急性皮膚屏障損傷修復過程中各項生理物理參數(shù)的變化規(guī)律及LED紅光對其干預作用的評價

趙欣研，田　燕，汪　黎，劉　瑋

（1.安徽醫(yī)科大學空軍臨床學院安徽合肥230032；2.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院皮膚科北京100142）

·皮膚美容·

急性皮膚屏障損傷修復過程中各項生理物理參數(shù)的變化規(guī)律及LED紅光對其干預作用的評價

趙欣研1，田燕2，汪黎2，劉瑋2

（1.安徽醫(yī)科大學空軍臨床學院安徽合肥230032；2.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院皮膚科北京100142）

目的：建立皮膚屏障急性損傷模型，通過皮膚無創(chuàng)檢測技術了解皮膚屏障修復過程中各項生理物理參數(shù)動態(tài)變化過程，及各參數(shù)變化趨勢的相關性；在建模的基礎上評價LEDs光源窄譜非相干紅光［波長（630± 3）nm］的光生物調節(jié)對皮膚屏障修復的干預作用，為臨床用紅光輔助治療皮膚屏障受損相關疾病提供參考。方法：用連續(xù)膠帶粘貼法破壞皮膚屏障，在背部建立急性屏障損傷模型，建模前、建模后2min、建模后每隔24h檢測經(jīng)皮水分丟失（TEWL）、角質層含水量（CAP）、皮膚表面酸堿度（pH值）、黑素指數(shù)（MI）、紅斑指數(shù)（EI）、皮脂表面含量（seb）。結果：建模后TEWL、CAP、pH值、EI均顯著升高，MI、seb顯著降低；修復過程中TEWL持續(xù)降低、CAP、seb先降后升，MI、EI均先升后降，pH值最先恢復；不同參數(shù)變化趨勢在P＜0.05或P＜0.01的基礎上存在或強或弱的相關性。（630±3）nm LED紅光對TEWL、CAP、MI、EI等指標在皮膚屏障修復中晚期階段有促進作用。結論：隨著皮膚屏障的修復，各項生理物理參數(shù)呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，且參數(shù)之間有一定的依存關系。630nm紅光能加快皮膚屏障的修復。

皮膚屏障；皮膚生理物理參數(shù)；相關性；630nm紅光

激光的生物刺激作用直接產(chǎn)生輻射而不是熱效應（溫度升高不超過0.1℃～0.5℃），相應的療法稱為低強度激光療法。多數(shù)研究表明同一波長的光，在一定參數(shù)條件下，激光和非相干光（如：LED光源單色光）在產(chǎn)生細胞生物活性調節(jié)效應上無明顯差異，統(tǒng)一稱為光生物調節(jié)作用（photobiomodulation），簡稱光調作用。光調作用的主要靶目標是細胞，其作用機制被認為是發(fā)生在粒體水平上能量開關機制的活化，吸收的能量能活化細胞功能［3］，這一過程與植物光合作用中在葉綠體上發(fā)生電子傳遞類似［4］。

多數(shù)文獻報道LED630、660nm紅光對皮膚屏障受損相關的皮膚病如痤瘡、激素依賴性皮炎、皮膚敏感、濕疹等有良好的輔助治療效果，考慮到光調作用可能對皮膚屏障功能修復有促進作用，本文擬通過建立皮膚屏障急性受損模型，觀察皮膚屏障修復過程各項生理物理指標的變化情況及紅光照射對皮膚屏障修復的干預作用，為臨床輔助治療皮膚屏障受損相關的皮膚病提供參考。

1　資料和方法

1.1受試者

10名健康受試者，年齡19～36歲，平均為（26.70±4.64）歲，以室內工作為主，無大量日曬史、無光感性疾病史；測量部位無皮膚病、色素沉著、瘢痕或可影響皮膚的全身疾?。?月內使用光敏性藥、皮質類固醇等影響皮膚代謝藥物者除外。所有受試者均了解實驗過程并簽署知情同意書。

1.2測量條件

在恒溫、恒濕的條件下進行，溫度（22±1）℃，濕度（41.5±0.5）%，被測試者提前30min進入測試環(huán)境中安靜待測，在測量前10min將測試部位暴露，每項參數(shù)連續(xù)測量3次取平均值以減少測量誤差。

