Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы. биомеханические и функциональные свойства кожного покрова 9
1.1. Методы и подходы к исследованию функциональных и биомеханических свойств кожного покрова человека 9
1.2. Единство морфофункциональных и биомеханических свойств кожного покрова при реализации барьерной и опорной функций 15
1.3. Адаптивные реакции кожного покрова 27
1.4. Морфофункциональные перестройки кожного покрова при мышечной деятельности 32
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 37
2.1. Характеристика испытуемых и условия проведения исследования 37
2.2. Исследование упруго-эластических свойств кожного покрова 38
2.3. Исследование толщины кожи и подкожной клетчатки 41
2.4. Исследование кровообращения кожи 41
2.5. Исследование электросопротивления тканей 42
2.6. Исследование напряжения газов в тканях 42
2.7. Исследование сократительной способности мышц 43
2.8. Математическая обработка результатов исследования 44
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований. влияние мышечной деятельности на функциональные и биомеханические свойства кожного покрова бедра 47
3.1. Влияние занятий спортом на функциональные и биомеханические свойства кожного покрова бедра 47
3.2. Динамика функциональных и биомеханических свойств кожного покрова бедра в условиях циклической мышечной деятельности у спортсменов и неспортсменов 61
3.3. Динамика функциональных и биомеханических свойств кожного покрова бедра у лиц с посттравматическими гидростатическими нарушениями состояния мягких тканей конечностей 82
Обсуждение результатов исследования 91
Заключение 108
Выводы 113
Список литературы 1
- Единство морфофункциональных и биомеханических свойств кожного покрова при реализации барьерной и опорной функций
- Исследование упруго-эластических свойств кожного покрова
- Исследование сократительной способности мышц
- Динамика функциональных и биомеханических свойств кожного покрова бедра в условиях циклической мышечной деятельности у спортсменов и неспортсменов
Единство морфофункциональных и биомеханических свойств кожного покрова при реализации барьерной и опорной функций
Определение функциональных и биомеханических свойств при исследовании тканей и органов человека широко используется для интегративной оценки их физиологического состояния, регистрации процессов жизнедеятельности и особенностей функционирования (В.И. Данилов, 1979; В.П. Пирогов и др., 1979; Г. Бранков, 1981).
Функциональные и биомеханические свойства кожного покрова отражают влияние различных факторов на «оболочку» тела. Изучение этих свойств позволяет выявлять компенсаторно-приспособительные реакции кожного покрова и скрытые механизмы развития патологических процессов в коже (П. Голийски и др., 1988). Знать, как меняются функциональные и биомеханические свойства кожи, важно для разработки и применения искусственных тканей и биологического моделирования (М. Sobolinsci et al, 1994).
Попытки количественной оценки функциональных и биомеханических свойств кожи с помощью различных приборов, предпринимались еще в начале века (Ю. М. Уфлянд, 1927). Однако существующие подходы и методы до сих пор не обрели необходимого единства в кругах исследователей, поскольку эта оценка сопряжена с различными трудностями. Первая среди них: отсутствие возможности полного отграничения исследуемого участка кожи от связи с остальной массой ткани, что не позволяет судить исключительно о состоянии кожи и затрудняет дифференцировку полученных результатов (Л. А. Гребенюк, В. А. Щуров и др., 1998);
Кроме того, релаксация кожи при постоянной деформации, гистерезис при циклическом нагружении и разгрузке, ползучесть при постоянном напряжении затрудняют характеристику свойств кожи с помощью небольшого числа физических констант, и обнаруживают сложность с количественным описанием и интерпретацией этих свойств (Г. Бранков, 1981);
Другая, традиционная трудность в экспериментах с кожным покровом состоит в том, что он способен испытывать большие деформации (до 200 % от исходной длины), зависимость между прилагаемыми силами и удлинениями, в которых имеет нелинейный характер. Это обстоятельство затрудняет создание точно калиброванных и тарированных измерительных устройств (D. Schneider et al, 1984).
