Площадь кожи человека: Страница не найдена

Содержание

Площадь поверхности тела | Онлайн калькулятор

В физиологии и медицине, площадь поверхности тела — это измеренная или рассчитанная поверхность человеческого тела. Для многих клинических целей площадь поверхности тела является лучшим показателем метаболического обмена, чем масса тела, поскольку она менее зависит от излишнего количества жировой ткани.

РассчитатьОчистить

* Полученные данные не могут трактоваться как профессиональные медицинские рекомендации и предоставляются исключительно в ознакомительных целях

Существует множество формул для расчета площади поверхности тела. Ниже представлены самые часто употребляемые.

Формула Дюбуа и Дюбуа:

ППТ = 0.007184 * вес (кг)0.425 * рост (см)0.725

Формула Дюбуа и Дюбуа (модификация):

ППТ =  (вес (кг)0.425 * рост (см)0.725)/139.2

Одной из часто использованных формул является формула Мостеллера, опубликованной в 1987:

ППТ =  √(вес (кг)* рост (см)/3600)

Формула Хейкока:

ППТ = 0. 024265 * вес (кг)0.5378 * рост (см)0.3964

Формула Гехана и Джорджа:

ППТ = 0.0235 * вес (кг)0.51456 * рост (см)0.42246

Формула Бойда:

ППТ = 0.0003207 * вес (г)(0.7285-0.0188log10вес(г)) * рост (см)0.3

Формула Фудзимото:

ППТ = 0.008883 * вес (кг)0.663 * рост (см)0.444

Формула Такахира:

ППТ = 0.007241 * вес (кг)0.725 * рост (см)0.425

 

«Нормальное значение» обычно составляет 1,73 м² для взрослых.

ВозрастЗначение
Новорождённый 0.25 м²
Ребёнок 2 года 0.5 м²
Ребёнок 9 лет 1.07 м²
Ребёнок 10 лет 1.14 м²
Ребёнок 12-13 лет 1. 33 м²
Для мужчин 1.9 м²
Для женщин 1.6 м²

формула расчета вычисления и примеры расчета

Площади поверхностей объемных фигур, известных из школьного курса стереометрии, таких как куб, параллелепипед, пирамида, призма, цилиндр и другие, вычислить совсем нетрудно. Их боковые стороны и основания самые простые. Ими могут быть квадраты, прямоугольники, треугольники, круги и так далее. Если фигура сложнее, ее делят на маленькие и складывают площади их поверхностных граней. Таким образом и достигают желаемого результата. Но если некий объект объемного пространства наделен самой замысловатой формой, к примеру, тело человека. Формула площади в этом случае далеко не так проста. Тем более каждый из людей наделен от природы своими особенностями.

Практическое применение

Но зачем вообще делать подобные вычисления? Помимо научного интереса, практическая важность этого несомненна. И ярким примером тому является медицина и физиология. От кожной поверхности зависит воздушный обмен с окружающим пространством. От площади тела – метаболизм, то есть внутренние обменные процессы организма. К ним относится переработка элементов пищи, превращение ее в мельчайшие частицы и выведение ненужных веществ. От правильного метаболизма зависит механика важнейших человеческих органов, а значит – здоровье и жизнь.

Масса тела во многом строится из жировых тканей, которых может наблюдаться в организме как избыток, так и недостаток. А потому вес человека не всегда способен быть показателем процесса обмена по причине индивидуальных особенностей. С учетом этого, в медицине считается, что важным фактором является именно площадь поверхности тела человека. Формула ее потому и считается необходимой.

Химиотерапия

В избавлении от заболеваний инфекционного и паразитического характера немаловажную роль часто играет химиотерапия. Обычно она оказывает больший эффект, чем лечение известными ныне науке лекарственными средствами, при этом дает подчас меньше негативных последствий для организма. Целью ее является уничтожение инфекционных агентов или паразитов, а не простая коррекция нарушений, как происходит в случае применения фармакологических методов. Следствием же оказывается восстановление функций органов. Этот же способ применяют, желая избавить пациента от раковых клеток, что во многих случаях имеет ощутимый результат.

Точная формула площади тела человека для химиотерапии очень важна. С учетом этого показателя производят расчет дозы необходимых препаратов. Без знания этого трудно ожидать положительного исхода.

Другие применения

Знание площади телесного покрова открывает дополнительные возможности для физиологических изысканий. Ее характеристики для разных возрастов можно вычислить и систематизировать. Здесь значительно повышается шанс не только вовремя выявить склонность к ожирению и к другим заболеваниям, но и проводить на основе полученных данных ценные научные исследования.

Подобные вычисления необходимы для расчета дозировки лекарств с большой точностью, средств, обладающих крайне сжатым терапевтическим индексом, то есть малой границей между дозой, вызывающей положительный эффект и наносящей вред организму. Это оказывается жизненно важно не только при химиотерапии, но и при назначении гормональных средств. Ультразвуковые исследования сердечных функций тоже требуют знания формулы площади тела человека. Кроме того, она используется для изучения интенсивности клубочковой фильтрации в нефрологии. Это важный показатель изучения деятельности почек.

Как измерить?

Для расчета площади объемных геометрических фигур существуют специальные формулы. Они в большинстве своем выведены еще в древности, а современные люди их узнают из справочников и школьных учебников.

Нетрудно также вычислить объем человеческого тела, даже несмотря на его сложные параметры. С подобной задачей справился еще великий Архимед. Он установил, что достаточно погрузить некий объект в бак, доверху наполненный водой, и собрать вытесненную им жидкость в сосуд, тогда объем воды, который измерить несложно, и окажется равным объему тела. Согласно легенде, пришедшей к нам из древних времен, подобная простая, как все гениальное, идея пришла великому древнегреческому ученому в голову, когда он принимал ванну.

Что бы сказал Архимед?

Но как быть с формулой вычисления площади тела человека? Здесь бы даже Архимед затруднился с ответом, настолько сложной оказывается эта, на первый взгляд, элементарная задача. Сразу поясним, что под площадью мы понимает совсем не очертания тела человека, которые можно получить, если прислонить его к стене и обвести мелом силуэт. Здесь имеется в виду именно поверхность кожи. Но как ее измерить? Ведь кожу невозможно снять, как одежду, и разложив на полу, произвести нужные измерения.

Конечно, можно обклеить кого-то с ног до головы пластырем, потом снять его и измерить площадь поверхности. Также есть шанс попробовать покрыть все тело человека салфетками, но аккуратно, ровно и без нахлестов. А потом снять все элементы, пересчитать и умножить на площадь поверхности одной салфетки. Однако это слишком громоздкий и сложный процесс, в реальности практически невозможный для осуществления. Тем более, так велика вероятность ошибки! Но все-таки люди, в конце концов, нашли решение и этой проблемы.

Принципы вычисления

Первую формулу для подобных расчетов разработал американец Дюбуа. Все методы вычислений, предложенные позднее, чисто принципиально не сильно отличаются от указанного способа. В них используются показатели массы тела и роста человека, то есть его длины, возведенные в определенную степень. Затем их произведение умножается на заранее вычисленный практическим образом коэффициент, меньший 1. Это наиболее удобный вариант, так как без подобной формулы измерение площади тела человека – процесс крайне сложный с точки зрения пространственной геометрии.

Большинство из методов требуют для расчета данные о весе и росте человека. Однако при вычислении способом Ливингстона и Скотта используется только масса. Это характерно также для формул Костеффа и Маттара.

Пример

Способ Йю можно привести в качестве примера расчета площади тела человека. Формула эта наиболее проста, и потому в наше время получила широкое распространение. Она схожа с методом Мостеллера. Здесь численные значения роста и веса возводятся в степень 0,5 (то есть извлекается корень квадратный). А потом полученный результат умножается на 0,015925. При этом массу следует перевести в килограммы. Длина же берется в сантиметрах. При всем при том, значение площади получается в метрах квадратных, и это обстоятельство тоже следует учитывать.

Теперь нетрудно рассчитать площадь поверхности при росте 169 см и весе 64 кг. После вычисления квадратных корней из предложенных значений, она составит 0,015925 х 13 х 8. Окончательный результат окажется после округления 1,66 м2.

Выяснив, как рассчитать площадь поверхности тела человека и формулу, можно сделать теперь аналогичные вычисления для различных возрастов при определенных параметрах и при желании составить из них таблицы и диаграммы. Они помогают выявить общую картину изменения площади поверхности тела в течение жизни человека от младенческого возраста до зрелости.

Ниже приведены данные для мальчиков от 8 до 12 лет, рассчитанные по Дюбуа.

Номограмма Дюбуа

Но можно ли выяснить все данные без неудобных вычислений? Наглядно, без сложностей и формулы, площадь тела человека можно узнать, используя номограмму. Ее тоже предложил и составил Дюбуа. Она представлена ниже. Как ей пользоваться?

Цифры по горизонтали указывают вес тела, по вертикали – рост человека. Для выяснения площади поверхности по данной номограмме, необходимо мысленно провести от нужных показателей перпендикулярные линии по горизонтали и вертикали вплоть до их пересечения. Полученная точка на представленных кривых и покажет желаемый результат, согласно расчетам Дюбуа. Например, используя номограмму, легко выяснить, что при росте 160 см и весе 75 кг площадь поверхности тела составит 1,8 м2.

Медицина и математика

Рассмотрев вопрос, мы уяснили, что столь необходимое для здоровой жизни знания о площади тела человека и формулу, по которой возможно ее определить, медицине предоставляет математика.

И это далеко не единственная информация, которую врачи способны получить от королевы наук. Ведь языком чисел в этом мире можно выразить практически все. Геометрия человеческого тела – это огромный мир, полный удивительных открытий. А многие органы: суставы, кости и мышцы, неслучайно получили свое наименование по названию геометрических фигур. Математика также важна в генетике, офтальмологии, врачебной статистике и во многих других областях медицины.

Показатели роста и веса необходимы при правильном расчете рациона питания. В конце концов, точные измерения человеческих органов, как внутренних, так и внешних, крайне важны для изготовления современных электронных протезов, и не только поврежденных конечностей. В наше время даже производятся и успешно применяются на практике искусственные клапаны для сердец. И это всего лишь очередной из возможных ярких примеров.

История появления лыж у человечества — Лыжные гонки — Справочник — Статьи

Первые мысли о лыжах, у древних людей

Огромные снежные пространства обусловили раннее появление лыж. В далекие времена добывать пищу, передвигаться от одного поселения к другому зимой по глубокому снегу было немыслимо, ноги проваливаются, застревают и множество других сложностей.   При этом многие животные без проблем передвигались по таким сугробам, связано это с тем, что площадь опоры у того же зайца намного больше, если сравнивать с человеком, относительно вес/площадь опоры. Древний человек сообразил быстро, что если увеличить площадь опоры, передвигаться будет проще и сложностей не возникнет. Сказано — сделано, мы их знаем и по сей день как снегоступы – первые лыжи! Точная дата, место, имя изобретателя не известны.

Первыми такими  приспособлениями,  очевидно,  были  шкуры  убитых  животных, которыми древние охотники обматывали ноги, предохраняя  их  от  холода.  Это послужило толчком для использования других предметов (обломков коры,  щепок, а позднее и дощечек) для увеличения площади опоры. У одних народов это были круглые или продолговатые дощечки, у других – сплетённые ветки, чем-то напоминавшие теннисную ракетку с креплением для ног. В такие «лыжи» жители горных районов обували даже лошадей.

В то же время жители тёплых стран и подумать не могли о таком изобретении.

Возвращаясь из путешествий по снежным землям, они рассказывали удивительные истории: «Живут в тех снегах чудища на одной ноге, а бегают они по снегу с быстротой невероятной – сущие дьяволы!» Но в этих речах всё было правдой. Скандинавские охотники были одеты в меховые шкуры с головы до ног, и скользили они на одной длинной лыже, другая – маленькая – использовалась для толчка. К тому же очень долго лыжники использовали только одну палку. Ведь они прежде всего охотники или воины, и им требовалась свободная рука, чтобы держать лук, ружьё или добычу. При спуске, для равновесия и торможения, садились верхом на палку.

Позднее лыжи стали обтягивать снизу шкурой лося, оленя или нерпы с коротким ворсом, расположенным назад. Когда лыжник поднимался в гору, мех не давал ему соскользнуть назад. Северные и восточные народности подклеивали шкуры к лыжам при помощи клея, сваренного из рогов и костей лося, оленя или рыбьей чешуи.

Находки современности

Окаменелые лыжи и их части, возраст которых исчисляется тысячелетиями, найдены во многих уголках России, где жил человек в условиях снежной зимы.

Одна из находок (А.М. Микляев, 1982 г.) обнаружена на территории Псковской области. По заключению специалистов, эта лыжа является одной из самых древних — сделана около 4300 лет назад.
Древнейший экземпляр скользящих лыж современного типа обнаружен (1953 г.) в древнем Новгороде в слое первой половины ХIII в. Длина лыжи 1 м 92 см, ширина в среднем 8 см, ее передний конец несколько приподнят, изогнут и заострен. Место для установки ноги чуть массивнее, здесь толщина лыжи достигает 3 см. Для продевания ремня, прикрепляющего лыжу к обуви лыжника, на ней имеется сквозное горизонтальное отверстие диаметром 0,5 см.

Монс Пальм, секретарь шведского посольства в Москве, был поражен лыжами, применяемыми нашим народом. В 1617 г. он писал: «Сделали русские изобретение… Они имеют деревянные ободья приблизительно семи футов длины и в одну пядь ширины, снизу же плоские и гладкие. Их они подвязывают себе под ноги и бегают с ними по снегу, ни разу не погружаясь в него, и с такой быстротой, что ей можно удивляться».

В отличие от русских, остердальские лыжи скандинавского типа имели разную длину и были тихоходными.

История лыж насчитывает несколько тысячелетий, что подтверждают наскальные рисунки в пещерах Норвегии, сделанные около 7000 лет назад. Много веков спустя, ориентировочно в середине XVI века, лыжи стали использоваться армиями скандинавских стран, немного позже славянских солдат тоже поставили на лыжи.

Самые древние лыжи находятся в Лыжном музее в Осло: их длина 110 см, ширина 20 см. Примерно таких же размеров были лыжи у охотников в течение многих веков: такими лыжами и сейчас пользуются охотники и звероловы Гренландии, Аляски, жители Севера, Сибири, Дальнего Востока.

Из древности в современность

Постепенно лыжи стали обретать привычную для нас с вами форму. Чтобы вес лыжника равномерно распределялся по всей длине лыж, им была придана плавная кривизна, получившая название весового прогиба. Чтобы лыжи лучше держали след, сохраняли направление, в скользящей поверхности делали углубление – жёлоб. Для большей прочности и гибкости лыжи стали изготавливать из нескольких слоев древесины разных пород: березы, ясеня, бука, гикори. Чтобы скользящая поверхность не так быстро изнашивалась, не становилась «круглой» и имела лучшее сцепление со снегом, ее стали окантовывать особо прочной древесиной, а со временем – металлическими кантами.

Первая лыжная обувь не имела жесткой подошвы и просто привязывалась к лыжам, так как не существовало специальных креплений. Так было вплоть до 30-х годов XX века, когда появились рантовые ботинки, которые активно использовались лыжниками до 70-х годов.

Популяризация лыж у наших предков, появление лыжного спорта

Русские дореволюционные историки неоднократно упоминали в своих работах, что помимо охоты лыжи на Руси часто использовались во время праздников и зимних народных забав, где демонстрировались сила, ловкость, выносливость в беге «наперегонки» и в спусках со склонов. Наряду с другими развлечениями и упражнениями (кулачный бой, верховая езда, различные игры и забавы) лыжи сыграли важную роль в физическом развитии русского народа. Шведский дипломат Пальм, побывавший в XVII в. на Руси, свидетельствовал о широком распространении лыж в Московском государстве. секс и секс в Челнах, индивидуалки Он подробно описывал лыжи, применяемые местными жителями, и умение русских быстро на них передвигаться.

Лыжи стали не только популярными, но и модными, а это породило немало забавных ситуаций. Шикарно одетые барыни атаковали мастеровых, работавших по дереву, умоляя их выточить маленькие лыжцы для своих собачек, а пылкие кавалеры дарили дамам сердца лыжи, рассчитанные для езды вдвоём.

Полярный исследователь Нансен в конце 19-го века пересёк Гренландию на дубовых лыжах, что послужило популяризации лыж.

В конце XIX — начале XX века появился лыжный спорт — вид досуга, заключающийся в перемещении на лыжах на скорость или ради удовольствия. Появились лыжи с другими пропорциями, более подходящими для скоростного бега — 170—220 см длиной и 5-8 см шириной. Такие же лыжи применялись  в армии. Примерно в это же время появились и лыжные палки, существенно облегчающие и ускоряющие передвижение на лыжах.

Наше время

В наше время лыжи – это, прежде всего, вид спорта или зимнее увлечение. И улучшаются они лишь для того, чтобы предать лыжнику больше скорости и манёвренности. Совсем недавно, около 50-ти лет назад, началась история пластиковых лыж. Всего за несколько лет они практически полностью вытеснили из спорта деревянные лыжи. Это произошло благодаря их меньшему весу, большей прочности и отличным «беговым» качествам.

С 1974 г. стали изготавливать пластиковые лыжи. Они быстро вытеснили деревянные лыжи. Пластиковые лыжи имели меньшую массу, большую прочность и отличные скоростные качества. Лыжи из пластика хорошо держат смазку , имеют хорошее сцепление со снегом. С появлением пластиковых лыж произошли изменения в технике бега. При изготовлении лыжных палок также используется стеклопластик, который армирован угольными волокнами. За лёгкость и высокую прочность их стали называть «угольное перо».

