Хирургическая операция приводит не только к биологическим изменениям в тканях. При разрезе кожи происходит расхождение краев раны, которая приобретает определенную форму, сопротивляется сшиванию ее краев и т. п. Хирург-пластик должен знать все «капризы» ткани и предвидеть ее биологическую и механическую реакцию на вмешательство.
Механические свойства кожи обусловлены главным образом структурой и качественным состоянием дермы. Характер и количество волокнистых структур дермы — эластических и коллагеновых волокон, составляющих основную массу дермы, различны и зависят от их локализации и возраста человека.
Тщательное изучение строения дермы кожи [Dick J., 1947] позволило определить механические особенности кожи. Было показано, что эластическая ткань состоит из субэпидермального слоя тонких волокон и глубокого слоя более длинных и толстых волокон. Поверхностное сплетение располагается обычно вертикально по отношению к эпидермису. Круглые волокна проходят между коллагеновыми волокнами поперечно или продольно по отношению к оси тела, но не косо. Большинство волокон может идти в поверхностных слоях кожи в одном направлении, а более глубоко,—под прямым углом.
К. Holmstrand и соавт. (1961) с помощью метода дифракционной микроскопии установил наличие в дерме двух систем коллагеновых волокон: одни из них идут параллельно линиям складок (морщин), другие — перпендикулярно к ним. Однако преимущественное направление волокон — параллельное складкам.
Большие возможности изучения механических свойств кожи и процесса заживления ран открывает перед исследователями тензометрия — метод количественного анализа механических свойств раны и окружающей нативной кожи, предусматривающий измерение силы натяжения в рубце или коже, вплоть до их разрыва. Для этих целей применяют различные разрывные устройства, передающие давление жидкостей или воздуха ране через рычажную систему. Тензометрия впервые была использована Леонардо да Винчи для определения прочности проволоки, в настоящее время ее используют во всех сферах материального производства для оценки физико-механических свойств материалов или готовых изделий.
В экспериментальную медицину тензометрия была введена Е. Howes и соавт. (1929), которые исследовали прочность раны на разрыв. После опубликования результатов этих исследований данные тензометрии становятся важнейшим объективным критерием оценки заживления ран и влияния на него различных факторов. Параллельное проведение микроскопических исследований в этих случаях позволяет судить и о качественной стороне изучаемых процессов.
В 1965 г. Т. Gibson и соавт. провели исследования по изучению механических свойств человеческой кожи. При приложении нагрузки к полоскам кожи происходило растяжение их в направлении прилагаемых сил и одновременное сокращение под прямым углом к этим силам, т. е. по ширине. Интересными оказались результаты параллельных микроскопических исследований. В дерме определены три слоя волокон: узкий слой тонких волокон, средний слой, составляющий основную массу дермы, и глубокий слой, состоящий из удлиненных волокон, соединяющих кожу с поверхностной фасцией. Наибольшие изменения происходят в среднем слое дермы. В расслабленном состоянии коллагеновые волокна неориентированы и закручены, отделены одно от другого тканевой жидкостью и аморфным межуточным веществом. При значительной нагрузке и фиксированном состоянии происходит ориентация почти всех коллагеновых волокон по линии растяжения. Коллагеновые волокна в дерме при нагрузке располагаются параллельно друг другу. В покое волокна имеют вид случайно ориентированных. При ориентации волокон из них выделяется жидкость.
Эластические волокна служат возвратной пружиной для создания покоя структурной системе. Они формируют вторую сеть вокруг коллагеновых волокон. При растяжении кожи они лежат пучками между коллагеновыми волокнами, точно ориентированные в том же направлении.
В более поздних исследованиях [Rovee D. et al., 1967] было установлено, что в восстановлении прочности тканей раны определенную роль играет не только коллагеновая структура дермы, но и эпидермис. Было обращено внимание также на участие в этом процессе таких субстанций, как клетки, неколлагеновые белки, кератин и мукополисахариды.
Физические свойства кожи (вязкость, напряжение, растяжимость) имеют определенное клиническое значение [Arion H., 1974; Karlan M., 1977]. Так, в клинике известны случаи, когда после многократного натяжения несводящихся краев раны отмечались «ползучесть» кожи и более легкое соединение их. Лоскут кожи, с трудом закрывающий дефект, не отмирает, а выживает вследствие того, что сила его растяжения уменьшается при постоянстве размеров дефектов. Наконец, на практике растяжимость кожи используют при отслоении ее от более плотных подлежащих тканей, ограничивающих ее подвижность.
Крайне важной следует считать связь между растяжимостью кожи и ее строением. При усиленном растяжении кожи коллагеновые волокна становятся более чувствительными к действию ферментов и происходят патологические изменения в богатых коллагеном тканях. Действие некоторых химических веществ (латирогенов, пеницилламина) на поперечные связи в коллагеновых волокнах свидетельствует о влиянии химических процессов на механические свойства тканей. При уменьшении натяжения рубцовой ткани, например с помощью Z-пластики, размягчаются рубцы и снижается выделение продуктов распада коллагена. Однако в настоящее время однозначный вывод о влиянии натяжения на свойства коллагена сделать пока нельзя, это влияние может быть различным в зависимости от строения сети коллагеновых фибрилл, а также от количественного и качественного соотношения коллагена и неколлагеновых компонентов ткани [Слуцкий Л. И., 1971].
Тем не менее представляют интерес экспериментальноклинические данные о влиянии натяжения в ране на рост соединительной ткани и рубца. Так, М. Steams (1940) в эксперименте показала, как под влиянием натяжения утолщаются и меняют ориентацию волокна дермы. Автор сделала вывод о том, что развитие и ориентация соединительной ткани находится под влиянием натяжения.
Более детально формирование коллагеновых волокон и их ориентация в ткани изучены L. Ordman и Т. Gillman (1966), которые показали, что ретикулин в пределах кожного рубца появляется ко 2—3-му дню после операции в виде волокон, ориентированных вертикально по отношению к поверхности. Новообразованные коллагеновые волокна и кровеносные капилляры до 5-го дня ориентируются перпендикулярно к поверхности и не пересекают рубец, а после 6-го дня меняют свою ориентацию — лежат параллельно поверхности и пересекают рубец.
По данным D. Douglas и соавт. (1969), раневой коллаген до 52-го дня отличается от обычного кожного; он тоньше (соответственно 2—10 и 12—30 мкм), не преломляет свет, собран в более тонкие пучки. В связи с этим рубцовая ткань всегда слабее интактной кожи даже на протяжении десятков лет, что может быть объяснено только ориентацией и количеством коллагена, хотя этот факт не всеми признается.
J. Dick (1951) показал, что предел кожного растяжения любой области тела является одинаковым для всех возрастов, но это характерно при небольших нагрузках (примерно тех, что происходят в клинических условиях). При небольших нагрузках важны состояния эластических волокон, при больших — коллагеновых. Поскольку в отличие от старческой кожи эластические волокна у молодых людей хорошо сформированы, правильные по величине и равномерно распространены по всей коже, растяжение такой кожи небольшое.