1.3實驗材料及設備

皮膚生理無創(chuàng)檢測設備均為來自德國CK公司（Courage&KhazakaElectronicGmbH，Cologne，Germany），CorneofixR膠帶、皮脂測量儀（SebumeterSM810）、經(jīng)皮水分丟失測量儀（TewameterTM 300）、角質層含水量測量儀（CorneometerCM 825），根據(jù)水是皮膚中介電常數(shù)最大的物質，當水分含量發(fā)生變化時，CAP同時發(fā)生變化的原理，通過檢測CAP間接反映出角質層含水量［5］、皮膚表面pH值測量儀（Skin-pH-Meter PH900）、黑素指數(shù)&紅斑指數(shù)測量儀（Mexameter MX18）及日本美能達公司分光光度儀（Spectrophotometer CM-2500d）。

1.4試驗方法

在受試者背部對等位置各選取一塊2cm×2cm大小的皮膚作為試驗區(qū)并標記，測定皮膚屏障功能相關的各項生理物理指標基線值。測定指標：經(jīng)皮水分丟失（Transepidermal water loss，TEWL）、角質層含水量（Capacitance，CAP），皮脂含量（Sebum，seb），皮膚表面酸堿度pH值，黑素指數(shù)（Melanin index，MI）、紅斑指數(shù)（Erythema index，EI）；用膠帶連續(xù)粘貼法建立急性皮膚屏障損傷模型，建模后隨機將兩個試驗區(qū)分為自然修復區(qū)、LED干預區(qū)，并在自然修復區(qū)鄰近位置選取同等大小的區(qū)域作為空白對照區(qū)；測定各區(qū)各項指標，作為建模后基線值；建模后，LED干預區(qū)每24h給予（630±3）nm紅光照射20min，能量密度126mJ/cm2，自然修復區(qū)無其他處理，以觀察皮膚屏障的自然修復過程；每天紅光照射前測定各項指標；比較皮膚屏障修復自然修復過程與630nmLED光干預下的修復過程。

1.5統(tǒng)計學方法

用spss 19.0軟件進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理分析，計量資料以（x+s）表示。用配對t檢驗分析不同測試區(qū)參數(shù)之間差異的統(tǒng)計學意義。Pearson用于分析皮膚屏障修復過程中各項參數(shù)之間的相關性。

2　結果

2.1建立皮膚屏障功能急性損傷模型

隨著膠帶撕脫次數(shù)的增加，TEWL、CAP、pH均升高，MI逐漸降低，EI先降低后升高，seb建模完成后均降為0。如表1所示，建模后2min上述參數(shù)與其基礎值或空白對照區(qū)相應參數(shù)比較均有差異，顯著性水平均為P＜0.01，提示皮膚屏障功能急性損傷模型建立。

2.2皮膚屏障修復過程中不同處理區(qū)各參數(shù)變化趨勢

2.2.1TEWL變化趨勢：見圖1。TEWL建模后顯著升高，在修復過程中逐漸降低，早期修復速度快，建模后72h修復60%～70%；第4、9、11、13天，自然修復區(qū)TEWL值高于LED干預區(qū)且差異有統(tǒng)計學意義；在試驗的第9～13天，LED干預區(qū)試驗區(qū)域TEWL值陸續(xù)降至正常范圍，自然修復區(qū)TEWL仍顯著高正常。

表1　建模前后三組受試區(qū)皮膚生理指標（x±s）

圖1　TEWL變化趨勢

2.2.2角質層含水量變化趨勢：見圖2。CAP在建模后迅速升高，修復過程中先降后升；在第9、11天，自然修復區(qū)CAP值低于LED干預區(qū)，差異有統(tǒng)計學意義，顯著水平P＜0.05。

圖2　角質層含水量（CAP）變化趨勢

2.2.3皮膚表面酸堿度（pH）變化趨勢：見圖3。pH值建模后顯著升高，修復期間波動幅度大；第3天自然修復區(qū)pH值與空白對照區(qū)比較存在顯著性差異，P＜0.01；而LED干預區(qū)pH與空白對照區(qū)比較無統(tǒng)計學差異，提示LED干預區(qū)pH值整體水平先于自然修復區(qū)降至基線水平。

