ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ РАДИАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

gi are one of the main factors causing diseases of the respiratory tracts. Besides, there were functional disturbances of the respiratory system in spite of a small number of lung diseases. No pronounced forms of bissinosis were revealed.

УДК 613.165.6 + 612.795.014.44

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ

ИНФРАКРАСНОЙ РАДИАЦИИ

Ю. С. Черняев

Кафедра гигиены труда и Центральная научно-исследовательская лаборатория

Ленинградского санитарно-гигиенического медицинского института

Радиационный компонент играет значительную роль в теплообмене человека с окружающей средой. Радиационный обмен, как подчеркивает проф. Н. Ф. Галанин, является весьма сложным физиологическим процессом, в котором принимает участие весь организм. Существенное влияние на этот процесс оказывают оптические свойства кожи, характеризуемые коэффициентами отражения, поглощения, пропускания, рассеяния и излучательной способности. Важность установления количественных значений этих характеристик для изучения процесса лучистого теплообмена в инфракрасной области спектра, имеющей гигиеническое значение, не вызывает сомнений.

Однако в отечественной литературе нет достаточно полных и проверенных экспериментальных данных по этому вопросу. Сведения о проницаемости кожи для инфракрасных лучей в гигиенических исследованиях последних лет (Н. Ф. Галанин; А. Е. Малышева) весьма ограничены. Работы зарубежных авторов (Vinegar, Clark; Hardy и Mus-chenheim), посвященные главным образом исследованию проницаемости кожи в ближней области спектра, не привлекли достаточного внимания гигиенистов.

Техника предпринятого нами исследования проницаемости кожи человека на изолированных тканях сводилась к следующему. Объектами исследования служили кусочки кожи, снятые в области груди и живота с трупов мужчин и женщин. Отсеченные кусочки кожи замораживали и после нарезки на микротоме натягивали в дистиллированной воде на специальную, прозрачную для инфракрасных лучей подложку, предварительно промытую в спирту и эфире. Подготовленные таким образом образцы кожи подразделяли на 3 группы: эпидермис, дерму и подкожную клетчатку. Исследования проводили на двухлуче-вом инфракрасном спектрофотометре типа ИКС-14 в диапазоне длин волн от 0,75 до 25 мк (1333 + 400 см~~1), перекрываемом при использовании призм из стекла Ф-1, фтористого лития, хлористого натрия и бромистого калия. Градуировку спектрофотометра производили по положению хорошо известных спектральных кривых хлороформа, дидимо-вого стекла, полистирола, толуола и паров воды. Следует отметить, что при такой методике удавалось определить лишь прямое прохождение радиации без учета ее рассеяния. При расчете же полного потока радиации сквозь кожу последнее имеет существенное значение.

Изучение нами характеристик искусственных пленок позволяет рекомендовать пленки толщиной 10—15 мк из полиэтилена высокого давления и фторопласта типа Ф-4, области пропускания которых взаимно перекрываются, в качестве материала подложки для исследования

биообъектов в инфракрасной области спектра. Подложки вместе с нанесенными на них срезами исследуемых биообъектов мы крепили по-

значительную часть

§

| о,и

1ОЛ-%

П1J

?

дерма

• .—«А ................. VJL'................

Подкожная клетчатка__

Эпидермис

----\ i::-|

0

«в -4-

Длина Полными* 1,0 1,5

2,5 J,

12500

10000 Волновые

7500

ч и спа . сп

5000

ч

Рис. 1. Изменение коэффициента пропускания срезов эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки в диапазоне длин волн от 0,75 до 3,3 мк.

jeP'Ji-

подкожная |

средством обычного пластилина на специальных шаблонах, устанавливаемых перед входной щелью спектрофотометра. Во втором канале спектрофотометра для компенсации устанавливали аналогичный шаблон, отверстие которого прикрывали одной подложкой. После освоения техники крепления биообъектов на шаблонах срезов исследовали для А

контроля без применения подложек. Существенных расхождений со спектральными кривыми, полученными нами по прежней методике, не было обнаружено.

