无创性皮肤屏障功能检测技术在皮肤病中的应用

郭君怡

（广东医科大学，广东 湛江 524023）

0 引言

皮肤是覆盖于人体表的最大的器官，对机体正常生理功能的维持有着重要意义。皮肤屏障在广义上包括物理屏障、色素屏障、神经屏障、免疫屏障。狭义主要指物理性屏障。物理性屏障由多层角质形成细胞夹以脂质基质的“砖墙结构”构成，可以防止机体水分的丢失，以及抵御外界有害物质的侵袭。皮肤屏障的受损使角质层含水量减少，而经皮失水（transepidermal waterloss，TEWL）增多，继而降低了角质细胞间的黏附力，皮肤随之出现干燥、脱屑及敏感等一系列症状，许多皮肤病的发生也与皮肤屏障的受损密切相关[1]。因而皮肤屏障的保护和修护是当今治疗皮肤疾病的重要环节。传统的病理有创检测技术虽诊断价值较高，但是也可能加重皮损；通过肉眼评估皮肤过于主观，诊断不够准确[2]。因此通过机器进行无创性的客观的皮肤屏障功能检测对于临床诊治皮肤疾病显得格外重要。目前可以通过检测经皮失水、PH、角质层含水量、皮脂含量等对皮肤屏障进行评估。本文将对无创性皮肤屏障检测技术在皮肤病中的应用概述如下。

1 皮肤屏障相关结构

1.1 角质层与角质形成细胞

角质层类似于砖和灰泥砌成的墙，其由坚硬的砌块（单个角质细胞）和填满空间的灰泥（角质细胞间脂质）粘在一起组成。正常表皮的屏障功能取决于其“砖”和“浆”的质量。表皮屏障的构建是在基底角质形成细胞的复杂终末分化过程中形成的，以形成扁平的角质化细胞后脱落而终止。细胞不断向上移行，细胞核、细胞器消失，蛋白质特异表达[3]。每个角质细胞胞质内充满由张力细丝和均质物质紧密结合的角蛋白丝组成，角质层内细胞膜间也发生广泛交联，形成不溶性坚韧的角质化细胞包膜（CE），这种结构是皮肤屏障的基础，直接影响皮肤的水分含量，此结构功能紊乱会引发多种干燥性皮肤疾病。

1.2 脂质

人的皮肤是一个大的器官，保护人体免受外界刺激影响，而皮肤脂质是维持这一屏障功能最重要的化合物之一。皮肤脂质是指“砖墙结构”中的“灰浆”，与“砖块（角质细胞和蛋白质）”协同作用，共同作为物理屏障抵御外部刺激。表皮脂质主要来源于角质形成细胞及皮脂腺[4]。来源于皮脂腺的脂质本身对角质层含水量没有明显影响。来源于角质形成细胞的脂质，含量最多的是神经酰胺，其余还包含胆固醇、自由脂肪酸及极少量的磷脂。这些来源于角质形成细胞的脂质由颗粒层的板层小体分泌到角质细胞间，然后形成复层板层膜样结构[5]。这类脂质具有防止水分丢失、屏障修复、维持皮肤酸性环境等重要作用，并参与角质形成细胞的角化、增殖和分化过程，同时作为物质进出皮肤时跨域的机械和通透屏障，是皮肤维持正常生理的重要保水剂。因此脂质是健康皮肤屏障的重要成分，当脂质成分或代谢过程出现异常时，会导致皮肤屏障功能受损，严重时可发生皮肤疾病。

2 与皮肤屏障功能相关的参数

2.1 经皮失水量

近年来，各种屏障功能研究方法层出不穷。使用非侵入性方法对经表皮水分流失（TEWL）进行测量已经成为评估皮肤屏障功能的最可靠方法之一。TEWL作为皮肤屏障功能的重要评估指标，代表从皮肤表面蒸发的水分量。由于各个解剖部位的皮肤构造的不同，尤其是表皮和它的角质层厚度以及汗腺分布的差异，导致TEWL值的差异性[6]。此外还受出汗量、皮肤表面温度、个体异质性、空气对流、环境温度、环境湿度和仪器等影响[7]。一般来说，TEWL值越高，表示经表皮失水越多，角质层的屏障功能越差。

