负压创面疗法治疗难愈性创面的机制研究进展

吴云峰，刘道宏，赵东升，马远征，余清文，张 巍

1解放军第309医院 骨科，北京 100091；2解放军医学院，北京 100853；3解放军总医院 骨科，北京100853

随着各种慢性疾病的患病率逐年增加，与之相关的难愈性创面如压疮、糖尿病足、下肢静脉性溃疡等也呈现出高发病趋势；另外，爆炸、撕裂伤、放射线所致的皮肤溃疡等创面也因反复感染溃烂且损伤层次较深，采用常规治疗难以治愈。负压创面疗法(negative pressure wound therapy，NPWT)将带有多侧孔引流管的特殊敷料填充于引流部位，通过负压吸引装置持续或间断地引流创面坏死组织或渗液，其主要有负压封闭引流(vacuum sealing drainage，VSD)以及真空辅助闭合(vacuum-assisted closure，VAC)两个分支。近年来，临床大量应用NPWT治疗各类难愈性创面取得了可靠的疗效，其机制研究也不断深入。为了深入阐释其作用机制，笔者综述了NPWT治疗各类难愈性创面的最新研究结果，并探讨了NPWT进一步发展的方向。

1 NPWT的物理作用

1.1 牵拉作用收缩伤口 皮肤和组织在自然状态下存在着张力，当产生创面时表面的张力会将伤口边缘向外牵拉，从而阻碍伤口闭合。NPWT通过泡沫孔塌陷作用使伤口收缩，以敷料为中心在创口表面产生向心牵拉，从而加速伤口愈合并避免皮肤移植。在125 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)吸力的作用下聚氨酯泡沫敷料体积最大可收缩80%[1]，并在猪模型中证实NPWT可以显著降低伤口表面积[2]；在难愈性创面的临床应用中，使用NPWT可通过牵拉使创面面积明显减小[3-4]。NPWT所引起的伤口收缩程度取决于周围组织的性质，其对皮下组织附着力的不同可致伤口收缩大小存在差异，例如同样情况下头皮创面收缩程度明显少于腹部伤口创面。

此外，一些研究发现在负压吸力作用下，敷料所覆盖的创面深部组织并不呈负压，组织细胞外压力不仅没有降低，反而有增加的现象，这可能是由宏观形变引起的组织收缩所致[5-6]，这种现象大多出现在圆形敷料的NPWT应用中。组织细胞的压力曲线随深度不同而变化，同时也受负压治疗持续的时间所影响[5]。此现象可降低创周组织的再灌注损伤风险，负压吸力所产生的组织正压对细胞的其他影响还需更多的研究证实。

1.2 界面应力诱导细胞增殖 应用NPWT所产生的负压抽吸作用可使部分创面组织陷入海绵孔隙中，从而使多孔材料与创面组织之间发生微观形变并产生界面应力[7]。敷料中的孔隙的直径为400 ～ 600μm，所以微观形变通常发生在毫米至微米的尺度上，由其产生的界面应力可以诱导细胞的增殖与分裂。在Linsley等[8]的研究中表明，细胞的生长依赖外部施加的机械应力，细胞对促分裂因子发生应答并产生增殖与延展，这个过程需要细胞黏附到刚性基底上，或对细胞施加有相等张力的外部应力才能完成。无应力作用施加的细胞则在形态上接近球形，并出现生长停滞而最终凋亡。有限元分析的结果也同样表明，施加在创面细胞的界面应力可促进组织再生。在110 mmHg吸力作用下，使用NPWT后创面细胞的微观形变范围平均在5% ～ 20%[7]，与体外能够促进组织细胞再生的形变程度一致[9]。

1.3 负压减轻组织水肿并清除渗出物 大多数难愈性创面的周围组织都伴有水肿的存在。尤其对于淋巴水肿、腹部创面和筋膜间隔区综合征患者，水肿所导致的毛细血管后负荷增加将对组织灌注产生不利影响。基膜为毛细血管内外物质交换的重要屏障，各种物质通过内皮细胞间隙和吞饮小泡进行交换。NPWT能恢复毛细血管基膜完整性[10-13]，缩小内皮细胞间隙，降低毛细血管通透性，减少胞质吞饮小泡数量，从而减轻组织水肿。此外，NPWT可通过清除多余的间质液减轻水肿[14-15]。Morykwas等[10]提出，创面周围水肿的组织压迫毛细血管影响组织灌注，NPWT的抽吸作用使组织水肿的减轻，降低组织压力解除血管压迫，从而改善创面缺血低氧状态。而Kairinos等[5]认为，NPWT的使用实际上增加了组织压力，由此增加组织中液体流速，减少血浆中液体渗入组织并促进细胞外液回流血管，因此减轻了组织水肿。

