穿支皮瓣中choke vessels的新生过程研究及“血管体”概念

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0146

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (8): 1261-1266.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0146

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穿支皮瓣中choke vessels的新生过程研究及“血管体”概念

李文波，张超，石杰，黄强，贾丁丁，高秋明

解放军兰州总医院骨科中心创伤骨科，甘肃省兰州市 730050

收稿日期:2017-11-22 出版日期:2018-03-18 发布日期:2018-03-18
通讯作者: 高秋明，硕士，主任医师，硕士生导师，解放军兰州总医院骨科中心创伤骨科，甘肃省兰州市 730050
作者简介:李文波，男，1992年生，甘肃中医药大学在读硕士。
基金资助:
国家杰出青年科学基金项目(81600700)；甘肃省自然科学基金(1506RJZA298)

Choke vessel growth in perforator flaps and the conception of angiosome

Li Wen-bo, Zhang Chao, Shi Jie, Huang Qiang, Jia Ding-ding, Gao Qiu-ming

Department of Orthopaedic Trauma, Orthopedics Center of Lanzhou General Hospital of Military Region of Chinese PLA, Lanzhou 730050, Gansu Province, China

Received:2017-11-22 Online:2018-03-18 Published:2018-03-18
Contact: Gao Qiu-ming, Master, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopaedic Trauma, Orthopedics Center of Lanzhou General Hospital of Military Region of Chinese PLA, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
About author:Li Wen-bo, Master candidate, Department of Orthopaedic Trauma, Orthopedics Center of Lanzhou General Hospital of Military Region of Chinese PLA, Lanzhou 730050, Gansu Province, China
Supported by:
the National Science Foundation for Distinguished Young Scholars of China, No. 81600700; the Natural Science Foundation of Gansu Province, No. 1506RJZA298

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
穿支皮瓣：以管径细小的皮肤穿支血管供血的轴型皮瓣，穿支皮瓣的特征是以穿支血管为蒂，穿支血管分为肌间隔穿支和肌皮穿支两种。choke vessels为相邻穿支血管之间相吻合的管径细小的血管，是连接相邻穿支血管的桥梁。其吻合方式分为3种，管径不减小的真性吻合、管径逐渐减小的阻塞性吻合和生理条件下不开放的潜在性吻合。
血管体：每一支知名的皮肤血管的供区都不仅仅局限于其分布范围内的皮肤及皮下组织，而是一个包含有同一区域内相应的肌肉、肌腱、骨骼等多种组织在内的三维组织块，各相邻“血管体”周边借Choke vessels互相连接。随着穿支皮瓣在临床上应用的不断推广，关于血管体区的概念也进一步细化。

摘要
背景：穿支皮瓣是临床修复皮肤软组织缺损的常用方法，choke vessels作为穿支血管之间相互沟通的桥梁，在跨区穿支皮瓣成活方面起着重要作用。
目的：对穿支皮瓣中choke vessels新生过程的研究进展作一综述。
方法：计算机检索1984至2017年PubMed、中国知网和中国生物医学文献数据库等数据库收录的关于穿支皮瓣和穿支皮瓣中choke vessels新生的基础研究、临床报道和研究进展文献，英文检索词为“perforator flap , perforator vessels, choke vessels, choke zone”，中文检索词为“穿支皮瓣，穿支血管，闭塞血管，choke血管”。
结果与结论：最终纳入文献51篇进行总结综述。穿支皮瓣在临床广泛应用于修复各种原因导致的皮肤软组织缺损。相邻穿支血管之间通过choke vessels进行吻合，跨区穿支皮瓣成活与choke vessels的扩张新生密切相关。choke vessels新生与血管新生机制可能存在重叠，缺血缺氧预处理和炎性环境可能促进choke vessels新生。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0002-1812-9457(李文波)；0000-0003-2403-1082(高秋明)

关键词: 穿支皮瓣, 穿支血管, choke血管, 血管新生, 缺血缺氧, 组织构建

Abstract:

BACKGROUND: Perforator flaps are used to repair skin and soft tissue defects. As a bridge between adjacent perforator vessels, choke vessels play an important role in the survival of extended perforator flap.
OBJECTIVE: To review the research status and progress of the growth of choke vessels in perforator flaps.
METHODS: A computer-based search of PubMed, CNKI and SinoMed databases was performed for the relevant literature concerning the research status and progress of the growth of choke vessels in perforator flaps published from 1984 to 2017. The keywords were “perforator flap, perforator vessels, choke vessels, choke zone” in English and Chinese, respectively.
RESULTS AND CONCLUSION: Totally 51 articles were included for summary. Perforator flaps are extensively used to repair skin and soft tissue defects caused by various factors. Adjacent perforter vessels are connected by choke vessels, and the extended perforter flap survival is closely related to the dilatation and growth of choke vessels. Similarity may exist between the growth of choke vessel and angiogenesis. Hypoxia and ischemic preconditioning and inflammatory environment may promote the growth of choke vessels.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Surgical Flaps, Blood Vessels, Neovascularization, Physiologic, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

李文波，张超，石杰，黄强，贾丁丁，高秋明. 穿支皮瓣中choke vessels的新生过程研究及“血管体”概念[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(8): 1261-1266.

Li Wen-bo, Zhang Chao, Shi Jie, Huang Qiang, Jia Ding-ding, Gao Qiu-ming. Choke vessel growth in perforator flaps and the conception of angiosome[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(8): 1261-1266.

图/表（结果） 2

2.1 穿支皮瓣以管径细小的皮肤穿支血管供血的轴型皮瓣，穿支皮瓣的特征是以穿支血管为蒂，穿支血管分为肌间隔穿支和肌皮穿支两种^[1]。目前文献对穿支血管穿过深筋膜后的走形鲜有报道，而且可以肯定的是每一条穿支到达皮肤的走形是不一样的。

穿支是从深筋膜穿出供应其浅表，分支成星形状，单独供应一块特定的皮肤，即所谓的皮肤穿支体^[2-3]。通常有两种类型：一种是典型的具有星形分支的垂直血管，以穿支为中心均匀向各个方向发散，一种是斜向上走形的血管，要么没有分支，要么会有两个相反的分支。有两个相反分支的血管体一般会斜行走向活动性好或者相对固定的皮肤，其走形一般离深筋膜有一定距离。而有3个或更多主要分支(星形分支)的穿支在临床皮瓣设计上更能达到理想的效果。

2.2 choke vessels choke vessels是连接相邻穿支血管的桥梁，是跨区穿支皮瓣血供来源的必由之路，对跨区皮瓣成活至关重要。Cormack等^[4]通过分析相邻穿支体之间的关系，将皮肤的血管供区依次分为解剖学供区、血流动力学供区及潜在供区。解剖学供区是某一源动脉呈树形分布所到之处，是基本的血管供区；血流动力学供区是当一侧血管被切断或阻断时，其管内血压下降，解剖学供区血管内的血流就会跨越原来的吻合部位choke vessels区向压力低的一侧供血，这种紧邻原解剖学供区的扩张部位被称为血流动力学供区；潜在供区是在跨越动力学供区的基础上，再继续向远处供区延伸的区域。以这种血流跨越解剖学供区向血流动力学供区甚至向更远的潜在供区供血为理论基础，临床上可行跨区皮瓣切取来修复单血管体皮瓣无法覆盖的大面积皮肤缺损^[5]。某一穿支的血流可通过choke血管的扩张安全到达相邻的穿支体区，但第三穿支体区的成活确实无法预测的。研究表明，皮瓣坏死经常发生在血流动力学区和潜在供区，即所谓的chokeⅠ区和chokeⅡ区^[6]。带蒂皮瓣术后，至少相邻穿支体区可安全成活，但第三个血管体区往往面临坏死，而且chokeII区血管不会扩张。第三穿支体区的坏死与chokeⅡ区有关，chokeⅡ区是血流阻力的分水岭^[5]。

