急性皮肤屏障损伤修复过程中各项生理物理参数的变化规律及LED红光对其干预作用的评价

赵欣研，田　燕，汪　黎，刘　玮

（1.安徽医科大学空军临床学院安徽合肥230032；2.中国人民解放军空军总医院皮肤科北京100142）

·皮肤美容·

急性皮肤屏障损伤修复过程中各项生理物理参数的变化规律及LED红光对其干预作用的评价

赵欣研1，田燕2，汪黎2，刘玮2

（1.安徽医科大学空军临床学院安徽合肥230032；2.中国人民解放军空军总医院皮肤科北京100142）

目的：建立皮肤屏障急性损伤模型，通过皮肤无创检测技术了解皮肤屏障修复过程中各项生理物理参数动态变化过程，及各参数变化趋势的相关性；在建模的基础上评价LEDs光源窄谱非相干红光［波长（630± 3）nm］的光生物调节对皮肤屏障修复的干预作用，为临床用红光辅助治疗皮肤屏障受损相关疾病提供参考。方法：用连续胶带粘贴法破坏皮肤屏障，在背部建立急性屏障损伤模型，建模前、建模后2min、建模后每隔24h检测经皮水分丢失（TEWL）、角质层含水量（CAP）、皮肤表面酸碱度（pH值）、黑素指数（MI）、红斑指数（EI）、皮脂表面含量（seb）。结果：建模后TEWL、CAP、pH值、EI均显著升高，MI、seb显著降低；修复过程中TEWL持续降低、CAP、seb先降后升，MI、EI均先升后降，pH值最先恢复；不同参数变化趋势在P＜0.05或P＜0.01的基础上存在或强或弱的相关性。（630±3）nm LED红光对TEWL、CAP、MI、EI等指标在皮肤屏障修复中晚期阶段有促进作用。结论：随着皮肤屏障的修复，各项生理物理参数呈现一定的变化规律，且参数之间有一定的依存关系。630nm红光能加快皮肤屏障的修复。

皮肤屏障；皮肤生理物理参数；相关性；630nm红光

激光的生物刺激作用直接产生辐射而不是热效应（温度升高不超过0.1℃～0.5℃），相应的疗法称为低强度激光疗法。多数研究表明同一波长的光，在一定参数条件下，激光和非相干光（如：LED光源单色光）在产生细胞生物活性调节效应上无明显差异，统一称为光生物调节作用（photobiomodulation），简称光调作用。光调作用的主要靶目标是细胞，其作用机制被认为是发生在粒体水平上能量开关机制的活化，吸收的能量能活化细胞功能［3］，这一过程与植物光合作用中在叶绿体上发生电子传递类似［4］。

多数文献报道LED630、660nm红光对皮肤屏障受损相关的皮肤病如痤疮、激素依赖性皮炎、皮肤敏感、湿疹等有良好的辅助治疗效果，考虑到光调作用可能对皮肤屏障功能修复有促进作用，本文拟通过建立皮肤屏障急性受损模型，观察皮肤屏障修复过程各项生理物理指标的变化情况及红光照射对皮肤屏障修复的干预作用，为临床辅助治疗皮肤屏障受损相关的皮肤病提供参考。

1　资料和方法

1.1受试者

10名健康受试者，年龄19～36岁，平均为（26.70±4.64）岁，以室内工作为主，无大量日晒史、无光感性疾病史；测量部位无皮肤病、色素沉着、瘢痕或可影响皮肤的全身疾病；3月内使用光敏性药、皮质类固醇等影响皮肤代谢药物者除外。所有受试者均了解实验过程并签署知情同意书。

1.2测量条件

在恒温、恒湿的条件下进行，温度（22±1）℃，湿度（41.5±0.5）%，被测试者提前30min进入测试环境中安静待测，在测量前10min将测试部位暴露，每项参数连续测量3次取平均值以减少测量误差。

1.3实验材料及设备

皮肤生理无创检测设备均为来自德国CK公司（Courage&KhazakaElectronicGmbH，Cologne，Germany），CorneofixR胶带、皮脂测量仪（SebumeterSM810）、经皮水分丢失测量仪（TewameterTM 300）、角质层含水量测量仪（CorneometerCM 825），根据水是皮肤中介电常数最大的物质，当水分含量发生变化时，CAP同时发生变化的原理，通过检测CAP间接反映出角质层含水量［5］、皮肤表面pH值测量仪（Skin-pH-Meter PH900）、黑素指数&红斑指数测量仪（Mexameter MX18）及日本美能达公司分光光度仪（Spectrophotometer CM-2500d）。

