第三节 烧伤创面愈合的病理生理过程
创面愈合(wound healing)是指由于致伤因子的作用造成组织缺失后,局部组织通过再生(regeneration)、修复(repair)、重建(reconstruction),进行修补的一系列病理生理过程。 创面愈合本质上是机体对各种有害因素作用所致的组织细胞损伤的一种固有的防御性适应性反应。 这种再生修复表现在丧失组织结构的恢复上,也能不同程度地恢复其功能。
促进烧伤创面愈合是烧伤治疗的基本任务,而建立正确的创面治疗方法则依赖于对烧伤创面愈合机制的理解。 创面愈合是一个复杂的生物学过程,是由一系列生理、生化变化和细胞、细胞因子、细胞外基质等共同参与并相互调节的过程,多种生理、病理条件均可影响和改变这一正常的创面愈合过程。烧伤创面愈合不同于一般的单纯组织断裂的切割伤和组织缺损的创伤,它是一种伴有坏死组织存在的组织缺损性损伤,其愈合过程有着独特的规律性。
一、烧伤创面愈合的一般过程
一定程度的热力作用可使皮肤组织发生凝固性坏死,在创面上可形成明显的坏死组织。 如深Ⅱ度创面的坏死表皮与坏死的真皮成分一起形成痂皮,Ⅲ度烧伤创面为全层皮肤坏死,形成焦痂,初期创面呈灰白色,因含有水分质地尚软,如行暴露疗法,组织中水分蒸发而逐渐变硬变薄,色黄带黑。
创面坏死组织缺乏正常皮肤的各种功能,它不具有抵御细菌入侵的屏障功能,还是细菌生长的良好介质,增加创面感染的机会;由于创面坏死组织的高渗透性,使皮肤丧失了防止水分、电解质、血浆成分丢失的功能,蛋白质大量丢失,将破坏氮平衡,影响创面愈合,补体成分和免疫球蛋白的丢失将加重烧伤引起的免疫抑制;其可加速凝血因子和相关因子(如血小板、纤维蛋白原)的消耗,因此常可破坏机体凝血功能;其不具备正常皮肤的温度调节功能,可导致热量丢失。
皮肤组织烧伤后可以合成一种脂蛋白复合物的毒性物质,对组织细胞有损害作用。 如实验发现,大量坏死组织可以激活巨噬细胞、淋巴细胞和中性粒细胞,释放氧自由基、溶酶体酶、细胞因子、前列腺素、白三烯等介质。 体外实验也证实,烧伤皮肤不仅含有TNF-α 等炎性介质,而且其浸出液对培养中的血管内皮细胞等有明显的损害作用。 这些坏死组织释放出大量的炎性介质不仅能进一步激活局部炎症细胞产生过度炎症反应,对局部组织产生损害作用,而且还可直接或间接地损伤创缘和创面残存的组织修复细胞如成纤维细胞、内皮细胞和角质形成细胞,并阻止这些修复细胞向创面迁移而影响修复。 坏死组织中含有的热源性产物和毒素一旦扩散入血,尚可影响其他脏器的功能。
不同深度的烧伤创面,修复过程是不一样的。浅Ⅱ度烧伤创面为表皮角质形成细胞迁移、增殖和分化,修复表皮层;深Ⅱ度烧伤创面则为上皮细胞(含残存皮肤附件)、成纤维细胞、血管内皮细胞迁移、增殖和分化,胶原等细胞外基质沉积,结缔组织重塑,瘢痕形成;Ⅲ度烧伤创面的变化与深Ⅱ度类似,但如创面直径大于2cm,表皮层由创缘表皮角质形成细胞移行、增殖则难以修复,需皮片移植,以避免或减少瘢痕愈合。 烧伤创面处理的总原则是尽快封闭创面,尽可能地达到功能和外观均满意的修复效果。 根据烧伤创面修复的机制,不同深度烧伤创面的处理原则是:Ⅰ度烧伤保持创面清洁,减轻疼痛;浅Ⅱ度烧伤防止感染,减轻疼痛,促进愈合;深Ⅱ度烧伤防止感染,保护残留之上皮组织,清除坏死组织,促进愈合,减少瘢痕形成;Ⅲ度烧伤防止感染,尽早去除坏死组织,如面积较大应尽早植皮,早日封闭创面。
研究表明,烧伤创面愈合的一般过程,包括炎症反应、组织增生、基质形成和创面重塑等阶段,现分述如下:
(一)炎症反应
炎症反应是创面修复的初始阶段。 热力损伤内皮细胞后,暴露基底膜的胶原纤维成分激活凝血因子Ⅶ,启动内源性凝血途径;损伤组织可直接释放大量的凝血激活酶(凝血因子Ⅲ、组织因子),启动外源性凝血途径,继而激活血液的纤溶、激肽系统。 创面的变性蛋白可直接激活血液的补体系统。 这四大系统的部分活化产物为炎症介质。 损伤组织的细胞还可生成或释放血管活性肽、脂质炎性介质和趋化性细胞因子等物质,在这些介质作用下,伤后很快就出现毛细血管痉挛收缩,继而毛细血管扩张,通透性增加,体液和细胞渗出。 受伤部位的血小板被内皮下的胶原所激活,立即发生凝集,也释放大量的炎性介质,趋化炎症细胞进入受伤部位。
