超音波快速傷口癒合術

超音波快速傷口癒合術

英國科學家研究證實,超音波除了清潔眼鏡與衣服、察知胎兒狀況,還可以重啟(reactive)細胞活力,加速皮膚慢性傷口的癒合。與當前的治療法相比,飽受慢性傷口(chronic wound)久治不癒之苦的患者,譬如褥瘡、糖尿病引起的潰瘍等,癒合速度將較以往快上33%。

文/陳淑芬

健康的人無法想像飽受疾病摧殘病患所受之苦。對於健康的人來說,當然也很難想像傷口癒合的「速度」會是多麼重要。

糖尿病患者或年長者,因末梢血液循環不佳、白血球功能不良、膠原蛋白合成減少等原因,甚至肥胖者、抽菸者皆因免疫能力低下,致使傷口癒合的速度極慢,甚或難以自癒,極易產生慢性發炎甚至引發感染,嚴重者更導致死亡。

慢性傷口危及生命

慢性傷口(chronic wound),如褥瘡、慢性靜脈曲張潰瘍或糖尿病潰瘍1等所引起的傷口,需要較長時間治療才能慢慢癒合,癒合時間超過8週,並且極度疼痛。統計指出,因糖尿病接受小腿截肢的患者,九成是慢性傷口所致!皆易引起敗血症,產生致命危機。

註:
糖尿病名列國人10大死因第4名,2013年造成9千4百多人死亡。根據衛福部統計,國內20歲以上人口中,約8%罹患糖尿病,估計患者達150萬至180萬人。國內因肢端壞死或受傷,而須截除膝蓋以下部位的糖尿病患者,達7%至8%。

褥瘡則好發於老年跌倒骨折、中風昏迷、下半身癱瘓等患者。據統計顯示,長期臥床或行動不便的病人,3分之1發生過褥瘡。荷蘭的研究發現,褥瘡病人的住院天數比一般病人多3倍;國內則有數據指出,每年平均有6萬人死於褥瘡和其併發的傷口感染。

醫師指出,台灣有將近一半的非創傷性截肢起因於糖尿病。在美國,每年因為非外傷而導致截肢的病人,50~70%為糖尿病患者,並因傷口癒合極慢及其所引發之感染,長期住院,造成國家及社會天文數字的醫療消耗。在英倫,目前有20萬人受慢性傷口之苦,每年花掉英國的健保NHS(國民醫療保健服務)31億英鎊。全球每年平均花掉2%~5%醫療資源於慢性傷口上。

有鑑於此,英國雪菲爾大學(University of Sheffield)及布里斯托大學(University of Bristol)等科學家們共同合作研究,成果並已發表於國際期刊《皮膚病學研究期刊》(2015年11月):低強度超音波(low-intensity ultrasound)能夠刺激傷口細胞,讓皮膚潰瘍及褥瘡等傷口,癒合時間加速33%──等於縮短3分之1的恢復期!

低強度超音波或可救命

癒合速度加快有什麼好處?降低感染發生的可能!尤其對免疫力低下的病患而言,不僅造成長期痛楚,一旦發生感染,就易生致命的風險。

英國雪菲爾大學膜動力學中心的貝斯博士(Mark Bass)表示:「約25%的糖尿病患者深受慢性潰瘍所苦,尤其是腳部,最糟糕且常見的下場就是截肢。」他同時也是該研究的主持人及論文的第一作者。他強調,家人與社會都要面對龐大的照護需求及醫療開支。

貝斯指出,醫療界以2種方法處理慢性傷口,第一種、也是最常見的方法就是「與感染對抗」,也就是採用抗生素(這又牽涉到常見的抗生素濫用之問題),並加以清創與特殊敷料,期待著,待消滅了感染之後,患者的自癒能力就能發揮功效。

接下來,就是以外來因子喚醒(reawaken)應該進行癒合的細胞起來工作,比如將幹細胞或生長因子塗敷在傷口上,激活(reactivate)應執行癒合的細胞。然而目前此類特殊療法無敵昂貴,簡直天價,實非一般人能負擔得起。再者,「慢性傷口的環境極其惡劣,導致這類外來因子很快就被環境摧毀。」

因此貝斯與他的團隊決定:找出一種喚醒傷口部位細胞自癒本能、不須使用化學藥劑的技術。換句話說,他們想喚醒身體的細胞,使細胞履行其正常功能──也就是隨著時間流逝而遺忘的自癒本能。

低強度超音波令纖維母細胞從睡眠中甦醒(reawaken),集結傷口進行癒合;「欺騙」年老細胞自己還處於年輕、健康狀態,提升自癒力。圖/CC0 1.0 Universal (CC0 1.0)

低強度超音波令纖維母細胞從睡眠中甦醒(reawaken),集結傷口進行癒合;「欺騙」年老細胞自己還處於年輕、健康狀態,提升自癒力。圖/CC0 1.0 Universal (CC0 1.0)

促使癒合速度達33%

早在上世紀中後期,醫療界即已知道低強度超音波可以加速骨頭癒合,只是一直不知道「加速癒合之機制為何?」不知其所以然,醫院就不會採用超音波來協助慢性傷口病患,因為新療法與新藥、新醫材的採用,首要原則就是「安全」。科學家們必須找出背後的生物學實證,然後才能說服醫院將之應用於慢性皮膚傷口的治療上。所以他們為了找出其原因,而誕生了這個研究。

