慢性伤口床的准备常需要对坏死组织进行清创，因为其会阻碍伤口收缩、妨碍肉芽组织生长、抑制上皮细胞的迁移【1】。失活组织也会成为细菌的培养基，促进细菌繁殖，甚至导致感染【2】。清创可以降低细菌负荷和清除利于伤口感染发生的异物【3,4】。此外，细菌释放的内毒素被认为促进了生物膜的形成和组织坏死、刺激炎性介质的生成（IL-1b、IL-6和TNF-alpha），进而增加基质金属蛋白酶的产生和抑制成纤维细胞生成胶原蛋白【5】。因为这些对伤口愈合的有害作用，快速和彻底的清除坏死组织是慢性伤口管理的早期主要目标。
临床常用的伤口清创方法包括手术清创、机械清创、酶清创、自溶性清创、生物清创。外科清创一般被认为是最有效率的方法，由训练有素的医生完成，清创中医生决定清除组织的范围（可能包含坏死组织和健康组织）。器械清创是侵入性稍低的方法，由医生和合格的医疗人员完成。这种方法选择性地去除焦痂和腐肉、以及粘附的纤维蛋白，后者的清除费时费力。常常，锐器、选择性清除失活组织的效果有限，主要是因为仅可以部分清除纤维蛋白和/或患者无法忍受疼痛。其他提到的方法主要用于选择性清除焦痂、腐肉和纤维蛋白，而纤维蛋白可能需要数天至数周才能完全清除。
本文中我们将介绍使用超声能量来清除坏死组织。
超声的物理学和细胞学效应
超声是非电离辐射，不会造成癌症和染色体破坏等与电离辐射有关的危害。压电片震动产生声波，产生的机械能量被传输至组织而使分子振动。1秒内分子振动的次数代表声波的频率，单位为赫兹（Hertz or Hz，1Hz为每秒1个周期（cycle per second,CPS），1KHz=1000cps，1MHz=1 million cps）。人耳仅对16Hz至20kHz之间的声音敏感。超声能量的频率超过20kHz，人耳无法感知。
特定频率超声穿过组织，造成分子同频率震动。随着穿透深度的增加，能量由于散射（Scattering）和吸收（Absorption）而逐渐减小。散射是指声波传播过程中碰到反射面（如骨骼或肌腱）时被反射而偏离传播方向。吸收是指声波能量转移至组织，部分原因是声波在组织内传输过程中的内部摩擦。
超声对组织的作用包括热和非热能机制。高频（MHz）和低频（kHz）超声能在组织内同时产生热学和非热学效应。频率越高，热效应和吸收会增加；而低频和脉冲超声的非热效应更显著。1MHz和3MHz超声的热效应常被用于增强血流和升高软组织温度，以治疗限制关节活动度的肌骨疾病。超声的非热效应有2种，即空化效应（Cavitation）和声流（Acoustic streaming）【9】。空化是超声对气泡的震动作用。超声造成的局部压力变化能造成组织液体或超声耦合介质内形成微小的气泡或空腔。超声场内高/低压力的交替能造成气泡体积的增加和减小。在低密度场内，气泡体积不会显著增加和减小；会形成稳定的空腔（气泡）。超声密度足够高时，声场内的气泡爆裂，造成气泡附近组织的破坏【8,9】。这种不稳定或短暂的空化可能是促进伤口表面纤维蛋白快速溶解的机制之一。研究显示超声能以一种局部、可控的方式机械性地清除组织【10】，而增强的声波反向散射与侵蚀过程高度相关【11】。
声流是超声的另一个非热效应，是指超声压力波作用下使得液体沿着细胞膜、气泡和组织纤维的分界线移动。研究显示声流可以改变细胞膜通透性和第二信使活性【12,13】，进而会导致蛋白质合成增加【14,15】、肥大细胞脱颗粒【16】和巨噬细胞产生生长因子增加【17】。此外，低频超声（27kHz）被证实可以增加内皮细胞NO合成酶活性和在体外NO合成【18】。研究者证实40kHz超声在0.25到0.75W/cm密度下可以改善灌注和逆转急性缺血骨骼肌的酸中毒，其中涉及的机制与NO有关【19】。此外，有报道40kHz低频超声可以显著改善糖尿病足溃疡愈合率，同时对伤口组织没有可见的副作用【20】。
超声的纤维蛋白溶解效应
技术的进步促成了高频（1MHz和10MHz）超声的出现，用于胎儿影像和多普勒扫描、以及组织热疗以促进愈合。1和3MHz频率的超声被证明在体外和动物实验中能增强纤维蛋白酶溶解【21-24, 25-28】。然而，临床上使用高频超声增强纤维蛋白溶解有一个缺点，即密度增加后，组织加热可能会达到有害的水平。此外，超声的组织吸收和穿透在MHz频率要低于kHz频率时【29】。
