Диссертация (1144366), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Следуя авторам работы [80], можно временнуюзависимость степени дегидратации записать в следующем виде:H D (t ) = AD (1 − exp ( −t /τ D ) ) ,85(3.7)где AD – безразмерный параметр, характеризует максимальную степеньдегидратации, τ D – постоянная времени дегидратации, характеризующаяскорость процесса.Авторы [80] степень дегидратации биоткани связывали с уменьшением еемассы M , обусловленным уходом воды из биоткани, то есть степеньдегидратации биоткани можно определить какH D (t ) =M (=t 0) − M 0(1 − exp ( −t /τ D ) ) ,M (t = 0)(3.8)где M 0 – остаточная масса полностью дегидратированного образца, M(t = 0)начальная масса образца, разность ( M (=t 0) − M 0 ) показывает количество воды,покинувшее кожу за счет дегидратации.Данный подход является продуктивным при исследовании процессадегидратации образцов биоткани in vitro, так как требует взвешивания образцовв течение их дегидратации. Тем не менее, можно провести аналогию междупроцессом дегидратации образцов кожи in vitro под действием осмотическихоптических просветляющих агентов и кожи in vivo в процессе ее сжатия поддействием компрессии.
И в том, и в другом случаях происходит удаление водыиз кожи, причем оба процесса носят экспоненциальный характер.Можно считать, что анализ процесса дегидратации образцов кожи in vitro,связанный с изменением их массы в процессе уменьшения содержания в нейводы, можно проводить in vivo путем анализа изменений коэффициентаотражения, причем характерные времена экспоненциального уменьшенияотражения в спектральной области 600-800 нм являются не чем иным, каквременами дегидратации кожи, понимая под этим ее обезвоживание.На рис. 3.28 приведены временные изменения коэффициента отражениякожи на длине волны 800 нм.
Как сказано выше, временные изменениякоэффициента отражения R в течение времени компрессии (на рис. 3.2886вертикальная линия 460 секунд – время снятия компрессии) описываютсяэкспоненциальными функциями, отражающие процесс дегидратации кожи поддействием компрессии. Уменьшение R обусловлено уменьшением рассеяния вкоже (рис.
2.4, рис. 2.5), связанного с уменьшением содержания воды.Коэффициент отражения, отн. ед.1615141312111002004006008001000Время, сРис. 3.28. Временные изменения коэффициента отражения кожи в процессеналожения компрессии (интервал времени 0-460 секунд) и после ее снятия.Разные добровольцы.Снижение рассеяния µS при наложении компрессии связано с уменьшением сечения рассеяния, описываемым параметром σ S (для модели рассеивателейв форме бесконечных цилиндров [78, 81]):µ S (t ) =ϕ(1 − ϕ )3,tσ()1+ϕπ a2 S87(3.9)где ϕ - объемная доля рассеивателей в ткани, а – радиус рассеивателей. Параметр σ S определяется отношением показателей преломления рассеивателей(коллагеновых фибрилл) nC и внутритканевой жидкости nI (t ) [82]:=σ S (t )π 2ax 3 (t )8(m (t ) − 1 1 +,22m (t ) + 1 )22(2(3.10))где x(t ) = 2π anI (t ) / λ - параметр дифракции, m(t ) = nC / nI (t ) - относительныйпоказатель преломления рассеивателей, а – радиус рассеивателей.Если считать, что уменьшение объема ткани при наличии компрессиипроисходит только за счет уменьшения расстояния между фибриллами, а размеры фибрилл в процессе дегидратации не изменяются, тогда параметры σ S и,а можно считать постоянными.
Тогда поскольку все изменения в динамике рассеяния связаны только с изменением фактора упаковки, то изменения в значении µS определяются поведением функции ϕ(1 − ϕ )3, имеющей максимум при(1 + ϕ )ϕ = 0,2 (см. рис. 3.29). Для фиброзных тканей значение ϕ обычно составляетвеличину порядка 0,3 [78]. Следовательно, при увеличении ϕ коэффициентрассеяния уменьшается, что, в свою очередь, приводит к уменьшению диффузного отражения кожи.Процессы дегидратации образцов кожи in vitro и кожи in vivo несмотря наихсхожесть,имеютпринципиальныеотличия.ОсновныепараметрыH D (t ) = AD (1 − exp ( −t /τ D ) ) , AD и τ D , описывающие процесс дегидратации кожиin vitro, для кожи in vivo недостижимы.
Очевидно, что полностью обезвожитькожу in vivo невозможно, поэтому теряет смысл говорить о максимальнойстепени дегидратации. Можно говорить только о степени дегидратации кожи врезультатеопределеннойкомпрессииивремениτDдегидратации,характеризующем скорость данного определенного процесса, а на эти88величины влияют величина компрессии и размеры области ее приложения.
Так,при компрессии величиной менее 100 кПа характерное время имеет величинуПриведенный коэффициент рассеяния48,7±25,3 секунд, а свыше 100 кПа 171,6± 39,9 секунд.0,100,080,060,040,020,000,00,20,40,60,81,0Объемная доля рассеивателейРис. 3.29. Зависимость коэффициента рассеяния от объемной долирассеивателей (предполагается, что радиус коллагеновых волокон исечение рассеяния постоянны) [78]Более того, очень сложно по уменьшению отражения кожи in vivo в процессе компрессии оценить степень дегидратации кожи, подверженной компрессии, так как относительное уменьшение коэффициента отражения зависит отусловий компрессии.