Эксперименты по выбору толщины срезов кожи позволили установить оптимальную толщину среза в пределах 90—120 мк, обеспечивающую получение достаточно контрастных спектрограмм. Промежуток времени между подготовкой срезов и проведением испытаний колебался от 2 часов до нескольких суток. Резких изменений в форме спектральных кривых не выявлено. В каждом опыте в каждой группе срезов исследовали 4 слоя кожи, располагавшихся на разной глубине. Это помогало устранить случайные ошибки, а также усреднить результаты с учетом глубины залегания слоев.

Исследование около 100 образцов срезов возможность установить общую закономерность в изменении спектрального коэффициента про-1 пускания человеческой кожи диапазоне 0,75—25 мк. Из кри-вых пропускания отдельных групп срезов кожи (рис. 1—3) следует, что в рассматриваемом диапазоне длин волн имеется ряд определенно выраженных участков спектра, где человеческая кожа обладает повышенной проницаемостью.

Условно можно выделить 5

3500 3000

Волновые

числа, см

-1

Рис. 2. Изменение коэффициента пропускания срезов эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки в диапазоне длин волн от 2,5 до 5,9 мк.

кожи дало

В

Подкожная

f^SJSßr- \

/inurta Воя мы, н*

,г 15 го15

Л_I ■■ I 1

до п н О в ые числа.

Рис. 3. Изменение коэффициента пропускания срезов эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки в диапазоне длин волн от

3,3 до 25 мк.

таких «участков повышенной проницаемости», имеющих следующие спектральные границы: I участок,

примыкающий непосредственно к видимому участку спектра и простирающийся до 2,7 мк\ II участок — от 3,5 до 5,6 мк\ III участок — от 5,8 до 6,7 мк\ IV участок — от 9,0 до 13,5 мк\ V участок — от 14,5 мк и простирающийся в длинноволновую область спектра далее 25 мк.

Положение этих участков повышенной проницаемости повторялось во всех наших опытах с убедительным постоянством. Установить причины значительных колебаний проницаемости на участке от 5,8 до 6,7 мк не удалось. Были проведены также опыты на кусочках кожи, полученных во время операций; при этом не найдено заметных отклонений в форме спектральных кривых пропускания.

Наличие первых двух участков повышенной проницаемости отметили Hardy и Muschenheim. Однако спектральные границы, характеризующие их положение, в наших опытах оказались несколько смещенными. Мы не смогли зафиксировать полос поглощения при 1,4 и 2,0 мк, отмечаемых авторами, а также резкого различия в проницаемости сухого и влажного эпидермиса при 4,7 мк. Не удалось обнаружить и увеличения проницаемости кожи при 0,75 и 1,1 мк, упоминаемого А. А. Ильиной. Отсутствие в спектрах тонких срезов кожи этих характерных для воды полос поглощения можно объяснить тем, что в наших опытах не были приняты меры, предупреждающие быстрое высыхание образцов под действием интенсивного излучения глобара.

Полученные нами спектральные характеристики пропускания кожи позволяют объяснить отмеченную А. А. Летаветом и А. Е. Малышевой разницу в радиационном нагреве кожи при облучении ее источниками, отличающимися спектрами излучения. Действительно, если сравнить проницаемость кожи для излучений, основная энергия которых сосредоточена в диапазонах длин волн вблизи 1,1, 3 и 4,3 мк, то, как следует из спектральных кривых, представленных на рис. 1 и 2, она будет наибольшей для излучений с Яшах 1,1 мк и весьма малой для излучений с Яшах 3 мк. Очевидно, это должно означать, что поглощение лучистой энергии, а следовательно, и повышение температуры кожи должны быть наибольшими при облучении ее источником с Яшах 3 мк и наименьшими при облучении источником с Яшах 1,1 мк. В свою очередь поступление лучистой энергии в подкожные слои, а следовательно, и повышение подкожной температуры должны быть наибольшими при облучении

ИСТОЧНИКОМ с Яшах 1,1 МК1.

