臭氧治療糖尿病足潰瘍的機制與臨床應用

向科蓉 肖麗玲 陳芷菁 廖 選

（暨南大學附屬第一醫院整形外科，廣東 廣州 510632）

糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，糖尿病足潰瘍（DFU）是糖尿病最常見和最嚴重的并發癥之一，是糖尿病致殘與死亡的主要原因[1-2]。DFU是糖尿病患者因長期糖尿病病史、持續高血糖狀態、合并外周血管病變、外周神經病變等危險因素，因足趾小創口、截肢、既往潰瘍等局部因素導致的難愈性創面。目前臨床針對DFU的常規治療有徹底清創、創面減壓、控制感染和血糖等，但由于DFU的難愈性，療效通常不佳，因而還常聯合使用其他治療方法如高壓氧治療、負壓封閉引流技術、皮膚移植、干細胞移植、光動力療法、重組人生長因子治療甚至外科截肢等[3]。但總體來說，這些治療存在操作繁瑣、耗時長或者外科治療創傷大等問題，需要探索更加簡便有效的預防與治療DFU的方法[4]。臭氧具有調節免疫系統、破壞包括細菌和病毒在內的微生物繁殖等作用，最早在第一次世界大戰期間被用來治療壞疽；隨著醫學的發展，臭氧在DFU等慢性難愈性創面治療中的應用價值獲得了有效的證明[5]。現將醫用臭氧近年來在DFU中的相關應用綜述如下。

1 糖尿病創面不易愈合的因素

引起糖尿病慢性創面難愈合的因素主要有：①炎癥反應不平衡，中性粒細胞、巨噬細胞和促炎因子的過度募集導致過度炎癥反應；②高于抗氧化酶活性的活性氧（ROS）水平導致氧化和抗氧化作用不平衡；③持續的高血糖水平導致周圍神經受損，使組織失營養，足趾輕微的創傷可誘發慢性潰瘍[6]；④缺乏血管生成，新血管網絡的過早退化可能會導致傷口缺乏氧氣和營養物質；⑤病原菌入侵后在傷口上定植導致創面感染，還可能形成細菌生物膜，使傷口感染治療難度加大。因此，調節炎癥反應、抑制ROS過度產生、抗病原菌感染都有助于慢性創面愈合[7]。

2 臭氧的理化性質

臭氧即三原子氧(O3)，是氧氣的一種同素異形體。它是自然界中發現的最強大的氧化劑，由閃電和太陽紫外線輻射產生。臭氧分子的壽命與溫度直接相關。溫度越高，臭氧的壽命越短，其作用效果越低下。例如，0 ℃時臭氧半衰期為140 min，而在20℃時僅為40 min。臭氧與含有雙鍵的有機化合物（多不飽和脂肪酸）反應，并將3個氧原子加到不飽和鍵上，形成臭氧化物。在血液中，臭氧化物可轉化為穩定的氫過氧化物，在pH升高或缺血條件下，氫過氧化物可以釋放氧氣[8]。

3 臭氧用于DFU治療的作用機制

臭氧療法有益于DFU的愈合，其可能的作用機制包括抗氧化、改善缺氧及微循環、殺滅病原體、激活免疫系統、調節內源性生長因子及傷口愈合信號通路等[9]。

3.1 抗氧化作用 包括惡性腫瘤、糖尿病和阿爾茨海默病在內的多種疾病都與氧化應激反應有關[10]。臭氧暴露對組織氧化應激的影響是劑量依賴性的：高劑量會刺激嚴重的氧化應激，導致炎癥反應和組織損傷，而低濃度會抑制ROS大量產生,誘導適度的氧化應激，激活抗氧化途徑[11]。核因子E2相關因子2（Nrf2）是一種轉錄因子，用以調節細胞氧化還原穩態[12]。其轉錄上調能對抗氧化應激，適度的氧化應激反應可以增加Nrf2的激活,這也是細胞的一種自我保護途徑[13]。臭氧能夠以劑量依賴性方式激活Nrf2，Nrf2通過抗氧化酶的轉錄來預防氧化應激，抗氧化酶包括谷氨酸半胱氨酸連接酶（GCL）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX2和GPX4）、谷胱甘肽還原酶（GSR）、過氧化物酶（PRDX1和PRDX6）等，這些抗氧化酶可以減少細胞中蛋白質氧化、穩定線粒體功能[11]。糖尿病并發癥的發生也可歸因于氧化應激，臭氧可以調整機體氧化應激途徑，加速創面愈合，增強機體抗氧化、抗感染能力。

