Статистика говорит о том, что количество возростных пациентов с сахарным диабетом или проблемами щитовиднои железы, обращающихся к косметологу по поводу anti-age коррекции, увеличивается с каждым годом. Насколько рискованно применение у них инъекционных омолаживающих методик - ботулинотерапии и контурной коррекции? О чем нужно предупреждать пациентов заранее? В каких случаях от этих процедур лучше вообще отказаться?
Популярность косметологических anti-age методов и число проводимых процедур увеличивается с каждым годом. И этот процесс имеет весьма веские основания. С одной стороны, есть общемировая тенденция к старению населения, а с другой - растущая ориентация на активное долголетие. Последнее предполагает непрекращающееся с возрастом участие во всех сферах социальной жизни и межличностных отношениях, а значит, и стремление иметь хорошую физическую форму и привлекательный моложавый вид.
Однако с возрастом у любого человека накапливаются проблемы со здоровьем, возникают хронические заболевания. Некоторые из них входят в список прямых противопоказаний к тем или иным косметологическим anti-age процедурам, другие вносят определенные коррективы в их проведение. К последним можно отнести нарушения функционирования эндокринной системы, в первую очередь сахарный диабет (СД) и заболевания щитовидной железы (ЗЩЖ).
Демографическая статистика показывает, что с возрастом растет распространенность и СД, и ЗЩЖ. Так, среди взрослого населения больные с СД 2 типа составляют 10%, среди людей старше 65 лет - 20%. СД и у мужчин, и у женщин наиболее часто развивается в возрасте 50-60 лет. Заболевания щитовидной железы широко распространены у обоих фенотипов, но чаще встречаются у женщин. Так, частота манифестного гипотиреоза составляет 1-2%, причем у женщин он наблюдается в 10 раз чаще, чем у мужчин, особенно в пожилом возрасте. Субклинический гипотиреоз выявляется у 6-8% женщин (в возрасте старше 55 лет - у 10%) и у 3% мужчин. Субклинический гипертиреоз встречается реже, чем субклинический гипотиреоз, - примерно у 1% населения в общей популяции. Только за последние 5 лет абсолютный прирост вновь выявленных заболеваний щитовидной железы в экономически развитых странах составил 51,8% среди женщин и 16,7% среди мужчин.
В настоящее время отмечается неуклонный рост тиреопатий, особенно в старшей возрастной категории, что в основном обусловлено неблагоприятной экологической обстановкой и дефицитом йода в определенном ареале обитания субъекта.
Все эти факты говорят о том, что среди претендентов на омолаживающие косметологические процедуры все чаще могут встречаться пациенты с СД и ЗЩЖ.
Наличие эндокринологического нарушения - это не повод для того, чтобы избегать эстетических процедур, и тем более не повод для отказа в их проведении в любом случае. Главное условие - пациента следует немедленно отправить к эндокринологу для уточнения диагноза и назначения соответствующей терапии, причем сделать это необходимо не только при наличии эндокринологического заболевания, но и при подозрении на такого рода патологию или сомнения по поводу гормонального статуса пациента. Сахарный диабет и заболевания щитовидной железы по патогенезу, клинике, стадиям и прогнозу относятся к гетерогенной группе заболеваний. Существует огромный пул пациентов, имеющих скрытые формы этих болезней, о наличии которых они могут даже не подозревать. Кроме того, нужно помнить, что пациенты могут скрывать от косметолога свои проблемы со здоровьем. Значит, от специалиста требуется тщательный сбор анамнеза, особое внимание к пациенту во время первичного осмотра, умение построить доверительные с ним отношения.
Безусловно, применение целого ряда косметологических методов, в частности ботулинотерапии и инъекционной контурной пластики, у пациентов с эндокринными нарушениями имеет свои риски и ограничения. О чем же нужно помнить врачу, выполняя эти процедуры пациентам с СД и ЗЩЖ, о чем предупреждать их заранее?
Вероятность развития стойких отеков лица после введения БТА повышена. Поэтому при наличии у пациента гипотиреоза стоит либо отказаться от инъекций ботулинотоксина, либо уменьшить дозировку вводимого препарата, чтобы избежать нежелательных явлений ятрогенного характера, а именно птоза средней и нижней трети лица или диффузии препарата в близлежащие мышцы.
Ботулинотерапия - одна из самых безопасных процедур для пациентов с сахарным диабетом, так как травма кожи минимальна, а инъекции неглубокие.
Ботулинотерапия у пациентов с патологией щитовидной железы
Наиболее распространенными заболеваниями щитовидной железы являются гипо-и гипертиреоз.
При гипотиреозе - клиническом синдроме, обусловленном стойким снижением действия тиреоидных гормонов на тканимишени, - наблюдается отечность и гипертрофия мышц с замедлением их возбудимости и снижением амплитуды сокращения, а также муцинозный отек межклеточного вещества дермы (j.M. Leonhardt, W.R. Heymann, 2002). У пациентов с гипотиреозом введенный ботулинотоксин будет медленно захватываться рецепторами концевых пластинок нервов, а его диффузия будет увеличена. Необходимо помнить, что вероятность развития стойких отеков лица после введения БТА повышена. Поэтому при наличии гипотиреоза стоит либо отказаться от инъекций ботулинотоксина, либо уменьшить дозировку вводимого препарата, чтобы избежать нежелательных явлений ятрогенного характера, а именно птоза средней и нижней трети лица или диффузии препарата в близлежащие мышцы.
