Zimna i gorąca plazma atmosferyczna  – nowe możliwości w dermatologii i medycynie estetycznej

Prawidłowe funkcjonowanie skóry zależy od utrzymania równowagi fizjologicznej różnych parametrów biochemicznych, biofizycznych oraz symbiotycznych, m.in. takich jak¹:

• natlenienie i wrażliwość na stres oksydacyjny,
• fizjologiczne pH, które hamuje wzrost drobnoustrojów patogennych, sprzyja rozwojowi fizjologicznej mikroflory oraz przyczynia się do zachowania integralności bariery skórnej,
• działanie półprzepuszczalnej bariery ochronnej warstwy rogowej naskórka, która izoluje i chroni organizm przed czynnikami zewnętrznymi, ale może również wydalać wodę zawierającą związki organiczne i nieorganiczne, jak również absorbować substancje obecne w otoczeniu,
• oraz unikalnego i złożonego mikrośrodowiska, zasiedlanego przez różne typy drobnoustrojów w zalezności od wilgotności, produkcji potu oraz lokalnej temperatury.

I chociaż skóra jest narządem o dużych zdolnościach regeneracyjnych, ciągłe oddziaływanie czynników zewnętrznych prowadzi z czasem do osłabienia tej równowagi oraz wystąpienia objawów w postaci utraty objętości, elastyczności, nawodnienia, spowolnienia metabolizmu komórkowego, a także zaburzenia aktywności melanocytów.

Podstawowym sposobem spowalniania tego procesu są oczywiście zabiegi kosmetyczne, jak również ciągle unowocześniane zabiegi z użyciem urządzeń wykorzystujących różne formy energii.

Wśród nich, obok znanej już dermabrazji plazmowej, pojawiła się w ostatnich latach zimna plazma atmosferyczna (CAP – cold atmospheric plasma), stanowiąca innowacyjne i obiecujące podejście do problemów skóry. 

Zimna plazma formuje się, gdy do gazu dostarczymy odpowiednią energię – taką wystarczającą by elektrony oderwały się od atomów. W takich warunkach powstaje chmura elektronów i naładowanych cząstek, która ma ciekawe własności.

Odrobina fizyki, czyli jak powstaje plazma atmosferyczna

Gdy na elektrodzie aplikatora znajdującego się blisko skóry pojawi się wysokie napięcie, w powietrzu pomiędzy nimi powstaje silne pole elektryczne i wszystkie znajdujące się w nim elektrony swobodne szybko się rozpędzają. Pole elektryczne działa głównie na elektrony, bo są one znacznie lżejsze od cząsteczek (kilkadziesiąt tysięcy razy). Dzięki niemu elektrony osiągają dużą energię, odpowiadającą temperaturze tysięcy Kelwinów (1 – 10 eV). Gdy taki rozpędzony w gazie elektron zderzy się z cząsteczką azotu lub tlenu, dochodzi do jonizacji i powstają dwa elektrony oraz dodatni jon. Wraz z kolejnymi zderzeniami liczba elektronów rośnie więc lawinowo, w efekcie czego powstaje plazma – czyli mieszanina bardzo szybkich elektronów, wolniejszych jonów i neutralnych cząsteczek. Co ważne: elektrony są gorące, a gaz jako całość pozostaje zimny (<40°C), bo energia nie ma czasu się wyrównać. Gaz się nie nagrzewa, bo gdy elektron uderza w ciężką cząsteczkę, przekazuje tylko mały ułamek swojej energii (proporcjonalnie do stosunku mas). Nie ma więc równowagi termicznej w gazie i taki stan nazywamy zimną plazmą. Energia oddziaływania w takiej plazmie zużywana jest głównie w reakcjach chemicznych i do wzbudzania kolejnych cząsteczek.

Zimną plazmę utrzymuje się poprzez zasilanie układu odpowiednio krótkimi impulsami elektrycznymi. Jeśli jednak zwiększymy ilość energii dostarczanej do układu i zwiększymy liczbę zderzeń w gazie, energia elektronów zaczyna skutecznie ogrzewać cząsteczki dążąc do równowagi termicznej. Gaz staje się gorący i jego oddziaływanie zaczyna mieć charakter termiczny. Taki stan nazywamy gorącą plazmą.

Dlaczego w urządzeniach z zimną plazmą wykorzystuje się hel lub argon?