创面的渗出物中含有抑制组织修复的物质，如具有腐蚀性的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)、炎性因子及嗜中性粒细胞等[16]。因此，通过NPWT去除渗出物可减少对创面的刺激加快伤口的愈合[11]。多项MMPs的测定研究表明，使用NPWT治疗后创面中MMP-1、MMP-8[17]、MMP-9与MMP-13[18]的 含 量 均 有 下 降， 以MMP-13的下降尤为明显。这表明NPWT通过对渗出物的及时清除可抑制胶原和明胶的降解，促进创面的愈合。此外，NPWT对于渗出液的清除也可降低创面组织压力，可进一步减轻组织水肿，改善创面血供。

1.4 维持适宜愈合的局部环境 上皮细胞的再生依赖稳定适宜的局部环境。伤口湿度的维持在早期愈合过程中至关重要：1)坏死组织在湿性环境下能被渗出液水合，从而被组织细胞自身的纤维蛋白溶酶溶解以利于其进一步的清除；2)湿润环境能使血管形成加速，从而促进肉芽组织的形成；3)湿润环境有利于细胞增殖分化、移行并避免创口干痂。相对封闭局部环境与保持创面的温度也可促进创面的愈合[19]，NPWT通过半透膜与敷料的阻隔限制了水分与温度的流失，保持了创面的适宜温度与湿度。负压吸引时压缩的海绵辅料中充满液体，可以提供额外的水分，为组织的修复提供了有利条件。

2 NPWT的分子调节

2.1 诱导生成细胞因子促进细胞生长 在伤口愈合的增殖阶段，由肉芽组织代替伤口的临时基质，部分恢复受伤皮肤的结构和功能。此过程中，成纤维细胞发挥着核心作用，其向伤口的迁移受到细胞因子和生长因子的影响，如血小板衍生因子(PDGF)、转化生长因子和碱性成纤维细胞生长因子。在Tahir等[20]的研究中，使用NPWT后血管生成标记物(NG2、VEGF、CD31和α-SMA)的表达显著上升；NPWT的机械牵拉作用产生的局部作用力可刺激微血管内皮细胞产生血小板衍生因子，加快成纤维细胞的定位和增殖。Yang等[21]通过对糖尿病足创面的对照实验发现，使用NPWT组的细胞纤连蛋白和TGF-β1水平明显高于对照组。在Saxena等[7]的研究中，创口使用海绵-负压辅助闭合处理4 d后测得肉芽组织横截面表面长度比对照组高22%，证明NPWT能够通过调节细胞因子促进成纤维细胞生长。

血管生成和血流量增加是伤口愈合的关键，使用NPWT还可通过调节细胞因子的途径帮助毛细血管的重建。Xia等[12]对患者使用NPWT，蛋白生物芯片检测血管生成相关生长因子，发现创面中伤口血管内皮生长因子的表达显著增加，其可有效促进毛细血管的形成和修复，在此次研究中监测到的创面血流量也明显增加。

2.2 通过影响炎性因子减轻炎症反应 免疫系统活化后的炎性反应参与了愈合的整个过程。在初始阶段，单核细胞迅速迁移到损伤的创口，其后分化为巨噬细胞并参与愈合过程中的炎性反应[22]。Eisenhardt等[23]发现，NPWT可使CD68+巨噬细胞的组织浸润显着减少，并减少炎性细胞因子IL-1β和TNFα的表达；Wang等[24]的研究同样表明，应用NPWT可使糖尿病足患者创面中炎性因子TNF-α明显减少。这些因素使细胞间质水肿水平和细胞凋亡数量降低，减轻炎性反应促进了伤口愈合。而同样作为免疫反应细胞，T淋巴细胞作为生长因子产生细胞以及免疫效应细胞发挥着积极作用；肥大细胞则参与愈合的增殖期肉芽组织反应以及重塑期调节[25]。有研究表明，采用NPWT与湿性敷料治疗难愈性腿部溃疡的对比实验中，发现使用NPWT组1周后的所有患者肥大细胞和T淋巴细胞增殖有显著增加[26]，这对依赖炎症细胞调节的愈合过程无疑是至关重要的。

炎症性反应细胞中的树突状细胞在伤口愈合过程中具有重要作用[27-28]。朗格汉斯细胞属于树突状细胞群体，在正常伤口愈合的早期阶段可以检测出朗格汉斯细胞明显增加；有研究证实，在一些难愈性创面如糖尿病足溃疡中朗格汉斯细胞的数量表达与伤口愈合结果密切相关[29]。目前树突细胞群体对愈合的正向作用机制尚不清楚，NPWT应用于难愈性创面对其炎性调节的影响也有待更多研究。