中性粒细胞为首批进入受伤部位的炎症细胞,活化补体片段如C3a,C5a 可吸引白细胞,清除细胞碎片、细菌;稍后单核细胞浸润至受伤部位,并分化为巨噬细胞,大部分巨噬细胞由血液循环单核细胞转化而来,有些是在局部增殖的组织巨噬细胞,巨噬细胞清除细胞碎片和细菌,分泌大量生长因子,吸引和活化局部内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞,启动创面修复,在创面由炎症反应向组织增生的转换中起关键作用。 淋巴细胞进入创面更晚,其在创面修复中的作用主要是通过其释放的淋巴因子而发生的,许多淋巴因子在体外具有调节成纤维细胞迁移、增殖和合成胶原的作用,因而淋巴细胞可能也参与了创面胶原的重塑过程。
最近有研究表明:炎症反应期的本质与核心是生长因子调控的结果,组织受伤后出血与凝血等过程可释放出包括转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β、血小板衍生细胞因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors,FGF)等在内的多种生长因子,生长因子招募中性粒细胞、单核细胞和成纤维细胞进入创口,向创面集聚,趋化、刺激成纤维细胞、血管内皮细胞分裂、增殖,为后期的修复奠定基础。
(二)组织增生
创面修复主要有组织增生和塑形两个阶段。 组织细胞增殖起始于炎症反应阶段,表皮角质形成细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞是烧伤创面愈合过程中的主要修复细胞,分别完成创面的上皮化、细胞外基质形成和新血管形成。
伤后数分钟内,创缘角质形成细胞的形态即可发生变化,创缘表皮增厚,基底细胞增大,可与真皮脱离并移行至创面缺损处,创面周围附件上皮细胞也可脱离基底向创面迁移。 细胞外基质黏附糖蛋白如纤维粘连蛋白、玻连蛋白等提供上皮移行轨道。上皮细胞移行到坏死组织下方,便将坏死组织与正常组织逐渐分离。 一旦缺损创面被上皮细胞覆盖,上皮细胞即停止迁移,上皮细胞分泌形成基底膜、半桥粒,将表皮角质形成细胞固定在新的基底膜上,连接于真皮层,并继续增殖形成复层。
伤后成纤维细胞被活化、增殖,改变其分化表型,以新沉淀基质的纤维蛋白和纤维粘连蛋白为支架移行至创面,分泌胶原、纤维粘连蛋白及TGF-β等。 巨噬细胞的产物可刺激创面周围的成纤维细胞分化,如TGF-β、PDGF、FGF、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白介素(interleukin,IL)-1 等可刺激成纤维细胞增殖,C5a、胶原肽、纤维粘连蛋白肽、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)、FGF、PDGF、TGF-β 可促进成纤维细胞迁移等。
伤后第3 天,随着炎症反应的消退和组织修复细胞的逐渐增生,创面出现以肉芽组织增生和表皮细胞增生移行为主的病理生理过程。 此时组织形态学的特征为毛细血管胚芽形成和成纤维细胞增生,并产生大量的细胞外基质。
增生的成纤维细胞可以来自受创部位,也可以通过炎症反应的趋化,来自于创面邻近组织。 毛细血管是肉芽组织的重要组成成分,毛细血管形成的时间、数量及质量直接影响到创伤愈合的程度。 目前认为毛细血管来源有两种可能:一是结缔组织中小血管和毛细血管以发芽方式向外生长而来。 首先,多种生长因子作用于创面底部或邻近处于“休眠”状态的血管内皮细胞(特别是静脉的血管内皮细胞),使其“活化”并生成毛细血管胚芽,在形成毛细血管胚芽后呈袢状长入创区,最后相互连接形成毛细血管网;二是血管周细胞增生,演变为内皮细胞或由静止成纤维细胞演变为内皮细胞而使毛细血管再生。
血管内皮细胞增生始见于伤后24 小时,最开始呈团状、条索状,逐渐变成由单层内皮细胞组成的毛细血管,新生毛细血管相互平行并与表面垂直生长,这种生长方式可以对结缔组织和表皮细胞提供充分的血供。
