Принцип метода лазерной эпиляции

Процедура удаления нежелательных волос на лице и теле является на сегодняшний день одной из самых актуальных задач современной косметологии. Этот вид косметологических услуг явно лидирует по количеству пациентов и, в связи с этим, рынок изобилует различными средствами и аппаратами для удаления волос.

Лазерная эпиляция

Среди аппаратных средств, предлагаемых сегодня для эпиляции, особое место занимает лазерная эпиляция, в основе действия которой лежит воздействие электромагнитного излучения на биоткань. Основным достоинством методов лазерной эпиляции является возможность окончательного удаления нежелательных волос. Однако, как показывает практика, добиться 100% результата удается далеко не всегда. Чаще волосы замедляют свой рост, их становится меньше, но полного удаления не происходит. Чтобы понять причину происходящего и найти пути решения данной проблемы, необходимо обратиться к механизмам, обусловливающим уничтожение волоса под действием лазерного излучения. В основе всех методов лазерной эпиляции лежит эффект поглощения энергии электромагнитных волн структурами волоса. В зависимости от параметров используемого излучения, поглощенная энергия либо преобразуется в тепловую, приводя к коагуляции волоса, либо вызывает в облучаемых тканях генерацию акустических волн, которые производят механическое разрушение структуры волоса. Эффективность лазерной эпиляции определяется следующими явлениями:

• оптическая селективность
• термическая селективность
• нелинейная селективность

Термин "селективность" является одним из фундаментальных понятий лазерной медицины. Селективные (от английского "selective" - избирательный) методы лазерного воздействия обеспечивают высокую эффективность лечения различных заболеваний с минимальным риском травмирования прилегающих тканей.

Оптическая селективность при лазерной эпиляции

Оптической мишенью в процессе лазерной эпиляции является меланин, содержащийся в волосе. Этот выбор обусловлен спектром поглощения меланина. Для эффективной лазерной эпиляции необходимо, чтобы лазерное излучение без значительных потерь проникло вглубь кожи до уровня залегания волосяной луковицы. Этого можно добиться, используя излучение с длиной волны от 0.6 до 1.2 мкм. Именно в этом участке спектра излучение не встречает никаких эффективных поглощающих центров, за исключением меланина. Было бы неправильным говорить, что другие составляющие кожи вообще не поглощают излучение, но меланин в данном диапазоне имеет наибольший коэффициент поглощения излучения по сравнению с другими основными составляющими кожи - водой и гемоглобином. Глубина проникновения излучения в кожу ограничена степенью пигментации кожи и естественным рассеянием, а эффективность лазерной эпиляции определяется коэффициентом поглощения излучения меланином. Коэффициент поглощения меланина уменьшается с увеличением длины волны излучения, поэтому первые лазерные эпиляторы создавались на основе рубиновых лазеров (длина волны излучения - 694нм). Эти лазеры позволяют эффективно эпилировать темные волосы с использованием минимальных энергий импульсов. Однако необходимо учитывать, что меланин, расположенный в коже, также обладает высоким коэффициентом поглощения данного излучения, поэтому часть энергии лазерного пучка поглощается в верхних слоях кожи, "экранируя" глубоко залегающие волосы. При достаточно высокой концентрации меланина в коже это приводит не только к снижению эффекта эпиляции, но может вызвать серьезное термическое воздействие, приводящее к изменению пигментации кожи. Кроме того, поскольку эффективность разрушения волоса зависит от концентрации в нем меланина, результат эпиляции светлых волос будет заметно хуже, чем в случае с тёмными волосами. Чем светлее волос, тем большая энергия импульса требуется для его разрушения и, соответственно, большее воздействие оказывается на пигментацию кожи. Использование более длинноволновых лазеров (александрит - 750 нм, диодные лазеры - 700-1000 нм, неодимовые 1064 нм) позволяет несколько снизить степень воздействия на пигмент кожи, а снижение коэффициента поглощения меланиносодержащих структур волоса компенсируется увеличением энергии лазерных импульсов. Однако, при этом неизбежно возникает перегрев глубоких слоев кожи, что может вызвать их коагуляцию. Для снижения риска перегрева кожи, при сохранении высокой степени эффективности лазерной эпиляции, необходимо согласовать скорость оттока и притока тепла в мягкие ткани и волос. Иначе говоря, необходимо учитывать не только оптическую, но и термическую селективность лазерного воздействия.

