现代社会,老龄和各种代谢性疾病(例如,糖尿病)引起的一系列难愈合或慢性伤口(溃疡)是较大的健康和经济负担。据统计,美国2008年有650万慢性伤口患者,医疗费用超过250亿美元,中国难愈创面患者发病率为1.5%~3.0%,以创伤感染为主,60岁以上的老人居多,多见糖尿病足和各种压迫性、静脉性溃疡。促进伤口愈合是横跨医学众多领域的关键课题,相关研究主要集中在药物(例如,生长因子)以及各种仿生敷料,但真正用于临床的有效方法非常有限,亟待在基础理论和临床应用方面有新的突破。电信号是促进伤口愈合的主导信号,电信号可以刺激并指导修复细胞(如上皮细胞、成纤维细胞、干细胞等皮肤相关细胞)定向生长和迁移。然而,当伤口自然愈合时,内源性电场的特性、变化规律和产生原理研究方法极为有限,指导伤口愈合、内源性电场形成的规律、离子机理的研究尚不清楚。本研究以小鼠皮肤伤口为模型,结合扫描振动电极技术和选择性离子电极技术对小鼠皮肤伤口的内源性电场分布及其离子组成机理进行了系统的研究,结果如下:皮肤伤口内源性电场的时间空间变化研究,得到如下结果:A、小鼠皮肤伤口边缘在Z轴方向和Y轴方向均有显著高于完整皮肤(-2.81±0.78μA/cm2)的电流,Z轴方向为内流(-28.38±7.69μA/cm2),Y轴方向为外流(18.48±1.54μA/cm2)。小鼠皮肤伤口电流在水平面呈伤口边缘较大,伤口中心(-9.18±3.55μA/cm2)较小的趋势;在纵切面,靠近表皮为(15.61±2.17μA/cm2)外流,靠近真皮为内流(-9.90±2.25μA/cm2);B、小鼠皮肤伤口从制造伤口到伤口愈合的过程中,仅在前24小时有显著电流产生,且主要在前6小时有较大的电流,24小时后,电流降为-3.66±1.32μA/cm2,与完整皮肤相比无显著差异。皮肤伤口内源性电流产生的离子流动机理及时间空间变化研究,发现:A、钠、钾、钙、氯四种离子在小鼠皮肤伤口处的离子流均在伤口形成后的前2小时达到最大值,在新鲜伤口边缘的钠、钾、钙离子流均为内流,分别为-76.66±48.59 nmol·cm-2·s-1、-4.734±0.73 nmol·cm-2·s-1、-1.48±0.35 nmol·cm-2·s-1,氯离子流为外流,大小为224.08±29.38 nmol·cm-2·s-1,而伤口中心的钠、钾、钙、氯离子流则均小于伤口边缘,分别为-36.46±15.91 nmol·cm-2·s-1、-0.98±0.09 nmol·cm-2·s-1、-0.54±0.27 nmol·cm-2·s-1和84.08±16.80 nmol·cm-2·s-1,四种离子流产生的电流方向与实际测量的电流方向一致。B、钠离子和氯离子是构成伤口内源性电场的主要离子,钠离子流和氯离子流在水平面的分布与电流一致,且方向一致,而在纵切面的分布则在靠近真皮的位置一致。C、用4μM的ANO1抑制剂处理伤口后,小鼠皮肤伤口电流降为-7.86±1.51μA/cm2,较对照有极显著差异(p<0.001,n=3),在50μM的Furosemide处理伤口之后,小鼠皮肤伤口电流降为-12.98±3.50μA/cm2,较对照有显著差异(p<0.01,n=4)。对Ha Cat细胞电场响应的验证,得到如下结果:1、Ha Cat细胞对外加电场有趋电反应,单个细胞和成片细胞均向电场的正极迁移;2、Ha Cat成片细胞较单个细胞对电场的反应灵敏;3、HaCat单个细胞在不同电压强度下表现出逐渐增强的趋电性,在200 m V/mm、400 m V/mm、600 m V/mm的电场强度下,趋电方向性分别为0.13±0.07、0.36±0.06、0.41±0.05;4、HaCat成片细胞则在各个电场强度下的趋电方向性均显著大于单个细胞,分别为0.68±0.06、0.82±0.04、0.78±0.04。本研究建立了扫描振动电极技术和选择性离子电极技术,并应用于组织水平内源性电场的研究。首次揭示了小鼠皮肤伤口内源性电场的时空分布及变化规律,深入研究了其离子机理。研究发现皮肤伤口内源性电场分布复杂,与角膜伤口的内源性电场分布有较大区别,且与理论推测的皮肤伤口内源性电场分布也有一定差异。通过对小鼠皮肤伤口离子流的研究发现,氯离子和钠离子流是伤口内源性电流产生的主要贡献者,且产生的电流方向与实测内源性电场方向一致,印证了对伤口内源性电场分布的研究结果。此外,在对皮肤细胞(HaCat)的趋电性研究发现,与大多数细胞对电场方向的响应相反,Ha Cat细胞在电场中向电场正极迁移。对伤口内源性电场的研究也表明伤口中心是内源性电场的正极,HaCat细胞的趋电响应从细胞层面解释了小鼠皮肤伤口内源性电场的分布状况与角膜伤口不同的原因,为生物电促进伤口愈合提供了新的证据,对进一步深入研究伤口内源性电场具有重要的指导意义。