皮膚伸展術后生物力學和組織學的實驗研究

周黎安　李　諄等

周黎安李諄郭樹忠艾玉峰查元坤魯開化高嵐

(1解放軍451醫院整形外科西安7100542.第四軍醫大學西京醫院整形外科中心西安710032)

[摘要]目的:觀察皮膚伸展作用后生物力學特性和組織學的改變。方法:取4只體重20 kg左右的豬為實驗動物,采用自身對照方式進行,對伸展作用側及對照側皮膚標本分別進行拉伸斷裂強度、拉伸斷裂伸長百分率、皮膚本構關系等生物力學指標的測定及組織學的檢查。結果:伸展皮膚的粘彈性下降。組織學觀察可見伸展后表皮細胞層次增多,真皮層稍變薄。結論:皮膚伸展作用后,其生物力學性質及組織學均有明顯變化。臨床上可采用皮膚伸展術,以縮短療程,提高療效。

[關鍵詞]皮膚伸展術生物力學特性組織學檢查

[中圖分類號]R622[文獻標識碼]A[文章編號]1008-6455(2000)09-0244-03

BIOMECHANICAL AND HISTOMORPHOLOGICAL CHANGES IN STRETCHED PIG SKIN

ZHOU Li-anLI ZhunGUO Shu-zhong et al

Depart.Plastic surgery,451 Hospital,(Xian710054)

[Abstract]Objective:The study was designed to observe the biomechanical and histomorphological changes in stretched pig skin.Methods:On 4 pigs.stretched skin was compared with non-stretched control skin from the opposite side of the animal,using a paired t-test.The biomechanical and histomorphological properties were determined in stretched and non-stretched control skin.By using tensometer,the sin was evaluated for stress strain and parameters of strength.Result:The biomechanical properties of the stretched skin were different from the control skin.Histomorphological examination revealed that the epidermis layer increase.There was thinning of dermis,the dermal collagen bundles were thicker than those of controle.Conclusion:We concluded that the biomechanical properties and histomorphological changes were different from that of the unstretched skin.It was shown that the skin stretching technique might be accepted in the practice.

[Key words]Skin stretching techniqueBiomechanical propertyHistomorphological examination

皮膚伸展術始于1976年,Barrer^[1]等采用了固位橋裝置用于關閉傷口,它是通過施加于皮緣的直接外力,線性牽引創面兩側的皮膚組織,使之產生皮膚增量,達到關閉創面的目的,作者對此已進行部分臨床及實驗研究^[2-7],該方法近年來在國外受到普遍關注,認為是一種"有把握的關閉"(Sure-closure)^[4]方法。但也有學者提醒使用該方法應防止用力過大造成真皮纖維的斷裂等并發癥^[8]。

因此皮膚伸展術中的安全性仍是人們關心的問題,真皮決定著皮膚的生物力學性質,反之生物力學的變化也反映真皮的結構特征^[9]。

本研究對伸展作用后的皮膚及對側正常皮膚進行了生物力學特性的對比測試并觀察了相應的組織形態學變化。

1材料與方法

1.1實驗動物選取4只體重20kg左右白色乳豬(第四軍醫大學實驗動物中心提供),雌雄不限,3%戊巴比妥鈉(美國Sigma公司)30mg/kg肌注麻醉后,側胸、腹及背部肥皂水刷洗,剃毛,放置于牽引臺架上,術區皮膚常規消毒。

1.2皮膚伸展方法在胸背中央畫7cm×3.5cm標準面積,長軸為首尾方向,將兩根長針插入短邊真皮層,兩端露于皮外,U型雙鉤緊貼長針外緣插入皮膚鉤住對側的長針,連接測力計及秤砣盤,并使作用力與皮面保持在同一水平。兩側同時往秤砣盤加載,至短邊接觸,由測力計讀出皮膚此時所承受的應力為11.5kg,將長針用鐵絲固定保持短邊對合,以達到對假設創面兩側伸展的目的。

1.3皮膚標本的制備

伸展作用5天后,在伸展作用區及相應的正常對照側,采用自制的切割裝置切取0.6×10cm的皮膚標本,中央修成0.3×1cm的雙凹形,切取方向保持一致,剪掉標本上的部分皮下組織,共制備8個皮膚試件。同時取實驗及對照側皮膚,固定包埋后,切片用HE和vanGieson染色,光鏡下觀察。

2結果

2.1測試方法與分析

2.1.1生物力學指標的測試

所有的測試標本均采用Instron1122萬能強力機(英國產),測試溫度為15℃,相對濕度40%,夾距10mm,拉伸速度50mm/min。

2.1.2統計分析采用配對t檢驗,(第四軍醫大學統計教研室完成)。

2.2測試分析結果

2.2.1離體豬皮膚的拉伸斷裂強度(g/mm²)