Дополнительный элемент сложности привносится иерархической многоуровневой организацией компонентов кожи, делающий возможным развитие, при исследовании, не только локальных, но и удаленных от места воздействия и пролонгированных во времени, эффектов (Л.А. Гребенюк, 2000);
Сама процедура измерения способна изменить свойства кожи, что связано с существованием в ней контрактильных структур обеспечивающих изменение свойств кожи за счет сокращения при измерении (В.И. Пасечник и др., 1989). Кроме того, при повторном исследовании кожного покрова приложением деформирующего усилия, возникают явления тиксотропии (В. Finlay, 1969), что выражается в разбросе экспериментальных данных и невоспроизводимости результатов.
Перечисленные обстоятельства крайне затрудняют сопоставление данных разных авторов и порождают множество условных показателей (В.И. Пасечник и др, 1989), по той же причине до сих пор существует дефицит серийных промышленных приборов для неинвазивных измерений биомеханических и функциональных свойств кожи (С.А. Вдовиченко и др., 1989). Несмотря на указанные сложности, изучению свойств кожи посвятили научный поиск большое число отечественных и зарубежных авторов, что вылилось в создание разнообразных методов и подходов. В настоящее время известно более 30 методов и методик биомеханического тестирования кожи, основанных на различных принципах. Само по себе такое большое число тестов говорит о том, что каждый из них, взятый в отдельности, не является достаточно достоверным, кроме того, применение одних возможно только на трупном материале, другие недостаточно информативны или сложны в обращении и инвазивны, создают неудобство для обследуемых (П. Голийски и др., 1988).
Однако создание в будущем универсального, объективного подхода для оценки механического состояния кожи невозможно без знания современного состояния проблемы в этой сфере.
В настоящее время достаточно подробно изучены механические свойства препаратов кожи. При этом наиболее часто исследуемыми параметрами являются: прочность на растяжение и сжатие, сопротивление ударной статической и циклической нагрузкам (С.А. Селезнёв и др.,1976; Н.Н. Живодёров и др., 1989).
Однако наибольшую ценность имеет прижизненная оценка биомеханических свойств кожи, поскольку эта информация представляет собой объективный критерий состояния кожи в конкретный период жизнедеятельности и проводится в физиологических условиях (Л.А. Гребенюк, 1998).
Исследование упруго-эластических свойств кожного покрова
ДЛЯ оценки толщины кожи использовался - калипер-циркуль, позволяющий производить измерения в стандартно заданном давлении (10 г/мм2). Использовали калипер с площадью соприкасающихся поверхностей 90 мм2. Каждая из ножек имела прямоугольную форму с закругленными углами (размер прямоугольника 6 15 см).
В нашем исследовании участок кожи передней поверхности бедра захватывали двумя пальцами левой руки, не вызывая болезненного ощущения у обследуемого, слегка ее оттягивали и накладывали на образовавшуюся складку ножки калипера, фиксируя толщину складки. При определении показателя толщины кожи и подкожной клетчатки результат измерения делили на 2.
Измерение проводилось в положении исследуемого сидя на стуле, ноги согнуты в коленных суставах под прямым углом (Э.Г. Мартиросов, 1982).
Исследование кожного кровотока проводили с помощью методики лазерной допплеровскои флоуметрии и двухканального лазерного флоуметра BLF-21 фирмы TRANSONIC SISTEMS INC. (США).
Указанный прибор позволяет исследовать кровоснабжение в 1 мм3 кожной ткани. При исследовании прямой датчик типа S накладывается на кожную поверхность и фиксируется лейкопластырем. Применение метода позволяет вести контроль за поведением микрососудов при проведении функциональных проб (К.Г. Саркисов, Г.В. Дужак, 1999). Принцип работы устройства основан на эффекте Допплера, заключающемся в регистрации отражающегося от движущихся эритроцитов и неподвижной кожи световой волны гелий-неонового лазерного луча. В поле зрения попадают все составные части микроциркуляторного русла, включая артериовенозные анастомозы (Э.С. Мач, 1996).
