第三节 损伤的修复

细胞和组织损伤后,机体对缺损部分在结构和功能上进行恢复,这一过程称修复(repair)。修复是通过细胞的再生来实现的,因此,修复以细胞的再生为基础,细胞再生的结果常是损伤组织的修复。修复包括两种形式:一是由损伤周围的同种细胞来完成修复,称为再生;二是由肉芽组织来修复,称为纤维性修复。多数情况下损伤由两种修复共同参与。
一、再生
组织缺损后,由邻近细胞分裂增殖以恢复原有组织的结构和功能的过程,称再生(regeneration)。
(一)再生的类型
再生分为生理性再生和病理性再生两种类型:
1.生理性再生
生理过程中,有些细胞、组织不断衰老死亡,由新生的同种细胞不断再生代替,始终保持细胞、组织原有的结构与功能,如血细胞衰老死亡后,骨髓造血干细胞不断产生新的血细胞予以补充,皮肤的表层角化细胞不断脱落,而基底层细胞不断增生、分化予以补充等。
2.病理性再生
病理情况下,组织、细胞受损后的再生,称病理性再生。病理性再生根据能否恢复原有的结构和功能,又分完全性再生和不完全性再生。如再生修复能完全恢复原有组织结构与功能,称完全性再生;由再生能力较强的肉芽组织增生修复,不能恢复原有组织结构与功能,称为纤维性修复,最后形成瘢痕组织,故也称瘢痕修复,属不完全性再生。大多数情况下,机体遭受创伤或疾病时,有多种组织发生损伤,故以上再生、纤维性修复过程常同时存在。
(二)各种细胞的再生能力
机体各种细胞再生能力不一,一般而言,分化程度低,平时易受损伤的组织以及生理过程中经常更新的组织,再生能力较强;反之则较弱。根据细胞再生能力的强弱,可将机体各种细胞分为以下三类。
1.不稳定细胞(labile cells)
又称为持续分裂细胞,这类细胞再生能力相当强。在生理情况下不断地进行着更新,以代替衰亡的细胞。如呼吸道、消化道黏膜被覆细胞,表皮细胞,造血细胞以及泌尿生殖器官黏膜的被覆细胞等。
2.稳定细胞(stable cells)
又称静止细胞,有潜在再生能力,即长期处于G 0期(静止期)的细胞。这类细胞在生理情况下一般较稳定,无明显再生更新现象。一旦受到刺激或损伤后,则表现出较强的再生能力,细胞重新返回增殖周期。属于这类细胞的有各种腺体或腺样器官的实质细胞,如肝、胰、内分泌腺、汗腺、皮脂腺和肾小管上皮细胞等;还有原始间叶细胞及其衍生细胞,如成纤维细胞、内皮细胞、软骨细胞及骨细胞等,间叶细胞还有较强的分化能力。由这些细胞构成的组织损伤后,常发生完全性再生,但如损伤范围较大,也可发生不完全性再生。平滑肌细胞也属于稳定细胞,但一般情况下再生能力较弱。
3.永久性细胞(permanent cells)
又称非分裂细胞,这类细胞基本上无再生能力或再生能力非常微弱。如神经细胞(包括中枢及周围神经的神经节细胞)完全无再生能力,一旦遭受破坏常由胶质细胞增生修复形成胶质瘢痕,但这不包括神经纤维,在神经细胞存活的前提下,受损的神经纤维有着活跃的再生能力。骨骼肌及心肌纤维的再生能力非常微弱,损伤后常由纤维组织增生来修复,最后形成瘢痕。
(三)各种组织的再生过程
1.被覆上皮的再生
皮肤鳞状上皮损伤后,由损伤边缘的基底细胞层细胞分裂增生进行修补,先形成单层的上皮细胞覆盖缺损表面,然后分化成复层扁平上皮并出现角化,形成典型的鳞状上皮。胃肠黏膜被覆的柱状上皮缺损后,同样由邻近健康的腺颈部上皮细胞再生增殖,沿基底膜向表面推移,逐渐覆盖缺损,初为立方形,然后分化为柱状或纤毛柱状上皮细胞。
