文献证据综合提炼 2.1 机体应具有的新陈代谢与排泄的功能 一切生活着的有机体(包括所有的动物和植物)和没有生命的无机物之间，有一个最根本的区别就是：有机体在生活期间、总是不停地和自己的生存环境进行着物质交换。这种物质的交换包含着两个方向：一方面，有机体为了自己的生存，不断地从环境中取得营养、氧气、水，并且在体内对这些物质进行加工和改造，使它们成为自己身体的一部分；另一方面，有机体又将体内进行生命活动时所产生的许多废物不停地排泄出去。生理学上就将有机体和其生存环境之间的这种不停的物质交换作用称作新陈代谢。 生长、运动、精神活动、思想活动等生命现象都是在新陈代谢的基础上发生的。所以，新陈代谢是有机体的最基本特性。人体内的每一部分每一个细胞都不停的进行新陈代谢活动。进行代谢活动的同时，就必然有诸多不能被身体利用的废物产生出来，这些东西即称作代谢产物。这些代谢产物若不能立刻排泄出去，而在身体内部大量堆积起来，就会妨碍新陈代谢的正常进行，甚至迫使它完全停止。被身体排泄的代谢产物，又称为排泄物。新陈代谢的停止标志着生命活动终止。最简单的有机体是由单个细胞组成的原生动物，本身的代谢活动非常简单，排泄系统的作用尤为显著，身体里面有很多空泡，先将体内废物排到空泡，再通过自己身体表面的薄膜将体内的代谢产物排泄出去；而多细胞生物则有特别的排泄器官；对于构造复杂的无脊椎动物，机体内各处代谢产物汇集起来，通过特殊系统及管道将废物排出。人体和多数脊椎动物的排泄物可分成两类：一类以气体状态被排出体外的，如二氧化碳气：另一类以固体物质溶解水里以后排出体外的，如蛋白质分解时所产生的含氮代谢产物(尿素、尿酸、肌酸酐等)[1]。 经典生理学将人体分为8个系统，即：消化系统、神经系统、呼吸系统、循环系统、运动系统、内分泌系统、泌尿系统和生殖系统。排泄并没有作为单独系统出现，仅在泌尿系统对肾脏的排泄机能中做了相关阐述。事实上，排泄的作用包括调节体内水、盐代谢和酸碱平衡，以及蛋白质代谢产物、甚至毒物的排出，维持体内环境相对稳定。因此，人们习惯性将这部分称作排泄系统[2]。在维基大辞典中排泄系统被定义为，从有机体的生物系统中移除多余的、不必要的代谢所产生的废物以及其他液体和气体废物(如尿、汗和呼气的一系列组件)，保证机体内部的动态平衡，防止对身体的损害[3]。人体的排泄器官(或称系统)主要包括：①肺，它既是一个呼吸器官，也是一个排泄器官。体内产生的二氧化碳由肺经气管、鼻呼出体外。②肾脏主要排泄体内一切能溶解于水中的代谢产物，以尿的形式排泄出去。③皮肤除了保护身体，抵御寒冷，发散身体热量等以外的功用，其通过排汗也可将一些溶解于汗液的代谢产物排出体外[4]，在排泄中起辅助作用。④肝、肠等一些消化器官也有排泄体内红血球分解产生代谢产物的特殊排泄能力。 随着近年来与排泄健康密切相关的泌尿系疾病、皮肤疾病、直肠癌的加剧发生，排泄问题已引起医学界的高度重视，例如，人体内的化学物质蓄积(体内毒素和细胞代谢物)可能是导致过敏性皮肤病的主要诱因，也是引发皮肤疾病的重要因素[2]。JAMA发表文章认为，罹患心血管疾病或糖尿病的人中，尿钠排泄水平较高或较低的人与那些尿钠排泄处于中间范围值的人相比，他们发生心血管事件的风险会增加(对尿钠排泄水平较高者来说)或心血管性死亡及因充血性心衰而住院的风险会增加(对那些尿钠排泄水平较低者来说)[5]。另外，较高的估算尿钾排泄量与中风风险的降低有关。嘌呤代谢紊乱和(或)尿酸排泄减少而致血尿酸水平升高，尿酸盐晶体沉积于组织或器官并引起组织损伤的一组临床综合征，主要表现为反复发作性关节红、肿、热、痛与功能障碍，甚至关节畸形、肾石病及尿酸性肾[6]。 