Традиционно заживление ран определяют как динамический процесс, вовлекающий в себя многочисленные типы клеток, цитокинов и химических медиаторов, между которыми происходит сложное взаимодействие. Несмотря на то что процесс заживления ран необходимо знать специалистам во всех областях медицины, особое значение он имеет для врачей-дерматологов, поскольку они сталкиваются с большим количеством ран, чем все другие специалисты.
Процесс заживления ран можно разделить на пять основных фаз: гемостаз, воспаление, пролиферация, ремоделирование тканей и, наконец, разрешение (рис. 1). Однако эти фазы не всегда сменяются последовательно, они довольно высокоинтегрированы и часто накладываются друг на друга. Мы опишем фазы заживления ран, а также обсудим ряд важных факторов, которые препятствуют данному процессу.
Рисунок 1. Фазы заживления ран. После повреждения с помощью тромбоцитов осуществляется первоначальный гемостаз. За этим следует воспаление, при котором повышается проницаемость сосудов, что позволяет факторам нейтрофильного и макрофагального происхождения проникнуть в ткани. Пролиферация эндотелиальных клеток и кератиноцитов способствует реэпителизации. В конечном счете происходит ремоделирование раны и ее разрешение
а) Механизмы формирования ран:
1. Острые и хронические раны. В зависимости от времени, которое требуется для завершения эпителизации, одного из элементов пролиферативной фазы процесса заживления, раны можно разделить на острые и хронические. Несмотря на то что разграничение по времени, используемое в классификации, может варьировать и зависеть от целого ряда факторов, таких как форма, локализация и причина возникновения раны, хронические раны, как правило, связаны с физиологическими нарушениями, которые замедляют заживление или препятствуют ему, например с пожилым возрастом пациента или с сопутствующими заболеваниями.
2. Глубина ран. Глубина ран значительно влияет на процесс заживления и клиническое ведение пациента. Например, если повреждение ограничено эпидермисом, он может сравнительно легко регенерировать самостоятельно и без образования рубцов. Этот пример, как и ограниченное повреждение ткани печени, относится к одному из тех немногих случаев, когда после травмы происходит регенерация без реорганизации тканей. Однако при наличии более глубоких ран с частичным или полным вовлечением дермы и более глубоких подлежащих тканей запускается, скорее, не просто регенерация, а процесс реорганизации тканей, что обычно приводит к образованию рубцов.
Однако в определенных ситуациях регенерация может наблюдаться даже при вовлечении дермы. Одним из примеров являются ранние (в течение двух первых триместров) раны кожи у плода. И хотя механизм их заживления изучен не полностью, регенерация, вероятно, происходит из-за не до конца развитой воспалительной реакции у плода, наличия более высоких концентраций гликозаминогликанов и коллагена III типа, а также из-за пониженных уровней трансформирующего фактора роста β1 (ТФР β1) в дерме плода. Вероятно, эти факторы играют роль в запуске регенерации вместо реорганизации.
Классификация ран основана на глубине поражения. Поверхностные раны вовлекают лишь эпидермис и верхние слои дермы. Если глубина поражения ограничена эпидермисом, то оно называется эрозией. Термин «рана на частичную толщу кожи» относится к разрушению ткани, которое углубляется в дерму, но не вовлекает ее полностью, в отличие от раны на всю толщу кожи, которая вовлекает и дерму, и подкожные ткани (рис. 2).
Рисунок 2. Клиническая классификация глубины ран. Поверхностные и промежуточные раны на частичную толщу кожи вовлекают эпидермис и верхние слои дермы, в то время как глубокие раны и раны на всю толщу кожи вовлекают более глубокие слои дермы. В ранах на частичную толщу кожи остается часть кожных придатков, в то время как в ранах на всю толщу кожи они не наблюдаются
Эта классификация имеет значение, так как раны на частичную и на всю толщу кожи эпителизируются с помощью различных механизмов. Так как при наличии ран на частичную толщу кожи глубокие слои дермы не повреждены, придатки кожи, расположенные в дерме, сохраняются. Эти структуры становятся источником кератиноцитов и помогают восстановить численность эпителиальных клеток эпидермиса. Кератиноциты из придатков и из края раны мигрируют по ее поверхности, чтобы сформировать новый эпидермис.
В отличие от этого, при ранах на всю толщу кожи глубокие слои дермы вовлечены и придатки кожи разрушены, следовательно, эпителизируют рану лишь кератиноциты из ее краев. Кроме того, придатки кожи не восстанавливаются и заменяются рубцовой тканью. Раны на всю толщу кожи часто заживают путем стягивания, в то время как стягивание ран на частичную толщу кожи минимально. Стягивание предполагает центростремительное движение ранее существовавшей ткани и уменьшение площади раны. Это может привести к формированию косметических искажений.
б) Типы заживления ран. Раны заживают по одному из трех общих механизмов. Наиболее распространенными из них являются заживление первичным и вторичным натяжением. Заживление первичным натяжением наблюдается при хирургическом закрытии раны путем сопоставления ее краев. Напротив, вторичное заживление происходит, когда острая рана заживает самостоятельно. Иногда описывается и третий тип заживления ран — третичным натяжением. Он наблюдается при отложенном первичном закрытии раны, которую намеренно оставили открытой, или когда края раны после первичного закрытия расходятся, и далее рана заживает самостоятельно.
