20 ноября 2016г.
Поверхность тела человека полностью покрыта кожным покровом, являющимся
самым большим органом тела. Размеры его поверхности составляют 1,5-2 м2 [3]. При этом важную роль играют барьерно-защитные свойства кожи,
проявляющиеся в защите
организма человека от механических, физических, химических, а также и биологических воздействий, препятствуя проникновению в кровь вирусов, бактерий, грибков (рис.1).
Кроме того, барьерно-защитные функции распространяются не только на внешнюю среду, но и на сам организм. Кожные покровы
не дают организму нарушать свою структуру и свою форму. Кожные покровы
человека неразрывно связаны с внутренними органами и по ее состоянию можно говорить о паталогических процессах, происходящих в внутри организма. В отличие от внутренних органов кожные покровы доступны для проведения
внешнего осмотра и оценки вязкоупругих свойств путем пальпации.
Упругость кожи является
одними из основных критериев оценки биологического
возраста человека и состояния его кожного
покрова. Механические свойства эпидермиса
определяются коллоидно-осмотическим и гидростатическим равновесием и, как
следствие, липидным балансом. Кроме того, они тесно связаны с механическими свойствами компонентов дермы, которые во многом обусловлены растяжимостью ее
эластиновых и коллагеновых волокон и их количественным соотношением, а также их пространственной организацией. Естественно, что у стареющей кожи при нарушении водного баланса и дезорганизации пространственной структуры соединительно-тканных волокон будут
изменяться
и механические
свойства: кожа теряет
эластичность,
становится более грубой.
Поэтому упругость
и
эластичность
кожи являются
одним из
основных
критериев оценки старения
организма.
Изменение вязкоупругих свойств в ряде случаев может быть связано с патологией внутренних органов человека [2]. Например, на определенной стадии заболевания почек, гемодинамике появляется отек кожи, а его степень и динамика развития свидетельствуют о тяжести патологии.
В этих и ряде других случаях необходимо иметь объективные значения параметров,
характеризующих вязкоупругие свойства, которые врач в силу
своих субъективных ощущений
дать не может.
Существует большое разнообразие методов исследования кожных покровов [1, 4, 5], но, не смотря на это, не существует единой методики, позволяющей объективно охарактеризовать биомеханические свойства кожи. Измерение механических свойств кожи
осуществляется путем деформации с помощью фиксированной силы
и
последующим анализом степени деформации, которая характеризует плотность и
упругость кожи, и характеристики возврата кожи в исходное состояние, что отражает
эластичность. К основным методам оценки
механических
свойств можно отнести
следующие:
• Методы поперечной деформации: баллистометрия (метод вдавливания (рис. 2, а))
и кутометрия (метод всасывания
(рис.2, б)).
• Методы продольной деформации: тензометрия (метод растяжения) и торсиометрия
(метод
кручения).
Наиболее
распространенными методами поперечной деформации являются
вакуумная кутометрия и метод вдавливания. Суть метода вакуумной кутометрии [4, 6] в
том, что при прикладывании датчика в его полости создается отрицательное
давление, и участок кожи всасывается в полость (рис. 2, а). Оптической системой регистрируется величина деформации под воздействием вакуума, а также способность кожи возвращаться
в исходное положение после снятия нагрузки. При этом показания этого датчика зависят от рельефа и толщины кожи: чем больше складчатость кожи,
тем меньше ее упругость.
Сущность метода вдавливания сводится
к определению способности кожи противостоять внедрению в нее твердого индентора
под действием определенной силы. Было показано [7], что зависимость глубины погружения от прикладываемого усилия для
индентора диаметром 0,2 мм отражает твердость рогового слоя, 0,5 мм – дермы и 1 мм – подкожного слоя. Существует ряд общих принципов при измерении механических
свойств кожи методами поперечной деформации. Во-первых, измеряемые характеристики зависят от диаметра
индентора или вакуумного датчика: с увеличением диаметра затрагиваются глубжележащие слои кожи. Во-вторых, величина деформации, а также степень натяжения кожи зависят от приложенной к датчику силы: чем больше сила, тем
больше натяжение, следовательно, больше и упругость кожи. При использовании метода вдавливания сила воздействия регулируется, а зависимость величины
заглубления от силы
дает дополнительную информацию. Но при измерениях вакуумным методом
сила, приложенная к датчику, зависит от руки оператора, что вносит определенную
погрешность в измерения.
Наиболее
распространенными методами продольной деформации являются метод исследования растяжения кожи и метод кручения [6]. При использовании
метода растяжения применяют как одноосные, так и двухосные модели. При этом методе измерения используются тензометрические датчики, воспринимающие деформации и преобразующие их в изменение напряжения на его выходе. Тензодатчики жестко
фиксируются к коже при помощи биологического клея или пластыря, после чего кожа начинает растягиваться. Существует большое количество модификаций данного метода, но в конечном итоге для
кожи вычисляется модуль Юнга Е в соответствии с законом Гука
где F – нормальная составляющая
силы; S – площадь поверхности исследуемого кожного покрова, по которой
распределено действие силы; l – длина деформируемого участка
кожи; Dl – модуль изменения длины участка в результате упругой
деформации.
Однако закон Гука не выполняется для кожи в связи с тем, что кожа неоднородна по составу и представляет
собой нелинейную систему.
Датчик для метода кручения [4, 6] представляет собой круглый диск, на который наносится биологический клей. При нагружении диска постоянной крутящей силой он
вместе с кожей поворачивается на
угол, который зависит от
механических свойств
кожи.
Таким образом, анализ современных методов показал, что наиболее распространенными и доступными методами измерения биомеханических параметров
кожного покрова являются методы, основанные на создании поперечной деформации. При
этом методом всасывания и методом вдавливания можно провести исследования различных механических свойств кожи. Разница в принципе измерения предполагает, что методы кутометрии в большей степени определяют эластичность кожи, в то время как
методы баллистометрии преимущественно позволяют измерять плотность кожного
покрова. Достоинством баллистометрического метода являются малые габариты измерительного датчика, что позволяет проводить измерения на различных участках
кожного покрова, обладающих свойствами, существенно отличающими эту зону от близлежащих. Методы продольной деформации в настоящее время не получили широкого
распространения в связи с
неудобствами проведения
измерений.
Список литературы
1.
Гусев В.Г.,
Мустафин Т.Н.
Измерительные приборы для оценки физических свойств кожного покрова человека // Вестник Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. Выпуск№ 1. Том
13, 2009. – С. 197-192.
2.
Короткий Н.Г., Наринская Н.М., Бельмер С.В. Кожные проявления патологии органов пищеварения // http://www.lvrach.ru/2014/02/15435898.
3.
Кошевенко Ю.Н. Кожа человека: В 2-х
томах. Том 1. Структура,
физиология и предназначение функциональных
элементов кожного органа человека. М.:
Медицина, 2012. – 360 с.
4.
Тимофеев Г.А. Методы аппаратного
исследования кожи человека // Журнал "Косметика и медицина",
№ 4, 2005г.
5.
Яцун
С.М. Диагностический комплекс для
исследования упругости и эластичности кожи / Вестник новых медицинских технологий. – 2008. – Т. XV., №. С. 131-133.
6.
Kajz
T.M., Gartstein V.
Review of the instrumental assessment of skin: Effect of
cleansing products. J
Soc Cosmet Chem 1991.
July/August; 42: 249-271.
7.
Hendriks F., Brokken M., Oomens D.
Mechanical properties of different layers of
human skin. Internet poster: http:// www.mate.tue.nl/mate/pdfs/249.pdf
