1.2 Hojení kožní rány

Hojení kožní rány _____________________________________________________________________________________

1.2 Hojení kožní rány

Rána je označení pro každé porušení souvislosti kůže, sliznice nebo povrchu některého orgánu. Růst, regenerace a reparace jsou procesy, které se podílejí na vytváření nové tkáně. Normální postnatální proces hojení je tvořen jen reparací a regenerací. Zahrnuje tři základní procesy: epitelizaci, ranou kontrakci a syntézu extracelulární matrix. Pro optimální zhojení rány, musí všechny tyto složité procesy probíhat součinnosti. Pokud dojde k poruše regulačních mechanismů, může dojít k abnormálnímu hojení jako např. vytvoření keloidní či hypertrofické jizvy. Podle hloubky poškození dělíme na povrchní a hluboké. Rány zasahující jen do podkožního nebo podslizničního vaziva jsou jednoduché, ty, které poškozují hlubší struktury, označujeme jako komplikované, pronikají-li do tělních dutin, jsou penetrující. Znečištění rány a) mechanické - čisté a mechanicky znečištěné. b) biologické - aseptické a infikované primárně nebo sekundárně. c) chemické - neintoxikované a intoxikované jedy biologickými, chemickými, radioaktivními. Hojení defektů je složitý proces, který v sobě zahrnuje interakce velkého množství aktivovaných buněčných a enzymových systémů. Lze rozlišit několik stadií, které se sice časově překrývají, ale v určitých obdobích dosahují svého maxima a jsou pro tento časový úsek charakteristické. Tato stadia jsou typicky vyjádřena u hojení per primam intentionem, kdy dochází u neinfikované rány s rovnými okraji ošetřené tak, že její okraje na sebe naléhají, ke zhojení za kratší dobu s minimální tvorbou granulační tkáně, minimálními nároky na množství nových epitelií epidermis. Hojení per secundam intentionem je typické pro otevřené rány, zvlášť pro infikované a pro popáleniny. Dochází ke tvorbě granulací a končí překrytím defektu po spontánní migraci epitelových buněk.

14


1.2.1 Koagulace a zánět (den 0-5) Při vzniku poranění dojde k poškození kontinuity cévní stěny. Hemokoagulace probíhá dle známých schémat aktivací trombocytů, vnitřního a zevního systému hemokoagulační kaskády a antikoagulačních faktorů. 11 Vytváří se nejprve destičkový trombus podmíněný adhezí a agregací trombocytů, který je záhy stabilizován sítí z polymerizovaného fibrinu. Z trombocytů se uvolňují substance jako serotonin, histamin, IL-1, PDGF a TGF-ß, které působí vasokonstrikčně, zvyšují permeabilitu cévní stěny, působí chemotakticky na neutrofily a monocyty. 12 Také z poškozených endotelových buněk se uvolňují chemotaktické substance, např. IL-1, IL-8 a růstové humorální faktory např. FGF, GM-CSF, PDGF. Zánětlivá reakce je podmíněna působením vasoaktivních substancí (serotonin, histamin, kininy), které působí zpočátku vasokonstrikci, kdy následně nato vlivem vznikající tkáňové hypoxie dochází k vasodilataci. Vstupem chemotakticky ovlivněných leukocytů se dále zvyšují metabolické nároky tkáně, čímž se díky nedostatečné místní mikrocirkulaci prohlubuje anaerobní stav spojený s poklesem pO2, vzestupem pCO2 a hromaděním laktátu. 14 V největším počtu do tkáně vstupují neutrofily a monocyty, které se aktivují na tkáňové makrofágy. 18,19 V první fázi vykazují vyšší aktivitu neutrofilní granulocyty, které představují první linii obrany proti mikroorganismům. Jsou schopny likvidovat bakterie přítomné jak intra- tak extracelulárně pomocí na kyslíku závislými i nezávislými mechanizmy. Hlavním stimulujícím faktorem pro zvýšení jejich uvolňování z kostní dřeně a zvýšenou adhezi na endotelové buňky je TNF-α produkovaný především buňkami monocyto-makrofágového systému. Během 48-96 hodin po vzniku zranění se zvyšuje množství makrofágů v reparované tkáni. Produkují IL-1, IFN-a, IFN-β, růstové faktory PDGF, TGF-ß, GM-CSF, indukují buněčnou migraci a proliferaci a produkci extracelulární matrix. 13 Dále produkují angiogenetické faktory a komponenty komplementu. Pokrývají prostor, kde se nacházejí mladé fibroblasty a pupeny mladých novotvořených cév. Existují studie, které prokázaly existenci několika zón reparační aktivity. Jejich rozložení závisí především na koncentraci kyslíku (nízký v centru), laktátu a tím na acidóze (vyšší v centru). Dále lze