Третичное натяжение можно наблюдать у пациента, который возвращается через 3-4 дня после того, как возникла первоначальная рана, когда необходимо выполнить повторную санацию и очистку раны. Это может быть полезно при ведении некоторых контаминированных размозженных ран или укусов млекопитающих (рис. 3).
Рисунок 3. Клиническая классификация заживления ран первичным, вторичным и третичным натяжением. А. Заживление первичным натяжением наблюдается при хирургическом закрытии раны с сопоставлением ее краев. B. При заживлении вторичным натяжением дно раны заполняется грануляционной тканью. C. Третичное натяжение наблюдается при отложенном первичном закрытии раны
в) Фазы заживления ран:
1. Гемостаз. Сразу же после повреждения кожи в области раны сокращаются мелкие сосуды, что обеспечивает их сдавление. Адгезивность эндотелиальной выстилки ведет к окклюзии сосудов — процессу, который обеспечивает гемостаз. На месте повреждения кровеносных сосудов с помощью тромбина, а также вовлеченного внеклеточного матрикса активируются тромбоциты, которые затем скапливаются в отдельных сосудах. Тромбоциты помогают инициировать каскад свертывания крови, и из их гранул выделяются многие медиаторы, включая АДФ, тромбоксан А2, серотонин, фибронектин, фактор фон Виллебранда (ФФВ) и фибриноген. Затем фибриноген с помощью тромбина переходит в фибрин, который откладывается в тромбоцитарную пробку и образует ядро фибринового тромба. Эта субстанция стабилизирует рану и создает временный каркас для ее заживления.
Тромбоциты не только играют важную роль в процессе гемостаза, но и способствуют процессам реэпителизации, фиброплазии и ангиогенеза. Тромбоциты обеспечивают регенерацию тканей за счет высвобождения факторов роста, таких как ТФР-α, ТФР-β и тромбоцитарный фактор роста (ТцФР), которые являются частью процесса заживления раны. Эти факторы способствуют клеточной миграции, пролиферации и образованию грануляционной ткани.
После осуществления опосредованного тромбоцитами первоначального гемостаза путем активации внутреннего и внешнего путей системы свертывания начинается процесс коагуляции. Когда ткань повреждена, она высвобождает тканевый фактор, который активирует внешний путь системы свертывания. Активированные эндотелиальные клетки и моноциты также высвобождают тканевый фактор и участвуют в процессе коагуляции. Агрегация тромбоцитов запускает фактор XII Хагемана (Hageman), что инициирует внутренний путь системы свертывания, который в конечном итоге приводит к превращению протромбина в тромбин, что обеспечивает преобразование фибриногена в нерастворимый фибрин.
2. Воспаление:
2.1 Медиаторы острого воспаления. Существует несколько ключевых медиаторов острого воспаления (табл. 1). Из фосфолипидной клеточной мембраны под воздействием фосфолипазы А2 высвобождаются метаболиты арахидоновой кислоты, затем на них воздействует ЦОГ или 5-липоксигеназа. ЦОГ стимулирует образование простагландинов, таких как ПГI2, ПГD2, и ПГЕ2, которые обусловливают вазодилатацию и повышение проницаемости сосудов. ПГЕ, также является важным медиатором боли и лихорадки. 5-липоксигеназа стимулирует образование лейкотриенов, включая ЛТВ4, который привлекает и активирует нейтрофилы, и ЛТС4, JITD4 и ЛТЕ4 (также известные как медленно реагирующие вещества анафилаксии), которые, в свою очередь, обусловливает повышение проницаемости сосудов и вазоконстрикцию.
Кроме того, важную роль в процессе воспаления играют тучные клетки. Эти клетки широко распространены по всей соединительной ткани и могут быть активированы в результате ее повреждения [а также других механизмов, таких как перекрестное связывание иммуноглобулина Е (IgE) при развитии аллергических реакций]. Тучные клетки высвобождают предварительно синтезированные гранулы гистамина, которые обусловливают немедленную воспалительную реакцию, вызывая вазодилатацию артериол и повышенную проницаемость сосудов. Они также участвуют в поддержании воспалительного ответа путем производства компонентов арахидоновой кислоты, таких как лейкотриены. Еще одним важным медиатором острого воспаления, особенно при инфекционном процессе, являются Toll-подобные рецепторы. Они присутствуют на клетках врожденного иммунитета, в том числе на макрофагах и дендритных клетках.
Toll-подобные рецепторы активируются патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (ПАМП), которые обычно имеют микробное происхождение. Например, CD14 представляет собой Toll-подобные рецепторы на макрофагах, который распознает липополисахарид (ПАМП) на внешней мембране грамотрицательных бактерий. Активация Toll-подобных рецепторов приводит к повышению экспрессии NF-кВ, фактора ядерной транскрипции, который активирует гены иммунного ответа, что приводит к образованию многочисленных иммунных медиаторов. Toll-подобные рецепторы также присутствуют на клетках приобретенного иммунитета, таких как лимфоциты, и, следовательно, играют важную роль в развитии хронического воспаления.
