高压氧辅助治疗创面愈合的研究进展

李 婧 综述，王怀明 审校

（山东省潍坊市第八十九医院骨科实验室 261021）

正常创面愈合经历抗感染、消除炎症、结缔组织基质再生、血管生成和重新覆盖的有序过程，其中一些步骤依赖于足够的血液灌注和氧供给，任何一步出现问题，将形成难愈合创面，最终影响机体解剖学与功能完整性的恢复。低氧是导致难愈合创面形成的一个重要因素。成纤维细胞复制、胶原沉积、血管生成、抗感染和细胞内白细胞杀菌作用都是正常创面愈合时必需的反应，都需要氧的参与。从外周血到低氧创面中心的深度氧梯度支持正常创面愈合反应［1］。

高压氧治疗（hyper baric oxygen therapy，HBOT）以一个大气压以上的压力转运100%氧气，通过增加皮肤和周围组织的氧量促进创面愈合，已用于治疗各种慢性和急性创面［2-5］。糖尿病足溃疡是主要研究领域［6-8］，也适用于感染性骨髓炎和创伤、不易愈合的皮肤移植物和皮瓣等［9-11］。大量动物实验支持HBOT用于难治性皮瓣和移植物辅助治疗，但临床研究证据不足。皮肤移植物和皮瓣在循环不佳患者中不易成活，低氧是主要原因。氧对创面愈合过程中能量产生十分重要，包括代谢、基质合成、细胞迁移和增殖［12］。HBOT可通过提高氧浓度和改善微循环提高皮瓣存活率。HBOT还能促进血管生成，增强白细胞功能和抗微生物作用，为改善皮瓣和移植物的存活提供前提条件。临床已有应用HBOT治疗复杂创面愈合的报道［10-13］，但仍缺乏高质量随机对照实验。目前，HBOT的作用机制仍未完全阐明，研究者们力图从细胞和分子水平探讨高压氧的治疗机制［14-22］。本文就高压氧辅助治疗创面愈合的最新病例和作用机制研究综述如下。

1 临床病例研究

1．1 HBOT乳房切除术后皮肤皮瓣坏死［10］乳房切除术后由于皮瓣部分丢失会出现15%～20%的乳腺重建并发症，尽量减少皮肤丢失对治疗有益。本例报道了用HBOT处理BRCA2突变基因携带者的成功经验。治疗中没有直接选择清创术，而是用HBOT挽救一些已经缺血的皮肤组织，同时预防了任何可能的感染。HBOT对缺乏抵抗力的皮瓣主要有3种效应：（1）改善缺血后组织存活。通过可控的短期增加的活性氧（reactive oxygen species，ROS）和 活 性 氮（reactive nitrogen species，RNS）抑制B2整合素，并破坏单核-巨噬细胞产生致炎性细胞因子，导致炎性反应降低，从而改善缺血后组织存活；HBOT也可通过增加损伤部位血氧水平，重新分配血流至低氧区来改善缺血后组织存活。（2）HBOT有助于恢复白细胞氧化杀伤机制所需的组织氧压力，从而增强内源抗微生物活性，尤其是厌氧菌感染。（3）氧在伤口愈合的不同阶段发挥作用。炎性阶段：氧控制成纤维细胞的迁移和增殖；增殖阶段：血管生成需要氧；重塑阶段：成纤维细胞产生胶原也是氧依赖性的。因此，选择应用HBOT的时间点十分重要。

1．2 负压和高压氧联合治疗膝关节成形术后坏疽性脓皮症 坏疽性脓皮症是一种罕见的自身免疫性失调导致皮肤溃疡和坏死疾病。Hill等［11］报道了1例干燥综合征患者在膝关节成形术后发生化脓性坏疽性脓皮症的病例。在膝关节成形术后6 d创面破裂，行抗感染治疗，同时给予负压治疗（negative pressure therapy，NPT）5 d，创面破裂继续加重。经内分泌专家确诊坏疽性脓皮症后，给予免疫抑制治疗。术后27 d开始腓肠肌肌肉皮瓣覆盖重建。重建后19 d创面再次破裂，NPT未见成功，进行HBOT。HBOT联合NPT治疗30 d后，创面愈合，肉芽组织生成，收缩良好。这是首次将NPT与HBOT联合药物控制疾病进展、感染和复发的治疗模式用于膝部坏疽性脓皮症治疗。本例中在创面破裂急性期使用NPT导致明显的皮肤浸软，连续5 d治疗后及组织重建12 d后，创面仍未实现愈合。HBOT通过增加组织氧，减少水肿，增加成纤维细胞活性，新生血管化和抑菌作用促进愈合。本例的经验在于对免疫抑制患者长期HBOT联合NPT能缩小创面面积，增加肉芽形成，促进上皮再生，明显减轻疼痛。