Гипертиреоз (тиреотоксикоз) - патология, связанная с избытком гормонов щитовидной железы в организме, - на начальных стадиях сопровождается повышенной возбудимостью мышц, их гиперактивностью. Такое состояние пациента можно даже облегчить введением препарата БТА: ботулинотоксин будет активно захватываться рецепторами концевых пластинок нервных окончаний, а его диффузия будет ограничена (Р.А. Panaite, I. Barakat-Walter, 2010). Однако в присутствии повышенной концентрации гормонов щитовидной железы регенерация нервных окончаний идет быстрее, и, следовательно, период эффективного действия БТА будет укорочен. Этот факт нужно учитывать при проведении ботулинотерапии пациентам с тиреотоксикозом. Необходимо грамотно ориентировать их на то, что косметологическая коррекция имеющихся инволюционных нарушений кожи с применением инъекций БТА позволит добиться хорошего эстетического результата, устранит психологический дискомфорт, но длительность действия препарата может быть значительно сокращена под влиянием их заболевания.
У пациентов с гипертиреозом, особенно при сопутствующей офтальмопатии, часто имеется гипертонус глабеллярных мышц. Поэтому действие БТА, расслабляющее мышцы, в таких случаях значительно улучшает эстетическое восприятие лица (J.M. Olver, 1998). Ботулинотоксин применяют для коррекции тиреотоксической офтальмопатии (лагофтальма, ретракции века, страбизма), лечения односторонней ретракции верхнего века на фоне тиреотоксической офтальмопатии.
Однако известны и случаи манифестации офтальмопатии при гипертиреозе на фоне введения БТА.
Таким образом, БТА можно вводить пациентам с гипертиреозом, не дожидаясь компенсации заболевания.
У пациентов могут быть скрытые формы эндокринопатий, о которых они даже не подозревают. От косметолога требуется тщательный сбор анамнеза, особое внимание к пациенту на первом приеме, умение построить доверительные отношения.
Особые риски контурной коррекции у пациентов с заболеваниями щитовидной железы
При гипотиреозе щитовидная железа вырабатывает слишком мало тиреоидных гормонов (главный из них - тироксин) или не вырабатывает их совсем. К состоянию гипотиреоза могут приводить различные заболевания как самой щитовидной железы, так и «главного управляющего центра» эндокринной системы - гипофиза.
Гормоны щитовидной железы играют очень важную роль в управлении работой клеток кожи - фибробластов и кератиноцитов. При их недостатке замедляется темп обменных процессов в межклеточном веществе, а оно по большей части состоит из гиалуроновой кислоты (ГК). И если в норме ГК очень активно синтезируется и распадается в коже (весь цикл занимает примерно сутки), то при гипотиреозе она начинает накапливаться в тканях, вызывая отечность, ведь главное ее свойство - удерживать воду.
Внимания требует тот факт, что с распространением БТА за пределы инъекции у пациентов с сахарным диабетом возможно развитие гематом - это происходит из-за повышенной ломкости сосудов. Поэтому нужно либо снизить дозировку токсина и проводить процедуру с докоррекцией не позднее, чем через 14 дней, либо уменьшить объем растворителя, тем самым прогнозируемо снизив диффузию токсина. Такими нехитрыми способами врач может обезопасить и пациента, и себя.
У пациентов с гипотиреозом замедлен и процесс деградации введенной гиалуроновой кислоты, в частности филлеров-гелей стабилизированной (сшитой) ГК - срок ее присутствия в тканях удлиняется. С одной стороны, это положительное явление - время сохранения эффекта процедуры увеличивается. Но с другой - повышаются и риск отечности после контурной пластики, и вероятность гиперкоррекции зоны введения геля. Соответственно, при введении таким пациентам препаратов на основе гиалуроновой кислоты нужно пользоваться простым правилом: «Лучше недо-, чем пере...». В этой ситуации процедуру нужно провести в два этапа, первый - основная часть инъекции, второй - возможная дополнительная коррекция через 2 недели; но зачастую по истечении этих 2 недель врач понимает, что в повторной инъекции препарата нет необходимости. Мероприятия, которые обычно рекомендуют для устранения отеков, в этом случае малоэффективны, так как отечность у таких пациентов не транзиторная, вызванная временным состоянием, а является звеном симптомокомплекса заболевания. Поэтому традиционные мероприятия, принятые в косметологии, не принесут ожидаемого и стойкого результата.
Подчеркнем и другой момент, значительно повышающий риск развития осложнений у пациентов с гипотиреозом. От гормонов щитовидной железы зависит активность иммунной системы, поэтому при их дефиците возможно снижение заживляющей способности и удлинение времени реабилитации.
Сложность инъекционной контурной коррекции у пациентов с сахарным диабетам обусловлена поражениями при этом заболевании сосудов самого разного калибра.
Что перевесит: риск или возможный эстетический результат - в каждом случае этот вопрос врачу приходится решать особо, подходя индивидуально к каждому пациенту.
Для того чтобы решить, вводить конкретному пациенту с гипотиреозом гель-филлер или нет, необходимо связаться с коллегой-эндокринологом и заручиться его поддержкой. Просмотрев литературу по этому вопросу, нельзя сделать четкого вывода о том, можно ли вводить таким пациентам филлеры на основе гидроксиапатита кальция или полимолочной кислоты. Но работы по успешному введению гиалуроновой кислоты есть, есть такие случаи и в моей личной практике. Я все-таки ограничилась бы исключительно филлером на основе гиалуроновой кислоты, так как поведение такого препарата наиболее предсказуемо. И к тому же есть фермент-антагонист, при ведении которого можно полностью устранить нежелательный эффект.
