皮肤伤口愈合的最后阶段产生瘢痕。瘢痕主要由表皮覆盖的真皮样胶原组成。瘢痕形成的早期阶段以炎症为标志，其目的是闭合伤口间隙。炎症的来源是血管，在创伤后表现为血管通透性增加。这允许炎症可溶性因子和许多类型的免疫细胞从循环流入伤口床。
在伤口愈合的早期阶段，驻留细胞，包括分泌胶原蛋白的成纤维细胞，在受损区域聚集。最后，会产生胶原蛋白、血管和神经纤维，从而形成红色、隆起、坚硬和疼痛的未成熟瘢痕。
机械力与病理性瘢痕
在正常情况下，未成熟的瘢痕会经历几个月的瘢痕成熟过程。这个过程涉及组织重塑，这与炎症和血管、胶原纤维和成纤维细胞数量的自然减少有关。然而，有时瘢痕成熟过程没有正确进行，因为炎症在瘢痕中持续存在。因此，未成熟瘢痕阶段被延长。这导致形成病理性瘢痕，比如，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩。
有证据表明，机械力可能是病理性瘢痕形成的重要原因。这一观点也得到了临床经验的支持，即通过缝合线和术后敷料稳定手术伤口，可以防止明显的瘢痕形成：
缝合线有助于以少量内在张力接近伤口边缘
敷料抑制了施加在创面/瘢痕边缘的外部机械力
当瘢痕上和瘢痕内的机械力不平衡时，就会产生严重的瘢痕。
机械力与细胞、组织水平
瘢痕/伤口上的机械力包括拉伸、剪切力、压缩、静水压和渗透压。这些机械应力由位于细胞外基质中的细胞上和细胞内的机械传感器以及组织水平上的神经纤维机械感受器感知。
细胞机械传感器包括机械敏感的细胞膜分子，例如 ATP半通道、Ca2+ 通道和细胞粘附分子(CAM)，如整合素。细胞骨架成分，如肌动蛋白纤维也能感知机械力，当它们感知机械力时，肌动蛋白就会发生聚合和解聚。
因此，当细胞外基质被机械力（如皮肤张力）扭曲时，细胞机械传感器被触发并启动机械信号通路，从而导致各种分子生物学变化，包括基因表达、细胞增殖、血管生成和上皮化。
细胞感知外部机械力的机械传感器示意图。
（a） 机械敏感的 ATP 半通道和 Ca2+ 通道。
（b） 细胞膜上的机械敏感分子，包括细胞粘附分子。
（c） 细胞骨架成分，包括肌动蛋白纤维。当细胞外基质被机械力（如皮肤张力）扭曲时（紫色、蓝色和橙色三角形表示不同的机械力），常驻细胞上和细胞内的机械传感器感知机械力并启动机械信号通路，从而导致各种分子生物学变化，包括基因表达。
在细胞水平上参与瘢痕形成的关键机械信号通路似乎是整合素、MAPK/G-蛋白、TNF-α/NF-κB、Wnt/β-联蛋白、白细胞介素、Ca2+ 、TGFβ/ Smad 和 FAK 信号通路。
受到机械力作用的细胞中的机械信号通路。
当细胞内或细胞上的机械感受器被触发时，它们激活各种机械信号通路，调节细胞增殖、血管生成和上皮化。
在组织水平上，感觉神经纤维即机械敏感伤害感受器，在皮肤中充当机械感受器，从而产生机械力的躯体感觉。因此，当身体上某些部位的机械敏感伤害感受器受到机械刺激时，电信号被传送到背根神经节，背根神经节包含传入脊神经的神经元细胞体。
机械敏感性伤害感受器塑造躯体感觉和组织对机械力的反应。
皮肤等组织通过机械敏感的伤害感受器对张力等外部机械力作出反应，其神经元细胞体位于脊髓的背根神经节c。因此，当机械力作用于瘢痕时，瘢痕内和周围的机械敏感的伤害感受器将机械刺激转化为电信号，传递到脊髓的背根神经节，然后传递到大脑a。这会产生对机械力的躯体感觉（例如，疼痛和/或瘙痒）。同时，电信号从背根神经节返回到皮肤机械敏感性伤害感受器b。进而引起外周终末释放神经肽。
这导致支配皮肤的初级传入感觉神经元的外周末梢释放神经肽，包括 P 物质、降钙素基因肽(CGRP)、神经激肽 A、血管活性肠肽和生长抑素。
