糖尿病创面的病理生理

糖尿病是以持续高血糖为基本生化特征的代谢性疾病，糖尿病患者皮肤易受损，损伤后愈合迟缓，愈后创面反复发作，创面呈现炎症修复过度障碍、肉芽形成不良导致组织脆弱和上皮化迟滞等病理表现。一般认为，神经病变、缺血和创伤是形成糖尿病创面难愈的致病三要素，目前基础研究和临床实践证实，神经、血管、免疫、代谢等糖尿病内源性改变和感染、创伤、压力等外源性因素共同导致了糖尿病创面难愈的发生，各致病因素之间的彼此关联和相互作用，构成了糖尿病创面复杂的病理生理事件。

一、血管病变

血管病变为糖尿病多种慢性并发症的病理基础，主要包括大血管病变和微血管病变。其中，大血管病变以动脉粥样硬化为主要改变，微血管病变则涉及微血管基底膜增厚和内皮细胞损伤。

糖尿病患者心、脑血管病的病理基础主要是动脉粥样硬化，也有微血管病变，伴长期高血压者尚有小动脉硬化。动脉粥样硬化发生机制为：内皮细胞损伤、血小板黏附与聚集、平滑肌细胞增生、脂质沉着、斑块形成及最后血栓形成。微血管病变的形成包括：微循环功能性改变、内皮细胞损伤、基底膜增厚、血液黏度增高、红细胞聚集、血小板黏附与聚集（尤其在基膜暴露处），最后是微血栓形成和（或）微血管阻塞。

（一）糖尿病大血管病变

大血管病变主要病理改变为粥样硬化。动脉粥样硬化发生的病理生理程序为：内皮细胞损伤、血小板黏附与聚集、平滑肌细胞增生、脂质沉着、斑块形成及最后血栓形成。与非糖尿病人群相比较，糖尿病人群中动脉粥样硬化的患病率较高，发病年龄较轻，病情进展较快，表现为冠状动脉、脑血管、肾血管和肢体血管的狭窄和（或）栓塞形成，肢体外周动脉粥样硬化多涉及双侧下肢从股动脉到足弓的浅层动脉。糖尿病患者的大血管病变可引起皮肤缺血性改变并致溃疡发生和感染可能，临床表现下肢疼痛、感觉异常和间歇性跛行，严重供血不足可导致肢体坏疽。糖尿病并发的神经病变可掩盖患者下肢异常感觉的症状。同时大血管病变常引起特征性的环状血管中膜钙化，致下肢远端动脉影像上呈现铅管样表现。糖尿病大血管病变不仅是导致创面形成的重要原因，同时对糖尿病创面的诊断带来不利的影响，如糖尿病血管中膜的钙化会影响踝肱指数对患者血管状态的评估价值。

（二）糖尿病微血管病变

传统认为，糖尿病微血管病变的形成包括：微循环功能性改变、内皮细胞损伤、基底膜增厚、血液黏度增高、红细胞聚集、血小板黏附与聚集（尤其在基膜暴露处），最后是微血栓形成和（或）微血管阻塞。近几十年的实验研究证实了糖尿病皮肤中以内皮细胞损伤、基底膜增厚为特征的微血管病变的存在，但对于某些致病环节的发生尚存争议。

糖尿病性微血管病变是全身性的，基本病变是PAS阳性物质沉积于血管内皮下，引起毛细血管基底膜增厚和小动脉透明变性，致血管舒张受限、自我调节能力异常和局部组织最大充血能力减弱，从而改变了白细胞的移行，影响组织和血液间的物质交换和氧弥散。值得注意的是糖尿病皮肤和神经组织的微血管基底膜增厚，但管腔直径并无减小，管腔阻塞并未得到证实，因此微血管病变是否引起阻塞性病理及其在糖尿病足中的作用存在争议，迄今为止，大量组织学及血管阻力研究结果显示，没有明确的证据表明存在小动脉或微循环的阻塞。

血管内膜的损伤使得血小板易于黏附于损伤内膜促进血栓形成并导致组织缺血。机体的凝血纤溶状态影响着微血栓的形成。糖尿病患者血小板功能改变，如黏附能力增加，对凝集素易感，血浆纤溶酶原激活抑制剂-1（plasminogen activity inhibitor-1，PAI-1）的表达和释放增加等。但由于糖尿病疾病本身的个体差异，目前对糖尿病的凝血纤溶系统状态没有一个统一的评价。