目前使用最广泛的技术是开放式腔室方法，将圆柱形探针顶端垂直紧贴于皮肤表面，以保证测试环境的相对稳定[8]。探针中包括两个垂直对齐的电容传感器用以测量相对湿度，两个热敏电阻用以测量温度，根据这些测量结果，结合Fick扩散定律，测算出角质层水分由于散失而在角质层表面形成的不同两点之间的水蒸汽压梯度，进而得到经表皮蒸发的水分量。在理想条件下（室温22-24℃，湿度40%-60%），TEWL可在0和250 g/m2/h之间测量，方差为5%[9]，测试参数单位为g/（h·m2）。该方法仅限于测量水平表面，因此测试过程中尽量保持测试探头的垂直稳定状态。

2.2 角质层含水量

角质层特殊的砖-墙结构，是皮肤屏障功能的部位所在，与皮肤的水分含量关系最密切。而在皮肤生理功能活动中，角质层含水量（stratum corneum hydration，SCH）有重要的调节作用。角质层水分在健康皮肤中的含量约在10%-20%之间。当SCH低于10%时，角质细胞变得质脆易碎，皮肤屏障结构受损从而功能减弱，皮肤开始出现干燥、粗糙等各种问题；高于20%时皮肤的渗透性增高，皮肤容易遭受外界有害物质的侵袭[10]。目前被广为应用的SCH测量方法基于角质层的电生理特[11]，操作方便易行，但测量结果受到诸多因素影响，除了外部环境的因素，受试者的自身因素，如年龄、性别、种族及测量部位等，都对测量结果有或多或少的影响。因此就要求我们在进行相关研究时严格控制实验条件，尽量减少误差。

2.3 皮脂含量

皮肤脂质具有滋润皮肤，防止水分流失，抑制细菌生长等作用，同时还参与PH形成。皮脂成分的含量、结构或比例的变化，都会对皮肤屏障功能产生影响。年龄、性别以及环境等多种因素均会影响皮脂的分泌水平，Shan Jiang,Taylor E等[12]研究发现角质层脂质的含量和构成会随着年龄增高而降低，人在15-35岁年龄段皮脂分泌率最高，在夏季、人体皮脂腺的分布较为密集的头面及胸背等处皮脂均有大量分泌。目前最常用的检测方法是脂带法，用涂有粘性材料的胶带粘取皮肤，当遇到油类物质时，胶带透光能力增加，即呈现出与吸收皮脂形状、大小一致的透光点，再通过图像分析程序可对皮脂的分泌进行定量测定。

2.4 表皮PH值

皮肤分泌的油脂、汗液及CO2等成分共同形成表皮PH值，也是评估皮肤屏障功能的重要指标[13]。表皮PH值在表皮屏障稳态调节和抗菌防御机制中起着重要作用。一般情况下，皮肤表面为弱酸性，PH值维持在4.5-5.5之间，皮肤表面天然酸性化合物的存在，有利于皮肤屏障功能形成中脂代谢酶的活性；能降低表皮蛋白激酶的活性及增强角质层的致密性，从而增强皮肤屏障的保护功能[14]。皮肤表面PH值受多种内源性生理、外源性因素的影响，年龄、种族、性别、解剖位置、皮脂量、接触肥皂、洗涤剂、化妆品的使用等因素都会影响皮肤pH值。单玻璃棒测量电路是目前测量皮肤表面pH值最普遍的方法。测试前，在玻璃电极的顶端滴一滴去离子水，确保离子与皮肤接触。如果将皮肤表面pH值测量与其他皮肤屏障功能测量（如皮肤经皮水分流失和皮肤水化）结合起来记录，则应最后测量皮肤表面PH值，因为测量皮肤PH值时所使用的水会影响其他数据记录[15]。