由于释放神经肽的神经元的外周末端经常与伤口/瘢痕中的细胞发生物理接触，因此，神经肽可以直接靶向角质形成细胞、成纤维细胞、朗格汉斯细胞、肥大细胞、真皮微血管内皮细胞和浸润性免疫细胞。这可以改变细胞增殖、细胞因子产生、抗原呈递、感觉神经传递、肥大细胞降解和血管舒张。
在生理和病理生理条件下，机械感受器的触发可增加血管通透性。所有这些促炎反应都产生了所谓的神经源性炎症。神经源性炎症/神经肽活性在烧伤和异常瘢痕（如瘢痕疙瘩和增生性疤痕）的形成中起重要作用。
机械力在病理性瘢痕中的作用
增生性瘢痕和瘢痕疙瘩均以长期和异常的细胞外基质积累为特征。在显微镜下，典型瘢痕疙瘩生长在原创面之外，相比之下，增生性瘢痕通常生长在伤口边界内，组织学上仅以真皮结节为特征。
增生性瘢痕与瘢痕疙瘩
增生性瘢痕和瘢痕疙瘩的进展可能由多种促炎症风险因素决定，其中之一是机械力。对亚洲患者的分析表明，瘢痕疙瘩往往发生在特定部位（前胸、肩部、肩胛骨和下腹——耻骨上区域），这些部位经常受到机械力的影响，包括日常身体运动引起的皮肤拉伸。
前胸皮肤通过上肢运动有规律地水平拉伸，肩部和肩胛骨皮肤通过上肢运动和身体弯曲运动不断拉伸，下腹部和耻骨上皮肤区域通过坐姿和站立运动每天拉伸数百次。
相反，头皮、上眼睑和小腿前部很少出现严重瘢痕，即使是覆盖全身大部分的广泛瘢痕疙瘩或增生性瘢痕患者也是如此。这种模式可能反映了这些区域的皮肤没有张力。因此，即使是头皮和小腿前部的深部受伤，伤口上也几乎没有张力，因为这些区域的皮肤由位于其正下方的骨骼稳定。此外，在眼睛打开和关闭时，上眼睑几乎没有张力。
伤口上明显且高度重复的皮肤张力可能导致更严重的炎症和瘢痕疙瘩形成，而较弱或不同的机械力则导致更弱或性质不同的炎症，进而导致增生性瘢痕形成。
应该注意的是，严重瘢痕的未成熟状态很可能还受到许多其他风险因素的影响，包括局部、遗传和全身因素，如高血压。
预防和治疗瘢痕的机械疗法
稳定材料
在伤口愈合/瘢痕形成过程中，为了限制皮肤拉伸和外部机械刺激，伤口和瘢痕应使用可固定材料覆盖，如胶带、绷带、衣服和硅胶片。
缝合线
用对伤口真皮施加较小张力的缝线缝合手术伤口，可以降低术后病理性瘢痕形成的风险。因此，使用皮下/筋膜张力减压缝合线，将张力施加在深筋膜和浅筋膜层而不是真皮上。
Z-形整形术、植皮和局部皮瓣
在瘢痕修复手术中，重要的是选择最有效地减少瘢痕张力的手术方法。一个很好的选择是Z-形整形术，它可以破坏线性瘢痕上的张力线。另一个选择是使用皮肤移植。
皮肤上的机械力强烈影响导致瘢痕的细胞行为。临床研究表明，皮下/筋膜张力减少缝合线，对真皮施加最小张力，可有效减少复发。此外，我们发现通过Z-形整形术和皮瓣，释放伤口上的张力，可以成功治疗巨大的瘢痕。因此，减小瘢痕局部的张力，对瘢痕愈合有利。
参考文献
1. Huang C, Murphy GF, Akaishi S, Ogawa R. Keloids and hypertrophic scars: update and future directions. Plast Reconstr Surg Glob Open. 2013;1(4):e25.
2. Ogawa R. Mechanobiology of scarring. Wound Repair Regen. 2011;19(Suppl 1):s2–9.
3. Ogawa R. Keloid and hypertrophic scarring may result from a mechanoreceptor or mechanosensitive nociceptor disorder. Med Hypotheses. 2008;71(4):493–500.