無創性皮膚屏障功能檢測技術在皮膚病中的應用

郭君怡

（廣東醫科大學，廣東 湛江 524023）

0 引言

皮膚是覆蓋于人體表的最大的器官，對機體正常生理功能的維持有著重要意義。皮膚屏障在廣義上包括物理屏障、色素屏障、神經屏障、免疫屏障。狹義主要指物理性屏障。物理性屏障由多層角質形成細胞夾以脂質基質的“磚墻結構”構成，可以防止機體水分的丟失，以及抵御外界有害物質的侵襲。皮膚屏障的受損使角質層含水量減少，而經皮失水（transepidermal waterloss，TEWL）增多，繼而降低了角質細胞間的黏附力，皮膚隨之出現干燥、脫屑及敏感等一系列癥狀，許多皮膚病的發生也與皮膚屏障的受損密切相關[1]。因而皮膚屏障的保護和修護是當今治療皮膚疾病的重要環節。傳統的病理有創檢測技術雖診斷價值較高，但是也可能加重皮損；通過肉眼評估皮膚過于主觀，診斷不夠準確[2]。因此通過機器進行無創性的客觀的皮膚屏障功能檢測對于臨床診治皮膚疾病顯得格外重要。目前可以通過檢測經皮失水、PH、角質層含水量、皮脂含量等對皮膚屏障進行評估。本文將對無創性皮膚屏障檢測技術在皮膚病中的應用概述如下。

1 皮膚屏障相關結構

1.1 角質層與角質形成細胞

角質層類似于磚和灰泥砌成的墻，其由堅硬的砌塊（單個角質細胞）和填滿空間的灰泥（角質細胞間脂質）粘在一起組成。正常表皮的屏障功能取決于其“磚”和“漿”的質量。表皮屏障的構建是在基底角質形成細胞的復雜終末分化過程中形成的，以形成扁平的角質化細胞后脫落而終止。細胞不斷向上移行，細胞核、細胞器消失，蛋白質特異表達[3]。每個角質細胞胞質內充滿由張力細絲和均質物質緊密結合的角蛋白絲組成，角質層內細胞膜間也發生廣泛交聯，形成不溶性堅韌的角質化細胞包膜（CE），這種結構是皮膚屏障的基礎，直接影響皮膚的水分含量，此結構功能紊亂會引發多種干燥性皮膚疾病。

1.2 脂質

人的皮膚是一個大的器官，保護人體免受外界刺激影響，而皮膚脂質是維持這一屏障功能最重要的化合物之一。皮膚脂質是指“磚墻結構”中的“灰漿”，與“磚塊（角質細胞和蛋白質）”協同作用，共同作為物理屏障抵御外部刺激。表皮脂質主要來源于角質形成細胞及皮脂腺[4]。來源于皮脂腺的脂質本身對角質層含水量沒有明顯影響。來源于角質形成細胞的脂質，含量最多的是神經酰胺，其余還包含膽固醇、自由脂肪酸及極少量的磷脂。這些來源于角質形成細胞的脂質由顆粒層的板層小體分泌到角質細胞間，然后形成復層板層膜樣結構[5]。這類脂質具有防止水分丟失、屏障修復、維持皮膚酸性環境等重要作用，并參與角質形成細胞的角化、增殖和分化過程，同時作為物質進出皮膚時跨域的機械和通透屏障，是皮膚維持正常生理的重要保水劑。因此脂質是健康皮膚屏障的重要成分，當脂質成分或代謝過程出現異常時，會導致皮膚屏障功能受損，嚴重時可發生皮膚疾病。

2 與皮膚屏障功能相關的參數

2.1 經皮失水量

近年來，各種屏障功能研究方法層出不窮。使用非侵入性方法對經表皮水分流失（TEWL）進行測量已經成為評估皮膚屏障功能的最可靠方法之一。TEWL作為皮膚屏障功能的重要評估指標，代表從皮膚表面蒸發的水分量。由于各個解剖部位的皮膚構造的不同，尤其是表皮和它的角質層厚度以及汗腺分布的差異，導致TEWL值的差異性[6]。此外還受出汗量、皮膚表面溫度、個體異質性、空氣對流、環境溫度、環境濕度和儀器等影響[7]。一般來說，TEWL值越高，表示經表皮失水越多，角質層的屏障功能越差。

