王宏坤 郭樹忠 韓巖

爆炸傷動物模型建立與觀察的研究進展

王宏坤 郭樹忠 韓巖

隨著地區(qū)局部戰(zhàn)爭的不斷爆發(fā)以及戰(zhàn)爭樣式和作戰(zhàn)武器的變化，爆炸傷在戰(zhàn)傷中的比例不斷提高[1]。據(jù)最新的統(tǒng)計顯示，伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭中78%的傷員為爆炸傷所致[2]。為研究爆炸傷機理，探索爆炸傷治療方法。國內(nèi)外學(xué)者建立了多種爆炸傷致傷動物模型，并進行了大量的觀察和研究。

1 實驗動物的選擇

以大鼠、兔、犬、豬和羊等為實驗動物的爆炸傷模型研究均有報道。其中，小動物（如大鼠和家兔）大多用于單純的觀察研究。通過對大體、病理以及全身和局部因子的測定反映爆炸傷的致命性和某一局部效應(yīng)。大鼠、兔等小型哺乳動物價格便宜，飼養(yǎng)方便，便于取得大樣本量實驗數(shù)據(jù)。其機體能很好的模擬傷后的病理變化。對研究局部致傷的即時病理變化和探索早期死亡原因很有意義[3]。國外學(xué)者報道過以果蠅幼蟲來研究肺部爆震傷的方法。以果蠅幼蟲的死亡率和損傷程度推測同種條件下，人體肺部的損傷情況[4]。該實驗的不足是對象個體耐受力低，外加干預(yù)因素困難。當(dāng)研究爆炸傷遠期效應(yīng)或者如海水浸泡等復(fù)合條件致傷時，采用大動物更易成功[5－6]。在爆炸傷救治方法的研究中，豬、羊等大動物具有優(yōu)勢[7]。豬的皮膚及皮下組織與人類相似[8]，其創(chuàng)面愈合過程也與人體相似[9]，在對軟組織損傷和愈合的研究，以及針對局部軟組織的治療方法研究中得到了廣泛應(yīng)用[10-12]。利用傳感器和計算機建立的爆炸傷模型也有報道，但這種方法目前僅用于模擬體內(nèi)數(shù)據(jù)的采集[13-15]。

2 致傷方法

爆炸分為高能爆炸（HE）和低能爆炸（LE）。其中，HE產(chǎn)生典型的超音速過壓沖擊波。產(chǎn)生HE的爆炸物包括TNT、C4、賽姆丁塑料炸藥、硝酸甘油、炸藥、硝銨、汽油和銨油炸藥等；LE產(chǎn)生亞音速沖擊波，沖擊波壓力也較HE明顯下降。產(chǎn)生LE的爆炸物包括雷管、黑火藥、石油基質(zhì)混合炸藥以及航空燃油[1]。爆炸除了爆炸物的當(dāng)量，影響爆炸傷傷情的因素還有距離，爆炸傷的能量衰減與距離的立方成反比[16]。建立動物模型所需的爆源數(shù)據(jù)應(yīng)具有理想的可靠性和可重復(fù)性。在以往的模型中，爆源的使用包括黑火藥鞭炮、雷管、TNT炸藥等。黑火藥燃爆的方法只能提供大概的致傷數(shù)據(jù)。雷管爆炸產(chǎn)生的沖擊波以射流為主，各個方向不盡相同，不易標(biāo)準(zhǔn)化，可重復(fù)性不理想[10]。有學(xué)者改進并建立了使用雷管爆破致傷的專用設(shè)備，通過特制裝置將雷管產(chǎn)生的沖擊波和破片準(zhǔn)確控制在一定距離致傷，取得了比較理想的效果[17]。雷管在產(chǎn)生沖擊波的同時生成破片，而采用TNT炸藥球的致傷方法則基本不產(chǎn)生破片，便于單因素分析沖擊波對實驗動物的影響。雖然TNT致傷爆源不易獲得，但精度和可重復(fù)性高。由于距離對爆炸傷的明顯影響，動物通常都采用麻醉固定的方法處理[18]，也有學(xué)者為更加準(zhǔn)確的記錄沖擊波的具體參數(shù)，在動物的致傷部位安置壓阻式傳感器[19]。Jaffin等[20]提出了以機械施加一定強度和一定時間的壓力以模擬爆炸致傷。激光技術(shù)在爆炸傷研究中也有應(yīng)用報道，利用高能激光的瞬時致爆效應(yīng)模擬爆炸沖擊波對機體的影響，這種方法由于對激光的能量可以方便準(zhǔn)確的控制，使得實驗參數(shù)更為客觀穩(wěn)定[21]。最近報道的一種微型球形TNT炸藥爆源，其當(dāng)量易于控制，爆炸基本不形成破片，爆炸沖擊波壓強有明確的數(shù)學(xué)公式計算，安全性和可重復(fù)性高，實驗效果良好，適用于單因素分析爆炸沖擊波致傷的研究。

