皮肤超声治疗设备动物实验及临床应用现状综述

李婷婷 吴雯婷 张瑜 张帆 门月华*

1 北京大学第三医院皮肤科 （北京 100191）

2 北京大学第三医院超声医学科 （北京 100191）

内容提要： 回顾了大量的相关文献，这些文献主要集中于超声治疗皮肤疾病。主要从以下三个方面进行介绍：超声的类型和参数，超声在实验动物中取得的进展，以及超声治疗皮肤疾病的基础转化成果等。同时，还对超声治疗皮肤疾病的未来发展方向和在临床中的应用局限进行探讨，以促进其更好地满足日益更新的临床需求。

皮肤超声早在20世纪70年代就已经逐渐开始被临床医生所应用，但是早期由于超声技术和设备并不成熟限制了其在皮肤疾病中的价值，在皮肤疾病的诊断和治疗中处于非核心地位。随着超声技术的不断改进以及临床医生对该技术的认知程度不断改善，皮肤超声逐渐进入迅猛发展的黄金时期。然而，皮肤超声发展至今仍然存在一些不被人熟知的问题，皮肤超声在实验动物中的研究与其在临床中的应用仍然存在巨大的鸿沟，皮肤超声的基础医学成就转化为临床应用价值仍然具有较大的可开发空间。本文就皮肤超声的类型、皮肤超声在实验动物中的应用以及基础医学转化而来的临床应用进行回顾和探讨。

1.超声治疗技术在皮肤科应用的机制

超声是频率超过人类可以听到的最高阈值（20kHz）的声波。1922年，国际上首次提出超声波的定义，超声波成为一个全新的概念，德国出现了首例超声治疗的发明专利；国内在超声治疗领域起步稍晚，1950年开始用800kHz的超声治疗多种疾病，至19世纪70年代开始逐步推广。

1.1 高频超声实现皮肤内部结构可视化

1979年，Alexander等率先将超声应用于人体皮肤厚度的测量，开创了超声在皮肤科领域的应用。近年来，随着换能器频率（频率≥20MHz）的增加，超声的应用逐渐扩展到真皮和表皮。高频超声实现皮肤病变内部结构的可视化，提供病变内部的各种信息，如解剖结构、相邻关系、受累层数、血液灌注等。它弥补了传统视觉观察和皮肤镜检查只能观察二维结构的不足，通过调整参数和选择辅助功能，高频超声可以对病灶进行局部聚焦和视野扩展，有助于医生全面评估皮肤病。

1.2 高能聚焦超声消融脂肪组织

近年来，人们越来越倾向于寻找一种不需要通过外科手术（即非侵入性手段）就可以减脂塑形，拥有完美身材的减肥塑身方法。这种手段是指在安全前提下，通过采用无创、非侵入技术进行减脂塑形，来达到破坏脂肪细胞，减少脂肪厚度，塑造完美体形的目的。超声在介质中前进时产生机械效应及空化效应，当超声波穿透或经过组织时，因为反射、散射或吸收，可在身体组织中引发分子振荡——内摩擦，从而消融脂肪组织。破碎的脂肪细胞会释放大量甘油三酯，经蛋白脂酶水解后变成游离脂肪酸和甘油，经过自身的毛细血管和淋巴管逐步吸收，到肝脏或其他部位进行代谢，逐步达到减肥塑身的目的。因此，高能聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound，HIFU）应运而生。HIFU是一项非侵入性技术，热力塑（LipoSonix）系统（Medicis Technologies Corporation Scottsdale，AZ，USA）即应用此项技术，常用的技术参数有：超声波频率2MHz，强度超1000W/cm2，输出脉冲时间范围为1151.5µs～120×106µs。HIFU可通过体位超声聚焦于靶区域，形成高强度聚焦点，温度可达56°C以上，使细胞瞬间凝固坏死，且在超声引导下定位精准，不会损伤周围邻近组织及靶区域之外的主要血管和神经。目前，常用的国产机器有重庆海扶JC-200型超声治疗仪、NK/CZ181型聚焦超声治疗仪和上海新地HIFU-2001等。

