非侵入性聚焦超聲融脂量效動物實驗的組織學觀察

[摘要]目的：觀察豬皮下脂肪經不同劑量非侵入性聚焦超聲照射后的病理學變化。方法：采用由功率0 W、450 W、550W、650W；治療次數1、2、3組成的9個實驗組和1個零劑量對照組，頻率1.9MHz的聚焦超聲，非侵入照射豬背部皮膚，即刻切取包括皮膚全層并深達肌肉淺層的標本塊制作病理切片，HE染色，組織學觀察。結果：各實驗組脂肪層內，顯微鏡下可見大量點狀脂肪細胞損傷灶。在低、中、高輸出功率組，灶內細胞損傷數分別為1～5個、2～10個和15～40個。損傷灶內中央的脂肪細胞消失，邊緣的脂肪細胞部分破裂，小血管保存完好，無游離紅細胞。未見炭化、組織凝固現象，未見皮膚、肌膜與骨骼肌細胞損傷。結論：1.9MHz非侵入聚焦超聲能選擇性破壞脂肪細胞，脂肪細胞損傷程度與設備輸出功率和照射次數有正相關，具有皮膚、小血管、筋膜等組織的安全性。

[關鍵詞]非侵入；聚焦超聲；融脂；脂肪

[中圖分類號]R332 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）07-1156-03

采用高強度聚焦超聲（High intendity focused ultrasound， HIFU）進行無創、非侵入性融脂治療是近年剛剛興起的一項微創美容手術技術，它一方面延續了臨床用于體外碎石或腫瘤治療時表現出的靶向治療作用與局部組織破壞的特性[1-2]，另一方面又將聚焦超聲是否能選擇性破壞脂肪細胞，以及脂肪細胞破壞后多種產物對人體健康影響等一系列問題遺留給研究者與使用者[3-4]。為探討使用不同劑量聚焦超聲融脂治療后局部組織破壞的特點及其與設備應用劑量間的關系，我們在北京匯福康醫療技術有限公司的幫助下，對實驗用小型豬進行了融脂治療的量效關系觀察，現將結果報告如下。

1 材料和方法

1.1 實驗動物：實驗用小型豬6頭，雌雄不限，白色，體重44～55kg，平均（48.67±3.64）kg。

1.2 實驗設備：JCS-01型聚焦超聲減脂塑形機，由北京匯福康醫療技術有限公司提供，額定功率 700W，超聲波頻率1.9MHz，焦域不大于12mm。治療中心深度（15±1）mm。設備采用非連續發射方式，脈寬1ms， 超聲輸出分三檔，低檔占空比3%，平均聲功率450 W，中檔占空比4%，平均聲功率550W，高檔占空比5%，平均聲功率650W。ZEISS Axioskop40光學顯微鏡[蔡司光學儀器（上海）國際貿易有限公司]，標本切片染色后，采用“MIAS醫學圖像分析管理系統-真彩色病理圖像分析系統4.0”成像與計算機測量。

1.3 方法

1.3.1 實驗分組與超聲參數設定：將設備超聲輸出的高、中、低三檔，與同一部位治療次數1、2、3組合成九個治療組，再加1個零聲強的對照組，共10個實驗組（表1），每頭豬的背部實驗分區見圖1。每組實驗重復6遍。

1.3.2 動物實驗與標本切片制備：實驗豬由動物房運送到實驗室后，首先測量體重，再根據體重計算誘導麻藥（3%戊巴比妥鈉）量，按小于45kg，1ml/kg；大于45kg，0.5ml/kg用量肌肉注射。成功后俯臥固定在真空墊上，項背部剃毛，注意保護皮膚。應用碳素墨水在脊柱兩側對稱文刺4cm×7cm各5塊，每塊間隔3cm，各實驗部位使用與圖1對應。在治療區內涂滿耦合劑，調整治療頭至適當位置，使波源緊密接觸皮膚。啟動自動治療程序，治療頭依實驗與對照預先設定劑量，在X、Y軸方向以5mm/s速度勻速移動，均勻掃描。治療完畢，即刻切取各實驗部位標本。每塊病理標本均需包括皮膚、脂肪全層和部分肌纖維，大小為2cm×1cm，深度>2.5cm，標本浸入10%福爾馬林溶液固定，再根據脂肪厚度制成2.5cm×0.5cm×0.2cm厚蠟塊2～3塊，制作8μm厚石蠟切片，HE染色。

1.3.3 組織學觀察：將實驗與對照組切片用數字掃描顯微鏡觀察并掃描為數字影像儲存在計算機中。觀察內容包括脂肪細胞是否有破壞，損傷灶大小；治療區血管、神經、連接組織的破壞情況；治療區是否有出血以及凝固、炭化跡象等。

2 結果

2.1 肉眼觀察

2.1.1 對照組：皮膚外觀無形態與顏色改變。包括皮膚與肌肉淺層的整塊離體標本上，各切面組織細膩，無肉眼可見空洞或出血點等損傷表現；皮下脂肪呈淡黃或白色，甲醛固定后，呈白色，在脂肪蜂窩層、板狀層與肌層間分別有疏松組織、膜狀組織分割。

