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皮肤伸展术(亦称皮肤外扩张)与皮肤扩张术(亦称皮肤内扩张),其作用力的形式不同,但基本原理和目的相同,都是通过力的作用增加皮肤软组织面积,用于皮肤组织缺损的修复。虽然皮肤伸展术的理论研究尚不深入,但临床应用有其独特的优点[1.2],受到了比较广泛的重视。
1 皮肤伸展术的理论基础皮肤具有的粘弹性是皮肤伸展术的组织学基础[3.4]。皮肤的真皮组织结构包括胶原纤维和弹性纤维等细胞外基质成分。胶原纤维是真皮层的主要成分,由成纤维细胞分泌合成,主要为Ⅰ、Ⅲ型胶原。正常情况下,胶原纤维处于卷曲状态[5]。弹性纤维亦由成纤维细胞合成分泌,但比胶原纤维纤细,其张力可使胶原纤维保持卷曲状态,使皮肤具有良好的弹性。其他基质成分包括蛋白聚糖、软骨素和透明质酸等,充溢在胶原纤维、弹性纤维及网状纤维结成的网隙中,起着良好的润滑作用。基质还可以参与胶原的合成代谢。在外力的作用下皮肤被牵伸,真皮中的胶原纤维和弹性纤维被拉长,并且彼此间平行排列。如果外力不超过其固有的伸展范围,去除外力后皮肤可以原位回缩;而作用力一旦超出其固有的承受能力,尤其是持续恒定的较大外力牵引时,基质中的液体成分在纤维网隙中重新分布,弹性纤维出现细微的断裂[6],胶原纤维的卷曲能力下降,皮肤伸长超出其固有的伸展范围不能完全回缩原位,从而产生了皮肤的机械蠕变效应。Gibson[7]将皮肤特有的伸展特性分为四种:①固有弹性;②机械伸展性;③生物伸展性;④化学伸展性。Sasaki将机械伸展性分为球面负载循环和线性负载循环。皮肤伸展术及扩张术均可以利用皮肤的机械伸展性而获得"额外"皮肤,即皮肤缺损创口两侧正常皮肤在外力的牵拉下被伸展延长而闭合创口。与皮肤的机械伸展性密不可分的另一特性是皮肤的应力松弛性,即维持皮肤一定拉伸长度所需的力随时间延长而逐渐下降。应力松弛性和机械延展性正是皮肤被伸展扩张的基础。伸展术属于线性负载循环,而扩张术则属于球面负载循环。Johnson[10]认为常规的皮肤扩张术应属于生物性伸展,即像怀孕、肿瘤、肿物等一样,伴有新生皮肤组织的生长。我们在以往进行的持续快速扩张与常规扩张术的对比研究中均发现:除了皮肤的机械性伸展外,还有生物性伸展在内。但目前皮肤伸展术中,生物性伸展的研究尚未见报道。
2 皮肤伸展术
2.1 皮肤伸展术对血供的影响 王大为[11]发现兔背部皮肤被2 kg重量牵引12天,局部真皮中有较多吻合成网的新生血管、血管网密度增加、血流量增多、单位体积内红细胞灌流量增加。在牵引开始时,血流量和氧分压立即下降,1分钟后开始回升,约30分钟后趋于稳定,12天时已接近正常。张明利[12]也有类似发现,同时还发现伸展后皮肤形成的皮瓣存活面积增大,与对照组比有显著差别,具有延迟作用。这与Schenider等人[13、14]的研究结果相同。Caruso[16]认为伸展术并不引起创缘血供的不可逆性损害,在保持75%(正常)氧分压时是安全的。范飞[15]和我们以往的研究中都发现,皮肤伸展术可促进局部血管新生,只要保持血流量为正常的50%以上,则没有皮肤坏死之虞,这与Kenneth[17]的报道吻合。这可能与皮肤伸展后一过性局部缺氧,启动了毛细血管的自身调节机制,增加了毛细血管的开放量的缘故[18]。
2.2 创口面积与力的关系 周黎安[19]报道,将猪背部3.5cm×7cm创面在11.5kg的牵引力下立即闭合时,有创面宽度5～7倍的周围皮肤参与了伸展。距创缘3cm处伸展最明显,皮肤的伸展率为9%～20%。平行于伸展方向的创缘两侧的皮肤伸展性较小。在3.8kg拉力下创口立即缩小39%～45%,1天后缩小53%～59%,5天后缩小69%～73%,可以被轻松地合扰缝合。Liang[20]在猪模型中发现,猪背部8cm×8cm创口在每分钟增加1.3kg的重量牵拉下很快对合后,其缝合所需拉力比未牵伸者下降40.1%。但是,牵张力量过大时,局部皮肤可发生苍白、青紫甚至坏死。Caruso认为3kg的拉力是合适的[16]。在我们以往的研究中,通过荧光法观察发现最大的拉力为6.5kg,维持伸展力在4.5kg以下是安全的。伤口愈合不良或发生坏死的主要原因是边缘血供减少,而不是皮肤张力。因此,在一定范围内用力牵引,则可快速而安全地闭合创口。
2.3 伸展术对皮肤组织的影响 目前尚缺乏皮肤伸展术形态学及对皮肤生长影响的专门报道,而皮肤扩张术对这方面内容的研究较多[21～24]。均发现皮肤扩张术,特别是快速扩张及持续快速扩张,可以促进局部皮肤细胞的分裂增殖,同时间质内成纤维细胞增多,扩张术后期真皮层胶原含量增加,有真皮继续生长的证据。我们目前在猪伸展术的模型中发现了与扩张术后极为相似的组织学变化。伸展术后猪的皮肤表皮层无增厚,但细胞层数增多,早期真皮变薄,其内胶原纤维紧密平行排列,成纤维细胞体积增大、胞浆丰富、线粒体和内质网明显扩张,内含较多的前胶原。伸展术后期,真皮组织恢复原有厚度,且胶原仍有增多。综上所述,尽管皮肤伸展术已在临床上广泛应用,但有些理论问题,如皮肤最大的伸展范围、最佳的伸展速度、皮肤伸展术所获得的机械伸展与生物性伸展的比份如何等,亟待进行研究。