2.3 穿支血管和choke vessels的可视化静态研究起初对皮肤血管的研究是依靠血管造影技术来实现的。Taylor等^[7]对大量标本进行皮肤血管造影，统计出口径在 0.5 mm以上的皮肤穿支374条，并对皮肤血供的来源进行了区分，他们根据皮肤内血管三维立体分布的特点提出了“血管体(angiosome)”的概念，指出每一皮肤血管除供应其分布范围内的皮肤和皮下组织外，还供应同一范围内的肌肉、肌腱、骨骼等多种组织在内的三维组织块。Geddes、楼新法等^[8-9]对明胶-氧化铅血管灌注造影技术进行了改良，应用“一次性整体血管标识技术”、“交互式医学影像控制系统”对全身口径大于0.5 mm的血管进行了全面系统的观察，绘制出了人体皮肤穿支分布图^[10]，统计出口径0.5 mm以上的皮肤穿支442条。这种利用明胶-氧化铅灌注后进行二维X射线摄片虽然能够提供清晰的血管区域影像，但其缺点是影像叠加，解剖层次不清，无法剔除不需要的解剖结构的干扰^[11]。CT 血管造影(computed tomographic angiography，CTA)较X射线平片相比具有明显的优势：它能够屏蔽掉不需要的重叠的解剖结构，具有内在的高分辨率，能够进行三维重建。Saint等^[12]运用CT血管造影技术对对多个皮肤单穿支进行了3D可视化研究，发现相邻穿支之间通过直接链接和间接链接两种方式吻合；位于跨区供血位置，首先对同一源动脉发出的邻近穿支进行供血，其次对其他源动脉的邻近穿支进行供血。同时提出了穿支体区(Perforasome) 概念。但CT血管造影主要是在新鲜标本上进行的，不能真实反映活体的choke vessels的生理特性。而且，X射线摄片和CT血管造影通常局限于choke 动脉，而不能同时观察choke静脉。

2.4 choke vessels在体动态研究庄跃宏等^[13-14]设计了一种研究 Choke vessels新的动物模型——大鼠背部皮窗。通过在大鼠背部安装皮窗对choke vessels生理状态下血流动力学的变化进行了动态观察。戴开宇等^[15]运用上述大鼠背部皮窗模型观察大鼠背部跨区皮瓣的choke 静脉变化规律，发现在皮瓣切取后的早期，静脉血主要以“迷宫”式回流为主，而术后晚期则通过“迷宫式”及“瓣膜失效”两种方式进行回流，以“瓣膜失效”为主。胡斯旺等^[16]对皮窗进行了改进，制成“新型大鼠皮肤血管实时观察窗套件”，对大鼠背部穿支体区间choke vessels变化规律进行了探索，研究发现，跨区皮瓣术后，穿支体间choke vessels动脉有两个扩增高峰，分别是术后4-6 d和10-16 d，这对临床上切取跨区皮瓣、延迟皮瓣有一定的指导意义。大鼠背部皮窗模型的优缺点见表1。

2.5 choke吻合与真性吻合研究发现相邻穿支体间存在3种吻合：真性吻合、choke吻合与生理条件下不开放的潜在性吻合^[17]。真性吻合是血管体之间大的管腔跟管腔之间的吻合，管径一般恒定不会逐渐变小。choke吻合位于血管体周围多个血管分支处，管径是逐渐减小的。真性吻合血管的血流量要比choke吻合区血流量大得多，因为血管阻力与管半径的四次方成反比。

一般认为，穿支皮瓣可以有效灌注其解剖学区域和相邻穿支体区，而第三穿支体区域或者距离血管蒂有两个穿支体区的区域有可能出现缺血缺氧甚至皮瓣坏死^[2]。但也有文献报道即使皮瓣内包含了3个甚至4个穿支体，皮瓣仍然全部成活^[18-20]。穿支体间不同的吻合形式很好地解释了为什么有些案例中能成功切取第三穿支体区域甚至更大范围的皮瓣，反之在其他案例中则有可能造成皮瓣坏死。在真性吻合的穿支体间，血流容易通过真性吻合血管使皮瓣得到充足的血供以保证皮瓣的成活。而在choke吻合的穿支体间，血流通常只可流经一个choke区供给邻近的穿支体区域，却不足以流经第2个choke区向第3个或更远的穿支体区供血^[17]。

2.6 choke vessels新生与血管新生对延迟机制的研究加深了对皮瓣的认识^[6^，^21-24]，外科延迟术可通过choke vessels促进穿支皮瓣的扩展^[25]。延迟通常是在术前1周左右，切割已设计好的皮瓣边缘，以阻断皮瓣内一些血管的血供以达到刺激choke vessels的目的，使choke vessels扩张增生满足末梢血供，从而改变临床预后。choke vessels的扩张是一种永久性的扩张^[24]。choke vessels的生长是一个主动的过程，伴随着血管内皮细胞的增生和血管壁的扩张。皮瓣术后最初会有短暂的血管痉挛，紧接着在前72 h内血管由于血流中断会出现快速扩张。72 h后，血管在持续扩张的同时，还会伴有血管内皮细胞的增生。术后第7天，会观察到明显的血管径扩张，细胞体积也会增大，choke vessels呈现迂曲状分布。目前对choke vessels新生的机制存在好多种说法，包括血流对choke血管的生理影响。血流量的增加可能会对血管施加一种延伸的力量，造成最初内膜的破坏，从而引起血管细胞增生和肥大以及平滑肌的延伸。研究发现炎症在延迟过程中的血管变化和保护作用方面起到关键的作用^[26]，这种延迟过程中的保护作用和血管改变都受到炎症和修复过程的调控^[27]。