15


prokázat měnící se koncentrace např. IL-1, IGF-1 (vyšší v centru), glukózy a inzulínu (nižší v centru). 15 1.2.2 Proliferační fáze (den 3-14) Tato fáze nastupuje za ustupujících známek zánětu, tzn. že infekce nebo přítomnost cizorodých materiálů tuto fázi oddálí. Cílem těchto procesů je vytvořit kvalitní epiteliální bariéru v oblasti porušené poraněním. Oblast rány je charakteristická vysokou koncentrací růstových a angiogenetických faktorů, přítomností fibroblastů, zánětlivých buněk a pupenů novotvořených cév. 1.2.2.1 Fibroplazie a ukládání matrix Přibližně od 3. dne dochází k migraci fibroblastů do rány. Početní vrchol je dosažen kolem 7. dne. Jejich původ je nejasný, ale předpokládá se, že pochází z jiných mezenchymálních buněk jako jsou buňky hladké svaloviny, lipocyty nebo pericyty. Existence fibrocytů je neprokázaná. Fibroblasty produkovaný fibronektin poskytuje oporu pro ukládání kolagenních fibril a iniciuje tvorbu granulační tkáně. 16 Vazba TNFα lokálně omezuje jeho aktivitu. Fibronektin je následně degradován a nahrazen vlákny kolagenu III, který poskytuje vyšší elasticitu tkáně nutnou pro následné zvýšování celularity reparované tkáně. 17 Mezibuněčná matrix se skládá obecně z komponent fibrilárních a amorfních. Obě tyto komponenty musí být nově vytvářeny během reparace. Fibrilární komponentu představuje kolagen typu I a III. Kolagen typu I je formován ze dvou pro-a1(I) a jednoho pro-α2 polypeptidoveho řetězce, kolagen typu III ze tří α1(III) řetězců, které jsou prekurzory pro formování vláken tropokolagenu. Další úpravy prořetězců spočívají v hydroxylaci prolinu a lyzinu na hydroxy-formy těchto aminokyselin díky specifickým hydroxylázám vázaných na hrubé endoplazmatické retikulum s Fe++, α-ketoglutaratem, O2 a kyselinou askorbovou jako kofaktory. Následuje glykosylace hydroxylyzinu opět na membrány endoplazmatického retikula vázanými galaktosyl a glukosyl transferázami. Vzniká galaktosyl- a glukosyl-galaktosyl-hydroxylyzin. Díky přítomnosti cysteinu v N-terminální části řetězců dochází k tvorbě disulfidických vazeb. Zároveň dochází k vytváření typické trojitě helikální struktury. Tyto molekuly ve vodě rozpustného prokolagenu jsou již secernovány do extracelulárního prostoru, kde dochází 16


