волокон. При этом более интенсивный стимул активирует большее количество двигательных единиц или мышечных волокон.

По функциональным характеристикам выделяют быстрые и медленные двига­ тельные единицы, при этом, чем меньше тело мотонейрона иннервирующего мышцу, тем большим входным сопротивлением он обладает, тем выше его возбудимость и вовлекаемостъ в рефлекторные акты и наоборот (принцип размерности Хейнермана).

1.2.2. Гладкие мышцы

Гладкие мышцы построены из веретенообразных одноядерных мышечных кле­ ток. толщина которых колеблется от 2 до 10 мкм, а длина - от 50 до 400 мкм. Со­ кратительный аппарат гладкомышечных клеток представлен протофибриллами, состоящими преимущественно из актина. Миозин в гладких клетках находится в диспергированном состоянии и играет важную роль в поддержании длительного тонического сокращения. Сокращения неисчерченных мышечных клеток визу­ ально проявляется в сгущении ирогофибрилл и характеризуется незначительными энергетическими затратами.

Миоциты гладких мышц содержат продольно ориентированные микрофиламен­ ты. К плазмолемме этих миоцитов изнутри прилежат образованные L-актином ве­ ретенообразные клеточные тельца, которые являются эквивалентами Z- пластинок поперечно-полосатых мышц. Эти пластинки представляют собой элипсоидные тельца длиной до 3 мкм и толщиной 0,5 мкм, удаленные друг от друга на расстояние от 1 до 3 мкм. В цитоплазме гладких миоцитов содержатся миофиламенты трех ти­ пов: тонкие актиновые (толщиной 3-8 нм), прикрепленные к плотным тельцам, промежуточные (толщиной 10 нм), соединяющиеся между собой соседними плот­ ными тельцами и толстые (15 нм) короткие филаметы.

Отдельные клетки в гладких мышцах связаны между собой низкоомными электрическими контактами (нексусами). Эти клетки содержат такие же миофиб­ риллы как и поперечно-полосатые мышцы, однако здесь они расположены нере­ гулярно. а сама мышечная клетка-волокно не имеет поперечной исчерченности. Гладкие мышцы иннервируются симпатическими и парасимпатическими нерва­ ми, а также метасимпатической нервной сетью. При этом многие гладкие мышеч­ ные клетки управляются нервной системой через соседние клетки.

Некоторые из гладкомышечных клеток обладают свойством спонтанной мед­ ленной деполяризации мембраны и возникающие в них потенциалы распростра­ няются по соседним клеткам со скоростью 5-10 см·с-1, создавая миогенный тонус. В генерации потенциалов действия на мембранах гладких мышц главную роль играет не ион как в поперечно-полосатых мышцах, а ион Са2+. Каждый по­ тенциал действия вызывает одиночное сокращение гладкомышечной клетки про­ должительностью несколько секунд, а тетанус гладких мышц возникает при низ­ кой частоте следующих потенциалов действия. Миогенный тонус подвержен ко­ лебаниям и при определенной степени растяжения гладкомышечные клетки могут менять свою поляризацию и отвечать на растяжение сокращением.

Электромеханическое сопряжение в гладких мышцах осуществляется также ионами Са2+, поступающих как снаружи, так и из внутриклеточных депо. Вместе с тем сокращение гладкой мышцы начинается при концентрации Са2+ больше 10-8 моль·л-1. Ионы Са2+ в гладкомышечных клетках воздействуют на белок кальмоду­ лин, который активирует киназы легких цепей миозина, а за тем происходит пере­ нос фосфатной группы с АТФ на миозин и возникает срабатывание мостикового

сокращения. Сила сокращения гладких мышц сопоставима с силой сокращения поперечно-полосатых мышц и составляет порядка 30-40 Н·см-2, однако скорость сокращения на 1-2 порядка ниже, а затраты энергии в 100-500 раз меньше, чем у поперечно-полосатых мышц.