2.腺上皮的再生
腺体上皮损伤后,如基底膜未破坏,残存的上皮细胞分裂补充,可完全性再生修复。如腺体构造被完全破坏,则难以再生,如皮肤附属器汗腺完全破坏后不能再生,仅能以结缔组织代替。但子宫内膜腺和肠腺因结构比较简单,损伤后可从残留处细胞再生。
3.血管的再生
在组织修复过程中,血管能否再生至关重要,因为再生血管要为修复组织提供足够的营养物质。毛细血管再生以出芽的方式进行。毛细血管内皮细胞肥大、分裂、增生,向外突起形成单层的内皮细胞幼芽,这些幼芽开始为实性条索,在血液冲击下出现管腔,形成新生毛细血管,继而相互吻合构成毛细血管网(图1-11)。增生的内皮细胞逐渐分化成熟,分泌的Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白等形成基底膜。因新生毛细血管基底膜不完整,内皮细胞间空隙较大,故通透性较高。为适应功能需要,新生毛细血管可进一步分化,形成小动脉或小静脉。较大血管损伤后,必须经手术连接缝合后才能再生愈合。首先吻合处的内皮细胞分裂、增殖、连接,恢复原来内膜结构,离断的肌层由结缔组织再生形成瘢痕性愈合。
4.纤维组织的再生
纤维组织受损伤后,由成纤维细胞进行分裂、增生。成纤维细胞可由局部静止状态的纤维细胞转变而来,或由未分化的间叶细胞分化而来。幼稚的成纤维细胞体积较大,胞质嗜碱性,两端常有突起,胞核大、淡染,呈椭圆形或梭形,可见1~2个核仁。当成纤维细胞停止分裂后,开始合成并分泌前胶原蛋白与基质,在细胞周围形成胶原纤维,细胞逐渐成熟,细胞及胞核逐渐变小变细长,成为长梭形的纤维细胞(图1-12)。
图1-11 毛细血管再生模式图
图1-12 成纤维细胞再生模式图
5.软骨组织和骨组织的再生
软骨组织再生起始于软骨膜的增生,这些新的细胞形似成纤维细胞,以后逐渐变为软骨母细胞,并形成软骨基质,细胞被埋在软骨陷窝内而变为静止的软骨细胞。软骨再生力弱,软骨组织缺损较大时由纤维组织参与修补。骨组织再生力强,骨折后可完全修复。
6.神经组织的再生
脑及脊髓内的神经细胞破坏后不能再生,由神经胶质细胞及其纤维修补,形成胶质瘢痕。外周神经受损时,如果与其相连的神经细胞仍然存活,则可完全再生。首先,断处远侧段的神经纤维髓鞘及轴突崩解,并被吸收;近侧段的数个Ranvier节神经纤维也发生同样变化。然后由两端的神经鞘细胞增生,形成带状的合体细胞,将断端连接。近端轴突以每天约1mm的速度逐渐向远端生长,穿过神经鞘细胞带,最后达到末梢鞘细胞,鞘细胞产生髓磷脂将轴索包绕形成髓鞘。
此再生过程常需数月才能完成。若断离的两端相隔太远(超过2.5cm时),或者两端之间有瘢痕或其他组织阻隔,或者因截肢失去远端,再生轴突时不能达到远端,而与增生的结缔组织混合在一起,卷曲成团,成为创伤性神经瘤并引起顽固性疼痛。为防止上述情况发生,临床常施行神经吻合术或对截肢神经断端作适当处理。
二、纤维性修复
各种疾病或创伤引起的组织、器官损伤,包括实质细胞和间质细胞的损伤。即使损伤的器官的实质细胞具有再生能力,其修复也不能单独由实质细胞的再生完成,这种修复首先通过肉芽组织增生,溶解、吸收损伤局部的坏死组织及异物,并填补组织缺损,以后肉芽组织转化成胶原纤维为主的瘢痕组织。