血管新生中侧支循环的建立是由机械力引发的^[28]。血管新生是内皮细胞在原有血管的基础上增殖和迁移，以出芽的方式形成新的血管。出芽的方向是由促进血管生成的因子趋化的，新生的血管芽与邻近的血管芽或已存在的血管吻合，形成新的血管网^[29-30]。当一支主要的传导动脉被血栓或由于损伤发生堵塞时，压力差会改变侧支小动脉的血流方向。侧支血管血流量的增加会使血管壁切应力增加，从而激活血管内皮^[31-32]。血管内皮细胞释放细胞活性因子，比如单核细胞趋化因子，启动炎性级联反应。循环中的中性粒细胞和单核细胞聚集并穿过血管壁向周围组织转移。在堵塞后3 d左右巨噬细胞堆集达到峰值^[33]。随着侧支血管的继续生长，这些血管呈现出特有的螺旋形状。在动脉堵塞近72 h左右，侧支血管壁近一半的细胞呈现出有分裂的迹象。这与Taylor对choke vessels的研究结果相一致，他通过Brdu摄取和染色检测到了细胞分裂^[24]。血管新生的另一种方式是套迭式血管形成，只是血管的重新组织，不涉及血管内皮细胞的增殖，此过程可能与切应力和血流速度有关^[34]。内皮细胞可感知切应力并进行信号转换，上调转化生长因子β、一氧化氮合酶和黏附分子的表达^[35]。血

流速度加快可能导致套迭新生。

choke vessels新生过程与血管新生过程有许多相似之处。首先，这两种过程都需要在炎性环境中进行。CD11b在炎症的细胞黏附和转移中起到重要作用，研究发现，choke vessels新生过程中CD11b水平变化与血管发生过程中CD11b水平变化相一致^[26]。其次，二者过程中都能观察到管壁扩张、内皮细胞增生以及中期呈迂曲走形。第三，choke血管和侧支血管中，血流量的增加均可引起血流对管壁剪切力的增大，促进内皮细胞增生^[26^，^32]。研究发现，穿支皮瓣术后choke vessels的新生过程可能是通过血管新生过程进行的^[26]。二者不同之处是choke vessels新生过程可能是缺血缺氧触发的，而血管新生过程的触发机制除缺血缺氧之外还有血压变化。热休克蛋白70(Hsp70)和血管内皮生长因子是缺血再灌注和组织缺氧损伤的检测指标，皮瓣术后在choke区可检测到Hsp70和血管内皮生长因子升高，但在血管新生过程中检测到的血管内皮生长因子水平变化与choke vessels新生过程中检测到的血管内皮生长因子水平变化并不一致，而且缺血缺氧不能上调血管新生过程中血管内皮生长因子的表达或促进下肢缺血模型的侧支血管生长，即使给予外源性血管内皮生长因子也不能促进侧支血管的生长^[26^，^36]。

2.7 choke vessels新生与缺血缺氧预处理低氧诱导因子1α是低氧敏感蛋白，其表达和血管内皮生长因子和新生血管形成密切相关^[37]。低氧可活化低氧诱导因子1α，通过调控下游基因的转录，上调多种促血管生成因子及其受体表达。这些促血管生成因子能够激活血管内皮细胞产生酶溶解周围基底膜，松解血管内皮细胞与周围组织的黏附，利于内皮细胞的增殖和迁移。不断增殖和迁移的内皮细胞连接成条索状，形成新生血管芽，并与周围新生血管芽或已有血管相吻合，形成血管网^[38-39]。低氧诱导因子1α通过诱发细胞保护和choke vessels新生的途径提供外科延迟，提高皮瓣组织细胞对缺氧的耐受程度，更好地适应缺氧微环境的变化。实验证明，缺氧早期皮瓣内低氧诱导因子1α的表达逐渐增加^[37]，而随着缺氧环境的改善，低氧诱导因子1α的表达逐渐下降。普遍认为，皮瓣术前进行缺氧预处理能够提高术后皮瓣的成活率。缺氧在choke vessels新生过程中的作用很可能跟血管新生机制有关。而在另一项研究中，作者指出，choke vessels新生需要在炎症环境中进行^[26]，但缺氧并未在choke vessels新生过程中起到作用。所以，缺氧在choke vessels新生过程中究竟扮演何等角色尚待实验进一步证实。穿支皮瓣中choke vessels新生的研究模式图见图1。

