В клинической практике состояние кожного покрова, как правило, оценивается визуально и пальпаторно. Обращается внимание на цвет, эластичность, наличие отека и трофических расстройств, подвижность и наличие спаянности с нижележащими тканями. Важнейшими свойствами кожного покрова являются биомеханические характеристики, отражающие ее упруго-эластические свойства и обеспечивающие надежную механическую защиту при воздействии различных факторов. Как in vivo, так и in vitro доказано, что указанные свойства определяются различными структурными элементами кожи [1]. Такими элементами являются эластиновые сети, сети коллагена и компоненты основного вещества покровной ткани.
Известно, что сдвиговые волны весьма чувствительны к структурной организации той среды, в которой они распространяются. Кожному покрову, как и многим биологическим тканям, свойственна анизотропия. Ортопедическая патология, травмы конечностей, старение приводят к определенным изменениям микроархитектуры и физических и биохимических параметров кожи [2, 3, 4]. По мнению Laiacona D. et al. (2019), в настоящее время существуют лишь приблизительные оценки направления натяжения кожи, поскольку, как отмечают авторы, отсутствует общепризнанная система быстрого и неинвазивного определения пространственного характера натяжений кожи [5].
Цель работы состояла в изучении механо-акустических свойств кожи и выявлении особенностей пространственного распределения натяжений в кожном покрове конечностей как коррелятов вектора растяжения в условиях моделирования формы и размеров сегментов по методу Илизарова.
Материалы и методы исследования
Методика исследования акустовелосимметрии кожи основана на определении скорости распространения поверхностной сдвиговой волны (СПАВ) с помощью анализатора кожи (acoustical skin analyzer – ASA-4, разработки Москва, Белград) [3]. Диапазон замеряемых параметров – 15–300 м/с, относительная погрешность – 10%, площадь рабочей зоны при проведении замеров – 8 мм2. В процессе исследования датчик устройства прижимается к коже усилием 1,5–2,5 Н. Значения скоростей СПАВ являются векторными, это позволяет графически изображать поле анизотропии исследуемого участка в виде некоторой замкнутой линии – огибающей кривой («акустических полей») в соответствии с декартовой системой координат. Тестирование проводили продольно, поперечно (90о) и диагонально относительно продольной анатомической оси конечности.
В настоящем исследовании тестирование кожи проводилось в двух группах пациентов с ортопедической патологией и в группе экспериментальных животных (взрослые беспородные собаки). Обследованы 19 пациентов 17–23 лет с врожденным укорочением бедра (группа 1), которым с целью уравнивания анатомических размеров конечности бедро удлиняли по методу Илизарова на 4–7 см. Тестирование проводили в положении лежа. Во вторую группу вошли пациенты (n=10) с врожденной синдактилией пальцев кисти (группа 2), им осуществлялась дистракция с целью создания запаса мягких тканей на кисти. При завершении фиксации в мини-аппарате Илизарова выполнялась пластика. В третьей группе (группа 3) тестировали кожу голени экспериментальных животных (взрослые беспородные собаки, n=6), которым после закрытой флексионной остеоклазии большеберцовой кости в средней трети диафиза осуществляли удлинение голени в течение 28–35 дней. Темп дистракции составлял 1 мм в сутки. Абсолютная величина удлинения составила 27–35 мм, относительная – от 12,7% до 20,2%.
Результаты исследования и их обсуждение
1. Анализ динамики параметров СПАВ кожи удлиняемого бедра в группе I обследованных выявил их максимальный прирост на втором месяце дистракции: в продольном направлении С(z) – на 53,1% (Р<0,001), в диагональных ориентациях С(45) и С(135) – на 45,4% (Р<0,01) и 46,8 % (Р<0,01) соответственно (табл. 1).
Таблица 1
Динамика показателя СПАВ в коже удлиняемого бедра в различные периоды лечения пациентов I группы, M±m (м/с)
Период лечения |
Ангулярное направление относительно продольной оси конечности |
|||
С(Х) (поперечное) |
С(Z) (продольное) |
C(45) (диагональное 45 град.) |
С(135) (диагональное 135 град.) |
|
До опер. (n=19) |
54,9±3,3 |
63,1±3,8 |
62,5 ±3,7 |
58,6±2,9 |
Дистр. (30 дн.) |
65,7±3,5* |
82,0±2,2** |
81,9±2,8** |
73,5±3,8** |
Дистр. (60 дн.) |
67,8 ±4,9** |
96,6±5,4*** |
90,9±5,4** |
86,0±5,7** |
Фиксация |
69,9 ±3,2** |
87,6±4,7** |
76,7±4,2* |
77,9±3,9** |
После лечения (1 год) |
56,4±3,4 |
60,5±2,9 |
62,3±2,5 |
60,1±2,9 |
После лечения (>1 года) |
58,5±3,3 |
64,6±3,4 |
62,5±3,2 |
64,7±3,6 |
Примечание: достоверность различий (t-критерий Стьюдента): ***- Р<0,001; **- достоверность различий Р<0,01; * - достоверность различий Р<0,05. M ± m – среднее значение ± стандартная ошибка.