3.2 改善缺氧及微循環 臭氧可引起血管內皮生長因子（VEGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）等的激活，促進特定的生物過程，如紅細胞生成、血管生成和無氧葡萄糖代謝；抑制炎癥反應，減少炎性因子釋放；擴張血管，改善靜脈回流[14]。此外，臭氧通過激活抗氧化酶來糾正慢性氧化應激，增加紅細胞數量改善組織內氧的運輸和利用，增加重要組織器官或者身體局部的氧氣供應，提高全身或者局部的血氧飽和度，從而改善糖尿病創面缺氧情況[15]。

3.3 殺滅病原體 臭氧的體外殺菌能力已被研究者們證實[16]。臭氧的強氧化性可以氧化細胞膜上的磷脂和糖蛋白，破壞細菌細胞膜，使細菌失去保護自我的功能。此時，細菌膜通透性發生變化，臭氧可滲透進微生物體內，使病原體酶的功能喪失，微生物新陳代謝發生障礙，導致其死亡和溶解[17]。臭氧的殺菌譜包括常見于慢性感染創面的細菌、真菌。據報道，臭氧對細菌、細菌芽孢、病毒、真菌、原蟲等多種病原體都有較強的滅活能力[18]。并且，臭氧在燒傷、腿部潰瘍、褥瘡等創面中對抗細菌能力也較強，使用臭氧消毒不會產生耐藥菌株，從而更加安全[19]。糖尿病足潰瘍創面菌群復雜，臭氧在殺滅DFU創面病原體方面也極有潛力。

3.4 激活免疫系統 臭氧溶解在血漿的水性成分中，可與機體的多不飽和脂肪酸和水性成分反應，產生過氧化氫（H2O2），這是一種ROS[15]。H2O2很容易擴散到免疫細胞中，可作為信號轉導的調節步驟并促進免疫反應。臭氧療法中，干擾素、腫瘤壞死因子和白細胞介素（IL-2）等細胞因子明顯增加，機體免疫機制啟動，上調機體組織重塑功能，從而促進傷口愈合[9]。

4 臭氧在臨床上的應用

臭氧在臨床領域應用廣泛，可應用于多種疾病的治療，包含心血管內科疾病、骨科疾病、胃腸道和泌尿生殖系統疾病、纖維肌痛癥、皮膚病、傷口、糖尿病潰瘍、傳染病和肺部疾病等[20]。臭氧氣體的穩定性差，因此目前多為臨時制備使用，這在一定程度上限制了其臨床應用。為解決這個問題，在臨床上有多種形式的臭氧治療方法，主要有自血療法、臭氧緩釋水凝膠、涂抹臭氧油、皮下注射臭氧-氧氣混合氣體、直腸療法等[21-24]。

4.1 自血療法 自血療法是指將適宜濃度的臭氧氣體與自身靜脈抽出的血液充分均勻混合后再回輸回人體內，是臭氧治療的主要方法之一。具體方法為：采集患者肘正中靜脈血100～150 mL，與一定濃度的臭氧（25～40 μg/L）按照1:1比例混合，經過5～7 min的搖勻混合后回輸入人體內。近幾年來臭氧自血療法可用于治療神經系統疾病（如腦卒中）、中毒性疾病（如一氧化碳遲發性中毒性腦病）、糖尿病足、風濕免疫性疾病、帶狀皰疹神經痛、疲勞綜合征等[25]。

4.2 臭氧緩釋水凝膠 近年來，水凝膠因其高分子多孔結構、良好的生物相容性、吸水性、可降解性、可均勻承載藥物并連續釋放等優點被臨床研究者們熱衷應用。同理，臭氧緩釋水凝膠將臭氧負載在水凝膠網絡結構中，將其涂抹于壓瘡、糖尿病足等創面，不僅可以幫助穩定臭氧不易被分解，還可以延長臭氧的止血及促傷口愈合作用[26]。

4.3 涂抹臭氧油 臭氧油是將臭氧氣體通入植物油中制備而成，植物油中的不飽和脂肪酸可以固化臭氧，從而使臭氧在常溫保持更長時間的有效活性與濃度，有研究報道可以達到2年左右[27]。研究表明，臭氧油的殺菌、改善組織缺氧等功能對于糖尿病足的治療有著積極的作用。臭氧油操作簡單，患者可自行使用，局部抗感染效果佳，適用范圍并不局限于DFU創面，可應用于多種難愈性創面[28]。

4.4 皮下注射臭氧-氧氣混合氣體 Soares等[24]研究顯示，皮下注射臭氧治療大鼠全層皮膚切除傷口后，傷口有肉芽組織生長，炎癥細胞數量減少，真皮細胞增多，膠原蛋白明顯沉積；臭氧處理過的傷口中的微血管密度和肌成纖維細胞數量較空白對照組顯著升高。臭氧-氧氣混合氣體皮下注射能加速DFU創面愈合，從而降低糖尿病足的致殘率。

