分析皮肤组织的热力学行为表征：Ⅰ. 拉压行为

【摘要】  目的 重点研究在不同温度下猪皮肤组织的拉压行为，探讨温度和真皮层胶原质热变性对皮肤组织力学性质的影响。方法 实验采用新鲜猪皮，在特殊设计的温控制拉伸系统和压缩系统条件下观察猪皮肤在不同温度下的拉压行为。本论文由无忧论文网 www.51lunwen.org整理提供结果 在拉伸实验中，皮肤的刚度随着温度的升高而降低，而在压缩实验中则相反。结论 温度对皮肤组织的拉伸和压缩行为都有影响：拉伸性质的变化主要是由于随着温度的升高皮肤胶原蛋白的热变性所引起，而压缩性质的变化则有可能是由于在热变性的影响下水合的变化所引起。

ABSTRACT: Objective  This paper aims to characterize the tensile and compressive behaviors of skin tissue under different temperatures and to study the effect of temperature and corresponding dermal collagen denaturation on the mechanical properties of skin tissue. Methods  The uniaxial tensile and compressive tests of fresh pig ear skin under different temperatures have been performed by using two specificallydesigned hydrothermal experimental systems. Results  In tensile tests, the skin stiffness decreases with increased temperature, while a contrary trend is observed in compressive tests. Conclusion  The results show that temperature has a great influence on both tensile and compressive properties of skin tissue, but the mechanisms are different. The variation of skin tensile properties is caused by the thermal denaturation of skin collagen with increased temperature, while the variation of skin compressive behavior of skin tissue may be due to the hydration change with thermal denaturation.

　　KEY WORDS: skin tissue; thermal denaturation; thermomechanical behavior; tensile behavior; compressive behavior

　　皮肤覆盖于人体表面，约占人体重量的16%，容纳了人体约1/3的循环血液和约1/4的水份，具有多种重要的生理功能。例如，知觉、温度调节以及防卫等。皮肤具有典型的层状结构，由表皮、真皮和皮下组织三层构成，其中表皮又可进一步分为角质层和生发层。本论文由无忧论文网 www.51lunwen.org整理提供各皮肤层的厚度取决于其所在部位以及年龄、性别等因素，而真皮层的血液循环以及遍布皮肤层的神经末梢、汗腺等使得皮肤组织的微结构进一步复杂化。
   
　　激光、微波和相关现代技术的进步，促进了针对皮肤疾病的许多新的热治疗方法的迅猛发展，例如皮肤癌、皮肤损伤以及文身去除等。这些热治疗方法的目的是在皮肤数毫米范围内精确地引发热损伤，同时不影响周边健康组织，从而需要精密监测温度和应力在皮肤组织中的空间和时间分布，定量描述皮肤的热学、力学、光学、介电、压电等性能及其对温度的依赖关系，深入刻画皮肤中的生物传热过程和热力耦合机理。尽管热治疗在皮肤病学中得到了广泛应用，但这并不是基于对皮肤生物热力学的深刻理解之上。目前，虽然皮肤组织的生物学、传热学和力学等领域已相对比较完善，但皮肤组织的生物热力学和疼痛力学作为一门学科还处于萌芽阶段[12]。对皮肤组织在热刺激下产生的传热、力学、神经学等耦合行为进行深入刻画，对治疗方法进行设计、评价及优化，进而改善治疗效果来说是不可或缺的。
   
　　胶原蛋白是皮肤的主要成分，约占皮肤重量的75%以及真皮层体积的18%-30%[3]，提供皮肤组织主要的力学和结构支持。在热载荷作用下，随着皮肤温度的升高，胶原蛋白内的分子链发生破坏，胶原蛋白自身由一种高度有序的晶体结构状态转变到一种随机的凝胶状态[4]。本论文