随着肉芽组织的增多,基质成分沉积,毛细血管逐渐减少至消失。 细胞外基质主要由透明质酸、硫酸软骨素、胶原以及酸性黏多糖等组成,其主要成分来自于成纤维细胞。
肉芽组织形成的意义在于填充创面缺损,保护创面防止细菌感染,减少出血,机化血块坏死组织和其他异物,为新生上皮提供养料,为再上皮化创造进一步的条件。
(三)基质形成和创面重塑
创伤愈合与肿瘤生成的细胞分子生物学进程很相似,两者的基质形成也很相似,主要区别在于创伤愈合有自控性,而肿瘤却无。 细胞外基质是围绕细胞、由蛋白、多糖交联形成的复杂结构,主要成分有胶原蛋白、蛋白聚糖及粘连糖蛋白。 深度烧伤创面(尤其是深Ⅱ度)愈合通常有瘢痕形成,在此过程中,成纤维细胞则缓慢移行进入稠密而有阻力的创面细胞外基质中,所分泌的胶原纤维沉积呈紧缩而紊乱的排列。
1.细胞外基质
(1)胶原蛋白:
胶原是主要的细胞外基质,约占机体蛋白质总量的25%,系3 条α(或β,γ)肽链拧成三股螺旋结构的基质蛋白。 组成胶原蛋白的氨基酸中,甘氨酸约占1/3,脯氨酸约占1/4,尚有胶原特有的羟脯氨酸和羟赖氨酸,这与胶原分子交联有关。 目前已发现胶原至少有15 型,主要胶原蛋白有六(Ⅰ～Ⅵ)型,与皮肤烧伤修复有关的主要为Ⅰ型、Ⅲ型胶原,正常皮肤约80%为Ⅰ型,20%为Ⅲ型,创伤修复过程Ⅲ型胶原比例升高。
研究表明,赖氨酸羟化酶将赖氨酸缩合成赖氨酸-赖氨酸键,这是胶原蛋白分子交联的基础,稳定胶原蛋白结构。 如果没有足量的脯氨酸羟化,则α肽链不能合成稳定的三股螺旋结构的胶原蛋白。
测定羟脯氨酸量及Ⅰ型和Ⅲ型胶原比值可以了解创面愈合的情况。 浅度(浅Ⅱ度)创面羟脯氨酸量伤后不久即增加,伤后2 周羟脯氨酸量趋于正常,而Ⅲ型胶原量降低。 深度(深Ⅱ度、Ⅲ度去痂植皮)创面,伤后羟脯氨酸及Ⅲ型胶原量升高,创面覆盖后相当长一段时间其含量仍高。 胶原蛋白在创面积聚,取决于创面局部酶所致的胶原合成和降解比率,伤后早期胶原蛋白降解少,创面覆盖趋于成熟后其降解量增加。
(2)蛋白聚糖:
蛋白聚糖及糖蛋白均由蛋白质及糖组成,但二者的比例、结构、代谢、功能有很大差别。 糖蛋白是在多肽链上连接了一些寡糖,蛋白质较多,糖占的比重变化大,更多表现为蛋白质性质。蛋白聚糖中含1 条或数条多糖链,多糖链与多肽链以共价键相连接,多糖所占重量达50%～95%,因而具有多糖性质。 所以蛋白聚糖是由一种或多种糖胺聚糖,共价连接于核心蛋白组成。 重要的糖胺聚糖有6 种,即透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。
蛋白聚糖中糖胺聚糖是多阴离子化合物,可结合阳离子Na+、k+等,吸收水分子,蛋白聚糖可吸引保留水而形成凝胶、容许小分子化合物扩散而阻止细菌通过。 透明质酸可与细胞表面的透明质酸受体结合,影响细胞黏附、迁移、增殖和分化。 蛋白聚糖可影响创面胶原纤维形成和排列,调控胶原蛋白降解速度。
(3)粘连糖蛋白:
细胞外基质中粘连糖蛋白包含纤维粘连蛋白(fibronectin,Fn)、腱生蛋白(tenascin)、层粘连蛋白(laminin)、纤维蛋白原、血小板反应素(thrombospondin)、玻连蛋白(vitronectin)等。这些粘连糖蛋白作用是通过细胞膜表面受体-整合素(integrin)来完成的。
整合素为膜糖蛋白家族,由α 和β 两个亚单位组成,它联结细胞间骨架、细胞周围基质及邻近细胞。 各种特定细胞对粘连糖蛋白的亲和力,即整合素与其配体的亲和力,决定细胞移动方向。
纤维粘连蛋白广泛存在于细胞外基质、基底膜及各种体液中,成纤维细胞、上皮细胞、巨噬细胞等均可合成分泌,尤以成纤维细胞分泌量多,血浆纤维粘连蛋白主要来自肝细胞。 纤维粘连蛋白与许多涉及创面愈合的分子如胶原、肌动蛋白、纤维蛋白、透明质酸、肝素、纤维粘连蛋白自身及成纤维细胞表面受体等均有结合作用,对细胞移行、胶原沉积、再上皮化及创面收缩均有影响。 如肉芽组织成纤维细胞及肌纤维母细胞表面均有一层纤维粘连蛋白基质,这可造成创面收缩。
腱生蛋白抑制纤维蛋白的细胞黏附作用,使细胞离开基质而移行。 腱生蛋白的出现常伴随上皮细胞、间质细胞移行的开始。