参考文献
1 Biarnesen JP,Wester JU,Siemssen SS et al.External tissue stretching for closing skin defects in 22 patients.Actaorthop Scand 1996;67(2):182
2 Brongo S,Pilegaard J,Blomquist G.Clinical experience with external tissue extender Scand J Plast Reconstr Surg Hand Surg,1997;31(1):57
3 Hirshowitz B,Lidenbaum E,Harshai Y.Skinstretching device for the harnessing of the viscoelastic properties of skin.Plast Reconstr Surg,1993;92:260
4 Wilhelmi MD,Blackwell SJ,Mancoll JS et al.Creep vs strethch:A Review of the viscoelastic properties of skin.Ann Plast Surg,1998;4(2):215
5 Gibson T.Physical Properties of skin.In:McCarth J,ed.Plastic Surgery.Piladephia:WB Saunders 1990:209～211
6 Gibson T,Kenedi RM.Biochemical properties of skin.Surg Clin North Am 1967;279
7 Gibson T,Kenedi RM.The structural components of the Dermis and their mechanical characteristics.In W.Monlagna,T.P.Bentleg,and R.L.Dobson(eds),The Dermis.New York:Appletoncenturycrofts 1968:19～38
8 Hirshowitz B,Kanfman T,Ullman J.Reconstruction of the tip of the nose and ala by load cycling to the nasal skin and harnessing of extra skin.Plast Reconstr Surg 1986;77:316
9 Sasaki GH.The combined use of MIAMI star device and intraoperative expansion to closure difficult wounds.Int Tissue Expander Symposium 1991;189
10 Johnson T,Lowe L,Brown M.Histology and Physiology of tissue expansion.J Dermatol Surg Oncol 1993;19:1077
11 王大为,张明利,屈志刚等.皮肤扩张后血循环监测的实验研究.第二军医大学学报.1996;17(2):170
12 张明利,王大为,屈志刚,等.皮肤外扩张延迟作用的实验研究.中华整形烧伤外科杂志.1996;12(3):183
13 Sasaki GH,Pang CY.Path physiology of skin flap raised on expanded pig skin.Plast Reconstr Surg 1984;74(1):59
14 Schenider NS,Konvolika CW.Comparson of rapid versus slow tissue expansion on skin flap viability Plast Reconstr Surg,1993;92(6):1128
15 范飞,陈宗基.随意型皮瓣血运障碍过程二观测.中华整形烧伤外科杂志.1995;11(5):371
16 Caruso D.M,King TJ,Tsujinura RB et al.Primary closure of fasciotomy incisions with a skinstretching device in patients with burn and trauma.J Burn Care Rehabil1997;18:125
