Course info

В тканях лица филлер подвергается смещающему воздействию (тангенциальных, или боковых, сил; сил, работающих на сдвиг), а также сил сжатия-растяжения. Они векторно складываются и вызывают деформацию филлера. Деформация сдвига развивается, если сила действует вдоль поверхности материала, вызывая параллельное смещение слоёв материала или их смещение со скручиванием вокруг перпендикулярной оси (вращение, торсию) (Рисунок 1, слева). При сдвиге основные геометрические размеры материала меняются незначительно, но меняется его форма.  Деформация сжатия-растяжения происходит в том случае, когда сила прикладывается перпендикулярно к поверхности (Рисунок 1, справа). При этом форма остаётся почти неизменной, но меняются основные размеры – преимущественно в направлении деформации. В конкретных областях лица может преобладать тот или другой вид деформации.  В ранее опубликованных статьях по реологии рассматривалась исключительно деформация сдвига, при этом практически не уделялось внимание действию сил сжатия-растяжения, которым, на наш взгляд, невозможно пренебречь.  В данной статье рассматриваются три реологических параметра, определяющих эффективность филлера под действием сил, действующих на сдвиг, а также сил сжатия-растяжения.
Вязкоупругость и деформация.

Рисунок 1. Филлеры подвержены двум типам деформации: (1) вращению (слева вверху) и сдвигу (слева внизу); а также (2) сжатию (справа вверху) и растяжению (справа внизу).

Вязкоупругость (пластические и эластические свойства) – это характеристика филлера, описывающая его склонность к пластической и эластической деформации под действием деформирующих сил. Под действием сдвигающего усилия абсолютно эластичный материал деформируется до определённой степени и затем полностью восстанавливает форму, если это действие прекращается (пример - резиновый жгут). Абсолютно пластичный материал продолжает деформироваться все время, пока к нему приложено усилие, и затем не восстанавливает форму (пример – пчелиный мёд).
Чтобы филлер на основе гиалуроновой кислоты был пригодным для применения по назначению, он должен сочетать в себе оба эти свойства, так как при выталкивании из иглы (во время инъекции) и в тканях (после инъекции) он подвергается разным по характеру воздействиям. При выведении из шприца на гель действует высокоинтенсивная комбинация сил, вызывающих сжатие и сдвиг (смещение слоёв геля относительно друг друга). Выведение геля из канюли или из иглы возможно только в том случае, если он является абсолютно пластичным материалом. В тканях же филлер подвергается воздействию слабоинтенсивных сил, передающихся мягкими тканями, и должен полностью восстанавливать исходную форму, то есть, проявлять выраженную эластичность.
Вязкоупругие свойства филлера описываются четырьмя реологическими параметрами: G* (параметр, характеризующий вязкоупругие свойства в целом, или «твердость» геля, G' (эластичность/упругость геля), G" (пластичность/вязкость геля) и tanδ (характеризует соотношение эластических и пластических свойств).
G*, «комплексный модуль», – это энергия, необходимая для деформации материала под действием сдвигающего усилия. Эту величину ещё называют «твёрдостью» геля. Она показывает, насколько трудно изменить форму отдельной частицы перекрёстно-связанного филлера. G* отражает «твёрдость» отдельных частиц (объединённых ковалентными связями), а не всего объёма геля.  Суммарный модуль   вычисляют по следующей формуле:|G*| = SQR [(G')2+ (G")2], где G' и G" – значения модулей упругости и вязкости, полученные с помощью реометра.
G', динамический модуль упругости, или модуль накопления, соответствует доле G*, которая накапливается в материале в процессе деформации и расходуется затем на восстановление его изначальной формы. G' является показателем эластичности геля, то есть, того, в какой степени он может восстанавливать исходную форму после деформации. Например, вулканизированная резина – это абсолютно эластичный материал, так как под действием усилия он мгновенно деформируется, а после снятия усилия полностью восстанавливает свою форму (G* ≈ G').
G", динамический модуль вязкости (модуль пластичности, или модуль потерь, или податливость) представляет долю G*, которая теряется в процессе деформации в результате внутреннего трения. Поскольку филлер на основе гиалуроновой кислоты не является в прямом смысле пластичным материалом, G" не связан напрямую с пластичностью. Скорее этот показатель отражает остаточную деформацию геля после снятия деформирующего усилия.
Tanδ характеризует преобладание пластических свойств над эластическими и равен отношению модуля вязкости к модулю упругости, то есть пластического компонента G* к её эластическому компоненту (tanδ = G"/ G') . Если tanδ < 1, то в данном материале преобладают эластические свойства, и его характеристики будут соответствовать гелю (например, кусок желе). Если tanδ >1, то преобладают пластические свойства, и материал характеризуется как вязкая жидкость (например, пчелиный мёд). Филлеры на основе перекрестно-связанной гиалуроновой кислоты, как правило, имеют низкое значение  tanδ (в диапазоне от 0,05 до 0,80), а значит, эластическое (гелеподобное) поведение под действием небольших нагрузок (сдвигающих сил) преобладает над пластическим (текучестью) . Низкие значения tanδ обычно связаны с более высокими G' , так как для филлеров на основе гиалуроновой кислоты значения G" всегда низкие.
Чтобы филлер был эффективным, он должен сочетать в себе пластичность и эластичность (Рис. 2). Это значит, что он должен пластически деформироваться при воздействии достаточно большой силы, чтобы его можно было вывести из шприца и придать необходимую форму после введения. Он также должен быть достаточно эластичным и сохранять форму под действием нагрузок со стороны мягких тканей. С одной стороны, абсолютно эластичный филлер невозможно было бы вытолкнуть из шприца (это потребовало бы слишком большого усилия; филлер «стремился бы» втянуться обратно). С другой, абсолютно пластичный филлер совершенно не держал бы форму. Известно, что при введении физиологического раствора (то есть, материала с низкой вязкостью/абсолютной пластичностью и без эластических свойств), эффект коррекции сохраняется крайне непродолжительное время – в частности, из-за отсутствия у воды эластичности.
Вязкоупругие (пластические и эластические) свойства филлеров задаются в процессе разработки препарата и определяются процессом производства. В отдельно взятом производственном процессе твёрдость геля и модуль его упругости (то есть, значения G* и G') пропорциональны при прочих равных условиях плотности перекрёстных связей. У коммерчески доступных филлеров на основе гиалуроновой кислоты значения G' находятся в диапазоне 10 Па – 1 кПа (конкретное значение определяется технологией производства и выбирается в соответствии с показаниями к применению препарата) (Таблица 1). Следует отметить, что все филлеры на основе гиалуроновой кислоты, ныне представленные на рынке, имеют модули упругости G' в пределах 1 кПа или немногим больше, а значит, являются «мягкими» филлерами. При разведении филлера концентрация гиалуроновой кислоты уменьшается , что приводит к уменьшению значений G*, G' и G". Гель становится мягче, эластичность и пластичность его снижаются вместе (предположительно) со временем сохранения такого филлера (продолжительностью эстетического эффекта).