В 90-х годах в производстве лыж появилась CAP-технология, лыжи конструкции «сэндвич» отошли в прошлое. Теперь все современные беговые лыжи состоят из сердечника, накрытого сверху «коробкой», поверхность которой может иметь 3-х мерную форму. Изменилась и геометрия лыж – она перестала быть параллельной, что является весьма спорным достижением, поэтому каждая компания-производитель лыж сегодня находится в постоянном поиске оптимального профиля лыжи.

 

самый большой по площади орган. Строение и функции кожи. Уход за кожей

Каждое живое существо на нашей планете имеет покровы тела, которые предохраняют организм от механических повреждений, проникновения инородных тел и излишков влаги, а также сохраняют тепло. Покровом тела человека является кожа.

Кожа — самый большой по площади орган — около двух квадратных метров, а её масса составляет 4-6% от общей массы тела.

Строение и функции кожи


В коже выделяют эпидермис, дерму, подкожно-жировую клетчатку.

Эпидермис — это наружная часть кожи, которая состоит из пяти слоев.

  • Роговой слой — самый верхний, состоит из полностью мертвых клеток кожи. Со временем они слущиваются и заменяются новыми клетками. Роговой слой играет важную роль в механической защите.

  • Блестящий слой — образуется из плоских клеток. Здесь клетки превращаются в роговое вещество. Этот слой хорошо виден на ладонях и стопах.

  • Зернистый слой — слой прозрачных клеток, защищающий кожу от высыхания и обезвоживания.

  • Шиповатый слой — свое название получил из-за клеток с маленькими шипами — с их помощью клетки соединены друг с другом. В этом слое есть клетки Лангерганса, которые принимают участие в иммунной защите.

  • Базальный слой — последний слой эпидермиса. Он располагается на базальной мембране, состоит из живых и постоянно делящихся клеток. Среди клеток этого слоя есть меланоциты — клетки, содержащие в себе коричневый пигмент меланин, который отвечает за цвет кожи.

Дерма — основная часть кожи. Она отвечает за толщину и эластичность. Состоит из двух слоев — сосочкового и сетчатого.

  • Сосочковый слой представлен сосочками, которые вдаются в эпидермис и увеличивают площадь его соприкосновения с дермой. Этот слой содержит много кровеносных сосудов, что помогает питать эпидермис, который лишен их. Кроме этого сосочковый слой регулирует теплоотдачу. Это происходит при сокращении гладких мышечных волокон, что уменьшает приток крови к коже и делает теплоотдачу минимальной.

  • Сетчатый слой располагается от сосочкового до подкожно-жировой клетчатки. Он богат кровеносными и лимфатическими сосудами, нервными окончаниями, железами и коллагеновыми волокнами. Кроме этого в сетчатом слое дермы находятся волосяные сумки, обеспечивающие рост волос. К ним прикреплена мышца, которая способна поднять волос. За счет этого у человека образуется «гусиная кожа».

У корней волос расположены сальные железы, которые выделяют жир и смазывают кожу и волосы, тем самым защищая ее от пересыхания.

Потовые железы имеют строение свернутой в клубок трубочки. Выделяют пот — вещество, сходное по составу с мочой, но менее концентрированное.

Подкожно-жировая клетчатка (гиподерма) — последний и самый глубокий слой кожи. Здесь откладываются жировые включения. Толщина подкожно-жировой клетчатки неравномерна на разных частях тела. Толще всего она в области живота и ягодиц. Большинство людей рады от нее избавиться, но, к счастью, полностью это сделать невозможно. Ведь гиподерма обладает полезными функциями, без которых нам было бы сложно выживать.

Большую роль она играет в терморегуляции организма — сохраняет тепло. Кроме этого гиподерма оберегает внутренние органы от повреждений. У женщин главная функция подкожно-жировой клетчатки — это защита детородных органов от переохлаждения.

В гиподерме запасаются витамины А и Е, а также она участвует в синтезе гормонов.

Уход за кожей. Как правильно ухаживать за кожей?


Правильный уход за кожей обеспечивает ее владельцу хорошее самочувствие и прекрасный внешний вид. Заботиться о коже нужно вне зависимости от возраста и пола. На состояние кожного покрова большое влияние оказывают вредные привычки — алкоголь, курение, употребление наркотиков.

Чтобы кожа выглядела здоровой, необходимо пить достаточное количество воды, правильно питаться и употреблять витамины.

Есть несколько общих правил, которые помогут держать вашу кожу в здоровом виде.

  • Умывайтесь ежедневно теплой водой. Это поможет очистить кожу.

  • Используйте средства для защиты от ветра, солнца и мороза.

  • Наносите на кожу увлажняющий крем.

  • После принятия душа или ванны не трите кожу полотенцем, а осторожно промакивайте ее.

Строение кожи и её функции — урок. Биология, 9 класс.

Кожа — наружный покров тела. Она является естественной границей, отделяющей внутреннюю среду организма от внешней среды.

Кожа — один из важнейших органов человека. Она выполняет множество функций:

  • защитную (барьерную),
  • терморегуляционную,
  • выделительную,
  • рецепторную.

Площадь поверхности кожи человека составляет примерно 2 м², а её общий вес около 3 кг. Толщина кожи колеблется от 0,5 мм (самая тонкая кожа на внутренних поверхностях предплечий и веках) до 5 мм (на подошвах ног).

Строение кожи

Кожа образована эпидермисом, дермой и подкожно-жировой клетчаткой.

 

 

Эпидермис (наружный слой кожи) остоит из нескольких слоёв клеток. Клетки нижних слоёв эпидермиса непрерывно делятся и постепенно передвигаются к поверхности кожи. Клетки самого наружного рогового слоя эпидермиса постоянно слущиваются и полностью обновляются за 7—10 дней (их место занимают клетки нижних слоёв).

 

 

Цвет кожи зависит от количества пигмента меланина. Чем его больше, тем темнее кожа.

Биологическая роль светлой кожи евразийцев заключается в том, что она пропускает больше солнечных ультрафиолетовых лучей, способствующих образованию в организме витамина D (в тех географических районах, где наблюдается недостаток солнечного излучения).

 

 

Дерма (собственно кожа) состоит из соединительной ткани. В этом слое кожи находятся:

  • мышечные клетки,
  • кровеносные и лимфатические сосуды,
  • нервные окончания — рецепторы.

В дерме находится большое число гладкомышечных волокон, а также переплетённые волокна белков — коллагена и эластина. Благодаря этому кожа человека пластична и упруга.

 

В дерме также расположены тысячи мельчайших кровеносных сосудов. Кровь, текущая по этим сосудам, снабжает кожу питательными веществами, кислородом и уносит продукты обмена. В случае повреждения кожи быстро образуется сгусток крови, покрывающий рану и защищающий организм от попадания в него инфекционных агентов.

 

 

 

В дерме расположены многочисленные нервные окончания — рецепторы, позволяющие ощущать прикосновения, температуру (холодовые рецепторы расположены ближе к поверхности кожи, тепловые находятся глубже), боль. Болевые раздражения воспринимаются свободными нервными окончаниями.

 

 

В собственно коже (дерме) на границе с подкожной клетчаткой располагаются потовые и сальные железы, которые своими выводными протоками открываются на поверхности кожи порами.

Потовые железы (у человека их около 3 млн.) представляют собой длинные неразветвлённые трубочки, начальный конец которых скручен в клубочек. Больше всего их на ладонях, в подмышечных и паховых складках, на подошвах ног. Потоотделение обеспечивает терморегуляцию и выведение продуктов обмена. Количество пота, выделяемого человеком, сильно колеблется, достигая в жаркие дни 3 л в сутки. По химическому составу пот близок к моче (содержит воду, хлорид натрия, мочевую кислоту, аммиак, мочевину). 

 

 

Сальные железы открываются своими протоками в волосяную сумку. Их секрет придает коже эластичность и смазывает волосы. Там, где нет волос, протоки сальных желез открываются на поверхность кожи.

 

Под дермой расположена подкожная жировая клетчатка (гиподерма). Толщина её различна на различных участках тела человека (наибольшей величины она достигант на бёдрах, животе и подошвах ног).

Подкожная жировая клетчатка состоит из рыхлой соединительной ткани и может содержать значительные жировые отложения (жир защищает организм от переохлаждения, и является резервным запасом на случай больших энергетических затрат).

 

Источники:

Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г./Под ред. Пасечника В.В. Биология. 8 класс.– М.: Просвещение

Любимова З.В., Маринова К.В. Биология. Человек и его здоровье. 8 класс – М.: Владос

Лернер Г.И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель

http://biouroki.ru/material/human/kozha.html

http://www.myshared.ru/slide/151606/

http://www.myshared.ru/slide/865629/

http://www.infoniac.ru/news/50-udivitel-nyh-faktov-o-vashei-kozhe.html

http://lasmed.ru/posts/210/

Prezentacii com Кожа Кожа человека Площадь кожи

Prezentacii. com Кожа

Кожа человека Площадь кожи у взрослого человека достигает 1, 5 — 2, 3 м², а масса кожного покрова — 15 % всей массы человека. Ко жа — наружный покров организма животного, защищающий тело от широкого спектра внешних воздействий, участвующий в дыхании, терморегуляции, обменных и многих других процессах. Кроме того, кожа представляет массивное рецепторное поле различных видов поверхностной чувствительности (боли, давления, температуры и т. д. ).

Кожа состоит из эпидермиса, дермы и подкожно-жировой клетчатки (гиподермы). Эпидермис включает в себя пять слоев эпидермальных клеток. Самый нижний слой — базальный — располагается на базальной мембране и представляет собой 1 ряд призматического эпителия. Сразу над ним лежит шиповатый слой (3 -8 рядов клеток с цитоплазматическими выростами), затем следует зернистый слой (1 -5 рядов уплощенных клеток), блестящий (2 -4 ряда безъядерных клеток, различим на ладонях и стопах) и роговой слой, состоящий из многослойного ороговевающего эпителия. Эпидермис также содержит меланин, который окрашивает кожу и вызывает эффект загара.

Дерма , или собственно кожа, представляет собой соединительную ткань и состоит из 2 -х слоев — сосочкового слоя, на котором располагаются многочисленные выросты, содержащие в себе петли капилляров и нервные окончания, и сетчатого слоя, содержащего кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, фолликулы волос, железы, а также эластические, коллагеновые и гладкомышечные волокна, придающие коже прочность и эластичность.

Подкожно-жировая клетчатка состоит из пучков соединительной ткани и жировых скоплений, пронизанных кровеносными сосудами и нервными волокнами. Физиологическая функция жировой ткани заключается в накоплении и хранении питательных веществ. Кроме того, она служит для терморегуляции и дополнительной защиты половых органов. Помимо самой кожи в организме имеются её анатомические производные — образования, которые получают развитие из кожи и её зачатков. Различные выделения желёз, расположенных в коже, также являются частью наружного покрова организма.

Функции кожи. Защитная : защищает организм от действия механических и химических факторов, ультрафиолетового излучения, проникновения микробов, потери и попадания воды извне Терморегуляторная : за счет излучения тепла и испарения пота участие в водно-солевом обмене : связано с потоотделением экскреторная : выведение с потом продуктов обмена, солей и лекарств депонирование крови : в сосудах кожи может находиться до 1 литра крови эндокринная и метаболическая : синтез и накопление витамина D, а также гормонов Рецепторная : благодаря наличию многочисленных нервных окончаний иммунная : захват, процессинг и транспорт антигенов с последующим развитием иммунной реакции

Различают: толстую кожу (на ладонях и подошвах) — образована толстым (400— 600 мкм) эпидермисом, нет волос и сальных желёз; тонкую кожу (на остальных частях тела) — состоит из тонкого (70 -140 мкм) эпидермиса; есть волосы и кожные железы.

Рубцы на коже человека

Поверхность кожи человека

Аллометрическое масштабирование толщины кожи, эластичности, вязкоупругости к массе для переноса микромедицинских устройств: от мышей, крыс, кроликов, свиней к людям

крысы, кролики, свиньи и люди. Затем мы подобрали гиперупругую модель Огдена и двухчленный ряд Прони к кривым нагрузки и силовой релаксации, чтобы получить эти свойства соответственно.

Подготовка кожной ткани для вдавливания

Кожу собирали у пяти видов: мыши (бок), крысы (бок), кролика (бок), свиньи (ухо) и человека (брюшная полость), охватывающих четыре порядка по массе: мышь ~ 30 г, крыса ~300 г, кролик ~3 кг, свинья ~30 кг и люди ~70 кг.Кроме того, сравнивали более крупных свиней весом около 130–150 кг (т. е. из экспериментов на животных и с коммерческой бойни). Это обеспечило сравнение между одними и теми же видами, но с двумя массами тела. Масса первых четырех видов была измерена непосредственно у животных (крупные свиньи были взяты непосредственно со скотобойни), а для кожи человека ex vivo были оценены по Walpole et al . 59 . Массу человека ( в естественных условиях ) собирали непосредственно у добровольцев.

Мыши (CD1, самки, возраст 10 ± 1 неделя), крысы (Вистар, самки, возраст 12 ± 1 неделя), кролики (новозеландские белые, самки, возраст 12 ± 2 недели) и мелкие свиньи (~20 кг) (крупная белая, самка, возраст 9 ± 1 неделя) были получены из Университета биологических ресурсов Квинсленда (Сент-Люсия, Квинсленд, Австралия). Выбранные участки кожи были на больших, однородных участках тела и избегали несущих вес областей с более толстой роговой оболочкой 41 . Ткань кожи с бока (мышь, крыса, кролик) или дорсального уха (свинья) вырезали для тестирования сразу после эвтаназии (мышь/крыса с камерой CO 2 , кролики и свиньи с передозировкой кетамина/ксилазина).Кожу ушей крупных свиней (крупная белая самка,  > 1 года) приобретали у Highchester Meats Ltd (Гленигл, Квинсленд, Австралия), причем кожу вырезали из дорсального ушного хряща без обработки после выбраковки, т. е. погружения в горячую воду. Кожа человека была получена из больницы принцессы Александрии (Херстон, Квинсленд, Австралия) от пациенток, перенесших абдоминопластику, в возрасте 36 ± 7,8 лет (среднее ± SD). Шерсть животных удаляли с помощью машинки для стрижки (набор для ухода за домашними животными, Wahl, Stirling IL, USA) с последующим бритьем лезвием бритвы (Xtreme3, Schick, Сент-Луис, Миссури, США).Скальпелем удаляли жир с кожи. Кожу добровольца in vivo (тыльная поверхность предплечья без видимых рубцов или дефектов) также сравнивали с кожей человека ex vivo (здоровые 3 мужчины и 2 женщины, возраст 24 ± 1,5 года, средняя масса тела 63 ± 7,6 кг).

Механические испытания кожи были завершены в течение трех часов после эвтаназии, за исключением кожи свиней и ex vivo кожи человека, для которых поставки не были доступны по запросу – испытания были завершены в течение 48 часов после получения образцов кожи.В этой ситуации образцы кожи вырезали с сохранением гидратации и жизнеспособности, аналогично Jee и Komvopoulos 37 , за исключением помещения нижней стороны кожи на среду для культивирования клеток (среда RPMI 1640, Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA, США). (не погруженный) с антибиотиками (ампициллин, Gibco, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA, USA) в холодильнике при 4 °C. Убедитесь, что поверхность сухая, чтобы избежать потенциальных изменений механических свойств эпидермиса 29,60 .Перед тестированием кожу возвращали к комнатной температуре.

Все работы с животными одобрены Комитетом по этике животных Университета Квинсленда (этический номер ANRFA/AIBN/473/15). Вся проводимая работа с людьми была одобрена Комитетом по этике исследований человека Квинслендского университета (этические номера 2008001342 и 2017000693). От всех участников было получено письменное информированное согласие. Все эксперименты проводились в соответствии с руководящими принципами и правилами Квинслендского университета.

Гистология

Пять отдельных образцов кожи каждого вида были взяты для измерения толщины кожи. Метод замороженных срезов был выбран вместо парафина из-за меньшего воздействия обработки и более быстрого времени обработки. Подкожный слой был удален во время вскрытия. Кожу разрезали до размера ~1 см 2 и погружали в 10% нейтральный забуференный формалин (NBF) (HT501128, Sigma Aldrich, Сент-Луис, штат Мичиган, США) в соответствии со стандартным гистологическим протоколом 59 сразу после сбора.Образцы заливали в формы (Peel-A-Way, Polysciences, Warrington PA, США) с секционной матрицей (Tissue-Tek OCT, Sakura Finetek, Alphen aan den Rijn, Нидерланды) и замораживали жидким азотом. Образцы закрепляли булавками во время фиксации и удерживали в вертикальном положении во время замораживания, чтобы обеспечить получение перпендикулярных срезов толщиной 14 мкм (Microm HM 560, Thermo Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США), и из каждого образца было взято не менее трех предметных стекол (в зависимости от качества полученные секции). Между каждым предметным стеклом (Superfrost Plus, Thermo Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США) отбрасывали образец толщиной не менее 350 мкм, чтобы собранные срезы не прилегали друг к другу.

