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氧分子在伤口愈合中的作用

原标题:氧分子在伤口愈合中的作用

氧气疗法已经越来越多的被临床接受和应用于伤口治疗中,对其理论、适应症和注意事项的了解非常有必要,EWMA最新指导文件“Oxygen therapy in wound healing”对氧疗的方方面面进行了详细论述,本文是其第3章内容,对氧分子在伤口愈合中的作用进行了解释。

充足的氧气(O2)供应对于正常的伤口愈合是必需的,长期以来人们已经意识到当组织氧分压(pO2)低于某一水平时,慢性不愈合伤口的发生风险会增加。当氧气消耗超过供应时即会出现组织缺氧(Hypoxia)。血液灌注不良通常被认为与氧气供应下降而导致伤口缺氧有关,最终导致伤口愈合障碍;但伤口中生物活动对氧气的消耗也会显著影响氧含量[1,14]。

伤口愈合中的氧气消耗

一般来说,人体对能量的基本需求主要靠在有氧呼吸中的氧气消耗来支持。激活的吞噬细胞(Phagocytes)在呼吸爆发中消耗氧气而产生活性氧(Reactive oxygen species, ROS)在组织损伤后初期炎症反应中发挥重要作用。O2是伤口愈合中新生血管和结缔组织生成中的最直接的需求。吞噬细胞NADPH氧化酶(NOX-2)须消耗O2才能使吞噬细胞产生足够的乳酸盐以激活转录因子而促进血管生成因子的发展是必需的。可供消耗的O2含量也会影响结缔组织的重建,因其会在胶原蛋白成熟和成纤维细胞增殖过程中发挥作用。此外,O2的消耗支持宿主对感染产生强有力的免疫反应,因为足够的O2才能确保吞噬细胞产生适量的抗菌ROS[1,14]。

伤口的氧气供应

伤口的O2供应主要依赖于周围组织和循环血液中的pO2[15]。因此,水肿、微循环障碍和受损组织中血管收缩会影响O2的足量供应。此外,血液循环不良也会抑制O2向伤口的输送。其他影响O2供应的因素包括水肿造成的扩散障碍和细菌生物膜对O2的消耗。另外需要注意的是,愈合伤口活跃的代谢活动也会降低组织氧含量的整体水平。

慢性感染伤口的额外氧气消耗

中性粒细胞是人体最主要的吞噬细胞,O2消耗增加是其对各种不同刺激源的典型反应,包括革兰氏阴性或革兰氏阳性细菌、真菌、甚至无菌组织损伤[16-19]。O2消耗增加的主要原因是吞噬细胞中NADPH氧化酶的激活,大量产生ROS。NOX-2消耗O2的能力已经被多个研究证实,即便在O2水平很低时亦可发挥作用。

如果吸附的中性粒细胞成功清除了组织中侵入的微生物和促炎碎片,它们的工作即会停止,O2消耗逐渐下降,伤口趋于愈合。然而,细菌对攻击的中性粒细胞具有抵抗能力,例如当细菌聚合而形成生物膜时所表现出来的那样,生物膜可以吸引激活的中性粒细胞,后者不断耗竭微环境中的O2生成ROS,但并不能根除细菌。同样,无法改善组织损伤和清除组织碎屑可以导致中性粒细胞的积聚,进一步加快O2的消耗,低氧状态进而使伤口愈合延迟甚至停滞。

越来越多的证据证明细菌生物膜在慢性伤口中的存在,而中性粒细胞会在生物膜中绿脓杆菌和金葡菌周围渗透和浸润[20,21]。此外,用绿脓杆菌构建的生物膜感染模型证实了中性粒细胞在小鼠伤口中的积聚[22]。然而,慢性伤口生物膜中激活的中性粒细胞加速氧气消耗和引起缺氧还没有实际证明,但间接观察提示其在缺氧发生中扮演了重要角色。这些观察包括感染了绿脓杆菌生物膜的糖尿病小鼠伤口中的缺氧状态[23]。而这种缺氧现象也在感染人类伤口的新鲜清创标本中被证实[23]。

此外,在生物膜感染伤口中表达的细菌基因是与低O2水平和低氧应激反应相关的基因,表明宿主反应限制了O2的供应[23]。中性粒细胞能显著影响O2含量的能力亦在其他生物膜相关感染的缺氧现象中得到印证[18]。例如,中性粒细胞对O2的耗竭是生物膜相关慢性肺炎患者新鲜咳痰样本O2消耗的主要机制[18,24]。同样,体外绿脓杆菌生物膜中主要的O2消耗者也是中性粒细胞[16]。这近一步证实O2消耗是中性粒细胞对生物膜的普遍反应。感染中中性粒细胞消耗O2的进一步证据来自人工关节感染病人滑膜液中金葡菌与缺氧相关基因表达的上调[26],其中可以看到激活中性粒细胞的大量积聚[27]。

对慢性伤口生态的检查也可以发现缺O2带的存在。相应的,慢性伤口中经常出现的兼性需氧和严格厌氧菌株也可以被看作是持续缺氧的替代生物标记物[28,29]。同样,伤口液体中的生物化学组成也蕴含着关于伤口生理的信息;例如,伤口渗液中高浓度(相比血清)的乳酸盐表明持续存在的厌氧菌糖酵解,这与中性粒细胞活性和低氧环境下的代谢相关联[30]。

因此,激活的中性粒细胞会引起缺氧,且如果激活的因素一直存在,缺氧的状态会一直存在,会阻碍炎性期的伤口进入增殖期。正因为如此,监测伤口O2水平可以让我们了解愈合不佳的伤口是否与缺氧有关,如果给予额外的O2补充和供应,是否会改善氧合和伤口愈合。有多种测量伤口O2水平的方法已经获得成功应用,被用于衡量氧合水平和治疗效果(Table 2)[31-36]。需要注意的是这些方法可以评价局部缺氧,但不能估计对中性粒细胞水平的作用。

Table 2: 不同的氧含量测量方法

结论

尽管低氧是促进伤口愈合的最初生理信号,持续的缺氧会维持炎症状态,阻止伤口愈合的进展。因此,慢性感染引起的持续缺氧,包括激活中性粒细胞对O2的耗竭,会妨碍伤口的正常愈合。

建议

高压氧治疗(HBOT)前/后对局部氧分压进行测量可以帮助医务人员判断患者是否能够从HBOT获益。然而,所有的氧气疗法,包括局部O2供应或血红蛋白加强,均可以从对伤口近端O2水平的了解中获益。测量伤口附近pO2,即经皮氧分压测量(TCOM),是目前被认为伤口床氧含量的最佳替代指标。这一测量极大依赖于多个因素,包括局部血流灌注、温度反应、O2通过皮肤的扩散等[37]。

TCOM的预测价值已经在糖尿病足溃疡中被量化验证,可以很好地预测高压氧治疗对患者的有效性和伤口的预后。返回搜狐,查看更多

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