Plast Reconstr Surg Glob Open：痤疮瘢痕疙瘩生长过程中应力变化的有限元分析
2024-12-27 从医路漫漫 MedSci原创 发表于陕西省
为了了解痤疮瘢痕疙瘩生长与机械应力之间的关系，我们进行了有限元分析（FEA），测量了拍摄的痤疮瘢痕疙瘩的长/短尺寸，并对痤疮瘢痕疙瘩进行了显微镜观察。
瘢痕疙瘩是一种病理性的皮肤纤维增生性疤痕，在原始损伤区域的边界外无情地生长。它们起源于烧伤、手术、痤疮、毛囊炎，甚至昆虫叮咬，这些都会引起网状真皮层的炎症。它们是伤口愈合的炎症期异常慢性延长的结果，它诱导成纤维细胞过度沉积细胞外基质和血管增生。炎症是由遗传、全身（如性激素）和局部因素驱动的，包括损伤/疤痕皮肤边缘的机械力。后一种风险因素的证据包括，瘢痕疙瘩偏爱于承受强/重复机械应力的身体部位（例如，胸部前部），以及特定身体部位的瘢痕疙瘩特征形状：这些反映了局部机械力的主要方向，包括胸部的蟹爪、肩膀上的蝴蝶和上臂上的哑铃。机械生物学和观察性研究表明，机械刺激可能通过激活局部机械敏感细胞（包括内皮细胞和成纤维细胞）来驱动炎症。然而，由于缺乏可靠的瘢痕疙瘩形成和进展的动物模型，因此很难研究机械应力如何驱动瘢痕疙瘩生长。因此，一些研究转而使用有限元分析（FEA）。该方法以线性系统的分辨率评估所研究结构的所有点的力诱导位移，并表明胸部区域瘢痕疙瘩上由身体运动引起的拉伸张力对其前缘的瘢痕疙瘩施加应力。瘢痕疙瘩周围的皮肤也受到压力，表现为炎症、增殖和caveolin-1/ROCK机械传导途径的上调。
这些变化被认为是由瘢痕疙瘩的不同硬度驱动的，瘢痕疙瘩充满了厚厚的胶原蛋白绳，因此不灵活，周围的皮肤更柔软。周围皮肤的改变可能最终促进发炎的瘢痕疙瘩边缘向周围皮肤的水平生长。几乎一半的自然发生的（即非医源性的）瘢痕疙瘩是由胸部前部的痤疮引起的这些瘢痕疙瘩可能是由痤疮引起的炎症和网状真皮组织损伤（糜烂和溃疡）引起的；这种炎症与其他瘢痕疙瘩风险因素（如遗传和性激素）结合导致慢性瘢痕疙瘩性炎症。据认为，机械力驱动小而圆的痤疮瘢痕疙瘩的生长，使它们采用经典的蟹爪形状。为了进一步研究这一点，我们在这里探讨了机械应力在小痤疮瘢痕疙瘩向延伸到周围皮肤的细长瘢痕疙瘩转化中的作用，通过(1)有限元分析，(2)对220例痤疮源性瘢痕疙瘩患者易发部位的长度和宽度测量，以及(3)痤疮源性胸部瘢痕疙瘩的电子和光镜分析。
方法：对长轴长度为5 ~ 50mm，以5mm为增量的10个形状相同的椭球状瘢痕进行有限元分析。它们被植入皮肤并受到牵引。测定瘢痕疙瘩及其周围组织的应力。测量了220例痤疮瘢痕疙瘩的尺寸。电镜/光镜观察胸部痤疮瘢痕疙瘩的中心、边缘和周围组织。
长轴5mm椭球瘢痕疙瘩的有限元分析。瘢痕疙瘩嵌入正常皮肤真皮层，施加100n牵引。可见周围皮肤层(A)和瘢痕疙瘩本身(B)的应力。
长轴为10mm的椭球瘢痕疙瘩的有限元分析。瘢痕疙瘩嵌入正常皮肤真皮层，施加100n牵引。可见周围皮肤层(A)和瘢痕疙瘩本身(B)的应力。
