傷口癒合的病理生理過程

2021-12-17 樂康A醫聊

正常生理狀態下,組織損傷會啟動急性傷口癒合過程,但當潛在的病理機制或微生物入侵幹擾了癒合過程時,正常癒合失敗,慢性傷口得以發生:

圖1:損傷後首先血栓形成、血小板聚集、白細胞(中性粒細胞和巨噬細胞)遷移到受損部位。開始時血栓由纖維蛋白(Fibrin)和纖維結合蛋白(Fibronectin)構成,為細胞遷移和血小板聚集提供骨架(Scaffold),遷移至傷口部位的細胞會向周圍組織釋放生長因子。受損後第3天,血栓收縮,其中聚集大量中性粒細胞,吞噬和殺死微生物;巨噬細胞則向周圍環境分泌更多的生長因子。儘管在受傷後24小時內表皮遷移已經在血栓和周圍正常組織交界處開始發生,受傷3天後仍然沒有組織細胞可以穿透血栓。然而受損3天時,傷口周圍基質中的成纖維細胞和內皮細胞被激活,開始表達整合素(Integrin)以便在纖維蛋白和纖維結合蛋白上遷移,即ECM受體,並分泌生長因子。表皮細胞也參與了整個細胞因子網絡的反應過程(釋放生長因子)。

圖2:正常生理狀態下,傷口癒合繼續,第5天時肉芽組織開始向傷口內生長,其主要包含了成纖維細胞、更多的巨噬細胞和新生血管。表皮細胞遷移加速,並覆蓋新生組織。局限於遷移組織細胞前進方向前沿的蛋白酶對其穿越血栓和向傷口內生長很重要。這些蛋白酶包括尿激酶纖維蛋白溶酶原激活物(Urokinase type-plasminogen activator, uPA)、組織纖維蛋白溶酶原激活物(Tissue type plasminogen activator, tPA)和基質金屬蛋白酶1、2、3、9和13(MMP 1, 2, 3, 9, 13)。後者包括膠原蛋白酶(Collagenase),即MMP1和13;明膠酶(Gelatinases),即 MMP2和9;間質溶解素(Stromolysin),即MMP 3。癒合初期由血小板釋放和巨噬細胞分泌的很多生長因子被限制在臨時的組織基質中,刺激組織細胞的生長,而組織細胞本身也開始分泌生長因子,包括表皮細胞、成纖維細胞、內皮細胞和巨噬細胞。

圖3:當存在異常病理因素或微生物時,傷口癒合過程被打斷,傷口無法癒合,變成慢性傷口(潰瘍)。常見的病理因素包括:靜脈功能不全,導致靜脈系統內高靜水壓,血管內液體滲出,纖維素收縮使小血管閉合,局部組織缺血缺氧;糖尿病患者持續高血糖,許多重要蛋白質的非酶糖化反應增強,導致細胞和ECM功能異常;動脈血循環障礙則導致組織缺血和缺氧,甚至壞死。細菌大量定植於傷口床可以形成生物膜,對細菌等微生物形成保護,使巨噬細胞和抗生素無法發揮作用。「絕望」的巨噬細胞會釋放大量的蛋白酶和毒性氧自由基,造成組織細胞、細胞外基質和生長因子等的損傷。毫無懸念,慢性傷口中肉芽組織發育障礙,表皮細胞也無法遷移,傷口癒合停滯。

傷口癒合過程及參與細胞

正常傷口癒合的三個階段

炎症期:

炎症期在受傷後立即開始,在急性傷口中可以持續數小時至數天,而在慢性傷口中受原發疾病的影響,炎症期可持續數周或甚至數月(下肢潰瘍、壓瘡、糖尿病足潰瘍等)。受傷部位血管破裂後形成血栓和臨時細胞外基質(由纖維蛋白和纖維結合蛋白構成),將傷口封閉,減少血液流失,並幫助引導細胞遷移。血小板可以分泌和激活細胞介質,吸引炎性細胞(多核細胞和巨噬細胞)、成纖維細胞和內皮細胞。出血在炎症期末端得以控制,傷口床通過吞噬作用和自溶性清創而被清理乾淨。

增生期(肉芽期):

增生期中內皮細胞和成纖維細胞增生促進新生血管的生成(Angiogenesis)和新的細胞外基質合成(ECM)。隨著新的ECM的重構,舊的基質在蛋白酶的作用下被降解,主要是基質金屬蛋白酶(MMPs),MMPs促進了傷口的自溶性清創和細胞遷移。組織受損後傷口中的MMPs水平增加,隨著炎症的緩解而下降,但在慢性傷口中會異常增高。

成纖維細胞獲得了平滑肌細胞的形態和生物化學特性,變成了肌成纖維細胞。這一分化現象是在細胞因子和生長因子的影響下發生的。肌成纖維細胞是細胞外基質合成的主要細胞,且促進基質的重構。細胞外基質有重要的控制作用,因細胞因子可以潛伏狀態在其中儲存,當被釋放出來時即被激活。上皮細胞從傷口邊緣開始遷移,開始上皮化過程。角質細胞的分化幫助恢復表皮的屏障功能。

成熟期(重構期):

成熟期可以持續數月,並最終在傷口處留下疤痕。這一期其實在肉芽組織形成過程中已經開始,在此過程中基質在肌成纖維細胞的作用下不斷重構。這些細胞收縮與細胞外基質相連的微絲束,使膠原蛋白網架變得緻密和傷口收縮。同時,新的成份被分泌出來,使基質密度和穩定性增加。不同類型膠原蛋白的比例開始變化:I型膠原蛋白比例增加,III型膠原蛋白的比例下降(從30%降至10%)。凋亡使肌成纖維細胞的密度下降,為成纖維細胞讓出空間,進一步強化細胞外基質,增加其對機械力的抵抗力。

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