相信大家都听过超声波在医疗方面的应用,像是产前检查、乳房筛检、急诊创伤评估,也涵盖治疗方面,如口腔牙周治疗、体外震波碎石、物理治疗等。 超声波之所以这么受医界欢迎,主要是它不涉及辐射,因此比X 光等检验工具安全,体积小、价格也较便宜,但你可能没想到,这普通的音波震荡仪器,居然能让伤口如快转般地加速愈合。
由英国雪菲尔大学(University of Sheffield)及布里斯托大学(University of Bristol)的科学家们合作,近日发表于国际皮肤病学研究期刊 (Journal of Investigative Dermatology):使用低强度超声波,能够刺激伤口细胞,让皮肤溃疡及褥疮愈合时间加速30%。
身体愈合机制
人类伤口愈合机制其实非常复杂,想像一下伤口就像地面破个大洞,而水管破裂导致水源源不绝涌出。 最开始的「凝血期」,由血球及血纤维蛋白凝结成血块,如沙包般的封挡住伤口;第二期为「炎症期」,受伤细胞将释放出组织胺等促发炎分子,让伤处血管扩张、通透性增加,因此富含白血球和血清蛋白质的液体,能渗入组织清除细菌和坏死物质。 而后续更多不同功能的白血球大兵加入,并由炎症细胞吞蚀消灭(phagocytosis),就像接力般将不利伤口愈合的异己铲除。
最后进入「增生期」,多种物质进入伤口区,如纤维母细胞(fibroblast)将产出纤维细胞(fibrocyte),并制造出胶原蛋白,这就像在伤口架起鹰架来,供重建雏形。 而肌纤维母细胞(myofibroblast)则产生收聚力量,让伤口缩小,再藉由表皮增生作用(epithelialization),上皮细胞会一层层覆盖于纤维组织上,逐渐增厚,愈合工作大功告成。
对于健康的人来说,很难想像伤口愈合会是多么重要,但在糖尿病、抽烟或年老患者身上,末梢血液循环不佳、白血球功能不良、胶原蛋白合成减少等原因,都让复元之路迢迢,一不小心就慢性发炎甚至造成感染。
根据研究的主持者──雪菲尔大学膜动力学中心的Mark Bass 博士表示:「接近25% 的糖尿病患者深受慢性溃疡所苦,尤其是脚部,最糟糕且常见的下场就是截肢。」
面对庞大的照护需求及医疗开支,现今医疗界对抗慢性伤口,最常见的方法是「避免感染」,采用抗生素,加上清创以及特殊敷料,待患者伤口自愈能力发挥功效。 另外一种方法,则是藉由外来因子唤醒细胞修复,比如将干细胞或经萃取的生长因子涂敷在伤口上,然而这种特殊疗法昂贵,实非一般人能负担得起,而且也难掌控实际的生长情况。
医疗科技发展至此,难道没有其他创新方式能对付棘手的慢性伤口吗?
超声波功效机制
之前我们介绍过 , 利用电刺激促进血管新生作用 ,另有一种近年流行的「负压伤口治疗法 (Negative Pressure Wound Therapy,NPWT)」,是将伤口置于区域性负压,以帮浦抽吸及敷料的机械应力来加速愈合。
此外,医疗界早已证实「低强度超声波能促进骨折愈合的速度」,因此以雪菲尔大学为首的这群科学家们,将实验目标设计为表皮伤口,测试疗效。
他们以罹糖尿病且衰老的老鼠为受试者,采用低强度超声波治疗创伤,结果发现:超声波能促使身体愈合因子移动至伤口床 (wound bed),并发挥作用,且将原本需要的9天愈合期缩减为6 天。 此外,即便是患有「纤维连结蛋白依赖讯号(fibronectin-dependent signaling)缺陷」的老鼠,超声波对它们同样具备功效。
对于这样的发现,Mark Bass 博士解释,受伤时,纤维连接蛋白(fibronectin)会出现在血浆中,负责止血、保护损伤组织,并激活纤维母细胞(fibroblast)内的讯号蛋白质Rac1,促使纤维母细胞移动且聚集在伤口床,且合成胶原蛋白及细胞外基质,提供伤口防护。
当患者因慢性疾病及老化,或者纤维连结蛋白依赖讯号异常,导致愈合功能障碍时,超声波提供了替代管道,它能产生机械性刺激──奈米震动 (nano-vibrations),促使皮肤细胞膜开放钙离子通道和释放钙流动,而这种引力牵引纤维母细胞往伤口床聚集,因此胶原蛋白沉积更多、真皮厚度增加,提高了糖尿病伤口愈合的完整性,速度加快30%,同时也减少感染率。
Mark Bass 博士补充,「目前研究小组已经证明超声波治疗伤口的有效性,但老鼠和人体毕竟有区别,功效仍待进一步的人体试验。此外,我们正着手研究更细致的超声波信号,希望能够找出最适合人类伤口的超声波频率,甚至挑战更复杂的烧烫伤伤口。」
科学家们执着于超声波治疗是有原因的,毕竟超声波临床应用已久,却未发现任何致癌风险;此外,它是非侵入式的,亦无须担忧化学毒性,且相较于传统敷料必须勤更换而耗损的人物力成本,超声波显得方便又实惠。
当然,大众不免疑惑:如果超声波会刺激细胞,那么产检超声波是否安全呢?
