بررسي اثر محيط و تبخير بر دماي پوست

با گسترش تكنولوژي در سطح دنيا و افزايش روزافزون تجهيزات اشتعال‌زا و به سبب آن افزايش ميزان مرگ و مير بر اثر ‏جراحات ناشي از سوختگي شايسته است پديده سوختگي از مبحث مهندسي پزشكي و ديدگاه بيومكانيكي بررسي شود. علاوه ‏بر اين آب و هواي گرم نيز باعث ايجاد صدمات سوختگي و تخريب بافت پوستي مي‌شود. در روزهاي گرم تابستان افراد زيادي ‏بر اثر گرمازدگي، تبخير زياد آب بدن و سوختگي فوت مي‌كنند، در نتيجه مطالعه حرارتي پوست مي‌تواند به درك بهتر سيستم ‏كنترل دماي بدن كمك كند و باعث پيشرفت در حوزه محافظ‌هاي پوستي و استانداردهاي ايمني شود. در محيط گرم، تعرق ‏مهمترين عامل براي تغيير دما، بر اساس سيستم تنظيم دماي بدن است. در اين پژوهش ابتدا فرمولبندي و حل به روش‎ ‎تفاضل‎ ‎محدود معكوس مدل با روش زاو و همكاران ارزيابي شده است. سپس براي بسط دادن مدل انتقال حرارت زيستي پنس با ‏اضافه كردن جمله تبخير به شرط مرزي سطح پوست و تغيير شرايط مرزي و افزودن مولفه تبخير به آن، نتايجي در مورد توزيع ‏دما در پوست بدست آمده است. اين مدل براي تحليل اثر تغيير دماي محيط، شرايط محيطي مختلف و فعاليت بدني مشخص بر ‏دماي گذراي پوست و همچنين براي تعيين دماي نهايي بافت زنده به كار گرفته شده است. نتايج نشان مي‌دهد در صورت عدم ‏تعرق، دماي بدن به سرعت افزايش يافته؛ گرمازدگي و سوختگي رخ خواهد داد و نياز فوري به نوشيدن آب خواهد بود. ‏همچنين افزايش دماي محيط، محل بيشينه درجه حرارت را به سطح پوست منتقل ميكند. براي مثال، بيشترين مقدار دما در ‏mm‏ 9 و ‏mm‏ 6/7 از سطح پوست به ترتيب براي دماي محيط‎50°C‎‏ و‎60°C‏ رخ مي‌دهد؛ يعني بيشترين آسيب ديدگي حرارتي در ‏اين محل واقع مي‌شود.‏

Recent technological and industrial advances have increased the number of skin burns due to human body exposure to heat in a fire or hot and mechanized environment. In addition, hot environment can produce a strain on a human body leading to discomfort and heat stress and even death. In hot summer days, many people suffer from heat stroke, dehydration and loss of body fluid. Therefore, the subject of studying thermal energy transport in living tissues is useful for assessing skin burns accurately, better understanding the thermoregulatory system of the body and for developing thermal protection standards. In a hot environment, the most important factor to control the body temperature is evaporation. Accordingly, this study solves one dimensional Pennes’ bio-heat equation by means of backward finite difference formulation. Physical and physiological factors taken into account are: sweat secretion, capillary blood circulation (perfusion), metabolic heat, heat and water exchange with the environment through convection and evaporation. Initially, the model is validated using the work of Zhao et al. Then, the evaporation term is added to the model to study the effect of ambient temperature variation on skin tissue temperature. The results show that thermal disease such as hyperthermia can be expected if uncovered skin is held for a specific time at hot environment. It is observed that increasing ambient temperature causes a shift in the location of the maximum temperature toward the surface of the skin, i.e., the maximum temperature occurs at the depth of about 9 and 7.6 mm of skin surface for ambient temperature of 50 and 60°C, respectively.