Мионевральная передача в гладких мышцах так же характеризуется рядом су­ щественных особенностей. Она двоякая - возбуждающая и тормозная. Гладкомы­ шечные клетки также имеют холинергическую и адренергическую иннервацию. На гладкие мышцы оказывает сильное стимулирующее влияние и ряд физиологи­ чески активных соединений простагландины, аденозин, гистамин, серотонин, пеп­ тидные гормоны. Тормозные эффекты на гладких мышцах в некоторых крове­ носных сосудах вызывает адреналин и ацетилхолин. Для активации заметной гинерполяризации мембран гладкомышечных клеток необходимо использовать ритмические раздражения нервных волокон с частотой не менее 5-10 имп·с-1. В связи с тем, что кальциевый насос саркоплазматического ретикулюма имеет ма­ лую мощность, расслабление гладких мышц происходит медленно.

1.3.ɎИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖИ И МЫШЦ И МЕТОДЫ ИХ ОЦЕНКИ

1.3.1. Физические свойства кожи и мышц

Характер взаимодействия физических факторов с кожей и мышечной тканью оп­ ределяется их физическими свойствами: электромагнитными, оптическими, механи­ ческими и теплофизическими. На основе параметров этих свойств можно рассчитать силовые характеристики физических полей в тканях и количественно оценить про­ цессы, происходящие при воздействии на кожу и мышцы физических факторов.

Электропроводность кожи определяется концентрацией ионов в ее клетках и их подвижностью. Из-за малого количества межклеточной жидкости и значитель­ ного количества органелл в цитозоле, существенно ограничивающих подвижность содержащихся в нем ионов, удельная электропроводность кожи значительно меньше, чем других тканей. Она зависит от её толщины, плотности дериватов и содержания воды в кератиноцитах. В поверхностном слое содержание воды со­ ставляет 10%, а в нижележащих слоях достигает 70% от массы клеток. Плотность сальных желез волосяных фолликулов на разных участках тела также неодинако­ ва. С учетом этих особенностей удельная электропроводность отдельных участков кожи существенно различается и составляет 10-3-2·10-2 См·м-1. Известно, что сухая кожа является плохим проводником электрического тока, тогда как влажная про­ водит его хорошо.

Диэлектрическая проницаемость характеризует способность к пространствен­ ному смешению структур тканей и образованию объемного дипольного момента (поляризации). Она обусловлена преимущественно связанными зарядами, поляр­ ными и неполярными макромолекулами различных линейных размеров и диполя­ ми воды. Диэлектрическая проницаемость кожи для постоянного электрического поля составляет 103 -106 отн.ед, и незначительно уменьшается с увеличением час­ тоты воздействующего электромагнитного поля. Мышечная ткань, содержащая значительное количество диполей связанной воды, обладает выраженной диспер­ сией диэлектрической проницаемости, которая на частотах 109 -1011 Гц составляет 100 отн. ед. Кожа и мышечная ткань относится к диамагнетикам и ослабляют внешнее магнитное поле в очень малой степени (порядка 10-5).

Различные слои кожи неодинаково поглощают оптическое излучение разной длины волны. Глубина проникновения света нарастает при переходе от ультра­ фиолетового излучения до красного с 0,7-0,8 до 3 мм. В ближнем диапазоне ин­ фракрасного излучения (длина волны 950 нм) проникающая способность дости­ гает максимума и составляет 60-70 мм, а в среднем и дальнем диапазонах резко снижается до 0,3-0,5 мм. Магнитная проницаемость клеток кожи составляет 0,99995. Коэффициент отражения оптического излучения слабопигментирован­ ной кожей достигает 43-55% и зависит от многих причин. Так, например, у муж­ чин он на 5-7% ниже, чем у женщин. Пигментированная кожа отражает свет на 6-8% слабее. Нарастание угла падения света на поверхность кожи увеличивает коэффициент отражения до 90%.

По плотности и типу пространственной структуры кожу и мышцы относят к мягким тканям. Плотность кожи составляет 1048-1066 кг·м-3, скорость звука 90100 м·с-1, а модуль упругости 109 Па. Соответствующие величины для мышечной ткани составляют соответственно 1041-1100 кг·м-3, 150м·с-1 и (2-7,6)·102 Па.

Нелинейный характер зависимости деформаций кожи от приложенного на­ пряжения в диапазоне его малых и средних величин обусловлен наличием в ее составе коллагеновых волокон. Они способны к значительным деформациям и имеют высокий модуль упругости - до 1010 Па. У другого структурного компо­ нента - эластических волокон - модуль упругости существенно ниже - 105-107 Па - и их деформации происходят по линейному закону.