层粘连蛋白是基底膜的主要成分,由上皮角质形成细胞分泌,促进上皮细胞间黏附,抑制上皮细胞的移行,增强上皮细胞与基底膜结合的稳定性,使上皮化过程终止,上皮细胞恢复功能。
2.创面收缩
创面收缩涉及细胞、细胞外基质和细胞因子之间复杂而和谐的相互作用。 创面愈合的第2 周,部分成纤维细胞转变成以细胞内含有大量肌动蛋白微丝纤维束为表型特征的肌纤维母细胞,同时出现了创面结缔组织紧缩和创面收缩。 创面收缩很可能需要TGF-β1 或β2 和PDGF 的刺激,成纤维细胞经整合素受体附着在胶原基质表面,以及胶原束之间的交联。
3.创面重塑
深度烧伤创面上皮化或植皮覆盖,只是完成了创面的封闭,而创面愈合过程并未结束,还需经历创面组织重塑阶段,其表现为封闭创面色泽、感觉、功能的变化,新生上皮趋向成熟,新生毛细血管网减少而形成以真皮小动脉和小静脉为主的血供模式,胶原酶等降解过多胶原纤维,而胶原排列由紊乱转向有序,瘢痕经历增生而消退萎缩,这一创面重塑过程经历数月至数年。
二、烧伤创面进行性加深现象
(一)概述
基础研究与临床观察表明,并不是所有的烧伤创面愈合过程都是按我们预想的方向进展,在临床工作中我们经常发现早期的浅Ⅱ度烧伤进展为深Ⅱ度烧伤,早期的深Ⅱ度烧伤进展为Ⅲ度烧伤,所以烧伤创面愈合过程会呈现曲折的过程。
烧伤创面组织进行性加深现象,早在半个多世纪前人们就已注意到了,这一现象往往发生在伤后的数天内,创面进行性损害一旦发生,即可使原浅度的烧伤创面转变为深度创面,这使烧伤创面深度的诊断和创面处理方案的制订成为一个相当棘手的问题。
1949 年Sevitt 在实验动物中就已发现烧伤创面发生局部微循环的变化,但当时人们尚未能将这种创面局部的血液循环变化与创面进行性加深的临床现象进行动态的、机制上的联系。 1953 年Jackson首次报道皮肤烧伤后创面自中心向外存在三个区带:中央部分为高热引起的凝固区,是热力直接作用所致的局部组织细胞坏死的部位,是不可逆的凝固坏死区,最外层为充血带,是局部损伤后的反应性区域,通常不发展成坏死组织,中间为淤滞带,该区在组织学上呈现血管扩张、局部血流滞缓,如果血流滞缓至一定程度可发展成坏死组织、但如给予该区域合理的保护,则可使血流淤滞现象得到改善并随病程演变逐渐恢复为正常健康组织。 由于淤滞的组织可向存活或继续损害乃至坏死两个方向发展,有人称之为“间生态”组织。 进一步的组织学动态观察发现:淤滞带在伤后即刻仍可见有局部血流灌注,但在伤后24 小时内血流可停止,并表现出局部出血、瘀斑、血管内血栓形成、血管通透性增加和局部组织水肿等,淤滞带常在伤后48 小时内出现血流渐进性淤滞加重,甚至导致血供中断而转化为凝固坏死带。1963 年Hinshaw 发现,未予任何治疗的烧伤创面在伤后24～48 小时内可见因局部发生进行性缺血引起细胞损伤并致细胞死亡,最后导致创面加深,使原先创面下的坏死组织范围扩大,这一前瞻性研究较为明确地建立了创面局部血流渐进性淤滞加重导致血供中断与创面进行性加深的关系。 众多的临床观察发现,创面深度在伤后2～3 天发生改变,临床表现为创面的加深和扩大,提示了创面进行性加深现象的存在。
Masson 染色和抗波形蛋白(vimentin)免疫组织化学染色法是组织学观察深Ⅱ度创面进行性加深的有效、直观的研究方法。 应用Masson 染色技术可将正常的胶原染成蓝色或亮绿色,而将变性坏死胶原染成棕红色;应用抗波形蛋白免疫组织化学染色方法可特异性地标记基质细胞、内皮细胞、白细胞、朗格汉斯细胞等细胞膜的抗波形蛋白原,其染色一旦脱失则反映了细胞受损变性。 因此,通过动态比较棕红色染色区域的范围以及波形蛋白抗原阳性表达的数量,能够很好地在组织学水平上评价创面组织进行性损害的发生和发展。
有研究发现:烫伤大鼠深Ⅱ度创面组织在伤后的48 小时内,随着时间的推移,变性胶原部分逐渐增加,正常胶原部分逐渐减少,同时,坏死或变性的组织细胞成分逐渐增加。 此外,在深Ⅱ度烧伤患者的创面组织学观察中,同样发现了伤后24 小时内以亮绿色的正常胶原为主,而至伤后5 天则被红染的变性胶原成分明显增加,伤后24 小时内组织细胞波形蛋白抗原阳性表达,而伤后5 天波形蛋白抗原染色脱失,提示组织细胞变性坏死数量增加。 这些结果进一步为烧伤创面组织进行性损害现象提供了直接的组织学证据。