Срезы были визуализированы с помощью конфокальной микроскопии (LSM 510 META, Zeiss, Оберкохен, Германия) с использованием объективов 10x и 20x и простого белого света для наблюдения за морфологией и слоями кожи. Лазер с длиной волны 800 нм использовался для определения присутствия коллагена на длине волны 430 нм, что указывает на приблизительный кожный слой 62 , если слои было трудно различить. Репрезентативные изображения показаны на дополнительном рисунке S7. Пять повторов каждого вида измеряли не менее 20 раз, до 100 раз на каждом слое кожи в зависимости от вида и качества образца (т.е. отсутствие складывания, скручивания и/или разрушения гистологических образцов) (Zen Black Edition 2009, Zeiss, Оберкохен, Германия). Расстояние было взято перпендикулярно поверхности SC и отстояло примерно в три раза от длины SC между каждым измерением, показанным на дополнительном рисунке S8. Светлопольная микроскопия с гематоксилином и эозином после окрашивания 61 также использовалась для идентификации отдельных слоев кожи (BX45, Olympus Corporation, Токио, Япония) при 4-кратном, 10-кратном и 40-кратном увеличении.Были отрегулированы яркость, контрастность и цветовой баланс (Photoshop CC, Adobe Systems Incorporated, Сан-Хосе, Калифорния, США).

Оборудование для вдавливания

Виды были разделены на тонкокожие и толстокожее. Для тонкой кожи (мыши и крысы) использовали Triboindenter (Hysitron TI900, Minneapolis MN, USA) с преобразователем MultiRange NanoProbe. Для оставшейся толстой кожи использовалась универсальная испытательная машина (Instron 5543, Norwood MA, USA) с тензодатчиком 5 N. Оба оборудования имеют скорость перекрывающихся отпечатков 100 мкм с -1 .Причина разделения связана с максимальным вертикальным смещением Triboindenter ~ 90   мкм, недостаточно глубоким для более толстой кожи. Во-вторых, для небольших смещений (например, до 50 мкм) данные Instron содержали относительно высокий уровень шума. Для этих углублений использовали трибоиндентер.

Полидиметилсилоксан (ПДМС) в качестве манипуляционного слоя для вдавливания

Слой ПДМС использовался в качестве манипуляционного слоя для закрепления обшивки и для защиты тензодатчика в случае превышения заданного смещения.Подложка из ПДМС была изготовлена ​​с использованием набора силиконовых эластомеров Sylgard 184 (Dow Corning, Midland MI, USA), смешанного с поставляемым отвердителем в соотношении 20:1. Вакуумная камера удаляла пузырьки воздуха из смеси. Смесь заливали в круглую форму до толщины 7–10 мм и выдерживали в печи при 60°С в течение двух часов.

Наконечники для вдавливания

Использовались изготовленные на заказ алюминиевые плоские цилиндрические наконечники с радиусами 0,180, 0,315, 1,000 и 3,150 мм. Эти размеры радиуса дали площадь контакта на один порядок больше, чем предыдущие (за исключением 0.18 мм наконечник, который был самым маленьким, который мы изготовили), чтобы обеспечить ряд показаний и экстраполяцию свойств материала за пределами испытанных шкал до субклеточной шкалы 28 . Размеры наконечника были выбраны на основе Wayes et al. ., которые указали подходящий диапазон размера наконечника для вдавливания от 0 до 100% толщины образца, поскольку размеры наконечника, значительно превышающие толщину кожи, изменяют эксперимент на модель сжатия плоской пластины. 63 . Меньшие размеры наконечника в диапазоне микрометров более тесно связаны с типичными размерами устройств с микроиглами и более соответствуют им.

Шероховатость поверхности

Зазор между кожей и тканью из-за шероховатости поверхности может повлиять на механический анализ, однако, чтобы свести к минимуму этот эффект, избегали области борозды кожи и корней волос. Амплитуды шероховатости кожи, показанные в литературе, были меньше, чем наши глубины отпечатков (например, мыши R и (среднее арифметическое) ~7,8 64 , человек R µ (среднее значение) ~22–30 65 ).

Процедура вдавливания

Схема, иллюстрирующая метод, показана на дополнительном рисунке S9. Кожу помещали на влажное бумажное полотенце, смоченное 1x фосфатно-солевым буфером (PBS) во время эксперимента для предотвращения обезвоживания 37 . Кожу мышей и крыс (с 1 слоем бумажных полотенец PBS) помещали на держатель образцов Triboindenter. Кожу кролика, свиньи и человека прикрепляли по краям вместе бумажным полотенцем 1x PBS к операционному слою PDMS с помощью игл для подкожных инъекций (до исходных размеров до иссечения, чтобы имитировать условия in vivo ) для стадии Instron.Из области вдавливания исключены области вблизи границ образца и штифтов. Кожу мышей и крыс не закалывали в связи с дряблостью кожи животных и ограниченным рабочим пространством в трибоиндентере. Был проведен эксперимент с массовым балансом (дополнительная таблица S9), чтобы убедиться, что кожа не переувлажнена за счет пассивной капиллярной диффузии или осмоса. Во время эксперимента in vivo с кожей человека добровольцы положили руки на платформу Intron.

Глубина вдавливания была установлена ​​примерно на 10 % от толщины материала 66,67 , чтобы исключить потенциальное влияние подложки, сохраняя при этом возможность измерения влияния полной толщины корки.Тесты, проведенные с использованием Instron, включали предварительную нагрузку ~ 1 мН, чтобы обеспечить полный контакт кончика и поверхности кожи до начала рампы нагрузки, аналогично автоматическому обнаружению контакта Triboindenter. Рампа нагрузки составляла 0,01 мм с -1 и повторялась со скоростью 0,1 мм с -1 . Это не было предварительным кондиционированием материала, а величина предварительной нагрузки была минимальной, показываемой датчиком нагрузки без учета колебаний окружающей среды. За этим последовала задержка с фиксированным перемещением в течение 10   с и разгрузочная рампа с той же скоростью.Мы удвоили время удержания записи (т.е. точки данных) для in vivo человеческой кожи, чтобы обеспечить лучшее соответствие кривой из-за небольших движений тела, обнаруженных во время измерения (рис. 3(b)). Увеличение частоты дискретизации позволило сократить продолжительность записи/релаксации. Качество посадки ( R 2 ) также использовался в качестве индикатора для определения минимально необходимой продолжительности без достижения полностью расслабленного плато. определить коэффициенты Прони; силовое расслабление может длиться менее одной секунды 68 .Каждое условие повторялось пять раз для каждого размера кончика и скорости вдавливания, с пятью повторениями для каждого вида, чтобы обеспечить надежность данных, учитывающую естественные вариации биологических образцов.

Анализ данных

Выводы для ряда Прони и подгонки кривой Огдена взяты из Crichton et al . и Лин и др. . 33,69 Данные о силе, смещении и времени получены при вдавливании. Двухчленная кривая ряда Прони была приспособлена к данным сила-время участка захвата во время вдавливания в соответствии с Wu и др. .{-\frac{t}{{\tau}_{2}}})$$

(2)

где \({g}_{1}\), \({g}_{2}\) — величины релаксации, \({\tau }_{1}\), \({\tau } _{2}\) — постоянные времени, \(t=\frac{{x}_{max}}{v}\), где \({x}_{max}\) — максимальное смещение вдавливания и \ (v\) — скорость вдавливания. Уравнение 2 дает значение от 0 до 1, которое используется для получения приведенного модуля упругости путем умножения мгновенного модуля упругости на \(G(t)\). Реплики, которые не совпадали с кодом для фильтрации окружающих вибраций, отбрасывались.

Гиперупругая модель Огдена в уравнении 3 использовалась для подгонки кривых сила-перемещение, ранее продемонстрированных Лин и др. . 69 за пределами определения малых деформаций, применяется для нелинейных характеристик напряжения-деформации вмятин в мягких материалах (хотя это и не критично, в нашем диапазоне мы вдавливаем приблизительно до 10% толщины корки). Авторы также считают модель Огдена наиболее подходящей для биологических тканей 71 . В частности, мы подогнали модель к кривой нагрузки вместо кривой разгрузки для обычного углубления 66 , эффективно характеризуя свойства материала в момент нагрузки на кожу, таким же образом, как микромасштабное медицинское устройство, накладываемое на кожу. кожа.{\альфа -1}]$$

(3)

где \(P\) — нагрузка, \({E}_{0}\) — модуль упругости, \(a\) — радиус контакта наконечника, \(\alpha \) — параметр подгонки, \(\nu \) — коэффициент Пуассона, а \(\varepsilon \) — деформация (мгновенная глубина вдавливания/толщина корки) для больших деформаций, применимых к данному исследованию 69 .

Matlab 2015a и 2016a (MathWorks, Natick MA) использовались для автоматизации обработки данных. Кривые Огдена и Прони аппроксимировались с использованием функции nlinfit.До 10% первоначальных данных силы-смещения было исключено из исходной точки, чтобы избежать подгонки по шуму/движению ( in vivo ) с относительно низкими силами, фоновым шумом и переходными артефактами.

Статистический анализ и построение графика

Уравнения степенного закона толщины кожи были определены с использованием инструмента подбора кривой Matlab (2016a, MathWorks, Natick MA). Prism (GraphPad Inc., La Jolla CA) заключалась в следующем: (а) Построение всех графиков. (b) Статистическая значимость данных об отступах и толщине между видами с использованием обычного одностороннего множественного сравнения ANOVA (тест множественных сравнений Тьюки).Уровни статистической значимости, показанные на рисунках и в таблицах: ns (P > 0,05), *(P ≤ 0,05), **(P ≤ 0,01), ***(P ≤ 0,001), ****(P ≤ 0,0001) . Указано стандартное отклонение, если не указано иное. (c) Уравнения степенного закона модуля упругости были определены с использованием инструмента нелинейной регрессии (логарифмическая логарифмическая линия).

Кривые мощности были приспособлены к центральному тренду каждого вида для получения аллометрического масштабирования для толщины кожи, модуля упругости и радиуса кончика индентора из Таблиц 3 и 5:

$$\mathrm{log}\,y=\,\mathrm{log}\,a+b\,\mathrm{log}\,x$$

(5)

как в степенной, так и в логарифмической формах, причем последняя напоминает линейное алгебраическое уравнение \(y=mx+c\) для логарифмических графиков, показанных на рисунках 1(f) и 3(e,f).

Аналитическая модель

Чтобы выяснить, можно ли в первую очередь определить эластичность как функцию толщины слоя кожи, кожа была смоделирована как три сбалансированные идеальные пружины, соединенные последовательно, без эффектов массы, демпфирования или вязкоупругости, представляющих каждый из слоев кожи и изолировать систему на упругие компоненты. Вязкоупругость можно было бы применить позже, используя коэффициенты Прони, поскольку они, по-видимому, не зависят от шкалы 33 ; включения в модель демпфирующих элементов, но это усложняет расчет и отклоняет модель от ее целевого назначения.Система с тремя пружинами была сравнима с работой Pailler-Mattei и др. ., которые количественно определили свои тканевые слои, такие как дерма, гиподерма и мышцы, для исследования вдавливания 26 . Исходя из базового отношения силы пружины к смещению по закону Гука:

Предполагалась постоянная площадь контакта по всей коже, равная площади контакта наконечника, т.{n} \frac{1}{{k}_{i}}}]$$

(7)

Для трехслойной модели составной структуры, определяемой слоями SC, VE и D, это выглядит следующим образом:

$$F=[\frac{1}{\frac{1}{{k}_{SC}}+ \frac{1}{{k}_{VE}}+\frac{1}{{k}_{D}}}]x$$

(8)

где \(x\) — смещение наконечника, а \({k}_{layer}\) — жесткость каждого слоя как осевая жесткость по отношению к упругости:

$${k}_{ слой}=\frac{{E}_{слой}A}{{t}_{слой}}$$

(9)

С \(A\) аппроксимировано как площадь поверхности наконечника и \({t}_{layer}\) как измеренная толщина слоя кожи и \({E}_{layer}\) как модули упругости SC, VE и D кожи мышей, полученные от мышей Crichton et al . 33 подобрано с использованием степенного закона (параметры в дополнительной таблице S8). Здесь использовались данные слоя кожи мыши, поскольку мы предположили, что кожа разных видов имеет общие свойства материала.{2}\) для плоского цилиндрического наконечника и \(\varepsilon \) — максимальная деформация.Модификатор площади учитывал зависимости от масштаба интерфейса наконечника, наблюдаемые в биологических тканях.

Схематическая диаграмма упрощенной модели кожи показана на дополнительном рисунке S11.

Анатомия кожи (эпидермиса) | Блог HealthEngine

 


Знакомство с кожей

Кожа человека считается самым большим органом тела.Площадь поверхности кожи у среднего взрослого человека составляет 1,8 м 2 и составляет 16% от общей массы тела. Толщина кожи варьируется по всему телу. Это зависит от того, насколько мы используем эту область. Например, из-за того, что мы используем ноги для ходьбы, она наиболее толстая на подошвах наших ног. Мы используем наши руки для выполнения многих повседневных задач, таких как сбор вещей и письмо, поэтому они также толстые на наших ладонях.
Кожа – многофункциональный орган.Он разделен на два основных слоя: дерму и эпидермис . На изображении показано микроскопическое поперечное сечение кожи человека.


Что делает кожа?

Терморегуляция

Кожа помогает нам поддерживать температуру тела. Когда нам жарко, на поверхности кожи происходит вазодилатация (расширение кровеносных сосудов). Это охлаждает нас, позволяя большему количеству тепла уйти. Когда нам холодно, возникает сужение (сужение кровеносных сосудов). Это позволяет меньшему количеству тепла уходить, помогая сохранять тепло.

Метаболизм

Когда нам жарко или мы тренируемся, потовые железы в нашей коже выделяют воду, соли и белки. Попадая на поверхность кожи, пот испаряется в воздух. Это охлаждает кожу и помогает нам контролировать температуру тела.

Сенсация

Существует множество нервных окончаний и рецепторов, которые воспринимают изменения в коже. Это позволяет нам ощущать предметы быта, чувствовать боль, отличать горячее от холодного, а также ощущать давление.

Защита

Поскольку кожа покрывает все наше тело и представляет собой непрерывный слой, она действует как барьер и защищает организм от травм и инфекций.Он также защищает от солнечного света и радиации и предотвращает высыхание.

Синтез витамина D

Под воздействием солнечных лучей кожа вырабатывает витамин D3. Это необходимо для построения крепких костей правильной формы.


Эпидермис

Эпидермис — самый наружный слой кожи. Этот слой состоит из множества особых клеток, в том числе кератиноцитов и меланоцитов. Кератиноциты — это клетки, которые вырабатывают особый жир, придающий коже водоотталкивающие свойства.Меланоциты производят меланин, который является пигментом, придающим нам цвет нашей кожи. Этот слой постоянно сбрасывается и заменяется каждые 15–30 дней.
Эпидермис подразделяется на 5 слоев.

Роговой слой

Внешний слой эпидермиса. Есть много клеток, которые плотно упакованы вместе, что позволяет коже быть прочной и водонепроницаемой. Этот слой важен для предотвращения проникновения посторонних предметов, таких как жуки и бактерии.

Светящийся слой

Этот слой содержит несколько прозрачных и плоских мертвых клеток.Это жесткий слой, который находится в утолщенной коже, в том числе на ладонях и подошвах ног.

Зернистый слой

Зернистый слой состоит из 3-4 слоев клеток. Здесь образуется кератин — бесцветный белок, важный для прочности кожи.

Шиповатый слой

Этот слой содержит ячейки, которые меняют форму со столбчатой ​​на многоугольную. Кератин также производится здесь.

Базальный слой

Этот слой является самым глубоким слоем эпидермиса, в котором многие клетки активны и делятся.Базальный слой отделен от следующего слоя — дермы — базальной мембраной, состоящей из коллагена и белков.


Дерма

Дерма — второй основной слой кожи. Это толстый слой, состоящий из прочных соединительных тканей. Далее он делится на два уровня: верхний состоит из рыхлой соединительной ткани, называемой папиллярной областью, а нижний слой состоит из более плотно упакованной ткани, называемой ретикулярным слоем.Дерма состоит из матрицы коллагена, эластина и сети капилляров и нервов. Коллаген придает коже прочность, эластин поддерживает ее эластичность, а капиллярная сеть обеспечивает питательными веществами различные слои кожи. Дерма также содержит ряд специализированных клеток и структур.
К ним относятся: волосяные фолликулы, потовые железы, сальные железы (вырабатывают кожное сало, которое смазывает кожу и волосы) и ногти.
Он также играет важную роль в контроле температуры нашей кожи и действует как подушка против механических повреждений.При повреждении дерма заживает за счет образования грануляционной ткани (ткани, богатой новыми кровеносными сосудами и множеством различных клеток). Эта ткань помогает стянуть края пореза или раны вместе. Нашему организму требуется от 3 дней до 3 недель, чтобы сформировать эту ткань.

Дополнительная информация

Для получения информации о том, как сохранить кожу здоровой и красивой, включая информацию о питании, курении и косметике, см. раздел Красота и здоровье .

Каталожные номера

  1. Росс М.Х., Кэй Г.И., Паулина В. Гистология: текст и атлас (4-е издание). США: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 2003.
  2. Саладин К.С. Анатомия и физиология: единство формы и функции (3-е издание). США: Макгроу Хилл; 2004.
  3. Кумар П., Кларк М. Клиническая медицина (5-е издание). Соединенное Королевство: В. Б. Сондерс; 2002.
  4. Revis DR, Seagle MB. Анатомия кожи [онлайн]. электронная медицина; 2006 [по состоянию на 7 марта 2006 г.].Доступно по адресу: [URL-ссылка]
  5. Мур К.Л., Далли А.Ф. Клинически ориентированная анатомия (4-е издание). Канада: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; 1999.
  6. Кумар В., Аббас А.К., Фаусто Н., Роббинс С.Л., Котран Р.С. Роббинс и Котран, патологическая основа болезни (7-е издание). Китай: Эльсивер Сондерс; 2005.

