ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 3, с. 114-118
УДК 612.76:617.571.58-001.5-0.89.84
ВЛИЯНИЕ ДОЗИРОВАННОГО РАСТЯЖЕНИЯ НА МЕХАНО-АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖНОГО ПОКРОВА КОНЕЧНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
© 2004 г. Л. А. Гребеншк
Государственное учреждение науки Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А. Илизарова, г. Курган
Поступила в редакцию 20.01.2003 г.
У здоровых детей и взрослых, а также у пациентов с врожденно-укороченной конечностью, синдактилией пальцев кисти и практически здоровых пациентов, которым удлиняли нижнюю конечность (с целью достижения косметического эффекта - увеличения анатомических размеров сегментов), исследовали акустическую неоднородность кожного покрова. Возраст обследованных колебался от 6 до 39 лет. Показано, что у здоровых людей различного возраста степень акустической неоднородности в кожном покрове конечностей выражена слабо, однако дозированное растяжение всех структурных образований удлиняемого сегмента конечности приводит к изменению ее характера. Установлена зависимость перехода покровных тканей в ориентированное и напряженно-деформированное состояние от направления вектора растяжения.
Эволюционно закрепленная неоднородность (анизотропия) структуры тканей определяет их биомеханическое поведение. В процессе естественного роста и в условиях воздействия различных факторов (растяжение, давление) структурная организация и механические свойства кожного покрова претерпевают закономерные изменения
[1-3].
Известно, что кожа человека представляет собой комплексную многослойную ткань, состоящую из упругих коллагеновых волокон и эластина, расположенных в среде вязко-упругого матрикса [4]. Была предложена модель, характеризующая зависимость "напряжение-деформация" для мягких биологических тканей, успешно используемая для покровной ткани и учитывающая типичное ее вязко-упругое поведение [5].
За последнее десятилетие исследование неоднородности механических свойств кожного покрова успешно осуществляется на основе прижизненного тестирования, состоящего в определении скорости распространения поверхностной акустической волны. Ранее низкочастотные характеристики биологических тканей изучали in vitro [6]. В дальнейшем исследование состояния кожного покрова с учетом его структурной неоднородности стало возможным проводить на основе прижизненного тестирования [7-11]. Однако недостаточно изучено влияние прилагаемых извне факторов, в частности, пролонгированного дозированного растяжения на механо-акустичес-кие свойства кожи, и недостаточно разработана диагностика состояния перерастяжения ткани.
Целью настоящей работы явилось исследование акустических свойств кожи конечностей у здоровых людей в процессе естественного роста и у пациентов при моделировании формы и восстановления размеров конечности в условиях чрес-костного остеосинтеза.
МЕТОДИКА
Для выяснения особенностей акустических свойств покровных тканей конечностей человека нами использовалась методика, позволяющая измерять скорость распространения акустических сдвиговых поверхностных волн в коже. Известно, что сдвиговые волны весьма чувствительны к структурной организации той среды, в которой они распространяются [6]. Обследовано три группы пациентов. Первую группу составили больные с врожденно-укороченной нижней конечностью, которую удлиняли с помощью аппарата Илизарова (33 человека). Во вторую вошли практически здоровые люди, оперированные с целью достижения косметического результата - исправления варусной деформации и удлинения обеих голеней (9 человек). Третья группа состояла из пациентов с синдактилией пальцев кисти (с дефицитом покровных тканей), которым с целью создания запаса кожи межпальцевых промежутков осуществляли ее поперечное дозированное растяжение и в последующем проводили фалангизацию местными тканями (12 человек).
Указанные пациенты были прооперированы в клинике РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А. Илизарова. В контрольную группу вошли практически здоро-
1
150т
72.5
71-Н-А-о
1
150
■ш—i-1 3 71-1—ot-
64.5 2 71
л—i-1 3
7
1
150
Б 1
150
1оо
78.5^0
^ 3 7-нсЬн-0
65.5 .2 67
3
5
Рис. 1. Форма огибающих кривых векторов скоростей звука в кожном покрове голени здоровых детей 10 лет при разогнутом коленном суставе. А - правая голень, Б - левая голень.
Рис. 2. Конфигурация акустических полей в коже голени у взрослых людей 25-30 лет при тестировании низкочастотным звуком. А - при максимально разогнутом коленном суставе (угол равен 180°), Б - при согнутом коленном суставе (угол сгибания составляет 90°).
5
5
5
вые дети и взрослые (29 человек). Возраст обследованных колебался от 6 до 39 лет.
