制冷噴霧聯(lián)合高分子水凝膠對急性燒傷創(chuàng)面的影響

董叫云，宋 菲，陸樹良，劉 琰，田 鳴

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院燒傷科，上海 200025

燒傷是常見的創(chuàng)傷之一，世界衛(wèi)生組織認(rèn)為燒傷是一種重大的公共衛(wèi)生危機，全球每年約有1 100 萬人需要進(jìn)行燒傷的救治，盡管在治療方略上已做出巨大改進(jìn)，但由燒傷導(dǎo)致的死亡率仍然很高［1-3］。即便幸存，患者仍可能面臨毀容和終身殘疾，對家庭及社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的負(fù)面影響［4］。據(jù)報道［5-9］，科學(xué)的早期處理方式可降低死亡率，提高預(yù)后質(zhì)量。

燒傷發(fā)生后，即使熱源不再存在，皮膚組織前期所吸收熱量仍會繼續(xù)釋放至更深的組織層中，導(dǎo)致?lián)p傷程度不斷加深。迅速降低創(chuàng)面溫度可以顯著減少組織進(jìn)行性損傷，促進(jìn)血管收縮，減少炎癥因子的釋放，既為創(chuàng)傷修復(fù)奠定基礎(chǔ)，也可減輕患者的疼痛感，并降低瘢痕產(chǎn)生的概率［10］。因此，燒傷的及早快速救治對于減輕進(jìn)行性損傷、提高預(yù)后有重大意義。用冷水快速沖洗急性燒傷創(chuàng)面，被認(rèn)為是常用的家庭急救方法［11］。然而，在特定身體部位（如頸部、背部或臀部），燒傷后使用冷水冷卻極不方便，且在就醫(yī)運輸過程中無法實現(xiàn)持續(xù)的冷水沖洗，加之燒傷會破壞正常的皮膚屏障，損害宿主抵抗感染的能力，使暴露的創(chuàng)面更易受到微生物的侵害［12］。因此有必要開發(fā)一種低成本、高效的急救產(chǎn)品（改良敷料），以解決上述問題。

理想的傷口敷料能夠提供濕潤的愈合環(huán)境，防止細(xì)菌感染，同時具有良好的生物相容性和成本效益［13］。隨著生物材料的發(fā)展，各種敷料材料，如納米纖維、泡沫、膜和水凝膠，已被用于創(chuàng)面管理。其中，水凝膠因其特殊的性質(zhì)而引起了極大的關(guān)注［14］。水凝膠同時具有冷卻、覆蓋傷口、促進(jìn)燒傷組織散熱的功能，可以應(yīng)用于身體的所有部位［15-17］。本研究設(shè)計了一種水溶性高分子凝膠（水溶性聚合物），具有較強的吸熱性，可以降低皮膚表面的溫度。同時設(shè)計了一種可及時噴出大量霧狀液體的罐裝冷卻噴霧劑，可快速降溫。擬通過在大鼠燙傷模型中單獨和聯(lián)合應(yīng)用制冷噴霧劑和水凝膠，觀察這些急救產(chǎn)品對傷口深度和炎癥反應(yīng)的干預(yù)效果，來驗證其在燒傷早期救治中的作用，旨在探索一種便攜式、有效的急救用品，以降低燒傷程度，改良預(yù)后，減少患者的痛苦。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇體質(zhì)量200～220 g 的Sprague-Dawley 大鼠（購自上海斯萊克實驗動物有限公司）。飼養(yǎng)于室溫（22±2）℃下，光/暗周期為12 h，可以隨意獲得食物和水。實驗前，動物禁食16 h。所有程序均按照動物福利的國際標(biāo)準(zhǔn)和道德標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 制冷噴霧劑的制備及冷卻實驗

將生理鹽水與75%乙醇以不同體積比（φ=10%、15%和20%）進(jìn)行混合。將混合物置于高壓噴霧罐中，并沖入氮氣。氮氣∶液體比為3∶7，氣罐壓力為1.8 MPa。在室溫下將溫度計加熱至80 ℃。當(dāng)溫度計溫度降至70 ℃時，用噴霧裝置將普通自來水（用作對照處理）和不同濃度的制冷噴霧劑分別噴灑到溫度計上，記錄溫度計溫度從70 ℃降至20 ℃所需的時間，并比較差異。