因此,實驗目標從一開始即精準設定於慢性傷口。同時,在過程中他們發現:將低強度超音波應用於皮膚傷口,癒合效果竟然比骨頭更好!因此,他們進一步深化研究、一方面團隊也很想知道:癒合速度可以多快?「尤其是針對癒合不良的慢性傷口。」計畫主持人貝斯博士說。

蛋白質資料庫中的3D模擬纖連蛋白。圖/Emw(CC BY-SA 3.0)

蛋白質資料庫中的3D模擬纖連蛋白。圖/Emw(CC BY-SA 3.0)

他們以罹糖尿病且衰老的老鼠為受試者,在其慢性傷口施以低強度超音波,結果發現:超音波能促使身體癒合因子移動至傷口部位,並發揮作用,原本的9天癒合期縮減至6天,也就是回到年輕健康小鼠的癒合力。同時發現,即便患有「纖維連接蛋白依賴訊號」(fibronectin-dependent signaling)缺陷的老鼠,低強度超音波對牠們同樣有效。

貝斯博士解釋,纖維連接蛋白(fibronectin,又稱纖連蛋白、纖維黏連蛋白)可刺激細胞分泌各種功能蛋白。受傷時,可止血、保護損傷組織,可促進細胞粘連、增殖,並激活纖維母細胞(fibroblast,又稱成纖維細胞)內的訊號蛋白質Rac1等,促使纖維母細胞移動、聚集於傷口。

纖維母細胞是結締組織的基本構造,分泌表皮細胞生長因子,合成膠原蛋白及胞外基質等,修復受損細胞,提供傷口防護,使皮膚層增厚而緊緻,在傷口癒合上扮演重要角色。

強力啟動細胞回春

慢性疾病、老化或纖維連結蛋白依賴訊號異常,或因血流量不足,導致纖維母細胞無法移動,造成慢性傷口癒合功能障礙,往往導致患者必須截肢的下場──而且還是極為常見的後果!

由於隨著老化或罹患糖尿病等因素,自癒細胞停止了作用,也就是說,全都睡著了。這個研發就是要「欺騙」衰老的纖維母細胞(fibroblast)相信自己「還非常年輕」。

最簡明的解釋,就是低強度超音波喚醒了細胞,也就是身體天然的自癒力。

貝斯博士用了三種說法形容其效用:喚醒(reawaken)、激活(reactivate)、重啟(jump-start),第三種就是利用外來電力為汽車「強力啟動」的片語,用於形容此研究,可謂極為貼切。

低強度超音波的功用就是藉由震動細胞膜,開啟細胞慣常會執行的一些信號機制,據貝斯博士的說法,不須給予身體奇怪的化學藥劑,促使細胞做出異常的舉動而導致副作用,「這就是何以低強度超音波,確實是一種極具吸引力的療法之因。」

貝斯強調:「我們只是鼓勵細胞做他們通常會做的事。」也就是逆轉創傷癒合缺陷,恢復傷口癒合的原軌跡。

奈米震動加速癒合

藉由低強度超音波的奈米震動(nano-vibrations),促使皮膚細胞膜開放通道,讓鈣離子流動;在細胞內信號傳導機制中,鈣扮演著重要角色,鈣在細胞膜間的移動,控制著細胞許多的功能;隨著每顆細胞內鈣的移動,牽引著纖維母細胞往損傷部位聚集,隨著膠原蛋白沉積更多、真皮厚度增加,並像縫線一樣拉動著開放性傷口的邊緣,將之縫合起來,促進了傷口的癒合。這樣一來,同時也減少了感染率──因為傷口加速縮小了。

因著這個研究,團隊已經證明低強度超音波治療傷口的有效性,貝斯博士保守道,「老鼠和人體畢竟有區別,仍有待進一步人體試驗。」貝斯團隊決定從小處著手,譬如,一開始先不挑戰較複雜的慢性傷口,尤其每位病人的情況皆很不同,而是從傷口情況普遍較一致的燒燙傷者開始,「過程中,我們可以同時看到燒燙傷患者的治療情形,一舉兩得。」

雖然非侵入式的超音波臨床應用已久,未發現任何致癌風險,亦毋須擔憂化學毒性與輻射。新手媽媽們仍不免會疑惑:如果超音波會刺激(激活)細胞,那麼,產檢超音波是否會影響到胎兒的健康呢?

貝斯解釋,這類超音波只會刺激細胞去做平常該做的事,不會有害處,並且,欲激活細胞,須每天對患處施予20分鐘的連續性刺激;而一般產檢超音波的探頭會移動,通常只停留數秒,最多僅達兩分鐘,「超音波成像與其治療潛力之間沒有任何衝突,因此是安全無虞的,不須擔心。」

貝斯表示,由分離自下肢靜脈潰瘍患者的細胞中,研究團隊已經證實了低強度超音波的癒合效果;也已經可以反轉因糖尿病、老化與先天性疾病所致的若干修復缺陷,因而獲治療的傷口,可以如年輕、健康者一樣的速度癒合。「這證明了,我們即將可以避免、甚至可能反轉慢性傷口的形成。」貝斯樂觀地說。

當然,人體臨床試驗永遠都需要一些時間,但貝斯相信3~5年內,將可獲醫療院所等實際採用。

顯微鏡下培養中的NIH/3T3纖維母細胞。圖/英文維基百科的SubtleGuest (CC BY-SA3.0)

顯微鏡下培養中的NIH/3T3纖維母細胞。圖/英文維基百科的SubtleGuest (CC BY-SA3.0)

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