皮膚正交各向異性及擴張器力學(xué)特性對皮膚擴張的影響

[摘要]目的：研究皮膚正交各向異性及擴張器力學(xué)特性對皮膚擴張的影響，為臨床擴張器置入及擴張皮瓣的設(shè)計提供參考。方法：以朗格氏線（Langer's lines）為X軸，Y軸垂直于朗格氏線，測量計算注水前后兩軸單位皮膚擴張量，測量分析擴張器囊壁的張力特征。結(jié)果：Y軸單位皮膚擴張量注水前后明顯大于X軸；擴張器其囊壁在各個方向上單位延展量與其形狀有關(guān)。結(jié)論：皮膚擴張時，在各個方向上擴張效率并不一致，沿朗格氏線方向擴張效率最低，而沿垂直于朗格氏線方向擴張效率最高，擴張期張力特性對皮膚擴張存在較大影響。

[關(guān)鍵詞]正交各向異性；皮膚擴張；擴張器

[中圖分類號]R622 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）03-0369-03

The skin's orthotropy and the tension character of the tissue expander affect the expanding of the skin

FAN Peng-ju1，LONG Jian-hong1，GAO Guang-jun2

(1.Department of Plastic Aesthetic Surgery，Xiangya Hospital of Central South University，Changsha 410008，Hunan，China;2.School of Traffic And Transportation Engineering of Central South University)

Abstract: Objective Investigate how the skin's orthotropy and the tension character of the tissue expander affect the expanding of the skin， and to suggest how to embed the tissue expander and to design expanding flap. Methods The coordinate was constructed with Langer's line as the X-axis and the Y-axis perpendicular to the Langer's line. The quantity of the expanded skin was measured before and after injecting saline. The stress character of the wall of the tissue expander was also measured and analyzed. Results The expanded skin per unit in the Y-axis orientation is more than in the X-axis. The per unit extending quantity of the wall of the tissue expander is related to the shape of the tissue expander. Conclusion There is different skin expanding efficiency in the different orientations when the skin is expanded because of the skin's orthotropy. Generally， the minimum skin expanding efficiency lies in the langer's line， while the maximum in the line perpendicular to the former. The tension character of the tissue expander has large effect on the skin expanding.

Key words:orthotropy;expanding of skin;tissue expander

皮膚軟組織擴張技術(shù)應(yīng)用已有30余年的歷史，它的出現(xiàn)及發(fā)展對推動現(xiàn)代整形外科發(fā)展具有重要推動作用，國內(nèi)外學(xué)者對其進行了大量的臨床及實驗研究。皮膚具有張力正交各向異性，這一特性及擴張器自身力學(xué)特性對皮膚擴張影響如何，文獻未見類似報告。

1 資料

以我科2009年3～5月采用皮膚擴張治療的患者為研究對象，共5名，年齡8～26歲，男女不限，擴張部位為頸部、額部、及面部，共11個擴張器，擴張器總注水量不超過其標(biāo)準(zhǔn)容量；另外取11個擴張器體外注水測量。

2 測量方法

2.1 注水前后X-軸及Y軸的單位皮膚擴張量：擴張皮膚上建立坐標(biāo)軸，以朗格氏線為X-軸（注：朗格氏線和Borges 提出的松弛皮膚張力線類同，且Borges方法簡單易用，所以采用Borges方法確定朗格氏線）[1]，垂直于朗格氏線的線條為Y-軸，于X-軸及Y-軸上各取兩點，擴張器注水前后在可彎曲、伸展性小的紙片上標(biāo)記兩點間距離，游標(biāo)卡尺分別測量紙片上注水前后兩點間距離，計算擴張前后兩點間距的變化及X-軸及Y軸上的單位擴張量。圖1。

2.2 體外擴張器囊壁各個方向的單位延展量：擴張期注水，當(dāng)達其標(biāo)準(zhǔn)容量后，再適當(dāng)注水20～40ml，類似在體測量分析方法，于擴張器囊壁表面確定其中心點，并以擴張器短軸建立為X-軸，長軸建立為Y-軸，分別在X、Y軸上標(biāo)記兩點，并測量之間距離，然后注水?dāng)U張50～100ml，再次測量X-軸及Y軸標(biāo)記點之間的距離，分別計算擴張前后兩點間距的變化及X-軸及Y軸上的單位擴張量。

3 結(jié)果

3.1 注水前后X-軸及Y軸的單位皮膚擴張量：如表1所示，12組配對數(shù)據(jù)，Y軸上單位皮膚擴張量大于X軸方向上的單位皮膚擴張量，采用spss15.0進行配對t檢驗，P=0.0134，說明在朗格氏線方向上的皮膚擴張效率小于垂直于朗格氏線方向上的擴張效率。

3.2 體外擴張器囊壁垂直方向的單位延展量：筆者將圓形擴張器與其他形狀擴張器(柱形、矩形、腎形)分開比較。如表2、表3所示，采用spss15.0進行配對t檢驗，圓形擴張器在垂直方向上單位延展量沒有明顯差異，P=0.845；而其他形狀的擴張器，長軸及短軸方向上的單位延展量有明顯差異，P=0.00959，短軸方向上延張效率明顯高于長軸。