(一)肉芽组织
1.肉芽组织的形态
肉芽组织(granulation tissue)主要由新生薄壁的毛细血管、成纤维细胞及各种炎性细胞组成。肉眼观呈颗粒状、鲜红色、柔软、湿润、触之易出血。形似鲜嫩的肉芽,故名肉芽组织,因无神经纤维,而没有疼痛。镜下见,由内皮细胞增生形成的实性细胞索及扩张的毛细血管平行排列向着创面垂直生长,以小动脉为轴心,在创伤的表面处互相吻合成袢状弯曲的毛细血管网,并突出于创面。新生毛细血管间有大量增生的成纤维细胞及少量炎性细胞,肉芽组织中一些成纤维细胞的胞质内含有肌细丝,此种细胞除有成纤维细胞的功能外,还有平滑肌的收缩功能,因此称其为肌成纤维细胞(彩插图1-13)。
图1-13 肉芽组织
2.肉芽组织的功能
(1)抗感染保护创面:
在伤口有感染的情况下,肉芽组织可对感染物及异物进行分解、吸收。如伤口中一些可溶性物质、细菌、细小的异物或少量坏死组织,可通过中性粒细胞、巨噬细胞的吞噬、细胞内水解酶的消化作用使之分解,通过毛细血管吸收,以消除感染,清除异物,保护伤口洁净,以利愈合。
(2)机化血凝块和坏死组织:
肉芽组织在向伤口生长的同时也是对伤口中的血凝块、坏死组织等异物的置换过程,只有当血凝块、坏死物被肉芽组织完全机化后,才能给伤口愈合创造良好的条件,否则将会影响愈合过程。
(3)填补缺损:
当创口感染被克服,异物被吸收后,良好的肉芽组织才能生长,将创口填补,缺损连接。
3.肉芽组织的演变
肉芽组织在创伤后2~3天内即可出现,从体表创口自下而上或从创缘向中心生长,以填补缺损的组织。随着时间的推移,肉芽组织逐渐成熟,炎细胞逐渐减少并消失;间质内水分亦逐渐减少;部分毛细血管管腔闭塞并逐渐消失,部分毛细血管演变为小动脉和小静脉;成纤维细胞产生胶原纤维后,逐渐变为纤维细胞。至此,肉芽组织成熟变为纤维结缔组织,并发生玻璃样变老化为瘢痕组织。
(二)瘢痕组织
1.瘢痕组织的形态
瘢痕(scar)组织是指肉芽组织经改建成熟形成的纤维结缔组织。瘢痕组织内血管较少,纤维细胞少,而胶原纤维增粗且互相融合,平行或交错分布成束,均质红染状即玻璃样变性。外观呈苍白色或灰白色,半透明,质地坚实而缺乏弹性。
2.瘢痕组织的作用及影响
(1)对机体有利的一面:
瘢痕组织的形成,可使损伤的创口或缺损的组织长期牢固地连接起来,并能保持组织器官的完整性及坚固性。
(2)对机体的不利影响:
①由于瘢痕组织弹性较差,抗拉力的强度弱,如局部承受过大的压力,可使愈合的瘢痕组织向外膨出,如腹壁瘢痕处因腹压增大可形成腹壁疝,心肌梗死形成的瘢痕向外凸出则形成室壁瘤;②瘢痕组织可发生收缩,可导致有腔器官管腔狭窄、关节活动障碍、器官粘连或硬化等;③少数患者瘢痕组织过度增生形成隆起的斑块,称瘢痕疙瘩;其发生机制不清,一般认为与体质有关。经过较长一段时间后,瘢痕组织内的胶原纤维在胶原酶的作用下,分解吸收,使瘢痕缩小、变软。胶原酶主要来自巨噬细胞、中性粒细胞和成纤维细胞等。
三、创伤愈合
创伤愈合(wound healing)是指机体遭受外力作用后,损伤的组织出现断离或缺损,通过再生进行修复的过程。创伤愈合包括了各种组织的再生和肉芽组织增生、瘢痕形成等,表现出各种过程的协同作用。