3 動物模型的觀察與應(yīng)用

爆炸傷致傷的主要因素包括沖擊波、破片和高溫，區(qū)別于其他損傷的特征性部分是沖擊波的超壓和負壓引起原發(fā)損傷，亦稱“純沖擊傷”，即臨床上的爆震傷[22]，對肺和胸腔的影響最為顯著，因此引起的急性呼吸功能不全或急性呼吸功能衰竭以及心臟、大血管的損傷和失血性休克是引起早期死亡的重要原因[23]。

肺部爆炸傷模型提供的半數(shù)致死量和風(fēng)險評估曲線顯示，爆炸瞬時 （0.46 ms）實驗動物肺部承受的超壓如達到（25.4±3.1）bar，即可造成動物死亡[24]。在大動物和小動物的區(qū)別上，有學(xué)者認(rèn)為可以通過對單位體積標(biāo)準(zhǔn)化的方法進行推測和換算[25]。故而可用成本更低的小動物甚至果蠅幼蟲[4]進行肺部、腦部等爆炸傷的實驗研究。有報道通過對胸部爆炸傷后，實驗動物血漿、支氣管肺泡灌洗液及肺組織的測定發(fā)現(xiàn)，傷后血漿NO水平顯著升高，TNFα和IL 8等炎性因子水平隨NO而升高。肺組織主要表現(xiàn)為出血、水腫、炎細胞浸潤、內(nèi)皮和上皮細胞變性及內(nèi)皮細胞通透性增強[26]。由此可見，胸部爆炸傷導(dǎo)致肺原發(fā)損傷，同時促進炎性介質(zhì)IL 8、TNF α等的生成，加重了胸部爆炸傷后繼發(fā)性的肺功能損害[27]。Gorbunov等[28]的研究表明，在肺部遭受廣泛爆震損傷時，血漿中Fe3+的濃度明顯下降，可視為反應(yīng)肺部爆震傷發(fā)生的依據(jù)。

對頭部爆炸傷的研究顯示，致死率與爆源、頭部間的距離呈明顯負相關(guān)，而與頭部姿勢無明顯關(guān)聯(lián)[29]。腦水腫導(dǎo)致腦疝，進而引起呼吸抑制是顱腦爆炸傷后動物早期死亡的主要原因，這種顱內(nèi)高壓出現(xiàn)早且明顯，顱內(nèi)血腫發(fā)生率也很高[30]。由腦血管反應(yīng)導(dǎo)致的其他并發(fā)癥還包括腦出血、血腦屏障破壞、神經(jīng)膠質(zhì)反應(yīng)和神經(jīng)膠質(zhì)變性等[31]。在爆炸傷早期，血管源性腦水腫是主要癥狀，繼發(fā)性細胞毒性腦水腫可能是爆炸傷后期腦水腫的主要原因[32－33]。光鏡下可見，顱腦爆炸傷后的腦組織損傷以神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的變性、水腫為主[34]；同時存在明顯的毛細血管內(nèi)皮的損傷、神經(jīng)纖維的斷裂和腦實質(zhì)間隙的擴大[35]。動態(tài)CT掃描可追蹤顯示腦挫裂傷病灶的低密度范圍呈現(xiàn)擴大趨勢，可反應(yīng)顱內(nèi)血腫、腦挫裂傷病灶的動態(tài)變化[40]。

在身體其他部位的爆炸傷，其產(chǎn)生的血流動力學(xué)改變可引起遠隔器官（如腦）的損傷。腹部爆炸傷后，腦血流迅速進入了伴有相對低灌注的充血期，其血流速度改變的形態(tài)學(xué)原因是以內(nèi)皮、內(nèi)膜損傷和動脈平滑肌構(gòu)筑紊亂為主的[36]，大腦表面出現(xiàn)點、片狀出血灶；傷后即刻可出現(xiàn)小血管出血改變及部分神經(jīng)髓鞘分層，但無明顯神經(jīng)元損傷；神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細胞的水腫一般在傷后 6 h逐漸出現(xiàn)；傷后 24 h時，出現(xiàn)部分水腫組織溶解變性、神經(jīng)微絲凝固性改變。可見腹部爆炸傷造成了嚴(yán)重的腦間接損傷，且傷后導(dǎo)致的腦部病理改變進展迅速[37]。另有文獻報道，腹部爆炸傷后，感覺、運動和/或聽覺通路都可受到不同程度的損傷[38]；同樣，在頭部爆炸傷的模型中，也可見到心臟內(nèi)膜下出血及內(nèi)皮細胞脫落等的發(fā)生[39]。