圖3　pH變化趨勢

2.2.4黑素指數(shù)（MI）變化趨勢：見圖4。建模后MI顯著降低，修復過程中先升后降，在第9、11、13天自然修復區(qū)MI值高于LED干預區(qū)，差異顯著水平P＜0.05。

圖4　黑素指數(shù)MI變化趨勢

2.2.5紅斑指數(shù)（EI）變化趨勢：見圖5。建模后EI值顯著升高，修復過程中呈緩慢下降的趨勢；第9、11、13天自然修復區(qū)EI值高于LED干預區(qū)，存在顯著性差異，P＜0.05。

圖5　EI變化趨勢

2.2.6皮膚表面脂質含量變化：見圖6。建模后2min皮膚表面脂質含量測出值為0，修復過程中波動明顯；第5、7天，自然修復區(qū)seb值低于LED干預區(qū)，存在顯著性差異，P＜0.05。

2.3皮膚屏障修復過程中不同參數(shù)之間的相關性分析皮膚屏障動態(tài)修復過程中，在各參數(shù)之間進行pearson相關性分析，以下為統(tǒng)計學意義上存在顯著相關性的結果（見表2）。

表2　皮膚屏障修復過程中不同參數(shù)之間相關性分析

圖6　皮膚表面脂質的變化趨勢

2.3.1TEWL值與CAP值變化趨勢（如圖7所示）。建模后角質層含水量及TEWL值均顯著升高，第2～7天二者均先快速下降后緩慢下降，第9天開始角質層含水量逐漸上升，TEWL值仍繼續(xù)下降。Pearson相關分析，二者相關系數(shù)介于0.58～0.63之間，在P＜0.01的水平上有較強的相關性。

2.3.2角質層含水量CAP值與MI值、EI值與MI值在P＜0.01的顯著水平上呈現(xiàn)出較高的相關性（如圖8所示）。建模后角質層含水量迅速升高，而MI值顯著降低；第2天兩者均恢復至基線水平；角質層含水量24h降至基線水平后緩慢下降，至第7天開始緩慢回升，而MI值趨勢則相反，pearson相關性分析兩者存在顯著負相關性。

2.3.3EI值與MI值在P＜0.01的顯著水平上呈現(xiàn)出較高的相關性（見圖9）。

圖7　皮膚屏障修復過程中TEWL與CAP相關性

圖8　皮膚屏障修復過程中CAP與黑素指數(shù)（MI）相關性

圖9　皮膚屏障修復過程中黑素指數(shù)（MI）與紅斑指數(shù)（EI）相關性

3　討論

試驗第4、5天起受試區(qū)域開始陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的薄層痂皮，致使各項生理物理指標維持相對恒定，至第7天痂皮逐漸脫落。

3.1經(jīng)皮水分散失（TEWL）

膠帶粘貼后移除部分角質細胞及細胞間脂質，破壞皮膚屏障，導致TEWL增高。外界溫濕度相對恒定狀態(tài)下，TEWL值異常增高，提示屏障功能受損，TEWL的降低則意味著屏障功能的恢復。

TEWL值在皮膚屏障修復過程中存在的組間差異性，在試驗的第4、9、11、13天自然修復區(qū)TEWL值高于LED干預區(qū)，有顯著差異（P＜0.05）；且在試驗的第9～13天，部分受試者LED干預區(qū)TEWL值陸續(xù)降至正常范圍，自然修復區(qū)TEWL仍顯著高于空白對照區(qū)。該結果提示LED紅光照射可以降低TEWL值，加快皮膚屏障修復過程。王秀麗等［6］臨床研究發(fā)現(xiàn)630nm和850nm LED光均可使皮膚角質層含水量明顯增高，降低皮膚TEWL值，從而增強皮膚屏障功能；且經(jīng)TEWL的降低比含水量的改變早，而TEWL值改變在屏障修復早期就出現(xiàn)，這時皮膚含水量尚未發(fā)生有效改變。