1.3 水凝膠制備和冷卻試驗

聚合物水凝膠由聚丙烯酸鈉（5%）、甘油（25%）、氨基乙酸二羥基鋁（0.15%）、EDTA-2Na（0.1%）、酒石酸（0.25%）、乙醇（0.5%）和純化水（69%）制備而成（上述試劑來自上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。將前4種試劑配制成油相，后3種試劑配制成水相后，在真空狀態(tài)下將這2 種試劑混合并攪拌，將混合物攤鋪在防水無紡布上，并壓平。觀察聚合物水凝膠的冷卻效果：準(zhǔn)備2 個300 mL 燒杯，其中1 個燒杯涂有水凝膠。然后，向每個燒杯中加入240 mL 70 ℃的純水，并安裝溫度計測量溫度。連續(xù)記錄9 h的溫度。

1.4 皮膚刺激強度試驗

成年、健康、無皮損的SD 大鼠12 只，在SPF 級實驗動物室中適應(yīng)至少1 周。實驗前約24 h 剪去背部脊柱兩側(cè)的毛發(fā)而不損傷表皮。脫毛范圍為每側(cè)5 cm×5 cm。將動物分為2 組：制冷噴霧劑組和水凝膠組。制冷噴霧劑組大鼠背部皮膚一側(cè)噴灑制冷噴霧劑，水凝膠組大鼠背部皮膚一側(cè)附著水凝膠。2 組大鼠中皮膚的另一側(cè)不進(jìn)行任何處理，作為對照。2 h后完成實驗，用溫水擦洗皮膚。于1、24、48 和72 h后評估皮膚刺激反應(yīng)，如紅斑和水腫。根據(jù)表1 中的參數(shù)進(jìn)行評分，計算刺激分?jǐn)?shù)。根據(jù)表2 中的參數(shù)評分，計算每個觀察點的平均皮膚刺激強度。

表1 皮膚刺激試驗的分級值Tab 1 Grading values for the skin irritation test

表2 皮膚刺激強度分級值Tab 2 Grading values for the skin irritation intensity

1.5 燙傷創(chuàng)面動物模型

另外12 只成年健康SD 大鼠（無皮膚損傷）在SPF實驗動物室適應(yīng)性飼養(yǎng)至少1周。腹腔注射2.5%戊巴比妥鈉（中國上海宇燕儀器有限公司）進(jìn)行麻醉，劑量為35 mg/kg。剪除背部長毛，殘存鼠毛用溫水濕潤后，涂脫毛劑（2 mm 厚）。2 min 后，用溫水清洗脫毛劑，干紗布吸去多余水分。這些老鼠分籠飼養(yǎng)于無菌籠內(nèi)，自由進(jìn)食和飲水。24 h后，用上述相同方法麻醉大鼠。將2 塊質(zhì)量相同的圓形銅沖頭（直徑2 cm）在沸水中加熱5 min，直接放在大鼠左右脫毛區(qū)域3 s，不施加任何壓力，造成燙傷［18］。

1.6 燙傷創(chuàng)面干預(yù)

將燙傷后的大鼠隨機分為2 組，每組6 只，采用背部皮膚組織互相對比的方法，將動物分成A 組和B組（每組n=6）。在A 組中，燙傷皮膚的一側(cè)用制冷噴霧劑處理3 min，然后附著水凝膠，而另一側(cè)不進(jìn)行任何處理。B 組大鼠，燙傷皮膚的一側(cè)用制冷噴霧劑3 min，然后附著水凝膠，另一側(cè)用普通自來水噴灑3 min（見圖1）。24 h 后，對比左右兩側(cè)不同處理方式的創(chuàng)面形態(tài)，觀察創(chuàng)面深度和炎癥程度。使用Adobe Photoshop CC 2019和Image Pro Plus 6.0分析傷口和焦痂面積，計算并比較不同治療方法的焦痂占傷口面積的百分比。

圖1 傷后各組大鼠創(chuàng)面干預(yù)示意Fig 1 Schematic diagram of wound treatment of rats in each group after injury

1.7 組織學(xué)觀察

燙傷24 h 后，用200 mg/kg 戊巴比妥鈉注射液處死大鼠。取創(chuàng)面邊緣的皮膚組織在10 %福爾馬林溶液中固定至少24 h。石蠟包埋后，切成4 μm 厚的切片。將石蠟切片固定在載玻片上并用蘇木精-伊紅染色（hematoxylin-eosin staining，H-E staining，H-E 染色）。使用全景掃描儀（Pannoramic DESK，匈牙利）掃描和觀察切片，并觀察皮膚組織中炎性細(xì)胞的浸潤情況。