二種皮膚的最大拉伸斷裂強度分別為:對照組為2508.20±36.60g/mm2實驗組為1974.86±20.22g/mm²表明伸展作用后的皮膚強度下降,下降幅度20.6%,相差非常顯著(t=55.7,P<0.01)。

2.2.2離體豬皮膚拉伸斷裂伸長百分率

伸展作用后皮膚的拉伸斷裂伸長百分率為71.7%±2.5%,較對照組83.5%±2.6%降低。實驗組斷裂伸長百分率下降幅度為14.3%,相差非常顯著(t=47.0,P<0.01)。

2.2.3離體豬皮膚的本構關系及曲線

典型的實驗組與對照組豬皮膚的本構關系及曲線見附表及圖5?？梢钥闯?在相同的應力作用下,對照組的應變能力大于實驗組

附表實驗組和對照組豬皮膚本構關系(g/mm²)

兩種離體豬皮膚本構關系曲線

2.2.4組織學檢查

伸展作用后表皮層厚度保持不變或稍增厚,表皮細胞層次增多,上皮釘突和真皮乳頭嵴變鈍。真皮層稍變薄,內含有大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密。成纖維細胞數量增多且體積增大、胞漿豐富。真皮層血管數量略有增加,主要在真皮乳頭層。

3討論

伸展作用的皮膚生物力學特性是否能發生有意義的改變,從實驗結果可見皮膚經伸展作用后,各項生物力學指標均發生了變化。皮膚軟組織的拉伸斷裂強度是生物軟組織粘彈性指標之一,是通過將試件加載至斷裂前的瞬間應力值來表示,由實驗結果表明,伸展作用后的皮膚粘彈性下降,降幅為20.6%(P<0.01)。另外斷裂伸長百分率也是臨床所關心的問題,結果顯示實驗組斷裂伸長百分率下降14.3%,但實驗組的斷裂伸長百分率71.7%,遠遠高于我們在活體所測的伸長率9%～20%。由于實驗中皮緣所施加的力遠遠超出以往研究的安全力值4.5kg及文獻中的安全力值3kg^[8]。

因此在活體正常皮膚很難出現真皮纖維的斷裂,這與伸展力的廣泛均勻分布有關。因此能充分保證皮緣血運良好的伸展力不會導致纖維斷裂。皮膚軟組織的本構關系更能全面反映皮膚在不同應力的作用下組織變形的能力,它也是生物軟組織粘彈性的指標之一。同樣的應力作用下,變形越大,表明其粘彈性越強。^[10]。

從本構曲線的變化趨勢可以看出,伸展作用后的皮膚在同一應力的作用下其變形程度下降,這一指標也提示伸展皮膚的粘彈性呈下降的趨勢。組織學研究顯示,伸展作用后表皮層厚度不變或稍增厚,表皮細胞層次增多。在皮膚擴張術的研究中也證實表皮細胞層增厚,細胞有絲分裂活動增加,作者認為可能是為了恢復表皮細胞的密集狀態,抑制有絲分裂^{[9、11、12]}。伸展作用后真皮層稍變薄,內含大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密,成纖維細胞數量增多且體積增大,胞漿豐富。擴張術中真皮厚度也變薄^[13]。雖已證實成纖維細胞被激活,但去除擴張器后擴張皮膚2年后才能逐漸恢復正常^[9、14],因此無論是伸展術還是皮膚軟組織擴張術所致的皮膚增加,主要來自皮膚的機械蠕變,而不是生物蠕變。并且伸展皮膚生物力學性質的變化與皮膚快速擴張后的改變相似,說明兩種方法作用方式雖然不同,卻有著相同的結果^[15]。皮膚伸展術一般不行皮下潛行分離,因此不形成皮下創面和纖維包膜,及其中存在的激活的炎性細胞^[9、11]。伸展作用后的皮膚,其生物力學特性及組織學變化的恢復是否比軟組織擴張術更迅速有待進一步研究。

[參考文獻]

1Barrer S,Pavlides CA.Matsumoto T.Ideal laparotomy closure;comparison of retention sutures with new retention bridging devices.Am Surg,1976;8:582-584

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4查元坤,周黎安.皮膚伸展術進展.中華整形燒傷外科雜志,1997;13(6):449

5周黎安,郭樹忠,李諄等.皮膚伸展術伸展皮膚的來源及創面閉合的實驗研究.中國修復重建外科雜志,1998;12(3):193

6周黎安,郭樹忠,李諄等.皮膚應力檢測系統及皮膚伸展對皮緣血運影響的研究.實用美容整形外科雜志,1999;10(2):105

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15Mustoe TA,Gifford G H,Lach E,et al.physical,biome-chanical,histologic,and biochemical effect of rapid versus conventional tissue expansion.Plast Reconstr Surg.1989;83:687-726

作者簡介:周黎安,男,1964年生,1992年第四軍醫大學口腔醫學院畢業碩士學位,現為解放軍第451醫院美容整形外科主治醫師,兼本刊編輯。

收稿日期2000-01-28

編輯/姜如蓉