díky specifickým proteázám k odštěpení terminálních peptidů, které dají vznik ve vodě nerozpustnému tropokolagenu. Dochází k dalším úpravám, které mají za následek samovolnou agregaci molekul do složitějších struktur. Toto zahrnuje oxidativní deaminaci lyzylových a hydroxylyzylových zbytků, která vyžaduje Cu++ jako kofaktor pro aminooxidázu. Mezi takto změněnými zbytky, kde alespoň jeden je hydroxylovaný vznikají kovalentní příčné spoje. Amorfní komponenta, jinak také základní substance obsahuje vodu, některé sérové proteiny, ionty solí a především proteoglykany (jinak též mukopolysacharidy nebo glykosaminoglykany). Jsou to molekuly vznikající v endoplazmatickém retikulu a Golgiho aparátu. Skládají se z proteinu o MR kolem 200 000, kde jsou kovalentně na serin nebo threonin vázány molekuly polysacharidů tvořených opakovanými sekvencemi disacharidů (chondroitin, keratan, dermatan a heparan sulfáty) se specifickou iniciální vazebnou sekvencí sacharidů a jehož poslední část váže celou molekulu na kyselinu hyaluronidovou. Hyaluronidová kyselina tvoří základní strukturu celého agregátu. Nekovalentně se na ni váží zmíněné proteoglykany. Tato vazba je stabilizována strukturálně specifickými vazebnými molekulami o MR 40 - 60 000. O tvorbě těchto molekul v hojící se tkáni je zatím málo informací. Předpokládá se ale, že pomáhají shromažďování rozpustného kolagenu, ochraňují jej před bakteriálními kolagenázami a v koncentraci okolo 10% nejvíce zvyšují pevnost tkáně v tahu. Nicméně kolagen je schopen tvořit fibrily i bez přítomnosti těchto molekul. Dále je prokázáno, že zastoupení molekul v reparované tkáni je odlišné od zastoupení ve tkáni původní. 1.2.2.2 Angiogeneze - neovaskularizace Novotvorba cév probíhá paralelně s fibroplazií. Kolem druhého dne začnou migrovat endotelie ze stěn nejbližších venul do rány, což je projevem odpovědi na angiogenetické stimuly (cytokiny: kyselý a bazický FGF, TGF-α a β a EGF, dále IL-1, PDGF a TNF-α; laktát, nízká tenze O2 a biogenní aminy). 16 Angiogeneze začíná být patrná kolem 4. dne. U primárně uzavřených ran se novotvořené cévy setkají se svými protějšky na opačné straně rány, nedojde-li k tomu, dochází ke tvorbě granulační tkáně. 20-22

17


1.2.2.3 Epitelizace Začíná během několika hodin po poranění. Migrující a proliferující epiteliální buňky pocházejí buď z epidermis okrajů rány nebo ze zbytků kožních adnex. Rostou pod krustami nad vitálním vazivem. K proliferaci dochází v bazální vrstvě epidermis. Tyto buňky migrují směrem do rány, zřejmě na základě působení chemotaktických faktorů shodných s těmi, které působí na fibroblasty a endotelie. 16 Nízký pO2 je stimuluje k produkci TNF-ß, který zpětně brání jejich konečné diferenciaci a podporuje další mitózy. Buňky mají plochý tvar dokud nedojde k přemostění rány, kdy začnou nabývat na výšce a ještě se zvýší jejich mitotická aktivita. Je prokázáno, že rychlost epitelizace závisí na vlhkosti rány, tj. i krátkodobé oschnutí má za následek zpomalení. 1.2.3 Fáze vyzrávání (7. den až 1 rok) V první fázi hojení dominují retikulární vlákna kolagenu III, který je pak nahrazen kolagenem I. Normální dermis obsahuje kolagen typu I a III. Stejně tak i novotvořené vazivo, které se ale teprve v průběhu několika let přiblíží svou morfologickou a funkční kvalitou vazivu v neporušené tkáni. Vlákna jsou v průměru kratší, užší, méně uspořádaná a vykazují nižší pevnost v tahu a menší elasticitu. Existuje rozdíl ve stupni hydroxylace lyzinu a glykosylace hydroxylyzinu. 1.2.3.1 Zráni kolagenních vláken, lýza a kontrakce Kvalitu vaziva lze posuzovat podle pevnosti v tahu. Ta po počáteční lag-fázi (cca 5 dní) výrazně stoupne, aby následně opět zpomalila svůj nárůst. Souvisí to s výše uvedenými principy: počáteční granulační tkáň s převážně hyaluronidovou kyselinou a fibronektinem odpovídá lag-fázi, prvotní fibrogeneze odpovídá počátečnímu nárůstu pevnosti v tahu, další zpevňování souvisí s agregací kolagenu do fibril a vytvářením mezimolekulárních spojek. Počáteční uspořádáni je velmi nahodilé. Dochází k remodelaci náhradou neuspořádané hmoty mnohem zralejší sítí vláken. Probíhá lýza pomocí fibroblasty a leukocyty produkovanými kolagenózami, zpočátku rychleji se slábnoucí tendencí. 23,24 Tuto přeměnu lze v ranách prokázat ještě po 18 měsících. Lytické pochody jsou mnohem méně závislé na energii a výživě, proto snadno převáží, je-li syntéza porušena.