1.8 統(tǒng)計學(xué)方法

定量數(shù)據(jù)采用±s表示。組間差異通過單因素方差分析確定，使用GraphPad Prism 5.0進(jìn)行Bonferroni事后檢驗。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 制冷噴霧劑的冷卻效果

成功制備了高壓制冷噴霧劑（圖2）。評估了制冷噴霧劑的冷卻效果。結(jié)果表明，不同濃度的制冷噴霧劑的冷卻速度與普通自來水相比，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.032，P=0.002，P=0.003）。此外，15%制冷噴霧劑的冷卻速度顯著高于10%制冷噴霧劑，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.037），15%和20%制冷噴霧劑的冷卻速度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.891）。因此，隨后的實驗選擇了15%的制冷噴霧劑（表3）。

圖2 高壓制冷噴霧劑Fig 2 The high-pressure cryogen spray tank

表3 不同濃度制冷噴霧劑和普通自來水干預(yù)后的冷卻速度Tab 3 The cooling rate of cryogen spray with different concentrations and ordinary tap water

2.2 水凝膠制備和冷卻效果

制備的水凝膠呈藍(lán)色，附著在無紡布上（圖3）。水凝膠的冷卻效果可以維持8 h，溫度可以在2 h內(nèi)降至室溫［（22±2）℃］（圖4）。水凝膠組的溫度低于對照組，平均差異為5.15 h。

圖3 附著于無紡布的水凝膠Fig 3 The hydrogel attached to a non-woven fabric

圖4 水凝膠的冷卻效果Fig 4 Cooling effect of hydrogel

2.3 皮膚刺激性實驗

在干預(yù)1、24、48 和72 h 后，觀察制冷噴霧劑和水凝膠對皮膚刺激性的影響。如圖5 所示，在任何時間點，大鼠的皮膚組織中都沒有紅斑或水腫，這表明在使用制冷噴霧劑或水凝膠治療后，皮膚組織沒有過敏表現(xiàn)。

圖5 使用制冷噴霧劑和水凝膠干預(yù)不同時間后皮膚的刺激反應(yīng)Fig 5 Effects of cryogen spray and hydrogel on skin irritation responses after different times of treatment

2.4 制冷噴霧劑與水凝膠聯(lián)合應(yīng)用對燙傷創(chuàng)面的影響

通過比較同一大鼠燙傷的兩側(cè)皮膚，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)面在24 h后皆出現(xiàn)明顯水腫和焦痂，經(jīng)制冷噴霧劑和水凝膠聯(lián)合處理的創(chuàng)面與未經(jīng)任何處理的創(chuàng)面或接受自來水處理的創(chuàng)面相比較，其創(chuàng)面焦痂區(qū)域顯著減少，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（圖6）。

圖6 制冷噴霧劑與水凝膠聯(lián)合干預(yù)對受傷皮膚傷口面積和焦痂區(qū)域（紅色箭頭所示）的影響Fig 6 Effects of cryogen spray combined with hydrogel on the wound and eschar areas in the wounded skin

H-E 染色顯示，與未經(jīng)任何處理的創(chuàng)面，或接受自來水處理的創(chuàng)面相比較，接受制冷噴霧劑和水凝膠干預(yù)的創(chuàng)面炎性細(xì)胞浸潤均減少，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（均P<0.05，圖7）。這些數(shù)據(jù)表明，制冷噴霧劑結(jié)合水凝膠可以在一定程度上及時減輕燒傷損傷。

圖7 制冷噴霧劑與水凝膠聯(lián)合使用后受傷皮膚組織學(xué)表現(xiàn)（H-E染色，×20）Fig 7 Histological observation of the wounded skin treated by cryogen spray combined with hydrogel(H-E staining,×20)