1.4试验方法

在受试者背部对等位置各选取一块2cm×2cm大小的皮肤作为试验区并标记，测定皮肤屏障功能相关的各项生理物理指标基线值。测定指标：经皮水分丢失（Transepidermal water loss，TEWL）、角质层含水量（Capacitance，CAP），皮脂含量（Sebum，seb），皮肤表面酸碱度pH值，黑素指数（Melanin index，MI）、红斑指数（Erythema index，EI）；用胶带连续粘贴法建立急性皮肤屏障损伤模型，建模后随机将两个试验区分为自然修复区、LED干预区，并在自然修复区邻近位置选取同等大小的区域作为空白对照区；测定各区各项指标，作为建模后基线值；建模后，LED干预区每24h给予（630±3）nm红光照射20min，能量密度126mJ/cm2，自然修复区无其他处理，以观察皮肤屏障的自然修复过程；每天红光照射前测定各项指标；比较皮肤屏障修复自然修复过程与630nmLED光干预下的修复过程。

1.5统计学方法

用spss 19.0软件进行统计数据的处理分析，计量资料以（x+s）表示。用配对t检验分析不同测试区参数之间差异的统计学意义。Pearson用于分析皮肤屏障修复过程中各项参数之间的相关性。

2　结果

2.1建立皮肤屏障功能急性损伤模型

随着胶带撕脱次数的增加，TEWL、CAP、pH均升高，MI逐渐降低，EI先降低后升高，seb建模完成后均降为0。如表1所示，建模后2min上述参数与其基础值或空白对照区相应参数比较均有差异，显著性水平均为P＜0.01，提示皮肤屏障功能急性损伤模型建立。

2.2皮肤屏障修复过程中不同处理区各参数变化趋势

2.2.1TEWL变化趋势：见图1。TEWL建模后显著升高，在修复过程中逐渐降低，早期修复速度快，建模后72h修复60%～70%；第4、9、11、13天，自然修复区TEWL值高于LED干预区且差异有统计学意义；在试验的第9～13天，LED干预区试验区域TEWL值陆续降至正常范围，自然修复区TEWL仍显著高正常。

表1　建模前后三组受试区皮肤生理指标（x±s）

图1　TEWL变化趋势

2.2.2角质层含水量变化趋势：见图2。CAP在建模后迅速升高，修复过程中先降后升；在第9、11天，自然修复区CAP值低于LED干预区，差异有统计学意义，显著水平P＜0.05。

图2　角质层含水量（CAP）变化趋势

2.2.3皮肤表面酸碱度（pH）变化趋势：见图3。pH值建模后显著升高，修复期间波动幅度大；第3天自然修复区pH值与空白对照区比较存在显著性差异，P＜0.01；而LED干预区pH与空白对照区比较无统计学差异，提示LED干预区pH值整体水平先于自然修复区降至基线水平。

图3　pH变化趋势

2.2.4黑素指数（MI）变化趋势：见图4。建模后MI显著降低，修复过程中先升后降，在第9、11、13天自然修复区MI值高于LED干预区，差异显著水平P＜0.05。

图4　黑素指数MI变化趋势

2.2.5红斑指数（EI）变化趋势：见图5。建模后EI值显著升高，修复过程中呈缓慢下降的趋势；第9、11、13天自然修复区EI值高于LED干预区，存在显著性差异，P＜0.05。

图5　EI变化趋势

2.2.6皮肤表面脂质含量变化：见图6。建模后2min皮肤表面脂质含量测出值为0，修复过程中波动明显；第5、7天，自然修复区seb值低于LED干预区，存在显著性差异，P＜0.05。

2.3皮肤屏障修复过程中不同参数之间的相关性分析皮肤屏障动态修复过程中，在各参数之间进行pearson相关性分析，以下为统计学意义上存在显著相关性的结果（见表2）。

表2　皮肤屏障修复过程中不同参数之间相关性分析

图6　皮肤表面脂质的变化趋势

2.3.1TEWL值与CAP值变化趋势（如图7所示）。建模后角质层含水量及TEWL值均显著升高，第2～7天二者均先快速下降后缓慢下降，第9天开始角质层含水量逐渐上升，TEWL值仍继续下降。Pearson相关分析，二者相关系数介于0.58～0.63之间，在P＜0.01的水平上有较强的相关性。

2.3.2角质层含水量CAP值与MI值、EI值与MI值在P＜0.01的显著水平上呈现出较高的相关性（如图8所示）。建模后角质层含水量迅速升高，而MI值显著降低；第2天两者均恢复至基线水平；角质层含水量24h降至基线水平后缓慢下降，至第7天开始缓慢回升，而MI值趋势则相反，pearson相关性分析两者存在显著负相关性。