4 討論

4.1 Langer于尸體皮膚制作圓形皮膚缺損，發(fā)現(xiàn)皮膚缺損最終由圓形變?yōu)闄E圓形，其機制在于網(wǎng)絡(luò)纖維(膠原及彈性纖維組成的纖維網(wǎng)絡(luò))趨向于沿延伸性最小方向排列，在朗格氏線方向，皮膚的延伸性較小，張力較大。進一步研究表明，皮膚張力在各個方向上并不相同，皮膚具有各向異性。事實上，典型的皮膚是正交各向異性[2-3]，正交各向異性指的是存在關(guān)于二個垂直面的對稱性。Reihsner R等對不同部位皮膚在各個方向上的張力進行了詳細研究，發(fā)現(xiàn)皮膚最大大張力線和朗格氏線成角一般在±10°之內(nèi)，可近似的將朗格氏線等同于皮膚最大張力線，在垂直于最大張力線方向，皮膚張力最小。由于存在正交各向異性，皮膚在相同外力作用下，在各個方向上的延展性亦不同[4]，而且不同部位的皮膚各向異性亦不相同[5-6]，相同部位的皮膚張力也會隨年齡、機體環(huán)境變化而變化[7-8]。

4.2 擴張器在注水達其標(biāo)準(zhǔn)容量之前，由于其內(nèi)容不足以將擴張器囊壁完全支撐，囊壁未被伸展，皮膚在各個方向上的擴張程度、甚至其在皮膚上所表現(xiàn)出的外形應(yīng)主要決定于皮膚自身力學(xué)特性及囊腔基底形狀。在本實驗中，筆者可發(fā)現(xiàn)：沿X線方向上平均單位皮膚擴張量不到Y(jié)線上的3/4。綜合以上分析，當(dāng)擴張器植入注水?dāng)U張時，由于皮膚在各個方向上的張力特性并不相同，皮膚擴張程度在各個方向上亦就不同，張力較小的其延展較多，而張力較大的延展較少。此外，皮膚張力蠕變是擴張器的臨床應(yīng)用基礎(chǔ)之一，皮膚在張力持續(xù)作用下發(fā)生蠕變，張力持續(xù)一定時間后再次擴張，皮膚會在已發(fā)生蠕變的基礎(chǔ)上產(chǎn)生新的蠕變，由于每次平行于朗格氏線和垂直于朗格線上皮膚擴張效率不一，其差別逐漸累積，在皮膚擴張完成后兩者的差距就非常可觀了。所以，當(dāng)植入擴張器時，需要考慮皮膚正交各向異性對皮膚擴張的影響，尤其注水量在擴張器標(biāo)準(zhǔn)容量之下時。

4.3 但臨床實際中，擴張器注水有時會超過其標(biāo)準(zhǔn)容量，此時擴張器的力學(xué)特性對皮膚擴張的影響必須考慮。因為一旦注水超過擴張器自身標(biāo)準(zhǔn)容量，囊壁伸展，囊壁受到切線張力，這時擴張器的力學(xué)特性將對皮膚擴張產(chǎn)生影響，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擴張器注水超過自身標(biāo)準(zhǔn)容量之后，圓形擴張器在各個方向上其在相同張力下，其單位延展程度是相同的，但在柱形、腎性等擴張器情況就不同了，在縱軸上其單位延展度明顯小于橫軸上的單位延展度。為什么會有這樣的結(jié)果？擴張器所采用的材料硅橡膠是張力各向異性？如是各項異性那么圓形擴張器在各個方向上的延展程度應(yīng)該不同！事實上臨床上所采用的擴張器基本上都是張力各向同性，廠家證實擴張器是張力各向同性。柱形、腎性等擴張器為什么在各個方向上的單位延展度不同呢？其實，根據(jù)勢能最小原理，只要囊壁有足夠的延展性，各種形狀的擴張器其注水?dāng)U張極限形狀都是球形，這就解釋了為什么橫軸延展程度較大的原因。當(dāng)擴張器注水超過其自身標(biāo)準(zhǔn)容量之后，皮膚擴張就不單純決定于皮膚張力特性，此時擴張器囊壁的張力特性亦要考慮，勢能最小原理對擴張器囊壁本身及皮膚自身擴張都有影響，包括擴張器未達標(biāo)準(zhǔn)容量之前。可以推測，如果擴張器橫軸與朗格氏線垂直，那么無疑沿垂直于朗格氏線方向上的皮膚擴張效率要遠高于朗格氏線方向上的皮膚擴張效率。

4.4 總之，皮膚擴張所受的影響因素較多，如年齡、皮膚質(zhì)地、皮下腔穴的大小、重力、周圍有無影響擴張器自由伸展的因素等等，而且生物學(xué)因素可能影響更是巨大。筆者由于實驗條件及時間的限制，僅得出一些初步結(jié)論，一些細節(jié)仍需深入研究。此外，硅橡膠能否采用特殊工藝制作為張力各向異性，由此可實現(xiàn)某種程度上的定向擴張，也可能是今后擴張器制作工藝上的一個選擇。

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[收稿日期]2011-10-13 [修回日期]2011-12-26

編輯/張惠娟