研究显示，糖尿病患者持续的病理性高血糖状态引起的结缔组织交联导致动脉血管弹性和顺应性的降低，引起异常的应切力（shear stresses）和内皮细胞损伤。内膜损伤最早表现为血管舒张障碍伴一氧化氮（NO）活性降低，内皮细胞功能障碍致一氧化氮合成酶的减少，体内外实验证实胶原氧化糖基化产物可灭活内皮舒张因子活性，从而引起血管内膜舒张障碍，血管张力改变进而影响血流动力和组织灌注。前列环素、血栓素A2、内皮素-1和细胞黏附分子等的变化参与调节了糖尿病血管张力和舒张收缩平衡改变。内膜损伤引起的血浆成分外渗至血管壁，与糖基化结缔组织非共价结合，促进循环中的单核/巨噬细胞的趋化和滞留，血管动脉粥样硬化改变。Brownlee等证实糖尿病个体中低密度脂蛋白（LDL）不仅转运增加，其与胶原交联亦明显增加，LDL一旦局限于高糖组织环境中，则历经糖基化/脂质过氧化反应和氧化应激的级联效应而损伤邻近组织的结构蛋白和细胞。

二、神经病变

神经病变是糖尿病早期最常见的病理改变，有60%～70%的糖尿病患者会发生该病变。糖尿病周围神经病变是导致糖尿病足发生的最常见的危险因素。近10年，美国糖尿病协会（ADA）一直建议所有诊断为糖尿病的患者必须进行神经检查，目前ADA糖尿病诊疗指南（2010版）建议所有糖尿病患者均应在诊断时及诊断后至少每年使用简单的临床检测手段筛查远端对称性多发性神经病变（DPN）。

糖尿病神经病变以周围神经最为常见，通常为对称性，下肢较上肢严重，病情进展缓慢，在此过程中，累及神经病变包括结构和功能改变两方面。其中结构改变主要表现为有髓神经髓鞘水肿、变性 、溶解，轴突被挤压，神经膜细胞（施万细胞）变性，纤维裸露；无髓神经水肿、空泡化，微丝、微管排列不整齐。功能改变主要包括感觉、运动、自主神经功能的受损和神经递质分泌异常。感觉神经障碍多呈袜子或手套状分布的感觉异常，甚至感觉缺失，导致机体对外界刺激的保护性知觉能力减退，运动神经病变导致足部肌肉萎缩和足部畸形。感觉减退和运动神经所致的足部畸形可诱导糖尿病足部创面的发生。自主神经功能受损也在神经病变的早期出现，使血流调节障碍，导致动静脉血管短路，组织灌注率降低，同时脱发、皮脂腺和汗腺功能丧失等表现易导致皮肤干燥、鳞屑和容易皲裂。

多种伤害性刺激均可诱导皮肤神经末梢释放神经肽并在局部形成神经源性炎症反应，通过神经末梢分泌的各种递质（如神经肽P物质、生长抑素、神经肽Y（NPY）等引起创面细胞和细胞因子行为变化（如促进细胞趋化、生长因子产生、细胞增殖等），从而影响创面愈合过程。在糖尿病动物模型中，创面局部应用P物质或抑制神经肽降解的酶（神经内肽酶）后，可以促进创面愈合，佐证了神经肽在创面愈合进程中的重要作用。另外有证据表明感觉神经可影响白细胞浸润而参与局部创面的免疫调控。

糖尿病血管病变也与其神经病变有关。糖尿病并发的交感和自主神经病变可影响血管张力和血管舒张能力，对于糖尿病血管壁病变和血流动力的发生发展密切相关；创伤和（或）压力应激下，糖尿病神经血管反应障碍引起的P物质、降钙素基因相关多肽（CGRP）和组胺分泌缺陷可导致血管舒张异常。