Деформации кожи имеют выраженный нелинейный характер, который обу­ словлен растяжением коллагена, содержание которого в коже составляет 75%. тогда как эластин составляет всего 4% от ее сухой массы. Большинство коллаге­ новых нитей беспорядочно ориентированы в пространстве. Их деформации в физиологических условиях невелики (~10%) и возникают только под действием значительных механических напряжений. Сеть максимальных напряжений в коже пространственно совпадает с линиями Лангера.

Нелинейность возникающих деформаций также присуща скелетным мыш­ цам. Кроме того, для них характерна релаксация напряжения при растяжении. Активный характер мышечного сокращения существенно влияет и на их меха­ нические свойства. Так, у расслабленных мышц модуль Юнга составляет поряд­ ка 104 Па, а при сокращении он увеличивается в десятки раз.

Теплоёмкость Сv (количество теплоты, которое необходимо сообщить еди­ нице массы ткани, чтобы нагреть его на один градус) кожи составляет 2926-3444 Дж·кг-1·о С-1, величина теплового потока через них при изменении температуры на единичном расстоянии на 1°С (теплопроводность λ) у кожи составляет 0,31-1,5, а у мышц - 0,6-0,7 Вт·м-1·ºС-1. Скорость изменения температуры при прохожде­ нии теплового потока (коэффициент температуропроводности а) через кожу и мышцы составляет (8-20)·10-8 м2·с-1.

1.3.2. Методы оценки функциональных свойств кожи и мышц

Микроциркуляция кожи. В косметической практике важно диагностировать нарушения микроциркуляции до клинических проявлений дегенерации, а также по данным интенсивности капиллярного кровотока контролировать эффективность лечения on line (в реальном времени). Однако приходится с сожалением констати­ ровать недостаточность и зачастую косвенность показателей современных инстру­ ментальных методов оценки капиллярного кровотока Запросы медицины здесь яв­ но опережают предложение медицинской промышленности, в том числе и зарубе­

жом. Надежным до сих пор остается только прижизненная микроскопия слизистых оболочек десен, конъюнктивы глаза и ногтевого ложа. Причем только дорогостоя­ щие модификации микроскопического метода позволяют регистрировать реальный капиллярный кровоток, а не просто расширение капилляров, которое может возни­ кать и при капилляростазе. Косвенные методы, основанные на реографии, термо­ метрии. абсорбционной спектроскопии (СВЧ-радиометры), УЗ-допплерографии, свидетельствуют о большем или меньшем объемном кровотоке через исследуемый участок ткани. В ряде случаев интенсивный кровоток реализуется открытием арте­ рио-венозных шунтов и кровь проходит мимо капиллярного русла, не выполняя своей питательной (нутритивной), кислородтранспортной и детоксицирующей функций. Именно такой эффект мы наблюдаем на покрасневшем участке кожи при воспалении.

Лазерная допплерография несет информацию о линейной скорости кровотока, т.е. скорости эритроцитов в потоке. Однако, и этот эффект либо усредняет значение ско­ рости по массиву сосудов, либо регистрирует скорость эритроцитов в отдельных ка­ пиллярах. Измеренная линейная скорость эритроцитов в микрососуде зависит от вза­ имной ориентации капилляра и фотодатчика, что часто приводит к заключению об относительных изменениях капиллярного кровотока в течение времени единичного измерения данного сосуда и неинвариантности результатов различных измерений.

Ультразвуковая допплерография основана на регистрации смещения частоты ультразвуковых колебаний при изменении объема пульсирующего сосуда:

где f - частота генератора, v - скорость крови, с - скорость звука, α - угол между вектором скорости крови и индикатриссой излучения генератора. Однако, угол α на практике не определяется, а оценивается с огромной погрешностью - не менее 20-30 %. Кроме того, УЗ-допплерография в принципе не позволяет идентифициро­ вать капилляры, поскольку, например, длина волны ультразвуковых колебаний в тканях на частоте 20 МГц составляет 70 мкм и сосуды меньшего диаметра (арте­ риолы и венулы, не несущие нутритивной и газообменной функции) определяют­ ся с большой систематической погрешностью (для УЗИ практически «прозрач­ ны»), а капилляры имеют диаметр от 3 до 10 мкм (средний диаметр - 7 мкм).

