Введение

Образование гипертрофических и келоидных рубцов — серьезная проблема современной дерматологии, пластической хирургии и эстетической медицины. Несмотря на то что эти поражения чаще представляют собой лишь косметический дефект, в ряде случаев они могут сопровождаться выраженным зудом и болью, а также вызывать контрактуры (при расположении вблизи суставов), дефигурацию и обезображивание (при локализации на лице), приводящие к значительному снижению качества жизни [1].

Следует подчеркнуть, что гипертрофические и келоидные рубцы являются не просто итогом физиологического процесса регенерации раны, а фибропролиферативными заболеваниями кожи, механизмы развития и регуляции которых подчинены общим принципам фиброзирования. Излишне выраженная и пролонгированная воспалительная реакция, усугубляемая тканевой гипоксией, на любом из этапов заживления раневого дефекта стимулирует пролиферацию и активность фибробластов, что завершается избыточным накоплением экстрацеллюлярного матрикса и формированием неблагоприятных по течению рубцов [2, 3]. Необходимо отметить, что, несмотря на значительные различия в клинической картине, течении, терапевтической тактике и прогнозе, у гипертрофических и келоидных рубцов однотипные патогенетические черты [4].

Опубликовано большое количество исследований, посвященных изучению фиброза. Сформирован новый взгляд на патогенез фиброзирования тканей — он признан динамически протекающим и потенциально обратимым процессом. Описаны значимые гистологические и лабораторные маркеры фиброза [5, 6]. Между тем верифицирующим методом диагностики фиброзного процесса до сих пор остается патоморфологическое исследование, ключевыми недостатками которого являются его инвазивность, приводящая к повреждению исследуемой ткани, и субъективность.

Неинвазивные методы диагностики фиброза, применяемые в рутинной практике, не позволяют в полной мере оценить клиническую картину заболеваний и диктуют необходимость применения дополнительных инвазивных диагностических процедур. Изучение активности, тяжести течения и прогнозирование исходов фиброзных процессов кожи главным образом опирается на субъективные, неколичественные и нестандартизованные методики. В клинической медицине практически отсутствуют надежные маркеры, способные с высокой информативностью определить степень тяжести и стадию заболевания или прогнозировать эффективность планируемой терапии. По мнению экспертов, текущие разработки в данной сфере должны быть сфокусированы на описании биомаркеров, отражающих течение воспалительных, гипоксических и фиброзных процессов в коже и внутренних органах, а также позволяющих прогнозировать дальнейшее течение и исходы патологий, связанных с фиброзом [6, 7].

Для оценки состояния биотканей перспективными являются методы неинвазивной спектрофотомерии — лазерная флюоресцентная спектроскопия (ЛФС) in vivo и оптическая тканевая оксиметрия (ОТО), работающие в режиме реального времени. Полученная этими методами количественная информация позволяет судить о состоянии биологических тканей, а также избежать субъективности в трактовке результатов исследований. В работе S.S. Nazeer и соавт. [8] ЛФС использовали для дифференциации различных стадий фиброза печени in vivo, при этом оценивали параметры флюоресценции флавинадениндинуклеотида, липопигментов, порфиринов, а также изменение общей концентрации гемоглобина. Кроме того, ЛФС и ОТО оказались перспективными в оценке фиброзных поражений у пациентов с системной склеродермией. Обнаружены различия в флюоресценции коллагена, эластина, L-триптофана и характеристиках местного кровотока в очагах поражения и интактной коже [9].

Пока не выработаны общепринятые оптические параметры, позволяющие проводить количественное описание состояния фиброзированных тканей. Однако преимущества методов ЛФС и ОТО делают актуальной разработку оптических критериев для диагностики и оценки течения фиброза.

Согласно современным представлениям о типовых патологических процессах, фиброз кожи — это сложный феномен, включающий пролиферацию соединительной ткани, гипоксию и воспаление [5]. Эти патогенетические события являются универсальными, поэтому существует вероятность экстраполировать закономерности, полученные при изучении фиброза кожи (как наиболее доступного для динамической оценки органа), на другие ткани. Животные модели в этом случае имеют большое значение для изучения патофизиологии фиброза кожи и могут предоставить новые интересные данные для понимания патологического процесса [10].

Ранее в серии экспериментальных работ in vivo на мышах ICR мы получили результаты, позволяющие оценивать преобладающие патологические процессы в пораженной области (гипоксия, воспаление, накопление соединительной ткани), тяжесть течения и прогнозировать исход фибротического процесса. Описаны оптические маркеры, характеризующие патогенез фиброза: интенсивность флюоресценции порфиринов связана с выраженностью воспаления и гипоксии, интенсивность флюоресценции коллагена отражает его накопление в тканях, а индекс потребления кислорода характеризует тканевую метаболическую активность [11, 12].