Как вытекает из таблицы 1, показатель СПАВ возрастал преимущественно в продольном и диагональном направлениях, но в наибольшей степени – в продольной ориентации, т.е. параллельно вектору растягивающих усилий. В последующем, в ближайшие сроки после снятия аппарата Илизарова прослеживалось восстановление механо-акустического состояния кожного покрова удлиненного бедра. Уже к 1 году после завершения лечения характеристики СПАВ статистически не отличались от исходных значений. В продольном направлении параметр СПАВ составлял 60,5±2,9 м/с. Конфигурация акустического поля была округлой, т.е. степень неоднородности исследуемых свойств кожи была низкой.
2. Механо-акустическое состояние кожи кисти во II группе пациентов с синдактилией с пролонгированной поперечной тракцией.
При анализе полученных результатов акустического тестирования было обнаружено, что параметр СПАВ в коже по мере растяжения мягких тканей возрастал во всех направлениях (рис. 1А, Б). Однако в большей степени СПАВ увеличивалась параллельно направлению тракционных усилий, т.е. поперечно, и достигала максимума к концу дистракции – 218,4±10,3 м/с, возрастала на 178,3% (Р<0,001) (рис. 1Б). Это значение превысило исходные величины в 2,78 раза, а показатель СПАВ в продольном направлении возрастал лишь в 1,32 раза. Кожный покров ладонной поверхности кисти по сравнению с другими сегментами обладает более низкой эластичностью [6, 7]. Важным в лечении мягкотканых синдактилией является равномерное приложение дистракционных усилий на всем протяжении синдактилированного участка кисти [8, 9].
А |
Б |
Рис. 1. Форма огибающих кривых СПАВ в коже межпальцевых промежутков кисти у больных (n=10) с врожденной синдактилией: 1А – до начала дистракции; 1Б – при завершении дистракции, осуществляемой в поперечном направлении |
Выраженный прирост СПАВ в указанной группе четко отражает переход кожи в ориентированное напряженно-деформированное состояние при создании запаса мягких тканей межпальцевых промежутков кисти и указывает на необходимость его объективного контроля и своевременного выявления чрезмерного растяжения тканей для предупреждения перерастяжения и нарушения микроциркуляции. Растяжение кожи успешно используется для восстановления дефектов кожи в пластической хирургии, онкологии, при открытых травмах и лежит в основе одного из принципов оптимизации оперативного лечения в клинике и у экспериментальных животных [10-12].
На основе замеров показателей СПАВ, клинических наблюдений за состоянием растягиваемых тканей (отсутствие трофических нарушений) и субъективных болевых ощущений пациента установлено, что при возрастании значений СПАВ в 2,8–3 раза в любом из указанных направлений соответствующего межпальцевого промежутка целесообразно прекратить дистракцию во избежание необратимых осложнений.
3. Реакция кожи удлиняемой голени на дистракцию у экспериментальных животных.
Анализ результатов тестирования кожи удлиняемой голени в эксперименте показал, что параметр СПАВ неуклонно возрастал во всех тестированных направлениях (рис. 2–4).
Наименьшие значения СПАВ в коже удлиняемой голени у животных до наложения аппарата Илизарова с целью оперативного удлинения наблюдали при поперечной ориентации датчика акустического анализатора – 53,3±3,9 м/с (рис. 2). Величина этого показателя в продольном и диагональном (45о) направлении была выше – 63,5±4,0 и 68,8±2,9 м/с. Поэтому построенная огибающая кривая векторов скоростей в декартовой системе координат имела форму вытянутого вдоль диагональной оси эллипса. В результате проводимой дистракции кожа удлиняемой голени растягивалась и акустическое поле приобретало форму вытянутого продольно эллипса, происходил переход ткани в напряженно-деформированное состояние (рис. 3). Одним из возможных механизмов наблюдаемых изменений в характере механо-биологических свойств кожи являются пространственная перестройка коллагеновой сети и переориентация в направлении, совпадающем с вектором растяжения Ряд авторов отмечают, что при растяжении кожи активизируются процессы пролиферации в кровеносных сосудах в ткани [13] и митотической активности клеток базального слоя эпидермиса [14].
