Propriedades Mecânicas da Pele

32/Cosmetics & Toiletries (Brasil) www.cosmeticsonline.com.br

Vol. 28, jul-ago 2016

s propriedades mecânicas da pele são um dos objetos de atenção dos profi ssionais da área de saúde. Os parâmetros biomecânicos da pele, como a elasticidade, variam entre as regiões do corpo, com o envelhecimento e o apare-cimento de algumas doenças cutâneas. O envelhecimento da pele facial huma-na tem piora gradual ao longo da vida, passando por uma série de modifi cações 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 qua-lidade elástica, enquanto as fi bras de co-lágeno 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 diminui-ção da capacidade da pele em retornar ao estado inicial após uma deformação, entre outros fatores.1,11,20 _{Essas modifi cações}

podem ser facilmente reconhecidas por meio do aparecimento de rugas, fl acidez,

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 fi rmeza da pele pode ser vista no Quadro 1.3

Nas últimas décadas, diversas abor-dagens 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 desenvolvi-mento de um ou mais tipos de instrudesenvolvi-mento para a avaliação da viscoelasticidade da pele, e alguns deles podem ser encontra-dos comercialmente.16

Propriedades Mecânicas da Pele

BIOENGENHARIA CUTÂNEA

Maísa Oliveira de Melo, Patrícia MBG Maia Campos

Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto – USP, Ribeirão Preto SP, Brasil

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.

A

Quadro 1. Defi nições de elasticidade, fi rmeza e viscoelasticidade Elasticidade: é defi nida como a

proprie-dade 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% elásti-co 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 ma-terial 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) tam-bém 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 principal-mente 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 des-ses 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 mos-trar 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 proprieda-des viscoelásticas da pele e aumentando suas propriedades anisotrópicas – aquelas que variam com a direção do esforço.

Tecnologia de Medição

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 Dermafl ex A (marca comercial da Cortex Technology, Dinamarca) e o Cutometer SEM 474 (marca comer-cial da Courage-Khazaka electronic GmbH, Colônia, Alemanha). Em 1994, o Dermafl ex A foi descontinuado e substituído pela primeira versão do equipamento DermaLab Elasticity. Essa ver-são 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 se-guia 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 (Mul-tiprobe 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 Elas-ticity (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

neces-sidade de ser segurada manualmente, que é fi xada 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 famí-lias de equipamentos. Esses instrumentos fornecem informações distintas que devem ser levadas em conta na interpretação fi nal 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-Serviços e Consultoria técnica especializada em empresas e produtos de

higiene pessoal, perfumaria e cosméticos

• Desenvolvimento de produtos e processos

- Implementação em escala industrial  4XDOL¿FDomRGHIRUQHFHGRUHV

- FISPQ

• Registro de Produtos ANVISA

- Dossiê Técnico

- Adequação de Rotulagem

 &HUWL¿FDGRVGH9HQGD/LYUH([SRUWDomR  3DUHFHUHVDWHQGLPHQWRGHH[LJrQFLDV

• Treinamento “in house” capacitação

 5HJXODPHQWDomR6DQLWiULD$19,6$,10(752 - Boas Práticas de Fabricação

‡/DERUDWyULRVGH(QVDLRVPLFURELROyJLFRVHItVLFRTXtPLFR

SDUDiJXDPDWpULDVSULPDVLQWHUPHGLiULRVHSURGXWRV¿QDLV

  (QVDLRVGH(VWDELOLGDGHH&RPSDWLELOLGDGH - Avaliação do Sistema Preservante

  (¿FiFLD$QWLPLFURELDQDSDUDDQWLVVpSWLFRV - Avaliação do ambiente produtivo

  HTXLSDPHQWRVVXSHUItFLHVHFRODERUDGRUHV - Treinamento “in house” em higiene e segurança   &RQWUDWRGH7HUFHLUL]DomR$QDOtWLFD