17 Kenneth R.correlation of viability and laser doppler flowneter in ischimic flaps.J Surg Resear 1987;43:444.
18 张显文,向代理,傅跃光,等.一次性软组织扩张的实验研究.中国修复重建外科杂志.1986;10(2):74
19 周黎安,郭树忠,李谆,等.皮肤伸展术伸展皮肤的来源及创面闭合的实验研究.中国修复重建外科杂志.1998;12(4):193
20 Liang M.Briggs P,Heckler FR et al.Presuturing-A new technique for closure large skin defects:Clinical and experimental studies.Plast Reconstr Surg,1998;81:694
21 Johnson PE,Kernahan DA,Bauer BS,Dermal and epidemal response to soft tissue expansion in the pig Plast Reconstr Surg.1988;81:390
22 Olenius M,Dalsgard CJ,Wickman M.Mitofic activity in expanded human skin Plast Reconstr Surg,1993;91:213
23 Knight KR,McCann JJ,Vanderkoid Ca.The redistribution of collagen in expanded pig skin.Br J Plast Surg 1990;43:565
24 王长征,牛星焘,陈东明.快速皮肤扩张的实验研究和临床应用.中华整形烧伤外科杂志.1994;10(1):30
收稿日期 1999-04-20
编辑/姜如蓉
1 皮肤伸展术的理论基础皮肤具有的粘弹性是皮肤伸展术的组织学基础[3.4]。皮肤的真皮组织结构包括胶原纤维和弹性纤维等细胞外基质成分。胶原纤维是真皮层的主要成分,由成纤维细胞分泌合成,主要为Ⅰ、Ⅲ型胶原。正常情况下,胶原纤维处于卷曲状态[5]。弹性纤维亦由成纤维细胞合成分泌,但比胶原纤维纤细,其张力可使胶原纤维保持卷曲状态,使皮肤具有良好的弹性。其他基质成分包括蛋白聚糖、软骨素和透明质酸等,充溢在胶原纤维、弹性纤维及网状纤维结成的网隙中,起着良好的润滑作用。基质还可以参与胶原的合成代谢。在外力的作用下皮肤被牵伸,真皮中的胶原纤维和弹性纤维被拉长,并且彼此间平行排列。如果外力不超过其固有的伸展范围,去除外力后皮肤可以原位回缩;而作用力一旦超出其固有的承受能力,尤其是持续恒定的较大外力牵引时,基质中的液体成分在纤维网隙中重新分布,弹性纤维出现细微的断裂[6],胶原纤维的卷曲能力下降,皮肤伸长超出其固有的伸展范围不能完全回缩原位,从而产生了皮肤的机械蠕变效应。Gibson[7]将皮肤特有的伸展特性分为四种:①固有弹性;②机械伸展性;③生物伸展性;④化学伸展性。Sasaki将机械伸展性分为球面负载循环和线性负载循环。皮肤伸展术及扩张术均可以利用皮肤的机械伸展性而获得"额外"皮肤,即皮肤缺损创口两侧正常皮肤在外力的牵拉下被伸展延长而闭合创口。与皮肤的机械伸展性密不可分的另一特性是皮肤的应力松弛性,即维持皮肤一定拉伸长度所需的力随时间延长而逐渐下降。应力松弛性和机械延展性正是皮肤被伸展扩张的基础。伸展术属于线性负载循环,而扩张术则属于球面负载循环。Johnson[10]认为常规的皮肤扩张术应属于生物性伸展,即像怀孕、肿瘤、肿物等一样,伴有新生皮肤组织的生长。我们在以往进行的持续快速扩张与常规扩张术的对比研究中均发现:除了皮肤的机械性伸展外,还有生物性伸展在内。但目前皮肤伸展术中,生物性伸展的研究尚未见报道。
2 皮肤伸展术
2.1 皮肤伸展术对血供的影响 王大为[11]发现兔背部皮肤被2 kg重量牵引12天,局部真皮中有较多吻合成网的新生血管、血管网密度增加、血流量增多、单位体积内红细胞灌流量增加。在牵引开始时,血流量和氧分压立即下降,1分钟后开始回升,约30分钟后趋于稳定,12天时已接近正常。张明利[12]也有类似发现,同时还发现伸展后皮肤形成的皮瓣存活面积增大,与对照组比有显著差别,具有延迟作用。这与Schenider等人[13、14]的研究结果相同。Caruso[16]认为伸展术并不引起创缘血供的不可逆性损害,在保持75%(正常)氧分压时是安全的。范飞[15]和我们以往的研究中都发现,皮肤伸展术可促进局部血管新生,只要保持血流量为正常的50%以上,则没有皮肤坏死之虞,这与Kenneth[17]的报道吻合。这可能与皮肤伸展后一过性局部缺氧,启动了毛细血管的自身调节机制,增加了毛细血管的开放量的缘故[18]。