Весь контент и средства массовой информации в блоге HealthEngine создаются и публикуются в Интернете только в информационных целях.Он не предназначен для замены профессиональной медицинской консультации, и на него нельзя полагаться как на медицинский или личный совет. Всегда обращайтесь за советом к своему врачу или другому квалифицированному медицинскому работнику по любым вопросам, которые могут у вас возникнуть относительно вашего здоровья или состояния здоровья. Никогда не пренебрегайте советом медицинского работника и не откладывайте его поиск из-за того, что вы прочитали что-то на этом веб-сайте. Если вы считаете, что у вас может возникнуть неотложная медицинская помощь, позвоните своему врачу, обратитесь в отделение неотложной помощи ближайшей больницы или немедленно позвоните в службу неотложной помощи.

Различия сегментов тела в площади поверхности, температуре кожи и трехмерном смещении и оценка теплового баланса во время передвижения у гомининов

Abstract

Традиционный метод оценки теплового баланса при передвижении человека и других гоминидов рассматривает тело как недифференцированную массу. Это проблематично, потому что сегменты тела различаются по нескольким параметрам, которые могут влиять на терморегуляцию.Здесь мы сообщаем об исследовании, в котором изучалось влияние на тепловой баланс во время передвижения межсегментных различий по трем из этих переменных: площади поверхности, температуре кожи и скорости движения. Подход, принятый в исследовании, заключался в том, чтобы получить оценки теплового баланса с помощью обычного метода, а затем сравнить их с оценками теплового баланса, полученными с помощью метода, который учитывает межсегментные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения. Мы пришли к выводу, что если гипотеза о том, что межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс во время передвижения, верна, оценки, полученные двумя методами, должны быть статистически значимо разными.Антропометрические данные были собраны у семи взрослых мужчин-добровольцев. Затем добровольцы шли по беговой дорожке со скоростью 1,2 м/с, а 3D-камеры захвата движения записывали их движения. Далее с помощью общепринятого и сегментарного методов оценивали тепловой баланс добровольцев при ходьбе при четырех температурах окружающей среды. Наконец, оценки, полученные двумя методами, сравнивались с парным t-тестом. Оценки теплового баланса при локомоции, полученные двумя методами, существенно различаются.Результаты, полученные с помощью сегментированного метода, значительно ниже, чем полученные с помощью обычного метода. Соответственно, исследование поддерживает гипотезу о том, что межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс во время передвижения. Это имеет важное значение не только для современного понимания теплового баланса во время передвижения гомининов, но и для того, как следует подходить к будущим исследованиям по этой теме.

Образец цитирования: Кросс А., Коллард М., Нельсон А. (2008) Различия сегментов тела в площади поверхности, температуре кожи и трехмерном смещении и оценка теплового баланса во время передвижения у гомининов.ПЛОС ОДИН 3(6): е2464. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0002464

Редактор: Майкл Петралья, Кембриджский университет, Соединенное Королевство

Получено: 10 марта 2008 г.; Принято: 13 мая 2008 г.; Опубликовано: 18 июня 2008 г.

Авторское право: © 2008 Cross et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания оригинального автора и источника.

Финансирование: Это исследование финансировалось SSHRC-CGS # 766-2004-0723, SSHRC-CGS # 767-2006-1902, Программой научных кафедр Канады, Канадским фондом инноваций, Фондом развития знаний Британской Колумбии, и Университет Саймона Фрейзера. Финансирующие органы не принимали участия в исследовании или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Тепловой баланс является ключевой переменной в оценке локомоторной энергетики человека и других гоминидов [1]–[10].Тепловой баланс, измеряемый в ваттах, представляет собой разницу между производством тепла и его потерями. Таким образом, это показатель того, насколько человек близок к тепловому равновесию при данной температуре окружающей среды. Положительное значение теплового баланса означает, что человек производит и/или поглощает больше тепла, чем может рассеять, а отрицательное значение означает, что он теряет больше тепла, чем может произвести.

Традиционный метод оценки теплового баланса живого человека во время передвижения включает три этапа.Во-первых, регистрируются вес, рост, скорость ходьбы/бега и средняя температура кожи человека во время ходьбы или бега, а также температура окружающей среды. Затем решаются следующие уравнения для теплопродукции и теплоотдачи [1]–[4]: (1) (2) (3) (4) Члены w и v в уравнении 1 представляют собой вес человека в кг и скорость в метрах в секунду соответственно. Термин a в уравнении 1 является константой, относящейся к производству тепла в результате обмена веществ и работы.Обычно и принимают равными 2 для ходьбы и 4 для бега [11]. Термин Ta в уравнении 2 представляет собой температуру окружающей среды в градусах Цельсия. Термин Tsk в уравнениях 2 и 3 представляет собой среднюю температуру кожи в градусах Цельсия в Ta . Член b в уравнениях 2 и 4 представляет собой квадратный корень скорости воздушного потока над кожей в метрах в секунду. Последнее обычно принимают равным v на том основании, что движущееся тело создает свой собственный ветер.Термин SA в трех уравнениях представляет собой общую площадь поверхности кожи в квадратных сантиметрах. Это значение обычно оценивается по росту и весу человека с помощью уравнения регрессии, представленного Дюбуа и Дюбуа [12]. Согласно этим авторам, площадь поверхности определяется следующим уравнением: (5) где h — рост в сантиметрах, а w — вес в килограммах. Термин Tr в уравнении 3 представляет собой температуру излучения. Обычно его принимают равным Ta (т.грамм. 2). Термины Psk и Па в уравнении 4 представляют собой давление насыщенного водяного пара при температуре кожи и давление водяного пара в окружающем воздухе соответственно. Член 8.3 в уравнении 2 представляет собой коэффициент теплопередачи, как и член 5.2 в уравнении 3. Член 124 в уравнении 4 также является коэффициентом теплопередачи. Наконец, значение теплового баланса для человека рассчитывается путем суммирования оценок конвективных и лучистых потерь тепла, а затем вычитания полученного значения из оценки теплопродукции.Методы оценки теплового баланса при локомоции вымерших гоминин действуют аналогичным образом [5]–[10]. Основное отличие состоит в том, что оценочные значения используются для всех переменных.

Как свидетельствуют недавние работы, традиционный метод оценки индивидуального теплового баланса во время передвижения способен дать важные сведения [1]–[10]. Тем не менее, есть причины скептически относиться к полученным оценкам. Наиболее важным из них является то, как он относится к телу.Пять из восьми переменных, включенных в уравнения для теплопродукции и теплоотдачи — вес, скорость, средняя температура кожи, общая площадь поверхности кожи и скорость воздушного потока над кожей — относятся к индивидууму, чей тепловой баланс оценивается; другие переменные — температура окружающей среды, давление насыщенного водяного пара при температуре кожи и давление водяного пара в окружающем воздухе — относятся к окружающей среде. Вес, скорость, средняя температура кожи и общая площадь поверхности кожи относятся к телу в целом.Скорость воздушного потока над кожей также является переменной для всего тела. Учитывая, что скорость воздушного потока считается такой же, как скорость ходьбы или бега человека, подразумевается, что он действует одинаково на все части тела. Таким образом, традиционный метод эффективно рассматривает тело как недифференцированную массу. Работать с телом таким образом проблематично, потому что сегменты тела различаются по нескольким параметрам, которые могут влиять на терморегуляцию. К ним относятся площадь поверхности, температура кожи, скорость движения, мышечная масса, толщина жировой ткани, реакция потовых желез на повышение внутренней температуры тела и воздействие перепадов температуры окружающей среды по высоте над землей [7], [13].Влияние игнорирования межсегментных различий, вероятно, будет особенно велико при сравнении ранних и поздних гоминидов, поскольку пропорции тела заметно меняются в ходе эволюции человека [14]–[15]. Меньшие, но тем не менее значимые различия в пропорциях тела были зарегистрированы среди региональных популяций живых людей [16]. Следовательно, влияние игнорирования межсегментных различий, вероятно, также будет заметно при сравнении живых людей из разных регионов мира.

В этой статье мы сообщаем об исследовании, в котором изучалось влияние на тепловой баланс во время передвижения межсегментарных различий по трем переменным: площади поверхности, температуре кожи и скорости движения. Подход, принятый в исследовании, заключался в том, чтобы получить оценки теплового баланса с помощью обычного метода, а затем сравнить эти оценки с оценками теплового баланса, полученными с помощью метода, который учитывает межсегментные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения (далее , «сегментный метод»).Обоснование такого плана действий заключалось в том, что, если гипотеза о том, что межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс во время передвижения, верна, оценки, полученные традиционным методом и сегментарным методом, должны быть статистически достоверными. значительно отличается.

В исследовании тепловой баланс рассчитывался как разница между теплопродукцией и суммой конвективных и лучистых теплопотерь. Потери тепла при испарении не учитывались, поскольку в лаборатории не было оборудования для измерения давления насыщенного водяного пара при температуре кожи или давления водяного пара в окружающем воздухе, а данные о потерях тепла при испарении того типа, который необходим для использования в сегментированном методе, не могли быть получены из литература.Помимо того, что уравнение для потерь тепла при испарении не использовалось, традиционный метод был реализован, как описано ранее. Сегментированный метод был разработан специально для данного исследования. Он отличается от обычного метода тем, что рассматривает тело как совокупность цилиндров (рис. 1), различающихся не только размерами, но и движениями при передвижении. Создание оценки теплового баланса с помощью сегментированного метода включает пять шагов. Во-первых, у человека записывается ряд антропометрических переменных всего тела и конкретных сегментов.Затем, с целью оценки скорости ветра для конкретного сегмента, движения человека во время ходьбы или бега на беговой дорожке записываются с помощью оборудования для трехмерного (3D) захвата движения. После этого оцениваются площади поверхности и скорости смещения отдельных сегментов тела. Площадь поверхности сегмента рассчитывается по его длине и среднему значению его проксимальной, средней и дистальной окружностей с использованием формулы для определения площади поверхности цилиндра. Скорость смещения сегмента рассчитывается на основе данных 3D-движения и равна векторной сумме расстояния, которое сегмент перемещает в плоскостях X, Y и Z в ходе цикла, деленного на продолжительность цикла (в секунды).Цикл ограничивается двумя последовательными ударами пятки доминирующей ногой. Затем эти данные объединяются со скоростью ходьбы, температурой окружающей среды и температурой кожи в конкретных сегментах, чтобы решить уравнение для производства тепла, описанное в предыдущем разделе (уравнение 1), и следующие уравнения для конвективных потерь тепла и потерь лучистого тепла: (6) (7) где Ta – температура окружающей среды в градусах Цельсия; Tr – лучистая температура; STsk – удельная температура кожи сегмента в градусах Цельсия в Ta ; c – удельная скорость перемещения сегмента, м/с; SSA — площадь поверхности сегмента в квадратных сантиметрах; и 8.3 и 5.2 — коэффициенты теплоотдачи. Последним шагом сегментированного метода является суммирование оценок конвективных теплопотерь и лучистых теплопотерь, а затем вычитание полученного значения из оценки теплопродукции. Полученное значение является тепловым балансом человека.

Рис. 1. Модель человеческого тела, используемая в сегментированном методе.

Числовые значения представляют собой средний процент общей площади поверхности тела, представленной различными сегментами тела, на основе выборки, использованной в исследовании, представленном здесь.Каждый сегмент моделируется в виде цилиндра. HNT  =  голова, шея и туловище.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0002464.g001

Methods

В исследовании приняли участие семь студентов из Университета Западного Онтарио в Лондоне, Онтарио. Студенты были мужчинами в возрасте от 23 до 26 лет. Шесть добровольцев были евроканадцами. Оставшийся доброволец родился в Восточной Африке. Ни один из добровольцев не занимался спортом на регулярной основе, но все они сообщили, что находятся в хорошей физической форме.Совет по этике Университета Западного Онтарио одобрил исследование (отзыв № 11120E), и добровольцы дали письменное информированное согласие.

Сначала у семи добровольцев было зарегистрировано 45 антропометрических показателей. Регистрируемыми переменными были рост, вес и длина, а также верхняя, средняя и нижняя окружности головы и шеи, туловища, предплечий, предплечий, рук, бедер, голеней и ступней. Измерения были определены в соответствии с Gordon et al. [17]. Рост и вес измерялись антропометром и стандартными аналоговыми весами соответственно.Длину и окружность сегментов тела измеряли стальной рулеткой. Рост и другие линейные размеры регистрировались в сантиметрах; вес записывается в килограммах. AC собирал антропометрические данные.

Затем движения добровольцев записывались в 3D, когда они шли по беговой дорожке со светоотражающими маркерами. Устройство захвата движения размещено в Центре технологий виртуальной среды Национального исследовательского совета, который является частью Института интегрированных производственных технологий, расположенного в Лондоне, Онтарио.Температура окружающей среды в лаборатории составляла 22°С. Все добровольцы ходили по беговой дорожке босиком, одетые в облегающую рубашку и велосипедные шорты. Беговая дорожка была стандартной моделью фитнес-индустрии. Маркеры располагали на проксимальных и дистальных границах сегментов тела добровольцев. Там, где два сегмента сочленяются друг с другом, один маркер использовался для проксимальной границы одного сегмента и дистальной границы другого (например, локтевой маркер использовался как для дистальной части плеча, так и для проксимальной части нижней части руки).Маркеры крепились разными способами. Маркеры для грудины и конечностей были прикреплены непосредственно к коже с помощью двустороннего скотча, а маркеры для талии и бедер были прикреплены к изготовленному на заказ эластичному ремню. Маркер головы был прикреплен к облегающей шляпе. Оборудование для 3D-записи состояло из восьми камер Falcon HR240 и компьютера с интегрированной системой сбора данных движения (MIDAS), на котором работала программа EVaRT 4.3. Две камеры располагались с каждой стороны комнаты на высоте ∼3 м от пола. Перед размещением маркеров добровольцам давали две минуты, чтобы привыкнуть к ходьбе на беговой дорожке.После того, как маркеры были на месте, их попросили пройти еще пять минут, чтобы привыкнуть к ношению маркеров. Затем их попросили идти со скоростью 1,2 м/с. Им разрешалось ходить в течение двух минут до начала записи данных, чтобы убедиться, что они приобрели нормальную походку. Запись данных продолжалась в течение трех циклов. Частота субдискретизации была установлена ​​на уровне 60 Гц, 480 строк. Все данные регистрировались в режиме реального времени, были откалиброваны в миллиметрах и имеют точность до 0,8 мм. Данные захвата движения записывались только один раз для каждого человека.AC также собрал данные захвата движения.

Данные трехмерного захвата движения для одного добровольца (V5) оказались непригодными для использования из-за технических проблем. Следовательно, этот человек был исключен из выборки.

Затем у каждого из оставшихся добровольцев оценивали тепловой баланс при ходьбе традиционным и сегментарным методами. Два метода оценки теплового баланса были реализованы, как описано в последнем абзаце введения.Все оценки рассчитывались так, как если бы люди были голыми. Четыре оценки были получены с помощью обычного метода. Первый был рассчитан при температуре окружающей среды ( Ta ), установленной на 20°C, а второй – на Ta , установленной на 25°C. Третья оценка была рассчитана для Ta при температуре 30°C, а четвертая – для Ta при 35°C. В соответствии с ранее опубликованными исследованиями (например, 2), значения 90 320 Tr 90 321 были приняты равными значениям для 90 320 Ta 90 321, а скорость (90 320 v 90 321) была установлена ​​на скорость ходьбы, 1.2 м/с. Также в соответствии с ранее опубликованными исследованиями константа, относящаяся к выработке тепла в результате обмена веществ и работы при ходьбе ( a ), была принята равной 2, а квадратный корень из потока воздуха над кожей в метрах в секунду ( b ) предполагалось таким же, как v . Поскольку в лаборатории не было оборудования для измерения температуры кожи, средняя температура кожи ( Tsk ) для каждого Ta была получена из значений, представленных Houdas и Ring [18].Чтобы свести к минимуму неточность, использовалось средневзвешенное значение Tsk . Каждый сегмент Tsk был взвешен в соответствии с процентной долей общей площади поверхности, которую он представляет (рис. 1), а затем было рассчитано среднее значение значений сегмента Tsk . Четыре оценки также были получены с помощью сегментированного метода с использованием тех же значений Ta , которые использовались для получения оценок традиционным методом. Опять же, во всех четырех расчетах Tr предполагалось равным Ta , а ( a ) было установлено равным 2.Общее смещение сегмента рассчитывали путем усреднения векторных сумм трехмерных смещений маркеров проксимального и дистального сегментов за три цикла. Скорость смещения каждого сегмента ( c ) вычисляли путем деления среднего общего смещения сегмента за цикл (в метрах) на продолжительность этого цикла (в секундах) при ходьбе со скоростью 1,2 м/с. И снова температура кожи сегмента ( STsk ) была получена из значений температуры кожи для конкретного сегмента, представленных Houdas и Ring [18].Суммарные конвективные теплопотери тела и суммарные лучистые теплопотери тела оценивались путем суммирования значений удельных теплопотерь по сегментам.

Наконец, оценки теплового баланса, полученные с помощью обычного метода и сегментированного метода, были статистически сопоставлены с парными t-критериями (p = 0,05). Повторим, ожидалось, что, если гипотеза верна и межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс, оценки теплового баланса, полученные с помощью обычного и сегментированного методов, должны статистически значимо отличаться.Этот анализ был выполнен с помощью SPSS 11 для Mac OS X.