Система комплемента является группой медиаторов, играющих важную роль в острой воспалительной реакции. Комплемент включает в себя систему 11 провоспалительных белков сыворотки крови, которые циркулируют в ней в виде неактивных предшественников. Существует три различных пути их активации: классический путь, при котором С1 связывается с IgG или IgM, который уже связан с антигеном, альтернативный путь, где продукты микробного происхождения непосредственно активируют систему комплемента, а также лектиновый путь, при котором маннозосвязывающий лектин связывается с маннозой на микроорганизмах, что активирует комплемент. Все эти пути приводят к каскаду последовательных реакций, в результате которых образуются многочисленные конечные продукты (С3а, С5а, С3b и т.д.), помогающие разрушить вторгшиеся организмы или токсины и предотвратить повреждение.
Что касается заживления ран, некоторые из этих конечных продуктов, такие как С3b, активируют фагоцитоз и С5-С9 (мембраноатакующий комплекс), а также усиливают лизис и агглютинацию вторгшихся организмов. Другие продукты, такие как С3а и С5а (так же известные как анафилотоксины), активируют тучные клетки и базофилы, из которых высвобождается гистамин.
Важным медиатором острого воспаления является фактор Хагемана, или фактор XII. Это неактивный провоспалительный белок, который синтезируется в печени, а затем активируется при воздействии субэндотелиальной или коллагеновой ткани. Фактор Хагемана способствует активации свертывающей и фибринолитической систем, комплемента и системы кининов. Кинины опосредуют расщепление высокомолекулярного кининогена в брадикинин, который стимулирует вазодилатацию, повышенную проницаемость сосудов и развитие болевого синдрома.
2.2 Главные симптомы воспаления. Существует пять основных симптомов, которые характеризуют острое воспаление: покраснение, повышение местной температуры, припухлость, боль и нарушение функции. Несмотря на то что некоторые из этих признаков могут наблюдаться и при хроническом воспалении, часто они отсутствуют. Покраснение, наблюдаемое при остром воспалении, часто связано с повышением местной температуры. Эти признаки обусловлены вазодилатацией, которая приводит к увеличению притока крови. Ключевыми медиаторами этого процесса являются простагландины, гистамин и брадикинин, которые индуцируют расслабление гладкой мускулатуры артериол.
Третий основной симптом, припухлость, появляется при воспалительных процессах из-за отека, который развивается, когда жидкость из посткапиллярных венул выходит в интерстициальное пространство. Гистамин вызывает сокращение эндотелиальных клеток, а повреждение тканей приводит к их разрушению и выходу жидкости. Боль является еще одним основным симптомом воспаления, который обусловлен сенсибилизацией чувствительных нервных окончаний, опосредованной брадикинином и ПГЕ2. И, наконец, нарушение функции воспаленной области является следствием других вышеперечисленных симптомов.
2.3 Включение в процесс нейтрофилов и их функции. Нейтрофилы являются первыми лейкоцитами, которые поступают к месту повреждения. Их прибытие и включение в процесс можно разделить на семь этапов. Во-первых, на этапе, названном краевым стоянием лейкоцитов, из-за вазодилатации кровоток в посткапиллярных венулах замедляется, и нейтрофилы мигрируют из центра кровотока на периферию. В течение 1 ч после начала воспаления эндотелиальная выстилка венул покрывается нейтрофилами. Затем происходит перекатывание нейтрофилов. Эта стадия включает в себя повышенную секрецию селектинов эндотелиальными клетками. В частности, из телец Вейбеля-Палада (Weibel-Palade) высвобождается Р-селектин, что опосредовано гистамином, в то время как выработка Е-селектина индуцируется ФНО и ИЛ-1.
Затем селектины связываются с сиалированным антигеном Lex на лейкоцитах и способствуют перекатыванию лейкоцитов вдоль стенки сосуда. ФНО и ИЛ-1 стимулируют повышение синтеза молекул клеточной адгезии (молекул межклеточной адгезии и васкулярных молекул клеточной адгезии) на эндотелии.
Кроме того, С5а и ЛТВ4 стимулируют повышенный синтез интегринов на лейкоцитах. Взаимодействие молекул адгезии с интегринами приводит к адгезии лейкоцитов к стенке сосуда. Следует отметить, что аутосомно-рецессивный дефект синтеза интегринов приводит к дефициту адгезии лейкоцитов, характеризующемуся рецидивирующими бактериальными инфекциями, при которых наблюдается дефицит образования гноя из-за нарушения адгезии нейтрофилов. После адгезии лейкоциты мигрируют через эндотелий посткапиллярных венул и двигаются в сторону химических аттрактантов, таких как продукты бактериального происхождения, ИЛ-8, С5а и ЛТВ4.
После этого хемотаксиса происходит фагоцитоз. Эта стадия включает в себя потребление патогенов или некротических тканей, она усиливается с помощью опсонинов, таких как IgG и С3b.