Gazy szlachetne takie jak hel czy argon działają jako wzmacniacz jonizacji. W powietrzu bez gazu szlachetnego plazma tworzy się tylko dzięki elektronom, które powstają w procesie jonizacji azotu i tlenu. Wyładowanie w gazie szlachetnym powoduje wzbudzanie cząsteczek helu / argonu do stanów metastabilnych, a te mają umiejętność dodatkowej jonizacji cząsteczek tlenu oraz azotu i powstaje więcej elektronów. Dzięki prostej budowie atomowej gazu szlachetnego (brak wiązań cząsteczkowych) znacznie łatwiej jest w nim kontrolować zapłon plazmy oraz utrzymać jej stabilny strumień. Przy tej samej mocy urządzenia i zastosowaniu gazu szlachetnego, uzyskuje się zatem więcej elektronów i bardziej energetyczną plazmę.

Dodatkowo, różne gazy szlachetne nadają plazmie różne własności i ten sam generator plazmy atmosferycznej – z różnymi gazami – daje różne efekty kliniczne, ponieważ zmienia się gęstość elektronów, energia cząsteczek, skład chemiczny plazmy i sposób transportu energii. W praktyce przyjęły się dwa z nich: argon lub hel.

Hel jest lżejszy i łatwiej się rozprzestrzenia, co daje bardziej jednorodny (rozmyty) efekt plazmy, natomiast argon jest cięższy, przez co wyładowania mają bardziej punktowy charakter.

Interakcja zimnej plazmy ze skórą

Elektrony rozpędzone w wytworzonym polu elektrycznym powodują rozpad zawartych w powietrzu tlenu, azotu i wody. W efekcie w strumieniu plazmy powstają wolne rodniki takie jak^2,3:

• tlen singletowy (¹O₂),
• rodnik hydroksylowy (OH*),
• tlenek azotu (NO*),
• ozon (O₃),
• nadtlenek wodoru (H₂O₂),
• azotyny (NO₂^–),
• azotany (NO₃^–).

To właśnie te reaktywne formy tlenu i azotu (RONS – Reactive Oxygen and Nitrogen Species) oddziałują na skórę. I chociaż w literaturze przedstawiono wiele przykładów potencjalnej toksyczności plazmy wobec organizmów żywych, właściwie dobrane parametry ekspozycji prowadzą do korzystnych efektów biologicznych w tkankach poddanych jej działaniu⁴.

Przykładowo, reaktywne formy tlenu są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania komórek i w odpowiednich ilościach pełnią istotne funkcje fizjologiczne w sygnalizacji międzykomórkowej^5,6,7, jako stymulatory proliferacji komórek macierzystych^7,8 oraz jako czynniki wzmacniające odpowiedź układu odpornościowego^9,10.

Z kolei wśród reaktywnych form azotu szczególne znaczenie ma tlenek azotu, który działa jako cząsteczka sygnałowa¹¹, czynnik rozszerzający naczynia krwionośne¹², modulator angiogenezy¹³, stymulator układu odpornościowego¹⁴ oraz czynnik nasilający melanogenezę¹⁵. Tlenek azotu uczestniczy w regulacji wzrostu włosów, proliferacji, różnicowaniu komórek naskórka oraz procesie gojenia ran^16,17.

Wykazano również, że krótkotrwała ekspozycja na CAP stymuluje proliferację keratynocytów warstwy podstawnej¹⁸ oraz fibroblastów skóry właściwej^19,20. Te ostatnie są bardziej wrażliwe na działanie CAP z powodu mniejszej ochrony przed stresem oksydacyjnym pochodzącym ze środowiska zewnętrznego i co ciekawe, taką cytotoksyczność wykorzystuje się antyproliferacyjnie w leczeniu ran jako ograniczenie nadmiernego bliznowacenia²¹.

Zimna plazma atmosferyczna zwiększa natlenienie skóry, dzięki poszerzeniu naczyń krwionośnych związanym z tlenkiem azotu, miejscowym zwiększeniem temperatury i stymulacji angiogenezy.

Z kolei produkty powstające z prekursora jakim jest tlenek azotu, w szybki sposób, zwiększają stopień zakwaszenia powierzchni poddawanej działaniu plazmy²². CAP może przywracać zatem fizjologiczne pH i w ten sposób wspomagać procesy regeneracyjne skóry dojrzałej.