3 无创检测皮肤屏障功能技术在临床中的应用

3.1 TEWL、SCH在临床中的应用

SCH与TEWL均对皮肤生理功能有重要的调节作用，共同反映了皮肤的保湿能力。较低的TEWL值表明皮肤完整，功能完全，TEWL的增加通常被认为是皮肤屏障紊乱或破坏的征象[16-17]。这是由于皮肤失水增加造成的屏障受损，且损伤程度与失水量呈正相关。较低的SCH值代表皮肤干燥或脱水，皮肤水分不足会导致皮肤弹性下降，出现剥落和开裂。这类屏障功能受损的皮肤对外界刺激的抵御效果较差。临床上干燥性皮肤病多伴有表皮通透屏障功能降低，如特应性皮炎、鱼鳞病、银屑病、湿疹、接触性皮炎等TEWL值增高[18]，角质层含水量降低。临床及科研工作中，我们常通过对皮肤SCH、TEWL的检测，间接观察皮肤生理状态，同时还可以应用此技术对临床药物的疗效以及化妆品的保湿功效进行评估。通过适当地调节SCH，减少TEWL有利于延缓皮肤老化和防治某些皮肤病[19]。

3.2 皮脂含量在临床中的应用

一般认为，皮脂含量越低，TEWL越高，因而临床上许多干燥性皮肤病，如银屑病、特应性皮炎、鱼鳞病等患者的皮脂含量往往较正常降低[20]。老年人由于皮脂腺萎缩，皮脂分泌减少，皮肤常出现干燥、粗糙。脂质常作为添加剂在化妆品中发挥保湿作用。在皮肤屏障功能受损的情况下，外源性增加皮肤脂质含量有助于恢复皮肤屏障功能[21]。因此，临床上皮脂含量可用来评价化妆品的保湿功效。而皮脂过度溢出，皮肤油腻，容易伴发痤疮、酒糟鼻、脂溢性皮炎等疾病。临床上常通过检测皮脂含量来评估激光治疗后控油效果及皮肤屏障修复状况[22]。

3.3 PH值对皮肤屏障功能的影响

一般来说，皮肤表面的微弱酸性环境为脂质以及酶的正常功能提供了最佳条件。适宜的PH值对维持角质层的完整性以及稳态调节十分重要。因此PH值测定一定程度上可以反映皮肤的生理状况。通常，干燥性、瘙痒性、老年性以及炎症性皮肤病，如特应性皮炎、鱼鳞病、酒渣鼻和痤疮、刺激性接触性皮炎等患者的皮肤PH值偏高[23]。PH值升高，提示屏障功能受损。这些皮肤状况可以通过局部使用酸性制剂使PH值正常化。临床上若要评价护肤品、洗涤用品对皮肤屏障的影响，可以通过测定PH值来获得信息，这对研发及使用适合、效果更显著的产品有重要的指导意义[24]。

4 结论

皮肤屏障在维持机体内环境方面具有重要的意义，同时其为机体提供了良好的保护，以抵御恶劣的外部环境和外来物质刺激。当皮肤屏障出现缺陷，会导致皮肤出现干燥、脱屑、瘙痒等一系列症状，严重时会引起多种皮肤病。既往已有较多研究证明，许多皮肤疾病伴有皮肤屏障功能的受损，如特应性皮炎、鱼鳞病、银屑病、玫瑰痤疮、湿疹等[25-26]。因此，拥有完整的皮肤屏障是机体健康的基础保障。而保卫皮肤屏障将成为皮肤科医生一大重任。皮肤屏障功能的客观化、量化在临床及科研工作中，因而显得尤为重要，通过对皮肤屏障功能相关参数、指标的检测，我们能及时掌握皮肤状态、疾病发展和治疗效果等。近年来人们对皮肤美容的需求日益增长，美容医学兴盛发展，通过检测这些指标，化妆品、护肤品安全性及功效性得以客观、准确评估，这对于科学研发及临床使用具有关键意义。今后无创性皮肤屏障功能检测技术势必成为临床疾病诊治、工业研发测评、日常美容评定的金牌利器。该项技术受个体差异、环境因素、检测水平等多方面的影响，因此要求我们评估皮肤屏障功能时，对这些可变因素加以考虑，并且结合多项参数综合分析，方可获得更加准确、客观、完整的信息。