图3所示。长轴为15mm的椭球瘢痕疙瘩的有限元分析。瘢痕疙瘩嵌入正常皮肤真皮层，施加100n牵引。可见周围皮肤层(A)和瘢痕疙瘩本身(B)的应力。
长轴20mm椭球瘢痕疙瘩的有限元分析。瘢痕疙瘩嵌入正常皮肤真皮层，施加100n牵引。可见周围皮肤层(A)和瘢痕疙瘩本身(B)的应力。
长轴为50mm的椭球瘢痕疙瘩的有限元分析。瘢痕疙瘩嵌入正常皮肤真皮层，施加100n牵引。可见周围皮肤层(A)和瘢痕疙瘩本身(B)的应力。
随着瘢痕疙瘩模型的“增长”，FEA记录的最大和最小应力值的变化。10个不同大小的瘢痕疙瘩（见图1B-5B中的值）记录的最大（红色）和最小（蓝色）应力值根据瘢痕疙瘩大小绘制。
痤疮瘢痕疙瘩的长径和短径之间的相关性，由临床照片确定。测量了47例患者胸部、背部和肩部的220个红斑性、隆起性和空间间隔性痤疮瘢痕疙瘩的尺寸。A、在水平轴和垂直轴上具有长直径和短直径的二维散点图。进行回归分析。B、等高线，以形象化每个尺寸的片数。
甲苯胺蓝染色图像，周围皮肤，前缘边缘，以及胸部切除的痤疮瘢痕疙瘩的中心。A，真皮乳头层周围组织显示少量血管。Bar, 100 μm。B，瘢痕疙瘩前缘显示真皮乳头层下有许多血管（红色箭头）。网状真皮与周围组织相似。Bar, 100 μm。C，中央区域显示乳头状真皮层和网状层之间的界限模糊。KC表示蓝色染色的纤维状胶原束，其延伸到更深的层。Bar, 100 μm。
胸部切除的痤疮瘢痕疙瘩周围皮肤、前缘和中心的电子显微镜。A，周围组织可见角质细胞碎片、纤维蛋白和大量细胞碎片，位于表皮基板下方，并突破基底膜。Bar, 2.0 μm。B，瘢痕疙瘩边缘，表皮基底膜下可见许多细胞和血管。Bar, 5.0 μm。C，瘢痕疙瘩边缘乳头状真皮中也可见成纤维细胞样细胞，被纤维蛋白包围。Bar, 2.0 μm。D，中央区域显示以不规则核和细胞内肌动蛋白丝纤维为特征的肌成纤维细胞。它们增生活跃，被纤维原（蓝色箭头）、肌丝（橙色箭头）和致密体（黄色箭头）包围。Bar, 2.0 μm
结果：有限元分析结果显示，随着瘢痕疙瘩的“生长”，牵引应力集中于瘢痕疙瘩的核心，然后均匀分布，然后越来越集中于瘢痕疙瘩边缘，尤其是真皮浅层。这与瘢痕疙瘩边缘周围组织的压力增加有关。临床尺寸测量显示，痤疮瘢痕疙瘩保持圆形直到4-5mm，之后它们迅速拉长。电镜显示，表皮基底膜下方可见角质形成细胞碎片、纤维蛋白碎片和大量细胞碎片。
结论：有限元分析、临床数据和标本病理分析表明，痤疮瘢痕疙瘩在长到直径4-5mm之前保持圆形；此后，它们在牵引应力的主导方向上迅速伸长。此外，牵拉应力集中在瘢痕疙瘩前缘的浅真皮上。此外，随着瘢痕疙瘩开始拉长，瘢痕疙瘩体顶部/底部和周围组织的应力减小。这些发现表明，当瘢痕疙瘩直径达到4-5mm时，应使用类固醇胶布或其他瘢痕疙瘩治疗。
Plast Reconstr Surg Glob Open：痤疮瘢痕疙瘩生长过程中应力变化的有限元分析
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