ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИИ НА ОПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖИ ЧЕЛОВЕКА IN VIVO
, ,
Саратовский государственный университет им.
E-mail: *****@***ru
Интерес к исследованиям влияния внешней механической компрессии на оптические свойства биоткани обусловлен, по крайней мере, двумя причинами: прикладываемое к поверхности биоткани давление изменяет спектральный состав диффузно отраженного биотканью света или ее автофлуоресценции, что служит источником погрешности измерений, с другой стороны, внешняя компрессия может являться основой метода управления оптическими свойствами биоткани. Компрессионный метод управления оптическими параметрами потенциально имеет ряд преимуществ по сравнению с иммерсионным методом, так как механическое сжатие био - ткани является менее инвазивным и безопасным, в отличии от химического метода сохраняются барьерные функции рогового слоя и всего эпидермиса в целом.
В данной работе представлены результаты исследования кожи человека in vivo в условиях внешней механической компрессии, при этом основным инструментом исследований являлась спектроскопия диффузного отражения. В эксперименте компрессия кожи внутренней стороны предплечья человека создавалась с помощью алюминиевого цилиндра разного диаметра, в центральной части которого был закреплен волоконно-оптический датчик для подвода излучения к поверхности кожи и детектирования диффузно отраженного света.
В формирование спектров диффузного отражения кожи человека в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах существенный вклад вносят гемоглобин и вода, изменение содержания которых в результате наложения внешней компрессии отчетливо проявляется в спектрах отражения как результат изменения поглощающих и рассеивающих свойств кожи (рис. 1 и рис. 2, кривые 1). Наложение внешней нелокальной механической компрессии величиной 105 Па на кожную ткань in vivo приводит к уменьшению коэффициента диффузного отражения кожей света в спектральном интервале 400-1000 нм, при этом уменьшается величина провала в спектральном диапазоне 500-600 нм (рис. 1, кривая 2). В ближней инфракрасной (ИК) области спектра отмечается уменьшение коэффициента отражения во всем диапазоне спектра (рис. 2, кривая 2). Изменения в спектрах носят инерционный характер. Уменьшение провала в спектрах отражения в диапазоне длин волн 500-600 нм обусловлен вытеснением крови из области компрессии. Время вытеснения крови из области компрессии зависит от размеров области наложения компрессии и уменьшается с увеличением локализации внешнего давления (от 30-40 секунд для датчика диаметром 15,8 мм до 6-14 секунд для датчика диаметром 3,2 мм). Уменьшение коэффициента отражения кожи в спектральном диапазоне 600-900 нм обусловлено уменьшением рассеивающих свойств кожи, причиной чего является транспорт воды из области компрессии биоткани. Этот процесс происходит в течение 3-10 минут в зависимости от величины компрессии и размеров области ее наложения. В ближнем ИК диапазоне спектра (900-2000 нм) диффузное отражение кожи определяется помимо ее рассеивающих свойств поглощением содержащейся в ней воды. Из двух процессов, определяющих величину коэффициента отражения кожной ткани in vivo, подверженной механической компрессии, превалирующим является процесс уменьшения рассеивающих свойств биоткани, являющийся результатом уменьшение содержания воды в области кожной ткани, подверженной компрессии. Время стабилизации рассеивающих свойств кожи при наложении внешней механической компрессии величиной 105 Па составляет величину до 10 минут. Уменьшение размера области наложения компрессии приводит к уменьшению времени стабилизации рассеяния, а также к увеличению количества вытесненной воды (8% для датчика 13,8 мм м 12% для датчика 10 мм).
|
|
Рис. 1 | Рис. 2 |
После снятия внешней компрессии кожная ткань восстанавливает свои оптические параметры в течение времени порядка 50 минут.
Помимо оптических свойств кожи внешняя компрессия изменяет и ее физиологические характеристики, касающиеся содержания крови в микроциркуляторном русле и степени ее оксигенации. В течение первых нескольких секунд (10-15 секунд) происходит значительное увеличение содержания крови (гемоглобина) (в 2 – 5 раз по сравнению с кожей без компрессии) в кожной ткани с более высокой степенью оксигенации (в 2-4 раза по сравнению с нормой), что может быть обусловлено резким вбросом артериальной крови в объем кожной ткани, находившейся в условиях внешней компрессии.
Параметром, которым можно количественно оценить содержание гемоглобина в кожной ткани, является индекс эритемы
,
где 
– оптическая плотность, служит количественной характеристикой поглощения кожи. На рис. 3 показана динамика индекса эритемы при наложении и снятии внешней механической компрессии.
Степень оксигенации гемоглобина крови может быть рассчитан согласно выражению
,
где индекс гемоглобина (аналог индекса эритемы) определяется как
,
а поправочные коэффициенты равны: 
= 31, 
= 1. Динамика степени оксигенации при наложении и снятии внешней механической компрессии приведена на рис. 4.
|
|
Рис. 3 | Рис. 4 |
Снятие компрессии приводит к возникновению потока крови в область кожи, которая подвергалась компрессии. Однако наличие полулунных клапанов в венозных сосудах препятствует возврату деоксигенированной крови в область компрессии, поэтому в эту область кожи приходит только артериальная кровь с высокой (более 90%) степень оксигенации.
Увеличение объема крови в области кожи, с которой снята компрессия, возможно за счет увеличения размеров капилляров, находящихся в этой области.