  +DELOLWDomR5HEODV5HGH%UDVLOHLUDGH/DERUDWyULRV   $QDOtWLFRVHP6D~GHH$FUHGLWDomR,QPHWUR&JFUH,QVWLWXWR   1DFLRQDOGH0HWURORJLD4XDOLGDGHH7HFQRORJLD

AVISA Serviços Técnicos em Vigilância Sanitária, Tecnologia e Meio Ambiente Ltda

São Paulo- SP

www.avisa.srv.br

avisa@avisa.srv.br

Brasília- DF

Figura 1. Instrumento Cutometer Dual MPA que permite o uso de duas sondas com aberturas diferentes

34/Cosmetics & Toiletries (Brasil) www.cosmeticsonline.com.br

Vol. 28, jul-ago 2016

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 equipa-mento Cutometer Dual 580 MPA são utilizados como referência mundial, pois também são capazes de fornecer diversos parâme-tros 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 fi nal da fase de sucção. A distensão elástica corres-ponde 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

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 superfi cial “desproporcional”, que, supõe-se, envolve princi-palmente 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 aplica-ções, 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 5. Curvas comparativas entre medições com o Cutometer Dual 580 MPA

Balão de borracha Antebraço Área dos olhos

Da referência 3

Figura 2. Instrumento DermaLab Elasticity com sonda presa por adesivos

Da referência 3

Refl exão 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

Figura 3. Desenho esquemático do interior da sonda Cutometer Dual 580 MPA

6 5 1 2 3 4

Figura 4. A curva gerada pelo Cutometer Dual 580 MPA mostra as propriedades viscoelásticas da pele

Uv Ue Uf Ua Fase de relaxamento Tempo Da referência 3 Pro fu n d id a d e Fase de sucção Ur

No detalhe, a sonda de dimensões reduzidas

Fase de sucção

Na primeira parte da fase de sucção, a pele entra imediata e dire-tamente 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 “fl ui” para o interior da sonda. Essa parte re-presenta 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 viscoe-lástica 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 medi-ções: área abaixo do olhos, antebraço e balão de borracha.

A curva dos olhos (verde) mostra fi rmeza e elasticidade me-nores 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 fi rmeza) e maior habilidade de retorno imediato à posição inicial (elasticidade 100%).

Princípio de Funcionamento do Cutometer

Dual 580 MPA

O Cutometer Dual 580 MPA é destinado à medição da elasti-cidade 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 profundi-dade de penetração da pele no interior da sonda. A resistência da pele à pressão negativa (fi rmeza) 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 sufi cientes para quantifi car objetiva-mente o envelhecimento cutâneo.

A curva (Figura 4) mostra com precisão as propriedades vis-coelásticas 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.

36/Cosmetics & Toiletries (Brasil) www.cosmeticsonline.com.br

Vol. 28, jul-ago 2016

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 defi ni-das como as partes lineares íngremes da curva de tensão versus tempo. No entanto, os valores calculados não correspondem necessariamente à sua defi nição, pois são predeterminados pelo pesquisador como uma medida tomada em determinado momento após a aplicação e a liberação da sucção, respectiva-mente. O decorrer de tempo predefi nido é variável, difi cultando 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 re-fl etido 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 recebi-das 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 fi bras 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 aniso-tropia, ou seja, menor a desorganização das fi bras elásticas, o que se refl ete no aumento da fi rmeza da pele.12,17,19

Conclusão

As grandes alterações das propriedades elásticas da pele podem ocorrer por causa de anomalias na biossíntese de colá-geno. Desse modo, as medidas da elasticidade in vivo são de grande interesse para a quantifi cação da rigidez da pele. Essas avaliações têm grande importância no campo da clínica derma-tológica e sua utilização para estudos de efi cácia de produtos cosméticos também tem grande relevância, principalmente de produtos antienvelhecimento, para a melhora da fi rmeza da pele ou anticelulite.15

A evolução da tecnologia tem permitido o desenvolvimen-to de instrumendesenvolvimen-tos cada vez mais efi cientes 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 8:148–154, 2002