中国传统医学早已对汗液及相关作用有一定程度的认知，中医理论认为，汗液是津液通过阳气的蒸腾气化后，通过汗孔排出的液体。即汗液为津液化生，血与津液同出一源，因此有“汗血同源”之说[7]。清朝医家何梦瑶所著《医碥》中指出：“汗者，水也，肾之所主也，内藏则为液，上升为津，下则为尿，外泄则为汗[8]。 2.2 组织工程皮肤的概念 组织工程皮肤是一种较为完善的组织工程化组织，是将真皮成纤维细胞与细胞外基质替代物混合制成人工皮肤，或单纯使用多孔的细胞外基质替代真皮植入创面，上面移植上皮细胞覆盖或待自身上皮覆盖取代病损的皮肤。组织工程皮肤已取得较好效果，但目前的人工皮肤仍不具备完整的皮肤结构，尤其是缺乏毛囊、皮脂腺、汗腺等附属结构及功能，也非真正意义上的功能皮肤。理想的皮肤替代物应具备以下条件：具有表皮层和真皮层，真皮层可以快速血管化和神经再分布；真皮层可促进快速的生理性的伤口修复；表皮层可以快速地获得充分的屏障和保护功能；与伤口创面充分一体化。 2.3 功能性组织工程皮肤应具有的功能 2.3.1 组织工程皮肤的功能之一：汗液的代谢 通常状态下，汗液的主要成分是水，随之带出的排泄物中还有电解质(如钠、钾，以及微量元素)和非电解质(尿酸、肌酐等)。汗腺虽只起一些辅助的排泄作用，但它对于肾脏的排泄作用是配合得非常紧密的。譬如当肾脏的排泄作用不好时，汗液中的尿素含量就增加，可在一定的程度上，补偿肾脏机能的不足。 汗液中的水代谢：每日水的需求可以由“最低限度的”水的损失和预期不同的水通量的途径的增长决定。代谢水的生产和呼吸损失往往相互抵消。尿中损失主要取决于水化状态和渗透压负荷，但汗水是体内水分流失的最大潜在途径。因此，汗水损失对计算职业人群，特别是应激条件下人群对水的需求极为重要[9]。 水通道蛋白是一族广泛存在于原核及真核生物细胞膜上，选择性高效转运水分子或小分子甘油的特异性孔道。目前发现哺乳动物共存在11种水通道蛋白，即水通道蛋白0-水通道蛋白10。水通道蛋白5主要分布于肺泡、角膜上皮细胞以及分泌性腺体，如唾液腺、泪腺，以及汗腺等表面。哺乳动物的汗腺仅表达水通道蛋白5这一亚型。离子分泌形成的渗透压梯度驱动汗液中的水分子跨膜转运，水通道蛋白5可能参与了这一过程。水通道蛋白5是分泌腺体水分子跨膜转运过程的限速蛋白之一。在活体小鼠的研究中发现：静息状态下, 汗腺分泌细胞中的水通道蛋白5只分布于管腔侧胞膜，在胞浆内几乎无表达；在毛果芸香碱刺激后小鼠汗液分泌的高峰期(15 min)、衰退期(1 h)及刺激后静息期(6 h)，水通道蛋白5在汗腺组织的亚细胞分布及表达量均未有明显变化。同样，尽管阿托品可以抑制小鼠汗腺的分泌反应，但是并不影响水通道蛋白5在汗腺组织的表达分布。腺分泌过程中水通道蛋白5的活性可能受到某种调控，以增加胞膜对水的通透性[10]。 体液渗透压和体积的关系反应还紧密地依赖于适当的酸-碱平衡的调节。正常条件下，24 h内通过皮肤丢失的液体为800-1 000 mL。在体育比赛、重体力工作等情况下，可能增加到每小时3 L，即便在正常条件下，酸排泄量比固定碱的摄入高出很多。缺乏固定碱和酸分解代谢平衡的情况增加，发挥一些监管机制是必不可少的，如果固定碱在体内储存，而不是被身体非正常排水代谢。皮肤中碱的影响因素依赖于液体低于血浆的pH值产生。充当代谢产物的载体。从整个身体的表面收集的汗水显示pH为4.0-4.5。这也是运动员抱怨的“气味汗水”的原因。一个酸的产物能排泄出非离子化进入低度pH值的汗水，将导致碱大量节约[11]。