Небезынтересно, что положение выделенных нами участков повышенной проницаемости кожи почти совпадает с «окнами прозрачности» для инфракрасных лучей в атмосфере (Gebbie). Так, участку I соответствуют «окна» 0,95—1,05, 1,2—1,3, 1,5—1,8 и 2,0—2,5 мк; участку II — «окна» 3,2—4,2 и 4,5—5,2 мк; участку IV — «окно» 8,0—13,5 мк. Такое- совпадение можно объяснить наличием в коже и атмосфере одинакового ослабляющего инфракрасную радиацию компонента — воды. Вместе с тем можно предположить, что такое совпадение обусловлено выработавшейся в процессе эволюционного развития приспособительной реакцией организма, стремящегося максимально использовать лучистую энергию солнца, поступающую сквозь атмосферу на землю.

Анализируя неодинаковую проницаемость для инфракрасной радиации исследованных нами групп срезов кожи, следует отметить, что это различие в основном проявляется в промежутке между I и II участками повышенной проницаемости и в области, соответствующей III участку. Спектральные характеристики эпидермиса в этих областях резко отличаются от характеристик дермы и подкожной клетчатки, сравнительно близких между собой по форме. Так, для эпидермиса заметное уменьшение проницаемости в конце I участка наступает, как показали исследования (см. рис. 2), примерно при 2,7 мк, тогда как для дермы и подкожной клетчатки резкий спад проницаемости проис-

1 Сделанный вывод справедлив и для живой ткани, насыщенной водой, поскольку в этом случае диспропорция в проницаемости кожи в указанных участках будет лишь увеличиваться.

ходит при 3,3 мк. Начало II участка характеризуется резким увеличением проницаемости для дермы и подкожной клетчатки при 3,5 мк, проницаемость же эпидермиса с увеличением длины волны растет постепенно. На участке III увеличение проницаемости у эпидермиса выражено чрезвычайно слабо или полностью отсутствует. Для дермы и подкожной клетчатки характерно наличие 2 спадов проницаемости в интервалах длин волн 1,7—1,8 и 2,3—2,4 мк, слабо выраженных у эпидермиса (см. рис. 1). Резкий спад проницаемости в конце II участка при 5,6 мк характерен для всех 3 групп. Химическая природа спектров нами не исследовалась.

Спектральные коэффициенты пропускания для всех слоев кожи имеют максимальное значение в области длин волн от 0,75 до 1,7 мк\ практически их величина сохраняется здесь неизменной и достигает при толщине среза 120 мк для дермы и подкожной клетчатки значения от 0,35 до 0,50. Со стороны видимой области спектра, согласно исследованиям, проведенным на спектрофотометрах типа СФ-4 и СФ-10,

в диапазоне длин волн от 0,75 до 0,4 мк наблюдается постепенное уменьшение проницаемости кожи.

Значения спектральных коэффициентов пропускания для дермы и подкожной клетчатки на I и II участках (при длинах волн 2,6 и 5 мк соответственно) были примерно одинаковы (0,30—0,40). Относительное уменьшение спектральных коэффициентов пропускания для эпидермиса в указанных точках равнялось 20—30%. Характерным отличием эпидермиса от других групп срезов кожи во всем исследованном диапазоне инфракрасного спектра от 0,75 до 25 мк являлась его меньшая проницаемость. Численные значения коэффициентов, приведенные нами, безусловно, имеют ориентировочный характер, поскольку разница в проницаемости срезов с одного и того же участка кожи могла достигать 20—30%. Разброс же в величине коэффициентов пропускания срезов, полученных с разных объектов имел при опытах в Р/2—2 раза

большее значение. Одной из причин такого разброса численных значений коэффициентов, очевидно, служит различие в плотности исследуемых тканей.

Выводы

1. Получены спектральные характеристики пропускания срезов эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки человека для инфракрасной радиации в диапазоне длин волн от 0,75 до 25 мк.

2. Исследования позволили установить общую закономерность в изменении величины спектральных коэффициентов пропускания кожи и условно выделить в рассматриваемом диапазоне длин волн 5 «участков повышенной проницаемости»: 0,75—2,7, 3,5—5,6, 5,8—6,7, 9,0—13,5 и 14,5—25 мк.

3. Установлено, что спектральные характеристики пропускания эпидермиса по форме заметно отличаются от характеристик дермы и подкожной клетчатки. Для эпидермиса типична также существенно меньшая проницаемость во всем исследованном диапазоне инфракрасного спектра.