Результаты

В таблице 1 представлены оценки общей площади поверхности, полученные традиционным методом и методом сегментации. Оценка средней общей площади поверхности, полученная с помощью традиционной модели, составляет 19 834 см 2 . Оценка средней общей площади поверхности, полученная сегментным методом, составляет 19 344 см 2 . Парный t-критерий оценок общей площади поверхности, полученных двумя методами, показывает, что они существенно не различаются (p = 0.74).

В таблице 2 представлены предполагаемые площади поверхности сегментов, на которые делится тело при сегментированном методе. Как и предполагалось, площади поверхности отдельных сегментов тела значительно различаются. Кроме того, существует заметная межиндивидуальная вариация в шкале различий между сегментами. У одного человека (V4) площадь поверхности наибольшего сегмента (туловища) в 23 раза больше, чем наименьшего сегмента (шеи). У других особей различия между наибольшей и наименьшей площадями поверхности сегментов меньше, но все же значительны, причем наибольшая площадь поверхности в 13–14 раз больше, чем наименьшая площадь поверхности.Также очевидно, что существуют индивидуальные различия в относительном размере сегментов. У всех шести человек шея имеет наименьшую площадь поверхности, а руки имеют следующую наименьшую площадь поверхности. Относительные размеры ступней, плеч и туловища также одинаковы для всей выборки. У всех шести особей ступни являются пятым по величине сегментом, плечи — шестым, а туловище — девятым. Однако относительные размеры предплечий, бедер и голеней у разных людей различаются.Например, у субъекта V2 нижние части рук занимают четвертое место, голени — седьмое, а верхние части ног — восьмое, тогда как у субъекта V3 нижние руки, голени и верхние части ног занимают третье, восьмое и седьмое места соответственно. Таким образом, расчетные площади поверхности, специфичные для сегментов, подтверждают мнение о том, что сегменты тела заметно различаются по параметрам, которые могут влиять на терморегуляцию.

Данные захвата движения показывают, что каждый сегмент тела следует определенному шаблону смещения во время обычной ходьбы (рис. 2).Следовательно, каждый сегмент пересекает разное количество пространства за цикл и обладает разной скоростью перемещения (табл. 3). Когда сегменты ранжируются в соответствии с их величиной смещения за цикл, сегменты верхней конечности проходят наибольшее пространство. При нормальной ходьбе сегменты верхней конечности совершают качание как вперед, так и назад, в то время как сегменты нижней конечности совершают только качание вперед, за которым следует стационарная фаза, когда тело поворачивается над ступней, соприкасаясь с субстратом.В результате нижняя часть рук проходит на 25 % больше пространства, чем туловище, со скоростью, на 50 % превышающей скорость ходьбы, а кисти проходят на 46,5 % больше пространства, чем туловище, со скоростью, на 93 % превышающей скорость ходьбы. Каждый человек размахивал одной рукой больше, чем другой, с двусторонними различиями в смещении рук в диапазоне от 4% до 29%. Двусторонние различия смещения не видны в нижней конечности. Интересно, что асимметрия махов руками не коррелирует с леворукостью. Индивидуальные различия в паттернах смещения были ограничены в сегментах головы, шеи и туловища, а также в сегментах нижних конечностей, но были отмечены в сегментах верхних конечностей, особенно нижних конечностей и кистей.Учитывая, что можно ожидать, что дополнительное раскачивание верхних конечностей приведет к большему воздействию ветра на сегменты верхних конечностей в каждом цикле ходьбы, данные захвата движения также подтверждают представление о том, что сегменты тела заметно различаются по параметрам, влияющим на терморегуляцию. и возражают против использования единого значения скорости ветра.

В таблице 4 представлены средние оценки конвективных и лучистых тепловых потерь для 14 сегментов тела (объединенные значения для левой и правой сторон), когда температура окружающей среды была установлена ​​на уровне 20°C, 25°C, 30°C и 35°C вместе. с процентом общих тепловых потерь, рассеиваемых каждым сегментом.Как и ожидалось, потери тепла между сегментами значительно различаются. Например, при температуре 20°C на сегмент головы/шеи/туловища приходится почти 60% конвективных и лучистых потерь тепла. Ноги рассеивают примерно 25% произведенного тепла, а руки рассеивают только около 18%.

В таблице 5 приведены средние площади поверхности, скорость смещения, температуры кожи и значения тепловых потерь для различных сегментов тела при четырех температурах окружающей среды. Из этих рисунков видно, что скорость смещения влияет на оценки теплового баланса, полученные сегментным методом.Это иллюстрирует сравнение теплоотдачи кистей и предплечий при 35°С. При температуре 35 °C руки вносят почти такой же вклад в общую потерю тепла, как и предплечья (1,32 Вт против 1,57 Вт), хотя их площадь поверхности составляет 62% от площади поверхности предплечий, а температура их кожи составляет всего 0,1°. С выше, чем у предплечий. Цифры, представленные в таблице 5, также показывают, что площадь поверхности влияет на оценки теплового баланса, полученные сегментным методом. Например, при температуре окружающего воздуха 20 °C вклад верхней части ноги в общую потерю тепла на 59 % больше, чем в нижнюю часть руки, даже несмотря на то, что они имеют сопоставимую температуру поверхности кожи (27.9 Вт и 27,7 Вт соответственно), а нижняя часть руки движется на 21% больше за цикл, чем верхняя часть ноги. Таким образом, в данном случае площадь поверхности явно оказывает большее влияние на потери тепла, чем скорость смещения сегмента. Наконец, цифры, представленные в таблице 5, показывают, что температура кожи влияет на оценки теплового баланса, полученные с помощью сегментированного метода. В частности, чем ближе температура кожи сегмента к температуре окружающей среды, тем меньше вклад сегмента в общую потерю тепла, независимо от того, насколько велика его площадь поверхности или смещение.И наоборот, чем больше разница между температурой сегмента кожи и температурой окружающей среды, тем сильнее влияние смещения. Рука иллюстрирует это. При температуре окружающей среды 25°C температура кожи руки всего на 0,4°C выше температуры окружающей среды и потери менее 1 Вт. Напротив, при температуре окружающей среды 20°C температура кожи руки на 4°C выше температуры окружающей среды и теряется почти 6 Вт. Таким образом, оценки теплового баланса, полученные сегментным методом, являются следствием взаимодействия удельных площадей поверхности сегментов, температур поверхности и скоростей смещения.

Расчеты теплопродукции, тепловых потерь и теплового баланса, полученные традиционным и сегментным методами, приведены в таблицах 6, 7, 8, 9. Методы дают сходные общие закономерности в отношении влияния температуры окружающего воздуха на тепловой баланс. Между четырьмя наборами оценок теплового баланса, полученными с помощью обычного метода, или между четырьмя наборами оценок, полученными с помощью сегментированного метода, нет перекрытия. В каждом случае все оценки теплового баланса, полученные при температуре окружающей среды 20°C, ниже, чем оценки, полученные при установке температуры окружающей среды 25°C, а все последние ниже, чем оценки теплового баланса, полученные при установке температуры окружающей среды на 25°C. температура окружающей среды была установлена ​​на уровне 30°C.Аналогично, все оценки теплового баланса, полученные при температуре окружающей среды 30°C, ниже оценок, полученных при установке температуры окружающей среды 35°C. Кроме того, оба метода показывают, что для используемого образца оптимальная температура для ходьбы составляет от 20°C до 25°C. Оба метода дали отрицательные оценки теплового баланса при 20°C и положительные оценки теплового баланса при 25°C, 30°C и 35°C. Кроме того, оба метода показывают, что радиационная и конвективная теплоотдача неэффективны для отвода тепла при температуре окружающей среды 35°C.Когда температура Ta была установлена ​​на 35°C, согласно традиционному методу средние потери тепла составляли приблизительно 8% производства тепла, в то время как сегментированный метод предполагал, что оно равнялось приблизительно 9% производства тепла.

В то время как эти два метода дают схожие общие закономерности в отношении влияния температуры окружающей среды на тепловой баланс, оценки теплового баланса, полученные с помощью сегментированного метода, постоянно ниже, чем оценки, полученные с помощью обычного метода.При температуре окружающей среды 20 °C средняя сегментированная оценка была на 20,63 Вт ниже, чем средняя общепринятая оценка (-63,97 Вт против -43,34 Вт). При температуре окружающей среды 25°C среднее сегментированное значение было на 13,08 Вт ниже, чем среднее общепринятое значение (13,84 Вт против 26,92 Вт). При температуре окружающей среды 30 °C средняя сегментированная оценка была на 15,63 Вт ниже, чем средняя общепринятая оценка (74,54 Вт против 90,17 Вт). При температуре окружающей среды 35°C средняя сегментированная оценка равнялась 1.На 66 Вт ниже, чем средняя общепринятая оценка (171,79 Вт против 173,45 Вт). Согласно парным t-тестам, все различия между оценками, полученными двумя методами, очень значимы (p = 0,000). Таким образом, сегментный метод дает значительно более низкие оценки теплового баланса при ходьбе, чем традиционный метод при температуре окружающей среды от 20°С до 35°С.

Обсуждение

Результаты сравнения оценок теплового баланса, полученных традиционным и сегментарным методами, согласуются с предсказаниями гипотезы о том, что межсегментные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс во время передвижения.Потенциально это имеет важное значение для исследований теплового баланса во время передвижения у живых людей и вымерших гоминидов. Излишне говорить, однако, что для этого результаты, о которых идет речь, должны быть надежными.

На сегодняшний день мы определили или привлекли наше внимание к четырем аспектам нашего исследования, которые потенциально могут повлиять на надежность его результатов. Во-первых, это небольшой размер выборки. Хотя мы хотели бы включить в исследование больше людей, выборка не является необычно маленькой по сравнению с теми, которые использовались в исследованиях, послуживших толчком для нашего исследования.Например, уравнение регрессии, которое используется для оценки площади поверхности в традиционном методе, было получено на выборке из восьми человек [12]. Тем не менее, возможно, что результаты анализов были бы другими при большей выборке. Чтобы оценить эту возможность, мы сравнили средний рост и вес наших добровольцев с данными, зарегистрированными Gordon et al. [17] на выборке из 1774 мужчин-военнослужащих армии США. Мы также сравнили среднюю общую площадь поверхности двух образцов, определенную методом сегментации.Средний рост наших шести добровольцев составлял 179,85 см (SD = 10,92). Их средний вес составил 78,92 кг (SD = 7,11). Средняя общая площадь поверхности наших добровольцев составила 19 344 см 2 (SD = 1892). Образец Gordon et al. [17] имел средний рост 175,58 см (SD = 6,68), средний вес 78,49 кг (SD = 11,10) и среднюю общую площадь поверхности 19 809 см 2 . Близкое сходство между средними значениями роста, веса и общей площади поверхности двух выборок позволяет предположить, что наша выборка является разумным представлением изменчивости среди мужчин, живущих в Северной Америке.

Вторым аспектом нашего исследования, который может повлиять на надежность его результатов, является использование опубликованных данных о температуре кожи. Хотя расчетные значения нередко используются в исследованиях теплового баланса (например, 1–2), использование опубликованных данных, несомненно, снижает точность наших результатов. Тем не менее, нет никаких оснований полагать, что прямое измерение температуры кожи, специфичной для сегмента, повлияло бы на наш главный вывод: традиционный метод дает значительно более высокие оценки теплового баланса, чем сегментированный метод.Это связано с тем, что одни и те же значения температуры кожи использовались как в традиционном, так и в сегментированном методе. Включение непосредственно измеренных значений температуры кожи могло повлиять на различия в тепловом балансе между людьми, но маловероятно, что это устранило бы разницу между двумя наборами оценок теплового баланса.

Третьим аспектом нашего исследования, который может повлиять на надежность его результатов, является игнорирование потерь тепла при испарении.Повторим еще раз: мы не оценивали потери тепла при испарении, поскольку в лаборатории не было оборудования для измерения давления насыщенного водяного пара при температуре кожи или давления водяного пара в окружающем воздухе, а также данных о потерях тепла при испарении, необходимых для использования в сегментированном методе. нельзя было получить из литературы. Опять же, нет оснований полагать, что включение потерь тепла при испарении устранило бы разницу между двумя наборами оценок. Недавно Buono [19] показал, что сегменты человеческого тела существенно различаются по реакции потовых желез на изменения центральной температуры тела во время физической нагрузки.Например, количество активных потовых желез на предплечье увеличилось примерно на 600 % при повышении центральной температуры тела с 37,4°C до 38,3°C, в то время как в том же температурном диапазоне количество активных потовых желез на спине увеличилось менее чем на 100%. Это говорит о том, что сегменты человеческого тела, вероятно, различаются по потерям тепла при испарении. На наш взгляд, маловероятно, чтобы факторизация другой переменной, которая различается между сегментами, привела бы к уменьшению разницы между результатами, полученными традиционным и сегментированным методами.Скорее, вполне вероятно, что учет потерь тепла при испарении привел бы к еще большей разнице между оценками теплового баланса, полученными двумя методами.

Четвертый аспект нашего исследования, который потенциально может повлиять на достоверность его результатов, — это использование цилиндров для представления всех сегментов тела в сегментированном методе. Интуитивно кажется вероятным, что было бы лучше смоделировать некоторые сегменты тела в виде усеченных конусов (усеченных конусов), а не в виде цилиндров, и что наша неспособность сделать это могла способствовать тому, что сегментированный метод дал значительно более низкие оценки теплового баланса, чем обычный метод.Чтобы оценить эту возможность, мы пересчитали оценки общей площади поверхности и конвективных потерь тепла при 30°C для одного из добровольцев, V1, используя формулу площади поверхности усеченного конуса для расчета площадей поверхности сегментов, которые обычно ближе по форме к усеченным конусам, чем к цилиндрам (плечи, предплечья, бедра и ступни), и формула площади поверхности цилиндра для расчета площадей поверхности остальных сегментов. Оценка площади поверхности, полученная при моделировании плеч, предплечий, бедер и ступней в виде усеченных, равнялась 6.3 см 2 меньше, чем оценка площади поверхности, полученная при моделировании цилиндров. Это соответствует разнице всего в 0,03%. Оценки конвективных потерь тепла также оказались очень близкими. Когда предплечья, предплечья, бедра и ступни V1 были смоделированы в виде усеченных конусов, его конвективные потери тепла при 30 ° C оценивались как 0,05 Вт или на 0,06% ниже, чем когда эти сегменты были смоделированы в виде цилиндров. Учитывая, что разница между двумя наборами оценок для V1 незначительна и что оценка конвективных тепловых потерь, полученная при моделировании плеч, предплечий, бедер и ступней в виде усеченных, на 90 320 ниже на 90 321, чем оценка, полученная при моделировании моделируются в виде цилиндров, маловероятно, что значительная разница между оценками теплового баланса, полученными с помощью обычного и сегментированного методов, является артефактом использования цилиндров для представления всех сегментов тела в сегментированном методе.

Получается, что результаты исследования надежны. Нет никаких оснований полагать, что разница между оценками теплового баланса, полученными традиционным и сегментарным методами, была бы устранена, если бы использовалась более крупная выборка или если бы непосредственно измерялась температура кожи. Нет также оснований полагать, что различие между оценками теплового баланса, полученными традиционным и сегментарным методами, было бы устранено, если бы учитывались потери тепла при испарении или если бы сегменты тела моделировались как комбинация усеченных конусов. и цилиндры, а не просто набор цилиндров.Соответственно, кажется разумным заключить, что различия между сегментами в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения действительно влияют на тепловой баланс в широком диапазоне температур окружающей среды, с которыми сталкиваются живущие люди и вымершие гоминиды.

Подтверждение исследования гипотезы о том, что межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс, ставит под сомнение результаты, полученные с помощью обычного метода оценки теплового баланса во время передвижения в предыдущих исследованиях (например,грамм. 1–10). В частности, поскольку оценки теплового баланса, полученные сегментным методом, значительно ниже, чем оценки теплового баланса, полученные традиционным методом, вполне вероятно, что тепловой баланс во время передвижения неоднократно переоценивался. Соответственно, необходимы исследования, в которых гипотезы, проверенные традиционным методом, перепроверяются сегментарным методом оценки теплового баланса при локомоции. Учитывая, что влияние игнорирования межсегментных различий, вероятно, будет особенно заметным при сравнении ранних и поздних видов гоминидов или людей из разных регионов мира, пересмотр выводов исследований, в которых проводились такие сравнения (например,грамм. 4, 7) следует уделять особое внимание. Подтверждение исследованием гипотезы о том, что межсегментарные различия в площади поверхности, температуре кожи и скорости движения влияют на тепловой баланс, также предполагает, что любая новая гипотеза, касающаяся теплового баланса во время передвижения у гомининов, должна быть проверена с самого начала с помощью сегментного метода. а не обычным методом. Наконец, как мы отмечали ранее, площадь поверхности, температура кожи и скорость движения — это только три из переменных, которые различаются в разных частях человеческого тела и могут влиять на терморегуляцию.Другие переменные, которые попадают в эту категорию, включают мышечную массу, толщину жировой ткани, реакцию потовых желез на повышение внутренней температуры и воздействие перепадов температуры окружающей среды по высоте над землей. Результаты исследования предполагают, что влияние межсегментных различий в этих дополнительных переменных на тепловой баланс также следует изучить.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить следующих людей за их помощь на различных этапах этого проекта: Патрика Бошена, Бриггса Бьюкенена, Николь Коллард, Яна Колхауна, Робина Кромптона, Миру Кросс, Ману Дембо, Патрисию Крамер, Томаса Дженкин, Стива Круитхоф, Билла. Леонард, Лусеадра Маккеррахер, Найл Мюррей, Майкл Петралья, Сьюзан Пфайффер, Майкл Спенс, Джей Сток, Джан Васкотто, Сандра Уиллер, Лана Уильямс и Элли Уизерс.Мы также хотели бы поблагодарить Fit For Life в Лондоне, Онтарио, за предоставление беговой дорожки, использованной в исследовании.