Термическая селективность при лазерной эпиляции

Величина, характеризующая способность объекта отдавать излишки тепла, принято называть временем термической релаксации (ВТР). Эта величина непостоянна для различных биотканей и зависит от множества факторов, таких как размеры объекта, его теплопроводность, площадь соприкосновения с окружающими тканями, температура окружающих тканей и т.д. Но для качественной оценки процессов теплообмена можно использовать приблизительные (усредненные) значения этих величин. ВТР клеток дермы составляет сотни микросекунд, а ВТР волоса намного больше - единицы миллисекунд. Если воздействие осуществляется за время большее, чем ВТР объекта, аккумуляции тепла не происходит, так как облучаемый объект начинает охлаждаться за счет передачи тепла в окружающие ткани. В результате, при использовании миллисекундных импульсов, кожа, за счет много меньшего ВТР, будет успевать охлаждаться, в то время как волос будет накапливать тепло вплоть до коагуляции. Даже при одинаковой степени пигментации (концентрации меланина) в коже и волосе, при использовании лазерных импульсов с длительностями в единицы миллисекунд, степень воздействия на волос и кожу будут сильно отличаться. Именно на этом принципе и основана работа всех длинноимпульсных эпиляторов, как лазерных, так и фото, то есть использующих вместо лазера широкополосную импульсную лампу. В случае яркого контраста между темным цветом волоса и светлой кожей, данный метод может показать хорошие результаты. Однако, в случае эпиляции более светлых волос или эпиляции темных, но при пигментированной коже, эффективность метода сильно падает. Современные эпиляторы, работающие в длинноимпульсном режиме, как правило используют длительности импульсов в десятки и сотни миллисекунд, т.е. намного превышающей ВТР волоса. Почему? Дело в том, что в спектральном диапазоне "окна прозрачности" кожи коэффициент поглощения меланина недостаточно высок для того, чтобы за несколько миллисекунд (ВТР волоса) волос поглотил такое количество энергии, которое было бы достаточно для его коагуляции и при этом одновременно не произошло перегрева кожи. Т.е. если мы за время нескольких миллисекунд подадим на волос то количество энергии, которое приведет к его коагуляции, мы неизбежно закоагулируем и кожу, так как коэффициент поглощения данного излучения составляющими кожи также значителен. Поэтому в современных эпиляторах используются длительности в десятки миллисекунд, что значительно снижает нагрузку на кожу, так как за ВТР кожи она получает меньшую энергию. Здесь необходимо отметить, что ВТР не является величиной постоянной. Оно зависит от температуры окружающих тканей и если кожа вокруг волоса разогрета до его же температуры, то отток тепла становится невозможен.

Динамику процесса лазерной эпиляции длинными импульсами можно разделить на три этапа.

• Первый - меланин, содержащийся в волосе, поглощает энергию лазерного импульса, и, так как его ВТР составляет около 1 микросекунды, преобразует эту энергию в тепло и передает окружающим тканям.
• Второй - в течение нескольких миллисекунд процесс повышения температуры превалирует над процессами оттока тепла и волос разогревается.
• Третий - волос продолжает получать тепловую энергию, но также начинает эффективно охлаждаться, передавая избытки тепла в окружающие ткани. Этот процесс длится десятки миллисекунд, что неизбежно приводит к перегреву мягких тканей, непосредственно прилегающих к волосу, в результате чего скорость оттока тепла от волоса замедляется, что и приводит к его коагуляции.

Таким образом, увеличение длительности импульса приводит к увеличению эффективности лазерной эпиляции. В то же время кожа испытывает воздействие в течение десятков миллисекунд и ее ВТР меняется в сторону увеличения. Это относится не только к участкам, непосредственно примыкающим к волосу, но и ко всему объему кожи, подвергшемуся лазерному воздействию. В результате такого перегрева может произойти изменение пигментации кожи или даже ее коагуляция, что зачастую и наблюдается на практике. Снизить термическое воздействие на кожу можно только в том случае, если удастся увеличить коэффициент поглощения излучения меланином, расположенным в волосе. При этом коэффициент поглощения меланина, расположенного в коже, увеличиться не должен. В чистом виде, разумеется, реализовать такие условия невозможно. Однако существуют такие режимы генерации лазерного излучения, при которых эффективное воздействие оказывается только на меланин, расположенный в волосе. Кожа, конечно, также поглощает излучение, однако, это не приводит к таким разрушительным последствиям. Для реализации таких условий необходимо обратиться к процессам, описываемым нелинейной оптикой.