Для исследования электросопротивления тканей бедра проводили с помощью методики интегральной двухчастной импедансометрии (устройство «АНГИО-ПЛЮС», г. МОСКВА). Принцип данной методики состоит в измерении импеданса тканей, расположенных между двумя электродами, которые в нашем случае накладывали на латеральную и медиальную поверхность средней трети бедра. Электросопротивление тканей непосредственным образом зависит от гидростатического состояния ткани, и изменяется под влиянием колебаний кровотока. Компьютерный анализ данных интегральной двухчастотной импедансометрии позволяет дифференцировать удельный вес внутриклеточной и внеклеточной жидкости в показателе импеданса.
Исследование чрезкожного напряжения кислорода проводили с помощью методики транскутанной полярографии с использованием устройства NOVAMETRIX (США).
В условиях исследования, кислород при проникновении через мембрану вызывает электрохимическую реакцию и генерирует потенциал, проходящий через катод. Усилитель конвертирует потенциал и величину, пропорциональную напряжению кислорода на поверхности биомембраны, и информация появляется на экране в цифровой индикации.
Углекислый газ измеряется датчиком рН (принцип Stow-Stveringhaus). Состоит из датчика С02, состоящего из датчика рН и датчика относительных величин, электролита и мембраны для С02.
Углекислый газ изменяет баланс рН в растворе электролита и потенциал. Имеется прямое соотношение между рН и содержанием С02 (уравнение Хендерсона-Хасселбаша).
При проведении полярографического исследования датчик устройства приклеивается с помощью адгезивных колец к участку кожи.
2.7. ИССЛЕДОВАНИЕ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МЫШЦ
Динамометрическое обследование проведено на
сконструированном в РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А. Илизарова стенде (В.А. Щуров, и др., 1982) (рис. 2). Стенд позволяет измерять силовые характеристики мышц разгибателей голени.
Стенд состоит из станины, на которой жестко крепится кресло для размещения обследуемого. Силоизмерительный элемент (динамометр системы Токаря) укреплен сзади спинки кресла на штанге. Момент силы, развиваемый мышцами, передается на динамометр через трос, проходящий через блок и цепь.
Применение цепи позволяет регулировать длину троса в необходимых пределах. На свободном конце троса имеется ременной захват с карабином, который охватывает нижнюю треть голени испытуемого.
Измерение силовых параметров разгибателей голени выполняется при нахождении обследуемого в кресле. Ременной захват закрепляется на дистальном конце голени. Исходный угол в коленном суставе измеряем с помощью угломера. По сигналу испытуемый максимальным произвольным усилием пытается разогнуть голень в изометрическом режиме при этом трос, соединяющий манжету с измерительным блоком,натягивается. Величина развиваемого усилия индицируется в аналоговой форме (стрелочный индикатор динамометра).
Исследование сократительной способности мышц
При изменение угла установки голени в коленном суставе от 0 градусов до 45 градусов, у всех обследуемых была отмечена тенденция к снижению величины упруго-эластических свойств кожного покрова. Этот процесс был наиболее выражен у штангистов (6,4 %). Менее значительные изменения величины упругости были выявлены у неспортсменов (3,7 %) и ориентировщиков (2,2 %). Снижение упругости кожи бедра при сгибании конечности до угла 45 градусов представляется закономерным, если учесть, что данный угол установки голени в коленном суставе максимально приближен к среднему физиологическому положению конечности в покое (В.И. Дубровский, 1999).
Дальнейшее сгибание конечности в коленном суставе с последующей установкой голени по отношению к бедру под углом 90 градусов способствовало увеличению упруго-эластических свойств кожного покрова бедра у всех испытуемых.
