fbpx

Биология заживления ран

Биология заживления ран

Раны на коже, подкожной клетчатке и подлежащих мышцах – одни из самых частых случаев, с которыми приходится сталкиваться хирургу  в повседневной практической деятельности. Выделяют раны случайные (укусы; раны, полученные в результате ДТП, порезов от острых предметов, проникновения пуль, повреждения металлическими предметами; термические и электрические повреждения) и преднамеренные, или операционные, раны. И те и другие группы ран требуют знания процессов заживления для корректного подхода к их лечению.

Заживление ран представляет собой сложный динамический процесс, который объединяет в себе формирование элементов крови, внеклеточного матрикса (extracellular matrix; ЕСМ), паренхиматозных клеток и растворимых медиаторов (цитокинов). 

Можно сказать, что клетки организма (за исключением самых первых в эмбриогенезе – бластомеров) окружены субстанцией, поддерживающей их на определенном месте относительно других клеток организма в единую систему, называемую организмом, и является внеклеточный матрикс.

Внеклеточным матриксом (далее ВКМ) называют все внеклеточные структуры ткани с белками и полисахаридами, входящими в его состав. ВКМ выполняет интегрирующую функцию по отношению ко всем клеткам организма.Процесс заживления ран разделяется на 3 параллельно протекающие фазы: (1) фаза воспаления; (2) фаза пролиферации, или восстановительная фаза; (3) фаза созревания и ремоделирования ткани.

В зависимости от типа раны и ее классификации одна или несколько фаз заживления могут быть ускорены, замедлены или осложнены рядом факторов. Кроме того, во всех типах ран можно одновременно обнаружить несколько фаз заживления.

Фаза воспаления

Первым ответом на повреждение тканей в организме является гемостаз, который включает 3 этапа: (1) вазоконстрикция (сужение просвета сосуда); (2) образование тромба; (3) активация системы свертывания крови с образованием фибриновой пробки (сгустка крови).

Кровь и лимфа вытекают из поврежденных кровеносных и лимфатических сосудов, заполняя рану и очищая раневую поверхность. Практически сразу кровеносные сосуды подвергаются рефлекторному сужению и повреждению эндотелия, активируя тромбоциты с последующим формированием тромба внутри раневого дефекта. Сгусток крови защищает рану, высыхает с образованием струпа и обеспечивает возможность протекания под ним процесса заживления раны. Вазоконстрикция длится всего 5–10 минут и сопровождается выделением гормонов, таких как катехоламины, серотонин, брадикинин, простагландины и гистамин, для минимизации кровопотери. Затем следует процесс вазодилатации (расширения сосудов), благодаря которому внутрисосудистые компоненты через поврежденные участки сосудов выходят в межклеточные пространства. В результате эндотелиальных повреждений активируются тканевой тромбопластин, внутренний каскад коагуляции, и фибриноген превращается в нерастворимую сеть волокон фибрина  и составляет фибриновую пробку.
В первые 24–48 часов в пределах сгустка формируется предварительный внеклеточный матрикс. На 4–7-е сутки предварительный внеклеточный матрикс преобразуется в постоянную структуру и рана становится недосягаемой для бактерий. 

Таким образом, фибриновая сеть действует не только как кровоостанавливающее средство, но и как барьер для проникновения инфекции, предотвращает потерю жидкости, является субстратом для заживления ран и стабилизирует края раны.

Воспалительная фаза характеризуется миграцией лейкоцитов в рану на протяжении 6 часов после травмы. Лейкоциты приклеиваются к эндотелию сосудов по краю участка воспаления на месте раны. Воспаление начинается с активации системы комплемента во время травмы.

Дополнительные продукты разложения привлекают в рану нейтрофилы, которые в течение первых 3 дней являются преобладающим типом клеток, достигающих максимума в первые 24–48 часов при продвижении к фибриновому сгустку. Протеиназы, высвобожденные из нейтрофилов, уничтожают некротические ткани и привлекают еще большее количество нейтрофилов, фагоцитирующих бактерии, поврежденные клетки, внеклеточный «мусор» и удаляющих их из раны.
Комбинация раневой жидкости, нейтрофилов и поврежденной ткани включена в раневой экссудат, присутствие которого придает ране нездоровый внешний вид, но на самом деле это имеет первостепенное значение для лечения ран. Экссудат не подразумевает инфекцию. Следует обратить внимание, что нейтрофилы присутствуют также в стерильных ранах.
Через 3 дня нейтрофилы заменяются макрофагами.