(二)机制研究
烧伤创面早期损害进行性加深现象的发生和发展是一个序贯过程,多因素参与了这一病理过程,而且与组织进行性损害有关的各种因素之间还存在复杂的调控关系。 迄今,人们对其确切机制尚未完全了解,现有的研究资料提示,烧伤后局部的组织水肿、烧伤后抗凝-纤溶系统功能改变所致的血液高凝状态或血栓前状态、因创面坏死组织存在或感染所致的局部过强炎性反应是组织进行性损害加深发生的重要机制。
1.水肿的形成
烧伤后创面局部水肿被认为是创面进行性加深的原因之一,创面局部水肿形成,不仅导致血液浓缩、加重血流淤滞,而且还可导致组织压增大、压迫局部微循环,造成淤滞带组织血流进一步淤滞,加重组织缺血缺氧;而减轻组织水肿的程度,则有利于组织的灌流,提示了组织水肿在创面进行性损害发生发展病理机制中的作用。
(1)血管通透性增加:
是烧伤后组织水肿形成的主要原因,引起血管渗透性增加的原因之一是热量造成毛细血管和小静脉内皮细胞受损,细胞肿胀、细胞间连接破坏、缝隙形成,易致水分通过扩大的血管内皮间隙丢失;烧伤创面释放的化学介质如组胺、缓激肽以及氧自由基等,也是引起血管(主要是毛细血管后静脉)通透性增加的原因。
(2)组织间隙渗透压升高:
血液中小分子物质和大分子蛋白,从血管中渗出到组织中,可增加组织间隙的渗透压。 众所周知,毛细血管缝隙直径大于大分子蛋白的直径,因此蛋白也可以从血管缝隙中渗出,但蛋白质实际渗出量却比小分子物质要少得多,分析烧伤水肿渗出液后可以得知:同样是蛋白质,小分子白蛋白比大分子球蛋白、纤维蛋白原的渗出量大,其比例失调。 这提示尽管血管缝隙直径较大,但血液中物质向外渗出时,血管对大分子物质具有选择性通透的特点,导致其中大部分仍被保留在管腔中。 有依据推测,烧伤后毛细血管基底膜可能作为后备的渗透性屏障,将那些从内膜损伤的血管中渗出的血液成分保留下来,导致了组织水肿。
烧伤早期在热力作用下透明质酸和胶原纤维的迅速降解,以及被破坏细胞高渗性物质的释放是组织间隙渗透压升高的主要原因。 此外,氧自由基的释放同样可以破坏间质组织中的透明质酸和胶原,使组织渗透压明显升高,成为水肿形成的重要原因之一。
Arturson 公式指出: 液体渗出压为200～300mmHg 时,可以导致大量水肿形成。 研究认为毛细血管静水压力是导致水肿发生的一个可能因素。如Pitt 发现烧伤早期毛细血管静水压几乎增加了两倍,首先提出的机制是化学介质的参与,例如伤后由肥大细胞释放出的组胺,具有扩血管作用,而组胺受体拮抗剂(如H 受体阻滞剂)可以阻断烧伤水肿的发生,有关组胺的最新研究表明,它是通过释放介质一氧化氮而发挥扩血管功能的;然而另一种观点认为组胺可能是通过刺激氧自由基的释放而参与烧伤水肿的发生。
烧伤后体液中的各种前列腺素也可能参与了水肿的发生。 人们研究了前列腺素产物抑制剂(例如吲哚美辛、烟碱酸、布洛芬)对水肿的影响时发现:此物质可以减轻水肿,但淋巴液中的蛋白含量无明显改变,说明使用这类药物后毛细血管缝隙直径未发生改变。 提示烧伤后水肿发生过程中前列腺素类物质主要是通过扩张血管增加毛细血管内压力,而不是增加了毛细血管通透性。
毛细血管后静脉中红细胞淤滞和黏附可影响静脉回流,可导致毛细血管滤过压增加,而红细胞淤滞则可能与体液丢失或热力所致的红细胞变形能力降低有关。 此外,血小板和中性粒细胞黏附至毛细血管和静脉内皮表面,亦与红细胞淤滞有关。 5-羟色胺等介质可引起静脉收缩,是导致毛细血管滤过压增加的另一原因。
还有一些观点认为,烧伤水肿形成可能与间质组织改变有关。 如Lund 和他的同事们发现,严重烧伤患者伤后早期间质组织静水压明显下降,这可能是由于胶原纤维损伤导致纤维相互分离、间质空间体积增加、产生真空所致。 该区域的负压约为120mmHg,在如此大的负压下,并有其他因素的共同存在,这就不难解释伤后2～3 小时内能快速形成烧伤创面局部水肿的现象。
2.血栓前状态