(一)创伤愈合的基本过程
1.伤口的早期变化
为急性炎症反应,伤口局部血管断裂出血并有不同程度的组织坏死,出现炎症反应,表现为充血,浆液渗出及白细胞(主要为中性粒细胞等炎性细胞浸润)游出,故局部红肿。伤口中血液和渗出物内的纤维蛋白原很快凝固,形成的血凝块填充在伤口内,伤口表面干燥形成的痂皮,对伤口有保护作用。
2.伤口收缩
2~3天后,边缘的整层皮肤及皮下组织向中心移动,于是伤口迅速缩小,直到14天左右停止。伤口收缩的意义在于缩小创面。伤口收缩是由伤口边缘新生的肌成纤维细胞的牵拉作用引起。
3.肉芽组织增生和瘢痕形成
创伤后第3天开始,从伤口底部和边缘长出肉芽组织将伤口填平。第5~6天起成纤维细胞产生并分泌胶原纤维与基质,其后一周胶原纤维形成十分活跃,以后逐渐缓慢下来。伤后数小时上皮细胞也增生,增生的上皮开始呈单层上皮细胞,覆盖于肉芽组织的表面,当增生上皮完全覆盖伤口表面时,则停止增生,并分化成鳞状上皮。如伤口直径大于20cm时,则再生表皮很难将创口完全覆盖,往往需要植皮。经过上皮增生及肉芽组织的形成,伤口已达初步愈合。随着胶原纤维大量增生,毛细血管及纤维细胞减少,逐渐形成瘢痕组织。
(二)皮肤和软组织的创伤愈合
根据损伤程度及有无感染,将创伤愈合分为以下三种类型:
1.一期愈合(healing by first intention)
见于损伤范围小,组织坏死、出血、渗出物少,创缘整齐,对合严密,无感染的伤口。如皮肤的无菌手术的切口愈合,就是典型的一期愈合。创伤后,伤口内仅有少量血凝块,故炎症反应轻。肉芽组织从伤口边缘长入将创缘连接起来,创缘表皮再生将创口覆盖。约1周左右伤口达临床愈合,可拆除缝线,留下一条线状瘢痕(图1-14)。
2.二期愈合(healing by second intention)
见于组织缺损大,创缘不整齐,无法整齐对合或伴有感染的伤口。这种伤口坏死组织多,炎症反应明显,只有在坏死组织被清除,感染被控制后,再生才能开始。并且需要多量的肉芽组织和上皮才能将伤口填平覆盖,所以伤口愈合时间长,形成的瘢痕大(图1-15)。
(三)骨折愈合
骨组织再生能力较强,骨折发生后,可由两断端的骨组织再生修复。经过良好复位及固定的单纯性外伤性骨折,几个月内可完全愈合,恢复正常的结构和功能。骨折愈合(fracture healing)过程可分为以下几个阶段(图1-16)。
1.血肿形成
骨折时因周围组织及骨组织损伤,造成局部血管破裂出血形成血肿。数小时后血肿发生凝固,将两断端连接起来。以后局部出现炎症反应,故外观红肿。渗出的白细胞清除坏死组织,为肉芽组织的长入与机化创造了条件。
图1-14 一期愈合示意图
图1-15 二期愈合示意图
图1-16 骨折愈合过程模式图
2.纤维性骨痂形成
骨折后2~3天,骨外膜及骨内膜处的骨膜细胞增生成为成纤维细胞及毛细血管、炎性细胞构成的肉芽组织,向血凝块中长入,逐渐将其取代,形成质软、局部呈梭形肿胀的纤维性骨痂,或称临时骨痂,将两断端连接起来,但此时的连接并不牢固。此过程约需2~3周。
3.骨性骨痂形成