18


Kontrakce je výrazná u ran velkého rozsahu. Je významná pro zmenšení plochy pro reepitelizaci a zmenšení nároku na množství granulační tkáně, zvláště dojde-li k retrakci okrajů rány porušením elastických vláken. Ovšem existují případy, kdy je nežádoucí: kosmetický efekt, nepřijatelná deformace tkáně. Probíhá přibližně v rozmezí 5.-15. dne od poranění. Je výsledkem interakce mezi migrujícími fibroblasty a remodelací kolagenu a je zprostředkovaná napojením kolagenních vláken na membránové receptory fibroblastů. Regulace není úplně prozkoumaná - opět závisí na interakci specifických cytokinů (TGF-ß, PDGF, EGF). 1.2.3.2 Dokončení hojení Když přestanou působit stimuly přítomné v prostředí hojící se rány, tj. hypoxické a kyselé prostředí, které stimuluje tvorbu cytokinů a růstových faktorů, hojení se zastaví. Zde, na rozdíl od procesů probíhajících v keloidních jizvách, ale také v maligně bující tkáni, je produkce faktorů stále pod bazální kontrolou. Příčina deregulace není plně známa, ale předpokládá se, že nejběžnější je zánětlivá reakce prolongovaná např. opakovanou traumatizací např. napínáním kůže v okolí rány. Hojení rány je komplex na sebe navazujících dějů, které mohou být ovlivněny mnoha faktory například stavem výživy (proteiny, sacharidy, lipidy, vitamíny a stopové prvky) dále stavem imunity, přidruženými chorobami (diabetes, obezita), genetickou predispozicí, medikací (kortikoidy), infekcí atd.

1.3 Kmenové buňky V posledních letech se do popředí výzkumu dostává i vliv kmenových buněk na hojení kožní rány a hlubokých popálenin. Historie objevu kmenových buněk sahá do roku 1973, kdy byly poprvé izolovány u myší profesorem Martinem Evansem. Hlavním zdrojem kmenových buněk, které mohou být použity k reparaci a regeneraci poraněné tkáně jsou embryonální kmenové buňky a tkáňové kmenové buňky. Klinická aplikace embryonálních kmenových buněk je však vzhledem k etickým problémům limitovaná. V léčbě popálených pacientů se předpokládá spíše možnost využití tkáňových kmenových buněk, zejména buněk mezenchymálních, které se získávají z kostní dřeně, tukové tkáně, pupečníkové krve nebo kůže. Rychlejší regenerace 19


popálenin

může

být

dosaženo

po

allogenní

nebo

autologní

transplantaci

mesenchymálních kmenových buněk kostní dřeně, jak bylo pozorováno u potkanů kmenu Wistar.25 Mesenchymální buňky kostní dřeně se mohou in vitro diferencovat v epidermální buňky a fibroblasty a v kombinaci s vhodným nosičem signifikantně urychlují hojení kožní rány in vivo.26 Kmenové buňky z pupečníkové krve jsou schopny diferenciace v keratinocyty in vitro.27 Kmenové buňky odvozené z tukové tkáně mohou podporovat proliferaci lidských dermálních fibroblastů a reepitelizaci kožních ran.28 Tkáňové

kmenové

buňky

produkují

diferencované

kožní

buňky.