低频超声（20-60kHz）也被证明在动物和人体伤口治疗后具有一些积极效应。McDonald等发现50-60kHz超声能有效去除大鼠模型伤口表面的颗粒碎屑和细菌【30】。研究显示低频（40kHz）、低密度（0.25W/cm）超声在体外试验中显著增加纤维蛋白溶解【31】。其他研究人员发现持续和脉冲模式的低频（27, 40和100kHz）超声显著加速放射标记的纤维蛋白的溶解，其中27kHz持续模式下效果最大【29】。Bessette等【32】使用超声治疗大鼠全层试验感染烧伤，通过电子显微镜发现成纤维细胞增加溶酶体活性和增强胶原蛋白合成，同时没有有害效应。在被纤维蛋白粘连覆盖的慢性伤口患者中，研究者发现使用25kHz超声清创能快速而有选择地溶解纤维蛋白，同时未发现对肉芽组织有肉眼可见的有害变化。
超声的抗菌作用
多个研究人员报道了超声的抗菌效应。CH Schulze等设计了2个体外模型来评价25kHz超声对4种慢性伤口中常见的游离细菌的抗菌作用。将细菌培养于检查管中构建浸入模型以模拟含有浆液渗出和生理盐水腔洞伤口。超声探头浸入培养液中，而培养液则作为耦合剂。此外细菌种植于培养皿中构建表面模型以模拟浅表伤口，其中超声探头中流出的生理盐水作为耦合剂。两种模型中细菌被不同能量和暴露时间的超声作用，杀菌效果均在100%能量输出达120秒时最佳。表面模型中，16个培养皿中的15个被发现100%超声能量输出作用60秒后变得无菌。
Schoenbach等发现给予试验大鼠感染烧伤伤口每日超声治疗可以显著减少细菌计数和改善存活率【35】。Scherba等评估了26kHz超声对不同微生物（包括大肠杆菌、金葡菌、绿脓杆菌、真菌和病毒）混悬液的作用，发现杀灭比例随着暴露时间和强度的增加而增加。研究人员将抗菌效应归功于瞬时空化【36】。
图1: 超声清创设备
25kHz超声清创仪（Sonoca），配备3个不同头端的治疗手柄。
图2: 手柄头端形态
不同的手柄头端允许治疗人员应对不同创面，包括浅表、腔洞/凹陷和凸起创面。
使用25kHz超声进行伤口清创
伤口中存在的坏死组织会妨碍伤口收缩、肉芽组织生长和上皮细胞迁移而直接阻碍愈合，同时又是细菌增殖的良好的培养基。低频超声，作为一种新的伤口床准备和清创技术，治疗时主机（图1）可以产生和输出25kHz交流电至手柄，手柄含有陶瓷锆钛酸铅盘（PZT），可以将25kHz电流在金属头端转化为25kHz（超声）振动。三种不同形状的头端设计应对不同类型创面（图2）。头端浸没在水中或组织液体中时最大能量输出为1W/cm2，治疗中可以在20%至100%范围间调节。
超声探头和传输的声能通过头端输出的生理盐水与伤口面耦合。超声波通过生理盐水耦合液传输时，产生大量的微小气泡，肉眼呈现喷雾状。由于瞬时空化现象，气泡会经历先快速扩张然后破裂的过程。气泡破裂而形成的扰动是破坏细菌和纤维蛋白的机制之一。超声治疗促进纤维蛋白溶解的另一个可能的机制是增强液体在手柄头端与伤口面间的机械运动。缓慢而持续地移动手柄头端，同时保持与创面的接触，也可以防止热能增加和增加超声能量的穿透。维持手柄头端与创面的接触和持续缓慢的来回移动，并未造成肉芽组织的可见伤害。
在使用超声清创时，医疗人员应穿戴个人防护用具（即液体防护手术服、手套、鞋套和头套、口罩和面屏）以防止可能的气溶胶吸入和被伤口中微生物的污染。治疗过程中患者也应该使用口罩。
确定适宜的手柄后，治疗人员将生理盐水与手柄相连，将手柄头端出水速度调节至3-6滴/秒。打开超声主机，将手柄头端与伤口床坏死组织轻轻接触，在伤口表面缓慢而持续地移动手柄头端。
开始时，超声能量输出可以调至中等水平即60%，然后根据患者的耐受情况，在20%至80%或100%间调节。如果敏感的病人在接受高能量治疗来溶解粘附的纤维蛋白时感到不适时，尽管已经给予了局部麻醉剂，可以减少超声密度或暂停15分钟治疗，同时再给予额外的4%的局部利多卡因凝胶来镇痛。每次患者治疗后，应对手柄和头端进行高温高压消毒。对于高频和低频超声，禁忌症包括肿瘤、血栓性静脉炎、或出血性疾病；或组织之前接受过放疗；或在暴露的脊髓上使用【9】。
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