yīng)用于消除豬的皮下脂肪進(jìn)而觀察HIFU的安全性，研究顯示HIFU并未對局部組織的血管和神經(jīng)系統(tǒng)造成顯著破壞，肝功能和血脂相關(guān)的檢查也并未發(fā)現(xiàn)明顯異常，各個器官組織并無顯著脂肪栓塞的表現(xiàn)，因此初步提示HIFU具有可靠的安全性。Tan等[3]在2020年完善了HIFU應(yīng)用于消除動物模型的皮下脂肪實驗，研究發(fā)現(xiàn)HIFU能夠使豬的皮下脂肪組織厚度明顯下降，在結(jié)合電刺激后這種效果更加明顯，這可能是因為電刺激可以提高組織對葡萄糖的攝取，進(jìn)而增加能量消耗和代謝速度[4]。病理研究顯示，HIFU能夠使皮下脂肪組織形態(tài)紊亂，脂肪細(xì)胞溶解，皮下脂肪組織變得疏松，伴有巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的浸潤和膠原再生。對豬的后續(xù)觀察中可以觀察到HIFU結(jié)合電刺激治療組的豬皮下脂肪和腰圍明顯低于未干預(yù)的對照組，且與手術(shù)減脂導(dǎo)致的高脂肪栓塞的并發(fā)癥不同，HIFU治療并未收集到明顯的不良反應(yīng)，這證實HIFU用于減少脂肪組織的安全性和有效性[5]。

HIFU不僅被應(yīng)用于減少豬的皮下脂肪，在鼠中也進(jìn)行了相關(guān)研究。Liao等[6]在2013年應(yīng)用HIFU治療小鼠肥胖，成功使實驗組小鼠的皮下脂肪明顯少于對照組，且對全身其他器官組織無明顯不良反應(yīng)。此外，他們后續(xù)于2016進(jìn)行了更加深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HIFU對于攝入高能量飲食對象的效果更加明顯，雖然對血中甘油三酯等含量無明顯影響，但是局部脂肪組織的減少程度和速度均明顯增加，這提示HIFU在治療由高能量飲食導(dǎo)致的明顯肥胖對象時的效果更加顯著[7]。

由于HIFU在動物試驗中取得了明顯的效果，已經(jīng)證實其減少皮下脂肪方面的安全性和有效性。Kiedrowicz等[8]于2022年將HIFU應(yīng)用于治療肥胖患者的局部皮下脂肪堆積，在共計60名受試患者中，HIFU能夠明顯降低患者的皮下脂肪、腰圍和體重，且隨訪過程中并未發(fā)現(xiàn)有不良事件報告，證實其具有臨床應(yīng)用的價值。同時Byun等[9]于2023年對HIFU減少脂肪組織的機(jī)制進(jìn)行了更加深入的探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HIFU可能是改變了線粒體的功能進(jìn)而改變了脂肪細(xì)胞的代謝程度，通過誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞的凋亡從而使皮下脂肪的厚度下降，進(jìn)一步提高了對HIFU治療肥胖的認(rèn)知程度，為HIFU臨床應(yīng)用提供了堅實可靠的基礎(chǔ)。

2.2 超聲抗衰治療

隨著生活水平的提高，科學(xué)抗衰逐漸進(jìn)入人們的視線。皮膚皺紋和松垂是人類自然衰老過程的一部分，雖然這是不可避免的，但大多數(shù)人都自覺影響美容，這種心理壓力使得全球抗衰老市場得以大幅擴(kuò)張，近年來，對安全有效地改善皮膚皺紋和松垂的治療設(shè)備需求也在持續(xù)上升。