В противоположность гипотиреозу при гипертиреозе вырабатывается слишком много гормонов щитовидной железы. В этом случае потребность клеток в кислороде и энергии значительно возрастает. Следовательно, пациент, как правило, худеет, становится раздражительным, возбужденным, плохо спит. У него учащается пульс, повышаются артериальное давление и температура тела. Изменения касаются и кожи: она становится теплой, влажной, почти у каждого пятого пациента могут наблюдаться зуд и диффузное выпадение волос. При этом состоянии введение гиалуроновой кислоты даст эффект, но довольно недолгий - около месяца, так как все процессы обмена идут в ускоренном режиме и, соответственно, все эффекты от процедур, в частности от инъецирования гелей-филлеров, будут недолгими. А значит, пациент будет скорее всего недоволен слишком уж коротким сроком сохранения результата, в несколько раз меньшим, чем у среднестатистического пациента. Как говорится, игра не стоит свеч.
Однако при грамотном информировании пациента и его исключительном желании можно пойти ему навстречу, но при условии достижения полного взаимопонимания, когда, как говорится, расставлены все точки над «и».
В случае, если в лечении тиреотоксикоза достигнута стойкая компенсация (в течение нескольких лет), пациент чувствует себя хорошо, а его анализы не показывают значимого отклонения от нормы, можно проводить любые инъекционные процедуры (на основе ГК, гидроксиапатита кальция, полимолочной кислоты, различных мезококтейлей) и применять аппаратные методики фактически в полном объеме (N. Karli, В. Baykan, 2012).
Инъекции БТА и филлеров пациентам с сахарным диабетом
Сложность и проблематичность проведения малоинвазивных процедур у пациентов с сахарным диабетом и 1-го, и 2-го типа обусловлены рядом нарушений, развивающихся вследствие этого заболевания:
■ микроциркуляторными нарушениями;
■ повышенной ломкостью сосудов;
■ иммунодефицитом и склонностью к инфекционным осложнениям;
■ возможным системным гипергидрозом;
■ трофическими нарушениями. Кроме того, при СД 2-го типа появляются гиперпластические изменения кожи вследствие гиперинсулинемии.
Применение инъекционной контурной коррекции при сахарном диабете имеет серьезное ограничение из-за поражения сосудов самого разного калибра, значительного ухудшения трофики тканей. Введение филлера возможно только при следующем условии: стойкой и длительной компенсации СД любого типа диетой или применением корригирующей терапии (то есть при нормальных показателях содержания глюкозы и гликированного гемоглобина в крови), сроке заболевания менее 5-7 лет и отсутствии осложнений. В случае декомпенсированного СД такие процедуры чреваты серьезными осложнениями, как минимум - ухудшением состояния пациента. Повышенная ломкость сосудов может вызвать возникновение долгосрочных гематом, неадекватную диффузию токсина в близлежащие мышцы и другие нежелательные явления, такие как изменение мимики, нарушение глотания, слюнотечение и пр. Эти эффекты, естественно, являются транзиторными, и через пару месяцев все войдет в норму. Однако пациенту вряд ли понравится их появление.
Если же пациент болеет недавно и СД компенсирован, то можно проводить как инъекции гиалуроновой кислоты, так и ботулинотоксина.
Гормоны щитовидной железы играют очень важную роль в управлении работой клеток кожи - фибробластов и кератиноцитов. При их недостатке замедляется темп обменных процессов в межклеточном веществе, а оно по большей части состоит из гиалуроновой кислоты (ГК). И если в норме ГК очень активно синтезируется и распадается в коже (весь цикл занимает примерно сутки), то при гипотиреозе она начинает накапливаться в тканях, вызывая отечность, ведь главное ее свойство - удерживать воду.
К введению БТА наличие сахарного диабета и 1-го, и 2-го типа не является противопоказанием, но также при условии компенсации заболевания адекватно подобранным лечением.
Ботулинотерапия - одна из самых безопасных косметологических процедур для пациентов с СД, так как инъекции неглубокие и травма кожи минимальна. Однако внимания требует тот факт, что с распространением БТА за пределы инъекции у пациентов с сахарным диабетом возможно развитие гематом. Это происходит из-за повышенной ломкости сосудов при этом заболевании. Поэтому нужно либо снизить дозировку токсина и проводить процедуру с докоррекцией не позднее, чем через 14 дней, либо уменьшить объем растворителя, тем самым прогнозируемо снизив диффузию токсина. Такими нехитрыми способами врач может обезопасить и пациента, и себя.
Ботулинотерапия применяется у пациентов с СД не только для устранения мимических морщин, но и для лечения гипергидроза, улучшения состояния мягких тканей, устранения болевого синдрома, улучшения трофики нижних конечностей.
Изменяя в лучшую сторону внешность пациента, косметолог повышает его уверенность в себе, тем самым улучшает качество его жизни. А это положительно влияет на течение основного заболевания. При детальном сборе анамнеза и тщательной оценке всех рисков можно добиться блестящих эстетических результатов и полной удовлетворенности пациента проведенной anti-age коррекцией.
На сегодняшний день одна из самых популярных косметологических процедур - мезотерапия. Ее суть заключается во введении питательных коктейлей, витаминов, микроэлементов и целебных экстрактов в глубокие слои кожи. Эффект потрясающий, и все, казалось бы, хорошо, но смущают уколы. Теперь у методики появился достойный конкурент без инъекций!
