Hyaluronzuurfillers kunnen worden blootgesteld aan krachten die fillervervorming kunnen veroorzaken, namelijk druk-, trek-, schuif- en torsiekrachten. Schuif- en drukkrachten komen het meeste voor bij geïnjecteerde fillers. In dit stuk zal visco-elasticiteit worden uitgelegd aan de hand van schuifkrachten.
Een effectieve filler moet visco-elastisch zijn, omdat deze blootgesteld wordt aan verschillende schuifkrachten gedurende en na injectie. Gedurende injectie wordt er een hoge schuifspanning op de filler uitgeoefend en moet de filler zich gedragen als een puur laag-viskeus materiaal. Na injectie werkt er slechts een kleine hoeveelheid – maar langdurige – schuifspanning (voornamelijk als gevolg van spiergebruik) op de filler en moet de filler zich idealiter hoog-visco-elastisch (of cohesief) gedragen om zijn vorm te behouden.
Voor de beoordeling van visco-elasticiteit zijn drie variabelen belangrijk: de opslagmodulus uitgedrukt als G’ (meet elastische eigenschappen), de verliesmodulus uitgedrukt als G” (meet vloeibaarheid-eigenschappen) en de complexe modulus uitgedrukt als G* (meet de algehele visco-elastische weerstand tegen vervorming en wordt ook wel viscositeit van een visco-elastisch materiaal of visco-elasticiteit genoemd).
Schuifmodulus en het terughalen van de oorspronkelijke vorm
De opslagmodulus (G’) geeft de mate aan waarin een materiaal weerstand aan vervorming biedt en waarin een materiaal zonder vervorming de originele vorm kan terughalen. Het is daarmee een indicatie van elasticiteit.
Een puur elastisch materiaal zal vervormen onder schuifspanning, maar de originele vorm compleet herstellen wanneer de spanning ophoudt (denk bijvoorbeeld aan rubber). Als G’ dus hoog is, zal er weinig vervorming optreden.
Bij fillers wordt een hoge schuifmodulus vaak als wenselijk gezien in verband met vormbehoud na injectie.
Verliesmodulus en weerstand tegen vloeien
De verliesmodulus (G’’) is de mate waarin een materiaal energie verliest bij spanning en zodoende de oorspronkelijke vorm niet weer kan terugvormen. Het is daarmee een indicatie van viscositeit.
Een puur viscoos materiaal zal bij spanning steeds meer vervormen en bij verwijdering van de spanning de vorm die het materiaal onder spanning had aanhouden (denk bijvoorbeeld aan stroop). Fillers met een lage G’’ zullen eerder energie verliezen en dus makkelijker te injecteren zijn.
Om injectie gemakkelijk te maken wordt de verliesmodulus van fillers laag gehouden.
Complexe modulus en de visco-elasticiteit
De complexe modulus (G*) geeft de totale energie die nodig is voor vervorming aan en wordt vaak gebruikt als indicator voor de visco-elasticiteit van fillers (ook wel viscositeit van visco-elastische fillers). G* wordt berekend door de wortel te trekken van de som van de kwadraatgetallen van G’ en G”.
De verliesmodulus is voor fillers vrijwel altijd laag. Een hoge visco-elasticiteit duidt daarom in bijna alle gevallen op een hoge opslagmodulus en elasticiteit.
De complexe modulus wordt vaak als indicator van de ‘hardheid’ van fillers genoemd. Deze ‘hardheid’ heeft betrekking tot de sterkte van moleculaire verbindingen tussen crosslinked hyaluronzuur en niet de gel-structuur van de filler. De ‘hardheid’ van de gelstructuur komt vanuit cohesiviteit. Integriteit van de gel zorgt per definitie voor integriteit van moleculaire verbindingen tussen crosslinked hyaluronzuur. Dezelfde relatie geldt andersom niet. In deel 3 van de cursus zal daarom onder andere worden toegelicht waarom cohesie een betere maat is voor werkzaamheid dan de visco-elasticiteit.
Zoek naar een ideale visco-elasticiteit
Fillers moeten voldoende vervormen om geïnjecteerd te worden onder hoge spanning en om gevormd te worden, maar ook elastisch genoeg zijn om langdurige effecten te behouden door schuifspanning na injectie te kunnen weerstaan. Een pure elastische filler zal onmogelijk geïnjecteerd kunnen worden door een naald, omdat deze te veel kracht benodigd en als resultaat ongewenste permanente vervorming optreedt. Anderzijds zal een pure viscose filler gemakkelijk permanent vervormen onder spanning en de vorm in zeer korte tijd na injectie verliezen.
Voor gemakkelijke injectie dient de G” dus zo laag mogelijk te zijn. Voor vormbehoud dient de G’ hoog te zijn, maar niet te hoog. De G* moet voornamelijk bestaan door een hoge G’ en een minimale G”. De G* kan zodoende worden beoordeeld op basis van een zo laag mogelijke G”-G’ ratio.
| Filler | Schuifmodulus (G') [Pa] | Verliesmodulus (G'') [Pa] | Complexe modulus (G*) [Pa] | Ratio G''-G' (tan delta) |
|---|---|---|---|---|
| Juvéderm Voluma | 284 | 58 | 290 | 0.20 |
| e.p.t.q. S500 | 265 | 53 | 270 | 0.20 |
| Restylane SubQ | 768 | 245 | 806 | 0.32 |