监测皮肤电活动实现皮肤病精确诊断
监测皮肤电活动实现皮肤病精确诊断
皮肤电活动（Electrodermal activity，EDA）是指记录在皮肤表面的电位变化，主要反映皮肤的电特性和控制汗液分泌的交感神经活动。皮肤病损害皮肤屏障，改变支配神经的功能，导致EDA显著波动。本文旨在全面概述与炎症、纤维化和汗腺疾病相关的代表性皮肤症状的分子机制，并通过建立这些机制与EDA成分的相关性，探讨EDA的生理意义，为EDA的临床应用提供新的视角。
EDA的形成机制与生理学
皮肤电信号作为一种外周生理信号，其产生和变化与人体生理过程有着错综复杂的联系，已有很多研究揭示了这一信号的生理基础主要源于皮肤排汗机制。Edelberg提出的汗液分泌模型表明，皮肤电导率随着汗管的填充和汗水的释放而增加，随着汗液的蒸发而降低。Christian等人总结了前人的研究，认为EDA信号的形状与神经效应并无直接关联，而是取决于汗道的生物物理机制。
图2 EDA的形成机制
皮肤主要由两层组成：表皮层和真皮层。表皮由上皮组织组成，最外层称为角质层。表皮层的疏水性决定了其具有高阻抗的特性，而其厚度与交感汗腺调节水平正相关。真皮层比表皮厚得多，主要由胶原蛋白和弹性纤维组成，并且包含微血管循环系统和皮肤的神经系统。由于其对离子具有选择性渗透，表皮细胞膜的脂质双分子层表现出电容性，当受到外部电流时，它能有效地存储类似于电容器的电势。此外，毛细血管、立肌毛膜的极化或去极化以及汗腺周围的肌上皮细胞，也会影响皮肤的电容特性。表皮内外带电物质的浓度梯度会导致垂直于表皮的跨表皮电位（TEP）的形成，TEP的范围为10-60毫伏（mV），可能受到伤口微电流的影响。最新的模型（图2F）采用电压源和电阻来表示角质层、表皮曾和真皮层中的电容效应。
EDA的采集与分析
EDA的获取可分为内体和外体两种方法，分别对应皮肤电位反应（SPR）和皮肤电导反应（SCR）。通常将两个氯化银电极（Ag/AgCl）连接到皮肤表面进行记录。内体测量无需外部电源。外体测量将电流源或电压源应用于体表，以记录皮肤电阻或电导。
大多数EDA检测设备均为外体检测，对放置在皮肤表面的电极施加恒定电流或电压后，测量通过皮肤调制的电流或电压。目前，市场上有很多采集设备已经广泛应用于各种研究中。一般来讲，器件的采集范围应在0.01微西门子（µS）~ 100µS之间，精度为0.05µS。Shimmer3 GSR被认为是FDA批准的黄金标准。该装置测量范围0.2µS-100µS（误差10%），1.5µS- 45µS误差3%。由于皮肤电导水平（SCL）的变化范围大（0.05 ~ 80µS），而SCR的幅值小（0.01 ~ 2µS），因此，在器件设计中，同时保证高精度和宽量程是一个关键问题。
图4 皮肤炎症和纤维化的分子机制
皮肤电活动在皮肤病学中的应用
皮肤电导水平与皮肤屏障完整性和水合状态相关。皮肤屏障功能也可能被表皮损伤、感染、免疫和炎症反应破坏，这可能导致SCL的变化。汗腺作为交感神经反应的效应器，与SCR成分密切相关。通过解析角质形成细胞和成纤维细胞在炎症和纤维化中与皮肤整体屏障功能改变相关的分子机制，将有助于更好地理解SCL变化的影响因素。
表皮主要由角质形成细胞（KCs）组成，约占其细胞组成的90%。在皮肤损伤或细胞因子刺激时，KCs在表皮的基底层增殖，随后向皮肤表面迁移，形成被角质层。该过程受多种因子调节，包括TNF-α、IL、IFN-γ和CRF。
在皮肤真皮层中的成纤维细胞通过分泌胶原蛋白和弹性蛋白形成胞外基质（ECM），在组织生长、维护、修复和疾病过程中起着至关重要的作用。异常的胶原表达是皮肤纤维化的关键特征，受TGF-β、NF-κB、STAT、WNT和hippo等分子所形成的复杂信号通路调控。皮肤异常通过角质形成细胞和成纤维细胞产生炎症和纤维化的机制，导致皮肤屏障功能受损，表现为皮肤电导水平（SCL）异常。
汗腺不仅直接影响SCR，而且维持皮肤表面的水合状态，参与皮肤屏障功能。交感神经通过释放神经递质如ACh、NA和PACAP来调节汗液分泌。小纤维周围神经病变（SFN）、脊髓损伤、α突触核蛋白病和自身免疫性自主神经节病等疾病，除了分泌细胞功能障碍外，还可导致神经系统水平的出汗功能障碍。然而，这些情况的分子机制仍未完全了解，仍需进一步的定性和定量评估。
总之，全面了解汗液分泌的分子机制，以及神经系统疾病和糖尿病对汗腺功能的影响，对建立皮肤病的新型治疗策略、提高我们对皮肤生理学的认识有很大的帮助。
总结与展望
虽然EDA在临床应用中显示出前景，但需要进一步的研究来应对EDA信号的挑战，并提高其临床实用性和可靠性。利用电阻抗谱（EIS）扩展EDA数据的维度，可以解决操作条件的不一致性和对EDA测量的主观影响，以提高其临床实用性和可靠性。EIS的主要原理是在预定范围内测量由多频电压或电流源激发的阻抗，而不是汗腺或神经成分的响应。探索通过EDA捕获放电活动的潜力，并将EIS与EDA结合起来，可能会对皮肤生理和病理过程产生有价值的见解。