目前使用最廣泛的技術是開放式腔室方法，將圓柱形探針頂端垂直緊貼于皮膚表面，以保證測試環境的相對穩定[8]。探針中包括兩個垂直對齊的電容傳感器用以測量相對濕度，兩個熱敏電阻用以測量溫度，根據這些測量結果，結合Fick擴散定律，測算出角質層水分由于散失而在角質層表面形成的不同兩點之間的水蒸汽壓梯度，進而得到經表皮蒸發的水分量。在理想條件下（室溫22-24℃，濕度40%-60%），TEWL可在0和250 g/m2/h之間測量，方差為5%[9]，測試參數單位為g/（h·m2）。該方法僅限于測量水平表面，因此測試過程中盡量保持測試探頭的垂直穩定狀態。

2.2 角質層含水量

角質層特殊的磚-墻結構，是皮膚屏障功能的部位所在，與皮膚的水分含量關系最密切。而在皮膚生理功能活動中，角質層含水量（stratum corneum hydration，SCH）有重要的調節作用。角質層水分在健康皮膚中的含量約在10%-20%之間。當SCH低于10%時，角質細胞變得質脆易碎，皮膚屏障結構受損從而功能減弱，皮膚開始出現干燥、粗糙等各種問題；高于20%時皮膚的滲透性增高，皮膚容易遭受外界有害物質的侵襲[10]。目前被廣為應用的SCH測量方法基于角質層的電生理特[11]，操作方便易行，但測量結果受到諸多因素影響，除了外部環境的因素，受試者的自身因素，如年齡、性別、種族及測量部位等，都對測量結果有或多或少的影響。因此就要求我們在進行相關研究時嚴格控制實驗條件，盡量減少誤差。

2.3 皮脂含量

皮膚脂質具有滋潤皮膚，防止水分流失，抑制細菌生長等作用，同時還參與PH形成。皮脂成分的含量、結構或比例的變化，都會對皮膚屏障功能產生影響。年齡、性別以及環境等多種因素均會影響皮脂的分泌水平，Shan Jiang,Taylor E等[12]研究發現角質層脂質的含量和構成會隨著年齡增高而降低，人在15-35歲年齡段皮脂分泌率最高，在夏季、人體皮脂腺的分布較為密集的頭面及胸背等處皮脂均有大量分泌。目前最常用的檢測方法是脂帶法，用涂有粘性材料的膠帶粘取皮膚，當遇到油類物質時，膠帶透光能力增加，即呈現出與吸收皮脂形狀、大小一致的透光點，再通過圖像分析程序可對皮脂的分泌進行定量測定。

2.4 表皮PH值

皮膚分泌的油脂、汗液及CO2等成分共同形成表皮PH值，也是評估皮膚屏障功能的重要指標[13]。表皮PH值在表皮屏障穩態調節和抗菌防御機制中起著重要作用。一般情況下，皮膚表面為弱酸性，PH值維持在4.5-5.5之間，皮膚表面天然酸性化合物的存在，有利于皮膚屏障功能形成中脂代謝酶的活性；能降低表皮蛋白激酶的活性及增強角質層的致密性，從而增強皮膚屏障的保護功能[14]。皮膚表面PH值受多種內源性生理、外源性因素的影響，年齡、種族、性別、解剖位置、皮脂量、接觸肥皂、洗滌劑、化妝品的使用等因素都會影響皮膚pH值。單玻璃棒測量電路是目前測量皮膚表面pH值最普遍的方法。測試前，在玻璃電極的頂端滴一滴去離子水，確保離子與皮膚接觸。如果將皮膚表面pH值測量與其他皮膚屏障功能測量（如皮膚經皮水分流失和皮膚水化）結合起來記錄，則應最后測量皮膚表面PH值，因為測量皮膚PH值時所使用的水會影響其他數據記錄[15]。