Основные функции макрофагов:

  • Продукция провоспалительных цитокинов;
  • Стимуляция и моделирование восстановления тканей;
  • Изменение временного внеклеточного матрикса для формирования грануляционной ткани;
  • Фагоцитоз (многоядерные гигантские клетки);
  • Превращение в эпидермальные клетки и гистиоциты.

Таким образом, активированные макрофаги работают в окружающей среде раны и играют основную роль в переходе между фазами воспаления и восстановления. Факторы роста макрофагов способствуют размножению клеток новой ткани, включая фиброплазию и ангиогенез. Макрофаги также высвобождают в окружающую среду раны лактат, который стимулирует разрастание соединительной ткани и продукцию коллагена. Макрофаги, фибробласты и молодые клетки крови мигрируют в рану единично или единым раневым модулем.  Полиморфноядерные нейтрофилы и макрофаги выполняют важную функцию отторжения нежизнеспособных тканей и очистки раны, регулируемую цитокинами и факторами роста.

Фаза воспаления в экспериментальных ранах продолжается приблизительно 5 дней. Классические признаки данной фазы – покраснение, припухлость, болезненность, повышение местной температуры, нарушение функций. Окружающая среда таких ран идеальна для бактериальной инфекции, и грубое обращение с этими тканями может поддерживать некроз ткани с последующим инфекционным поражением.

Фаза пролиферации, или восстановительная фаза

Примерно через 3–5 дней после ранения признаки воспаления начинают ослабевать. Пролиферативная фаза в большинстве случаев возникает спустя 5–20 дней после ранения.

Данная фаза включает в себя 4 основных процесса:

  • Неоваскуляризация/ангиогенез;
  • Фиброплазия и отложение коллагена;
  • Эпителизация;
  • Стягивание краев раны.
Эта фаза характеризуется пролиферацией фибробластов, эндотелиальных и эпителиальных клеток. Фибробласты заполняют рану и начинают откладывать новый матрикс в виде коллагена и гликозаминогликанов. Одновременно начинается неоваскуляризация и формируется грануляционная ткань.

Неоваскуляризация, или ангиогенез

Ключевым моментом в процессе заживления ран является формирование кровеносных сосудов – ангиогенез. Без адекватного питания фибробласты не могут выживать в окружающей среде раны, иными словами, нет фибробластов – нет коллагена. Эндотелиальные клетки от родительского ложа пролифелируют на 2-й и 3-й дни после повреждения и служат клеточным началом ангиогенеза. Капиллярные пучки прорастают во внеклеточный матрикс (ВКМ), где они переходят в дистальные ветви и соединяются, формируя капиллярные петли, в итоге объединяясь в капиллярную сеть Рост капилляров из окружающих тканей в рану составляет 0,4–1 мм/день.

Фиброплазия и отложение коллагена

Фиброплазия – это процесс образования в ране соединительной ткани. Фибробласты возникают из жизнеспособных тканей раны, которые склонны к дифференциации и синтезируются во внеклеточном матриксе раны, включающем в себя строительные блоки коллагена, протеогликанов и гликопротеины. Популяция фибробластов начинает возрастать на 3–5-й день после ранения и достигает пика активности на 7-й день (т. е. большинство ран, имеющих зияние, затягиваются на 3–5-й день после операции). Примерно с 4-го дня простого повреждения начинает формироваться молодая грануляционная ткань, которая играет главную роль в рубцевании.
Рис. 1. Формирование грануляционной ткани. Рисунок Кипа Картера (Art by Kip Carter © 2016, University of Georgia Research Foundation, Inc.).

Эта ткань называется грануляционной потому, что располагается на поверхности раны и имеет зернистый (гранулярный) вид. Для нее характерна пролиферация вновь образованных мелких кровеносных сосудов и фибробластов. Множественные изгибы мелких сосудов макроскопически создают впечатление сероватых зерен (гранул) (рис. 1). Вновь образованные сосуды имеют проницаемые межэндотелиальные контакты, допускающие выход белков и эритроцитов из сосудистого русла, поэтому грануляционная ткань нередко бывает отечной. Это очень хрупкая ткань, но она важна из-за ее функции барьера для инфекции.

Для ускорения этой фазы заживления ран разработан инновационный продукт Мирраген , представляющий собой биологически активное боратное стекловолокно. Он служит матрицей, состоящей из волокон и шариков на основе бора и других неорганических микроэлементов. Образование здорового ложа грануляционной ткани служит не только барьером для внешнего загрязнения, но и каркасом для мигрирующих эпителиальных клеток. За прочность соединения краев раны ответственен непосредственно коллаген. Отсутствие коллагена или неправильное его формирование может привести к зиянию раны. Коллаген представляет собой отложение фибробластов и связанных фибриновых нитей. Основой для оптимальной продукции коллагена является витамин С (обязателен для процесса энзимного гидроксилирования). Если процесс гидроксилирования неполный, то коллагеновые молекулы не могут выделяться из фибробластов. Таким образом, осуществляется переход к созреванию и ремоделированию, что в конечном счете будет повышать прочность раны.