Рисунок 2. Влияние сдвигающего воздействия на эластичные, вязкоупругие и пластичные материалы.

Таблица 1. Реологические свойства филлеров на основе гиалуроновой кислоты*

Реологические свойства филлеров на основе гиалуроновой кислоты

Филлер	G' (Па)	G" (Па)	Tanδ	Сжатие (10-3кГс)
Juvederm® Ultra XC†	207	80	0,39	96
Juvederm® Ultra Plus XC†	263	79	0,30	112
Juvederm® Voluma™ XC†	398	41	0,10	40
Juvederm® Volift™ with lidocaine	340	46	0,14	30
Juvederm® Volbella™ with lidocaine	271	39	0,14	19
Restylane-L	864	185	0,21	29
Perlane-L	977	198	0,20	32
Belotero Balance	128	82	0,64	69

*Модули упругости и вязкости (в условиях вертикального сжатия) определяли при частоте 5 Гц и при деформации 0,8%. Сила сжатия приводится для линейного сжатия  (2,5—0,9 мм) в течение 2 мин. †Препарат не зарегистрирован в РФ.

Когезивность и сжатие-растяжение

От когезивности зависит способность геля, введённого в ткани лица, оставаться единым целым.  Когезивность в основном определяется тем, насколько велика сила притяжения между частицами перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты. Это силы адгезии, удерживающие вместе частицы перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты, составляющие объём геля. Выраженность силы адгезии зависит концентрации гиалуроновой кислоты и от метода перекрёстного связывания, так как последняя определяет характер образующихся микроструктур геля  (однородность, дисперсность). Когезивность измеряют по сопротивлению вертикальному сжатию или растяжению с использованием метода, аналогичного ранее описанному методу, применимому к линейной (несвязанной) гиалуроновой кислоте (Рис. 3).

Рисунок 3. Тест на сжатие с воздействием постоянной силы, разработанный для филлеров. F – направление действия силы.