2005年，美国医学研究所颁布的美国居民膳食营养素水和电解质参考摄入量标准中，在很宽的范围内活动水平和环境条件下，运用OSE方程估计出汗率，并以此计算每日水的需求量和钠损失所要补充的量。随后有学者根据基础代谢率、气候条件和服装等因素的影响，对这一公式做了修正[12]。 汗液中的矿物质代谢：汗液氯化钠含量最为丰富，约为80 mmol/L，通常每天可通过排汗损失氯化钠20-25 g，如不及时补充，可引起严重缺水和缺氧化钠，重时可引起循环衰竭，及痉挛等。气温在36.7 ℃以上时，每升高0.1℃，每天应增加氯化钠1 g。但食盐也不能太高，约为25 g或稍多，不应超过30 g。所以在高温环境中生活或工作人员每天有大量氯化钠随同汗液丧失，造成低钠血症。随汗液排出的还有钾、钙和镁等，其中钾最值得注意。在高温环境下中暑病人的血钾浓度下降明显。而长期缺钾的人员，在高温条件下最易中暑。故对高温环境下生活或从事军事劳动的人员要注意补充电解质，尤其是钠、钾离子，以提高机体耐热能力。 微量元素虽然仅占人体体质量0.05%-0.1%，但却与健康、生长发育、胎儿畸形和多种疾病有关。有研究显示，汗液中含有诸多微量元素，最早报道汗液中存在Fe的是Johnston和Hagan[13]，随后陆续报道的微量元素包括：Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、Cr、Co、Mo、Ni、I、Sr、Ti、Al、Cd、Mg等，最多和最少的分别是54.2 mg/L的Ca和8.86 mg/L的Mg[14-17]。 有学者对收集10名22-26岁健康的成年男性桑拿(60 ℃，30 min)的汗液进行测定[18]，结果检测到：Na、Cl、K、Ca、P和Mg，以及Zn、Cu、Fe、Ni、Cr和Mn的浓度，而在不同部位收集的汗液结果表明，臂部汗液中Ca、Mg、Fe和Mn的浓度明显低于全身其他部位收集的汗液。在热环境下作业的群体应及时补充合适的矿物成分。 汗液中的蛋白质代谢：气温在25 ℃时，机体汗液的含氮量仅为125 mg/h；但当温度达到35-40 ℃时，汗液中的氮将高至206-229 mg/h，机体出现负氮平衡。汗液中氮损失和高温失水促进组织蛋白分解，尿氮排增多，血皮质醇浓度升高，蛋白质分解代谢加速。高温时粪便的排氮量也随之增多，故高温作业人员饮食蛋白量应稍高于正常，占饮食总热能12%-15%，蛋白质食物特殊动力作用较强，并使机体对水分需要量增加。 有报告显示，用现代色谱工艺证实，纯汗水中有游离氨基酸的成分。151位正常成人汗液样本中能够检测到21种氨基酸，其中有5种氨基酸在所有样本中均出现，它们是：瓜氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸[19]。而汗液中游离氨基酸的成份不同于其他生物体液(如唾液、精液等)。以甘氨酸最丰富，随后分别是丙氨酸、瓜氨酸、苏氨酸[20]。有人在桑拿洗浴过程中，每间隔15、30和45 min收集20名健康的年轻男性前臂小汗腺汗液，使用离子交换柱色谱法测定游离氨基酸。比较检查所有的氨基酸的浓度发现，出汗15 min后氨基酸的浓度有规律的显著下降， 15 min后降至65%，再过15 min，进一步下跌至 45%。结果表明，汗腺的分泌细胞具有排泄氨基酸的作用，但机制和影响因素有待进一步阐明[21]。 肾病终末期常需要监测血和尿肌酐、尿酸和尿素的浓度，al-Tamer等[22]发现，夏天时，可以在患者的汗液中检测到这3种成分，其中肌酐、尿酸在汗液中的浓度相对低，但尿素的浓度却高于血清，甚至可达50倍。