1．3 高压氧辅助治疗对远端肢体手术重建的短期并发症的影响 Roje等［13］回顾性分析1991～1995年一所医院中GustiloⅢ型肢体战伤进行重建手术的388例男性患者资料，以应用HBOT作为风险因素分析了住院期间主要伤口并发症（深部感染、骨髓炎、移植皮肤溶解和皮瓣坏死）的发生率和伤口形成肉芽组织的时间。结果表明HBOT减少GustiloⅢ型伤口患者中伤口并发症的发生，缩短肉芽形成时间，这是早期手术重建的前提。在预防深部软组织感染中HBOT对未得到及时救治的患者效果更佳。早期使用HBOT，有利于移植物和皮瓣存活。皮瓣坏死尽管存在个体化问题，但组织缺氧是重要因素。HBOT不仅改善组织氧生成，而且通过增强成纤维细胞胶原合成，新生血管形成和动静脉分路的闭合有利于皮瓣存活，也有利于微循环。未及时有效处置可能导致皮瓣坏死，随后侧支循环栓塞，易形成深部组织感染，可能导致部分的肌肉坏死。手术后立即应用HBOT并持续一定时间能增加缺血性随机皮瓣中存活组织的数量。

2 作用机制研究

2．1 高压氧与成纤维细胞 填补组织缺陷并支持新生血管的胶原沉积过程需要在适宜的组织氧水平下进行。氧加速糖胺聚糖的合成，充足的氧是成纤维细胞胶原释放过程中羟基化的必备条件。高氧条件能增强胶原和糖胺聚糖的合成。周期性暴露于高压氧可以直接作用于成纤维细胞胶原合成和血管生长。Kang等［17］研究了高压氧对体外无血清状况下成纤维细胞的直接效应。分别以1．0、1．5、2．0、2．5和3．0 at m的压力每天90 min高压氧处理无血清介质中人皮肤成纤维细胞，并测定不同时间点细胞增殖和生长因子分泌情况。结果表明当以一定压力高压氧处理后能刺激成纤维细胞的增殖和调节部分生长因子的产生。揭示高压氧可以通过调节成纤维细胞增殖和生长因子产生发挥作用。创面愈合中的氧不只是一种养料，成纤维细胞能通过特定细胞信号通路对高氧状态产生应答。

2．2 高压氧与细胞凋亡 广泛应用皮瓣弥补手术缺陷是进行重建的主要方法，但缺血组织坏死仍是皮瓣手术的主要并发症。高压氧能增加血浆中可溶解氧并转运至低氧组织，通过组织间质液促进氧扩散进入间隙空间，减少细胞凋亡，这是高压氧产生正向结果的决定因素。da Rocha等［18］用免疫组织化学法测定了高压氧处理对大鼠随机皮瓣中Caspase-3和VEGF表达的作用。结果表明高压氧对缺血皮瓣的保护作用与降低凋亡表达相关。Zhang等［19］通过制备缺血皮瓣，研究高压氧改善缺血创面愈合中凋亡相关蛋白表达情况。发现高压氧能在处理第7天显著降低缺血导致的低氧诱导因子1α（hypoxiainducible factor-1α，HIF-1α）表达，并减少肉芽组织中中性粒细胞数量和炎性标志物COX-2表达。与对照组相比，高压氧处理能降低愈合创面中p53和BNip3表达，增加抗凋亡蛋白Bcl-2表达，同时降低裂解的Caspase-3。这些结果表明高压氧通过下调HIF-1α及其调节的靶基因表达，减少细胞凋亡和炎性反应来改善创面愈合。Al mzaiel等［23］以分化的HL-60细胞为模型研究了HBOT对抗微生物功能和凋亡的影响。一次90 min HBO暴露导致中性粒细胞样HL-60细胞呼吸爆发活性增加，吞噬金黄色葡萄球菌作用增强。HBO预处理增加Caspase 3／7活性，产生凋亡相关形态学改变。中性粒细胞凋亡对清除难愈合创面的炎症十分重要。高压氧通过增强抗微生物活性促进创面愈合的重要作用可以通过增强中性粒细胞凋亡实现。单独高氧和压力处理似乎有利于HBO诱导的抗微生物活性和凋亡，这是解释HBO有效治疗难愈合创面的另一种凋亡机制。