3 無創檢測皮膚屏障功能技術在臨床中的應用

3.1 TEWL、SCH在臨床中的應用

SCH與TEWL均對皮膚生理功能有重要的調節作用，共同反映了皮膚的保濕能力。較低的TEWL值表明皮膚完整，功能完全，TEWL的增加通常被認為是皮膚屏障紊亂或破壞的征象[16-17]。這是由于皮膚失水增加造成的屏障受損，且損傷程度與失水量呈正相關。較低的SCH值代表皮膚干燥或脫水，皮膚水分不足會導致皮膚彈性下降，出現剝落和開裂。這類屏障功能受損的皮膚對外界刺激的抵御效果較差。臨床上干燥性皮膚病多伴有表皮通透屏障功能降低，如特應性皮炎、魚鱗病、銀屑病、濕疹、接觸性皮炎等TEWL值增高[18]，角質層含水量降低。臨床及科研工作中，我們常通過對皮膚SCH、TEWL的檢測，間接觀察皮膚生理狀態，同時還可以應用此技術對臨床藥物的療效以及化妝品的保濕功效進行評估。通過適當地調節SCH，減少TEWL有利于延緩皮膚老化和防治某些皮膚病[19]。

3.2 皮脂含量在臨床中的應用

一般認為，皮脂含量越低，TEWL越高，因而臨床上許多干燥性皮膚病，如銀屑病、特應性皮炎、魚鱗病等患者的皮脂含量往往較正常降低[20]。老年人由于皮脂腺萎縮，皮脂分泌減少，皮膚常出現干燥、粗糙。脂質常作為添加劑在化妝品中發揮保濕作用。在皮膚屏障功能受損的情況下，外源性增加皮膚脂質含量有助于恢復皮膚屏障功能[21]。因此，臨床上皮脂含量可用來評價化妝品的保濕功效。而皮脂過度溢出，皮膚油膩，容易伴發痤瘡、酒糟鼻、脂溢性皮炎等疾病。臨床上常通過檢測皮脂含量來評估激光治療后控油效果及皮膚屏障修復狀況[22]。

3.3 PH值對皮膚屏障功能的影響

一般來說，皮膚表面的微弱酸性環境為脂質以及酶的正常功能提供了最佳條件。適宜的PH值對維持角質層的完整性以及穩態調節十分重要。因此PH值測定一定程度上可以反映皮膚的生理狀況。通常，干燥性、瘙癢性、老年性以及炎癥性皮膚病，如特應性皮炎、魚鱗病、酒渣鼻和痤瘡、刺激性接觸性皮炎等患者的皮膚PH值偏高[23]。PH值升高，提示屏障功能受損。這些皮膚狀況可以通過局部使用酸性制劑使PH值正常化。臨床上若要評價護膚品、洗滌用品對皮膚屏障的影響，可以通過測定PH值來獲得信息，這對研發及使用適合、效果更顯著的產品有重要的指導意義[24]。

4 結論

皮膚屏障在維持機體內環境方面具有重要的意義，同時其為機體提供了良好的保護，以抵御惡劣的外部環境和外來物質刺激。當皮膚屏障出現缺陷，會導致皮膚出現干燥、脫屑、瘙癢等一系列癥狀，嚴重時會引起多種皮膚病。既往已有較多研究證明，許多皮膚疾病伴有皮膚屏障功能的受損，如特應性皮炎、魚鱗病、銀屑病、玫瑰痤瘡、濕疹等[25-26]。因此，擁有完整的皮膚屏障是機體健康的基礎保障。而保衛皮膚屏障將成為皮膚科醫生一大重任。皮膚屏障功能的客觀化、量化在臨床及科研工作中，因而顯得尤為重要，通過對皮膚屏障功能相關參數、指標的檢測，我們能及時掌握皮膚狀態、疾病發展和治療效果等。近年來人們對皮膚美容的需求日益增長，美容醫學興盛發展，通過檢測這些指標，化妝品、護膚品安全性及功效性得以客觀、準確評估，這對于科學研發及臨床使用具有關鍵意義。今后無創性皮膚屏障功能檢測技術勢必成為臨床疾病診治、工業研發測評、日常美容評定的金牌利器。該項技術受個體差異、環境因素、檢測水平等多方面的影響，因此要求我們評估皮膚屏障功能時，對這些可變因素加以考慮，并且結合多項參數綜合分析，方可獲得更加準確、客觀、完整的信息。