故而提出或许通过热诱导后外分泌腺选择性转运尿素来清除血中高浓度的尿素治疗透析患者。 Alvear-Ordenes等[23]对橄榄球运动员汗液中乳酸盐、氨和尿素的情况进行分析。观察15名志愿者血浆和汗液中三者在比赛前后的浓度。结果肌酸激酶的活性的峰值出现在赛后24 h。汗液中氨的浓度在比赛中明显增加，24 h后明显减少直到72 h仍很低。尿素的浓度在48 h，血中乳酸盐在比赛中明显增加，血中氨的浓度明显升高，而血中尿素在比赛中趋于减少。说明氨和尿素在血和汗中呈现明显的相反情况。汗液乳酸的分泌与出汗率呈显着正相关。即在橄榄球比赛期间运动过程中氨的部分丢失是由于汗液的嘌呤核苷酸循环造成的。 许多学者还证明了汗液中的其他蛋白类或肽类成份，如人类小汗腺所排的汗液中含有半胱氨酸蛋白酶，且有其内源性抑制剂-半胱氨酸蛋白酶抑制剂[24]。人汗液中检测到的血管舒缓素，或称激肽释放酶，又称激肽原酶[25]。 汗液中的维生素代谢：1944年，Sargent等[26]在JBC上发表文章，甚至认为，用化学方法来检测，在任何新鲜汗水样品中，使用溴化氰和芳香氨基酸方法测定烟酸的量，结果每100 mL样品中的浓度不超过 0.1 mg。而当时使用的方法没有检测到：游离抗坏血酸、硫胺素、核黄素、二磷酸硫胺。并推论汗液并不是机体丢失水溶性维生素的主要途径。即使在很严重的情况下，汗液也比尿液丢失的少。随后人们分别报道汗液中存在水溶性维生素，但含量有极大的差别，有的在mg水平，也有的在μg水平。这或许与不同环境下取样，以及不同的检测手段的灵敏度有关。但可以肯定汗液中存在水溶性维生素[27]。高温环境下大量出汗可引起水溶性维生素的大量丢失。汗液中维生素C可达到10 mg/L，以每日出汗5 L计，从汗液丢失的维生素C可达50 mg/d。此外，每升汗液含硫胺素约 0.14 mg，以每日出汗5 L计，可丢失维生素B1 0.7 mg，其他B族维生素，如维生素B2、烟酸等也有相应量的丢失。 有一项对40名男女高性能击剑运动员双盲试验的实验研究[28]发现，维生素B1、B2和B6的缺少高达70%。结果说明人机体内维生素的作用，在耐力项目运动员的特殊情况下，能量代谢的高速运转增加身体的核心温度，从而增加了汗水流失率，这些因素导致水溶性B族维生素的缺乏。 目前认为维生素的13个化合物中主要是水溶性维生素和维生素E参与线粒体能量代谢。从理论上讲，胃肠道吸收减少、长期摄入量不足；汗液，尿液和粪便中的排泄增加引起的需求增加，以及生化适应训练可导致维生素低于基线的状态。但运动员的膳食供给量不存在长期维生素的摄入量不够；也无迹象显示运动员维生素排泄或更新增加。因此这很有可能是由于的生化适应训练的结果。可能的情况下，在高海拔地区使用维生素E，而在炎热的气候条件下使用和维生素C和多种B族维生素补充剂是有益的[29]。 通过核受体结合的1, 25(OH) (2)-维生素D(3)，即维生素D可出现在皮肤角质形成细胞，毛囊鞘和皮脂腺。进一步的研究显示，(3)H-1,25(OH) (2) -维生素D(3)及其类似物(3)H-oxacalcitriol(OCT)核受体还可结合汗腺上皮细胞分泌部和导管部，以及肌上皮细胞表面。基因组调节这类细胞的增殖与分化，以及分泌和排泄功能。这表明少汗、皮肤衰老和潜在患病皮肤的分泌功能受损具有潜在的治疗价值[30]。 汗液中的激素类代谢：Nichols等[31]证明，在运动和热刺激下，汗水可能排泄出肾上腺糖皮质激素。另外，汗液中可排泄出其他的激素，如费洛蒙。