От лейкоцитов отходят псевдоподии с фагосомами, которые сливаются с лизосомами, формируя фаголизосомы. Примером дефекта в образовании фаголизосом и транспорте белка является синдром Чедиака-Хигаси (Chediak-Higashi). Этот синдром характеризуется повышенным риском развития гнойных инфекций, нейтропенией, дефицитом лизиса бактерий и альбинизмом, так как дефект в процессе транспорта белка препятствует передаче меланина другим клеткам. После того как некротические ткани и патогенные организмы были фагоцитированы, они разрушаются с помощью О2-зависимого механизма. О2 с помощью НАДФ-оксидазы превращается в радикалы, которые затем с участием супероксиддисмутазы преобразуются в Н2О2. Наконец, Н2О2 преобразуется миелопероксидазой в HOCl, что генерирует в фаголизосомах окислительный взрыв, который разрушает фагоцитированный материал.
В результате дефектов этих стадий развиваются несколько заболеваний. Во-первых, дефект НАДФ-оксидазы приводит к развитию хронической гранулематозной болезни, которая выражается в рецидивирующих инфекциях, вызванных каталаза-положительными микроорганизмами, такими как Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и Pseudomonas cepacia. Дефицит миелопероксидазы приводит к нарушению конверсии Н2О2 в HOCl и обусловливает у данных пациентов более высокий риск инфицирования грибками семейства Candida. В конечном итоге нейтрофилы подвергаются апоптозу и исчезают в течение 24 ч после удаления воспалительного стимула.
2.4 Макрофаги. После нейтрофилов в ране начинают доминировать макрофаги, пик их количества достигается на 2-3-й день после начала воспаления. Макрофаги часто рассматриваются как наиболее важные регуляторные клетки при воспалительной реакции во время заживления ран. Макрофаги образуются из моноцитов крови и поступают к месту раны с помощью механизма, аналогичного описанному выше для нейтрофилов: краевое стояние, перекатывание, адгезия и трансмиграция. Моноциты привлекаются к ране с помощью хемоаттрактантов, таких как моноцитарный хемоаттрактантный белок-1 (МХБ-1) и макрофагальный воспалительный белок-1 (МВБ-1). Продукты деградации внеклеточного матрикса, такие как фрагменты фибронектина, коллагена и тромбин, также являются специфическими хемоаттрактантами для моноцитов. Как и нейтрофилы, макрофаги осуществляют фагоцитоз, но они уничтожают фагоцитированный материал с использованием ферментов в O2-независимом процессе.
После того как произошел фагоцитоз, макрофаги переваривают и уничтожают болезнетворные организмы и оставшиеся нейтрофилы, а также поглощают остатки некротической ткани.
Эти важные процессы индуцируют ангиогенез и формирование грануляционной ткани, что имеет существенное значение для структурной стабилизации раны. Макрофаги также выделяют хемотаксические факторы, такие как фибронектин, которые привлекают к месту раны фибробласты. Эти факторы хемотаксиса также помогают локализовать воспаление и улучшить адгезию фибробластов к фибрину в переходе между воспалительной и пролиферативной фазами заживления ран. Макрофаги усиливают отложение коллагена, так как их присутствие непосредственно коррелирует с количеством коллагена в ране. Когда макрофаги отсутствуют, к месту повреждения привлекается значительно меньше фибробластов, а те, которые мигрируют, являются незрелыми.
Кроме того, способность макрофагов стимулировать ангиогенез была продемонстрирована путем индукции неоваскуляризации в роговице с использованием фактора роста макрофагального происхождения, полученного у крыс. Рост новых кровеносных сосудов направлен по градиенту концентрации ангиогенного фактора, производимого макрофагами в условиях гипоксии, так как макрофаги не производят этот ангиогенный фактор в условиях полной оксигенации или аноксии. Макрофаги также являются важным источником факторов роста, они синтезируют и секретируют ФРФ, ТцФР, ФРЭС, ТФР-α, и ТФР-β. Эти цитокины играют важную роль в миграции и пролиферации клеток, а также в производстве матрицы. В целом макрофаги имеют огромное значение в переходе от воспаления к реорганизации раны.
2.5 Хроническое воспаление. Как правило, острая воспалительная реакция длится около 2 нед. Как упоминалось ранее, воспаление, которое сохраняется в течение длительного периода времени (несколько месяцев или лет), называется хроническим. Присутствие некротической ткани, инородных материалов, которые не могут быть подвергнуты фагоцитозу, и патогенов приводит к развитию хронического воспаления. Гранулоциты покидают область раны путем лизиса и миграции после острой фазы воспаления; однако когда они или другие воспалительные клетки персистируют в ране, можно говорить о хроническом воспалении, которое характеризуется наличием мононуклеарных клеток, особенно лимфоцитов, макрофагов и моноцитов. В частности, когда макрофаги фагоцитируют инородные материалы, которые они неспособны переварить, они остаются в области раны. Эти макрофаги затем привлекают фибробласты, которые производят повышенное количество коллагена и могут вызвать постепенное образование гранулемы.
