摘要:创面愈合是人体自我修复的过程,但在多种因素影响下,这一过程可能变得复杂而缓慢。自古以来,医生和科学家们一直在寻找加速创面愈合的方法。从传统的草药敷贴到现代的生物工程技术,创面愈合的探索从未停止。
创面愈合是人体自我修复的过程,但在多种因素影响下,这一过程可能变得复杂而缓慢。自古以来,医生和科学家们一直在寻找加速创面愈合的方法。从传统的草药敷贴到现代的生物工程技术,创面愈合的探索从未停止。
近年来,创面微环境对愈合的影响越来越受到重视,生物电场在创面愈合领域的优异表现逐渐被发现。
一、电场治疗在临床的探索与发展
18世纪
意大利生物学家Galvani偶然发现当手术刀碰到被解剖的青蛙腿外露神经时,青蛙腿会发生抽搐现象,并通过实验证实了“生物电”的存在[1]。
1831年
意大利Matteucci采用电流计(galvanometer,以Galvani命名)在蛙腿神经和肌肉受损端测得损伤电流,进一步证实了神经、肌肉动作电位的存在[2]。
19世纪中期
德国生理学家Du Bois Reymond详细报道了生物电与神经刺激、肌肉收缩之间的关系,同时还发现手指伤口处存在电流[3],这种区别于动作电位的微直流“生物电”也被称为内源性电场[2]。
二、内源性电场在创面愈合应用的生物学意义
有研究表明,伤口处产生的内源性电场可以持续多个小时甚至数天。在伤口边缘500μm~1mm的范围内,电信号能够调节不同细胞的行为,直至伤口创面完全被上皮细胞覆盖,这些电信号才消失[4]。
(图[2])可见,内源性电场是创伤愈合的重要条件,在促进创面愈合主要从以下方面发挥作用:
1)控制上皮细胞的细胞分裂和迁移从而增加了上皮愈合的速率;
2)诱导神经转向垂直于伤口边沿方向生长;
3)刺激神经直接向伤口“发牙”[5.6.7];
4)刺激血管内皮细胞VEGF的表达,增加VEGF的产量,血管内皮细胞向伤口趋电迁移,损伤组织出现血管“发牙”再生,改善伤口血液供给,从而增加创伤愈合速率。若破坏这种自发内源性电场,创伤愈合速率将降低到原来的25%[6.8]。
创伤愈合虽然与电场密切相关,但伤口的愈合速度往往并不随着局部电场强度的增大而加快, 这可能是因为在健康个体自然选择使得细胞应答机制已达到最适,但在某种疾病状态下出现损伤电流时,在伤口附近增加局部电场可改善创伤愈合速度[7]。已有临床试验表明,局部外加电场可使组织损伤愈合速度增加13%-50%[6],外源性电场应运而生。
三、外源性电场对伤口愈合的作用
大量研究显示, 模拟的外源性电场可以通过指导细胞分裂、增殖和定向迁移来控制伤口愈合, 从而发挥其生物学效应[9]。
1)研究者通过人为的“刮伤”形成新鲜伤口,并给伤口施加一个外源性电场,电场极性决定伤口周围细胞的迁移方向,从而调节伤口的愈合或扩大[10、11、12]。
2)在体实验也证明,持续性电刺激 (500 m V/mm2) 在绝大多数情况下可以加速兔糜烂角膜上皮的形成,且电场作为糜烂愈合的刺激因子, 在上皮损伤的最初两天效果最明显[13]。
越来越多的研究表明,外源性电场刺激可抑制炎症并加速伤口愈合[14-16],这为治愈复杂和顽固的伤口等提供了一个独特的治疗方法,,但目前还需要严格的临床试验来确定电刺激的方式、电压大小和作用时间[17]。
相信随着医疗技术的发展,会有更优异的加速伤口愈合的方法出现,为伤口的愈合提供新的辅助疗法。例如生物电场与负压创面治疗仪结合会碰撞出什么火花?对创面愈合有什么作用?敬请期待下一期内容。
参考文献(上下滑动查看):
[1]Piccolino M.The bicentennial of the Voltaic battery(1800-2000):the artificial electric organ.Trends in Neurosciences,2000,23(4):147-151
[2]董晓蒙,高晶,孙沁,等.内源性电场及其生物学意义[J].生物化学与生物物理进展,2016,43(08):731-738.DOI:10.16476/j.pibb.2016.0100.
[3]Borgens R B,Vanable J W Jr,Jaffe L F.Bioelectricity and regeneration:large currents leave the stumps of regenerating newt limbs.Proc Natl Acad Sci USA,1977,74(10):4528-4532
[4]Mccaig C D,Rajnicek A M,Song B,et al.Controlling cell behavior electrically:current views and future potential.Physiological Reviews,2005,85(3):943-978
[5]Bing Song,M in Zhao,John Forrester,et al.Nerve regeneration andwound healing are stim ulated and directed by an endogenous ele-ctrical field in vivo[J].J Cell Sci.2004,117:4681-4690.
[6]Nuccitelli R.A role for endogenous electric fields in wound healing[J].Curr Top Dev Biol.2003,58:1-26.
[7]Nishim ura KY,Isseroff RR,Nuccitelli R.H um an keratinocytes m igrate to the negative pole in direct current electric fields comparable to those measured in m am m alian wounds[J].J Cell Sci.1996,109(1):199-207.
[8]M in Zhao,Huai Bai,Entong W ang,et al.Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelialcells by signaling through VEGF receptors[J].J Cell Sci.2004,117:397-405.
[9] 刘永玲,高润池,赵三军,等.外源性电场对组织修复过程中细胞行为的影响[J].中国细胞生物学学报,2014,36(04):552-556.
[10]Zhao M, Song B, Pu J,Wada T,Reid B, Tai G, et al.Electrical signals control wound healing through phosphatidylinositol-3-OH kinase-gamma and PTEN.Nature 2006;442(7101):457-60.
[11]Reid B, Song B, McCaig CD,Zhao M.Wound healing in rat cornea:the role of electric currents.FASEB J 2005;19(3):379-86.
[12]王恩普,王恩彤.电场暴露抑制晶状体上皮伤口的愈合.眼科(Wang Enpu, Wang Entong.Inhibition of wound healing of lens epitheliaI monolayer wounds by an applied electric fi eld.Ophthalmology inChina) 2006;15(4):274-76.
[13]Zheleznov EA, Fedorov AA, Sheludchenko VM.Impact of a continuous electric field on corneal healing in an experiment.Vestn Oftalmol 2010;126(4):30-5.
[14]Thakral G,Lafontaine J,Najafi B, Talal TK, Kim P, Lavery LA.Electrical stimulation to accelerate wound healing.Diabet Foot Ankle 2013;doi:10.3402/dfa.v4i0.22081.
[15]Magnoni C,Rossi E, Fiorentini C,Baggio A, Ferrari B, AlbertoG.Electrical stimulation as adjuvant treatment for chronic leg ulcers of different aetiology:An RCT.J Wound Care 2013;22(10):525-6,528-33.
[16]Gurgen SG,Sayin 0, Cetin F, Tuc Yucel A.Transcutaneous electrical nerve stimulation(TENS) accelerates cutaneous wound healing and inhibits pro-inflammatory cytokines.Inflammation2013;doi:10.1007/s10753-013-9796-7.
[17]Szuminsky NJ, Albers AC, Unger P, Eddy JG.Effect of narrow,pulsed high voltages on bacterial viability.Phys Ther 1994;74(7):660-7.
来源:长沙海润生物