微循环灌注不足是皮瓣远端坏死的重要原因^[40]。动脉血栓、血管床灌注不足或者机体低血压等都会引起皮瓣微循环灌注不足，进而引起皮瓣组织缺血缺氧，以及随之而来的缺血再灌注损伤，最终导致皮瓣坏死^[41]。这种坏死通常发生在与chokeⅡ区邻近的血流动力学供区和更远的潜在供区，尤以潜在供区多见^[6^，^41]。皮瓣术前进行缺血预处理(ischaemic preconditioning，IPC)或远程缺血预处理(remote ischaemic preconditioning， RIPC)可以提高皮瓣的成活率^[40-42]。远程缺血预处理是指对皮瓣组织进行多次短暂、重复缺血再灌注以提高组织和细胞对缺血缺氧和缺血再灌注损伤的耐受，预防皮瓣坏死的有效手段^[43]。局部缺血预处理能够降低血小板活化，减少血小板凝集^[44]。人体四肢急性缺血时可检测到明显血小板活化，动物实验也发现血小板的活化与组织损伤和再灌注有关^[45-46]。另外，单核细胞、中性粒细胞都参与了缺血再灌注损伤，远程缺血预处理能够下调促炎性反应基因的表达，减少循环中的炎症反应^[47-48]，降低缺血再灌注损伤。这似乎又与炎性环境利于皮瓣内choke vessels新生相悖，所以，炎症与choke vessels新生的关系及其具体机制尚待明确。

研究表明，一氧化氮在缺氧预处理机制的中心环节起到重要作用，这种作用可能与NO/cGMP通路有关^[49-50]。一氧化氮是皮瓣延迟过程中小动脉扩张和皮瓣灌注的重要因素，其含量对皮瓣血流和成活率都很重要，而且延迟术后组织产生的一氧化氮会优势集中在皮瓣内，非皮瓣内的小动脉扩张和血流灌注并不明显^[51]。一氧化氮在Ca²⁺的作用下依赖内皮细胞中(内皮型一氧化氮合酶)和血管周围神经中(神经型一氧化氮合酶)的一氧化氮合酶合成，能够通过保持血流量、抑制血小板聚集和白细胞黏附起到保护组织的作用^[50]。一氧化氮供体西地那非可明显扩张穿支皮瓣内沿血管蒂走形的血管，尤其是choke血管，甚至chokeⅡ区的血管扩张达到了真性吻合，跟chokeⅠ区相似^[50]。

2.8 关于“血管体” 1989年，Koshima等第一次报道了以腹壁下动脉穿过腹直肌，分布在脐周的肌皮穿支为蒂的皮瓣来修复口底及腹股沟部皮肤软组织缺损后，整形外科领域迎来了穿支皮瓣的时代，穿支皮瓣符合整形外科“供区损伤最小化，受区美观最大化”的修复原则。越来越精细的手术方式需要人们对血管的解剖及生理学也要有更深入的认识。1987年，Taylor等^[7]应用血管造影技术对人体及其他一些哺乳动物的皮动脉进行了细致入微的研究，根据皮肤内血管由深向浅呈立体三维分布的特点与规律提出了“血管体”的概念。每一支知名的皮肤血管的供区都不仅仅局限于其分布范围内的皮肤及皮下组织，而是一个包含有同一区域内相应的肌肉、肌腱、骨骼等多种组织在内的三维组织块，各相邻“血管体”周边借Choke vessels互相连接。随着穿支皮瓣在临床上应用的不断推广，关于血管体区的概念也进一步细化。

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穿支皮瓣中choke vessels的新生过程研究及“血管体”概念

Choke vessel growth in perforator flaps and the conception of angiosome

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