2.2 创口面积与力的关系 周黎安[19]报道,将猪背部3.5cm×7cm创面在11.5kg的牵引力下立即闭合时,有创面宽度5～7倍的周围皮肤参与了伸展。距创缘3cm处伸展最明显,皮肤的伸展率为9%～20%。平行于伸展方向的创缘两侧的皮肤伸展性较小。在3.8kg拉力下创口立即缩小39%～45%,1天后缩小53%～59%,5天后缩小69%～73%,可以被轻松地合扰缝合。Liang[20]在猪模型中发现,猪背部8cm×8cm创口在每分钟增加1.3kg的重量牵拉下很快对合后,其缝合所需拉力比未牵伸者下降40.1%。但是,牵张力量过大时,局部皮肤可发生苍白、青紫甚至坏死。Caruso认为3kg的拉力是合适的[16]。在我们以往的研究中,通过荧光法观察发现最大的拉力为6.5kg,维持伸展力在4.5kg以下是安全的。伤口愈合不良或发生坏死的主要原因是边缘血供减少,而不是皮肤张力。因此,在一定范围内用力牵引,则可快速而安全地闭合创口。
2.3 伸展术对皮肤组织的影响 目前尚缺乏皮肤伸展术形态学及对皮肤生长影响的专门报道,而皮肤扩张术对这方面内容的研究较多[21～24]。均发现皮肤扩张术,特别是快速扩张及持续快速扩张,可以促进局部皮肤细胞的分裂增殖,同时间质内成纤维细胞增多,扩张术后期真皮层胶原含量增加,有真皮继续生长的证据。我们目前在猪伸展术的模型中发现了与扩张术后极为相似的组织学变化。伸展术后猪的皮肤表皮层无增厚,但细胞层数增多,早期真皮变薄,其内胶原纤维紧密平行排列,成纤维细胞体积增大、胞浆丰富、线粒体和内质网明显扩张,内含较多的前胶原。伸展术后期,真皮组织恢复原有厚度,且胶原仍有增多。综上所述,尽管皮肤伸展术已在临床上广泛应用,但有些理论问题,如皮肤最大的伸展范围、最佳的伸展速度、皮肤伸展术所获得的机械伸展与生物性伸展的比份如何等,亟待进行研究。
参考文献
1 Biarnesen JP,Wester JU,Siemssen SS et al.External tissue stretching for closing skin defects in 22 patients.Actaorthop Scand 1996;67(2):182
2 Brongo S,Pilegaard J,Blomquist G.Clinical experience with external tissue extender Scand J Plast Reconstr Surg Hand Surg,1997;31(1):57
3 Hirshowitz B,Lidenbaum E,Harshai Y.Skinstretching device for the harnessing of the viscoelastic properties of skin.Plast Reconstr Surg,1993;92:260
4 Wilhelmi MD,Blackwell SJ,Mancoll JS et al.Creep vs strethch:A Review of the viscoelastic properties of skin.Ann Plast Surg,1998;4(2):215
5 Gibson T.Physical Properties of skin.In:McCarth J,ed.Plastic Surgery.Piladephia:WB Saunders 1990:209～211
6 Gibson T,Kenedi RM.Biochemical properties of skin.Surg Clin North Am 1967;279
7 Gibson T,Kenedi RM.The structural components of the Dermis and their mechanical characteristics.In W.Monlagna,T.P.Bentleg,and R.L.Dobson(eds),The Dermis.New York:Appletoncenturycrofts 1968:19～38