烧伤后即刻可发生凝血、抗凝和纤维蛋白溶解功能的改变,呈现出血液的高凝状态,即血栓前状态。 众多的研究认为,烧伤后早期发生的创面进行性损害与烧伤后即刻发生的血栓前状态有密切的关系。 如有学者对重度和特重度烧伤的患者研究发现:烧伤患者早期处于血栓前状态,其凝血因子增加、抗凝功能减弱、纤维蛋白溶解功能不足、血液黏度和血细胞比容增高、TXB2 明显增加、PGF-α 显著降低等,这些都是促进血栓形成的有利因素。
3.创面局部炎性反应
创面局部在受到烧伤打击后即可引起炎症反应,炎症反应是创面愈合过程的启动阶段,为创面愈合所必需的,但过强的炎症反应则可引起局部损伤,导致创面进行性损害的发生。 炎症反应对创面局部的损害机制如下:
皮肤烧伤可激活补体、激肽/缓激肽、凝血和纤溶系统,进而激活血液循环中的细胞成分,促使多种细胞因子和炎症介质的释放,从而构成一个复杂的相互作用的网络。 研究表明:烧伤后4 小时起,外周血炎症细胞以及中性粒细胞的数量明显增加,而代表中性粒细胞被激活的表面CD11/CD18 分子表达在伤后半小时即可出现一个高峰,在伤后24 小时出现第二个高峰。 近年来的研究发现,烧伤后皮肤组织炎性介质的释放是有区域性和针对性的,表现为IL-8 在烧伤创面组织、创缘组织和正常皮肤组织的释放水平存在极大的差异,认为烧伤创面这一区域性的高水平IL-8 释放可能是机体为了吸引炎性细胞,针对抵抗受伤局部微生物的入侵和启动创面愈合过程的一种自身调节机制。 此外,众多的文献资料也表明了烧伤早期创面组织局部IL-1、IL-6,IL-8,TNF-α、C3a 等炎症介质水平明显升高,通过细胞因子和炎症介质的作用,吸引中性粒细胞、巨噬细胞到达创面局部并与血管内皮细胞黏附、游出,在组织间释放氧自由基和蛋白水解酶等,可导致组织的损害。 依赖黏附分子与内皮细胞发生黏附是中性粒细胞游出的关键环节,当血流减慢时,中性粒细胞在血管壁上滚动,其表面选择素分子LECAM 与内皮细胞上相应的配体ECAM 结合而发生黏附,但这种黏附是不稳定的,只有当中性粒细胞表面CD11/CD18分子与内皮细胞上的ICAM-1 结合时,中性粒细胞才能牢固地附着在血管壁上,借助蛋白水解酶的水解作用,黏附分子以及黏附分子相连接的胞内骨架结构的变动,中性粒细胞游出血管到达组织间隙,烧伤早期中性粒细胞表面CD11/CD18 分子的高度表达无疑为其向局部组织浸润创造了条件。
适度的炎性反应为创面愈合所必需,炎性反应的不足或过度均会导致创面愈合“失控”,即创面愈合延迟或创面进行性加深等不良转归。 如何界定“适度炎性反应”,如何量化“炎性反应不足或过强”,是一个有助于我们调控炎性反应、把握创面愈合转归的关键问题。 就目前人们对炎症反应的机制及其对愈合进程调控规律的认识而言,还远不足以圆满地回答这一问题,但寻找和探索影响炎性反应的相关因素,将有助于我们揭开炎性反应对创面愈合调控机制的神秘面纱,明确炎症反应在创面进行性加深机制中的地位和作用。
三、烧伤创面愈合的现代概念
创面愈合是一个复杂而有序的生物学过程,主要包括炎症反应、细胞增殖、结缔组织形成、创面收缩和创面重塑几个阶段。 创面愈合过程的各个阶段间不是独立的,而是相互交叉、相互重叠,并涉及多种炎症细胞、修复细胞、炎性介质、生长因子和细胞外基质等成分共同参与,在机体的调控下呈现高度的有序性、完整性和网络性。
(一)炎症反应
炎症反应是创面愈合的始动环节,机体受损后,血小板立即相互聚集,并释放促凝因子、趋化因子和生长因子,中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等炎症细胞按照一定的时相规律被趋化至创面局部,并在创面愈合过程中各司其职。
1.中性粒细胞
中性粒细胞虽然在炎性介质的释放和坏死组织的清除中起重要作用,但有实验发现,造成中性粒细胞减少的动物其创面愈合仍能正常进行,这一迹象提示中性粒细胞本身并不直接参与修复细胞增生和创面愈合。 而最近研究发现,中性粒细胞产生的炎性细胞因子可充当激活成纤维细胞和表皮角质形成细胞的最早信号。 因此,中性粒细胞在创面愈合中的地位尚需进一步认识。
2.巨噬细胞