Специалисты давно ломали голову над тем, как доставить полезные вещества в глубокие слои кожи. Самый простой метод - ввести их шприцем. Но вторжение во внутреннюю среду организма грозит отеками, гематомами, микротравмами и инфекционными поражениями кожи. Невозможно исключить и потенциальный риск заражения опасными заболеваниями: гепатитом и СПИДом. Правда, при использовании одноразовых инжекторов такая вероятность практически равна нулю, но все-таки она существует. Наконец, некоторые впечатлительные особы боятся уколов как огня, а хорошо выглядеть хочется всем.
Аквафорез: немного физики
В качестве альтернативы инъекциям пробовали делать аппликации, но пользы от них примерно столько же, сколько от компрессов на лоб при язве желудка. Чтобы был эффект, активные вещества должны проникнуть в глубокие слои кожи. Серьезное препятствие на их пути - роговой слой (эпидермис). Он состоит из омертвевших клеток и воздушных прослоек между ними, поэтому почти не пропускает полезные вещества к дерме. Собственно в этом и состоит его природное предназначение. Ведь основная функция эпидермиса - защитная. Путем диффузии через этот барьер способны «просочиться» лишь очень мелкие молекулы, растворимые в маслах. Порой вред от масляного растворителя превосходит положительное действие активных веществ: жир создает на поверхности кожи непроницаемый слой, закупоривает поры, лишая кожу кислорода и создавая все условия для появления угрей. К тому же проникновение в кожу идет очень медленно.
Повысить в некоторой степени проницаемость эпидермиса помогает воздействие электричеством - электрофорез и фонофорез. Электрофорез сочетает в себе одновременное воздействие активного вещества и постоянного тока. В постоянном электрическом поле свойства вещества меняются, и оно переходит в электроактивное состояние. Частицы вещества движутся более активно, что позволяет различным субстанциям проникать в глубокие слои кожи. Правда, входными воротами при этом служат только волосяные фолликулы кожи и протоки сальных и потовых желез. Активатором трансдермального переноса при фонофорезе служит низкочастотный ультразвук. Он несколько повышает адсорбционные свойства кожи, однако создать «кожное депо» удается только при использовании жирорастворимых веществ.
Показания к аквафорезу
- возрастные изменения;
- необходимость подтяжки кожи лица и тела;
- целлюлит.
Возможности аквафореза
Столкнувшись с серьезной проблемой переноса активных веществ в глубокие слои дермы, косметология обратилась к генной терапии. Вернее, к ее методикам. Генетики давно научились преодолевать барьеры клеточных мембран. Так, чтобы доставить фрагмент ДНК внутрь клетки, применяется метод электропорации (от слов «электричество» и «поры»). Ученые обнаружили, что при воздействии на клетку высоковольтного импульсного тока пропускные свойства мембраны гораздо выше, чем в спокойном состоянии. Дело в том, что под влиянием определенных видов тока в мембране образуются временные каналы - поры. Они живут менее секунды, но этого времени вполне хватает для проникновения порции лечебного средства внутрь клетки. Особенность электропорации в том, что через открывающиеся под действием тока поры хорошо проникают только вещества, растворимые в воде. Поэтому иногда такие поры называют аквапорами (от лат.aqua - вода).
Но способна ли электропорация преодолеть барьер рогового слоя кожи? Исследования показывают: да, причем вполне успешно. Воздействие высоковольтных импульсов меняет свойства эпидермиса. В результате образования аквапор его сопротивление падает. Это приводит к так называемому электрическому прорыву, а значит, и к возможности транспорта водорастворимых препаратов через ороговевший слой.
Электропорация обладает феноменом постэффекта. При прекращении действия на кожу электрического тока какое?то время диффузия идет гораздо активнее, чем в обычном состоянии. Объясняется это тем, что электрический ток меняет свойства не только тканей человека, но и вводимого вещества. В электрическом поле какая?то его часть распадается на заряженные ионы, а они проникают через клеточные мембраны гораздо лучше, чем цельные молекулы.
Этапы аквафореза
В косметологии, как, впрочем, и в медицине, определение «современный метод» по умолчанию означает «комплексный». Кожа - очень сложная структура, и для улучшения эффекта электропорацию было решено сочетать с другими факторами физического воздействия. Так появился аквафорез - новейшая методика, которую специалисты уже назвали мезотерапией без инъекций. Аквафорез проходит в несколько этапов и предполагает:
- лазеротерапию;
- электропорацию;
- миостимуляцию и интерференц-терапию;
- лимфодренаж.
Лазеротерапия представляет собой воздействие на кожу высокоинтенсивного терапевтического лазера. Аппараты для аквафореза предлагают на выбор красный или инфракрасный лазер. Красный лазер - мощный активатор внутриклеточного метаболизма, стимулятор выработки энергии в митохондриях («энергетические станции» клетки) и образования естественных антиоксидантов. Также он улучшает кровообращение в коже и ускоряет отток лимфы, тем самым способствуя устранению отеков. Инфракрасный лазер проникает гораздо глубже (до 6–7 см) и оказывает регенерирующее и омолаживающее действие.
Второй этап - электропорация . На кожу наносят целебные водорастворимые составы для мезотерапии, которые под действием импульсных токов направляются в глубокие слои. Это могут быть вещества, содержащие пантенол (стимулирует регенерацию), аллантоин (смягчает кожу), экстракт грейпфрута (насыщает кожу витаминами), корицы (улучшает рост волос) или алоэ (заживляет раны), а также тонизирующий кожу кофеин и аминокислоты - строительный материал для обновления кожи. Правда, применять все перечисленное за один раз нельзя. Специалист подбирает комбинацию, подходящую для решения конкретной проблемы, будь то потеря волос или устранение возрастных признаков. Активные вещества под действием импульсного тока проходят через роговой слой, устремляются к глубоким слоям кожи и оказывают свое положительное действие. Идея полностью совпадает с классической мезотерапией, отличие только в способе доставки веществ. Аквафорез, как вы уже поняли, не предполагает никаких инъекций.