1.3 微聚焦超声促使皮下胶原重构

面部松弛是皮肤衰老最普遍的症状之一，以皮肤松弛、下垂、失去弹性为特点，影响患者面部美观，造成患者心理压力，超声能够促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环及提高再生功能等。除HIFU外，微聚焦超声（Microfocal Ultrasound，MFU）技术是一种新型的无创性除皱紧肤技术，能聚焦到真皮深层、皮下及表浅肌肉腱膜系统（Superficial Muscular-Aponeurotic System，SMAS），在毫秒级的时间内将组织升温到大约65°C，导致网状真皮中的胶原纤维变性、收缩从而形成一种强大的胶原重构，并且能够避免损伤表皮层及真皮乳头层。SMAS位于皮下组织和肌肉之间，起到支撑皮肤组织的关键作用。SMAS的老化对颜面老化和复杂表情肌表达机制的改变有重要影响，而MFU的目标是治疗面部SMAS，对颈部和面部的所有皮肤都有无创性提升的作用，解决皮肤因衰老而引发的松垂以及皱纹等问题。目前可用的换能器发射频率分别为4MHz、7MHz和10MHz，焦距分别为4.5mm、3.0mm和1.5mm，1.5mm直达真皮浅层，刺激胶原持续再生，真皮紧致淡化细纹；3.0mm直达真皮深层和皮下浅脂肪层，溶脂并刺激纤维隔膜网收缩，压实脂肪组织，改善轮廓曲线；4.5mm直达SMAS筋膜层，提升筋膜而达到紧致提升、组织复位、轮廓改善的效果。此外，微聚焦超声与可视化（MFU-Visualization，MFU-V）（Ultherapy Ulthera Inc，Mesa，AZ）能够使用不同的换能器在预选深度选择性地提供聚焦的超声能量，确保将能量准确传递到预期的组织平面，该图像还能让操作者在投放MFU能量之前预先确定传感器和皮肤之间适合的声学耦合范围。目前国产MFU设备有超声炮治疗仪（MFUS One，湖南半岛医疗科技有限公司）、超声盾治疗仪（山西忱璞公司），使用的换能器发射频率均为4MHz，焦距为2.0～4.5mm，可根据操作步骤依次选用M4.5、M3.0、D4.5、D3.0等不同治疗头。

1.4 超声辅助经皮给药系统

经皮给药近年来被广泛研究，相比起传统注射给药与口服给药具有许多优点，包括改善患者依从性、给药方便、迅速终止给药、避免首过效应及减少药物在胃肠道的代谢及副作用等。超声辅助经皮给药系统是近几年国内外呈现的一种新型药物渗入技术。它通过热效应、空化效应及机械效应在局部形成药物进入靶区域的人工生物通道，利用超声波的对流输送及辐射压力来获得动能，扩张毛囊和汗腺等进入点，并促进治疗区域的血液循环。此外，超声透入可改变细胞膜的通透性，增强药物渗透，将药物传送到指定部位，在病变部位形成高浓度的药物蓄积，浓度比静脉给药高出几十倍乃至一百倍。研究表明，低频超声（20～100kHz）比高频超声（1～16MHz）更能有效地增强皮肤渗透性，可将药物推进到皮肤深层，在组织内产生负压/正压循环，释放细胞内积聚的液体并帮助药物更快速地向目标组织递送。

2.超声治疗技术相关的动物实验

2.1 超声溶脂治疗

在医疗美容中，非手术的治疗方式是一种低风险的选择。目前HIFU已经被批准用于治疗疾病，并且与成像引导技术相结合还可以精确地瞄准目标组织，在目标区域发挥作用[1]。最近美容行业中应用HIFU减少脂肪组织得到了大家的认可，HIFU可以使皮下脂肪的温度在局部区域内快速上升，这可以使得脂肪细胞发生坏死，附近的免疫细胞通过吞噬坏死的脂肪细胞减少局部的炎症反应，从而达到消除脂肪的目的。

早在2011年美国学者Jewell等[2]就将HIFU（LipoSonix系统）应用于消除猪的皮下脂肪进而观察HIFU的安全性，研究显示HIFU并未对局部组织的血管和神经系统造成显著破坏，肝功能和血脂相关的检查也并未发现明显异常，各个器官组织并无显著脂肪栓塞的表现，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应用于消除动物模型的皮下脂肪实验，研究发现HIFU能够使猪的皮下脂肪组织厚度明显下降，在结合电刺激后这种效果更加明显，这可能是因为电刺激可以提高组织对葡萄糖的摄取，进而增加能量消耗和代谢速度[4]。病理研究显示，HIFU能够使皮下脂肪组织形态紊乱，脂肪细胞溶解，皮下脂肪组织变得疏松，伴有巨噬细胞等免疫细胞的浸润和胶原再生。对猪的后续观察中可以观察到HIFU结合电刺激治疗组的猪皮下脂肪和腰围明显低于未干预的对照组，且与手术减脂导致的高脂肪栓塞的并发症不同，HIFU治疗并未收集到明显的不良反应，这证实HIFU用于减少脂肪组织的安全性和有效性[5]。