Značené

mezenchymální kmenové buňky kostní dřeně jsou pozorovány v epidermis, vlasových folikulech29, mazových žlázách, krevních cévách a v dermis hlubokých ran. Kmenové buňky z tukové tkáně přenesené na acellulární dermální matrix mohou přežívat po transplantaci in vivo a spontánně se pak diferencovat podél endoteliálních, fibroblastických a epiteliálních linií, a tím signifikantně zlepšit hojení ran.30 Nezanedbatelný je také parakrinní efekt tkáňových kmenových buněk v průběhu hojení. Fathke a kol. zjistili, že kmenové buňky z kostní dřeně jsou schopny transkripce kolagenu typu I a III, zatímco buňky rány pouze kolagenu typu I.31 Kmenové buňky tukové tkáně podporují proliferaci lidských dermálních fibroblastů přímým kontaktem buněk a indukovanou parakrinní aktivací, což významně uchyluje reepitelizaci při hojení ran.32 Tyto studie nasvědčují schopnosti tkáňových kmenových buněk měnit mikroprostředí tkáně cestou sekrece solubilních faktorů významněji než jejich multipotentní diferenciací v průběhu reparace tkáně.33,34 Tkáňové kmenové buňky mohou také regulovat imunitní a zánětlivou odpověď v procesu hojení. Aplikace autologních a allogenních mesenchymálních kmenových buněk na povrch hlubokých popálenin u potkanů zmenšuje zánětlivou buněčnou infiltraci v ráně a urychluje novotvorbu cév a granulační tkáně.25 Multipotentní kmenové buňky jsou po poranění kůže mobilizovány z kostní dřeně do krevního poolu. Ty pak migrují do místa poranění a regulují proliferaci a migraci epiteliálních a dermálních mesenchymálních kmenových buněk v průběhu časné fáze zánětu.31 Kmenové buňky se podílejí na hojení ran různými vlastnostmi, jejich multipotencí, parakrinním efektem a modulací imunitní odpovědi. Léčba kmenovými buňkami může být lákavým prostředkem k léčbě popálenin v budoucnu. 20


Citace: 1. ODLAND GF. Structure of the skin. In: Goldsmith LA, ed. Physiology, Biochemistry, and Molecular Biology of the Skin. New York: Oxford University Press, 1991: 3–62. 2. KLIKA, E.; et al. Histologie. 1st ed. Avicenum, 1986., Kožní systém, p. 480483. 3. WOLFF, K.; STINGL, G. The Langerhans cell. J Invest Dermatol. 1983 Jun;80 Suppl:17s-21s 4. LAVKER, RM., SUN, TT. Heterogeneity in epidermal basal keratinocytes: morphological and functional correlations. Science. 1982 Mar 5;215(4537):1239-41 5. DALE, BA., HOLBROOK, KA., STEINERT, PM. Assembly of stratum corneum basic protein and keratin filaments in macrofibrils. Nature. 1978 Dec 14;276(5689):729-31 6. WOLFF, K., STINGL, G. The Langerhans cell. J Invest Dermatol. 1983 Jun;80 Suppl:17s-21s 7. TACHIBANA, T. The Merkel cell: recent findings and unresolved problems. Arch Histol Cytol. 1995 Oct;58(4):379-96 8. GARTNER, LP. and HIATT, JL. Color textbook of histology, 2nd ed. Philadelphia: W.B. Saunders, 2001 9. MOLL, I., MOLL, R., FRANKE, WW. Formation of epidermal and dermal Merkel cells during human fetal skin development. J Invest Dermatol. 1986 Dec;87(6):779-87 10. MIOSGE, N. The ultrastructural composition of basement membranes in vivo. Histol Histopathol. 2001 Oct;16(4):1239-48 11. RUGGERI, ZM. Mechanisms initiating Thromb Haemost. 1997 Jul;78(1):611-6

platelet

thrombus

formation.

12. FUKUSHIMA, D., BUTZOW, R., HILDEBRAND, A., et al. Localization of transforming growth factor beta binding site in betaglycan. Comparison with small extracellular matrix proteoglycans. J Biol Chem. 1993 Oct 25;268(30):22710-5 13. YUAN, W., VARGA, J. Transforming growth factor-beta repression of matrix metalloproteinase-1 in dermal fibroblasts involves Smad3. J Biol Chem. 2001 Oct 19;276(42):38502-10 14. LAMME, EN. Artificial Skin and Tissue Regeneration. Amsterdam, 1999. ISBN: 9064645078. (Doktorská disertační práce)