目前普遍的观点是，糖尿病代谢紊乱是导致糖尿病神经病变的病理基础。持续病理性高血糖致多条代谢通路改变，脂肪酸代谢异常，致代谢产物异常蓄积，引起神经细胞水肿、变性，轴索变性，继而发生节段性脱髓鞘和轴突坏死，一系列的代谢紊乱影响神经细胞结构的完整性，干扰了神经组织的能量代谢，同时神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子、IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ等神经营养因子的分泌减少可致神经损伤后修复障碍，提示代谢紊乱不仅可以直接导致神经损伤，还可影响神经的自身修复能力而加剧神经病变。糖尿病微血管病变引起的神经滋养血管异常加重了神经组织的缺血缺氧。近来研究证实，Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病患者血清中存在抗神经组织的抗体，如β-微球蛋白抗体、抗微球相关蛋白抗体等自身抗体，或许这些抗体仅是机体对受损神经的免疫应答反应，但一旦这些自身抗体产生了，势必会对神经组织产生自身免疫损伤。

三、免疫功能障碍

创面感染是影响糖尿病创面预后的重要因素，机体免疫状态异常是糖尿病创面易并发感染的重要基础。糖尿病并发的免疫防御缺陷主要表现在细胞水平，如中性粒细胞移行、吞噬、胞内杀菌和趋化功能障碍；也有证据表明糖尿病患者细胞免疫反应和单核细胞功能下降；糖尿病创源标本检测CD4/CD8 T淋巴细胞比例未增加，提示糖尿病创面淋巴细胞应答缺陷，Loots等研究表明糖尿病创面中CD4/CD8 T淋巴细胞比例明显减小，并以CD4 T淋巴细胞的减少较为显著，相对而言CD8 T淋巴细胞的高比例可阻碍愈合进程。在神经血管病变、代谢紊乱、免疫缺陷等多重因素作用下，局部创面环境的微生物负荷超过机体的免疫防御能力，则继发创面感染。根据局部创面的解剖结构，可形成脓肿、蜂窝织炎、骨髓炎等。糖尿病皮肤中金黄色葡萄球菌携带量明显多于非糖尿病者，也常见真菌性皮肤疾病，故皮肤破溃后，金黄色葡萄球菌和真菌感染多见。

糖尿病患者宿主防御机制缺陷与机体的糖代谢紊乱相关。体内外实验证据提示糖尿病患者中性粒细胞趋化、吞噬和杀菌能力的缺陷与高血糖有关。血糖浓度升高还可明显损害细胞介导免疫反应，与健康人群和血糖控制良好的糖尿病患者比较，高血糖的糖尿病患者植物血凝素导致的淋巴细胞转化现状降低。但也有研究表明，无论血糖控制的程度如何，糖尿病患者中淋巴细胞对葡萄球菌抗原的反应均降低。

四、糖尿病皮肤组织隐性损害（underlyingdisorder）中的病理生理

糖尿病创面愈合是一个从无创—有创—修复的生物学过程，因此，糖尿病皮肤在外源性创伤前的状态对整个创伤修复过程的“失控”具有重要意义。

糖尿病是以持续病理性高血糖为基本生化特征的代谢性疾病，研究表明糖尿病创面难愈与糖尿病代谢变化存在关联，而局部高糖和糖基化终末产物（advanced glycated end products，AGEs）蓄积是糖尿病皮肤环境生化改变的重要特征。

糖尿病皮肤通常具有菲薄的外观，表皮、真皮厚度变薄，表皮层次欠清，真皮层胶原纤细伴炎性细胞局灶性浸润；皮肤组织羟脯氨酸含量及胶原溶解度均显著下降，胶原合成和分解的动态失衡。

组织修复细胞在维持皮肤组织代谢及创伤修复过程中起着极为重要的作用。糖尿病患者皮肤中凋亡细胞增加，相关调控蛋白Bcl-2、Bax、p53表达改变；表皮角质形成细胞的细胞活力、黏附能力下降，细胞增殖受抑并呈现细胞周期S期滞留现象，伴相关的细胞周期调控因子cdk4、Ki67和MPF活性改变。

生长因子参与维持皮肤组织代谢及调控创面修复的各个阶段。在糖尿病大鼠模型上，EGF，FGF-2的表达并未降低，FGFR的表达甚至多于正常皮肤，但部分组织修复细胞却呈现对生长因子的低反应性。应用免疫荧光双标记技术可观察到FGF-2与AGEs在同一部位共表达，从而推测：高糖环境可能诱发生长因子蛋白质的糖基化改变，导致糖尿病皮肤中具有正常功能活性的生长因子的缺乏。