2.3.3EI值与MI值在P＜0.01的显著水平上呈现出较高的相关性（见图9）。

图7　皮肤屏障修复过程中TEWL与CAP相关性

图8　皮肤屏障修复过程中CAP与黑素指数（MI）相关性

图9　皮肤屏障修复过程中黑素指数（MI）与红斑指数（EI）相关性

3　讨论

试验第4、5天起受试区域开始陆续出现不同程度的薄层痂皮，致使各项生理物理指标维持相对恒定，至第7天痂皮逐渐脱落。

3.1经皮水分散失（TEWL）

胶带粘贴后移除部分角质细胞及细胞间脂质，破坏皮肤屏障，导致TEWL增高。外界温湿度相对恒定状态下，TEWL值异常增高，提示屏障功能受损，TEWL的降低则意味着屏障功能的恢复。

TEWL值在皮肤屏障修复过程中存在的组间差异性，在试验的第4、9、11、13天自然修复区TEWL值高于LED干预区，有显著差异（P＜0.05）；且在试验的第9～13天，部分受试者LED干预区TEWL值陆续降至正常范围，自然修复区TEWL仍显著高于空白对照区。该结果提示LED红光照射可以降低TEWL值，加快皮肤屏障修复过程。王秀丽等［6］临床研究发现630nm和850nm LED光均可使皮肤角质层含水量明显增高，降低皮肤TEWL值，从而增强皮肤屏障功能；且经TEWL的降低比含水量的改变早，而TEWL值改变在屏障修复早期就出现，这时皮肤含水量尚未发生有效改变。

本试验过程发现TEWL值变化多种参数在P＜0.05或P＜0.01的显著性水平上与多种参数存在相关性，如：角质层含水量、黑素指数、红斑指数、皮脂含量之间显现出或强或弱的相关性，其中角质层含水量、皮脂含量、红斑指数对TEWL存在一定影响。

3.2角质层含水量

角质层含水量的多少对皮肤生理功能有重要的调节作用，同时也是整个皮肤乃至整个机体生理功能在皮肤的表现，水在皮肤各层含量不均，从基底层向角质层递减，在颗粒层与角质层的交界处出现锐减，角质层的水屏障应主要作用于颗粒层与角质层的连接处以防止水分从深部向角质层扩散进而散失［7-8］。皮肤屏障功能急性损伤时，水分由表皮深部向角质层的扩散增加，角质层含水量升高。在本试验中，胶带剥脱带走角质层细胞及细胞间脂质的同时，对皮肤也是种机械损伤，可引起非炎性水肿，所以建模后CAP值显著升高，随着水分的过度经表皮散失、局部水肿的消退，CAP值迅速下降至基线以下。从第7天起，痂皮的逐渐脱落及TEWL值的逐渐降低，受试区测量CAP的值不断攀升，第9、11天自然修复区CAP值低于LEDs，说明LEDs光调作用在干预皮肤屏障修复过程中可增加角质层的水合程度。

多数研究证明，干燥的皮肤对局部刺激的敏感性增强，本试验过程中部分受试者受试区域出现瘙痒感，测试CAP值均在13以下，显著低于正常水平，且水分含量越低者瘙痒愈明显，提示与瘙痒与干燥有关。据报道［9］角质形成细胞可表达多种与瘙痒密切相关的选择性受体，如组胺受体、神经肽受体等，皮肤屏障功能的破坏与特应性皮炎、银屑病、皮肤干燥症的瘙痒有关。角质层水分减少也与老年瘙痒及冬季瘙痒症的发生有关。

3.3皮肤表面酸碱度pH

pH值对皮肤生理功能尤其是表皮通透屏障，如“水屏障”有重要的调节作用［10］。临床上表皮通透屏障功能降低性皮肤病往往伴有皮肤表面pH值的增高。建模后pH值因着表皮屏障功能的破坏显著升高，本试验过程中自然修复区pH值与LED干预区比较无统计学差异，提示LED光调作用在急性皮肤屏障损伤的修复过程中对pH无显著影响。

新生小鼠的皮肤表面pH值高于成鼠，其表皮通透屏障功能的恢复速度则明显低于成年鼠；降低小鼠皮肤的pH值可使屏障功能的恢复速度得以改善。健康皮肤自行纠正酸碱度紊乱的机制尚不清楚，有研究表明皮肤屏障损伤会引起表皮Na+/H-离子交换通道表达增强，该离子通道是维持皮肤酸碱度的重要因素之一［11-12］。另外细胞间脂质如游离脂肪酸等对皮肤表面pH值也有调节作用［13］。