Гранулематозное воспаление характеризуется наличием эпителиоидных гистиоцитов (макрофаги с обильной розовой цитоплазмой), которые обычно окружены гигантскими многоядерными клетками и ободком лимфоцитов. Гранулемы в целом делятся на два подтипа: казеозные и неказеозные. В неказеозных гранулемах не наблюдается центральный некроз. Этиология этого типа гранулемы может заключаться в реакции на чужеродный материал, саркоидозе, болезни кошачьих царапин, реакции на воздействие бериллия и в болезни Крона. Наоборот, в казеозных гранулемах наблюдается центральный некроз, и они характерны для туберкулеза и грибковых инфекций. Различают три этапа в формировании гранулемы. Во-первых, патоген обрабатывается в макрофагах, которые презентируют антиген с помощью ГКГС класса II CD4+ Т-хелперам. Затем это взаимодействие обусловливает секрецию макрофагами ИЛ-12, который индуцирует дифференцировку CD4+ Т-хелперов в TH1-подтип.
Наконец, TH1-клетки секретируют ИФ-γ, преобразующий макрофаги в эпителиоидные гистиоциты и гигантские многоядерные клетки.
Когда воспаление начинает разрешаться, воспалительные факторы разрушаются и постепенно прекращают секретироваться. Было показано, что присутствие макрофагов задерживает стягивание раны, и, следовательно, макрофаги покидают область раны до начала поздних стадий заживления.
3. Фаза пролиферации. Приблизительно через 2-3 дня после того как возникла изначальная рана, к ней начинают поступать фибробласты, тем самым инициируя пролиферативную фазу заживления, даже если воспалительная фаза еще не закончилась. Фаза пролиферации характеризуется образованием грануляционной ткани и миграцией эпителиоцитов через временную матрицу внутрь раны, или реэпителизацией (рис. 4).
Рисунок 4. Пролиферативная фаза заживления ран
3.1 Ангиогенез. Ангиогенез, или неоваскуляризация, является важным этапом заживления ран, поскольку он обеспечивает поступление кислорода и питательных веществ в фибробласты и эпителиальные клетки. Именно поэтому ангиогенез необходим для осуществления других этапов заживления ран, таких как миграция фибробластов и эпителиальных клеток. На протекание ангиогенеза и на наличие капилляров указывает рубиново-красный цвет заживающей ткани. Макрофаги и другие клетки выделяют цитокины, которые стимулируют ангиогенез во время заживления ран. К другим факторам, стимулирующим ангиогенез, относят низкий уровень кислорода, молочную кислоту, а также биогенные амины.
Как правило, сосудистая сеть дермы неактивна, но в ответ на повреждение эндотелиальные клетки начинают процесс ангиогенеза. Они активируют другие эндотелиальные клетки, пролиферируют, образуют тубулярные структуры, прорастают в раневой сгусток, восстанавливают и стабилизируют базальную мембрану и, наконец, ремоделируют ткани. Эндотелиальные клетки, расположенные на концах капилляров, мигрируют в рану и образуют цитоплазматические псевдоподии. Таким же образом происходит миграция в периваскулярное пространство и секреция коллагеназы. Так как высказано предположение, что пролиферация эндотелиальных клеток происходит в результате миграции клеток, считается, что гепарин, фибронектин и другие факторы, которые стимулируют миграцию, также приводят к эндотелиальной пролиферации.
3.2 Реэпителизация. Реэпителизация — это процесс, посредством которого после повреждения кожи восстанавливается эпидермис. Реэпителизацию, как правило, объясняют пролиферацией базальных клеток и эпителиальной миграцией, происходящей по фибриновым мостикам внутри раневого сгустка. В чистой хирургической ране эпителиальные клетки обычно мигрируют вглубь дермы. Как правило, реэпителизация состоит из нескольких процессов, в том числе из миграции эпидермальных кератиноцитов из краев раны, пролиферации кератиноцитов, дифференцировки эпителия в стратифицированный эпидермис, восстановления зоны неповрежденной базальной мембраны и репопуляции специализированных клеток, выполняющих сенсорные функции (клетки Меркеля), синтез и депонирование пигмента (меланоциты), а также иммунные функции (клетки Лангерганса).
Миграция кератиноцитов происходит на ранней стадии реэпителизации. В течение первых 24 ч после повреждения кератиноциты эпидермиса начинают миграцию из свободных краев раны. Примерно через 12 ч после повреждения эпидермальные клетки становятся удлиненными и уплощенными, теряют межклеточные связи и связи с межклеточным веществом, образуют подобные псевдоподиям образования, именуемые ламеллоподиями, их внутриклеточные тонофиламенты сокращаются, и по краю клеточной цитоплазмы образуются нити актина.
Механизмы реэпителизации все еще не полностью изучены, однако одной из наиболее распространенных теорий является модель «чехарда». Согласно данной модели, эпидермоциты выстраиваются слоями по две-три клетки в длину и из исходной локализации скользят или перекатываются над эпидермальными клетками, которые уже находятся в ране. Мигрирующие клетки затем становятся неподвижными, а другие эпидермоциты мигрируют уже над этими клетками. По мере того как эпидермальный слой восстанавливается, эпителиальный дефект закрывается (рис. 5).