Авторские взносы

Задумал и спроектировал эксперименты: AC. Выполняли эксперименты: AC. Проанализированы данные: AC MC AN. Предоставленные реагенты/материалы/инструменты анализа: AC. Написал статью: AC MC AN.

Каталожные номера

  1. 1. Нильсен Б. (1996) Олимпиада в Атланте: борьба с физикой. Медицинские научные спортивные упражнения 28: 665–668.
  2. 2.Деннис С.К., Ноукс Т.Д. (1999) Преимущества меньшей массы тела человека при беге на длинные дистанции в теплых и влажных условиях. Eur J Appl Physiol 79: 280–284.
  3. 3. Марино Ф.Е., Мбамбо З., Кортекаас Э., Уилсон Г., Ламберт М.И. и др. (2000) Преимущества меньшей массы тела при беге в теплой и влажной среде. Eur J Physiol 441: 359–367.
  4. 4. Марино Ф.Э., Ламберт М.И., Ноукс Т.Д. (2004) Превосходные результаты африканских бегунов в теплых и влажных, но не в прохладных условиях окружающей среды.J Appl Physiol 96: 124–130.
  5. 5. Wheeler PE (1991) Терморегуляторные преимущества двуногих гоминидов в экваториальной среде: вклад повышенной конвективной потери тепла и кожного испарительного охлаждения. J Hum Evol 21: 107–115.
  6. 6. Wheeler PE (1991) Влияние прямохождения на энергетический и водный баланс ранних гоминидов. J Hum Evol 21: 117–136.
  7. 7. Wheeler PE (1993) Влияние роста и формы тела на энергетический и водный баланс гоминидов; сравнение телосложения австралопитеков и ранних человек .J Hum Evol 24: 13–28.
  8. 8. Чаплин Г., Яблонски Н.Г., Кейбл Н.Т. (1994) Физиология, терморегуляция и прямохождение. J Hum Evol 27: 497–510.
  9. 9. Wheeler PE (1994) Время поиска пищи двуногими и четвероногими гоминидами в открытой экваториальной среде (ответ Chaplin, Jablonski & Cable 1994). J Hum Evol 27: 511–517.
  10. 10. Wheeler PE (1994) Терморегуляторные преимущества накопления тепла и поведения в тени для гоминидов, добывающих пищу в среде экваториальной саванны.J Hum Evol 26: 339–350.
  11. 11. Ардиго Л.П., Сайбене Ф., Минетти А.Е. (2003) Оптимальное передвижение по уклонам: ходьба, бег или езда на велосипеде? Eur J Appl Physiol 90: 365–371.
  12. 12. Du Bois, Du Bois EF (1916) Формула для оценки приблизительной площади поверхности, если известны рост и вес. Arch Internal Med 17: 863–871.
  13. 13. Андерсон Г.С. (1999) Морфология человека и терморегуляция. Int J Biometeorol 43: 99–109.
  14. 14.McHenry HM, Coffing K (1999) Australopithecus от до Homo : трансформации тела и разума. Анну Рев Антропополь 29: 125–146.
  15. 15. Вуд Б.А., Коллард М. (1999) Человеческий род. Наука 284: 65–71.
  16. 16. Робертс Д.Ф. (1978) Климат и человеческая изменчивость. 2-е изд. Менло Парк: издательство Каммингс.
  17. 17. Гордон С.С., Черчилль Т., Клаузер С., Брэдтмиллер Б., МакКонвилл Дж.Т. и др. (1989) 1988 Антропометрический обзор У.Личный состав армии С.: Промежуточный отчет сводной статистики. Anthropology Research Project, Inc., Массачусетс.
  18. 18. Houdas, Ring EFJ (1982) Температура человеческого тела: ее измерение и регулирование. Нью-Йорк: Пленум Пресс.
  19. 19. Buono MJ (2000) Модели рекрутирования потовых желез конечностей и туловища во время физических упражнений у людей. J Therm Biol 25: 263–266.

Топография поверхности и механика контакта сухой и влажной кожи человека

Спектр мощности шероховатости поверхности кожи

Аналогично [6] измеренные профили высоты z = h ( x ) были использованы для расчета спектра мощности шероховатости поверхности, определенного по [8,9]:

(1)

, где x = ( x , y ) — координата в плоскости, <... > обозначает среднее значение по ансамблю, q = ( q x , q y ) представляет собой двумерный волновой вектор с компонентой длины волны конкретного косинуса = шероховатость поверхности 2π/ q и ориентация (в плоскости x y ), определяемая направлением q . C ( q ) зависит только от | q | для поверхностей со статистически изотропной шероховатостью.

На рис. 4 показаны спектры мощности, полученные по топографическим данным АСМ, рис. 3, в зависимости от волнового вектора (шкала log 10 – log 10 ). Красная и синяя линии рассчитаны с использованием данных топографии поверхности на рис. 10 в [3] для сухой и влажной кожи соответственно. Зеленые линии на рисунке 4 рассчитаны для влажной кожи с учетом данных АСМ.

Рисунок 4: Спектры мощности в зависимости от волнового вектора (шкала log 10 – log 10 ) по топографическим данным АСМ (зеленые линии). Красные линии — для сухой кожи, синие — для влажной (рассчитано без АСМ-измерений).

Рисунок 4: Спектры мощности в зависимости от волнового вектора (шкала log 10 –log 10 ), основанные на топографических данных АСМ…

На рисунке 5 показаны спектры мощности в более широком диапазоне волновых векторов, включая результаты интерферометрии белого света [6] и измерения АСМ на рисунке 4.Штриховая линия, обозначенная b , представляет собой спектры мощности, использованные в расчетах, представленных ниже на рисунке 9), и соответствуют самоаффинной фрактальной поверхности с фрактальной размерностью D f = 3 – H = 2.14 в области АСМ общая площадь поверхности A tot = 1,3 A 0 (где A 0 — номинальная или проекционная площадь поверхности) и среднеквадратичное значение наклона 0,9. Наименьший волновой вектор шероховатости поверхности равен q 0 = 10 3 м −1 , а наибольший (отсекающий) волновой вектор равен q 1 = 10 10 10 2 120 90 90Штриховая линия, обозначенная a , использовалась в исследовании, представленном в [6], и соответствует поверхности с общей площадью поверхности A tot = 2,7 A 0 и среднеквадратичным наклоном 2,8. Оба спектра мощности соответствуют поверхностям со среднеквадратичной амплитудой шероховатости ок. 22 мкм.

Рисунок 5: Спектры мощности в зависимости от волнового вектора (шкала log 10 – log 10 ).Пунктирная линия, обозначенная b , представляет собой спектр мощности, использованный в расчетах, и соответствует поверхности с площадью поверхности A tot = 1,3 A 0 и среднеквадратичным наклоном 0,9.

Рисунок 5: Спектры мощности в зависимости от волнового вектора (шкала log 10 – log 10 ).Пунктирной линией обозначены b

Контактная механика сухой и влажной кожи

Модель обшивки, используемая в расчетах, представлена ​​на рисунке 6. Модуль упругости объемной обшивки равен E 1 = 20 кПа, а коэффициент Пуассона равен ν 1 = 0.5. Слой рогового слоя толщиной 20 мкм имеет модуль Юнга E 0 = 7 МПа во влажном состоянии и E 0 = 1 ГПа в сухом состоянии с коэффициентом Пуассона ν 0 = 0,5. Для сухой кожи необходимо учитывать пластическую деформацию из-за высокого контактного давления. В последующих расчетах пластический предел текучести (или проникающая твердость) кожи человека принимался равным σ Y = 50 МПа [10], что аналогично пределу текучести большинства полимеров, который составляет порядка 100 МПа.Отметим, что предел текучести оболочки составляет около 5 % от ее модуля Юнга, что характерно для многих материалов, например, для сухих целлюлозных волокон. Фактически, целлюлозные волокна обладают упругопластическими свойствами, очень похожими на роговой слой : оба сильно впитывают воду и набухают при смачивании, оба имеют модули упругости порядка 10 МПа во влажном состоянии и порядка 1 ГПа в сухом состоянии. состояние [11]. Набухание (и эластическое размягчение) кожи в воде происходит при заполнении водой множественных внутриклеточных цистерн в роговом слое [12].Приведенные выше упругопластические параметры согласуются с экспериментальными измерениями [3,10], но наблюдается большой разброс значений параметров в разных измерениях.

Рисунок 6: Модель кожи, используемая в расчетах.Модуль упругости объемной обшивки E 1 = 20 кПа, коэффициент Пуассона ν 1 = 0,5. Верхний слой толщиной 20 мкм ( stratum corneum ) имеет модуль Юнга E 0 = 7 МПа во влажном состоянии и E 0 = 1 ГПа в сухом состоянии с критерием Пуассона. отношение ν 0 = 0,5. Для сухой кожи принята твердость проникновения 50 МПа.

Рисунок 6: Модель кожи, используемая в расчетах.Модуль упругости объемной обшивки равен E 1 = 20 кПа…

Мы использовали теорию контактной механики Перссона для анализа контакта между кожей и плоской твердой контрповерхностью [6]. Вкратце, когда граница раздела изучается при увеличении ζ, при котором шероховатость поверхности с волновым вектором q > q 0 ζ не может быть обнаружена, наблюдаемая площадь поверхности определяется выражением [9,13]

(2)

, где erf( x ) — функция ошибок, а

(3)

, где σ 0 = p 0 — приложенное напряжение или давление.Линейная функция отклика M zz связывает (в пространстве волновых векторов) перемещение поверхности по нормали к поверхности с напряжением, действующим по нормали к поверхности: z ( q )/σ z ( q ). Для слоистого материала типа, показанного на рисунке 6, она определяется как , где и [14-16]

(4)

, где

Где G 0 = E 0 /2 (1 + ν 0 ) и G 1 = E 1 /2 (1 + ν 1 ) модули сдвига для твердого тела 0 и твердого тела 1 соответственно.

Во всех расчетах, представленных ниже, мы принимали давление сжатия F N / A 0 = p 0 = 6,83 кПа, что является средним номинальным контактным давлением в экспериментах, описанных в Рисунок 7. На рисунке 8 показана площадь контакта (в единицах номинальной площади контакта A 0 ) в зависимости от увеличения ζ самых высоких составляющих шероховатости, включенных в расчет (log 10 –log 10 масштаб ).Синие и красные кривые на рисунке 8 относятся к влажной и сухой коже соответственно. Сплошные и пунктирные синие кривые используют спектры поверхностной мощности, обозначенные b и a на рисунке 5 соответственно. Для сухой кожи пластическая текучесть происходит уже при малых значениях волнового вектора (соответствующих длинноволновой шероховатости), для которых два спектра мощности с данными АСМ и без них идентичны. По этой причине механика контакта с сухими поверхностями одинакова при использовании двух разных спектров мощности.Однако для влажной кожи спектр мощности приводит к гораздо меньшей площади контакта, чем спектр мощности . Причина в том, что среднеквадратический наклон ξ (определяемый в основном большой областью волнового вектора спектра мощности) поверхности в a значительно больше, чем в b , а площадь контакта примерно пропорциональна 1/ ξ.

Рисунок 7: Коэффициент трения кожи стеклянного шара ( R = 0.8 см) при скорости скольжения 0,8 см/с и нормальной нагрузке 0,5 Н при смачивании/высыхании. Взято из [3] с разрешения авторов.

Рисунок 7: Коэффициент трения о кожу стеклянного шарика ( R = 0,8 см) при скорости скольжения 0,8 см/с и…

Рисунок 8: Отношение площади контакта А к площади номинальной площади контакта А 0 в зависимости от увеличения нижней шкалы ζ, включенного в расчет по шкале 10 10 – лог 10 .Синие и красные кривые соответствуют влажной и сухой коже. Сплошные и пунктирные синие кривые используют спектры поверхностной мощности, обозначенные b (объединенные оптические данные и данные АСМ) и a (только оптические данные) на рисунке 5 соответственно. В расчетах используется модель кожи, показанная на рисунке 6. Давление сжатия принималось равным F N / A 0 = p 0 = 6,83 кПа.

Рисунок 8: Отношение площади контакта A к площади номинальной площади контакта A 0 в зависимости от низ…

Разрешение прибора, используемого для исследования поверхностей, определяет кажущуюся площадь контакта. Определение реальной площади контакта может быть достигнуто только с помощью прибора с атомарным разрешением, такого как АСМ. Измерения, основанные на стандартных методах микроскопии, таких как интерферометрия белого света, имеют разрешение, ограниченное длиной волны используемого света.Следовательно, области меньше некоторой части длины волны света будут казаться полностью контактирующими, и площадь контакта будет завышена. При максимальном увеличении с использованием спектров мощности b площадь контакта составляет A / A 0 = 2,15 × 10 −3 для влажной кожи и 1,37 × 10 −4 для сухой кожи. Для сухой кожи полная пластическая деформация происходит во всех областях контакта, так что A / A 0 = σ N Y = 1.37 × 10 −4 . Пластическая деформация начинается при q ≥ 10 5 м −1 , что соответствует длине волны λ ≤ 2π/ q ≈ 60 мкм. Значения коэффициентов трения μ ≈ 0,25 для сухой кожи и μ ≈ 1,4 для влажной кожи можно объяснить сдвиговыми напряжениями трения около 13 МПа для сухой поверхности и около 5 МПа для влажной поверхности. Эти значения очень близки к фрикционным напряжениям сдвига для скольжения по полимерам [17] или для многих тонких (ок.1 нм) замкнутые слои жидкости между твердыми поверхностями [18]. Они также аналогичны напряжениям трения трения в зоне контакта при скольжении протекторной резины по различным поверхностям [19], при которых при скоростях скольжения порядка см/с напряжение трения трения обычно составляет порядка 2–8 МПа.

Капиллярная адгезия

В этом разделе мы оцениваем различные факторы, определяющие трибологическое поведение влажной кожи, которое описано в [3], следуя линии, представленной в [6].Трение скольжения стеклянного шарика измеряли при скорости скольжения 0,8 см/с и нормальной нагрузке 0,5 Н (рис. 7). При t ≈ 30 с в дорожку скольжения добавлялась капля воды Δ V = 50 мкл. Это соответствует средней толщине водяной пленки на трассе порядка Δ V / LD ≈ 90 мкм, где L ≈ 8 см – длина хода, D ≈ 0,8 см – ширина номинальная) область контакта Герца. Однородная пленка воды толщиной Δ d = 90 мкм испаряется примерно за 500 с при комнатной температуре, относительной влажности 50 % и скорости испарения ≈ 1.7 × 10 −7 м/с (см. ниже). Именно столько времени необходимо, чтобы трение вернулось к значению сухого состояния (рис. 7). Резкое увеличение коэффициента трения, возникающее при испарении воды, рис. 7, может быть результатом увеличения площади реального контакта, возникающего из-за силы притяжения капиллярных перемычек. Мы можем учесть капиллярные перемычки приближенно, как это подробно описано в [20]. То есть вода размещается на границе между кожей и поверхностью стекла во всех областях, где расстояние меньше толщины слоя воды:

(5)

Отрицательное давление Лапласа в областях, покрытых водой, описывается как

(6)

где γ – поверхностное натяжение воды.Если Δ A — площадь поверхности, занятая капиллярными перемычками, то сила притяжения равна

. (7)

Площадь контакта и распределение межфазных зазоров определяются с помощью модели контактной механики Перссона с заменой внешнего давления p 0 на полное давление p = p 0 + p a , где p a = F a / A 0 .В этом приближении среднего поля сила от неравномерного распределения капиллярных перемычек заменяется однородным давлением или напряжением p a . Обратите внимание, что для расчета Δ A необходимо знать давление p = p 0 + p a . Поскольку p a зависит от Δ A [9], существует неявное уравнение для Δ A или p a , которое можно решить, т.е.г., по итерации.

Реальная площадь контакта в тысячных долях A 0 показана на рисунке 9 в зависимости от средней толщины водяной пленки d . Сплошные и пунктирные кривые используют спектры поверхностной мощности, обозначенные b и a на рисунке 5 соответственно. Обратите внимание, что поверхность с меньшим среднеквадратичным наклоном (соответствующая спектрам мощности 90 614 b 90 615 ) приводит к наибольшей площади контакта.Для d > 12 мкм вода покрывает всю поверхность раздела (состояние затопления). Мы приняли краевой угол 0° для воды на стекле и 80° для воды на коже. Увеличение площади контакта при средней толщине водяной пленки от 0 до примерно 10 мкм связано с образованием капиллярных перемычек. Поскольку площадь контакта мала по сравнению с номинальной площадью контакта, площадь реального контакта пропорциональна эффективной силе сжатия p 0 + p a .Следовательно, в точке, где площадь контакта максимальна, p a p 0 , т. е. капиллярное давление притяжения имеет ту же величину, что и (номинально) приложенное давление p 0 ≈ 7 кПа. Ширина (в секундах) пика трения, наблюдаемого на рисунке 7, соответствует изменению средней толщины водяной пленки (из-за испарения) на ок. 10 мкм, что прекрасно согласуется с шириной нашего предсказанного пика трения.

Рисунок 9: Площадь фактического контакта (в тысячных долях номинальной площади контакта, A 0 ) в зависимости от средней толщины водяной пленки d . Для d > 12 мкм вода заполняет всю поверхность раздела.Сплошные и пунктирные кривые используют спектры поверхностной мощности, обозначенные b и a на рисунке 5 соответственно. В расчетах мы использовали модель кожи, показанную на рисунке 6, и приняли угол контакта 0° для воды со стеклом и 80° для воды с кожей. Давление сжатия равно p 0 = F N / A 0 = 6,83 кПа.

