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基于OMAG評估下肢缺失患者殘肢皮膚反應(yīng)性充血的方法
下肢缺失個(gè)體在使用假體時(shí)，殘肢皮膚在與假體接受腔接觸處會(huì)受到連續(xù)的、重復(fù)的法向力和切向力。因此很多下肢截肢個(gè)體會(huì)存在皮膚刺激和破損情況，會(huì)導(dǎo)致疼痛，活動(dòng)能力降低，嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致進(jìn)一步截肢。目前對有皮膚破損風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體，視診仍是評估皮膚健康情況的金標(biāo)準(zhǔn)。皮膚溫度測量也可以作為一種評估方法，但尚未在臨床上廣泛采用。以上這些方法受檢查者主觀因素影響較大，實(shí)際臨床中也容易受到許多其他因素的影響。華盛頓大學(xué)研究人員U Baran等使用基于OCT的微血管造影技術(shù)（OMAG），評估了健全和下肢缺失受試者皮膚反應(yīng)性充血情況，為臨床治療評估提供了新思路。文章以“OCT- based microangiography forreactive hyperaemia assessment within residual limb skin of people with lowerlimb loss"為題發(fā)表于Wiley Online Library。
研究背景
閉塞后反應(yīng)性充血(Post- occlusive reactive hyperaemia, PORH)是一種重要的皮膚保護(hù)機(jī)制，使其能夠從動(dòng)脈閉塞中恢復(fù)。有研究建議在施加物理應(yīng)力后測量皮膚的PORH應(yīng)答，以組織的血液再灌注能力作為判斷皮膚健康的生物標(biāo)志。
光學(xué)相干斷層掃描(Optical coherence tomography, OCT)是一種新興的非侵入性成像方式，可以對體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和微血管進(jìn)行高分辨率成像。研究人員使用基于OCT的微血管造影技術(shù)(OMAG)，分別從健全個(gè)體和脛骨截肢個(gè)體中采集了肢體皮膚圖像，探究應(yīng)力作用下皮膚的PORH反應(yīng)。
受試者分別使用支架(圖1A)和假體原地行走5 min，誘導(dǎo)下肢皮膚PORH反應(yīng)。移除支架或假體后，將出現(xiàn)皮膚發(fā)紅的區(qū)域定為高應(yīng)力區(qū)域(圖1B)，采集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的OMAG圖像。通過量化圖像中MIP（maximum intensity projection map）的血管密度來比較血流反應(yīng)(圖1C)。
健全受試者(N=2)為健康男性，年齡分別為28歲、24歲，體重80-85 kg。下肢缺失受試者(N=2)為男性，均脛骨截肢7年以上并使用假體。其中受試者1年齡69歲，體重93 kg，有高血壓病史，因外傷截肢；受試者2年齡60歲，86 kg，有高血壓和糖尿病伴shenjingbing變史，因糖尿病繼發(fā)截肢。
圖1. 對健康皮膚的光學(xué)相干斷層掃描和成像。A. 健全受試者佩戴的用于壓迫周圍皮膚的可卸載支架。B. 對皮膚進(jìn)行成像的探頭。C. OMAG成像體積圖像和MIP圖像，視野5 mm × 5 mm。
結(jié)果與討論
健全受試者1高壓力區(qū)表現(xiàn)出明顯的PORH反應(yīng)。支架移除后的前1- 3 min血流明顯增加，血管擴(kuò)張，更多毛細(xì)血管充盈，隨后逐漸減少，并在基線附近重新穩(wěn)定，即只能在較大的血管中檢測到血流(圖2A)。根據(jù)五次試驗(yàn)結(jié)果繪制出血管密度值曲線(圖2B)發(fā)現(xiàn)。每次試驗(yàn)平均血管密度都迅速顯著增加(達(dá)到基線的4.4- 7.3倍)，10- 15 min后逐漸回到基線，與健康微血管網(wǎng)絡(luò)的典型PORH反應(yīng)一致。支架移除后3.5 min或更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到血流峰值，且隨試驗(yàn)進(jìn)行，回落到基線所用的時(shí)間越來越短。