21


15. OKSALA, O., SALO, T., TAMMI, R., et al. Expression of proteoglycans and hyaluronan during wound healing. J Histochem Cytochem. 1995 Feb;43(2):12535 16. GLAT, PM. and LONGAKER, MT. Wound Healing. In: SHERRELL, JA., BEASLEY, RW., THORNE, CHM., eds. Grabb and Smith´s Plastic Surgery, 5th ed. Philadelphia: Lippincott – Raven Publishers, 1997, p.3-12 17. STIRK, CM., REID, A., MELVIN, WT., et al. Locating the active site for angiogenesis and cell proliferation due to fibrin fragment E with a phage epitope display library. Gen Pharmacol. 2000 Nov;35(5):261-7 18. DI PIETRO, LA. Wound healing: the role of the macrophage and other immune cells. Shock. 1995 Oct;4(4):233-40 19. YAMAGUCHI, Y., YOSHIKAWA, KJ. Cutaneous wound healing: an update. Dermatol. 2001 Oct;28(10):521-34 20. HUNT, TK., KNIGHTON, DR., THAKRAL, KK., et al. Studies on inflammation and wound healing: angiogenesis and collagen synthesis stimulated in vivo by resident and activated wound macrophages. Surgery. 1984 Jul;96(1):48-54 21. SUH, DY. Understanding angiogenesis and its clinical applications. Ann Clin Lab Sci. 2000 Jul;30(3):227-38 22. ZABEL, DD., FENG, JJ., SCHEUENSTUHL, H., et al. Lactate stimulation of macrophage-derived angiogenic activity is associated with inhibition of Poly(ADP-ribose) synthesis. Lab Invest. 1996 Mar;74(3):644-9 23. BULLEN, EC., LONGAKER, MT., UPDIKE, DL., et al. Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 is decreased and activated gelatinases are increased in chronic wounds. J Invest Dermatol. 1995 Feb;104(2):236-40 24. VIRCA, GD., TRAVIS, J. Kinetics of association of human proteinases with human alpha 2-macroglobulin. J Biol Chem. 1984 Jul 25;259(14):8870-4 25. SHUMAKOV VI, ONISHCHENKO NA, RASULOV MF, KRASHENINNIKOV ME, ZAIDENOV VA. Mesenchymal bone marrow stem cells more effectively stimulate regeneration of deep burn wounds than embryonic fibroblasts. Bull. Exp. Biol. Med. 136(2),192-195 (2003). 26. HE L, NAN X, WANG Y et al. Full-thickness tissue engineered skin constructed with autogenic bone marrow mesenchymal stem cells. Sci. China C Life Sci. 50(4),429-437 (2007). 27. KAMOLZ LP, KOLBUS A, WICK N et al. Cultured human epithelium: human umbilical cord blood stem cells differentiate into keratinocytes under in vitro conditions. Burns 32(1),16-19 (2006). 28. KIM WS, PARK BS, SUNG JH et al. Wound healing effect of adipose-derived stem cells: a critical role of secretory factors on human dermal fibroblasts. J. 22


Dermatol. Sci. 48(1),15-24 (2007). 29. NAKAGAWA H, AKITA S, FUKUI M, FUJII T, AKINO K. Human mesenchymal stem cells successfully improve skin-substitute wound healing. Br. J. Dermatol. 153(1),29-36 (2005). 30. ALTMAN AM, MATTHIAS N, YAN Y et al. Dermal matrix as a carrier for in vivo delivery of human adipose-derived stem cells. Biomaterials 29(10),14311442 (2008). 31. FATHKE C, WILSON L, HUTTER J et al. Contribution of bone marrowderived cells to skin: collagen deposition and wound repair. Stem Cells 22(5),812-822 (2004). 32. KIM WS, PARK BS, SUNG JH et al. Wound healing effect of adipose-derived stem cells: a critical role of secretory factors on human dermal fibroblasts. J. Dermatol. Sci. 48(1),15-24 (2007). 33. PHINNEY DG, PROCKOP DJ. Concise review: mesenchymal stem/multipotent stromal cells: the state of transdifferentiation and modes of tissue repair - current views. Stem Cells 25(11),2896-2902 (2007). 34. PROCKOP DJ. "Stemness' does not explain the repair of many tissues by mesenchymal stem/multipotent stromal cells (MSCs). Clin. Pharmacol. Ther. 82(3),241-243 (2007).

23

1.2 Hojení kožní rány

Recommend Documents