Так, относительные уменьшения коэффициента отражения, наибольшие для датчика 6.3 мм (11,3+2,2 %), имеют меньшие значения длядатчиков 10 мм (9,5+2,0 %) и 13,8 мм (9,5+1,7 %) и наименьшие для датчика15,8 мм (7,2+3,4 %).893.3.2. Временная динамика спектров диффузного отражения кожи invivo в ближнем ИК диапазоне спектраВ спектральной области 900-2200 нм регистрация спектров диффузногоотражения кожи при наложении внешней компрессии в области 30 мм сиспользованием датчика первой конструкции не проводилась, так как схемадатчика с двумя световодами не обеспечивала необходимую светосилу дляволоконно-оптического спектрометра NIR Quest512-2.2 (Ocean Optics, США).Поэтому регистрация спектров проводилась с помощью волоконно-оптическихдатчиков фирмы Ocean Optics (R400-7-VIS/NIR и R600-7-VIS-125F) снасадками,обеспечивающимименьшиеразмерыобластиналожениякомпрессии.На рисунках 3.30 приведены спектры диффузного отражения кожипредплечья человека in vivo при наложении внешнего давления разнойвеличины и после его снятия при детектировании отраженного света спомощью датчика 15,8 мм.Из рисунков 3.30 видно, что в ближней ИК области спектра приналожениивнешнейкомпрессииимеетместотенденцияуменьшениякоэффициента отражения кожи во всем спектральном диапазоне.
Это такжевидно из рисунка 3.31, где приведены временные изменения коэффициентовотражения кожи на длине волны 1070 нм. Временная динамика коэффициентовотражения на других длинах волн имеет подобный характер.После снятия компрессии спектры восстанавливаются в первоначальноеположение практически в тот же временной промежуток, что и в видимомдиапазоне (порядка 30-50 минут).Изменение размеров области приложения компрессии принципиально неменяет характера изменения спектров диффузного отражения кожи in vivo.На рисунках 3.32 приведены спектры диффузного отражения кожипредплечья человека при наложении внешнего давления разной величины и90после его снятия при детектировании отраженного света с помощью датчика 10Коэффициент отражения, отн.
ед.мм.1816141210864208001000120014001600180020002200Длина волны, нма18Коэффициент отражения, %16141210864208001000120014001600180020002200Длина волны, нмбРис. 3.30. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья91человека in vivo при наложенной внешней механической компрессиивеличиной 45 кПа (а) и 108 кПа (б). Доброволец 3.13,5Коэффициент отражения, %13,012,5112,011,511,010,5210,09,59,0-1000100200300400500600700Время, секРис. 3.31. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечьячеловека in vivo на длине волны 1070 нм при наложенной внешнеймеханической компрессии величиной 45 кПа (1) и 108 кПа (2).Доброволец 3. Вертикальными линиями отмечено время снятия компрессии92Коэффициент отражения, %16141210864208001000120014001600180020002200Длина волны, нмаКоэффициент отражения, %161412108642080010001200140016001800Длина волны, нмб9320002200Коэффициент отражения, %16141210864208001000120014001600180020002200Длина волны, нмвКоэффициент отражения, %16141210864208001000120014001600180020002200Длина волны, нмгРис.
3.32. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии величиной28 кПа (а), 50 кПа (б), 100 кПа (в) и 143 кПа (г). Доброволец 994Видно, что увеличение компрессии ведет к уменьшению коэффициентаотражения кожи.
В случае использования датчика 10 мм уменьшение величиныкоэффициента отражения в течение наложения компрессии составляло 10,36 %при давлении 28 кПа, 12,89 % при давлении 50 кПа, 16,36 % при давлении 100кПа и 21,86 % при давлении 143 кПа.Несмотря на некоторое различие в динамике спектров в условияхвнешней компрессии, обусловленное морфологическими особенностями кожидобровольцев, общим результатом является уменьшение коэффициентарассеяния с течением времени после наложения компрессии.В отличие от спектрального диапазона 600-800 нм, где присутствующая вкоже вода определяет рассеивающие свойства кожи, в области спектра свыше900 нм вода определяет не только рассеяние кожи, но и ее поглощение. Так какуменьшение поглощения воды в коже, являющееся результатом ее вытесненияиз области компрессии, приводит к увеличению коэффициента отражения, торезультаты экспериментов позволяют сделать вывод, что эффект уменьшениярассеяния кожи, обусловленного вытеснением воды из области компрессии,превалирует над эффектом уменьшения поглощения кожной ткани, вызваннымтем же процессом вытеснения воды из биоткани в той же области приложениявнешней компрессии.953.3.3.
Оценка изменения содержания воды в in vivo коже в условияхвнешней компрессииНесмотря на некоторое различие в динамике спектров в условияхвнешней компрессии, обусловленное, по-видимому, разным возрастом и, какследствие, морфологическими особенностями кожи добровольцев, общимрезультатом является уменьшение коэффициента отражения кожи с течениемвремени после наложения компрессии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