Во всех указанных группах обследованных была проведена акустовелосиметрия кожи сегментов конечностей, основанная на определении скорости распространения звуковой волны с помощью акустического анализатора кожи (acoustical skin analizator - ASA) совместной разработки России и Югославии [9]. Диапазон скоростей акустической волны - 15-300 м/с, частот - 103-104 Гц, относительная погрешность - 10%. Площадь рабочей зоны, необходимой для проведения замеров, - 8 мм2. В процессе проведения исследования датчик анализатора прижимали к коже с усилием 1.5-2.5 Н и придавали датчику различную ориентацию относительно сагиттальной плоскости тела человека. Стабильность усилия достигалась звуковым сигнализатором. Обследуемые находились в горизонтальном положении, замеры в коже проводили в средней трети сегментов нижней конечности и в межпальцевых промежутках кисти (ладонная поверхность). У здоровых людей ве-лосиметрию голени проводили при разогнутом и согнутом коленном суставе (180° и 90° соответственно).
ствовала диагонали I четверти декартовой системы координат (45°), для левой - диагонали II четверти указанной системы. Это согласуется с полученными нами ранее данными при исследовании животных (собак) [12]. По-видимому, структурной основой указанной акустической анизотропии является преимущественное диагональное расположение коллагеновых волокон и их петель в дерме, образующихся на симметричных половинах тела [13]. Эволюционно это явление связано с проявлением в строении тела высших позвоночных животных и человека билатеральной симметрии. Анализ коэффициентов акустической анизотропии (отношение скорости звука в продольном направлении к показателю при поперечной ориентации датчика - Сг/Сх) кожи бедра и голени здоровых людей разного возраста не выявил различий (табл. 1).
При изучении влияния угла в коленном суставе на распределение акустических неоднородностей в коже голени у здоровых людей при сгибании коленного сустава под углом 90° существенных изменений в конфигурации формы огибающей кривой скоростей звука в коже голени не выявлено.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование скорости звука в коже при различной ориентации датчика позволило установить, что в группе здоровых людей форма акустических полей для правого и левого сегментов нижней конечности (голени и бедра) чаще была косо-диагональной, зеркально отраженной относительно сагиттальной плоскости (рис. 1, А, Б). Реже их конфигурация была округлой. Так, для правой стороны ориентация большей оси эллипса, построенного на концах векторов скоростей звука огибающей кривой, соответ-
Таблица 1. Значение коэффициента акустической неоднородности кожи "2" (Сг/Сх)* у здоровых людей различного возраста
Число на-
Возраст испытуемых, лет
блюдений 6 16-17 25-30
Бедро левое 10 1.13 1.21 1.15
правое 10 1.15 1.15 1.15
Голень левая 19 1.12 1.16 1.12
правая 19 1.14 1.09 1.02
* С7/Сх - соотношение скорости звука в коже при продольной ориентации датчика к скорости звука в поперечном (перпендикулярном) направлении.
Ту
1
200т
3
А
Рис. 3. Кривая скоростей звука в кожном покрове правой голени здорового взрослого человека до оперативного удлинения с целью косметического удлинения сегмента.
1
200 т
1 3 1\
5
5
Рис. 4. Сравнение формы звуковых полей при тестировании низкочастотным звуком кожи здоровых пациентов, оперированных с целью достижения косметического моделирования формы и размеров нижней конечности. А - пациент А., 17 лет. 37 дней фиксации после устранения деформации голени без последующего удлинения (правая голень); Б - здоровые пациенты, которым осуществлена дистракция с целью увеличения длины голеней (правая голень).
5
Однако скалярные значения всех измеряемых векторов скоростей снижались (рис. 2, А, Б). Одним из возможных объяснений наблюдаемого феномена является следующее. У здорового человека кожа конечностей имеет большой физиологический диапазон растяжимости. В процессе выполнения движений запасные складки в дерме могут распрямляться, но характер акустической анизотропии при этом не изменяется. Следовательно, при отсутствии патологических изменений в опорно-двигательной системе характер акустической анизотропии кожного покрова в пределах физиологического диапазона произвольных движений не меняется.
Под влиянием дозированного растяжения у пациентов первой и второй групп, которым удлиняли голени, механо-акустические свойства кожного покрова претерпевали определенные изменения (рис. 3, 4, А, Б). Для уточнения вопроса о влиянии фактора растяжения на состояние тканей был проведен сравнительный анализ акустических свойств кожи больных, которым не удлиняли голень, а лишь исправляли варусную деформации (рис. 4, А). Обнаружено, что в этом случае форма акустического поля в кожном покрове оперированной голени была идентичной (косо-диагональной или округлой) таковой в группе здоровых лиц. В то же время в условиях дозированного растяжения у пациентов второй группы происходило нарастание степени неоднородности в связи с большим приростом скорости звука в продольном направлении.
Прижизненная ультразвуковая визуализация тканей конечностей показала, что при врожденном укорочении нижней конечности толщина кожи у детей младшей возрастной группы 5-8 лет до лечения составила 1.89 ± 0.11 мм. У больных де-
тей 10-12 лет этот показатель превысил толщину кожи здоровых сверстников на 73.73%, а у подростков 15-16 лет он увеличился до 2.08 ± 0.24
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.