Наибольший прирост значения упруго-эластических свойств кожного покрова бедра зарегистрирован у штангистов (13,4 %, р 0,05). Менее выраженное увеличение исследуемого показателя зафиксировано у неспортсменов (9,4 %, р 0,05) и ориентировщиков (7,1 %, р 0,05).
Более существенный прирост упруго-эластических свойств кожи бедра был зафиксирован при дальнейшем сгибании голени в коленном суставе до угла 135 градусов, что вызывало достоверное увеличение показателя у штангистов на 22,6 % (р 0,05), у неспортсменов на 15,5 % (р 0,05) и у ориентировщиков на 11,8 % (р 0,05).
Увеличение упруго-эластических свойств кожного покрова бедра при сгибании конечности до угла 90 градусов свидетельствует о развивающемся, при этом, в покровных тканях напряжении. Указанное обстоятельство в условиях продолжительной мышечной деятельности может обуславливать создание дополнительного сопротивления со стороны покровной ткани бедра при сгибании конечности.
Таким образом, по нашему мнению, высокий показатель упруго-эластических свойств кожного покрова бедра представляется фактором вызывающим дополнительные энерготраты мышц конечности, направленные на деформацию тканей передней поверхности бедра при сгибании голени. В дальнейшем для характеристики реакции кожного покрова передней поверхности бедра на сгибание голени в коленном суставе был введен динамический коэффициент упругости (В.А. Щуров, 1981). Этот показатель отражает изменение упруго-эластических свойств кожи в расчете на 1 градус изменения угла установки голени в коленном суставе до угла 90 градусов [(Н/(см град) / 90)].
При анализе взаимоотношений динамического коэффициента упругости кожи бедра и значения упруго-эластических свойств кожи данного сегмента выявлена статистически достоверная корреляционная связь у всех испытуемых (табл. 4).
Корреляционная взаимосвязь между некоторыми параметрами тканей бедра и динамическим коэффициентом упругости (М±т) (п=96) Группы обследуемых Показательупругостикожи Толщина кожи Обхват бедра Длина конечности Контрольная группа (п=36) 0,684 р 0,01 0,416 р 0,05 0,392 р 0,05 0,266 р 0,01 Штангисты (п=32) 0,566 р 0,01 0,346 р 0,05 0,448 р 0,01 0,142 р 0,05 Ориентировщики (п=28) 0,382 р 0,05 0,362 р 0,05 0,522 р 0,05 0,134 р 0,05 Однако наибольшего количественного выражения она достигает у неспортсменов (г=0,684, р 0,01). Несколько меньше коэффициент корреляции у штангистов (г=0,566, р 0,01) и ориентировщиков (г=0,382, р 0,05).
В отличие от величины упруго-эластических свойств кожи динамический коэффициент упругости более тесно коррелирует с обхватом бедра у всех обследуемых. Это свидетельствует о влиянии объема подлежащего тканевого массива на реакцию кожного покрова бедра при сгибании конечности в коленном суставе. Заключение по разделу. Таким образом, в ходе первого этапа исследования было выявлено, что занятия спортом вызывают существенное разнонаправленное влияние на биомеханические параметры и функциональные свойства кожного покрова. В частности, выявлено, что наибольшими показателями упруго-эластических свойств характеризуется кожный покров бедра у штангистов. Так же у этих спортсменов отмечаются максимальные значения толщины кожного покрова (и подкожной клетчатки) и обхвата бедра.
Противоположно направленный эффект тренировочных занятий в отношении свойств кожного покрова бедра проявляется у ориентировщиков
Проведение функциональной пробы с изменением установки голени в коленном суставе показало, что сгибание конечности до угла 90 градусов и выше вызывает прирост показателя упруго-эластических свойств кожи бедра у всех групп испытуемых. При этом максимальное увеличение отмечается у штангистов, а минимальное у ориентировщиков.