巨噬细胞在创面愈合中的重要作用正已被普遍认识,有人称之为创面愈合的“调控细胞”。 研究证实没有巨噬细胞参与,创面就不能愈合。 巨噬细胞本身在执行清除坏死组织、细菌和异物等免疫细胞功能的同时,还能分泌多种生长因子,如PDGF、EGF、TGF-β、IL-1、TNF-α、HB-EGF、MDGF、WAF 等,趋化修复细胞、刺激成纤维细胞的有丝分裂和新生血管的形成,以促进肉芽形成,在创面愈合中承担重要角色。
此外,巨噬细胞对胶原尚有双向的作用:可刺激胶原纤维增生,又可促使胶原降解,这提示了巨噬细胞对创面愈合增殖阶段具有双向调控作用,以避免增生“失控”;同时也提示了巨噬细胞促进创面愈合的生物学行为,不仅发生在创面愈合过程的炎症阶段、增殖阶段,而且还参与了创面的重塑阶段,贯穿于创面愈合过程的始末。
3.淋巴细胞
淋巴细胞是创面炎性反应阶段出现较晚的炎症细胞,目前尚没有见到淋巴细胞直接参与创面愈合的实验证据,但淋巴细胞产生的细胞因子为创面愈合所必需。 经低剂量的钴60 照射造成免疫抑制的动物模型,在烫伤后创面愈合延迟,胶原产生减少,说明淋巴细胞可通过产生对成纤维细胞活性有促进或抑制作用的细胞因子而影响创面愈合。
(二)细胞增殖与结缔组织形成
表皮细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞等修复细胞的增殖是创面愈合的重要环节,该增殖阶段的特点是通过一系列修复细胞的生物学行为的表达,促进新生血管形成、产生细胞外基质、引起伤口边缘收缩、造成表皮细胞迁移覆盖创面。
1.血管化过程
血管化过程要求血管内皮细胞增生和迁移,血管内皮细胞在胶原酶和其他酶的作用下,从未受损的血管部位分离后,向损伤部位迁移并增生,逐渐形成管状结构和毛细血管芽,并相互连接形成血管网,细胞外基质成分沉积至网状结构中,形成新的血管基底膜。 研究表明,炎性细胞分泌的具有趋化作用的生长因子和具有降解作用的胶原酶与内皮细胞迁移的启动有关,尤其是a-FGF、b-FGF、TGF-β、EGF 和WAF 等生长因子在调节血管形成的全过程中起着非常重要的作用。
2.细胞外基质形成
细胞外基质形成始于细胞增生阶段,从巨噬细胞向受伤部位趋化性迁移时就开始了,因此其和炎症阶段是部分重叠的,在炎症阶段向增生阶段转变过程中,创伤部位中的炎症细胞数量逐渐减少,而成纤维细胞数量则逐渐增加。此阶段中,成纤维细胞不断地刺激PDGF,TGF-β 以及其他生长因子的表达,从而调节细胞外基质成分的合成和沉积,包括粘连蛋白、层粘连蛋白、糖胺聚糖和胶原基质的形成,不仅是单纯组织结构的填充,更具有调控修复细胞生物学活性的作用。
3.上皮化
上皮化对于创面覆盖及愈合十分重要,上皮化过程涉及角质形成细胞的迁移、增生和分化,从创缘或创面残存的毛囊及汗腺来源的角质形成细胞,在受到损伤刺激后的数小时内即开始迁移,迁移的角化细胞经增生并覆盖创面,并最终与基底膜相连接。 上皮和基底膜支持结构的重新建立,对于创伤愈合过程中非渗透性屏障的形成是必需的。
表皮细胞的迁移有两种方式:以完整的多细胞层一起迁移,或以一种复杂的“蛙跳”方式迁移(或被称为“外包”方式),这两种方式都保护了表皮细胞特有的细胞间紧密连接结构,多细胞层的迁移将持续到创面被完全覆盖区域的基底膜结构产生后。粘连蛋白、胶原、层黏蛋白影响表皮细胞的迁移,生长因子也能够影响上皮化过程,提高上皮化率。 由巨噬细胞分泌的角质细胞生长因子(KGF,也称为FGF-7)能够促进新生结缔组织的形成,并直接促进上皮化过程,创缘和创面残存的上皮细胞是这种生长因子的重要来源。
(三)创面收缩和组织重塑
1.创面收缩
创面收缩表现为皮肤损伤后数日,伤口边缘的整层皮肤向中心移动,创面逐渐减小。 伤口收缩的意义在于缩小创面。 肉芽组织产生的收缩力来自于含有收缩蛋白的肌纤维母细胞(myofibroblasts),而与胶原形成无关。 在肉芽组织形成过程中,成纤维细胞经历了一系列表型变化,肌纤维母细胞的出现便是其表型变化之一。 创面中富含沿收缩方向排列的肌纤维母细胞,其胞质内成束的α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)微丝沿细胞膜内面排列。 通过细胞外基质的整合素受体,肌纤维母细胞可与胶原及纤维粘连蛋白等基质成分结合。 创面中细胞之间、基质之间、细胞与基质之间的连接提供了广泛的网络,使得肌纤维母细胞在基质上的牵引力得以在创面传递,从而引起伤口收缩。 伤口收缩的程度随组织缺损的深度而变化。 例如,在全层皮肤损伤时,如组织缺损深于皮肤附件,伤口收缩则是愈合过程的重要组成部分之一,可使创面缩小达40%。 抑制胶原形成对伤口收缩无影响。 包扎创面及某些药物(如可的松类药物)可抑制伤口收缩,植皮可使伤口收缩停止。
