电场对创面愈合的影响
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冯永强 冷婷婷综述 王一兵审校
如何促进创面、尤其是慢性难愈性创面尽早愈合是外科医师一直探索的问题，临床应用的方法有很多：灌洗、负压、高压氧、涡流或者脉冲冲洗、超声、红外线、局部应用抗生素以及生长因子等，但是到目前为止尚没有一种理想的方法。1843 Dubois-Reymond发现在人体皮肤伤口存在强度为1mA的电流。后来证实，伤口会产生电场，形成损伤电流（injury current），研究认为伤口电流的存在和维持在创面愈合过程中具有重要作用[1]。2002年电刺激(electric stimulus)疗法用于促进创面愈合在美国获得承认，主要用于常规创面愈合方案治疗无效的创面。本文对电场（流）与创面愈合关系进行综述。
1生物电场
机体细胞内外到处分布着不同的离子，离子的分布不均匀以及一定形式的跨膜移动形成细胞水平的生物电。生物机体以及各器官表现出各种电现象就是其构成细胞电向量的综合[2]。心电、脑电、肌电，在临床上广为熟悉。在许多生物过程中也有生物电的参与，如肿瘤的生长、形态的发生、创伤的愈合。1982年McCaig CD等发现可测性的跨表皮电位（TEP，transepidermal potential）[3]，当表皮出现伤损时，伤口处跨表皮电势差消失，而伤口周围的电势还维持正常，伤口与正常皮肤之间形成一个内源性电场，称为侧方电场（ LEFs, lateral electric fields），Nuccitelli R研发了无创生物电场检测仪，测量表皮基底和角质层之间的电势，发现在创伤形成的即刻就能测到电场，电场方向从伤口指向各处。角质层下的场强在伤后3天内维持在150～200mV/mm左右，之后逐渐下降，当创面愈合后完全消失[4]。
电场的存在使得离子逐渐运动，于是形成伤口电流（injury current/wound current）。在创面向外辐射2～3mm的区域都存在损伤电流，强度从内到外梯度降低，由140mV/mm减到0mV/mm。Rajmicek AM等应用阿米洛利、本扎明、毒毛花甙G等一系列抑制Na+离子内流的药物，可以使得跨表皮电位明显减小[5]，这表明形成电流的离子主要是Na+离子。Na+经细胞膜进入细胞内，可产生20～40mV的电势，产生在细胞外侧的负极，从而起到皮肤细胞“电池”的作用。
创面的伤口电流可在潮湿密闭的覆盖下得以维持，若暴露不加以保护则会逐渐降低，当伤口愈合，伤口电流就会降低[6]。
2细胞趋电性与创伤愈合
参与创伤愈合的细胞有炎症细胞、修复细胞、细胞基质和各种因子。皮肤创伤愈合过程涉及细胞运动、粘附、通讯、增殖和迁移等生物学行为。细胞的移动是组织修复必须的,化学趋化在细胞移动中起重要作用；同时众多试验表明，细胞具有趋电性(galvanotaxis)，不同的细胞表面带有正电荷或者负电荷，能够感受电场。已知成肌细胞、表皮细胞、成纤维细胞、成骨细胞在电场中向负极迁移；血液细胞，白细胞、巨嗜细胞等向正极移动。由于细胞具有趋电性，使得伤口电流可以吸引细胞参加创伤修复。
巨嗜细胞：巨嗜细胞释放MDGF、IL-1、EGF、FGF等促进成纤维细胞增殖的因子，后者促进结缔组织的组织形式和量，从而促进创面愈合。据此，有实验设计将带正电荷的组织相容性小珠植入伤口，发现能够增加结蒂组织和巨嗜细胞的量，伤口愈合强度增加[7]。
表皮细胞：表皮细胞迁移完成再表皮化、封闭伤口是创伤愈合的主要过程。表皮细胞迁移需要起始信号，除了游离缘和基质，侧方电场被认为也是创伤早期的修复信号[8]，表皮细胞可以感受0.5mV的梯度电压，电场强度增至10～100mV/mm时表皮细胞表现出较强的定向性，100mV/mm 14min内即可有半数定向反应，并较快的迁向负极[9]；伤口电场还能控制这些细胞的分裂的方向，大多数表皮细胞分裂面平行于伤口边缘，垂直于电场向量，场强强度的变化也影响细胞分裂，场强大，定向性好，分裂频率高[10]。在一定场强范围内，创伤愈合与场强呈现出线性关系,但场强在80mV/mm～120mV/mm时上皮化最快,降低和增大场强或者逆转电场方向都会使得上皮化程度降低[11]。
黑色素细胞在100mV/mm模拟生物电场下，迁移速度比相应条件下的表皮细胞慢得多，并且没有表现出方向性，这也是为什么色素沉着发生于上皮化之后的原因[12]。