Нелинейная селективность при лазерной эпиляции

Взаимодействие наносекундных импульсов и вещества происходит по законам нелинейной оптики. При попадании таких импульсов на вещество, при достижении определенного порога энергии, начинается процесс многофотонного поглощения. В результате одновременно поглощается несколько фотонов, что приводит к ионизации атома. Электрон, поглотивший энергию, достаточную для отрыва от атома, продолжает поглощать фотоны, что приводит к увеличению его кинетической энергии. При взаимодействии такого электрона с нейтральными атомами происходит ионизация последних за счет выбивания электронов из их электронных оболочек. Таким образом, порождается лавина электронов, которые ионизируют атомы на всем пути своего движения. Полученные участки плазмы живут только во время действия лазерного излучения, однако последствия воздействия проявляются и после этого. Происходит генерация мощной акустической волны, которая, распространяясь от поглощающего центра, механически разрушает биологические ткани. Как отмечалось выше, для начала описанного процесса необходимо создать определённые энергетические условия, различные для различных веществ. То есть, при одинаковой плотности энергии импульсов, они могут вызвать образование акустических волн в одном веществе и совершенно не затронуть другие. Иными словами, для каждого вещества существует определенный порог плотности энергии лазерного излучения, при котором начинаются интенсивные многофотонные процессы. Именно это и можно назвать нелинейной селективностью. Порог начала нелинейных процессов зависит от спектров поглощения вещества в линейном режиме, то есть чем выше коэффициент поглощения веществом излучения какой-то длины волны, тем быстрее для него будет достигнут порог начала нелинейных процессов. Именно этим и обусловлена возможность использования нелинейного поглощения для лазерной эпиляции. Как указывалось выше, в "окне прозрачности кожи" меланин обладает максимальным коэффициентом поглощения, что позволяет создать такие условия, когда только он начнет поглощать лазерное излучение, вызывая механическое разрушение волоса. При этом коэффициент поглощения сильно увеличивается, и практически вся поглощенная энергия идет на разрушение волоса. Данный метод эпиляции обладает более высокой степенью селективности по сравнению с традиционным длинноимпульсным, так как позволяет добиться значительно большей разницы в коэффициентах поглощения излучения для меланина и других составляющих кожи. При незначительном превышении над порогом нелинейных процессов воздействию подвергаются только меланиносодержащие структуры волоса, а не кожи, то есть изменения пигментации не происходит.

Причиной этого, является следующее: Излучение, поглощаясь одинаково как меланином волоса, так и меланином кожи, вызывает совершенно различные последствия. Акустической волне, распространяющейся в твёрдом теле, намного проще вызвать разрушение межмолекулярных связей, чем в вязкой среде. Кроме того, длина пробега волны также непосредственно зависит от среды распространения. Таким образом, если плотность энергии лазерных импульсов не достигает порога начала нелинейных процессов в коже или мощности акустической волны недостаточно для механического травмирования клеток кожи, то мы получаем метод разрушения волос, максимально возможной степени селективности.

К сожалению, данный метод позволяет разрушать только те части волоса, которые находятся непосредственно у поверхности кожи. Дело в том, что для генерации акустической волны, такой мощности, которая могла бы привести к полному разрушению всего волоса, необхлдимо использовать достаточно большую плотность энергии лазерного излучения. Это приводит к тому, что, на поверхности кожи достигается порог начала нелинейных процессов в различных составляющих кожи. В результате, с одной стороны, происходит экранизация волоса, а с другой, механическое травмирование клеток кожи. Таким образом, использование коротких лазерных импульсов для целей лазерной эпиляции приводит либо к "глубокому бритью", либо к механическому разрушению кожи, без достижения эффекта эпиляции. В результате, короткоимпульсный метод лазерной эпиляции, являясь более щадящим и позволяющим эпилировать пациентов с любым типом кожи, не нашел широкого применения, так как показал значительно худшие результаты, чем длинноимпульсный. Таким образом, для получения универсального метода эпиляции желательно совместить достоинства длинно- и короткоимпульсного методов, избавившись при этом от их недостатков.

Диодный лазер – золотая середина лазерной эпиляции!