Филлер, введённый в ткани лица, постоянно подвергается сжатию, которое способствует его постепенному уплощению и уменьшению выраженности первоначального эстетического результата. На филлер передаётся давление от контакта с поверхностями, например, при лежании на подушке. Если речь идёт о поверхностно расположенном филлере, то он будет испытывать давление со стороны натянутой кожи. Как результат, филлер на основе гиалуроновой кислоты с низкой когезивностью потеряет проекцию легче, чем филлер с более высокой когезивностью, если даже модули упругости G' у них будут одинаковыми. Филлер с высокой когезивностью может противостоять вертикальному сжатию и поэтому дольше сохраняет исходную форму (Рис. 3).

На рисунке 4 представлена микрофотография филлера Х, представляющего собой гель, в котором взвешены достаточно крупные и отдельные, высокоэластичные (то есть, с высоким значением G') частицы перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты. Эти частицы видны на снимке. Филлеры такого типа обычно плохо сопротивляются сжатию, потому что частицы плохо сцеплены друг с другом (то есть, препарат имеет низкую когезивность). Если такой филлер после введения подвергается повторяющемуся действию сжимающих сил, то его проекция и контур быстро уменьшаются. Потеря  формы и контура продолжается до тех пор, пока гель не распределяется в тонкий слой толщиной в несколько частиц. Степень растекания геля зависит от локализации. В дерме мало свободного места, поэтому распространение минимально за счёт интеграции филлера в достаточно плотный дермальный матрикс. Зато в подкожном слое или в препериостальной плоскости, где есть скользящее пространство, филлер будет «растекаться». Недостаточная когезивность (сцепленность, взаимная адгезия частиц) также повышает вероятность отделения частиц от основного объёма и их миграции. Вероятность такой миграции не зависит от твёрдости филлера. Таким образом, для низкокогезивных филлеров вертикальная проекция, главным образом, является функцией усреднённого размера частиц.

Рисунок 4. Микрофотография филлера X. Видны частицы суспензии (исходное увеличение  x51,7, неокрашенный препарат).

На рисунке 5 представлена микрофотография филлера Y, полученного с использованием другого метода перекрёстного связывания, в результате которого была достигнута гомогенность и более высокая когезивность геля (частицы перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты не имеют постоянной формы и не видны). Изменяя концентрацию гиалуроновой кислоты и параметры перекрестного связывания, можно в широких пределах изменять силу сцепления между частицами перекрестно-связанной гиалуроновой кислоты (когезивность). Когезивность филлера определяет, с какой вероятностью частицы гиалуроновой кислоты будут удерживаться вместе под действием сил сжатия-растяжения и других внешних сил, то есть, в какой степени после введения в ткани объем филлера будет сохранять свою целостность.

Рисунок. 5. Микрофотография филлера Y. Видна его гомогенная структура  (исходное увеличение x51,7, неокрашенный препарат).

Вязкость и сила выталкивания

Вязкость – это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Другими словами, в отличие от понятия пластичности, понятие вязкости применимо только к текучему материалу, и вязкость является мерой сопротивления филлера течению (текучей-необратимой деформации) под действием сдвигающей силы (напряжения сдвига).  Главной особенностью филлеров является то, что чем больше скорость смещения, тем ниже их вязкость. Сдвигающее усилие, передающееся от покровных тканей на объем филлера, введённый в кожу, достаточно мало. Поэтому филлер проявляет высокую вязкость и не проявляет текучесть. Это происходит потому, что при малых скоростях смещения филлер проявляет, в основном, упругие свойства. Поэтому, с одной стороны, вязкость филлера не влияет на его характеристики после имплантации.  С другой, вязкость нужно учитывать при высоких скоростях смещения, а именно, в момент выполнения инъекции, потому что в этот момент филлер проявляет себя как вязкий (текучий) материал.

Поскольку в момент инъекции филлер подвергается большой сдвигающей силе, его вязкость определяет величину усилия, необходимого для выдавливания препарата из шприца (силу выдавливания), а значит, лёгкость введения препарата. Сила выдавливания – это мера усилия, необходимого для выведения филлера с постоянной скоростью из шприца через иглу или канюлю. Эта сила связана с вязкостью геля при условии использования шприцов с одними и теми же характеристиками, игл неизменной длины и диаметра, а также одной и той же объёмной скорости введения препарата. Филлер с высокой вязкостью потребует большого усилия для его выталкивания, что затруднит выполнение инъекции врачом (рука врача будет уставать) и увеличит риск травматизации тканей в месте инъекции. Поэтому у идеального филлера на основе гиалуроновой кислоты сила выдавливания должна быть низкой, чтобы выполнение инъекции было лёгким и обеспечивало точность введения.