成纤维细胞：电场作用于体外培养的单个成纤维细胞的时，成纤维细胞也表现出趋电性，但在皮肤模型中人成纤维细胞在电场作用下没有表现出定向移动[13],可能与成纤维细胞与基质黏附有关[14]。但是电场能够增加细胞在二、三维细胞培养体系凝胶支架中的积聚[15]。
3电场对细胞作用的机制
3.1细胞在电场中的迁移的条件 电场中细胞的迁移是多条件的，需要Ca2+的内流；需要生长因子，实验表明加入b-FGF,TGF-β使再定向所需电场的强度降低，同时细胞迁移具有血清依赖性。此外，胰岛素能在5～100mg/L时促进表皮细胞迁移[16-17]。
3.2电场对细胞作用的分子机制
3.2.1 细胞器的极化：电场作用于细胞，会引起细胞的极化(polarization),产生定向(directional migration)。细胞移动时首先前缘扩展(extension)，极化的高尔基体可以为细胞前缘突起提供更多的膜状结构[18],以有利于细胞的运动。细胞整个移动过程需要肌动蛋白的聚合作用，电场可引起丝状肌动蛋白一过性增高，使之分布不均匀，由此细胞会发生定向的移动[19]。
3.2.2 信号转导通路的不对称：电场引起受体、激酶等极化导致信号传导的不对称，然后影响细胞的功能。电场使包膜脂质区域和相应受体极化。唾液酸是部分细胞表面分子的组成成分，电场能引起该物质的跨膜极化[20]。电场可以对β等受体产生作用，然后通过cAMP非依赖途径途径介导细胞的迁移速度，通过cAMP依赖途径介导趋电性[21]。研究证实Src、PI3-激酶、 MAP激酶、PKA以及Ca2+通路等多种信号通路参与了不对称信号传导［22-23]，电场作用的信号然后作用于DNA，引起基因表达的改变。皮肤成纤维细胞在100mV/mm电场1小时，162个基因表达增加，302个基因表达减少，126个变化超过1.4倍，11个基因变化超过2倍，并且这些变化明显的基因与创伤愈合关系密切：与基质合成、细胞信号、细胞生长因子[24]，如，电场可以促进表面胰岛素生长因子II（IGF-II）、VEGF及其受体的表达[25]。此外，电场还影响合成和分解代谢速率。但Blank认为电场也能直接作用于DNA[26]引起细胞功能的改变，其具体机制尚不明确。
当然，电场产生的生物作用，机制很复杂，不限于此，离子水合、分子碰撞时间间隔、轨道尺寸等理论也需要考虑。
4电刺激的应用
当伤口开放，伤口电流停止，伤口愈合就会停止或者延迟。难愈性伤口中的电场往往存在异常，趋于衰竭，所以容易发生创面愈合困难，因此可以利用外源性的电场进行电刺激（electric stimulus）,模拟生物电场，来弥补伤口电流，促进创面愈合。除了上述电场对细胞的作用，电场还能调控血管生成及血流，改善血供[27]，实验证实脉冲电磁场可以通过上调FGF-2介导的血管形成加速糖尿病溃疡的愈合，还能阻止组织的坏死[28]。此外，还能调节创伤区神经的定向生长，而神经对创面愈合具有重要作用[29]。因此，连同对修复细胞的作用，电场能有效促进创面愈合。
虽然应用电场促进创伤愈合的效果具有不一致性，所使用的强度、电极方向也不一样，但是体外实验、动物实验和临床前期实验都表现出积极的治疗效果。因此人们用电场治疗创伤兴趣不减。AHCPR了关于应电刺激（ES）作为治疗压力性溃疡辅手段的声明：III、IV 期压力性溃疡传统治疗手段无效时可以考虑，II期也可以考虑应用。双峰高压脉冲电流（HVPC）似乎效果更好，因为其脉冲时间短，不引起组织pH和温度的明显变化[30]。同时研究表明，正极更适合用于创面，既能促进愈合也能使电位恢复[31]。
粒子流烧伤仪或者生物电治疗仪用于促进烧伤创面的愈合，负电荷气溶胶的杀菌消毒的作用外，其可能有助于维持机体表面电势，模拟或者加强侧方电场，促进EGF 和β1 整合素的表达,从而加快细胞增殖[32],加速创面愈合。电刺激治疗骨折也广泛研究和应用。利用恒定直流电、恒定磁场、脉冲直流电、交流电耦合电容电场、脉冲电场等治疗骨折，骨不连以及骨缺损都有报道。此外，电刺激被应用于顽固性肌腱炎。
创伤的电刺激疗法以及作用机理尚不完全清晰,但是对于创伤愈合的治疗有较大的潜力，它的作用效果和机制还需要大量的实验研究来证实，同时需要对应用技术、手段进行创新，以利于临床的推广和运用。
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[收稿日期]2008-05-16[修回日期]2008-08-28