2.1.2 實驗組：皮膚偶見輕度充血，各組均出現紅腫、水皰，破潰等損傷表現，治療時也未見耦合劑飛濺現象。各組塊狀標本的肉眼表現與對照組相同。

2.2 組織學觀察

2.2.1 對照組：皮膚未見病理性損傷。脂肪細胞排列緊密，呈多邊形，“直徑”100～200μm，每個脂肪細胞周邊均有毛細血管存在。

2.2.2 實驗組：皮膚未見病理性損傷。在距表皮深度1～2cm處，各實驗組均可觀察到有大量脂肪細胞被破壞，損傷的脂肪細胞呈不均勻灶狀分布。損傷灶內，被破壞的脂肪細胞數目多少不等，在低輸出功率組（L組），損傷細胞數多為1～5個，從L1到L3組，損傷灶大小變化不大，但密度逐漸增多；在中輸出功率組（Z組），損傷細胞數量多為2～10個，同樣存在治療次數增加，損傷灶密度增大現象，相鄰損傷灶可融合成較大損傷區；在高輸出功率組（G組），上述現象依然存在，但損傷灶明顯增大，灶內破壞脂肪數目可達數15～40個。損傷灶有如下特點：①損傷灶中央的脂肪細胞全部碎裂消失；②損傷灶邊緣的脂肪細胞大多表現為部分破裂，鏡下可觀察到殘留的細胞膜；③損傷灶內無法找到毛細血管，也無游離紅細胞；④損傷灶內或損傷灶之間的小血管保存完好，未見破壞與斷端；⑤全部切片，顯微鏡下均未見炭化、組織凝固現象（圖2～4）。各實驗組均未見肌膜與骨骼肌細胞損傷（圖5～8）。

3 討論

3.1 超聲融脂技術是指利用超聲波選擇性粉碎、乳化脂肪細胞，通過抽吸或生理代謝排除已被乳化脂肪細胞的一種減肥塑形技術。根據被破壞脂肪細胞及其內容物的去除途徑，超聲融脂技術大致可以分為超聲融脂輔助吸脂術和非侵入性超聲無創融脂術兩類[5-6]。超聲融脂輔助吸脂術可根據超聲探頭治療時所在位置分為體內與體外超聲融脂輔助吸脂術兩種。非侵入性超聲無創融脂術也可使用目前已經面世的聚焦超聲與尚在研究中的非聚焦超聲兩類設備達到治療目的。

3.2 超聲波臨床使用非常廣泛，不同頻率與劑量的超聲波作用到人體組織會產生不同的生物效應，常見有成像診斷、物理治療和手術等。醫生可通過某種方式，將一定強度的超聲波導入到預治療部位，通過空化效應、機械效應和熱效應作用于生物組織，對靶組織實施手術治療。空化效應是一種物理現象，當聲波在組織內產生擴張與收縮的周期性變化時，可引起細胞內原本穩定的微氣泡產生崩塌，進而致使細胞破碎。每種組織的細胞堅韌度不同，對聲波耐受的破碎臨界點不同，臨界點的高低又與組織密度和聲波頻率有關。脂肪組織細胞密度低、細胞間內聚力小，因此更易遭受特定頻率超聲的破壞，并在組織效應上將其與血管、神經、肌肉和結締組織等高密度組織區分開來，達到選擇性損傷的目的[6]。機械效應源于超聲對脂肪組織的振動損傷，超聲波的往返運動可影響脂肪細胞內的顆粒與分子，引起這些顆粒與分子的劇烈運動、導致染色體及大分子的斷裂和脂肪細胞破裂。探頭與組織間的摩擦，以及探頭內電能向機械能的轉化均可產生熱能，熱量可在治療過程中對脂肪組織產生損傷。

3.3 根據現有資料，非侵入性聚焦超聲融脂的確切機制尚未完全清楚[7-8]。主要表現在兩個方面：①目前尚無明確實驗證據說明聚焦超聲作用脂肪細胞后，機械效應、熱效應和空化效應三者是如何產生破壞作用的，誰為主導，各扮演何種角色，以及作用的方式與特點；②脂肪細胞破壞后，內容物的最終去向到底如何，是否能用現有脂質代謝理論與途徑就能完全解釋脂肪破壞后甘油三酯的代謝，而后者直接涉及到設備臨床使用的安全性。

3.4 在本實驗條件下，無創聚焦超聲融脂的可觀察組織反應相對較輕。肉眼觀察，皮膚除偶見充血外，無紅腫、破潰等肉眼可辨的病理反應，更無像吸脂手術一樣的明顯治療區形態改變。顯微鏡下觀察，聚焦超聲能夠比較專一地破壞脂肪細胞，具體表現為：超聲輻射區內，各實驗組除脂肪細胞及其伴隨的焦域范圍內的毛細血管有可見損傷外，皮膚、小血管、神經、結締組織、肌膜、肌纖維細胞均無損傷跡象。此種現象說明，脂肪細胞與毛細血管結構比較脆弱，對超聲波的耐受程度低，能在本實驗劑量條件被聚焦超聲優先破壞。損傷灶位于一定深度，反映了超聲在一定深度聚焦的特點，同時也提示我們，臨床使用這種設備進行治療，必須保證患者的皮下脂肪要有相應的厚度，否則治療無效。各實驗組損傷灶大小、數量的規律性變化，提示聚焦超聲融脂的組織破壞程度與設備輸出功率和治療次數呈正相關，輸出功率越高，單個損傷灶范圍越大，治療次數越多，損傷灶越密集。損傷灶內脂肪細胞的損傷特點提示組織破壞可能與空化效應和機械效應有關，具有非熱效應的特征。顯微鏡下未觀察到熱效應的證據。肉眼與顯微鏡下均未觀察到治療區有活動性出血的跡象。

總之，通過實驗可以看出，皮膚經特定頻率聚焦超聲作用，脂肪細胞能夠被超聲選擇性破壞，損傷的程度與所用設備應用的劑量條件和使用的方法有關。

[參考文獻]

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[收稿日期]2012-02-15 [修回日期]2012-05-10

編輯/張惠娟