Противопоказания аквафореза:
- индивидуальная непереносимость лазера, электрического тока, активных компонентов питательных коктейлей;
- гипертония;
- сердечно-сосудистые заболевания в стадии декомпенсации;
- лихорадка;
- эпилепсия;
- острые инфекционные заболевания;
- злокачественные опухоли;
- психические расстройства;
- нарушения целостности кожи.
На следующем, третьем по счету этапе аквафоретической терапии импульсные токи или сменяются интерференционными, или переходят в переменный низковольтный электрический ток. Первый вариант предполагает стимуляцию мышечных сокращений, что, в свою очередь, вызывает улучшение оттока крови и лимфы и способствует ликвидации отеков. Воздействие низковольтным током нормализует состояние нервных окончаний и даже оказывает некоторый обезболивающий эффект.
Сложную комбинацию аквафоретического сеанса завершает лимфодренаж . На кожу снова воздействуют импульсным током, но в отличие от этапа электропорации аппарат испускает токи более низкой частоты. Они влияют на скелетные мышцы и мышечный слой сосудистой стенки. Скелетные мышцы сдавливают лимфатические сосуды, повышается тонус кровеносных сосудов. Этим достигается эффект дренажа - из тканей выводится лишняя жидкость, следовательно, уходят отеки. К тому же низкочастотные импульсные токи способствуют освобождению тканей от балласта в виде накопленных продуктов обмена веществ.
Теоретически все четыре этапа можно провести независимо друг от друга. Однако это требует больше времени, сил и средств. Аквафорез же позволяет совместить преимущества разных видов физиотерапии в ходе одной процедуры. Специально созданные для этих целей аппараты уже существуют и активно используются. Правда, этот метод, как и любое нововведение, встретили с некоторым скептицизмом. Чтобы доказать его эффективность, проводили исследования: сравнивали интенсивность проникновения веществ через кожу при обычных аппликациях и в ходе аквафореза. Оказалось, что во время проведения аквафореза и в течение следующих суток меченые активные ингредиенты проникали через поверхность кожи и распределялись в ее глубоких слоях, доходя до мягких тканей, лимфатических и кровеносных сосудов. Для аппликаций же роговой слой кожи оказался абсолютно непреодолимым препятствием.
Диффузия
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы .
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи , однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность , вязкое трение и т. п.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом , то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.
Количественно описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком (англ. ) в 1855 г.
Общее описание
Все виды диффузии подчиняются одинаковым законам. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций , температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Так, тепло будет в четыре раза быстрее распространяться через стержень диаметром в два сантиметра, чем через стержень диаметром в один сантиметр. Это тепло будет распространяться быстрее, если перепад температур на одном сантиметре будет 10 °C вместо 5 °C. Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводность , в случае потока электрических зарядов - электропроводность . Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени диффузии.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии в связи с этим пропорциональна средней скорости молекул. В случае газов средняя скорость малых молекул больше, а именно она обратно пропорциональна квадратному корню из массы молекулы и растёт с повышением температуры. Диффузионные процессы в твёрдых телах при высоких температурах часто находят практическое применение. Например, в определённых типах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) применяется металлический торий , продиффундировавший через металлический вольфрам при 2000 °C.
Если в смеси газов масса одной молекулы в четыре раза больше другой, то такая молекула передвигается в два раза медленнее по сравнению с её движением в чистом газе. Соответственно, скорость диффузии её также ниже. Эта разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными молекулярными весами. В качестве примера можно привести разделение изотопов . Если газ, содержащий два изотопа, пропускать через пористую мембрану, более лёгкие изотопы проникают через мембрану быстрее, чем тяжёлые. Для лучшего разделения процесс производится в несколько этапов. Этот процесс широко применялся для разделения изотопов урана (отделение 235 U от основной массы 238 U). Поскольку такой способ разделения требует больших энергетических затрат, были развиты другие, более экономичные способы разделения. Например, широко развито применение термодиффузии в газовой среде. Газ, содержащий смесь изотопов, помещается в камеру, в которой поддерживается пространственный перепад (градиент) температур. При этом тяжёлые изотопы со временем концентрируются в холодной области.
Уравнения Фика
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии . При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ , обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала
~В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C . Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал перестаёт быть связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то вышеприведённую формулу можно заменить на следующую:
которая показывает, что плотность потока вещества J пропорциональна коэффициенту диффузии D [()] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика. Второй закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации (уравнение диффузии):
Коэффициент диффузии D зависит от температуры. В ряде случаев в широком интервале температур эта зависимость представляет собой уравнение Аррениуса .
Дополнительное поле, наложенное параллельно градиенту химического потенциала, нарушает стационарное состояние. В этом случае диффузионные процессы описываются нелинейным уравнением Фоккера-Планка . Процессы диффузии имеют большое значение в природе:
- Питание, дыхание животных и растений;
- Проникновение кислорода из крови в ткани человека.
Геометрическое описание уравнения Фика
Во втором уравнении Фика в левой части стоит скорость изменения концентрации во времени, а в правой части уравнения - вторая частная производная, которая выражает пространственное распределение концентрации, в частности, выпуклость функции распределения температур, проецируемую на ось х.