Рисунок 9: Площадь фактического контакта (в тысячных долях номинальной площади контакта, A 0 ) в зависимости от сред…

Скорость испарения воды (изменение в единицу времени толщины пленки жидкости d ) определяется по эмпирической формуле [21]

(8)

, где p w – давление водяного пара при температуре воды (поверхности), p a – давление водяного пара в воздухе (которое является произведением относительной влажности и давление воды насыщения при температуре воздуха и давлении воздуха), а v скорость воздуха (на некотором расстоянии от поверхности воды) над поверхностью воды. Y — скрытая теплота испарения (для воды Y ≈ 2272 кДж/кг), а коэффициенты a и b равны ·с) и b = 7,8 × 10 −5 м 3 /кг соответственно. Если вода на коже имеет температуру, близкую к температуре тела, скажем, T = 35 °С, то p w = 5,6 кПа. Эксперименты проводились при комнатной температуре ( T = 20 °C) и относительной влажности 50%, что дало p a = 0.5 × 2,3 кПа = 1,15 кПа. Отсюда, поскольку v << 1 м/с, получаем ≈ 1,7 × 10 −7 м/с. Таким образом, требуется Δ t = Δ d / ≈ 60 с, чтобы толщина водяной пленки уменьшилась на Δ d ≈ 10 мкм, что согласно теории является диапазоном толщины пленки, в котором капиллярное притяжение между поверхностями эффективен. Это прекрасно согласуется с экспериментальными данными (см. рис. 7).

Мы приняли, что термодинамический краевой угол вода–кожа равен θ 1 ≈ 80°, а краевой угол вода–стекло θ 2 ≈ 0°.Таким образом, cosθ 1 + cosθ 2 ≈ 1 > 0, так что поверхность раздела является гидрофильной и могут образовываться привлекательные капиллярные мостики. Во втором эксперименте по трению Адамс и др. В работе [3] использовалась полипропиленовая сфера, и в этом случае увеличения трения при сушке не наблюдалось. Это согласуется с тем фактом, что контактный угол вода–полипропилен θ 2 ≈ 102°, так что cos θ 1 + cos θ 2 ≈ −0,03 < 0. Следовательно, поверхность раздела может быть слегка гидрофобной, что приводит к незначительному взаимодействию между противоположными телами во время сушки.Для более сильно гидрофобных интерфейсов, например кожи, контактирующей с тефлоном в воде, может произойти переход отсушивания, приводящий к сухой области контакта и эффективному притяжению между кожей и контрповерхностью [22].

Подтверждение in vivo индуцированных гидратацией изменений толщины, шероховатости кожи человека и взаимодействия с окружающей средой: Биоинтерфазы: Том 11, № 3

Кожа – наша защитная броня в повседневной жизни 1 1.S. Derler и L. C. Gerhardt, Tribol. лат. 45 , 1 (2012). https://doi.org/10.1007/s11249-011-9854-y и наш основной интерфейс с окружающей средой. Он имеет площадь около 2 м 2 и, таким образом, является самым большим органом в человеческом теле. Кожа человека представляет собой многослойную структуру, состоящую из эпидермиса , являющегося наружным слоем кожи, наиболее подверженным воздействию внешних факторов, дермы , отвечающей, в том числе , за эластичность и прочность кожи и подкожной клетчатки. , выступая в качестве дополнительной изоляции и механической защиты. 2–4 2. W. James, T. Berger, and D. Elston, Andrews’ Diseases of the Skin Clinical Дерматология , 10-е изд. ( Сондер Эльзевир, Филдельфия, 2006), Том. 12 .3. Дж. Г. Маркс и Дж. Дж. Миллер, Lookbill and Marks’ Principles of Дерматология ( Elsevier Health наук, Макати-Сити, Филиппины, 2013).4. Дж. Вельцель, К. Рейнхардт, Э. Ланкенау, К. Винтер и Х.Вольф, Бр. Дж. Дерматол. 150 , 220 (2004). https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2004.05810.x Одной из основных функций кожи является защита организма от внешних факторов, таких как механические повреждения, перепады температур и радиации, а также транспорт различных веществ. 5,6 5. Домбровска А.К., Ротару Г.М., Дерлер С., Спано Ф., Камензинд М., Аннахайм С., Штемпфли Р., Шмид М., Росси Р.М., Skin Res. Технол. 22 , 3 (2015).6. П. Кепке, М. Гесс, С. Бретл и М. Зеефельднер, доклад, представленный на конференции «Актуальные проблемы атмосферных исследований». Радиация (IRS 2008): Материалы Международного симпозиума по радиации (IRC/IAMAS), 2009 г. (неопубликовано). Барьерная функция кожи в основном обеспечивается роговым слоем («роговой слой», СК). 7–9 7. P.J. Caspers, G.W. Lucassen, H.A. Bruining, and G.J. Puppels, J. Raman Spectrosc. 31 , 813 (2000). https://дои.org/10.1002/1097-4555(200008/09)31:8/9<813::AID-JRS573>3.0.CO;2-78. П. М. Элиас, J. Invest. Дерматол. 80 , 44с (1983).9. F.D. Fleischli, S. Mathes, and C. Adlhart, Vib. Спектроск. 68 , 29 (2013). https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2013.05.003 Этот тонкий слой, достигающий толщины 15–20  мкм мкм на ладонной поверхности предплечья, является самым внешним из подслоев эпидермиса . 1,7 1. S. Derler, L. C. Gerhardt, Tribol.лат. 45 , 1 (2012). https://doi.org/10.1007/s11249-011-9854-y7. P.J.Caspers, G.W.Lucassen, H.A.Bruining, and G.J.Puppels, J. Raman Spectrosc. 31 , 813 (2000). https://doi.org/10.1002/1097-4555(200008/09)31:8/9<813::AID-JRS573>3.0.CO;2-7 Кератиноциты, составляющие около 85% эпидермиса , мигрируют по подслоям эпидермиса , постепенно трансформируясь в роговые клетки, меняя размеры, форму, состав и теряя ядра.SC состоит из безъядерных и плоских клеток, называемых корнеоцитами. 10,11 10. П. Эльснер, Текстиль и кожа ( Каргер, Базель, Швейцария, 2004 г.), Том. 31 , с. 24.11. Х. Бил, Int. Дж. Артиф. Орг. 25 , 163 (2002). В соответствии с моделью «кирпич и раствор» корнеоциты описываются как кирпичи, окруженные липидными бислоями в качестве строительного раствора. 8 8. П. М. Элиас, Дж. Инвест. Дерматол. 80 , 44с (1983). Уровень гидратации СК может варьироваться в зависимости от условий окружающей среды, поскольку корнеоциты могут поглощать воду до тех пор, пока уровень гидратации СК не придет в равновесие с окружающей средой. 12 12. C.L. Silva, D. Topgaard, V. Kocherbitov, J. Sousa, A.A. Pais, and E. Sparr, Biochim. Биофиз. Acta 1768 , 2647 (2007). https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2007.05.028 Уровень гидратации СК отвечает за физиологию и гомеостаз кожи. 13 13. JW Fluhr, P. Elsner, E. Berardesca, and HI Maibach, Биоинженерия кожи: вода и слой Corneum (CRC, Бока Ратон, Флорида, 2004). Примерами важности гидратации для функций и свойств кожи являются ее влияние на механическую прочность кожи, ее барьерные функции и регуляцию активности ферментов. 7,14–16 7. P.J. Caspers, G.W. Lucassen, H.A. Bruining, and G.J. Puppels, J. Raman Spectrosc. 31 , 813 (2000). https://doi.org/10.1002/1097-4555(200008/09)31:8/9<813::AID-JRS573>3.0.CO;2-714. Дж. Сато, М. Янаи, Т. Хирао и М. Денда, Arch. Дерматол. Рез. 292 , 412 (2000). https://doi.org/10.1007/s00403000014315. M. Egawa, T. Hirao и M. Takahashi, Acta Derm.-Venereol. 87 , 4 (2007). https://doi.org/10.2340/00015555-018316. Дж. М. Кроутер, А. Зиг, П. Бленкирон, К. Маркотт, П. Дж. Маттс, Р. Качвински и А.В. Роулингс, Бр. Дж. Дерматол. 159 , 567 (2008). https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2008.08703.x Как предположил Эгава, ежедневный распорядок дня может привести к видимым изменениям кожи. 17 17. M. Egawa and T. Kajikawa, Skin Res. Технол. 15 , 242 (2009). https://doi.org/10.1111/j.1600-0846.2009.00362.x Даже очень короткое воздействие воды, например, мытье рук в течение 2 мин, достаточно для увлажнения дизъюнкта SC , в то время как ванна может способствовать изменения в конъюнкте SC и, таким образом, влияние окружающей среды на свойства кожи являются важными факторами, которые необходимо учитывать при изучении взаимодействия кожи и материалов. 18,19 18. H. Loth, Int. Дж. Фарм. 68 , 1 (1991). https://doi.org/10.1016/0378-5173(91)-D19. Дж. Дж. О. Гарсия и К. Г. Тревиньо-Паласиос, доклад, представленный на Медицинской физике: Девятый мексиканский симпозиум по медицинской физике, 2006 (неопубликовано). Кроме того, сезонные изменения влажности являются важным фактором, влияющим на состояние кожи. 20 20. M. J. Wan, X. Y. Su, Y. Zheng, Z. J. Gong, J. L. Yi, Y. Zhao, X. M. Guan, and W. Lai, Int. Дж. Дерматол. 54 , 1319 (2015). https://doi.org/10.1111/ijd.12741

В этой статье мы представляем пилотное исследование, посвященное глобальным изменениям внешнего вида и свойств кожи человека, вызванным воздействием воды или влажных условий. Для изучения многогранной реакции кожи на воду мы исследовали уровень гидратации поверхностного рогового слоя (ПСК), являющегося поверхностью кожи, глубинные профили кожи до и после воздействия внешних источников воды, водопоглощение кожи. способности, толщину СК, реальную площадь контакта с гладким CaF 2 , шероховатость поверхности кожи и эволюцию размеров первичных линий.

Динамика микробиома эпидермиса человека после нарушения кожного барьера | Биология генома

  • Элерс С., Кауфманн С.Х. Инфекции, воспаления и хронические заболевания: последствия современного образа жизни. Тренды Иммунол. 2010, 31: 184-190. 10.1016/j.it.2010.02.003.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Розенталь М., Голдберг Д., Айелло А., Ларсон Э., Фоксман Б.: Микробиота кожи: структура микробного сообщества и ее потенциальная связь со здоровьем и болезнями.Заразить Генет Эвол. 2011, 11: 839-848. 10.1016/j.meegid.2011.03.022.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Blaser MJ, Falkow S: Каковы последствия исчезновения микробиоты человека? Nat Rev Microbiol. 2009, 7: 887-894. 10.1038/nrmicro2245.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Детлефсен Л., Фолл-Нгай М., Релман Д.А. Экологический и эволюционный взгляд на мутуализм человека и микробов и болезни.Природа. 2007, 449: 811-818. 10.1038/природа06245.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, Fraser-Liggett CM, Knight R, Gordon JI: Проект человеческого микробиома. Природа. 2007, 449: 804-810. 10.1038/природа06244.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Петерсон Дж., Гарджес С., Джованни М., Макиннес П., Ван Л., Шлосс Дж. А., Бонацци В., МакИвен Дж. Э., Веттерстранд К. А., Дил С., Бейкер К. С., Ди Франческо В., Хоукрофт Т. К., Карп Р. В., Лансфорд Р. Д., Wellington CR, Belachew T, Wright M, Giblin C, David H, Mills M, Salomon R, Mullins C, Akolkar B, Begg L, Davis C, Grandison L, Humble M, Khalsa J, Little AR, и др.: NIH Проект микробиома человека.Геном Res. 2009, 19: 2317-2323.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Консорциум THMP: основа для исследования микробиома человека. Природа. 2012, 486: 215-221. 10.1038/природа11209.

    Артикул Google ученый

  • Консорциум THMP: Структура, функции и разнообразие микробиома здорового человека. Природа. 2012, 486: 207-214. 10.1038/природа11234.

    Артикул Google ученый

  • Чо И., Блазер М.Дж.: Микробиом человека: на стыке здоровья и болезни. Нат Рев Жене. 2012, 13: 260-270.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Google ученый

  • Пинкус Х: Исследование эпидермиса полосковым методом. II. Биометрические данные о регенерации эпидермиса человека. Джей Инвест Дерматол.1952, 19: 431-447. 10.1038/jid.1952.119.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • de Koning HD, Kamsteeg M, Rodijk-Olthuis D, van Vlijmen-Willems IM, van Erp PE, Schalkwijk J, Zeeuwen PL: Эпидермальная экспрессия генов ответа хозяина на нарушение кожного барьера в нормальной коже и коже без псориаза и больных атопическим дерматитом. Джей Инвест Дерматол. 2011, 131: 263-266. 10.1038/jid.2010.278.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Грайс Э.А., Сегре Дж.А.: Микробиом кожи.Nat Rev Microbiol. 2011, 9: 244-253. 10.1038/nrmicro2537.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Kong HH: Микробиом кожи: основанное на геномике понимание разнообразия и роли микробов кожи. Тренды Мол Мед. 2011, 17: 320-328. 10.1016/ж.молмед.2011.01.013.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Shendure J, Ji H: секвенирование ДНК следующего поколения.Нац биотехнолог. 2008, 26: 1135-1145. 10.1038/nbt1486.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Костелло Э.К., Лаубер К.Л., Хамади М., Фиерер Н., Гордон Дж.И., Найт Р.: Изменение бактериального сообщества в средах обитания человека в пространстве и времени. Наука. 2009, 326: 1694-1697. 10.1126/научн.1177486.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Фиерер Н., Хамади М., Лаубер К.Л., Найт Р.: Влияние пола, рук и мытья рук на разнообразие бактерий на поверхности рук.Proc Natl Acad Sci USA. 2008, 105: 17994-17999. 10.1073/пнас.0807920105.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Gao Z, Tseng CH, Pei Z, Blaser MJ: Молекулярный анализ бактериальной биоты поверхностной кожи предплечья человека. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104: 2927-2932. 10.1073/пнас.0607077104.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Grice EA, Kong HH, Conlan S, Deming CB, Davis J, Young AC, Bouffard GG, Blakesley RW, Murray PR, Green ED, Turner ML, Segre JA: Топографическое и временное разнообразие микробиома кожи человека.Наука. 2009, 324: 1190-1192. 10.1126/научн.1171700.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Grice EA, Kong HH, Renaud G, Young AC, Bouffard GG, Blakesley RW, Wolfsberg TG, Turner ML, Segre JA: Профиль разнообразия микробиоты кожи человека. Геном Res. 2008, 18: 1043-1050. 10.1101/гр.075549.107.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Gallo RL, Nakatsuji T: Микробный симбиоз с системой врожденной иммунной защиты кожи.Джей Инвест Дерматол. 2011, 131: 1974-1980. 10.1038/jid.2011.182.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Ивасэ Т., Уэхара Й., Синдзи Х., Таджима А., Сео Х., Такада К., Агата Т., Мизуноэ Й.: Staphylococcus epidermidis Esp ингибирует образование биопленки Staphylococcus aureus и колонизацию носа. Природа. 2010, 465: 346-349. 10.1038/природа09074.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Lai Y, Di Nardo A, Nakatsuji T, Leichtle A, Yang Y, Cogen AL, Wu ZR, Hooper LV, Schmidt RR, von Aulock S, Radek KA, Huang CM, Ryan AF, Gallo RL: Комменсальные бактерии регулируют зависимое от Toll-подобного рецептора 3 воспаление после повреждения кожи.Нат Мед. 2009, 15: 1377-1382. 10.1038/нм.2062.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Wanke I, Steffen H, Christ C, Krismer B, Gotz F, Peschel A, Schaller M, Schittek B: Комменсалы кожи усиливают врожденный иммунный ответ на патогены путем активации различных сигнальных путей. Джей Инвест Дерматол. 2011, 131: 382-390. 10.1038/jid.2010.328.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Релман Д.А.: Микробная геномика и инфекционные заболевания.N Engl J Med. 2011, 365: 347-357. 10.1056/NEJMra1003071.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Арумугам М., Раес Дж., Пеллетье Э., Ле Паслье Д., Ямада Т., Менде Д.Р., Фернандес Г.Р., Тап Дж., Брюлс Т., Батто Дж.М., Берталан М., Борруэль Н., Казеллас Ф., Фернандес Л., Готье Л., Хансен Т., Хаттори М., Хаяси Т., Клееребезем М., Курокава К., Леклерк М., Левенес Ф., Маничан С., Нильсен Х.Б., Нильсен Т., Понс Н., Пулен Дж., Цинь Дж., Зихериц-Понтен Т., Тимс С. и др.: Энтеротипы микробиома кишечника человека.Природа. 2011, 473: 174-180. 10.1038/природа09944.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Bik EM, Long CD, Armitage GC, Loomer P, Emerson J, Mongodin EF, Nelson KE, Gill SR, Fraser-Liggett CM, Relman DA: Бактериальное разнообразие в ротовой полости 10 здоровых людей. ИСМЕ Дж. 2010, 4: 962-974. 10.1038/исмей.2010.30.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Hummelen R, Fernandes AD, Macklaim JM, Dickson RJ, Changalucha J, Gloor GB, Reid G: Глубокое секвенирование микробиоты влагалища женщин с ВИЧ.ПЛОС ОДИН. 2010, 5: e12078-10.1371/journal.pone.0012078.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Цинь Дж., Ли Р., Раес Дж., Арумугам М., Бургдорф К.С., Маничан С., Нильсен Т., Понс Н., Левенес Ф., Ямада Т., Менде Д.Р., Ли Дж., Сюй Дж., Ли С., Ли Д., Цао J, Wang B, Liang H, Zheng H, Xie Y, Tap J, Lepage P, Bertalan M, Batto JM, Hansen T, Le Paslier D, Linneberg A, Nielsen HB, Pelletier E, Renault P и др.: Человек каталог микробных генов кишечника, созданный с помощью метагеномного секвенирования.Природа. 2010, 464: 59-65. 10.1038/природа08821.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Антонопулос Д.А., Хьюз С.М., Моррисон Х.Г., Шмидт Т.М., Согин М.Л., Янг В.Б.: Воспроизводимая динамика сообщества желудочно-кишечной микробиоты после воздействия антибиотиков. Заразить иммун. 2009, 77: 2367-2375. 10.1128/ИАИ.01520-08.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Croswell A, Amir E, Teggatz P, Barman M, Salzman NH: Длительное воздействие антибиотиков на микробную экологию кишечника и восприимчивость к кишечной инфекции Salmonella.Заразить иммун. 2009, 77: 2741-2753. 10.1128/ИАИ.00006-09.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Детлефсен Л., Хаус С., Согин М.Л., Релман Д.А.: Проникающие эффекты антибиотика на микробиоту кишечника человека, выявленные с помощью глубокого секвенирования 16S рРНК. PLoS биол. 2008, 6: e280-10.1371/journal.pbio.0060280.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Muegge BD, Kuczynski J, Knights D, Clemente JC, Gonzalez A, Fontana L, Henrissat B, Knight R, Gordon JI: Диета способствует конвергенции функций кишечного микробиома в филогенезе млекопитающих и внутри человека.Наука. 2011, 332: 970-974. 10.1126/научн.1198719.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Уиллинг Б.П., Рассел С.Л., Финли Б.Б.: Смещение баланса: влияние антибиотиков на мутуализм между хозяином и микробиотой. Nat Rev Microbiol. 2011, 9: 233-243. 10.1038/nrmicro2536.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Клаессон М.Дж., Джеффри И.Б., Конде С., Пауэр С.Э., О’Коннор Э.М., Кьюсак С., Харрис Х.М., Коакли М., Лакшминараянан Б., О’Салливан О., Фицджеральд Г.Ф., Дин Дж., О’Коннор М., Харнеди Н., О’Коннор К., О’Махони Д., ван Синдерен Д., Уоллес М., Бреннан Л., Стэнтон С., Маркези Дж. Р., Фитцджеральд А. П., Шанахан Ф., Хилл С., Росс Р. П., О’Тул П. В.: состав микробиоты кишечника коррелирует с диета и здоровье в пожилом возрасте.Природа. 2012, 488: 178-184. 10.1038/природа11319.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Gao Z, Tseng CH, Strober BE, Pei Z, Blaser MJ: Существенные изменения кожной бактериальной биоты при псориатических поражениях. ПЛОС ОДИН. 2008, 3: e2719-10.1371/journal.pone.0002719.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Kong HH, Oh J, Deming C, Conlan S, Grice EA, Beatson MA, Nomicos E, Polley EC, Komarow HD, Murray PR, Turner ML, Segre JA: Временные сдвиги в микробиоме кожи, связанные с обострениями заболевания и лечение детей с атопическим дерматитом.Геном Res. 2012, 22: 850-859. 10.1101/гр.131029.111.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Bek-Thomsen M, Lomholt HB, Kilian M: Акне не связано с еще некультивированными бактериями. Дж. Клин Микробиол. 2008, 46: 3355-3360. 10.1128/JCM.00799-08.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Грайс Э.А., Сниткин Э.С., Йоки Л.Дж., Бермудес Д.М., Лихти К.В., Сегре Дж.А.: Продольный сдвиг микробиоты диабетической раны коррелирует с продолжительной защитной реакцией кожи.Proc Natl Acad Sci USA. 2010, 107: 14799-14804. 10.1073/пнас.1004204107.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • de Jongh GJ, Zeeuwen PL, Kucharekova M, Pfundt R, van der Valk PG, Blokx W, Dogan A, Hiemstra PS, van de Kerkhof PC, Schalkwijk J: Высокий уровень экспрессии антимикробных белков кератиноцитов при псориазе по сравнению с атопический дерматит. Джей Инвест Дерматол. 2005, 125: 1163-1173.10.1111/j.0022-202X.2005.23935.x.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Alkemade JA, Molhuizen HO, Ponec M, Kempenaar JA, Zeeuwen PL, de Jongh GJ, Vlijmen-Willems IM, van Erp PE, van de Kerkhof PC, Schalkwijk J: SKALP/элафин является индуцибельным ингибитором протеиназы у человека эпидермальные кератиноциты. Дж. Клеточные науки. 1994, 107: 2335-2342.

