Механические свойства кожи

Кожу часто рассматривают как гетерогенную ткань, состоящую из трёх наложенных друг на друга слоёв, которые тесно связаны между собой, но чётко различаются по природе, структуре и свойствам. Схематическое изображение трёх её основных слоёв — эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки представлено на рис. 16. Эпидермис покрыт роговым слоём. Функции каждого слоя отражают биомеханическую природу его компонентов и их структурную организацию.

Дерма в большей степени ответственна за механическую прочность кожи; эпидермис важен, прежде всего, для сохранения воды.

На рис. 17 показана структура дермы до (а) и после (б) растяжения в горизонтальном направлении. Данные получены с помощью сканирующего электронного микроскопа, при увеличении 400х. Из рисунка видно, что первоначально слабо упорядоченная укладка волокон при растяжении становится упорядоченной и направленной вдоль действующей силы.

рис. 18.

Основное вещество кожи оказывает малое сопротивление действию внешних сил. При малых механических напряжениях главную роль играет эластин, при высоких — коллаген. Поэтому с увеличением деформации кожи её упругое сопротивление сначала невелико (что обусловлено деформацией эластина), а затем, при распрямлении коллагеновых волокон, резко возрастает, и это хорошо видно на рис. 18. Здесь показаны кривые «напряжение — деформация», полученные при растяжении лоскута кожи живота в разных направлениях, которые также иллюстрируют анизотропию механических свойств кожи.

Кривая 1 соответствует поперечному, а кривая 2 — продольному направлению растягивающей силы по отношению к продольной оси тела*. Видно, что в поперечном направлении упругие свойства выше. Подобная анизотропия механических свойств кожи обусловлена прежде всего упаковкой пучков коллагеновых волокон: большинство из них ориентируются в коже поперек продольной оси тела. Благодаря этому кожная ткань имеет различные модули упругости, разрушающие напряжения и максимальные деформации в поперечном и продольном направлениях. Так предел прочности кожи в поперечном направлении примерно в 1,5 раза больше, чем в продольном, а ее максимальное растяжение, наоборот, приблизительно вдвое больше в продольном направлении (сравните, например, кривые 3 и 5 или 2 и 4 на приведенных ниже рисунках 20 и 21).

В последние годы при исследовании механических свойств кожи непосредственно на живом теле человека активно применяются акустические методы. В частности, с помощью акустического анализатора тканей оценивалась скорость распространения акустических волн звукового диапазона (5 — 6 кГц) в разных направлениях. Проведенные опыты выявили акустическую анизотропию кожи, которая проявляется в том, что скорость распространения поверхностной волны (V) во взаимноперпендикулярных направлениях — вдоль продольной (у) и поперечной (х) осей тела — различна.

Для количественной оценки степени акустической анизотропии используется коэффициент анизотропии (K), который вычисляется по формуле:

(14).

где Vy — скорость волны вдоль продольной (вертикальной) оси, Vx — вдоль поперечной (горизонтальной).

Коэффициент анизотропии положителен (K+), если Vy > Vx, при отрицателен (K-) при Vy < Vx.

Степень акустической анизотропии кожи достаточно высока. На лице она максимальна для верхнего века и минимальна для середины щеки. В обоих случаях Vy < Vx, т. е. коэффициент анизотропии отрицателен (К-).

Следует отметить, что механическая и акустическая анизотропия связаны с линиями естественного натяжения кожи, так называемыми линиями Лангера, которые служат ориентиром для выполнения разреза кожи при хирургическом вмешательстве. Разрез вдоль этих линий обуславливает формирование оптимального кожного рубца.

Механические свойства кожи зависят также от пола и возраста человека.