针对这点,Mark Bass博士要大家别担心,治疗是必须对患处施予长达12分钟的连续性刺激,但一般产检超声波的探头会移动,最多只停留一至两分钟,因此是安全无虞的。
看来,超声波在医疗界的未来发展可期,但英国团队想要发展产品,恐怕得加把劲了,因为美国Alliqua BioMedical公司已抢先推出超声波治疗仪UltraMIST ,并于2014年获得美国食品药物管理局FDA 许可。
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(Source: alliqua.com )
UltraMIST仪同样应用低频超声波的原理,但它属于非接触式的,需要介质──生理食盐水。 针对这样的限制,Alliqua BioMedical公司特别聘请Logic PD公司进行产品设计,Logic PD执行长Bruce DeWitt表示,UltraMIST要成功,最重要的是让产品保持高效能的治疗品质,同时符合「使用者友善」精神。
因此,经过大量临床探勘及潜在使用者资料收集后,Logic PD 创造软硬整合的系统平台,包含了一个类吹风机外形的超声波探头、体积轻巧的主机台及简洁的操作软体。
这产品主打「操作者能专注使用」,意即使用者不须回头选按主机,能全程面对患者,操作时只要调控探头内建的控制面板即可。 而连接的电缆也经过精密设计,不会有卡住或者角度受限的状况。
对于患者而言,治疗过程中,仅感到有雾水轻撒于伤口,并伴随些微震动,但不会有任何不适,过程可说是舒适轻松。
这兼具功能与人性化的超凡设计,让UltraMIST近日获得芝加哥雅典娜建筑与设计博物馆(The Chicago Athenaeum Museum of Architecture and Design)颁发优良设计奖( Good Design ),证明了医疗器材的发展,不再强调功能为王,而是更贴近使用者需求与感受。
事实上根据预估,2020年全球伤口照护市场总值达90亿美元,最大的市场分别在欧洲及北美,但未来5年成长幅度最高为亚洲,尤以中国和印度为最。 这当中的主因包含糖尿病患增加、先进国家的老龄化趋势、肥胖人口激增,然而更复杂的原因是,因为长期的抗生素滥用,人类面临前所未有的抗药性危机,传统治疗法「药物加上清创」变数太多,医疗像在跟老天爷赌一把。 因此,针对慢性伤口(比如褥疮、下肢静脉溃疡、糖尿病足、压疮等)所发展的医材成了解套,也是众家争食的市场大饼。
姑且不论产品设计是否趋向精美友善,更重要的是,切入市场的目标客户 (Target Audience),不应局限在医疗院所。 因此,无论是世界负压伤口装置品牌──美商Kinetic Concept, Inc.(KCI),或者欧洲厂牌Smith & Nephew,看准的都是居家照护市场,希望打造行动式产品,让患者方便、拥有隐私,又能确保伤口得到适当的照护。
但最终究竟是电刺激、负压,还是超声波装置胜出? 是否真能缓解庞大的慢性伤口照护负担呢? 除了产品需具备卓越非凡的功效,还得看人性设计及市场布局了。（作者 Sharon Shih）