2. Cortex Tecnology, Dermalab Series Skin Lab Combo Instruction

Manual

3. Courage-Khazaka, Cutometer Dual 580 MPA operation manual, 2015

4. Courage-Khazaka, Reviscometer RVM 600 operation manual, 2005 5. Cua AB, Wilhelm KP, Maibach HI. Elastic properties of human

skin: relation to age, sex and anatomical region. Arch Derm Res 282(5):283-288, 1990

6. Elson ML. Rejuvenescimento tópico da pele. Rev Cosmiatria Med

Estética 5:25-28, 1997

7. Gniadecka M, Serup J. Suction chamber method for measurement

of skin mechanical properties: The Dermafl ex. In Serup J, Jemec

GBE. Handbook of non-invasive methods and the skin. Boca Raton, CRC Press, 1995

8. Grahame R, Holt PJL. The infl uence of ageing on the in vivo elasticity of human skin. Gerontology 121:121–139, 1969

9. Hargens CW. Ballistometry. In Serup J, Jemec GBE: Handbook of

non-invasive methods and the skin. Boca Raton, CRC Press, 1995

10. Hua W et al. Comparison of two series of non-invasive instruments used for the skin physiological properties measurements: the ‘Soft Plus’ from Callegari S.p.A vs. the series of detectors from Courage & Khazaka. Skin Res and Tech 20:74–80, 2014

11. Ishikawa T, Ishikawa O, Miyachi Y. Measurement of skin elastic properties with a new suction device (I): relationship to age, sex and the degree of obesity in normal individual. J Dermatol 22:713-717, 1995

12. Murray BC, Wickett RR. Sensitivity of Cutometer data to stratum corneum hydration level. Skin Res Tech 2:167–172, 1996

13. Paye M, Van de Gaer D, Morrison BM. Corneometry measurements to evaluate skin dryness in the modifi ed soap chamber test. Skin

Res and Tech 1:123-127, 1995

14. Pié rard GE. EEMCO Guidance to the in vivo Assessment of Tensile Functional Properties of the Skin: Part 1: Relevance to the Structures and Ageing of the Skin and Subcutaneous Tissues. Skin Pharmacol

Appl Skin 6:352-362, 1999

15. Piérard GE, Nikkels-Tassoudji N, Piérard-Franchimont C. Infl uence of the test area on the mechanical properties of skin. Dermatology 191:9-15, 1995

16. Rodrigues L. EEMCO Guidance to the in vivo Assessment of Tensile Functional Properties of the Skin: Part 2: Instrumentation and Test Modes. Skin Pharmacol Appl Skin Physiol 1(14):52-67, 2001 17. Ruvolo EC Jr, Stamatas GN, Kollias N. Skin viscoelasticy displays

site and age-dependent angular anisotropy. Skin Pharmacol Physiol 20:313-321, 2007

18. Serup J, Jemec GBE, Grove GL. (Ed.). Handbook of non-invasive

methods and the skin, 2a. ed., Boca Raton, CRC Press, 2006

19. Sumino H, Ichikawa S, Abe M, Endo Y, Ishikawa O, Kurabayashi M. Effects of aging, menopause and hormone replacement theraphy on forearm skin elasticity in woman. J Am Geriatri Soc 52:945-949, 2004

20. Tadini KA. Desenvolvimento e avaliação clínica dos efeitos de

formulação dermocosméticas contendo dimetilaminoetanol ou acetil hexapeptídeo-3. Dissertação (Doutorado) – Departamento de

Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2009.

Maísa Oliveira de Melo é farmacêutica e mestranda do Programa de pós-graduação em Ciências Farmacêuticas da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo (USP), Ri-beirão Preto SP.

Patrícia Maria Berardo Gonçalves Maia Campos é farmacêutica, com mes-trado e doutorado em Fármacos e Medicamentos pela Faculdade de Ciên-cias Farmacêuticas de São Paulo, USP, e com pós-doutorado na University of Strathclyde, Glasgow, Reino Unido. É professora associada da Faculdade de Ciências Farmacêu ticas de Ribeirão Preto, USP, Ribeirão Preto SP.