2．3 高压氧与血管生成 血管生成是一个复杂过程，尽管一些非血管内皮特异性生长因子和转录因子参与血管形成，但血管内皮特异性生长因子是主要调节者，包括VEGF和血管生成素（angiopoietins）。血管生成能恢复氧和养料供给，是创面愈合的重要过程。血管生成素是与VEGF共同作用促进血管形成的因子，其中血管生成素-1（Ang1）与Tie2相互作用是维持成人血管的完整性的重要因素。血管生成素-2（Ang2）是Ang1／Tie2相互作用的天然拮抗剂。Lin等［20］分别从蛋白和基因水平研究了高压氧处理后人脐静脉内皮细胞中Ang1、Ang2、Tie2和VEGF表达情况。结果显示高压氧能增加Ang2细胞表达水平，可能Ang2与Ang1竞争数量有限的Tie2受体，干扰Ang1与Tie2的结合。特异性诱导内皮Ang2表达可能是高压氧诱导血管生成的一个重要机制。动物模型研究也证明了高压氧促进创面血管生成和上皮形成的体内效应，能有效逆转巨噬细胞减少带来的对伤口上皮形成和新血管生成产生的负面效应［21］。创面周围的氧环境对愈合过程中血管生成也有不同影响。有报道认为系统和局部氧供促进创面愈合；也有报道认为组织低氧刺激创面愈合中的血管生成，低氧能增加血管生成相关细胞因子。Sano等［22］通过建立一个不同氧渗透膜闭合创面动物模型，评估不同氧环境对创面愈合的影响。结果表明正常氧压组相对于低氧压组创面大小降低百分数显著增高，肉芽组织显著增厚；相反，低氧压组血管密度显著增加。表明充足的氧能保证上皮和肉芽形成，而低氧增强新生血管形成可能是组织对低氧状况的一种代偿反应。

2．4 高压氧与核转录因子κB 不同刺激下转录因子的调节是免疫应答的一个重要步骤。重要的信号分子核转录因子κB（nuclear transcription factor kappa B，NF-κB）广泛表达，调控多种可诱导基因和蛋白的表达。NF-κB从细胞质转位至细胞核，激活一系列应答反应途径，在炎性反应过程中发挥重要作用。NF-κB诱导参与氧化应激基因的表达是其作用的常见特点。高压状态下吸入100%氧气能增加游离氧自由基浓度，导致氧化爆发而改变氧化还原状态。氧化还原信号通过减少抗氧化剂容量诱导NF-κB活化。Madden等［24］通过测定接受HBO治疗后健康志愿者外周血单核细胞中NF-κB的表达情况，发现HBO治疗后NF-κB表达水平立即显著增加，从而证明HBO诱导人外周血单核细胞中NF-κB的活化可能是HBOT治疗机制中一个重要步骤。NF-κB调节可以作为细胞水平的一种氧感应器。

2．5 高压氧与一氧化氮（NO）信号通路 缺血再灌注损伤是再植、游离组织移植、心肌梗死、脑缺血中风等干扰血流的疾病发生后的严重后果。恢复缺血组织的血流又启动炎性反应增加损伤程度。因此，预防、诊断和治疗缺血再灌注损伤对改善受损组织的存活和功能十分重要。高压氧对于组织存活有正向作用，但缺乏对其详细作用机制的认知阻碍了HBOT在缺血再灌注损伤中的广泛认可。缺血再灌注中骨骼肌形态分析显示与非缺血对照相比，黏附于毛细血管后微静脉内皮的中性粒细胞数量增加。中性粒细胞黏附于微静脉内皮依赖于CD18蛋白复合物。HBOT能减少缺血骨骼肌的水肿和坏死。微循环研究显示缺血后的HBOT将减少白细胞黏附于微静脉内皮。缺血再灌注中重要的细胞信号转导分子NO能减少中性粒细胞与内皮的黏附，当将NO前体注入缺血的股直肌和股薄肌后能改善存活率。而当注入一氧化氮合酶抑制剂时，则不改变缺血导致的坏死率。Jones等［25］通过夹紧股薄肌动脉和静脉4 h诱导全面缺血损伤模型，比较HBOT治疗缺血损伤中各种一氧化氮合酶抑制剂和NO清除剂对中性粒细胞CD18极化的影响。证明了高压氧减少缺血再灌注诱导的中性粒细胞CD18极化，中性粒细胞与细胞间黏附分子（ICAM）的黏附由一氧化氮合酶参与的一氧化氮机制介导。

综上所述，氧参与了创面愈合的每个阶段，能成为协调创面愈合中众多生化反应事件的中心。氧作为启动生化反应和细胞功能的能量来源，是胶原合成和交联必需的养料，参与某些信号分子的作用，产生活性氧底物，对抗感染，作为氧化还原调节的重要组成成分控制编码愈合级联反应中重要蛋白基因的表达等。HBOT通过增加血浆和组织中细胞氧浓度，以其特有的作用方式，对不同类型创面的治疗具有广阔前景。当然，未来仍需要更多高质量的基础和临床研究支持高压氧的辅助治疗应用，并且HBOT也不是万能药，也存在近视、耳气压伤、气胸、氧中毒等并发症的可能。目前，尚不能准确预测哪些患者能从HBOT中获益。每个人具有编码抗氧化分子的内源基因，保护机体免受氧化应激损伤，但这些基因的表达可能存在个体差异，造成不同患者对氧负荷耐受不同。而在常规实践中，几乎所有患者接受相同剂量HBOT，因此，需要进一步探讨不同创面下HBOT的作用机制，为个体化治疗提供依据。

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