Рисунок 5. Модель реэпителизации «чехарда». Эта теория предполагает, что два-три клеточных слоя кератиноцитов из края раны отделяются и мигрируют на дно раневого ложа. Затем они прикрепляются к базальной мембране с помощью комплекса гемидесмосомных фиксирующих филаментов
При реэпителизации также происходит повышенная пролиферация кератиноцитов, расположенных позади мигрирующих клеток, что обеспечивает достаточный запас клеток для закрытия раны. Когда миграция останавливается, кератиноциты снова прикрепляются к подлежащему матриксу, воссоздают базальную мембрану, а затем возобновляют терминальную дифференцировку, чтобы сформировать стратифицированный эпидермис.
Следующим важным этапом в восстановлении целостности кожи является формирование зоны неповрежденной базальной мембраны. Зона базальной мембраны образует адгезионную структуру, и базальные кератиноциты прикрепляются к ее верхней части с помощью образования комплекса гемидесмосомных фиксирующих филаментов. Нижняя часть зоны помогает стабилизировать прикрепление подлежащей дермы с помощью якорных фибрилл. Зона базальной мембраны приходит в нормальное состояние только через 7-9 дней после реформирования эпидермиса.
3.3 Фиброплазия. Эта фаза состоит из пролиферации фибробластов, накопления основного вещества и синтеза коллагена. Фибробласты образуются из мезенхимальных клеток и появляются в области раны в течение первых 24 ч, но наибольшее их количество наблюдается на 10-й день.
Фибробласты прикрепляются к фибриновой матрице раневого сгустка и производят мукополисахариды и гликопротеины, которые являются компонентами основного вещества.
Из фибробластов также образуются клетки, способные к сокращению, называемые миофибробластами. Эти клетки появляются на 5-й день после повреждения и участвуют в стягивании краев раны.
Фибробласты играют важную роль в заживлении ран также и из-за их функции синтеза коллагена. Коллагеновые волокна составляют примерно 80% сухой массы дермы и обеспечивают силу, структурность и жесткость кожи. Как правило, около 80% коллагена в дерме взрослых приходится на I тип коллагена, а 10% коллагена составляет III тип. Тем не менее во время раннего заживления ран в основном синтезируется III тип коллагена.
Синтез коллагена начинается на 2-й день после повреждения. Сначала он представляет собой непрочное соединение и является аналогом аморфного геля. Максимальный синтез коллагена начинается не ранее 5-го дня, а затем продолжается в течение как минимум 6 нед. Фибробласты также продуцируют гликозаминогликаны, которые вместе с коллагеном являются основными компонентами внеклеточного матрикса.
3.4 Созревание. Заключительная фаза заживления ран, созревание, включает в себя перекрестное сшивание коллагена, его моделирование, стягивание раны и репигментацию. Тропоколлаген представляет собой тройную спираль, сформированную из трех белковых цепей. Две из полипептидных цепей являются идентичными α-1 белкам, а третья — α-2 белку. Молекулы тропоколлагена изначально объединены водородными связями; затем формируется ковалентная перекрестная сшивка, образуя коллагеновые фибриллы. Прочность коллагена, как полагают, обусловлена этими межмолекулярными связями. Было показано, что предел прочности раны прямо пропорционален количеству в ней коллагена. Через 6 нед после первоначального повреждения восстанавливается приблизительно 80% первоначальной прочности ткани. Тем не менее нормальная морфология и диаметр фибрилл коллагена не восстанавливаются до 180 дней после первоначального повреждения.
г) Нарушение процесса заживления ран и факторы риска. К нарушению заживления ран могут привести различные факторы. В целом их можно разделить на местные факторы, которые непосредственно влияют на саму рану, и системные факторы, которые влияют на общее состояние здоровья пациента и как следствие — на способность к заживлению (табл. 2).
1. Местные факторы, приводящие к нарушению заживления ран. Кислород является необходимым компонентом для заживления ран, так как он играет центральную роль в производстве энергии, а также в производстве супероксида, который убивает болезнетворные микроорганизмы. Он имеет огромное значение для предотвращения инфицирования раны, стимулирует дифференцировку кератиноцитов, индуцирует ангиогенез, миграцию клеток и реэпителизацию, способствует сокращению раны, а также усиливает синтез коллагена и пролиферацию фибробластов.
Изначально микросреда в ране часто оказывается гипоксической из-за высокого потребления кислорода метаболически активными клетками и из-за сосудистых нарушений. Кроме того, некоторые системные заболевания, такие как сахарный диабет, могут привести к ухудшению кровообращения, что усиливает гипоксию в области раны и препятствует ее заживлению. Было установлено, что хронические раны находятся в состоянии значительно большей гипоксии, чем контрольные ткани. Исследования показали, что в хронических ранах концентрация кислорода в тканях при чрескожном измерении составляет от 5 до 20 мм рт.ст., в то время как в контрольных тканях данный показатель составляет 30-50 мм рт.ст..