费洛蒙是一种外激素，指的是由一个个体分泌到体外，被同物种的其他个体通过嗅觉器官(如副嗅球、犁鼻器)察觉，使后者表现出某种行为，情绪，心理或生理机制改变的物质，具有通讯功能。几乎所有的动物都证明有信息素的存在，他们可使用化学信号改变内分泌的平衡。人体汗液的反应表明，人类有类似的机制：男性腋下萃取物含有费洛蒙，它能够影响女性促黄体生成荷尔蒙的泌动频率与及异性的心情[32]。2007年，Wyart发现男性费洛蒙即雄二稀酮，又称4,16-雄二烯-3-酮，它就是人类的化学信号。该研究小组在研究进一步证实，女性在闻到男性汗液中分泌的雄二稀酮后，其唾液中的皮质醇激素水平升高[33]，甚至它可影响女性控制排卵的黄体素[34]。2010年，Marazziti的研究报告显示，男性汗水里的萃取物-费洛蒙化学讯号能改善血小板中血清素运转子的亲和度与女性的罗曼蒂克样的情爱冲动[35]。2009年，Miller等[36]发现，男性嗅闻女性排卵期时的体味相较于非排卵期时，体内的睾固酮平均上升11.8%。证实女性排卵期体味内所含有的费洛蒙讯号(女性费洛蒙是雌四烯醇)，能够影响男性的睾酮。但也有人对Miller和Maner的报道持不同看法。Roney等[37]认为男人闻到女人气味，还是因为其他因素导致心理意象产生相关变化有待商榷。因为其实验证明，在收集靠近排卵期女性腋汗样本同时交叉设计，让男性不知闻到的汗水是具有特殊刺激的水样样品。结果睾酮反应无显着差异。即腋窝部皮肤汗腺相关的化学信号并非是刺激激素反应所必需的。 汗液中的毒素代谢：虽然人体内大多数的毒素是通过肝脏、肾脏代谢，再经泌尿系统排泄。但有文献证实，一些有毒元素优先通过汗液排出体外。例如，双酚A是一种普遍存在对人体健康的不利影响的化学污染物，通过对20名受试者血液，尿液，汗3中体液双酚A相对浓度的检测，其中16名的血液，尿液和汗水双酚A存在差异，甚至在一些人其血清或尿液样本中没有检测到双酚A，但却可在汗液中检测到。因此，若仅通过血液和/或尿液对这种潜在的有毒物-双酚A进行生物监测，或许所得到的结果将可能低估身体承受的负担。汗水应被视为一个额外的方法用于监测人类生物体内积累毒素情况，特别是双酚A等一类物质。而诱发出汗可能成为一个潜在消除双酚A等毒素的方法[38]。为确定是否诱发出汗可作为一种潜在消除这种化合物方式的干预性治疗。进一步研究生物体内积累的有毒成分和人体排泄的毒代动力学情况，有人对20个观测对象中有10名健康个体和10名有存在有健康问题的个体的3种体液(包括血、尿、汗)内近120种成分(包括毒性成分)检测，结果却有部分有毒元素极易在汗液中发现，但血清中却并不能检测到。因此，该项研究提出，诱导出汗或许是从人体消除许多有毒元素的潜在手段。人体汗液分析应被视为一个用于监测生物有毒元素累积性补充方法[39]。 已有学者利用这样的措施做探索性尝试，如利用桑拿浴增加汗液排泄，以清除侵入体内在工作毒物，包括铅、秋兰姆、卡普踏克斯、sulphenamide C。结果确实证明，桑拿浴能有效地去除一些化学和物理物质[40]。 有或没有角质化生长的黑变病和无色素的黑变病是地方性砷中毒早期的症状。砷剂黑变病和无色素的黑变病的分布不均匀，Yousuf等[41]调查收集20位暴露在砷剂污染饮水的患者和正常健康人的24 h皮肤病损处和未受影响皮肤分泌物，发现汗液中砷优先分泌，还有另外3个组分：胆固醇，维生素E和锌。其中患者皮肤砷的分泌达到正常组的数倍。砷剂暴露组的胆固醇分泌降低，维生素E的分泌增加，锌的分泌也高出几倍。 