Propriedades Mecânicas da Pele

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1 BIOENGENHARIA CUTÂNEA Propriedades Mecânicas da Pele Maísa Oliveira de Melo, Patrícia MBG Maia Campos Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto USP, Ribeirão Preto SP, Brasil A Neste artigo, as autoras descrevem os métodos para a determinação da viscoelasticidade da pele. En este artículo, los autores escriben sobre los métodos para la determinación de la viscoelasticidad de la piel. In this article the authors describe the methods for determining the viscoelasticity of skin. s 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 do 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 propriedades 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, flacidez, 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 in vivo 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 Quadro 1. Definições de elasticidade, firmeza e viscoelasticidade Elasticidade: é defi nida como a propriedade de um corpo ou de um material, por exemplo, a pele humana, de mudar sua forma mediante a aplicação de uma força e de retornar à sua forma original logo que cessa a aplicação da força. Com um balão de borracha 100% elástico isso pode ser facilmente demonstrado. Quanto mais ar se injeta no balão, mais fi rme ele fi ca e se torna mais resistente a esforços mecânicos exercidos sobre ele. Essa resistência ao esforço mecânico é o que na cosmetologia se denomina fi rmeza. Plasticidade: é defi nida como a propriedade de um material se deformar com a aplicação de uma força e manter essa forma mesmo após essa força cessar. Nesse caso, o material não tem propriedades elásticas, como visto, porém tem propriedade 100% plástica. A pele, entretanto, não é 100% elástica como um balão de borracha, mas (felizmente) também não é 100% plástica. Ao se aplicar uma força sobre a pele, ela se deforma mais ou menos de acordo com sua fi rmeza. Quando a força cessa, a pele não retorna imediatamente à sua forma inicial, mas só o faz após algum tempo. A essa propriedade dá-se o nome de viscoelasticidade. Viscoelasticidade: é determinada principalmente pelas fi bras de colágeno e elastina existentes na derme. Alto percentual de colágeno é encontrado em seres humanos e em outros animais, estando presente principalmente nos ossos, nas cartilagens, nos tendões e na pele. O colágeno é indispensável para o apoio estável do tecido conjuntivo. A elastina é uma fi bra de proteína elástica e uma das mais importantes estruturas proteicas do corpo humano. Ao contrário do colágeno, a elastina é elástica e pode ser dobrada. A elastina é encontrada no pulmão, na pele e nos vasos sanguíneos, sendo responsável pela elasticidade desses vasos. A partir dos 25 anos de idade, o corpo humano passa a produzir menos colágeno e encerra completamente a produção por volta dos 40 anos de idade. Dessa forma, com o passar o tempo, a pele passa a mostrar mais e mais os sinais da idade. Nessa fase, a pele também diminui a produção de elastina. O colágeno e a elastina presentes na pele, nessa fase da vida, passam a se aglomerar, diminuindo assim as propriedades viscoelásticas da pele e aumentando suas propriedades anisotrópicas aquelas que variam com a direção do esforço. 32/Cosmetics & Toiletries (Brasil) Vol. 28, jul-ago 2016

2 Tecnologia de Medição Figura 1. Instrumento Cutometer Dual MPA que permite o uso de duas sondas com aberturas diferentes 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 Dermaflex A (marca comercial da Cortex Technology, Dinamarca) e o Cutometer SEM 474 (marca comercial da Courage-Khazaka electronic GmbH, Colônia, Alemanha). Em 1994, o Dermaflex 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 (Multiprobe Adaptor). 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- avisa@avisa.srv.br Serviços e Consultoria técnica especializada em empresas e produtos de higiene pessoal, perfumaria e cosméticos Desenvolvimento de produtos e processos - Implementação em escala industrial - FISPQ Registro de Produtos ANVISA - Dossiê Técnico - Adequação de Rotulagem Treinamento in house capacitação - Boas Práticas de Fabricação - Avaliação do Sistema Preservante - Avaliação do ambiente produtivo - Treinamento in house em higiene e segurança AVISA Serviços Técnicos em Vigilância Sanitária, Tecnologia e Meio Ambiente Ltda São Paulo- SP Rua José Maria Lisboa, 275- Jd. Paulista CEP Telefone +55 (11) Fax +55 (11) Vol. 28, jul-ago 2016 Brasília- DF SCN- Qd. 2, Bl. D- Torre A, Sala 307 Centro Empresarial Encol CEP Telefone +55 (61) Cosmetics & Toiletries (Brasil)/33

3 Figura 2. Instrumento DermaLab Elasticity com sonda presa por adesivos Figura 3. Desenho esquemático do interior da sonda Cutometer Dual 580 MPA No detalhe, a sonda de dimensões reduzidas Sem a pele 4 3 Reflexão do facho de luz antes de a pele entrar na sonda 1 - Emissor do facho de luz 2 Espelho (prima) óptico 3 Superfície da pele 4 A refl exão do facho de luz é alterada quando a pele entra na sonda 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 tensão superficial 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 das sondas (2, 4, 6 e 8 mm), que lhe permitem proporcionar o modo de medição proporcional. As deformações resultantes das sondas Figura 4. A curva gerada pelo Cutometer Dual 580 MPA mostra as propriedades viscoelásticas da pele 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 corresponde à 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. 5,7 Figura 5. Curvas comparativas entre medições com o Cutometer Dual 580 MPA Uv Uf Ur Área dos olhos Profundidade Ua Antebraço Ue Balão de borracha Fase de sucção Fase de relaxamento Tempo 34/Cosmetics & Toiletries (Brasil) Vol. 28, jul-ago 2016

4 Princípio de Funcionamento do Cutometer Dual 580 MPA 3 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 pele pode 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 flui 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 Uv torna-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%). Vol. 28, jul-ago Cosmetics & Toiletries (Brasil)/35

5 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 ângulos da 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 do RRTM 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 u- ence of age on the wrinkling capacities of skin. Skin Res and Tech 8: , Cortex Tecnology, Dermalab Series Skin Lab Combo Instruction Manual 3. Courage-Khazaka, Cutometer Dual 580 MPA operation manual, Courage-Khazaka, Reviscometer RVM 600 operation manual, Cua AB, Wilhelm KP, Maibach HI. Elastic properties of human skin: relation to age, sex and anatomical region. Arch Derm Res 282(5): , Elson ML. Rejuvenescimento tópico da pele. 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É professora associada da Faculdade de Ciências Farmacêu ticas de Ribeirão Preto, USP, Ribeirão Preto SP. 36/Cosmetics & Toiletries (Brasil) Vol. 28, jul-ago 2016