本試驗過程發(fā)現(xiàn)TEWL值變化多種參數(shù)在P＜0.05或P＜0.01的顯著性水平上與多種參數(shù)存在相關性，如：角質層含水量、黑素指數(shù)、紅斑指數(shù)、皮脂含量之間顯現(xiàn)出或強或弱的相關性，其中角質層含水量、皮脂含量、紅斑指數(shù)對TEWL存在一定影響。

3.2角質層含水量

角質層含水量的多少對皮膚生理功能有重要的調節(jié)作用，同時也是整個皮膚乃至整個機體生理功能在皮膚的表現(xiàn)，水在皮膚各層含量不均，從基底層向角質層遞減，在顆粒層與角質層的交界處出現(xiàn)銳減，角質層的水屏障應主要作用于顆粒層與角質層的連接處以防止水分從深部向角質層擴散進而散失［7-8］。皮膚屏障功能急性損傷時，水分由表皮深部向角質層的擴散增加，角質層含水量升高。在本試驗中，膠帶剝脫帶走角質層細胞及細胞間脂質的同時，對皮膚也是種機械損傷，可引起非炎性水腫，所以建模后CAP值顯著升高，隨著水分的過度經(jīng)表皮散失、局部水腫的消退，CAP值迅速下降至基線以下。從第7天起，痂皮的逐漸脫落及TEWL值的逐漸降低，受試區(qū)測量CAP的值不斷攀升，第9、11天自然修復區(qū)CAP值低于LEDs，說明LEDs光調作用在干預皮膚屏障修復過程中可增加角質層的水合程度。

多數(shù)研究證明，干燥的皮膚對局部刺激的敏感性增強，本試驗過程中部分受試者受試區(qū)域出現(xiàn)瘙癢感，測試CAP值均在13以下，顯著低于正常水平，且水分含量越低者瘙癢愈明顯，提示與瘙癢與干燥有關。據(jù)報道［9］角質形成細胞可表達多種與瘙癢密切相關的選擇性受體，如組胺受體、神經(jīng)肽受體等，皮膚屏障功能的破壞與特應性皮炎、銀屑病、皮膚干燥癥的瘙癢有關。角質層水分減少也與老年瘙癢及冬季瘙癢癥的發(fā)生有關。

3.3皮膚表面酸堿度pH

pH值對皮膚生理功能尤其是表皮通透屏障，如“水屏障”有重要的調節(jié)作用［10］。臨床上表皮通透屏障功能降低性皮膚病往往伴有皮膚表面pH值的增高。建模后pH值因著表皮屏障功能的破壞顯著升高，本試驗過程中自然修復區(qū)pH值與LED干預區(qū)比較無統(tǒng)計學差異，提示LED光調作用在急性皮膚屏障損傷的修復過程中對pH無顯著影響。

新生小鼠的皮膚表面pH值高于成鼠，其表皮通透屏障功能的恢復速度則明顯低于成年鼠；降低小鼠皮膚的pH值可使屏障功能的恢復速度得以改善。健康皮膚自行糾正酸堿度紊亂的機制尚不清楚，有研究表明皮膚屏障損傷會引起表皮Na+/H-離子交換通道表達增強，該離子通道是維持皮膚酸堿度的重要因素之一［11-12］。另外細胞間脂質如游離脂肪酸等對皮膚表面pH值也有調節(jié)作用［13］。

3.4皮膚色素變化

在本試驗觀察的早、中期階段，LED干預區(qū)和自然修復區(qū)黑素指數(shù)MI與紅斑指數(shù)EI均無顯著差異，在晚期觀察到LED干預區(qū)MI、EI值均低于自然修復區(qū)相應指標，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），提示LEDs 630nm紅光在干預皮膚屏障修復過程中有抑制黑素合成（降低MI指數(shù)）、減輕炎癥反應（降低EI指數(shù)）的作用。

膠帶剝脫后皮膚MI值顯著下降，因為粘貼后表皮中角質形成細胞及黑素一并被移除，而后膠帶剝脫帶來的物理刺激及隨著皮膚屏障的修復，MI逐漸升高。而EI在膠帶剝脫過程中先降低后顯著升高，出現(xiàn)紅斑反應可能是隨著剝脫次數(shù)增加表皮層逐漸變薄導致的EI測量值升高，與皮膚受到物理刺激后由于軸突反射，血管先發(fā)生短暫收縮隨后發(fā)生擴張及炎癥因子共同作用所導致的［14-15］。