4.5 直腸療法 直腸療法指通過導管將臭氧水或者臭氧氣體注入腸道內治療相關疾病，比如纖維肌痛、潰瘍性結腸炎、肛門手術后組織感染等。有研究中將60例20～69歲患有慢性直腸旁瘺的患者術后早期予臭氧直腸療法治療，結果顯示，臭氧直腸療法加速了術后的康復，減輕了患者的疼痛，降低感染概率，改善了患者的術后生活質量[29]。

5 臭氧在糖尿病足潰瘍創面治療中的臨床應用

5.1 臭氧氣體治療糖尿病足 世界衛生組織報告顯示全球有超過4.2億糖尿病患者，其中DFU的患病率為2%～10%，截肢率高達22%[30]。Dhamnaskar等[31]將160例糖尿病足患者分為兩組：傷口常規治療組和臭氧氣體局部治療+常規治療組。臭氧氣體治療方法是將傷口暴露在儲存臭氧的袋子中，每5 d 1次，總療程1個月。結果顯示，臭氧治療患者的住院時間、所需的翻修手術次數和病死率明顯低于傷口常規治療組。姜麗娟等[32]將臭氧氣浴與解毒生肌膏分別應用于26例糖尿病足潰瘍創面，結果顯示，涂抹解毒生肌膏組的患者血管內皮生長因子（VEGF）、轉化生長因子（TGF-β）兩項指標均高于臭氧氣浴組，且前者創面面積縮小更明顯；但臭氧氣浴組患者的細菌培養陽性率明顯低于涂抹解毒生肌膏組。由此可知，糖尿病足患者需要綜合治療，在應用抗生素、降壓降脂等常規藥物的基礎上聯合創面臭氧氣浴治療，可更有效地抑制創面細菌生長、預防感染的發生。

5.2 臭氧油涂抹糖尿病足創面 因為DFU患者全身情況較差、免疫力較低，常容易感染耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。有研究表明，臭氧油中的臭氧氣體具有抗菌抗氧化特性，臭氧通過氧化細菌細胞膜的磷脂和脂蛋白進入細菌內部，阻斷其酶促功能，并能去除MRSA菌株生物膜，使其失去致病能力。同時，臭氧可促進血小板大量釋放出血小板源性生長因子、TGF-β、VEGF等生長因子，使傷口愈合時間縮短，減輕患者的痛苦和生活負擔[33]。臭氧油使用方便，不容易分解，抗細菌生物膜作用強，應用前景廣闊。

5.3 臭氧自血療法治療糖尿病足 臭氧自血療法能降低血液中血栓素水平，增加血供，提高血氧飽和度，改善下肢供血狀態，加速糖尿病足創面愈合[34]。臨床研究顯示，臭氧自血療法的第8天，患者的DFU病灶逐步結痂、愈合，足背部壞死組織肉芽生長較前明顯，傷口無膿性分泌物，治療效果良好；由于肉眼可見的臨床效果，患者還要求繼續臭氧自血治療[35]。

5.4 臭氧水沖洗治療糖尿病足 糖尿病足常伴有末梢神經損傷和周圍血管病變，末梢神經病變使患者足部皮膚感覺閾值升高，在輕微的壓力、損傷等作用下即可引起足趾部潰瘍、感染、壞疽，導致糖尿病足；而周圍血管病變會導致患者肢體末端血管壁逐漸硬化、狹窄甚至堵塞，使下肢嚴重缺血、缺氧[5]。有研究者將臭氧發生器中產生的臭氧與生理鹽水混合后形成臭氧水沖洗糖尿病足創面，用臭氧水紗布填塞竇道和腔洞，顯示臭氧可殺滅病原體，清除體內自由基，激活和調節免疫系統，促進肉芽組織形成，促進DFU創面愈合[36]。

5.5 負壓封閉引流（VSD）聯合臭氧和生理鹽水沖洗糖尿病足創面 VSD可以防止創面的死腔形成，有助于減輕DFU創面的肉芽組織腫脹情況，改善創面供血，促進肉芽組織生長[37]。袁云川等[38]的研究顯示，臭氧可以為糖尿病足創面局部提供比較充足的氧氣，而且臭氧可以作用于病原體的遺傳物質，使病原體失去活性。生理鹽水的滲透壓與細胞外相同，可以避免正常細胞發生脫水或者過度吸水破裂。用VSD聯合臭氧氣體混合于生理鹽水沖洗糖尿病足創面，其治療效果優于單獨使用VSD聯合生理鹽水沖洗創面，可以降低糖尿病足患者不良反應，促進創面愈合。

6 展 望

醫用臭氧治療作為一種近年來研究廣泛的新興生物療法，通過其強氧化作用、刺激免疫系統、殺滅病原體、改善組織微循環、促進肉芽組織生長、增強創面供氧等機制加快傷口愈合，縮短創面愈合時間，逐漸成為DFU治療的新熱點。將來需要對臭氧治療DFU的作用機制進行更深層次的探索和開展更高質量的臨床研究。