См. также
- Поверхностная диффузия - процесс, связанный с перемещением частиц, происходящий на поверхности конденсированного тела в пределах первого поверхностного слоя атомов (молекул) или поверх этого слоя.
Примечания
Литература
- Бокштейн Б. С. Атомы блуждают по кристаллу. - М .: Наука, 1984. - 208 с. - (Библиотечка «Квант» . Вып. 28). - 150 000 экз.
Ссылки
- Диффузия (видеоурок, программа 7 класса)
- Диффузия примесных атомов на поверхности монокристалла
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :- Монгольская кириллица
- Фоккер, Адриан
Смотреть что такое "Диффузия" в других словарях:
ДИФФУЗИЯ - [лат. diffusio распространение, растекание] физ., хим. проникновение молекул одного вещества (газа, жидкости, твердого тела) в другое при их непосредственном соприкосновении или через пористую перегородку. Словарь иностранных слов. Комлев Н.Г.,… … Словарь иностранных слов русского языка
Диффузия - – проникновение в среду частиц одного вещества частиц другого вещества, происхо дящее вследствие теплового движения в направлении уменьшения концентрации другого вещества. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ДИФФУЗИЯ Современная энциклопедия
ДИФФУЗИЯ - (от лат. diffusio распространение растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В отсутствие… … Большой Энциклопедический словарь
ДИФФУЗИЯ - ДИФФУЗИЯ, перемещение вещества в смеси из область с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, вызванное случайным перемещением отдельных атомов или молекул. Диффузия прекращается, когда исчезает градиент концентрации. Скорость… … Научно-технический энциклопедический словарь
диффузия - и, ж. diffusion f., нем. Diffusion <лат. diffusio растекание, распространение. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения молекул и атомов. Диффузия газов, жидкостей. БАС 2. || перен. Они… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Диффузия - (от латинского diffusio распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или установлению их равновесного распределения. Обычно диффузия определяется тепловым движением… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Диффузия - перемещение частиц в направлении убывания их концентрации, обусловленное тепловым движением. Д. приводит к выравниванию концентраций диффундирующего вещества и равномерному заполнению частицами объема.… … Геологическая энциклопедия
Метод Воддера в косметологии: эстетическое оздоровление Метод Воддера, или массаж по методу Воддера – знаменитая техника, методика глобального мануального лимфодренажа, которая обеспечивает эффективный лимфодренаж тела и (или) лица. Массаж по методу Воддера остается поистине одним из самых значимых подходов традиционного европейского эстетического сервиса и может быть интегрирован в салонный, курортный или клинический режим ухода. Немаловажно и то, что он не требует дорогостоящего оборудования и препаратов – для его успешного применения требуется ловкость рук и техничная пальпация, а также знание анатомии, в частности – устройства лимфатической системе. Метод Воддера корректирует функции лимфатической системы глобально Насчитывается около 600-700 лимфатических узлов, расположенных по всему телу, причем они расположены в регионах потенциально повышенной уязвимости болезнетворным агентам. Лимфатические узлы имеют размерs примерно от 0,5 см до 2,0 см в диаметре (в зависимости от иммунного статуса или наличия инфекции). Есть также комплексы лимфатических узлов в области шеи, подмышечных впадин и паха – такие области сегрегируются в «отсеки», где лимфатическая система может «перекрыться». Во время массажа Воддера – мануального лимфодренажа – каждый такой «отсек» открывается пальпаторными дренажными движениями, чтобы принять входящую из другого региона лимфу. Для того чтобы лечение было эффективным, важно, чтобы каждый «отсек» активировался и отводился, прежде чем стимулировать поступающий в него поток лимфы. Доктор Воддер описал также несколько типов давления, содействующие более эффективному лимфоотоку через лимфатические пути, узлы и сосуды. Капиллярное гидростатическое давление (диффузия жидкости и реабсорбция). Это капиллярное давление вытесняет лимфатическую жидкость из кровеносных капилляров. Эта жидкость содержит кислород и питательные вещества, которые мигрируют в районы, где они менее концентрированы. Онкотическое давление. Эта форма осмотического давления связана с наличием белков в плазме кровеносных сосудов, которые, как правило, притягивают в кровеносную систему воду. Доктор Воддер помимо этого разобрался и в природе отечности. Сегодня нам известно (и отчасти это его заслуга), что вода в нашем организме состоит из двух разных типов жидкостей, внутриклеточной и внеклеточной. Внутриклеточная. Внутриклеточная цитоплазматическая матрица находится внутри клеток и содержит растворенные в воде органеллы, белки, натрий, калий, магний и сульфаты. В организме человека на межклеточные компартменты приходится приблизительно 28 литров жидкости. Внеклеточная. Эта жидкость включает воду, электролиты, белок, глюкозу, ферменты и гормоны. Взрослый организм содержит около 11,2 литров внеклеточной жидкости (16% от массы тела) и около 2,8 литра плазмы (4% от массы тела). Плазма и интерстициальная жидкость схожи химически, и в сочетании с внутриклеточной жидкостью помогают контролировать движение воды и электролитов по всему телу. Некоторые из важных ионизированных компонентов внеклеточной жидкости – протеины, магний, калий, хлор, кальций и некоторые сульфаты. Метод Воддера: косметические проблемы, от которых спасет лимфодренаж Хорошо функционирующая лимфатическая система положительно повлияет на тонус, цвет и текстуру кожи. В результате процесса старения лимфатические узлы становятся менее активными, и может наблюдаться отек лица. Неадекватная активность