2015年，Bass等就發(fā)現(xiàn)超聲對皮膚進(jìn)行機(jī)械刺激可以通過激活鈣/CamKinaseII/Tiam1/Rac1途徑來加速愈合，該途徑替代纖連蛋白依賴性信號傳導(dǎo)并促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移，可將成纖維細(xì)胞募集到糖尿病和老年小鼠的傷口床上，并將愈合時間縮短30%，恢復(fù)到年輕健康小鼠中觀察到的愈合率，初步證明超聲可以安全有效地逆轉(zhuǎn)衰老小鼠皮膚的愈合延遲[10]。Hong等在2022年應(yīng)用HIFU治療光老化皮膚，研究結(jié)果表明，HIFU通過增強(qiáng)TGF-β和抑制MMP3活性來促進(jìn)膠原蛋白形成和重排。這項研究是第一個顯示HIFU對光老化皮膚的直接影響的動物研究，進(jìn)一步支持HIFU在老化皮膚中的使用，旨在逆轉(zhuǎn)衰老的形態(tài)學(xué)影響[11]。近來，Lee等[12]證明新型家用HIFU對治療皮膚皺紋是安全有效的，結(jié)果顯示，使用該裝置治療后小鼠真皮層厚度增加，皮膚Ⅰ型和Ⅲ型膠原的基因和蛋白表達(dá)增加，而MMP-1和TIMP-1的基因和蛋白表達(dá)減少。目前認(rèn)為膠原蛋白和彈性蛋白表達(dá)增加、MMP和TIMP表達(dá)降低是改善皺紋的標(biāo)志物。

MFU可提升松弛的面部皮膚，MFU-V能清晰地生成目標(biāo)區(qū)域的解剖圖像，確保治療在適當(dāng)?shù)纳疃冗M(jìn)行，因此，未經(jīng)過多的動物實驗，MFU-V已被美國食品藥物監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于無創(chuàng)提眉以及頸部和頦下皮膚的提升。近來人們開始擔(dān)心將MFU與懸浮線結(jié)合使用的安全性，因為它可能會改變懸浮線的結(jié)構(gòu)和完整性或引起炎癥反應(yīng)。為探討懸浮線的結(jié)構(gòu)和完整性，Casabona等[13]在豬皮膚中進(jìn)行了測試，結(jié)果顯示將懸浮線與MFU結(jié)合使用是安全的，并且可以通過增加新生膠原合成來提高療效。近年來，MFU發(fā)展迅速，韓國一項研究將肉毒桿菌毒素、填充劑和MFU相結(jié)合以獲得眼周區(qū)域年輕化的多模式方法，治療順序為MFU-V、注射透明質(zhì)酸填充劑及注射肉毒桿菌毒素，所有治療均在同一天進(jìn)行[14]。結(jié)果顯示，眉毛高度在聯(lián)合治療后立即增加，并持續(xù)改善12周。早期改變可能歸因于MFU、填充劑和肉毒桿菌毒素注射的協(xié)同作用，而第12周的進(jìn)一步改善主要與MFU的延遲效應(yīng)有關(guān)[14]。遺憾的是，國產(chǎn)MFU類設(shè)備的相關(guān)研究尚屬空白，提示在后續(xù)的工作中應(yīng)關(guān)注重視。

2.3 超聲輔助經(jīng)皮藥物遞送

近年來，超聲輔助經(jīng)皮藥物遞送系統(tǒng)迅速發(fā)展，然而，由于皮膚角質(zhì)層的存在限制了經(jīng)皮給藥的發(fā)展，所以目前關(guān)于透皮給藥的研究方向主要集中在探索穿過角質(zhì)層的給藥方式，以及提高給藥效率兩個方面。

與游離藥物相比，采用脂質(zhì)體封包等藥物遞送策略可以優(yōu)化和增強(qiáng)不同藥物的遞送，具有更低的全身毒性和更好的藥物細(xì)胞內(nèi)在化。早在2007年，有研究就將低溫?zé)崦糁|(zhì)體與無創(chuàng)性脈沖HIFU暴露結(jié)合，在小鼠實驗中增強(qiáng)了阿霉素的遞送，從而增強(qiáng)了其抗腫瘤作用，開啟了新藥物和設(shè)備組合輔助給藥的先河[15]。超聲輔助微泡給藥系統(tǒng)是增強(qiáng)癌癥治療中最有前途的藥物傳遞策略之一，它是一種靶向運輸藥物的技術(shù)，這種技術(shù)可以應(yīng)用超聲輔助確定載有藥物的微泡到達(dá)特定的組織器官后給予超聲輻照，導(dǎo)致微泡發(fā)生膨脹破裂釋放其中運載的藥物，從而使藥物被特定的組織細(xì)胞所攝取。這種技術(shù)可以將藥物制備成1～1000nm大小的納米級藥物輸送體系，在疾病的治療方面具有靶向功能，不僅能提高藥物的穩(wěn)定性，還可以提高藥物被組織細(xì)胞攝取的能力，從而提高藥物的有效性，是一種重要的治療手段。同時，這種技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和更新，過去應(yīng)用普通的微泡給藥系統(tǒng)運輸?shù)乃幬锇d率低，體內(nèi)的穩(wěn)定性較差，半衰期較短，并且因為顆粒較小容易與非特定靶組織細(xì)胞結(jié)合從而導(dǎo)致藥物實際到達(dá)靶組織細(xì)胞的含量下降，同時還增大了不良反應(yīng)。張霞等[16]以肝素和生物素為載體制備的新型微泡給藥系統(tǒng)不僅藥物包載率高，且克服了過去技術(shù)的弊端，實現(xiàn)了藥物包載率高、穩(wěn)定性好、靶向性高、治療效果好且不良反應(yīng)少等諸多優(yōu)點，證實這種技術(shù)也在不斷地更新和發(fā)展。