    ПабМед КАС Google ученый

  • Wingens M, van Bergen BH, Hiemstra PS, Meis JF, Vlijmen-Willems IM, Zeeuwen PL, Mulder J, Kramps HA, van Ruissen F, Schalkwijk J: Индукция SLPI (ALP/HUSI-I) в эпидермисе кератиноциты.Джей Инвест Дерматол. 1998, 111: 996-1002. 10.1046/j.1523-1747.1998.00425.x.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Капоне К.А., Дауд С.Е., Стаматас Г.Н., Николовски Дж. Разнообразие микробиома кожи человека в раннем возрасте. Джей Инвест Дерматол. 2011, 131: 2026-2032. 10.1038/jid.2011.168.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Staudinger T, Pipal A, Redl B: Молекулярный анализ преобладающей микробиоты кожи лба мужчин и женщин по сравнению с кожей предплечий и влияние макияжа.J Appl Microbiol. 2011, 110: 1381-1389. 10.1111/j.1365-2672.2011.04991.х.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Джакомони П.У., Маммоне Т., Тери М.: Гендерные различия кожи человека. J Дерматол Sci. 2009, 55: 144-149. 10.1016/j.jdermsci.2009.06.001.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Martin JM, Zenilman JM, Lazarus GS: Молекулярная микробиология: новые измерения кожной биологии и заживления ран.Джей Инвест Дерматол. 2010, 130: 38-48. 10.1038/jid.2009.221.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Франк Д.Н., Высоцкий А., Шпехт-Глик Д.Д., Руни А., Фельдман Р.А., Ст Аманд А.Л., Пейс Н.Р., Трент Д.Д.: Микробное разнообразие в хронических открытых ранах. Восстановление ран. 2009, 17: 163-172. 10.1111/j.1524-475X.2009.00472.x.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Прайс Л.Б., Лю С.М., Мелендес Дж.Х., Франкель Ю.М., Энгельталер Д., Азиз М., Бауэрс Дж., Рэттрей Р., Равель Дж., Кингсли С., Кейм П.С., Лазарус Г.С., Зенильман Дж.М.: Анализ сообщества хронических раневых бактерий с использованием Пиросеквенирование на основе гена 16S рРНК: влияние диабета и антибиотиков на микробиоту хронической раны.ПЛОС ОДИН. 2009, 4: e6462-10.1371/journal.pone.0006462.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Грайс Э.А., Сегре Дж.А. Взаимодействие микробиома с врожденным иммунным ответом при хронических ранах. Adv Exp Med Biol. 2012, 946: 55-68. 10.1007/978-1-4614-0106-3_4.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Наик С., Буладу Н., Вильгельм С., Моллой М.Дж., Сальседо Р., Кастенмюллер В., Деминг С., Хиноны М., Ку Л., Конлан С., Спенсер С., Холл Дж.А., Дзуцев А., Конг Х., Кэмпбелл Д.Дж., Тринкьери G, Segre JA, Belkaid Y: Компартментальный контроль кожного иммунитета местными комменсалами.Наука. 2012, 337: 1115-1119. 10.1126/научн.1225152.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Sims JE, Smith DE: Семейство IL-1: регуляторы иммунитета. Нат Рев Иммунол. 2010, 10: 89-102.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • де Сид Р., Ривейра-Муньос Э., Зеувен П.Л., Робарж Дж., Ляо В., Даннхаузер Э.Н., Джардина Э., Стюарт П.Е., Наир Р., Хелмс С., Эскарамис Г., Баллана Э., Мартин-Эскерра Г., ден Хейер M, Kamsteeg M, Joosten I, Eichler EE, Lazaro C, Pujol RM, Armengol L, Abecasis G, Elder JT, Novelli G, Armor JA, Kwok PY, Bowcock A, Schalkwijk J, Estivill X: Удаление поздней ороговевшей оболочки Гены LCE3B и LCE3C как фактор предрасположенности к псориазу.Нат Жене. 2009, 41: 211-215. 10.1038/нг.313.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Палмер С.Н., Ирвин А.Д., Террон-Квятковски А., Чжао Ю., Ляо Х., Ли С.П., Гуди Д.Р., Сандилендс А., Кэмпбелл Л.Е., Смит Ф.Дж., О’Реган Г.М., Уотсон Р.М., Сесил Д.Е., Бэйл С.Дж., Compton JG, DiGiovanna JJ, Fleckman P, Lewis-Jones S, Arseculeratne G, Sergeant A, Munro CS, El Houate B, McElreavey K, Halkjaer LB, Bisgaard H, Mukhopadhyay S, McLean WH: распространенные варианты потери функции Белок эпидермального барьера филагрин является основным предрасполагающим фактором для атопического дерматита.Нат Жене. 2006, 38: 441-446. 10.1038/нг1767.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Zeeuwen PL, de Jongh GJ, Rodijk-Olthuis D, Kamsteeg M, Verhoosel RM, van Rossum MM, Hiemstra PS, Schalkwijk J: Генетически запрограммированные различия в защите эпидермиса у пациентов с псориазом и атопическим дерматитом. ПЛОС ОДИН. 2008, 3: e2301-10.1371/journal.pone.0002301.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Virgin HW, Todd JA: Метагеномика и персонализированная медицина.Клетка. 2011, 147: 44-56. 10.1016/j.cell.2011.09.009.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Hollox EJ, Huffmeier U, Zeeuwen PL, Palla R, Lascorz J, Rodijk-Olthuis D, van de Kerkhof PC, Traupe H, de Jongh GJ, den Heijer M, Reis A, Armor JA, Schalkwijk J: Псориаз связано с увеличением числа копий генома бета-дефензина. Нат Жене. 2008, 40: 23-25. 10.1038/нг.2007.48.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • de Koning HD, Rodijk-Olthuis D, van Vlijmen-Willems IM, Joosten LA, Netea MG, Schalkwijk J, Zeeuwen PL: Комплексный анализ рецепторов распознавания образов в нормальном и воспаленном эпидермисе человека: активация дектина-1 при псориазе.Джей Инвест Дерматол. 2010, 130: 2611-2620. 10.1038/jid.2010.196.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Krutmann J: Пре- и пробиотики для кожи человека. J Дерматол Sci. 2009, 54: 1-5. 10.1016/j.jdermsci.2009.01.002.

    ПабМед Статья Google ученый

  • Проект человеческого микробиома NIH. [http://www.hmpdacc.org/]

  • Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, Bittinger K, Bushman FD, Costello EK, Fierer N, Pena AG, Goodrich JK, Gordon JI, Huttley GA, Kelley ST, Knights D, Koenig JE, Ley RE, Lozupone CA, McDonald D, Muegge BD, Pirrung M, Reeder J, Sevinsky JR, Turnbaugh PJ, Walters WA, Widmann J, Yatsunenko T, Zaneveld J, Knight R: QIIME позволяет проводить анализ данных высокопроизводительного секвенирования сообщества.Нат Методы. 2010, 7: 335-336. 10.1038/nmeth.f.303.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Haas BJ, Gevers D, Earl AM, Feldgarden M, Ward DV, Giannoukos G, Ciulla D, Tabbaa D, Highlander SK, Sodergren E, Methe B, DeSantis TZ, Petrosino JF, Knight R, Birren BW: Chimeric Формирование и обнаружение последовательности 16S рРНК в ампликонах Сэнгера и 454-пиросеквенированных ПЦР. Геном Res. 2011, 21: 494-504. 10.1101/гр.112730.110.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • QIIME, Количественный анализ микробной экологии. [http://qiime.wordpress.com/2010/12/17/new-default-parameters-for-uclust-otu-pickers/]

  • Коул Дж. Р., Ван К., Карденас Э., Фиш Дж., Чай Б. , Farris RJ, Kulam-Syed-Mohideen AS, McGarrell DM, Marsh T, Garrity GM, Tiedje JM: Проект базы данных рибосом: улучшенное выравнивание и новые инструменты для анализа рРНК.Нуклеиновые Кислоты Res. 2009, 37: Д141-Д145. 10.1093/нар/гкн879.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Шеннон П., Маркиэль А., Озиер О., Балига Н.С., Ван Дж.Т., Рэймидж Д., Амин Н., Швиковски Б., Идекер Т.: Cytoscape: программная среда для интегрированных моделей сетей биомолекулярного взаимодействия. Геном Res. 2003, 13: 2498-2504. 10.1101/гр.1239303.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • SciPy.[http://www.scipy.org/]

  • ван Рейссен Ф., Янсен Б.Дж., де Йонг Г.Дж., Зеувен П.Л., Шалквейк Дж.: Частичный транскриптом человеческого эпидермиса. Геномика. 2002, 79: 671-678. 10.1006/гено.2002.6756.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Livak KJ, Schmittgen TD: Анализ данных об относительной экспрессии генов с использованием количественной ПЦР в реальном времени и метода 2(-Delta Delta C(T)). Методы. 2001, 25: 402-408.10.1006/мет.2001.1262.

    ПабМед КАС Статья Google ученый

  • Мейер Ф., Паарманн Д., Д’Суза М., Олсон Р., Гласс Э.М., Кубал М., Пачиан Т., Родригес А., Стивенс Р., Уилке А., Уилкенинг Дж., Эдвардс Р.А.: Метагеномный сервер RAST — общедоступный ресурс для автоматического филогенетического и функционального анализа метагеномов. Биоинформатика BMC. 2008, 9: 386-10.1186/1471-2105-9-386.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Обзор проекта MG-RAST: динамика микробиома эпидермиса человека после нарушения кожного барьера.[http://metagenomics.anl.gov/linkin.cgi?project=2329]

  • Сандквист А., Бигдели С., Джалили Р., Друзин М.Л., Уоллер С., Пуллен К.М., Эль-Сайед Ю.Ю., Таслими М.М., Бацоглу С., Ронаги М.: Типирование бактериальной флоры с помощью целенаправленного пиросеквенирования на основе чипов. БМС микробиол. 2007, 7: 108-10.1186/1471-2180-7-108.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Летуник И., Борк П.: Интерактивное Древо Жизни v2: онлайн-аннотации и отображение филогенетических деревьев стали проще.Нуклеиновые Кислоты Res. 2011, 39: W475-W478. 10.1093/нар/гкр201.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Riffon R, Sayasith K, Khalil H, Dubreuil P, Drolet M, Lagace J: Разработка быстрого и чувствительного теста для выявления основных патогенов при мастите крупного рогатого скота с помощью ПЦР. Дж. Клин Микробиол. 2001, 39: 2584-2589. 10.1128/JCM.39.7.2584-2589.2001.

    ПабМед КАС ПабМед Центральный Статья Google ученый

  • Многомасштабное картирование in vivo трехмерного распределения эпидермального меланина кожи человека с использованием быстрого многофотонного экзоскопа большой площади (FLAME)

    РЕФЕРАТ

    Меланин играет важную роль в регуляции эпидермального гомеостаза и фотозащиты кожи человека.Оценка его эпидермального распределения и общего содержания представляет большой интерес в связи с его участием в широком спектре физиологических и патологических кожных процессов. Среди нескольких спектроскопических и оптических методов визуализации, о которых сообщалось для неинвазивного количественного определения меланина в коже человека, подход, основанный на обнаружении времени жизни флуоресценции при двухфотонном возбуждении, отличается тем, что позволяет селективно обнаруживать меланин с субклеточным разрешением, таким образом облегчая его количественную оценку, а также разрешая его профиль глубины.Ключевым ограничением предыдущих исследований по оценке меланина, основанных на этом подходе, является их неспособность учесть неоднородность кожи из-за уменьшенного поля зрения изображений, что приводит к высокой дисперсии значений измерения. Пигментация как в нормальной, так и в патологической коже человека очень неоднородна, и ее макроскопическая количественная оценка имеет решающее значение для надежных измерений эпидермального распределения меланина и для регистрации связанных с меланином чувствительных динамических изменений в ответ на лечение.В этой работе мы используем быстрый многофотонный экзоскоп большой площади (FLAME), недавно разработанный нашей группой для клинической визуализации кожи, который позволяет оценить трехмерное распределение содержания эпидермального меланина in vivo макроскопически (в миллиметровом масштабе) с микроскопическое разрешение (субмикронное) и высокая скорость сбора данных (минуты). Мы демонстрируем значительное повышение надежности измерений плотности и распределения меланина для типов кожи по Фитцпатрику с I по V, фиксируя неоднородность пигментации внутри субъекта, что стало возможным благодаря большой объемной выборке.Мы также демонстрируем потенциал этого подхода для обеспечения согласованных результатов измерений при визуализации одного и того же участка кожи в разное время. Эти достижения имеют решающее значение для клинических и исследовательских приложений, связанных с мониторингом модуляции пигмента в ответ на терапию пигментных нарушений кожи, старения кожи, а также рака кожи.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.