腹部爆炸傷的原位損傷包括腸漿膜出血、腹腔積血等[41]。雖然理論上認(rèn)為爆炸傷對空腔臟器的影響要遠大于實質(zhì)臟器，但實驗發(fā)現(xiàn)腹腔實質(zhì)臟器也受到明顯損傷。腹部爆炸傷后，肝臟損傷主要是血竇淤血、出血明顯，匯管區(qū)有不同程度淤血、出血，枯否細胞增生，炎性細胞浸潤及膽管上皮細胞壞死脫落；未即刻死亡動物可出現(xiàn)中性粒細胞浸潤[43]。電鏡觀察可見肝細胞呈空泡樣變性、溶酶體增生，髓鞘樣膜結(jié)構(gòu)形成，線粒體腫脹、畸形、嵴模糊不清，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張[42]。爆炸傷除造成胃、腸等空腔臟器破裂、漿膜出血，還可導(dǎo)致黏膜上皮細胞凋亡。爆炸傷后3 h可見腸道黏膜上皮凋亡細胞顯著增多[44]。

對體表和肢體等爆炸傷開放創(chuàng)面的研究發(fā)現(xiàn)，四肢長骨爆炸傷的發(fā)生率高，骨折多為粉碎性骨折，且多合并其他部位和臟器的嚴(yán)重損傷[45]。爆炸傷導(dǎo)致的局部體表軟組織創(chuàng)面，組織毀損嚴(yán)重、細胞崩解、小血管栓塞、血管內(nèi)膜損傷嚴(yán)重，創(chuàng)傷邊緣呈現(xiàn)漸變過渡現(xiàn)象[46]。爆炸傷病灶邊緣肌肉組織在傷后3 h出現(xiàn)凋亡細胞，6 h達到高峰，之后逐漸減少[47]。爆炸傷創(chuàng)面在傷后1 h，IL-1、IL-6、TNF-α、CRP的表達增強[48]。這些炎性介質(zhì)相互作用，促進了炎性細胞的外滲浸潤和抗感染免疫反應(yīng)的發(fā)生。同時，爆炸傷創(chuàng)面中VEGF和 bFGF也呈現(xiàn)高表達，bFGF促進了創(chuàng)面的血管化和VEGF的生成，后者進一步促進血管化的發(fā)生[49]。在爆炸傷創(chuàng)面中，VEGF的表達與普通創(chuàng)傷愈合過程相似[50]。有學(xué)者觀察到，在創(chuàng)面愈合過程中，金屬蛋白酶-9（MMP-9）和轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）表達水平上升，促進了創(chuàng)面的細胞遷移，有利于創(chuàng)面炎性壞死組織的清除，可能系創(chuàng)面愈合的機制之一；而MMP-9表達水平的過度升高，不利于創(chuàng)面愈合[51]。觀察發(fā)現(xiàn)，傷后局部炎癥反應(yīng)逐漸加重，創(chuàng)面中細菌數(shù)量增加，雖然軟組織中增加不顯著，但是游離的骨塊中細菌數(shù)量增加明顯，且耐藥菌所占的比例較高[52－53]。創(chuàng)面早期與環(huán)境感染細菌譜有交叉重疊[56]。創(chuàng)面感染可加重和誘發(fā)爆炸傷后的繼發(fā)性壞死。實驗表明，感染能造成豬皮膚軟組織爆炸傷感染創(chuàng)面產(chǎn)生一定深度和范圍的繼發(fā)性壞死[54－55]。

通過對動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，爆炸傷創(chuàng)面早期徹底擴創(chuàng)是修復(fù)的重要基礎(chǔ)，應(yīng)在運用外固定架和局部使用抗生素的基礎(chǔ)上，采用游離肌瓣和肌皮瓣以覆蓋、修復(fù)創(chuàng)面。爆炸傷早期宜應(yīng)用喹諾酮類、三代頭孢菌素、氨基苷類等抗生素[56－57]。傷后3 d時，壞死組織已基本清除；傷后3～7 d，可開展軟組織修復(fù)[53，58]。近年來，封閉負壓引流技術(shù)被應(yīng)用于爆炸傷創(chuàng)面的治療研究，結(jié)果顯示，此方法能有效控制繼發(fā)感染和繼發(fā)壞死的發(fā)生，促進創(chuàng)面血管化，有利于軟組織爆炸傷的愈合和后期修復(fù)[59-62]。

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R826.65

B

1673－0364（2010）06－0354－03

2010年7月30日，

2010年8月24日)

10.3969/j.issn.1673-0364.2010.06.017

710032 陜西省西安市 第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院整形外科。