HIFU不仅被应用于减少猪的皮下脂肪，在鼠中也进行了相关研究。Liao等[6]在2013年应用HIFU治疗小鼠肥胖，成功使实验组小鼠的皮下脂肪明显少于对照组，且对全身其他器官组织无明显不良反应。此外，他们后续于2016进行了更加深入的研究，结果发现，HIFU对于摄入高能量饮食对象的效果更加明显，虽然对血中甘油三酯等含量无明显影响，但是局部脂肪组织的减少程度和速度均明显增加，这提示HIFU在治疗由高能量饮食导致的明显肥胖对象时的效果更加显著[7]。

由于HIFU在动物试验中取得了明显的效果，已经证实其减少皮下脂肪方面的安全性和有效性。Kiedrowicz等[8]于2022年将HIFU应用于治疗肥胖患者的局部皮下脂肪堆积，在共计60名受试患者中，HIFU能够明显降低患者的皮下脂肪、腰围和体重，且随访过程中并未发现有不良事件报告，证实其具有临床应用的价值。同时Byun等[9]于2023年对HIFU减少脂肪组织的机制进行了更加深入的探讨，结果发现，HIFU可能是改变了线粒体的功能进而改变了脂肪细胞的代谢程度，通过诱导脂肪细胞的凋亡从而使皮下脂肪的厚度下降，进一步提高了对HIFU治疗肥胖的认知程度，为HIFU临床应用提供了坚实可靠的基础。

2.2 超声抗衰治疗

随着生活水平的提高，科学抗衰逐渐进入人们的视线。皮肤皱纹和松垂是人类自然衰老过程的一部分，虽然这是不可避免的，但大多数人都自觉影响美容，这种心理压力使得全球抗衰老市场得以大幅扩张，近年来，对安全有效地改善皮肤皱纹和松垂的治疗设备需求也在持续上升。

2015年，Bass等就发现超声对皮肤进行机械刺激可以通过激活钙/CamKinaseII/Tiam1/Rac1途径来加速愈合，该途径替代纤连蛋白依赖性信号传导并促进成纤维细胞迁移，可将成纤维细胞募集到糖尿病和老年小鼠的伤口床上，并将愈合时间缩短30%，恢复到年轻健康小鼠中观察到的愈合率，初步证明超声可以安全有效地逆转衰老小鼠皮肤的愈合延迟[10]。Hong等在2022年应用HIFU治疗光老化皮肤，研究结果表明，HIFU通过增强TGF-β和抑制MMP3活性来促进胶原蛋白形成和重排。这项研究是第一个显示HIFU对光老化皮肤的直接影响的动物研究，进一步支持HIFU在老化皮肤中的使用，旨在逆转衰老的形态学影响[11]。近来，Lee等[12]证明新型家用HIFU对治疗皮肤皱纹是安全有效的，结果显示，使用该装置治疗后小鼠真皮层厚度增加，皮肤Ⅰ型和Ⅲ型胶原的基因和蛋白表达增加，而MMP-1和TIMP-1的基因和蛋白表达减少。目前认为胶原蛋白和弹性蛋白表达增加、MMP和TIMP表达降低是改善皱纹的标志物。

MFU可提升松弛的面部皮肤，MFU-V能清晰地生成目标区域的解剖图像，确保治疗在适当的深度进行，因此，未经过多的动物实验，MFU-V已被美国食品药物监督管理局批准用于无创提眉以及颈部和颏下皮肤的提升。近来人们开始担心将MFU与悬浮线结合使用的安全性，因为它可能会改变悬浮线的结构和完整性或引起炎症反应。为探讨悬浮线的结构和完整性，Casabona等[13]在猪皮肤中进行了测试，结果显示将悬浮线与MFU结合使用是安全的，并且可以通过增加新生胶原合成来提高疗效。近年来，MFU发展迅速，韩国一项研究将肉毒杆菌毒素、填充剂和MFU相结合以获得眼周区域年轻化的多模式方法，治疗顺序为MFU-V、注射透明质酸填充剂及注射肉毒杆菌毒素，所有治疗均在同一天进行[14]。结果显示，眉毛高度在联合治疗后立即增加，并持续改善12周。早期改变可能归因于MFU、填充剂和肉毒杆菌毒素注射的协同作用，而第12周的进一步改善主要与MFU的延迟效应有关[14]。遗憾的是，国产MFU类设备的相关研究尚属空白，提示在后续的工作中应关注重视。