3.5皮脂含量

脂質（主要是神經(jīng)酰胺）既可與水結合而儲存水，又可形成疏水的膜以防止水分丟失，從而影響表皮通透屏障功能，實驗過程中發(fā)現(xiàn)皮脂含量變化趨勢與TEWL呈負相關，干燥性皮膚?。ㄌ貞云ぱ?、銀屑病、魚鱗?。┒喟橛衅ぶ拷档?。

在皮膚屏障修復晚期，LED干預區(qū)皮脂含量高于自然修復區(qū)，差異有統(tǒng)計學意義P＜0.05，提示LED 630nm紅光對皮脂的分泌與合成可能存在積極的影響。

4　結論

本試驗結果表明在皮膚屏障急性受損后TEWL、角質層含水量、pH值、紅斑指數(shù)迅速上升，黑素指數(shù)、皮膚表面脂質含量則迅速下降，在隨后的修復過程中TEWL、紅斑指數(shù)呈持續(xù)下降的趨勢，角質層含水量則呈現(xiàn)“先降后升”的趨勢，黑素指數(shù)則呈現(xiàn)出“先升后降”的變化趨勢，其中各項參數(shù)中pH值最先恢復至正常范圍。皮膚屏障功能的生理物理參數(shù)在屏障修復過程中相互之間呈正相關或負相關，存在一定程度的依存關系。

本試驗結果表明在屏障修復過程中給予一定參數(shù)的LED紅光照射［波長（630±3）nm，非相干光］可以降低TEWL值、增加角質層的水合度、抑制黑素形成（MI）、減輕炎癥反、促進皮脂合成可能，進而加速皮膚屏障的修復；但在本試驗過程中LED紅光干預對屏障修復的促進主要體現(xiàn)在修復的晚期，提示光調作用與累積照射劑量有關且需要一定的時間過程才能體現(xiàn)。

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編輯/李陽利

Changing of biophysical parameters on skin barrier restoration and the effect of LED 630 nm light on it:an in vivo acute skin barrier disruption

ZHAO Xin-yan1，TIAN Yan2，WANG Li2，LIU Wei2
（1.Clinical Academy of Air force，Anhui Medical University，Hefei 230023，Anhui，China；2.Department of Dermatology，Air Force General Hospital of PLA，Beijing 100142，China）

Objective Establish a model of acute barrier disruption，investigate the processes and dynamic changes of skin biophysical parameters.To evaluate the interventional effect of LED red-light，narrow-spectrum（630±3）nm，on the skin barrier function restoration.Methods Repeated tape stripping with corneofix was applied on experiment sites，the measurement of TEWL，CAP，EI，MI，sebum content（seb）was performed on the baseline and 2minutes after the model established，and then every 24h hours，by using non-invasive detection technology.Results TEWL，CAP，pH，EI rise sharply，while MI，seb falldown sharply when the model established.During the restoration，TEWL show a sustained downward trend before meet the baseline.CAP and seb first falldown then rise，while MI and EI show a crosscurrent trend.pH first regain the baseline.Relevance:According to the relevance analysis of these parameters，there are positive or negative correlation between them，when significance level is below 0.05 or 0.01（P＜0.05 orP＜0.01）.LEDs 630nm light can accelerate some key indicator of skin biophysical parometers to restore normal.Conclusion Biophysical parameters change regularly during skin barrier restoration.The relevance among these parameters indicate that there exist interactions among them.The incoherent LED light with narrow spectrum，（630±3）nm，can accelerate the process of the re-pairment，which manifested in the middle-advanced stage.

skin barrier；skin biophysical parameters；relevance；630nm light

R454.2

A

1008-6455（2015）13-0045-06

2015中華醫(yī)學會-歐萊雅中國人健康皮膚研究項目（紅光光調作用對角質形成細胞合成神經(jīng)酰胺的影響，編號：S2015121426）

劉瑋，空軍總醫(yī)院皮膚病醫(yī)院院長、主任醫(yī)師、博士研究生導師；研究方向：皮膚美容、性病、銀屑病等治療與研究；E-mail：lwei5811@126.com

2015-05-29

2015-06-30