部分研究表明，溶菌酶殼微泡通過超聲療法輸送藥物可治療炎癥性皮膚病。有研究證明，超聲可以在水相中與阿達(dá)帕林-溶菌酶殼微泡一起使用，阿達(dá)帕林負(fù)載與其濃度成正比，溶菌酶殼微泡上的負(fù)載允許使用較低但仍然有效的濃度，通過使過度角化正?；痛龠M(jìn)膠原蛋白合成來治療光老化，改善紫外線照射小鼠的光損傷皮膚[17]。此外，研究表明超聲微氣泡輔助藥物傳遞系統(tǒng)增強(qiáng)了博萊霉素對黑色素瘤細(xì)胞的抗腫瘤作用[18]；超聲響應(yīng)Gd-DOTA/多柔比星負(fù)載納米液滴可作為黑色素瘤磁共振圖像引導(dǎo)控釋藥物遞送的治療診斷劑[19]。

3.小結(jié)與展望

本文從超聲治療皮膚疾病的角度出發(fā)，回顧了超聲目前的參數(shù)及其在消除肥胖患者的皮下脂肪、去除皺紋及輔助給藥系統(tǒng)等多方面的應(yīng)用，重點介紹了超聲治療皮膚疾病在實驗動物中的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，由于MFU動物實驗不充分，且超聲應(yīng)用于實驗動物和人體之間仍然存在一些差別，皮膚科醫(yī)生將他們在實驗動物身上獲得的經(jīng)驗應(yīng)用于人體時應(yīng)嚴(yán)格把控適應(yīng)證，同時也要密切監(jiān)測其不良反應(yīng)。2022年，國內(nèi)第一部皮膚超聲診斷專著Diagnostic Ultrasound in Dermatology正式出版并上線，不僅為全世界皮膚超聲診斷的規(guī)范化和普及作出了貢獻(xiàn)，也標(biāo)志著中國皮膚超聲已建立一套成熟的體系，能向海外輸出中國專家的智慧，并有能力接受來自全世界同行專家的檢驗。目前超聲在皮膚疾病診療中的應(yīng)用場景逐漸增多，其臨床價值逐漸受到肯定，中國學(xué)者在皮膚超聲領(lǐng)域正在逐步走上國際舞臺的中央。同時也必須清醒地認(rèn)識到大部分皮膚超聲的應(yīng)用仍處于探索階段，很多皮膚疾病的超聲診斷標(biāo)準(zhǔn)尚未確立，診斷流程尚未統(tǒng)一，與臨床的聯(lián)系還需進(jìn)一步加強(qiáng)。一方面，皮膚科醫(yī)生需要傳播他們在該技術(shù)方面的經(jīng)驗，并繼續(xù)學(xué)習(xí)和實驗，另一方面，就像在其他領(lǐng)域一樣，進(jìn)行超聲檢查的皮膚科醫(yī)生需要評估患者接受超聲治療的必要性和標(biāo)準(zhǔn)化治療方案。

目前超聲等最新進(jìn)展在皮膚領(lǐng)域中的價值正逐漸被大家所認(rèn)可和接受，不論是用于診斷還是治療的皮膚超聲設(shè)備的日益普及也將有助于促進(jìn)超聲在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究和使用，今后，仍需要廣大同仁一起開展更加深入、科學(xué)的動物實驗以及更多隊列性、前瞻性、高證據(jù)級別的臨床研究，充分發(fā)揮皮膚超聲的技術(shù)優(yōu)勢，造福廣大患者。