Несмотря на то что хроническая гипоксия удлиняет процесс заживления ран, временная гипоксия после повреждения может его стимулировать. Как уже обсуждалось ранее, временная гипоксия в острых ранах может индуцировать продукцию факторов роста и цитокинов макрофагами, фибробластами и другими клетками. Данные цитокины представлены ТФР- β, ТцФР, ФРЭС, эндотелином-1 и ФНО-α.
При нормальном процессе заживления ран активные формы кислорода, такие как Н2О2 и супероксид, могут выступать в качестве клеточных сигналов и стимулировать важные компоненты данного процесса, такие как ангиогенез, подвижность клеток, а также действие цитокинов. В целом надлежащие уровни кислорода играют жизненно важную роль в содействии и поддержании нормального процесса заживления ран. Когда оксигенация раны снижается, заживление нарушается, и рана может стать хронической. Вариантом лечения, который может решить проблему тканевой гипоксии, является гипербарическая оксигенация. Несмотря на то что доступность данного вида лечения ограничена, он может улучшить заживление гипоксических ран.
1.2 Инфекция. При повреждении нарушение кожного барьера позволяет патогенам проникать в подлежащие ткани. По возрастанию уровня инфицирования различают контаминированные, колонизированные и местные инфекции, а также инвазивные инфекции. Контаминация раны определяется как присутствие микроорганизмов в области раны при отсутствии их размножения, тогда как под колонизацией раны понимают размножение микроорганизмов в области раны без повреждения ткани. К местной инфекции, также известной как критическая колонизация, относят размножение микроорганизмов в ране с началом развития местного ответа тканей. Инвазивные, или развернутые, инфекции подразумевают под собой размножение микроорганизмов в ране и последующие повреждения макроорганизма.
Пока возбудители персистируют в области раны, воспаление продолжается. Бактерии и эндотоксины продлевают выделение провоспалительных цитокинов, таких как ИЛ-1 и ФНО-α, что удлиняет воспалительную фазу. Это приводит к повышению уровня матричных металлопротеаз, которые могут разрушать внеклеточный матрикс. Существенно снижается также уровень естественных ингибиторов протеаз.
Этот сдвиг в балансе протеаз может привести к быстрой деградации факторов роста, которые будут выделяться в хронической ране. Кроме того, бактерии в инфицированных ранах образуют биопленки — скопления бактерий, погруженных в секретируемый ими же внеклеточный полисахаридный матрикс. Они являются особенно устойчивыми к лечению антибиотиками.
Наиболее часто в ранах присутствуют S. aureus (золотистый стафилококк), Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) и β-гемолитический стрептококк. Биопленки, содержащие Р. aeruginosa (синегнойную палочку), особенно часто встречаются при хронических язвах, а защитная микросреда биопленок защищает эти бактерии от фагоцитоза. Высказывалось предположение, что это может быть важным механизмом устойчивости хронических ран к лечению антибиотиками.
2. Системные факторы, нарушающие заживление ран:
2.1 Сахарный диабет является серьезной проблемой во всем мире. По приблизительным оценкам, от этого заболевания в 2012 г. страдали 346 млн людей. И хотя сахарный диабет влияет на многие системы органов, его вредное воздействие на заживление ран может привести к наиболее тяжелым последствиям. Пациенты с данным заболеванием подвержены особому риску развития хронических незаживающих язв диабетической стопы из-за сенсорной нейропатии, что делает пациента менее защищенным в случае повреждения. Эти язвы стопы встречаются у 15% всех пациентов с сахарным диабетом, и они связаны со значительной заболеваемостью, обусловливающей 84% связанных с диабетом ампутаций голени.
В основе патофизиологии язв диабетической стопы и других хронических ран у больных сахарным диабетом лежат различные сложные механизмы. Язвы диабетической стопы всегда связаны с гипоксией, которая, как уже упоминалось ранее, является фактором нарушения заживления ран. Сахарный диабет часто вызывает тяжелое поражение периферических артерий с атеросклерозом более дистальных артерий, таких как подколенная и большеберцовая. Это заболевание периферических артерий в сочетании с диабетической нейропатией предрасполагает к более высокой частоте развития незаживающих язв и потере конечностей у пациентов с сахарным диабетом. Кроме того, вырабатываемые по отдельному пути конечные продукты усиленного гликозилирования, или КПУГ, которые связаны с гипергликемией при сахарном диабете, обусловливают нарушение заживления ран у мышей с сахарным диабетом.
Наконец, диабетические раны связаны с различными элементами нарушения иммунитета, такими как дефекты хемотаксиса лейкоцитов, фагоцитоза и их бактерицидной активности, нарушение Т-клеточного иммунитета, а также дисфункция фибробластов и эпидермальных клеток. Эта дисрегуляция обусловливает нарушение бактериального клиренса, а также задержку и нарушение заживления ран у пациентов с сахарным диабетом.