在纤维性骨痂基础上,成纤维细胞逐渐分化为成骨细胞和成软骨细胞。成骨细胞分泌大量的骨基质,沉积于细胞间,成骨细胞逐渐成熟变为骨细胞,形成骨样组织。骨样组织的结构似骨,但无钙盐沉着,以后钙盐沉积变为骨性组织。成软骨细胞也经过软骨化骨过程变成骨性组织,形成骨性骨痂。此时骨折的两断端牢固地结合在一起,但骨小梁排列紊乱,结构较疏松,比正常骨脆弱。故仍达不到正常骨组织的功能要求。此期需4~8周。
4.骨痂改建
上述骨性骨痂虽达到临床愈合阶段,但根据功能的要求,骨性骨痂还需进一步改建成板层骨。在改建过程中,是通过破骨细胞与成骨细胞的协同作用完成的。破骨细胞可将不需要的骨组织吸收、清除,而成骨细胞可产生新的骨质逐渐加强负荷重的部位,使骨小梁逐渐适应力学排列方向,经过一定时间,可以完全恢复正常骨的结构和功能。
(四)影响创伤愈合的因素
创伤愈合是否完全及时间的长短,除与组织损伤的程度、组织的再生能力、伤口有无坏死和异物及有无感染等因素有关外,还受机体全身性和局部性因素的影响。影响再生修复的因素包括以下两个方面。
1.全身因素
包括年龄、营养状况及药物的使用等。
(1)年龄因素:
婴幼儿及青少年的组织再生能力强,愈合快;老年人因组织、细胞的再生能力弱,愈合慢,可能与老年人血管硬化,血液供应不足有关。
(2)营养状况:
各种原因引起的营养不良,特别是蛋白质及维生素等的缺乏时易影响组织的再生。蛋白质缺乏,尤其是含硫氨基酸(如甲硫氨酸、胱氨酸)缺乏时,胶原纤维形成不良,伤口愈合延缓。其他如维生素C、微量元素锌缺乏也会延缓愈合。因此,给较大手术后患者补充必要的营养,有利于手术后创伤的愈合。
(3)激素或药物的作用:
机体的内分泌状态或一些药物对再生修复有重要影响。如垂体的促肾上腺皮质激素及肾上腺糖皮质激素,能抑制炎症的渗出、巨噬细胞的吞噬及肉芽组织的形成,且能加速胶原纤维分解,故在炎症创伤愈合过程中要慎重使用此类激素。某些药物,如青霉胺能抑制结缔组织的再生及胶原的合成。
2.局部因素
局部很多因素可影响局部组织或细胞的再生,常见的局部因素有下列几种:
(1)感染与异物:
伤口感染时,局部渗出物多,伤口张力大易使伤口裂开;细菌毒素、酶可引起组织坏死及胶原纤维与基质溶解,使感染扩散,致伤口愈合延缓。异物(如死骨片、丝线、纱布等)既是一种刺激物,同时也加重炎症反应,只有对异物清除后,伤口才能愈合。
(2)局部血液供应:
局部血液供应良好能保证组织再生所需的氧和营养,同时也有利于对坏死组织的吸收及控制局部感染,反之则影响愈合。
(3)神经支配:
局部神经受到损伤时,因神经营养不良可导致局部受累组织难以愈合。如麻风引起的溃疡不易愈合。自主神经损伤,血管的舒缩调节失衡使血液循环障碍,也不利于再生修复。
骨折愈合时,上述影响创伤愈合的全身及局部因素对骨折愈合都起作用。如骨折断端间有异物或有其他组织嵌塞,断端活动、对位不良等,也会影响骨折的愈合。
理论与实践
机体从受损到康复是个连续而复杂的生物学过程,其中某些环节起着十分重要的作用,随着高新生物技术在医学领域的广泛应用,人们对创伤与修复的探索已深入到分子与基因水平,在不断揭示奥秘的同时,促进了临床治疗的进步。近年,我国科学家在组织修复研究领域,已生产出国际上第一个用于创面修复的基因工程国家一类新药,在大型哺乳动物模型中,成功构建出骨、软骨、肌腱、皮肤、血管、角膜和外周神经等组织。

(苏蔚)