炎性细胞通常在创面形成后进入创缘周边发挥作用，但在无创伤糖尿病皮肤中，可观察到胶原变性区域的炎性细胞局灶性浸润，蛋白酶表达改变，结合Vimentin抗原的阳性表达，提示糖尿病皮肤组织有过量的炎症细胞浸润和一定程度的组织受损，存在着亚临床炎症状态。

上述研究表明糖尿病皮肤组织在未受到外源性创伤的情况下已经存在细胞、细胞外基质、生长因子等环节的改变，各环节具有各自的行为特征，又相互关联，故推测这一系列的生物学行为异常可能具有共同的始动机制。局部高糖和AGEs蓄积作为糖尿病代谢重构的直接产物，是皮肤组织细胞、细胞外基质和生长因子改变的重要环境介质，通过改变皮肤微环境，始动性地介导了糖尿病皮肤的生物学异常。这些表象上不同的生物学行为改变本质上具有代谢异常的共同始动因素，因而是整体的、相互关联的一组综合征，即糖尿病皮肤“隐性损害”。

五、异常代谢因素

如前所述，糖尿病各病理生理改变均与高血糖有关。目前所知持续高血糖引起的代谢紊乱主要通过4个途径：①高血糖促进二酰甘油（diacylglycerol）的形成和代谢，由此激活蛋白激酶C（Protein kinase C，PKC）途径，活化PKC参与产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）发挥后续效应。由于PKC通路参与血管一系列功能的调节，因此PKC的激活被认为是糖尿病血管功能异常的普遍机制，包括血管舒缩反应、通透性、基膜更新、内皮细胞生长与增殖、新生血管形成、血液流变学和凝血机制等。②高血糖状态下多元醇通路过度激活，细胞内果糖和山梨醇堆积，造成细胞内环境和代谢紊乱，同时还原过程消耗大量NADPH还原型谷胱甘肽，使细胞易受氧化应激损伤。③高糖环境促进了糖类和蛋白质之间非酶促糖基化反应的终末产物——糖基化终末产物（AGEs）的形成，一方面通过蛋白三维构象的交联变化影响蛋白功能，另一方面与受体（receptor of AGEs，RAGE）结合对细胞因子分泌、氧化应激和细胞存活、分化、增殖等细胞效应产生影响。同时，AGEs的形成过程伴随着葡萄糖氧化酶（GO）、过氧化氢（H2O2）等活性中间产物的产生，氧化应激和AGEs之间形成恶性循环。④己糖胺途径激活，细胞内某些蛋白被修饰，功能发生改变。

上述4条途径似乎均与高血糖引起的过氧化物过量产生有关，Brownlee提出了糖尿病并发症发病的统一机制（氧化应激）学说，认为高糖环境下线粒体呼吸链中氧自由基生成过多是导致糖尿病慢性并发症的原因，由此解释了EDIC试验中提到的“代谢记忆“现象，即慢性高血糖数年后控制血糖仍无法阻断糖尿病慢性并发症发展。有学者比较了糖尿病和糖耐量异常并发周围神经病变以及腓骨肌萎缩症的腓肠神经标本，发现糖耐量异常患者腓肠神经束、神经外膜血管和部分神经内膜血管可见RAGE表达，提出在慢性高血糖发生以前，RAGE途径的激活是糖尿病多发神经病变早期重要的一步。

糖尿病患者在活性氧产生增加的同时，谷胱甘肽和半胱氨酸等抗氧化因子减弱。过量的活性氧与蛋白、脂肪和DNA的相互作用导致细胞功能受损，影响血小板凝聚，生长因子释放，并可直接或通过蛋白酶表达增加降解细胞外基质。活性氧与NO作用可降低NO的生物利用度，并衍生更具有氧化活性的过氧亚硝酸，引起血管舒张和内皮细胞功能异常；过量的活性氧与糖尿病创面的持续炎症反应和修复细胞的过度凋亡密切相关，是糖尿病创面炎症修复过度障碍的重要原因。

（谢　挺）