2.组织重塑
覆盖了再上皮化之表皮的肉芽组织并不意味着创伤愈合过程的完结,它还将经历组织重塑(又称组织改构)阶段,主要表现为肉芽组织逐渐成熟,即肉芽组织向瘢痕组织转化。 在此阶段,角质形成细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等细胞可分泌多种基质降解酶,分解多余的ECM 成分。 如间质胶原酶或基质金属蛋白酶-1(metalloproteinases-1,MMP-1)可降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ、Ⅷ型胶原;明胶酶(MMP-2)能降解Ⅴ、Ⅺ型胶原和所有类型的变性胶原;基质溶解素(stromelysin,又名MMP-3)能降解蛋白聚糖、黏附性糖蛋白以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ型胶原。因此,胶原不断更新,组织中Ⅰ型胶原含量显著增加,胶原纤维交联增加,而透明质酸和水分减少,蛋白聚糖分布渐趋合理。 由于凋亡增加,肉芽组织中细胞数目逐渐减少,丰富的毛细血管网也逐渐消退。组织重塑可延续至伤后数周甚至两年。 机体通过组织重塑可改善组织的结构和强度,以达到尽可能恢复组织原有结构和功能的目的,最终常形成一个被重塑的愈合组织。
总之,烧伤创面愈合的现代概念认为:炎性介质、细胞外基质和生长因子等调控中性粒细胞、单核-吞噬细胞、淋巴细胞、表皮细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞的趋化、活化、增殖和分化,特点是在损伤即刻即发生一系列复杂的生物学级联事件,最初产生的因子或介质将启动下一步骤的发生和(或)调节与其同时发生的事件;创面愈合的各个阶段都受由参与组织修复过程的各种细胞所产生和分泌的生长因子的调节,一种细胞可产生多种生长因子,一种因子可作用于一种或多种细胞,而产生不同的细胞效应,创面愈合往往是多种因子或介质综合作用的结果;由此,这些因子或基质与炎症细胞和修复细胞一起构成了创面愈合过程的网络性、细胞增殖与抑制或基质合成与降解的统一性、并形成介质、基质、因子和细胞间的多相作用形式,如特异性趋化物质,尤其是生长因子TGF-β 和PDGF,能够刺激巨噬细胞的浸润;巨噬细胞是多种启动或介导炎症反应的生长因子的主要来源;血小板源生长因子和由单核细胞产生的其他趋化物质能够刺激邻近损伤部位的成纤维细胞向损伤部位迁移并增生,这个过程是由多种具有促进或抑制作用的生长因子相互协调来完成的;迁移和增生的成纤维细胞,可以传导炎症阶段向增生阶段转化的信号;成纤维细胞还不断产生重建阶段必需的生长因子,这些生长因子不仅促进胶原合成,而且促进胶原酶活性,控制着重建阶段复杂的合成和降解过程。
目前,随着对烧伤病理生理过程认识的不断提高,烧伤治疗手段的不断发展,很多时候在烧伤的病理生理发展过程中并没有出现全部的创面愈合病理分期:第一步炎症反应、第二步组织增生、第三步基质形成与组织重塑,如当患者来院时的深Ⅱ度烧伤或Ⅲ度烧伤可以急诊清创切(削)痂、植皮治疗,迅速将一个有坏死组织覆盖的创面变成一个新鲜的无菌创面,炎症反应过程很短暂甚至可以忽略不计,或者说人为的因素加快了这一过程,创面很快进入组织增生期至创面愈合。 当然烧伤愈合的这几个过程是难以截然分开的,它们之间相互渗透、相互交织、相互影响,如在炎症反应时创面以及创周细胞增殖、组织增生就开始了,而在创面组织重塑阶段是一个组织增生与降解的动态过程,而且在组织重塑阶段也可能存在炎症反应过程。