皮肤的力学性能概述VIP免费

第38卷第4期2008年7月25日力学进展ADVANCESINMECHAMCSV-oL38No．4July25，2008皮肤的力学性能概述·卢天健-，t徐峰21西安交通大学强度与振动教育部重点实验室，西安7l∞细2剑桥大学工程系，CB2lPz，英国剑桥摘要鉴于皮肤的力学性能对于临床和日用化妆品的重要性，人们已经对在体和离体皮肤的力学性能进行丫长期的研究．本文对皮肤力学的近期发展进行了全面的回顾，总结了在体和离体实验的方法和仪器，概述了皮肤的主要力学性能，包括杨氏模量、泊松比、压缩系数、强度、韧性、初应力和初张力、热膨胀系数、约束力／层离能、摩擦系数，以及这些性能的各向异性，并以表格形式收集了现有文献中的有关数据．最后，讨论了有关皮肤力学的一些特殊领域中的未来研究方向．关键词皮肤组织，力学性能，实验1引言1．1皮肤的结构皮肤是一种特殊的组织和人体最大的器官，其重量约占人体重量的16％【¨．由于皮肤具有独特的真皮下皮层状结构(见图1)，因此它扮演了许多重要的角色，例如感觉器官、体温调节器官和机体保护者等．所以，我们很有必要先来认识皮肤的结构、功能和特性．人类皮肤的结构在人体的不同部位是不同的，在某些特殊部位，皮肤的结构还与其功能有关【21．汗汗神腺腺经管压力触觉感受器感受器图1人类皮肤的结构【2】角质层收稿口期：2007_11—07，修回口期：2008-03．06‘剑桥大学“海外研究奖学金(O、rerse弱R船earchstudent8hip，ORs)’’和“剑桥大学海外信托奖学金(Over8e鹊’Ihl8tschol栅hip)”，西安交通大学校基金，以及中国国家自然科学基金(10572111，10632060)、国家“n1计划”(Bo∞24)、国家重点基础研究规划(2006cB601202)资助项目tE．m撕1：tjlu@mail．xjtu．edu．cn万方数据力学进展2008年第38卷皮肤在分子层次的组成见图2【3】．图2中d、e带指胶原蛋白结构中的微结构．真皮由一种内含弹性蛋白和胶原质纤维的含水凝胶状基本物质所构成，其中胶原质纤维是真皮的主要构件，重量占真皮干重的60％一80％【4，引，体积占乳头状和网状真皮的66％一69％【61．在乳头状真皮和网状真皮中都含有由I型和III型胶原质构成的纤维，在乳头层中III型胶原质与I型胶原质的比值要略高于在网状层中的比值【7】，而I型胶原质占了总胶原质含量的80％一90％．柔性长弹性蛋白分子结成了一张三维(橡皮状)网络，这张网络在真皮内部包裹缠绕着粗大的胶原质纤维，可以比其未受力状态下的原始长度伸展2．5倍【8一．周定原纤维(VII型胶原质)图2皮肤的宏观分子组成f3l1．2皮肤力学的重要性皮肤力学在临床和化妆品的应用中(例如整形手术、伤口恢复、疾病检测、康复、药物注射和皮肤给药，以及对触觉功能和疼痛的了解)都具有十分重要的作用．同时，人类皮肤力学性能的全面掌握对于医疗、制药、化妆品行业开发新产品及改进现有产品，也是相当重要的．1．2．1在化妆品应用中的重要性皮肤力学在化妆品中的应用，包括剃须、脱毛和皮肤护理(使用护肤霜和润肤液)，等等．皮肤力学性能的量化在新型护肤产品的开发中是至关重要的【10】，因为不同类型的产品通过改变不同皮肤的状态来发挥作用．例如，有些产品通过抑制皮肤表面的水分蒸发来发挥作用，有些化合物通过吸收并直接将水化元素释放到皮肤中来发挥作用，膜质原纤维能聚糖链合体而其他产品的作用则是使人获得油性皮肤或黏性皮肤．1．2．2在医疗应用中的重要性与临床有关的皮肤生物力学的典型例子就是整形外科、皮肤医学和浅表压伤病冈学．在外科手术过程中，需要将皮肤切开，然后再将伤口进行缝合．为此，需要很好地具备皮肤性能(包括皮肤力学性能)方面的知识．考虑人体的部位和各部位皮肤的力学性能将有助于刀口形状的优化．同时，定量评估皮肤组织的力学性能对于了解影响伤口恢复和疤痕形成的冈素也是非常重要的【11】．皮肤力学有助于更好地了解许多物理疗法的相关技术．皮肤的力学性能已经被广泛用于评价面部光化学损伤的修复治疗和远期效果，并用于评估面部平整治疗的有效性f12】．基于皮肤力学性万方数据第4期卢天健等：皮肤的力学性能概述能的计算机模拟也可用来协助进行整形手术，例如制定手术方案、计算机辅助手术、外科医生培训系统和外科机...