лимфы, лимфостаз (застой) напрямую связаны с отеками и темными кругами под глазами, а также с одутловатостью и отечным типом старения. С другой стороны, нормализация лимфотока благоприятно скажется на внешности, и массаж Воддера можно назвать одним из лучших неинвазивных методов лимфодренажа. Акне. Клеточная жидкость, которые окружает прыщи, содержат воспалительные медиаторы, а также токсины, которые должны быть устранены для эффективного лечения акне. Метод Воддера обеспечит дренаж нежелательных бактерий и клеточного «мусора», поможет вывести любой патогенный материал, белки фрагментов клеток и отходы. Метод Воддера эффективно стимулирует иммунную активность кожи, обеспечивая тем самым заживление угрей естественным образом. Розацеа. Кожа лица – одно из тех мест, где симпатические, парасимпатические и сенсорные нервные системы могут взаимодействовать и усугублять последствия розацеа. Посредством множественных механизмов формируется сложный цикл воспаления, что объясняет, почему некоторые случаи розацеа так устойчивы к лечению. Метод Воддера же способен прервать этот порочный круг. Кожа с куперозом и розацеа также благодарно реагирует на метод Воддера, так как в данном случае за счет изменения гидростатического давления может быть ослаблен дренаж капилляров и лимфатических сосудов – это влечет ряд патологических сосудистых изменений, характерных розацеа. Недавнее исследование, проведенное Национальным обществом розацеа, подтвердило, что фиброзные изменения, происходящие на поздних стадиях розацеа (ринофимы), являются результатом хронической лимфедемы (хронического застоя лимфы, стойкого отека). Некоторые сенсорные нервы вокруг кровеносных сосудов также могут быть связаны с развитием пустул и прогрессированием розацеа. Пигментация. Различные гиперпигментации также коррелируют с лимфатическими функциями и лимфостазом. Липофусцин, пигмент, обнаруживаемый в лимфатических узлах, образуется в результате окисления липидов из клеток или воздействия токсинов, накапливающихся в виде клеточных отходов. Поскольку эти отходы переносятся лимфой, но не могут эффективно выводиться при ее застое, они могут проявляться в виде пигментных пятен на коже: такие дефекты часто называют «печеночными пятнами». Липофусциновые накопления больше коррелируют с возрастом, и их не следует путать с себорейными кератозами. Накопление этого пигмента в коже отличается еще и тем, что, в конечном счете, пятно залегает не в дерме, а в эпидермисе. И поскольку этот пигмент не является нормальным меланином, он не будет реагировать на традиционную осветляющую терапию (например, кремы угнетающие меланогенез). В то же время существуют средства, которые можно использовать наружно в качестве превентивных мер, препятствующие развитию таких пятен, например, формулы с добавлением глутатиона и ацетил-1-карнитина. В эстетическом применении метода Воддера важно, чтобы мануальный лимфодренаж проводился не только в области лица, но и обязательно шеи. Метод Воддера: побочные эффекты Так называемый кризис исцеления является одним из потенциальных побочных эффектов метода Воддера, как и некоторых техник рефлексологии или глубокого тканевого массажа. Хотя он и не является распространенным явлением, подобная реакция на массаж может проявляться у некоторых людей легким головокружением, низкой температурой или лихорадкой, чувствительностью кожи, высыпаниями и повышенной эмоциональной возбудимостью. С чем связано это явление? Токсины, которые накапливаются в организме, попадают в кровоток с помощью метода Воддера. В тех случаях, когда организм пытается избавиться от токсинов быстрее, чем они могут быть утилизированы, могут проявляться эти временные симптомы. Крайне важно пить достаточно жидкости в период такой детокс-терапии: когда организм хорошо гидратируется до и после сеанса, токсины выводятся быстрее.
Среди многочисленных явлений в физике процесс диффузии относится к одним из самых простых и понятных. Ведь каждое утро, готовя себе ароматный чай или кофе, человек имеет возможность наблюдать эту реакцию на практике. Давайте узнаем больше об этом процессе и условиях его протекания в разных агрегатных состояниях.
Что такое диффузия
Данным словом именуется проникновение молекул или атомов одного вещества между аналогичными структурными единицами другого. При этом концентрация проникающего соединений выравнивается.
Впервые этот процесс был подробно описан немецким ученым Адольфом Фиком в 1855 г.
Название данного термина было образовано от латинского diffusio (взаимодействие, рассеивание, распространение).
Диффузия в жидкости
Рассматриваемый процесс может происходить с веществами во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Чтобы отыскать практические примеры этого, стоит просто заглянуть на кухню.
Варящийся на плите борщ - это один из них. Под действием температуры молекулы глюкозинбетанина (вещества, благодаря которому свекла обладает таким насыщенным алым цветом) равномерно реагируют с молекулами воды, придавая ей неповторимый бордовый оттенок. Данный случай - это в жидкостях.
Помимо борща, данный процесс можно увидеть и в стакане чая или кофе. Оба эти напитка имеют столь равномерный насыщенный оттенок благодаря тому, что заварка или частички кофе, растворяясь в воде, равномерно распространяются между ее молекулами, окрашивая ее. На этом же принципе построено действие всех популярных растворимых напитков девяностых: Yupi, Invite, Zuko.
Взаимопроникновение газов
Атомы и молекулы, переносящие запах, находятся в активном движении и вследствие него перемешиваются с частицами, уже содержащимися в воздухе, и довольно равномерно рассеиваются в объеме помещения.
Это проявление диффузии в газах. Стоит отметить, что само вдыхание воздуха тоже относится к рассматриваемому процессу, как и аппетитный запах свежеприготовленного борща на кухне.