Цель исследования — патогенетическое обоснование использования ЛФС и ОТО для дифференциальной диагностики различных типов рубцовых поражений.

Материалы и методы

В проспективное пилотное исследование вошли 14 пациентов (7 мужчин и 7 женщин) с послеоперационными рубцовыми поражениями различной локализации. Все подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Средний возраст пациентов составил 34±5 лет (от 26 до 46 лет). Всем пациентам произведена первичная хирургическая обработка раневого дефекта и наложены швы. Рубцовые поражения имели различную локализацию в лицевом отделе головы (щечная, скуловая и лобная зоны и область носа) и на шее. Для снижения влияния на результаты измерений техники наложения шва и шовного материала в исследование вошли пациенты, которым был наложен внутрикожный шов с применением атравматического шовного материала с режущей иглой и нитью Prolen 4/0 (Ethicon US, LLC, регистрационный номер ФСЗ 2010/06040). На 7—10-е сутки нить удаляли. Во всех случаях раны заживлялись первичным натяжением, однако исход заживления раневых дефектов различался. У 8 пациентов заживление раны прошло с формированием нормотрофического рубца, у 6 — с образованием гипертрофических и келоидных рубцов.

Участникам исследования проводили измерения методами ЛФС и ОТО в зоне рубцовых поражений и в интактной коже контралатеральной зоны. Данные методы реализуются в многофункциональном комплексе лазерной диагностики «ЛАКК-М» (ООО НПП «ЛАЗМА»). Режим работы «Флюоресценция» на ЛАКК-М реализует ЛФС. К поверхности кожи при помощи оптоволоконного зонда по осветительному волокну передается маломощное излучение от выбранного источника. Выходная мощность на дистальном конце волоконно-оптического зонда, контактирующего с кожей, составляет менее 10 мВт для каждого источника света. По приемному волокну зонда вторичное излучение доставляется к спектрометру, и зарегистрированный спектр отражается на мониторе в режиме реального времени. Общая схема работы прибора приведена в [12]. Процесс неинвазивного измерения оптических показателей при помощи волоконно-оптического зонда представлен на рис. 1.

Рис. 1. Процесс измерения оптических показателей.

Для возбуждения флюоресценции в различных частях видимого и ближнего УФ-спектра использованы источники с длиной волны (λe) 365 и 535 нм. Длины волн, на которых флюоресценция исследуемых флюорофоров достигает максимальных значений, обозначали λf. Для коллагена эффективная длина волны регистрации флюоресценции составила 455 нм, для порфирина — 680—700 нм. Отметим, что вклады коллагена и эластина в общий спектр трудноразделимы, поэтому далее считали, что флюоресценция на длине волны 455 нм отражает наличие обоих флюорофоров. В работе фиксировали интенсивность флюоресценции коллагена и порфиринов при отслеживаемых равных мощностях возбуждающего флюоресценцию излучения.

В режиме «Микроциркуляция» комплекс ЛАКК-М непрерывно измеряет объем фракции гемоглобина (Vb) и сатурацию гемоглобина кислородом (SO2) в зондируемой зоне исследования. На основании этих показателей, усредненных по времени измерения (20 с), рассчитывали индекс удельного потребления кислорода клетками (U), описывающий потребление кислорода на единицу объема циркулирующей в ткани крови, по формуле

,

где StO₂ — средняя тканевая сатурация оксигемоглобина, Vb — среднее объемное кровенаполнение. В данной формуле сатурация оксигемоглобина (SpO₂) в артериальной крови принята равной 98%.

Для исключения влияния индивидуального начального биохимического состава тканей помимо динамики величин интенсивностей флюоресценции (If) и удельного потребления кислорода (U) анализировали динамику их относительных изменений D по сравнению с интактной кожей контралатеральной стороны.

Статистическая обработка. Соответствие распределения количественных признаков оценивали при помощи критерия Шапиро—Уилка. Попарное сравнение выборок проводили при помощи t-критерия Стьюдента в программе GraphPad Prism v. 7. Различия считали значимыми при p<0,05.

Результаты

Для оценки применимости оптических параметров в клинической практике мы сравнивали показатели у пациентов с разными клинико-патологическими вариантами рубцов. Так, у пациентов с нормотрофическими рубцами (рассматривались как благоприятное течение заживления раны) мы отметили значительно меньшую интенсивность флюоресценции коллагена — 0,5834 (95% ДИ 0,3644; 0,8024, p=0,0009) и статистически значимо более низкую интенсивность флюоресценции порфиринов — 0,6404 (95% ДИ 0,4115; 0,8693, p=0,0268), а также более высокое потребление кислорода — 1,347 (95% ДИ 1,071; 1,623, p=0,0132) по сравнению с аналогичными показателями у пациентов с гипертрофическими/келоидными рубцовыми поражениями (рассматривались как неблагоприятное течение заживления раны) — 1,628 (95% ДИ 0,8965; 2,360), 1,406 (95% ДИ 0,9349; 1,877), 0,7474 (95% ДИ 0,4973; 0,9975) соответственно (рис. 2).