3 討論

燒傷可由熱、冷、摩擦、化學(xué)或電源導(dǎo)致，并可影響皮膚以外的多個器官系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，燙傷和火焰燒傷占主導(dǎo)因素，家庭是事故最常見的地點，兒童，尤其是5 歲以下的兒童是最常見的年齡組［19］。急救有助于燒傷的有效管理，對燒傷部位進(jìn)行及時治療可以阻止熱量的持續(xù)釋放，減少傷口深度和瘢痕形成。如果可行，應(yīng)盡快進(jìn)行急救。適當(dāng)?shù)募本瓤赏ㄟ^冷卻燒傷區(qū)域來緩解癥狀、降低燒傷嚴(yán)重程度以及隨后的組織損傷［20-21］。目前權(quán)威的急救治療建議是，在燒傷后3 h 內(nèi)，用冷自來水（2 ℃和15 ℃之間）沖洗燒傷區(qū)域至少20 min。水洗可以冷卻組織，稀釋有毒物質(zhì)（酸和堿），減少炎癥反應(yīng)，減少水腫，隨后促進(jìn)傷口再上皮化［22］。在英國和澳大利亞等發(fā)達(dá)國家，超過50 %的燒傷患者會在現(xiàn)場接受適當(dāng)?shù)木o急傷口冷卻治療［23］。然而，在中國僅14.76%［24］，并且目前使用的傷口冷卻方法也存在一定的不足，例如無法在事故場地附近找到清潔水源，無法在特定身體部位（如頸部、臀部）進(jìn)行沖洗，在轉(zhuǎn)運就醫(yī)途中無干凈合適的傷口敷料覆蓋傷口等。因此，普及燒傷急救知識，開發(fā)合適的急救產(chǎn)品，迫在眉睫。

噴霧冷卻是一種表皮降溫的方法，在皮膚激光外科手術(shù)中被廣泛用于防止皮膚組織受到不必要的熱損傷［25］。噴霧冷卻具有許多優(yōu)點，例如冷卻能力高、工作液用量低、工作液和熱表面之間的溫差?。?6］。一項實驗研究［27］表明，使用低濃度乙醇添加劑進(jìn)行噴霧冷卻是促進(jìn)散熱、控制表面溫度的有效方法。在本研究中，我們開發(fā)了一種含有生理鹽水溶液和制冷劑（低濃度乙醇）的制冷噴霧劑。細(xì)霧中的液體更易揮發(fā)，可以瞬間帶走大量熱量。無菌生理鹽水可維持皮膚生理屏障，不刺激傷口；制冷劑所帶走的熱量遠(yuǎn)大于自來水洗滌。結(jié)果表明，不同濃度的制冷噴霧劑的冷卻速度明顯高于普通自來水。此外，制冷噴霧劑易于使用，可放置在不同的位置（例如家庭、學(xué)校、商場），并可供多人同時使用?？傮w來說，我們開發(fā)的制冷噴霧劑具有良好的冷卻效果，并且使用方便。

水凝膠因其良好的生物相容性、高親水性、離子轉(zhuǎn)運能力以及與細(xì)胞外基質(zhì)相似的結(jié)構(gòu)等許多有益性質(zhì)而被廣泛用于傷口敷料［28-29］。水凝膠敷料可以吸收傷口滲出物并維持濕潤的傷口環(huán)境［30］。已有多種形式的水凝膠產(chǎn)品用于治療各種創(chuàng)面。在此項研究中，我們開發(fā)了一種聚合物水凝膠，實驗證實該水凝膠具有持久的冷卻效果。此外，與未經(jīng)任何治療或自來水治療的受損皮膚相比，接受冷凍噴霧和水凝膠治療的燙傷皮膚中，創(chuàng)面面積和焦痂區(qū)域以及炎性細(xì)胞浸潤顯著減少。這些數(shù)據(jù)表明，冷凍噴霧結(jié)合水凝膠是減少早期燒傷損傷的有效方法。

綜上所述，我們的研究結(jié)果表明，制冷噴霧劑與聚合物水凝膠相結(jié)合具有良好的冷卻效果，可作為燒傷患者急救管理的有效和方便的工具。下一步將繼續(xù)研究，以確認(rèn)其臨床應(yīng)用的可能性。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

倫理批準(zhǔn)和知情同意/Ethics Approval and Patient Consent

本研究涉及的所有動物實驗均已通過上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院動物實驗倫理委員會的審核批準(zhǔn)（2018.11.16）。所有實驗過程均遵照《實驗動物管理條例》進(jìn)行。

All experimental animal protocols in this study were reviewed and approved by Animal Experimental Etheics Committee of Ruijin Hospital， Shanghai Jiao Tong University School of Medicine，（Dated 11/16/2018）， and all experimental animal protocols were carried out by following the guidelines of regulations on the administration of experimental animals.

作者貢獻(xiàn)/Authors'Contributions

田鳴、劉琰參與了實驗設(shè)計；董叫云、宋菲參與了論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The study was designed by Tian Ming and Liu Yan. The manuscript was drafted and revised by Dong Jioayun and Song Fei.All the authors have read the last version of paper and consented for submission.

·Received：2022-01-24

·Accepted：2022-05-06

·Published online：2022-05-28