Рис. 2. Диагонально вытянутая форма огибающих кривых векторов СПАВ в коже правой голени до наложения аппарата
Рис. 3. Трансформация конфигурации акустического поля в продольно вытянутый эллипс в коже удлиняемой голени в эксперименте. Период дистракции 8 дней
Рис. 4. Сохранение эллипсовидной формы акустического поля в коже удлиненной голени в эксперименте через 30 дней после снятия аппарата Илизарова. Эллиптическая фигура вытянута параллельно дистракционным усилиям
В клинической практике в целях уравнивания длины конечностей по мере естественного роста пациентов в большинстве случаев прирост удлинения превышает указанные значения, достигнутые в описанной серии у экспериментальных животных.
После удлинения сегментов по методу Илизарова происходит переориентация коллагеновой сети дермы, о чем свидетельствует изменение формы акустических полей (рис. 3, 4).
Заключение
В настоящем исследовании прослежена реакция кожного покрова в ответ на прилагаемые строго дозированно дистракцонные усилия. Кожа растягивается в соответствии с вектором растяжения. Поскольку дистракция осуществляется пролонгированно (от 20 дней до 45–60 дней), в ткани активизируются также процессы регенерации ее различных структурных элементов.
Если в начальный период дистракции преобладают процессы щадящего постепенного растяжения ткани, то к 10-му дню и в последующем в результате индукции процессов регенерации реактивные изменения включают и растяжение кожи, и активизацию митотических процессов, и формирование новых микрососудов (эффект Илизарова).
Анализ полученных результатов показал, что при завершении дистракции СПАВ в коже удлиняемых сегментов (бедра или голени) или оперированной кисти при синдактилии достигает максимальных значений. Причем в наибольшей степени прирост параметра происходит параллельно растягивающим усилиям. Однако имеются различия в направлении ориентации напряженно-деформированного состояния растянутого кожного покрова. Как было отмечено выше, для бедра максимальный прирост СПАВ выявляется при тестировании в продольной ориентации, в то время как при создании запаса мягких тканей межпальцевых промежутков на кисти – в поперечном.
В клинической практике при проведении пластических операций с целью замещения обширных дефектов мягких тканей в травматологии и онкологии важно получать объективную информацию о направлении линий натяжения в коже. От этого зависит оптимальное планирование хода операции, а в дальнейшем – исход лечения, так как в противном случае остается высоким риск развития обезображивающих рубцовых перерождений в ткани с нарушением функции сегмента. Особенно это актуально для кисти и стопы, что связано с необходимостью сохранения функции опороспособности стопы или восстановлением функциональных возможностей кисти при выполнении моторики пальцев.
Решение этой проблемы состоит в разработке новых современных диагностических методов. Так, ряд авторов предложили определять линии натяжения кожи методом смещения точечных маркеров [15]. Находит свое применение также другой методический подход – исследование в режиме online характера натяжений в коже [9].
В целом разработанные в настоящей работе критерии, основанные на результатах трех серий исследований и состоящие в: а) выраженном статистически значимом приросте СПАВ относительно исходных параметров, а также б) трансформации формы акустических полей в зависимости от направления вектора растяжения в условиях пролонгированной тракции, свидетельствуют о переходе кожи в ориентированное напряженно-деформированное состояние. Установлены различия в характере ориентации напряженно-деформированного состояния кожи: продольно ориентированное состояние кожи при удлинении бедра у пациентов и голени в эксперименте и поперечно вытянутая форма акустических полей при поперечной тракции с целью создания запаса мягких тканей при синдактилии. Особенностью дистракции кожи на кисти является тот факт, что с учетом анатомии сегмента при возрастании значений СПАВ в 2,8–3 раза в любом из указанных направлений в коже межпальцевых промежутков целесообразно приостановить дистракцию во избежание развития необратимых осложнений.
Указанные критерии являются объективными и в клинической практике целесообразно их использование, поскольку существуют пределы растяжения покровной ткани, превышение которых влечет за собой развитие микротравматизации (striae) ткани, признаков ишемии и необратимого снижения ее упруго-эластических свойств, что важно при повторных этапах оперативного моделирования размеров конечностей в процессе онтогенеза.
Библиографическая ссылка
Гребенюк Л.А., Грязных А.В. КОРРЕЛЯТЫ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОЖНОГО ПОКРОВА И ИХ ЗНАЧЕНИЕ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 4. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30076 (дата обращения: 19.04.2024).