Рассеяние ультразвукового излучения на частицах, размер которых равен или меньше длины волны излучения, подчиняется закону Рэлея. Интенсивность рассе­ янного излучения пропорциональна:

где λ - длина волны, r - размер частицы, N - количество частиц, на которых про­ исходит рассеяние К - расстояние до частицы. В свою очередь, N = с·V, где с - счетная концентрация эритроцитов, а V - объём.

Эффективный объём, в котором регистрируется рассеяние, пропорционален кубу длины волны, поскольку из большего объема рассеянное излучение практи­ чески не попадает на регистратор. Интенсивность рассеяния на сосудах диаметром 7 мкм на порядок меньше, чем на сосудах диаметром 70 мкм (см. формулу 1.7):

Следовательно, сосуды микроциркуляторного русла ультразвуковые колебания с длиной волны 70 мкм практически не отражают, что не позволяет их верифи­ цировать. УЗ-допплерография позволяет уверенно регистрировать линейную ско­ рость крови в сосудах диаметром не менее 30 мкм и с точностью не более 20 % . Принимая во внимание сильное поглощение высокочастотных механических ко­ лебаний биологическими тканями и экспоненциальное уменьшение проникающей

способности ультразвука частоты выше 20 МГц для повышения разрешающей способности УЗ-допплерографии использовать практически невозможно.

Микроволновая диэлектрометрия кожи in viva. При разработке физического метода регистрации кровотока трудно обойти вниманием эффект взаимодействия миллиметрового радиоизлучения с биологическими объектами, богатыми водой. Частоты дипольной релаксации жидкой воды по порядку величины совпадают с частотами КВЧ-излучения, поэтому малые (единицы процентов) изменения энер­ гии межмолекулярных связей воды отразятся на диэлектрической проницаемости в КВЧ-полях. Незначительные колебания количества воды в тканях, а самое глав­ ное - изменения квазикристаллической структуры тканевой воды изменяют харак­ теристики поглощения и отражения микроволнового излучения биологическими субстратами. Так, миллиметровое излучение частотой 50 - 60 ГГц проникает в ко­ жу на глубину 500 мм и артерио-венозные шунты, залегающие глубже, не изме­ няют электрических характеристик кожи при расширении. Капилляростаз вызы­ вает пропотевание воды в тканевое пространство, и гидратированные ткани ста­ новятся более однородными по электрическим характеристикам. Усиление только капиллярного кровотока в сосочковом слое дермы сопровождается усилением не­ однородности электрических свойств ткани.

Представляется перспективным использование контактной неинвазивной ра­ диолокации кожи КВЧ-излучением сверхмалой интенсивности. В результате от­ ражения зондирующего сигнала и интерференции его с опорным сигналом опре­ деляются амплитуда и фаза комплексного коэффициента отражения (ККО). Вследствие малой глубины проникновения мм-радиоволн, на значения фазы ККО существенно влияет активность капиллярного кровотока в сосочковом слое дермы и удобным объектом изучения микроциркуляции оказываются не только слизи­ стые десен и конъюнктивы глаза, но и вся поверхность кожи.

Гидратация кожи. Для оценки состояния верхних слоев кожи кардинальное значение имеет степень гидратации эпидермиса и состояние водного барьера кожи.

Контактная КВЧ-локация может служить высокоинформативным методом оценки степени гидратации кожи по соотношение пулов свободной и связанной волы. Определение гидратации кожи после нанесения питательных и увлажняю­ щих кремов и масок позволит быстро подобрать индивидуальную оптимальную схему их применения, что, очевидно, сократит время процедуры и увеличит ее эф­ фективность.

Отношение пулов свободной и связанной воды особенно информативно в оценке функциональных свойств кожи, поскольку оно неодинаково в капиллярной кропи и крови больших по диаметру сосудов. Разительные отличия физических свойств капиллярной и артерио-венозной крови проявляются, например, в ее вяз­ кости: ее значение в мелких капиллярах меньше (эффект Фареуса-Линквиста), чем следовало бы ожидать из теоретических предпосылок (уравнение Кессона). Одна­ ко вязкость крови - крайне сложный параметр для неинвазивных измерений.