Динамика функциональных и биомеханических свойств кожного покрова бедра в условиях циклической мышечной деятельности у спортсменов и неспортсменов
Выявленные изменения в оксигенации тканей бедра в совокупности с увеличением сократительной способности мышц- разгибателей голени дают основание интерпретировать процессы,развивающиеся после 15-и минутной физической нагрузки на региональном уровне, как критерии эффекта врабатывания.
Выполнение 30-и минутной мышечной работы характеризуется адекватным уровнем вегетативного обеспечения тканей бедра с более выраженными эффектами экономизации.
Выполнение 45-и минутной мышечной работы сопровождается снижением сократительной функции мышц бедра и характеризуется изменением парциального напряжения газов в тканях сегмента. Выявлено, что у всех групп испытуемых происходит снижение напряжения кислорода и повышение напряжения углекислого газа в тканях бедра (табл. 11,12).
Наиболее значимый прирост напряжения углекислого газа был зарегистрирован у неспортсменов (25%, р 0,05). Минимальное количественное выражение прироста данного параметра было выявлено у штангистов (15%, р 0,05).
Парциальное напряжение кислорода существенно снизилось в тканях бедра у представителей контрольной группы (19,3%, р 0,05) и штангистов (13,8%, р 0,05). Это дает основание сделать косвенное заключение о развивающихся на данном этапе эффектах дезинтеграции сократительной функции мышц и их вегетативного обеспечения. Указанные процессы могут служить региональными критериями утомления. Заключение по разделу. Таким образом, трехфазная динамика биомеханических параметров и функциональных свойств кожного покрова бедра характеризует последовательно развивающиеся на уровне исследуемого сегмента процессы врабатывания, оптимизации сократительной функции мышц бедра и их вегетативного обеспечения, и, наконец, локального утомления.
Первая фаза характеризуется повышением упруго-эластических свойств и динамического коэффициента упругости кожи бедра. Вместе с тем, происходит увеличение объема сегмента, характеризующее выраженность мышечной гиперемии. Однако высокие значения кожного кровотока МОГУТ свидетельствовать об отсутствии координированного перераспределения объемного кровотока между кожей и мышцами.
По нашему мнению, это свидетельствует о генерализованной реакции кровоснабжения активных мышц и неактивных (непосредственно не участвующих в реализации двигательной функции и ее вегетативном обеспечении)кожных покровов.
Вторая фаза характеризуется снижением упруго-эластических свойств кожи бедра и уменьшением прироста показателя в пробе с изменением угла установки глени в коленном суставе. Кроме того, отмечается тенденция к снижению обхвата бедра и уменьшение содержания жидкости в сегменте.
Уменьшение кожного кровотока может свидетельствовать о включении механизма кожно-мышечного циркуляторного чередования и выключении из местной циркуляции покровной ткани бедра. Такая реакция могла бы обеспечить дополнительным объемом крови работающие мышцы.
В ходе третьего этапа выявлено повторное повышение упруго-эластических свойств и динамического коэффициента упругости кожи бедра. Также зафиксировано увеличение кожного кровотока, свидетельствующее о срыве, на фоне нарастающего утомления, перераспределения кожного и мышечного кровотока.
Этому может способствовать накопление в мышцах метаболических вазодилататоров, тренссосудистым путем распространяющихся в регионально расположенные кожные покровы.
Таким образом, биомеханические параметры и функциональные свойства кожного покрова бедра отражают уровень со мато вегетативных взаимоотношений, который зависит от степени адаптации организма к циклической мышечной работе.
На основе анализа показателей ориентировщиков, как спортсменов в наибольшей степени адаптированных к циклической мышечной нагрузке большой длительности, можно заключить, что региональными критериями адаптации к такой нагрузке является высокая лабильность величины упруго-эластических свойств кожи, ее значительное снижение при выполнении циклической нагрузки и длительная отсрочка повторного повышения упругости кожи бедра при утомлении.