Применение филлеров на основе гиалуроновой кислоты в разных областях лица: требуемые вязкоэластические свойства и когезивность

Лицо является сложной высокоподвижной структурой. Любой филлер, введённый в ткани лица, подвергается комбинации воздействий, а именно, боковому сдвигу, растяжению и сжатию, как внешнего происхождения, так и со стороны анатомических структур. Внутренние воздействия – это давление сухожилий, перемещение относительно костей покрывающих их мышц, жировой ткани и кожи.  В каждой анатомической плоскости филлер подвергается воздействию характерного сочетания сил, различающихся по интенсивности и частоте возникновения. Внешние воздействия включают сжатие, растяжение и сдвиг тканей в различных повседневных ситуациях, когда пациент, например, спит на подушке, ест или целуется. Таким образом, современные филлеры должны иметь механические свойства, соответствующие их назначению, то есть, конкретным показаниям и областям лица  (Таблица 2).

У филлеров с высоким модулем упругости этот модуль G' почти равен суммарному модулю, или твердости, G*, потому при воздействии незначительных смещающих сил, имеющих место  в тканях лица, перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоте присущи низкие значения G". Такие филлеры со сравнительно высокой твёрдостью лучше подходят для глубокого подкожного или препериостального размещения, так как это сведёт к минимуму пальпируемость частиц геля. Более мягкие филлеры с низким модулем упругости обычно лучше подходят для поверхностного или неглубокого размещения - например, для коррекции кожных складок и мелких морщин.

Филлеры для коррекции средней трети лица

Волюмизация средней трети преследует несколько целей, включая восстановление объёма, рельефа и контуров лица в трёх проекциях. Для достижения этих целей выбранный филлер должен сохранять форму и проекцию под весом и натяжением окружающих мягких тканей в условиях динамического сокращения леваторов губ и щёк, а также под действием внешних сил, оказывая должное упругое сопротивление возникающим сдвигающим и сжимающим силам. С точки зрения реологии, для этого у филлера должен быть достаточно высокий модуль упругости (G'), чтобы противостоять сдвигу, а также средняя или высокая когезивность для противодействия силам сжатия.  Достаточная когезивность также нужна для исключения дезинтеграции и смещения геля вследствие повторяющихся сокращений смежной мускулатуры.

Филлеры для коррекции мелких морщин

Эти филлеры должны иметь меньшую когезивность по сравнению с филлерами для волюмизации средней трети, что обеспечит лёгкое моделирование и распределение геля в поверхностных слоях. Идеальным «некомкующимся» филлером для поверхностной коррекции мелких морщин в периорбитальной и периоральной областях, а также для волюмизации губ, будет препарат с низкой когезивностью, с низкими или средними значениями  G* и G'. Действительно, такой филлер с большей вероятностью позволит избежать образования видимого неправильного размещения препарата. Его также можно вводить в дерму и субдермально.

Филлеры для коррекции нижней трети лица

Нижняя треть лица отличается высокой подвижностью (соответственно, формируются морщины «марионетки», носогубные складки,  вертикальные щёчные морщины по типу «аккордеона»). Поэтому филлеры для этой области должны обладать особыми реологическими свойствами. Здесь препарат вводят глубоко в дерму или субдермально. Он должен легко распределяться/ моделироваться, не контрастироваться при движениях, не выступать и не пальпироваться. Поскольку здесь возникают, в основном, сдвигающие и небольшие сжимающие усилия, идеальный филлер должен иметь  среднее по величине значение модуля упругости G' наряду с низкой или средней когезивностью.  Если речь вести о глубоких складках, то филлер с более высокой когезивностью сможет обеспечить лучшую коррекцию при равном объёме. При этом его будет труднее распределить и с моделировать.

Филлеры для коррекции носа и подбородка

Филлер для улучшения проекции носа и подбородка должен иметь высокую когезивность и высокий модуль упругости G', чтобы противостоять натяжению кожи и мышечному натяжению над выступающими костными структурами. Такой филлер не будет растекаться и будет сохранять проекцию в течение длительного времени. Сдвигающим воздействиям филлер в этих областях не подвергается.