Рис. 2. Параметры оптической диагностики у пациентов с нормотрофическими и гипертрофическими/келоидными рубцовыми поражениями.

Примеры спектров флюоресценции, зарегистрированных с рубцовой и интактной ткани, представлены на рис. 3.

Рис. 3. Примеры спектров флюоресценции.

а — λe=365 нм, б — λe=635 нм.

Приводим клинические примеры, демонстрирующие применимость полученных данных у пациентов с посттравматическими рубцами.

Клинический пример 1. Больная О., 45 лет, наблюдалась с диагнозом: постоперационная рубцовая деформация ската носа и носогубной складки. Пациентке проведена оптическая диагностика методами ЛФС и ОТО в области рубца и на контралатеральном участке интактной кожи на 7-е сутки после операции. D(If) коллагена 0,39, D(If) порфиринов 0,47 и потребления кислорода D(U) 1,08 свидетельствовали о благоприятном течении процесса фиброзирования с образованием нормотрофического рубца.

По данным патоморфологического исследования с окраской гематоксилином и эозином в биоптате обнаружены коллагеновые волокна, ориентированные параллельно поверхности кожи. Аднексальные структуры отсутствовали, сосуды ориентированы вертикально. Таким образом, гистологическая картина соответствовала нормотрофическому рубцу.

Клинический пример 2. Больная З., 30 лет, диагноз: постоперационная рубцовая деформация передней области шеи. Пациентке проведена оптическая диагностика методами ЛФС и ОТО в области рубца и на контралатеральном участке интактной кожи на 60-е сутки после операции. D(If) коллагена 0,91, D(If) порфиринов 1,09 и потребления кислорода D(U) 0,73 свидетельствовали о неблагоприятном течении процесса рубцевания и образовании келоидного или гипертрофического рубца.

При биопсии фрагмента рубцовой ткани и последующем патоморфологическом исследовании обнаружены гиалинизированные лентообразные коллагеновые волокна с расположенными между ними укрупненными фибробластами, диагностирован келоидный рубец (рис. 4).

Рис. 4. Келоидный рубец, 60-е сутки после операции. Световая микроскопия, окраска гематоксилином и эозином, ×200.

Клинический пример 3. Больная Р., 37 лет, наблюдалась с диагнозом: постоперационное рубцовое поражение щечной области слева. Проведена оптическая диагностика методами ЛФС и ОТО в области рубца и на контралатеральном участке интактной кожи на 22-е сутки после операции. D(If) коллагена 1,19, D(If) порфиринов 1,5 и потребления кислорода D(U) 0,43 свидетельствовали о неблагоприятном течении процесса рубцевания и вероятном образовании келоидного или гипертрофического рубца.

При биопсии фрагмента рубцовой ткани и последующем патоморфологическом исследовании диагностирован гипертрофический рубец с фокусами келоидного коллагена. В препарате выявлены коллагеновые волокна, расположенные параллельно поверхности эпидермиса, характеризующиеся кольцевым и вихревым паттерном распределения с формированием узлов, с более плотной упаковкой коллагена (рис. 5).

Рис. 5. Гипертрофический рубец с участками келоидных структур, 22-е сутки после операции.

Световая микроскопия, окраска гематоксилином и эозином; а — ×50, б — ×200.

Обсуждение

Хотя в настоящее время в клинической практике общепринята четкая классификация рубцовых поражений в зависимости макро- и микроскопических характеристик, некоторые исследователи предполагают, что гипертрофические и келоидные рубцы можно рассматривать как последовательные стадии одного и того же фибропролиферативного заболевания кожи с различной степенью воспаления, связанной с генетической предрасположенностью пациента [4, 13]. Учитывая эти данные, в ходе исследования мы объединяли пациентов с гипертрофическими и келоидными рубцами в одну группу (неблагоприятное течение заживления раны) в силу схожести патогенеза процесса фиброзирования.

В группе пациентов с неблагоприятным течением процесса рубцевания наблюдали диффузные фибротические изменения в дерме и подкожно-жировой клетчатке, которые описаны при помощи патоморфологического исследования и методов неинвазивной спектрофотометрии. По данным оптической диагностики, отмечено увеличение флюоресценции коллагена в зоне келоидных и гипертрофических рубцовых поражений по сравнению с нормотрофическими рубцами. По всей видимости, усиление сигнала флюоресценции коллагена ассоциировано с его избыточным разрастанием и уплотнением коллагеновых волокон в ходе формирования фиброза, что и описано в рамках патоморфологического исследования. В группе с гипертрофическими и келоидными рубцами регистрировали статистически значимо более низкое потребления кислорода рубцовой тканью, что могло быть связано с избыточным ростом гипоцеллюлярной ткани, насыщенной пучками гиалинизированного коллагена и обладающей сниженной метаболической активностью.