圖2. A. 健全受試者使用支架原地行走5 min后，移除壓力，15 min內(nèi)反映皮膚微血管PORH應(yīng)答的MIP圖像(5 mm×5 mm)。B. 連續(xù)5天應(yīng)力測試情況，OMAG血管密度發(fā)生變化。都顯示出類似的快速上升至初始峰值，后逐漸更快地回到基線。
健全受試者1的OMAG圖像通過包裹著泥漿和礦物油的玻璃獲得。這種方法成像質(zhì)量高，但成像之前需要準(zhǔn)備，因此很難觀察到支架移除一瞬間的PORH峰。于是對其余受試者成像時(shí)，去掉了玻璃縮短操作時(shí)間并將成像范圍縮小到2.5×2.5 mm。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩位健全受試者的PORH反應(yīng)情況類似(圖2，圖3A)。健全受試者2支架移除后60-90 s，血管密度增加到基線的1.5- 2.3倍。假體移除3- 5 min后，血管密度回到基線。但從峰值回落到基線的時(shí)間并沒有隨試驗(yàn)持續(xù)而縮短。
與身體健康的參與者(圖2和3A)相比，下肢缺失受試者1(圖3B)的皮膚血管更小、更密集，PORH應(yīng)答中回到基線更快。假體移除后約21 s，血管密度峰值增加至基線的2.6倍，參與者2假體移除后78 s，血管密度峰值增加至基線的1.6倍。下肢缺失受試者1回到基線的速度最快，受試者2的速度是其2.3倍，健全受試者速度是其3.8倍以上。
圖3. OMAG(2.5 mm×2.5 mm)的分子印跡圖像使用更快的成像協(xié)議，顯示PORH在使用剛性支架或假肢接受腔原地行走5分鐘后處于皮膚的高應(yīng)力區(qū)域。第二個(gè)健全參與者的OMAG圖像，顯示了與圖2的第一個(gè)健全參與者相似的結(jié)果。第一個(gè)下肢缺失的參與者的皮膚與健全的參與者相比具有不同的微血管形態(tài)和更快的PORH恢復(fù)。除了PORH反應(yīng)不太明顯外，第二個(gè)有肢體缺失的參與者也獲得了類似的結(jié)果。
值得注意的是，隨試驗(yàn)進(jìn)行，健全受試者1的PORH應(yīng)答趨勢變化很明顯，血流在PORH峰之后回到基線的速度越來越快。到達(dá)峰值的時(shí)間似乎也越來越短。該現(xiàn)象似乎可以用Mueller在2002年提出的物理應(yīng)力理論（Physical Stress Theory）解釋，即根據(jù)施加應(yīng)力的大小和類型，組織會(huì)通過生物變化對壓力產(chǎn)生不同應(yīng)答。因此剛性支架反復(fù)給組織施加壓力到閾值可能會(huì)引起肢體皮膚出現(xiàn)生理適應(yīng)，使其更能抵抗持續(xù)的負(fù)荷。這可能是膠原蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，以使皮膚能夠承受更大的負(fù)荷而損傷更小。還有研究對施加了重復(fù)壓縮和剪切應(yīng)力后的豬皮進(jìn)行電子顯微鏡成像，發(fā)現(xiàn)總膠原含量保持不變，但應(yīng)力區(qū)和非應(yīng)力區(qū)的膠原纖維直徑增加。這些可以幫助解釋為什么四肢皮膚能夠承受壓力的變化。
雖然PORH恢復(fù)率增加是一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，但只出現(xiàn)在一名受試者身上，健全受試者2中趨勢也不明顯。這可能與成像方法的或受試者身體特異性差異有關(guān)，還需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。
小結(jié)
該初步研究表明在施加應(yīng)力后，使用OMAG能夠提供定性的形態(tài)學(xué)血管信息，以及對下肢皮膚真皮中血液灌注的定量測量。如能有更多成功應(yīng)用案例，OMAG極有可能幫助人民提高目前對使用假體裝置引起的皮膚問題的認(rèn)識。此外，OMAG技術(shù)也可以應(yīng)用于研究其他與壓力相關(guān)的皮膚并發(fā)癥，如糖尿病足潰瘍或影響脊髓損傷患者的皮膚損傷。
參考文獻(xiàn)：Baran, U. , et al. "OCT‐based microangiography for reactive hyperaemia assessment within residual limb skin of people with lower limb loss." Skin Research and Technology (2017).