3.4皮肤色素变化

在本试验观察的早、中期阶段，LED干预区和自然修复区黑素指数MI与红斑指数EI均无显著差异，在晚期观察到LED干预区MI、EI值均低于自然修复区相应指标，差异有统计学意义（P＜0.05），提示LEDs 630nm红光在干预皮肤屏障修复过程中有抑制黑素合成（降低MI指数）、减轻炎症反应（降低EI指数）的作用。

胶带剥脱后皮肤MI值显著下降，因为粘贴后表皮中角质形成细胞及黑素一并被移除，而后胶带剥脱带来的物理刺激及随着皮肤屏障的修复，MI逐渐升高。而EI在胶带剥脱过程中先降低后显著升高，出现红斑反应可能是随着剥脱次数增加表皮层逐渐变薄导致的EI测量值升高，与皮肤受到物理刺激后由于轴突反射，血管先发生短暂收缩随后发生扩张及炎症因子共同作用所导致的［14-15］。

3.5皮脂含量

脂质（主要是神经酰胺）既可与水结合而储存水，又可形成疏水的膜以防止水分丢失，从而影响表皮通透屏障功能，实验过程中发现皮脂含量变化趋势与TEWL呈负相关，干燥性皮肤病（特应性皮炎、银屑病、鱼鳞病）多伴有皮脂含量降低。

在皮肤屏障修复晚期，LED干预区皮脂含量高于自然修复区，差异有统计学意义P＜0.05，提示LED 630nm红光对皮脂的分泌与合成可能存在积极的影响。

4　结论

本试验结果表明在皮肤屏障急性受损后TEWL、角质层含水量、pH值、红斑指数迅速上升，黑素指数、皮肤表面脂质含量则迅速下降，在随后的修复过程中TEWL、红斑指数呈持续下降的趋势，角质层含水量则呈现“先降后升”的趋势，黑素指数则呈现出“先升后降”的变化趋势，其中各项参数中pH值最先恢复至正常范围。皮肤屏障功能的生理物理参数在屏障修复过程中相互之间呈正相关或负相关，存在一定程度的依存关系。

本试验结果表明在屏障修复过程中给予一定参数的LED红光照射［波长（630±3）nm，非相干光］可以降低TEWL值、增加角质层的水合度、抑制黑素形成（MI）、减轻炎症反、促进皮脂合成可能，进而加速皮肤屏障的修复；但在本试验过程中LED红光干预对屏障修复的促进主要体现在修复的晚期，提示光调作用与累积照射剂量有关且需要一定的时间过程才能体现。

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编辑/李阳利

Changing of biophysical parameters on skin barrier restoration and the effect of LED 630 nm light on it:an in vivo acute skin barrier disruption

ZHAO Xin-yan1，TIAN Yan2，WANG Li2，LIU Wei2
（1.Clinical Academy of Air force，Anhui Medical University，Hefei 230023，Anhui，China；2.Department of Dermatology，Air Force General Hospital of PLA，Beijing 100142，China）

Objective Establish a model of acute barrier disruption，investigate the processes and dynamic changes of skin biophysical parameters.To evaluate the interventional effect of LED red-light，narrow-spectrum（630±3）nm，on the skin barrier function restoration.Methods Repeated tape stripping with corneofix was applied on experiment sites，the measurement of TEWL，CAP，EI，MI，sebum content（seb）was performed on the baseline and 2minutes after the model established，and then every 24h hours，by using non-invasive detection technology.Results TEWL，CAP，pH，EI rise sharply，while MI，seb falldown sharply when the model established.During the restoration，TEWL show a sustained downward trend before meet the baseline.CAP and seb first falldown then rise，while MI and EI show a crosscurrent trend.pH first regain the baseline.Relevance:According to the relevance analysis of these parameters，there are positive or negative correlation between them，when significance level is below 0.05 or 0.01（P＜0.05 orP＜0.01）.LEDs 630nm light can accelerate some key indicator of skin biophysical parometers to restore normal.Conclusion Biophysical parameters change regularly during skin barrier restoration.The relevance among these parameters indicate that there exist interactions among them.The incoherent LED light with narrow spectrum，（630±3）nm，can accelerate the process of the re-pairment，which manifested in the middle-advanced stage.

skin barrier；skin biophysical parameters；relevance；630nm light

R454.2

A

1008-6455（2015）13-0045-06

2015中华医学会-欧莱雅中国人健康皮肤研究项目（红光光调作用对角质形成细胞合成神经酰胺的影响，编号：S2015121426）

刘玮，空军总医院皮肤病医院院长、主任医师、博士研究生导师；研究方向：皮肤美容、性病、银屑病等治疗与研究；E-mail：lwei5811@126.com

2015-05-29

2015-06-30