Таблица 2. Определения и клиническое значение реологических параметров, применительно к филлерам на основе гиалуроновой кислоты

Боковое распространение филлера под действием сдвигающего или сжимающего усилия

Характеристика	Определение	Клиническое значение
Вязкоупругие свойства	Эластические (упругие) и пластические (вязкие) свойства филлеров	Эластичность обеспечивает достаточную продолжительность волюмизирующего действия; пластичность позволяет вводить препарат шприцем через иглу или канюлю
Суммарный модуль («твердость» геля) (G*)	Энергия, необходимая для деформации геля при действии на него смещающей силы	Филлеры с низким значением G* лучше подходят для поверхностного введения, так как они не пальпируются; филлеры с высоким G* лучше подходят для волюмизации (кроме этого, волюмизирующий гель должен быть умеренно или высококогезивным)
Модуль упругости (G')	Энергия сдвига, накапливающаяся по мере деформации в объекте и обеспечивающая последующее восстановление его формы	Сдвигающая сила (тангенциально направленная сила, вызывающая параллельное смещение слоёв) вызывает потерю формы и распространение филлеров с низким значением G'; филлеры с более высоким значением G' лучше восстанавливают форму
Динамический модуль вязкости (модуль пластичности, или модуль потерь, или податливость)	Энергия, рассеянная во время действия сдвигающей силы в результате трения	Не является мерой вязкости!
Эластичность (tan δ)	Отношение G" к G'; указывает на свойство, преобладающее у данного филлера – эластичность или пластичность	Если tanδ >1, то филлер является преимущественно пластичным (нетипично для филлеров на основе перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты); если tanδ <1, то филлер является преимущественно эластичным (очень типично); чем плотнее сеть гиалуроновой кислоты, тем ниже значение tanδ *
Вязкость	Противоположна текучести; внутреннее сопротивление, препятствующее свободному течению филлера  (густота филлера)	Мало влияет на клинические свойства; в значительной степени определяет, легко или трудно вводить филлер
Сдвигающая сила	Внешняя сила, направленная по касательной к поверхности; может быть линейным (параллельный сдвиг) или вращательным (торсия)	Развивается вследствие расположения филлера между двумя частично разобщёнными слоями тканей *
Вращение	Вариант сдвига	В живом организме встречается редко, но часто используется в реометрах, так как эту форму сдвига легче контролировать, чем параллельный сдвиг. Устойчивость филлера к вращению и к параллельному сдвигу примерно одинакова
Когезивность	Взаимодействие (адгезия) между частицами перекрёстно-связанной гиалуроновой кислоты, опосредованное слабыми (нековалентными) связями	Высокая когезивность способствует длительному сохранению филлером вертикальной проекции, несмотря на вертикальные (сжимающие) нагрузки со стороны мягких тканей*; средние значения когезивности обеспечивают равновесие между лифтинговой способностью геля и простотой его распределения/ моделирования*; низкая когезивность существенно облегчает моделирование и распределение, она позволяет распределить филлер тонким, равномерным слоем при поверхностном введении*
Сжимающая сила	Сила, направленная перпендикулярно к поверхности геля	Прикладывается к филлеру для оценки его когезивности. В теле человека возникает со стороны мягких тканей при их натяжении. Это воздействие более выражено при глубоком размещении препарата
Растекание	Чем твёрже гель, тем меньше распространение, вызванное параллельным смещением; чем он когезивнее, тем меньше растекание, вызванное силами сжатия-растяжения	Чем твёрже гель, тем меньше распространение, вызванное параллельным смещением; чем он когезивнее, тем меньше растекание, вызванное силами сжатия-растяжения
Сила выведения	Усилие, которые нужно приложить к поршню для выталкивания филлера из шприца с определённой скоростью через иглу или канюлю	Сильно зависит от геометрии шприца и параметров иглы/канюли

*Возможны другие варианты

Заключение

В процессе разработки филлеров на основе гиалуроновой кислоты большое внимание уделяется вязкоупругости и когезивности. От них в большой степени зависят клинические результаты. Последние становятся более предсказуемыми и удовлетворительными, когда в определённой области используется препарат с правильно подобранными реологическими параметрами. Эти параметры определяют способность филлера противостоять деформирующим нагрузкам, различающимся в разных анатомических областях. Вязкоупругость является мерой эластических или же пластических характеристик филлера. Филлеры со средними и высокими значениями модуля упругости G' противостоят сдвигающим усилиям лучше филлеров с низкими G'. Филлеры с высоким показателем G', как правило, твёрже (то есть, имеют более высокие значения G*) и требуют более глубокого размещения во избежание пальпируемости.