4. Спектральные коэффициенты пропускания для всех слоев кожи имеют максимальное значение в области длин волн от 0,75 до 1,7 мк; практически их численная величина остается здесь неизменной. При толщине среза 120 мк численное значение коэффициентов пропускания дермы и подкожной клетчатки в этой области спектра колеблется в пределах 0,35—0,50.

5. Полученные спектральные характеристики пропускания позволяют объяснить разницу в радиационном нагреве кожи и подкожных слоев при облучении организма источниками с различными спектрами излучения.

ЛИТЕРАТУРА

Г а л а н и н Н. Ф. Лучистая энергия и ее гигиеническое значение. Л., 1952.— Ильина А. А. Физиол. ж. СССР, 1949, № 3, стр. 338.—Летавет А. А., Малышева А. Е. Гиг. и здоровье, 1941, № 4, стр. 25.—Малышева А. Е. Гигиенические вопросы радиационного теплообмена человека с окружающей средой. М., 1963.— Clark С., Vinegar P., Hardy J. D., J. oral. Surg. Anesth., 1952, v. 43, p. 993 — Gebbie H. A., Harding W. R., Hilsum C. et al., Proc. roy. Soc. A., 1951, v. 206, p. 87.—H a r d у J. D., Muschenheim C., J. clin. Invest., 1936, v. 15, p. l.-H a r-d у J. D., Muschenheim C., J. clin. Invest., 1934, v. 3, p. 817.

Поступила 3/VII 1964 r.

INVESTIGATION OF THE PERMEABILITY OF HUMAN SKIN TO INFRARED

RADIATION

Yu. S. Chernyaev

The paper presents the findings of spectrograph^ investigations of sections of epidermis, dermis, and subcutaneous connective tissue of man for permeability to infrared radiations with wavelength of 0.75 to 25 ji. In this range of wavelength there were 5 parts with high permeability: 0.75—2.7; 3.5—5.6; 5.8—6.7; 9.0—13.5 and 14.5—25 ц. It was found that the spectral permeability characterises of epidermis differed significantly from that of the dermis and the subcutaneous connective tissue. As a rule epidermis proved to be less permeable for all the investigated range of the infrared spectrum.

УДК 613.482

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА СЛОЕВ ОДЕЖДЫ НА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЮ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Канд. мед. наук Р. Ф. Афанасьева, Л. П. Федорова

Центральный научно-исследовательский институт швейной промышленности (ЦНИИШП), Москва

Конструирование рациональной одежды, обеспечивающей пребывание людей в различных условиях окружающей среды, имеет большое значение. Известно, что одежда, благоприятствующая нормальной терморегуляции при одном виде физической нагрузки, совершенно непригодна при других. В большинстве случаев человек имеет дело с переменными физическими нагрузками — от покоя, когда теплопродукция составляет 90±20 ккал/час, до очень тяжелой, когда выработка тепла организмом достигает 500—700 ккал/час. В связи с этим очень важен вопрос о многослойной, так называемой поливалентной эдежде, позволяющей человеку по потребности регулировать отдачу

тепла в окружающую среду. Вместе с тем возникает вопрос и об эффективности теплозащитных свойств многослойной одежды, т. е. о том, в какой степени теплоизоляция организма в целом, а также отдельных частей тела будет зависеть от количества слоев одежды.

Результаты, полученные П. А. Колесниковым и К. Г. Гущиной в экспериментах на теплофизических приборах, показали, что суммарное тепловое сопротивление пакета возрастает прямо пропорционально увеличению количества слоев однородных тканей, входящих в его состав. Однако при использовании многослойной одежды человеком можно ожидать иных результатов, так как следует учитывать покрой одежды, наличие участков, не защищенных ею, различные радиусы кривизны отдельных частей тела, физиологические особенности организма в теплообмене с внешней средой и т. Д.

Влияние послойного утепления на теплоизоляцию организма

град/м2/час

(/== ) и на тепловое сопротивление одежды в целом

(Ясум), а также отдельных участков тела изучено в комнате при