Эпителизация

Через 1–2 дня после ранения эпителиальные клетки начинают пролиферацию в базальной зоне и вышележащем шиповатом слое клеток (вдоль жизнеспособной границы кожного дефекта) с помощью псевдоподий. Эпителиальные клетки повреждают образовавшийся сгусток в ране и строму, секретирующую протеолитические энзимы (коллагеназы, активаторы плазминогена), и пытаются заменить покрытие жизнеспособной тканью. В процессе миграции клетки эпителия могут увеличиваться в размерах и «расплющиваться» над сосудистым раневым ложем (рис. 2).
Активность эпителиальных клеток приводит к ингибированию грануляционной ткани для предотвращения образования избыточного количества этой ткани.Общая продолжительность эпителизации может варьироваться от нескольких дней до нескольких недель (в зависимости от размера раны и состояния грануляционной ткани).

Рис. 2 Эпителизация. Рисунок Кипа Картера (Art by Kip Carter © 2016, University of Georgia Research Foundation, Inc.).

В ранах с минимальным дермальным разрывом, закрытых с помощью швов, эпителиальные клетки могут образовывать перемычки за 48 часов. В ранах с повреждением на всю толщину ткани эпителиальные клетки формируются лишь после появления грануляционной ткани (на 4–5-й день после ранения). В небольших по ширине ранах миграция эпителия может длиться неделями или вовсе не закончиться полным закрытием раны. Таким образом, процесс эпителизации может занимать временной отрезок от фазы пролиферации до фазы созревания.

Псевдозаживление

Раны, соединенные с помощью швов, могут казаться зажившими, однако при преждевременном снятии швов отмечается зияние раны (без подходящей коллагеновой поддержки ниже эпидермальной поверхности раны недостаточно эластичны).

Стягивание краев раны (раневое сжатие)

Раневое сжатие – это процесс, в котором периферическая кожа с дефектом на всю толщину благодаря центростремительному механизму постепенно закрывает рану, распространяясь к центру. Сжатие раны охватывает обе фазы – пролиферацию и фазу созревания.

Начиная с 5–9 дней после ранения фибробласты превращаются в гладкие мышечные сократительные белки, за их счет и осуществляется стягивание краев раны от периферии к центру. Если стягивание раны является чрезмерным, может возникнуть контрактура раны, которая является патологическим процессом, приводящим к ограничению подвижности нижележащих структур. Интересно, что квадратные и прямоугольные раны стягиваются более эффективно, чем циркулярные кожные дефекты. Линейные края способствуют силе линейного сжатия миофибробластов.

Фаза созревания и ремоделирования ткани включает:

  • Редукцию ячеистой структуры грануляционной ткани, отмирание фибробластов и эндотелиальных клеток;
  • Утолщение пучков коллагеновых волокон, показывающих увеличение прочности соединения краев раны вдоль линии натяжения;уменьшение содержания коллагена во внеклеточном матриксе (рис. 3)

Рис. 3. Созревание и ремоделирование ткани. Рисунок Кипа Картера (Art by Kip Carter © 2016, University of Georgia Research Foundation, Inc.).

Переход от внеклеточного матрикса к рубцовой ткани требует ремоделирования соединительной ткани.  В процессе перехода от грануляционной ткани к рубцовому созреванию происходит ремоделирование коллагена с балансированием между его образованием и разрушением. Образование коллагена связано непосредственно с прочностью растяжения краев ран.

Так, спустя 3 недели после ранения рубцовая ткань составляет 20 % от окончательной прочности. После этого увеличение эластичности происходит с более медленной скоростью. В последующие несколько недель рубец достигает только 70–80 % от прочности нормальной ткани. В конце процесса заживления отмечается меньшее количество коллагеновой ткани (по сравнению с ее первоначальным содержанием в ране), но с лучшей структурной конфигурацией.
Фаза созревания и ремоделирования после ранения в целом длится приблизительно от 20 дней до 1 года. Применяя продукт Мирраген для заживления раневых поверхностей можно ускорить этот процесс на 25-40 %.

Литература:

  1. Williams J., Moores A. Wound Management and Reconstruction second Edition. – 2016. – C. 1–13.
  2. Pavletic M. Atlas of Small Animal Wound Management and Reconstructive Surgery, Third Edition. – 2017. – C. 17–28.