Диффузия в твердых телах
Кухонный стол, на котором стоят цветы, застелен скатертью яркого желтого цвета. Подобный оттенок она получила благодаря способности диффузии проходить в твердых телах.
Сам процесс придания полотну какого-то равномерного оттенка проходит в несколько этапов следующим образом.
- Частички желтого пигмента диффундировали в красильной емкости по направлению к волокнистому материалу.
- Далее они были впитаны внешней поверхностью окрашиваемой ткани.
- Следующим шагом была снова диффузия красителя, но на этот раз уже внутрь волокон полотна.
- В финале ткань зафиксировала частички пигмента, таким образом окрасившись.
Диффундирование газов в металлах
Обычно, говоря об этом процессе, рассматривают взаимодействия веществ в одинаковых агрегатных состояниях. Например, диффузия в твердых телах, твердых веществах. Для доказательства этого явления проводится опыт с двумя прижатыми друг к другу металлическими пластинами (золото и свинец). Взаимопроникновение их молекул происходит довольно долго (один миллиметр за пять лет). Этот процесс используется для изготовления необычных украшений.
Однако диффундировать способны и соединения в разных агрегатных состояниях. К примеру, существует диффузия газов в твердых телах.
В процессе экспериментов было доказано, что подобный процесс протекает в атомарном состоянии. Для его активации, как правило, нужно значительно повышение температуры и давления.
Примером такой газовой диффузии в твердых телах является водородная коррозия. Она проявляется в ситуациях, когда возникшие в процессе какой-нибудь химической реакции атомы водорода (Н 2) под действием высоких температур (от 200 до 650 градусов Цельсия) проникают между структурными частицами металла.
Помимо водорода, в твердых телах диффузия кислорода и других газов также способна происходить. Этот незаметный глазу процесс приносит немало вреда, ведь из-за него могут рушиться металлические сооружения.
Диффундирование жидкостей в металлах
Однако не только молекулы газов могут проникать в твердые тела, но и жидкостей. Как и в случае с водородом, чаще всего такой процесс приводит к коррозии (если речь идет о металлах).
Классическим примером диффузии жидкости в твердых телах является коррозия металлов под воздействием воды (Н 2 О) или растворов электролитов. Для большинства этот процесс более знаком под названием ржавления. В отличие от водородной коррозии, на практике с ним приходится сталкиваться значительно чаще.
Условия ускорения диффузии. Коэффициент диффузии
Разобравшись с тем, в каких веществах может происходить рассматриваемый процесс, стоит узнать об условиях его протекания.
В первую очередь быстрота диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии пребывают взаимодействующие вещества. Чем больше в котором происходит реакция, тем медленнее ее скорость.
В связи с этим диффузия в жидкостях и газах всегда будет проходить более активно, нежели в твердых телах.
К примеру, если кристаллы перманганата калия KMnO 4 (марганцовка) бросить в воду, они в течение нескольких минут придадут ей красивый малиновый цвет. Однако если посыпать кристаллами KMnO 4 кусочек льда и положить все это в морозилку, по прошествии нескольких часов перманганат калия так и не сможет полноценно окрасить замороженную Н 2 О.
Из предыдущего примера можно сделать еще один вывод об условиях диффузии. Помимо агрегатного состояния, на скорость взаимопроникновения частиц влияет также и температура.
Чтобы рассмотреть зависимость от нее рассматриваемого процесса, стоит узнать о таком понятии, как коэффициент диффузии. Так называется количественная характеристика ее скорости.
В большинстве формул она обозначается при помощи большой латинской литеры D и в системе СИ измеряется в квадратных метрах на секунду (м²/с), иногда - в сантиметрах за секунду (см 2 /м).
Коэффициент диффузии равен количеству вещества, рассеивающегося через единицу поверхности на протяжении единицы времени, при условии, что разность плотностей на обеих поверхностях (расположенных на расстоянии равном единице длины) равна единице. Критерии, определяющие D, - это свойства вещества, в котором происходит сам процесс рассеивания частиц, и их тип.
Зависимость коэффициента от температуры можно описать при помощи уравнения Аррениуса: D = D 0exp (-E/TR).
В рассмотренной формуле Е - минимальная энергия, необходимая для активации процесса; Т - температура (измеряется по Кельвину, а не Цельсию); R - постоянная газовая, характерная для идеального газа.
Помимо всего вышеперечисленного, на скорость диффузии в твердых телах, жидкости в газах влияет давление и излучение (индукционное или высокочастотное). Кроме того, многое зависит от наличия катализирующего вещества, часто именно оно выступает в роли пускового механизма для начала активного рассеивания частиц.
Уравнение диффузии
Данное явление - частный вид уравнения дифференциального при частных производных.
Его цель - отыскать зависимость концентрации вещества от размеров и координат пространства (в котором оно диффундирует), а также времени. При этом заданный коэффициент характеризует проницаемость среды для реакции.
Чаще всего уравнение диффузии записывают следующим образом: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .
В нем φ (t и r) — плотность рассеивающегося вещества в точке r во время t. D (φ, r) — диффузии обобщенный коэффициент при плотности φ в точке r.
∇ — векторный дифференциальный оператор, компоненты которого по координатам относятся к частным производным.
Когда коэффициент диффузии зависим от плотности, уравнение является нелинейным. Когда нет — линейным.
Рассмотрев определение диффузии и особенности данного процесса в разных средах, можно отметить, что он имеет как положительные, так и отрицательные стороны.