2.2 Возраст. Пожилой возраст является еще одним системным фактором, который оказывает вредное воздействие на заживление ран. С возрастом иннервация и кровоснабжение кожи ухудшаются. Кроме того, происходит общее истончение ткани как на уровне дермы, так и в области базальной мембраны. И наконец, наблюдается потеря коллагена, а также снижение способности к его синтезу. В целом эти физиологические изменения приводят к более медленному и нарушенному заживлению ран в пожилом возрасте.
2.3 Венозная недостаточность. Хроническая венозная недостаточность играет важную роль в нарушении заживления ран, а трофические язвы нижних конечностей за счет варикозного расширения вен составляют 40% ран нижних конечностей. Патогенез венозной недостаточности включает в себя недостаточность венозных клапанов, обструкцию вен и нарушение функционирования мышечного насоса. К факторам риска развития хронической венозной болезни относят наличие заболевания вен в семейном анамнезе, пожилой возраст, длительное нахождение стоя, ожирение, курение, малоподвижный образ жизни и высокий уровень эстрогена. Все это приводит к застою и скоплению крови в поверхностных венах, обусловливая венозную гипертензию. Если она сохраняется на протяжении некоторого времени, развивается венозная гипертензионная микроангиопатия.
Кроме того, образуются перикапиллярные фибриновые манжеты. Комбинация высокого венозного давления и изменений в капиллярном русле приводит к повышению проницаемости сосудов и накоплению воды, высокомолекулярных белков и эритроцитов в интерстициальном пространстве.
Предполагают, что макромолекулы связывают внеклеточный матрикс и факторы роста, что делает их недоступными для восстановления тканей. Кроме того, формирование периваскулярных фибриновых манжет препятствует доставке кислорода и питательных веществ к тканям. Это способствует гипоксии кожи и формированию трофических язв, приводящих к гибели клеток.
2.4 Курение связано с нарушением заживления ран и неблагоприятными исходами после хирургических вмешательств. К механизмам патогенеза относят вазоконстрикцию, которая вызывает ишемию в области раны, дефекты бактерицидных механизмов, изменения метаболизма коллагена, а также понижение уровня воспалительного ответа при заживлении.
Обзор четырех рандомизированных исследований, оценивающих влияние отказа от курения перед проведением операции на послеоперационное заживление раны, показал, что отказ от курения значительно снижает частоту развития ИОХВ [отношение шансов (ОШ) 0,40; 95% доверительный интервал (ДИ) 0,20-0,83]. Другие исследования показали, что активное курение связано с частыми послеоперационными осложнениями, и в частности повышает риск развития осложнений у пациентов с другими факторами риска развития нарушений заживления ран, такими как сахарный диабет.
2.5 Прием лекарственных препаратов. Несколько категорий лекарственных препаратов оказывают существенное неблагоприятное воздействие на заживление ран. Тремя классами препаратов, которые мы обсудим, будут средства для химиотерапии, НПВС и глюкокортикоиды.
Большинство химиотерапевтических препаратов ингибируют быстрое деление клеток, ангиогенез и клеточный метаболизм — важные элементы заживления ран. Многие из этих препаратов ингибируют ДНК, РНК и синтез белка и, следовательно, приводят к снижению уровня фиброплазии и неоваскуляризации ран. Кроме того, нарушение заживления ран некоторыми химиотерапевтическими агентами может быть связано с их влиянием на ФРЭС, который является важным фактором ангиогенеза на ранних стадиях заживления.
НПВС, такие как ибупрофен, широко используются при лечении болевого и воспалительного синдрома. Данных, чтобы подтвердить теорию, что краткосрочное использование НПВС препятствует заживлению ран, недостаточно, но некоторые исследования показали, что долгосрочное использование НПВС может отрицательно повлиять на данный процесс. Было показано, что систематическое применение ибупрофена на животных оказывает антипролиферативное действие и приводит к понижению прочности ткани, снижению количества фибробластов, задержке эпителизации и стягивания ран и нарушению ангиогенеза.
Широко известно, что системные глюкокортикоиды, также обычно используемые при лечении воспалительных заболеваний, ингибируют заживление ран путем подавления клеточных ответов, таких как синтез коллагена и пролиферация фибробластов. Стероиды также приводят к нарушению стягивания раны и неполному их заполнению грануляционной тканью. В дополнение к этим эффектам системные глюкокортикоиды также предрасполагают к развитию раневой инфекции, которая, как уже упоминалось ранее, является фактором нарушения заживления ран.
Любопытно, что местные стероиды, похоже, оказывают положительное воздействие на заживление ран. Было показано, что низкодозированные местные глюкокортикоиды подавляют чрезмерное образование грануляционной ткани, снижают количество экссудата и ускоряют заживление раны. Однако при применении этих препаратов следует проявлять осторожность, так как при их долгосрочном использовании существует потенциально повышенный риск инфицирования раны.
д) Резюме. Знание механизма заживления ран имеет решающее значение для понимания принципов дерматологии и оптимизации результатов дерматологических хирургических вмешательств. В дополнение к пониманию нормального процесса заживления важную роль играет знание различий между острыми и хроническими ранами и факторов, которые нарушают процесс заживления ран. За счет оптимизации заживления ран можно улучшить клинические исходы.