汗液中其他物质的代谢：Sato等[42]证实人体汗液中存在白细胞介素1，研究发现男性白细胞介素1α平均值0.545 μg/L (n = 17)，而女性汗液中白细胞介素1α的浓度是1.324 μg/L。且各部位之间有差异，男性腋窝汗液中白细胞介素1α为1.568 μg/L(n=6)，手掌汗液白细胞介素1α浓度为9.2 μg/L(n=5)，白细胞介素1β则为7.9 μg/L。Western blot分析纯汗液白细胞介素1α组分，显示在17, 29, 33 kDa有条带。免疫反应表明白细胞介素1α主要位于分泌性管腔、细管、胞浆、线粒体和质膜上。PCR显示白细胞介素1α mRNA定位于汗腺和培养的人外分泌腺coil细胞。白细胞介素1α和人重组的白细胞介素1α在0.5 μg/L强烈刺激培养的成纤维细胞产生白细胞介素6和白细胞介素8产物。故推断汗中的白细胞介素1α样免疫活性物质来源于汗腺，但其起源和分泌机制的阐明有待进一步探讨。汗水油脂中还含有必需脂肪酸，当进行军事活动时，汗水油脂的必需脂肪酸将发生明显变化。并提出这种非侵入性的生物对象或许可作为部队人员作业过程中不适情况的判定标准[43]。 2.3.2 组织工程皮肤的功能之二：皮肤附属物汗腺的再生 大面积深度烧伤往往导致患者毛囊、皮脂腺、汗腺在内的皮肤及皮肤附属物受损或丧失，不但延迟了创面的愈合，而且严重影响患者生活质量。因此，如何建立含有皮肤附属器的更接近天然的皮肤是目前亟待解决的问题之一。 人们已经将对于皮肤附件特别是汗腺再生的问题提到一个非常高的高度来认识。盛志勇等[44]人体汗腺种植试验表明，在切除瘢痕的创面种植经诱导后具有汗腺细胞表型的骨髓间充质干细胞，不仅可以使这些移植的细胞存活，而且这些细胞还能转变为汗腺样组织并发挥排汗功能，可以参与人体汗腺组织结构和功能的修复和重建。形态学观察显示移植部位创面真皮浅层有大量CEA染色阳性细胞，结构类似正常汗腺组织。同时其功能学检测也表明再生的汗腺组织所分泌的汗液具有与正常汗液类似的pH值、渗透压和化学成分。这些研究结果和文章初步表明了汗腺再生的可能性及其应用前景。"

小结 以上看出，组织工程皮肤附属物汗腺分泌的汗液中含有多种成分，参与体内诸多产物的代谢，甚至是某些产物最主要的代谢或排泄途径。因此，汗液作为排泄系统中重要的一员在维持机体内部的动态平衡，防止代谢产物对身体的损害方面具有不可忽视的地位，值得我们去关注和探索。随着整体医学、预防保健意识的提升，排泄系统所具有的独特作用和意义正越来越受到人们关注。汗腺组织具有分泌汗液、排泄废物、调节体温和维持皮肤动态平衡的作用，在大面积烧伤后皮肤创伤修复和重建过程中起着至关重要的作用。如何重建能够分泌汗液的功能性组织工程皮肤是目前亟待解决的问题之一。已有的研究将干细胞与汗腺细胞进行共培养，然后移植到瘢痕创面上，取得了一定的成功。然而，也应当注意到这些初步结果中存在的问题和下一步需要开展的工作，如这种经共培养获得汗腺细胞表型的干细胞在基因水平上是否也发生了本质的变化。 基金资助：国家重点基础研究发展规划资助项目(2012CB518105)，国家自然科学基金面上项目(81171812，81272105)。 作者贡献：本文由崔晓收集文献并整理成文，刘坚及程飚共同审校。刘坚与程飚对本文章的贡献相同，故并列为通讯作者，并共同对本文章负责。 利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组织直接或间接的经济或利益的赞助。 伦理要求：没有与相关伦理道德冲突的内容。 作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。"