8 Hirshowitz B,Kanfman T,Ullman J.Reconstruction of the tip of the nose and ala by load cycling to the nasal skin and harnessing of extra skin.Plast Reconstr Surg 1986;77:316
9 Sasaki GH.The combined use of MIAMI star device and intraoperative expansion to closure difficult wounds.Int Tissue Expander Symposium 1991;189
10 Johnson T,Lowe L,Brown M.Histology and Physiology of tissue expansion.J Dermatol Surg Oncol 1993;19:1077
11 王大为,张明利,屈志刚等.皮肤扩张后血循环监测的实验研究.第二军医大学学报.1996;17(2):170
12 张明利,王大为,屈志刚,等.皮肤外扩张延迟作用的实验研究.中华整形烧伤外科杂志.1996;12(3):183
13 Sasaki GH,Pang CY.Path physiology of skin flap raised on expanded pig skin.Plast Reconstr Surg 1984;74(1):59
14 Schenider NS,Konvolika CW.Comparson of rapid versus slow tissue expansion on skin flap viability Plast Reconstr Surg,1993;92(6):1128
15 范飞,陈宗基.随意型皮瓣血运障碍过程二观测.中华整形烧伤外科杂志.1995;11(5):371
16 Caruso D.M,King TJ,Tsujinura RB et al.Primary closure of fasciotomy incisions with a skinstretching device in patients with burn and trauma.J Burn Care Rehabil1997;18:125
17 Kenneth R.correlation of viability and laser doppler flowneter in ischimic flaps.J Surg Resear 1987;43:444.
18 张显文,向代理,傅跃光,等.一次性软组织扩张的实验研究.中国修复重建外科杂志.1986;10(2):74
19 周黎安,郭树忠,李谆,等.皮肤伸展术伸展皮肤的来源及创面闭合的实验研究.中国修复重建外科杂志.1998;12(4):193
20 Liang M.Briggs P,Heckler FR et al.Presuturing-A new technique for closure large skin defects:Clinical and experimental studies.Plast Reconstr Surg,1998;81:694
21 Johnson PE,Kernahan DA,Bauer BS,Dermal and epidemal response to soft tissue expansion in the pig Plast Reconstr Surg.1988;81:390
22 Olenius M,Dalsgard CJ,Wickman M.Mitofic activity in expanded human skin Plast Reconstr Surg,1993;91:213
23 Knight KR,McCann JJ,Vanderkoid Ca.The redistribution of collagen in expanded pig skin.Br J Plast Surg 1990;43:565
24 王长征,牛星焘,陈东明.快速皮肤扩张的实验研究和临床应用.中华整形烧伤外科杂志.1994;10(1):30
收稿日期 1999-04-20
编辑/姜如蓉