рН-метрия. Является еще одним показателем гидратации кожи и определяет изоэлектрическую точку (показатель) рогового вещества - состояние ее макси­ мальных барьерных функций, при котором не происходит его набухание или ин­

фицирование микроорганизмами.

Возбудимость нервов и мышц. Электродиагностика нервов и мышц. В этом метоле используют импульсный ток для определения исходных функциональных свойств нервов и мышц в зависимости от их реакции на электрические импульсы и определения характера воздействий. При этом учитывают, что продолжитель­

ность импульсов должна соответствовать хронаксии стимулируемых нерва или мышцы, частота следования - не превышать их лабильности, а крутизна переднего фронта импульса (его форма) - превышать минимальный градиент аккомодации. Эффект возбуждения мышц периферических нервов зависит и от типа иннерви­ рующих их нервных волокон и наиболее выражен при совпадении частоты следо­ вания импульсов с оптимумом следования спайков в нервных проводниках. Так, под влиянием электрического раздражения нервов импульсами с частотой выше 50 имп·с-1 возникает возбуждение преимущественно двигательных нервных про­ водников (Аα- и Аγ-волокон) и пассивное сокращение иннервируемых ими мышц.

В клинической практике наиболее часто используют классическую и расши­ ренную электродиагностику. В классической электродиагностике применяют од­ нополюсную и двухполюсную методики проведения исследования. В первом слу­ чае точечный диагностический (референтный) электрод площадью 1 см2, обтяну­ тый гидрофильной прокладкой, устанавливают на двигательную точку нерва или мышцы, а второй электрод - индифферентный (направляющий) - площадью 200 см2 размешают в области грудины или позвоночника в проекции соответствующе­ го сегмента спинного мозга. При двухполюсной методике используют точечный электрод с ручным прерыванием тока и двумя разводными равновеликими бран­ шами, которые располагают по направлению нерва или мышцы.

Для проведения классической электродиагностики применяют различные виды постоянного и низкочастотного импульсного токов.

Расширенную электродиагностику проводят для определения отимальных параметров тока, необходимых для электростимуляции нервов и мышц. Для про­ ведения расширенной электродиагностики используют импульсные токи различ­ ной формы. Определяют форму, амплитуду и частоту импульсов, а также количе­ ство посылок серий импульсов в 1 мин, при которых происходит безболезненное сокращение мышцы. Сначала используют однополярный метод. Если при одно­ полярной методике невозможно вызвать сокращение мышц или одновременно происходит сокращение мышц-антагонистов, переходят к двухполярному методу с расположением электродов в начале мышцы и в месте ее перехода в сухожилие. Чем больше степень поражения мышцы, тем меньшую частоту модуляции ис­ пользуют для ее стимуляции. По мере восстановления сократимости частоту по­ сылок серий импульсов увеличивают. В середине курса электростимуляции и по сю окончании вновь определяют степень возбудимости нервов и мышце исполь­ зованием построения кривой «сила-длительность» или измерения их хронаксии. Указанные процедуры позволяют оценить степень восстановления функциональ­ ных свойств нервов и мышц и дать прогноз эффективности проводимых космети­ ческих процедур.

ЛИТЕРАТУРА

Андреев С. М. Коллаген: структура и функции // Косметика и медицина. - Ч.1. - 2001. - №3. - С.41 -46. / Ч.2. - 2001 - №4. - С. 14-23.

Кожа (строение, функции, общая патология и терапия) / Под ред. А. М. Чернуха,

Е. П.Фролова. - М:Медицина, 1982. - 336 с Марголина А. А., Петрухина А. О. Современные подходы к отбеливанию кожи. Ч.1.

Меланины и кожа. / Косметика и медицина. - 2001. - №1. - С.4 - 13. Михайлова Н. Н. Структура и функции эпидермиса. - М Медицина, 1979.

Ярилин А. А. Кожа и имунная система // Косметика и медицина. - 2001. - №2. - С.5 - 16.