2.3 增加创面神经肽含量调控组织重建 伤口组织的愈合同时伴随着外周神经组织的重建，神经具有启动炎性反应、促血管生成、营养皮肤等功能，能够促进伤口创面再生和瘢痕愈合[30]。皮肤软组织损伤后，周围神经持续分泌降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)、P物质(Substance P)和血管活性肠肽等多种神经肽，作为疼痛递质在向大脑传递痛觉信号的同时，还通过多种机制加速伤口愈合。大部分糖尿病溃疡、压疮等慢性皮肤溃疡，由于皮肤和伤口边缘处的神经纤维数量减少，往往伴有神经营养障碍，这些失神经支配创面愈合通常缓慢，甚至不愈，这意味着皮肤创伤愈合及瘢痕形成的演变过程受神经调控。在Younan等[6]的研究中，将VAC用于糖尿病模型小鼠伤口，并分析创面中多种神经肽含量，发现使用VAC治疗可以增加创面中CGRP、P物质、神经生长因子(NGF)的生成，因此促进了神经纤维的生长并加快了伤口的闭合。可以认为，诸如压疮和糖尿病足溃疡等失神经支配创面，NPWT的使用可在神经肽调节的层面促进神经重建，从而改善此类创面的神经营养障碍情况。

2.4 改变伤口环境细菌负荷促进愈合 由于缺少天然的皮肤屏障，创口往往伴随着细菌的定殖，其产生的内外毒素将侵蚀创面并诱发强烈的炎性反应，如果得不到有效清除，一旦发生感染伤口便会出现延迟愈合或者不愈合，成为治疗的难题。大量研究表明，细菌负荷水平与伤口愈合情况密切相关；使用NPWT建立一个与外界相对隔绝的局部环境具有临时替代皮肤屏障的作用，其负压系统对渗出物的及时清除也减少了细菌定殖的条件基础。因此，很多学者将NPWT应用于预防或治疗各类伤口的感染，并取得了良好的效果[31-33]。林俊瀚等[34]报道了NPWT对Ⅲ度烧伤兔切痂创面的细菌清除作用，使用NPWT治疗7 d后，动物创口的细菌量由(603.0±146.0)×104CFU/g下降至(5.4±0.8)×104CFU/g。Jentzsch等[35]对115例感染创面患者进行回顾性研究表明，NPWT显著降低了创面细菌负荷。然而，许多研究对于NPWT降低细菌负荷作用的结论并不一致，甚至存在矛盾的证据。在胸部感染的研究中，Steingrimsson等[36]研究表明晚期胸骨感染患者使用NPWT的死亡率较常规治疗组显著降低；而Saadi等[37]的研究显示，NPWT虽然有助于胸腔感染患者的感染控制，但大多数患者没有实现完全意义上的感染清除。此外，有多项研究报道使用NPWT并未改变细菌负荷。在一项对17例患者的伤口敷料的研究中表明，NPWT泡沫中的细菌负荷较高，并且日常更换不会降低细菌负荷[13]。绝大多数的研究中NPWT对感染伤口的治疗作用是积极的，但在细菌清除方面尚无统一结论，这一矛盾说明NPWT可能并不是完全通过清除细菌来发挥其控制感染的作用，仍需在细菌行为学、细菌生态、毒力以及人体免疫等方面进一步研究。

3 展望

近年来NPWT联合其他的治疗手段如生物制剂的使用已经成为研究热点。目前已有使用NPWT辅以抗菌剂或抗生素滴灌敷料的报道，成为治疗难愈性创面的选择[38]；现阶段对于这种辅助治疗的探索在不同研究中存在着较大差异，诸如灌洗溶液的类型、溶液在伤口内保持的时间与负压值调整等尚未形成统一观点[39]。另一种手段是对敷料材质的抗菌改性，如应用载银、铜等金属离子的抗菌海绵[40]和负载药物缓释涂层的敷料。Rand和Wenke[41]报道了一种使用结合壳聚糖涂层的海绵敷料，作为局部缓释抗生素的递送载体，显著地改善了NPWT对于开放性骨折污染模型的疗效。

不同伤口类型对于敷料材料、机械作用力的需求不尽相同，“量体裁衣”式NPWT治疗方式或许是未来发展方向之一。如Kane等[42]使用了一种六边形微阵列组成的硅材料作为敷料，使吸力精确可控地传导至创面，达到调整伤口机械刺激、可控诱导组织形变的目的。

组织缺损程度影响着创面愈合过程，使用NPWT填充细胞的方式可辅助恢复组织的连续性和完整性，为修复细胞的功能、新生血管的形成提供三维支架结构，发挥"模板"样引导作用[43-44]。Shou等[45]使用NPWT结合间充质干细胞移植，结果表明能够加快伤口愈合，尤其是对于伤口血管的生成有显著促进作用。

NPWT以其确切的临床效果得到越来越广泛的应用。随着对其作用机制认识的不断深入，NPWT未来的发展也趋向于多元化应用的改进。