Zimna plazma wykazuje również dobrze udokumentowane właściwości bakteriobójcze^23,24,25,26. Reaktywne cząsteczki – w połączeniu z przywracaniem niskiego pH i zdolnością niszczenia biofilmu patogenów skóry – sprawiają, że może być stosowana jako skuteczna alternatywa dezynfekcji nieuszkodzonej skóry, w tym kolonii znajdujących się w głębokich strukturach skóry i jej przydatkach (trudna eliminacja przy użyciu miejscowych antybiotyków).

Terapia z wykorzystaniem zimnej plazmy atmosferycznej może także wywierać wpływ na nawodnienie skóry, destabilizując barierę skórną co prowadzi do przejściowego wysuszenia zewnętrznych warstw naskórka²⁷ – efekt ten jest pożądany w zabiegach dermabrazji plazmowej, gdzie wysuszona warstwa naskórka pełni funkcję ochronną dla głębszych struktur, termicznie uszkodzonych podczas procesu regeneracji.

Zastosowania zimnej plazmy:

• Działanie przeciwbakteryjne
• Działanie przeciwzapalne, redukcja rumienia (leczenie trądziku różowatego, egzemy, trądziku pospolitego, łuszczycy, atopowego zapalenia skóry)
• Działanie odmładzające poprzez stymulację fibroblastów
• Redukcja przebarwień
• Poprawa penetracji składników aktywnych do głębszych warstw skóry (niacynamid, kwas azalainowy, witamina C, kwas traneksamowy, kwas hialuronowy, czynniki wzrostu)
• Spowolnienie łysienia
• Przyspieszenie regeneracji po zabiegach laserowych i mikroigłowych
• Gojenie ran (stopa cukrzycowa, owrzodzenia żylne)

Gorąca plazma

Przy odpowiednim napięciu i większej częstotliwości impulsów, plazma może również osiągać temperatury przekraczające 60°C. Stosuje się ją głównie w zabiegach dermabrazji skóry oraz usuwaniu drobnych zmian skórnych.

Podobnie jak w przypadku laserów, zabiegi z wykorzystaniem gorącej plazmy polegają na odnowie skóry poprzez kontrolowane uszkodzenie jej zewnętrznych warstw (sublimacja naskórka). I chociaż dermabrazja plazmowa jest zabiegiem mało inwazyjnym, to wysoka temperatura i długi okres rekonwalescencji wymuszają ostrożne stosowanie tej metody. Proces gojenia jest podobny do metody laserowej – analogicznie 24-48 godzin po zabiegu tworzą się strupki, które odpadają samoistnie po 5-7 dniach.

Protokoły anty-aging

Mocną stroną urządzeń generujących plazmę jest ich wszechstronność.

Typowy protokół z wykorzystaniem plazmy zawsze rozpoczyna się od przygotowania skóry za pomocą zimnej plazmy. Wykorzystujemy tu efekt dezynfekcji i zwiększenia penetracji preparatu odżywczego wprowadzanego przed rozpoczęciem właściwego zabiegu.

Następnie w zależności od wskazań można wykonać:

• nieinwazyjny zabieg z wykorzystaniem gorącej plazmy,
• dermabrazję plazmową za pomocą elektrody igłowej,
• zabieg mikroigłowy z gorącą plazmą z wykorzystaniem mikroigłowej końcówki stemplującej lub rolkowej.

Dla przyspieszenia rekonwalescencji na koniec zwykle ponownie wykonujemy zabieg zimną plazmą i na naskórek o tymczasowo zwiększonej przepuszczalności nakładamy maskę nawilżającą.

Podsumowanie

Współdziałanie różnych zjawisk w oddziaływaniu zimnej plazmy atmosferycznej na skórę daje korzystne efekty i stanowi istotny argument przemawiający za wykorzystaniem tej technologii w przywracaniu prawidłowego działania bariery skórnej, a tym samym poprawie jej zdrowia i wyglądu. Jednak z technicznej strony, charakterystyka generowanej plazmy bardzo zależy od parametrów urządzenia (napięcie i częstotliwość impulsów), użytego gazu (powietrze, azot, argon, hel) oraz warunków środowiskowych otoczenia (temperatura, wilgotność). Różne urządzenia generują różną ilość i różne rodzaje powstających w polu elektrycznym wolnych rodników, a wraz z nimi znacząco zmienia się uzyskiwany w tkance efekt. To dlatego, by uzyskać pożądany efekt, istotne jest zrozumienie jak plazma oddziałuje ze skórą i jak działa dane urządzenie pochodzące od konkretnego producenta.