2.3 超声辅助经皮药物递送

近年来，超声辅助经皮药物递送系统迅速发展，然而，由于皮肤角质层的存在限制了经皮给药的发展，所以目前关于透皮给药的研究方向主要集中在探索穿过角质层的给药方式，以及提高给药效率两个方面。

与游离药物相比，采用脂质体封包等药物递送策略可以优化和增强不同药物的递送，具有更低的全身毒性和更好的药物细胞内在化。早在2007年，有研究就将低温热敏脂质体与无创性脉冲HIFU暴露结合，在小鼠实验中增强了阿霉素的递送，从而增强了其抗肿瘤作用，开启了新药物和设备组合辅助给药的先河[15]。超声辅助微泡给药系统是增强癌症治疗中最有前途的药物传递策略之一，它是一种靶向运输药物的技术，这种技术可以应用超声辅助确定载有药物的微泡到达特定的组织器官后给予超声辐照，导致微泡发生膨胀破裂释放其中运载的药物，从而使药物被特定的组织细胞所摄取。这种技术可以将药物制备成1～1000nm大小的纳米级药物输送体系，在疾病的治疗方面具有靶向功能，不仅能提高药物的稳定性，还可以提高药物被组织细胞摄取的能力，从而提高药物的有效性，是一种重要的治疗手段。同时，这种技术也在不断地改进和更新，过去应用普通的微泡给药系统运输的药物包载率低，体内的稳定性较差，半衰期较短，并且因为颗粒较小容易与非特定靶组织细胞结合从而导致药物实际到达靶组织细胞的含量下降，同时还增大了不良反应。张霞等[16]以肝素和生物素为载体制备的新型微泡给药系统不仅药物包载率高，且克服了过去技术的弊端，实现了药物包载率高、稳定性好、靶向性高、治疗效果好且不良反应少等诸多优点，证实这种技术也在不断地更新和发展。

部分研究表明，溶菌酶壳微泡通过超声疗法输送药物可治疗炎症性皮肤病。有研究证明，超声可以在水相中与阿达帕林-溶菌酶壳微泡一起使用，阿达帕林负载与其浓度成正比，溶菌酶壳微泡上的负载允许使用较低但仍然有效的浓度，通过使过度角化正常化和促进胶原蛋白合成来治疗光老化，改善紫外线照射小鼠的光损伤皮肤[17]。此外，研究表明超声微气泡辅助药物传递系统增强了博莱霉素对黑色素瘤细胞的抗肿瘤作用[18]；超声响应Gd-DOTA/多柔比星负载纳米液滴可作为黑色素瘤磁共振图像引导控释药物递送的治疗诊断剂[19]。

3.小结与展望

本文从超声治疗皮肤疾病的角度出发，回顾了超声目前的参数及其在消除肥胖患者的皮下脂肪、去除皱纹及辅助给药系统等多方面的应用，重点介绍了超声治疗皮肤疾病在实验动物中的研究现状和进展，由于MFU动物实验不充分，且超声应用于实验动物和人体之间仍然存在一些差别，皮肤科医生将他们在实验动物身上获得的经验应用于人体时应严格把控适应证，同时也要密切监测其不良反应。2022年，国内第一部皮肤超声诊断专著Diagnostic Ultrasound in Dermatology正式出版并上线，不仅为全世界皮肤超声诊断的规范化和普及作出了贡献，也标志着中国皮肤超声已建立一套成熟的体系，能向海外输出中国专家的智慧，并有能力接受来自全世界同行专家的检验。目前超声在皮肤疾病诊疗中的应用场景逐渐增多，其临床价值逐渐受到肯定，中国学者在皮肤超声领域正在逐步走上国际舞台的中央。同时也必须清醒地认识到大部分皮肤超声的应用仍处于探索阶段，很多皮肤疾病的超声诊断标准尚未确立，诊断流程尚未统一，与临床的联系还需进一步加强。一方面，皮肤科医生需要传播他们在该技术方面的经验，并继续学习和实验，另一方面，就像在其他领域一样，进行超声检查的皮肤科医生需要评估患者接受超声治疗的必要性和标准化治疗方案。

目前超声等最新进展在皮肤领域中的价值正逐渐被大家所认可和接受，不论是用于诊断还是治疗的皮肤超声设备的日益普及也将有助于促进超声在临床医学领域的研究和使用，今后，仍需要广大同仁一起开展更加深入、科学的动物实验以及更多队列性、前瞻性、高证据级别的临床研究，充分发挥皮肤超声的技术优势，造福广大患者。