Кроме того, при помощи ЛФС зафиксировано достоверное увеличение интенсивности флюоресценции порфиринов в очагах гипертрофических и келоидных рубцов по сравнению с таковым параметром в нормотрофических рубцах. Принимая во внимание тот факт, что порфирины являются маркером не только воспаления, но и гипоксии, мы предполагаем, что усиление сигнала флюоресценции порфиринов на фоне снижения потребления кислорода и увеличения флюоресценции коллагена, свидетельствует об изменении метаболической активности пораженной ткани.

Полученные результаты соотносятся с патофизиологическими механизмами формирования келоидных и гипертрофических рубцов, описанными в литературе. Известно, что в период избыточного образования рубцовой ткани развивается дисфункция основных регуляторных механизмов репарации, приводящая к персистирующему воспалению, чрезмерному синтезу специфической организации пучков коллагена, а также недостаточной деградации и ремоделированию внеклеточного матрикса [3, 13].

Ограничения работы

Проведенное пилотное исследование продемонстрировало перспективность применения ЛФС и ОТО для диагностики и оценки течения рубцовых поражений в ограниченной выборке пациентов. Для того чтобы транслировать полученные результаты в клиническую практику, необходимо проведение дальнейших исследований, включающих большее количество пациентов разного возраста, разделенных на отдельные группы в зависимости от типа рубца (нормотрофический, гипертрофический, келоидный, а также атрофический). Кроме того, необходимо оптимизировать и стандартизировать протоколы оптических измерений, принимая во внимание локализацию рубца, местные характеристики кожи, наличие признаков фотоповреждения, а также возраст и особенности питания пациентов. Для оценки прогностической ценности полученных данных целесообразно динамическое наблюдение пациентов с ранеными дефекатами с периодической оценкой оптических показателей в зоне развивающегося рубца до и после травматизации тканей.

Следует также отметить ряд технических особенностей проведения данного исследования. Дело в том, что сегодня приборы, реализующие ЛФС in vivo, не стандартизованы. Изменение интенсивности лазерного излучения, возбуждающего флюоресценцию, оптические характеристики используемых фильтров и другие факторы влияют на изучаемые показатели. Несмотря на то что в работе оцениваются относительные величины (нормированные на интактную кожу), при использовании аналогичных устройств значения D могут различаться, при этом ожидается сохранение полученных ранее общих закономерностей.

Заключение

Полученные обобщенные данные по изучению оптических параметров кожи и приведенные клинические случаи свидетельствуют о том, что методы ЛФС и ОТО обладают диагностической ценностью, являются потенциально применимыми в клинической практике. Результаты исследования продемонстрировали возможность объективно, неинвазивно и количественно описывать изменения соединительной ткани, а также процессы воспаления и гипоксии в рамках развития фиброза кожи. Полученные закономерности можно использовать для оценки течения и дифференциальной диагностики различных вариантов послеоперационных рубцов. Вместе с тем обнаруженные нами ограничения исследования должны быть учтены, и данная работа может быть продолжена для проверки информативности и прогностической ценности полученных критериев, их валидации в более крупных и неоднородных популяциях пациентов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — А.В. Молочков, В.В. Андреева, М.А. Гуреева, Д.А. Куликов, А.В. Куликов, Д.А. Рогаткин

Сбор и обработка материала — В.В. Андреева, М.Б. Макматов-Рысь, А.А. Гержик, М.А. Бобров, А.Н. Хлебникова

Статистическая обработка данных — А.Б. Зулькарнаев, И.А. Разницына

Написание текста — М.Б. Макматов-Рысь, Ю.В. Чурсинова, И.А. Разницына, В.В. Андреева, Д.А. Куликов

Редактирование — А.В. Молочков, М.А. Гуреева, А.В. Куликов, Д.А. Куликов

Authors’ contributions:

The concept and design of the study —A.V. Molochkov, V.V. Andreeva, M.A. Gureeva, D.A. Kulikov, A.V. Kulikov, D.A. Rogatkin

Collecting and interpreting the data — V.V. Andreeva, M.B. Makmatov-Rys, A.A. Gerzhik, M.A. Bobrov, A.N. Khlebnikova

Statistical analysis — A.B. Zulkarnaev, I.A. Raznitsyna

Drafting the manuscript — M.B. Makmatov-Rys, Yu.V. Chursinova, I.A. Raznitsyna, V.V. Andreeva, D.A. Kulikov

Revising the manuscript — A.V. Molochkov, M.A. Gureeva, A.V. Kulikov, D.A. Kulikov

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.