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

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

隨著地區局部戰爭的不斷爆發以及戰爭樣式和作戰武器的變化，爆炸傷在戰傷中的比例不斷提高[1]。據最新的統計顯示，伊拉克和阿富汗戰爭中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。國內外學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。大鼠、兔等小型哺乳動物價格便宜，飼養方便，便于取得大樣本量實驗數據。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，外加干預因素困難。當研究爆炸傷遠期效應或者如海水浸泡等復合條件致傷時，采用大動物更易成功[5－6]。在爆炸傷救治方法的研究中，豬、羊等大動物具有優勢[7]。豬的皮膚及皮下組織與人類相似[8]，其創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數據的采集[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產生典型的超音速過壓沖擊波。產生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產生亞音速沖擊波，沖擊波壓力也較HE明顯下降。產生LE的爆炸物包括雷管、黑火藥、石油基質混合炸藥以及航空燃油[1]。爆炸除了爆炸物的當量，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據應具有理想的可靠性和可重復性。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據。雷管爆炸產生的沖擊波以射流為主，各個方向不盡相同，不易標準化，可重復性不理想[10]。有學者改進并建立了使用雷管爆破致傷的專用設備，通過特制裝置將雷管產生的沖擊波和破片準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]，也有學者為更加準確的記錄沖擊波的具體參數，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。激光技術在爆炸傷研究中也有應用報道，利用高能激光的瞬時致爆效應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確的控制，使得實驗參數更為客觀穩定[21]。最近報道的一種微型球形TNT炸藥爆源，其當量易于控制，爆炸基本不形成破片，爆炸沖擊波壓強有明確的數學公式計算，安全性和可重復性高，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用

爆炸傷致傷的主要因素包括沖擊波、破片和高溫，區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致死量和風險評估曲線顯示，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別上，有學者認為可以通過對單位體積標準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現，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。肺組織主要表現為出血、水腫、炎細胞浸潤、內皮和上皮細胞變性及內皮細胞通透性增強[26]。由此可見，胸部爆炸傷導致肺原發損傷，同時促進炎性介質IL 8、TNF α等的生成，加重了胸部爆炸傷后繼發性的肺功能損害[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，可視為反應肺部爆震傷發生的依據。

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，而與頭部姿勢無明顯關聯[29]。腦水腫導致腦疝，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，這種顱內高壓出現早且明顯，顱內血腫發生率也很高[30]。由腦血管反應導致的其他并發癥還包括腦出血、血腦屏障破壞、神經膠質反應和神經膠質變性等[31]。在爆炸傷早期，血管源性腦水腫是主要癥狀，繼發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元和膠質細胞的變性、水腫為主[34]；同時存在明顯的毛細血管內皮的損傷、神經纖維的斷裂和腦實質間隙的擴大[35]。動態CT掃描可追蹤顯示腦挫裂傷病灶的低密度范圍呈現擴大趨勢，可反應顱內血腫、腦挫裂傷病灶的動態變化[40]。

在身體其他部位的爆炸傷，其產生的血流動力學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學原因是以內皮、內膜損傷和動脈平滑肌構筑紊亂為主的[36]，大腦表面出現點、片狀出血灶；傷后即刻可出現小血管出血改變及部分神經髓鞘分層，但無明顯神經元損傷；神經元及神經膠質細胞的水腫一般在傷后 6 h逐漸出現；傷后 24 h時，出現部分水腫組織溶解變性、神經微絲凝固性改變。可見腹部爆炸傷造成了嚴重的腦間接損傷，且傷后導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，也可見到心臟內膜下出血及內皮細胞脫落等的發生[39]。

腹部爆炸傷的原位損傷包括腸漿膜出血、腹腔積血等[41]。雖然理論上認為爆炸傷對空腔臟器的影響要遠大于實質臟器，但實驗發現腹腔實質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，髓鞘樣膜結構形成，線粒體腫脹、畸形、嵴模糊不清，內質網擴張[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面的研究發現，四肢長骨爆炸傷的發生率高，骨折多為粉碎性骨折，且多合并其他部位和臟器的嚴重損傷[45]。爆炸傷導致的局部體表軟組織創面，組織毀損嚴重、細胞崩解、小血管栓塞、血管內膜損傷嚴重，創傷邊緣呈現漸變過渡現象[46]。爆炸傷病灶邊緣肌肉組織在傷后3 h出現凋亡細胞，6 h達到高峰，之后逐漸減少[47]。爆炸傷創面在傷后1 h，IL-1、IL-6、TNF-α、CRP的表達增強[48]。這些炎性介質相互作用，促進了炎性細胞的外滲浸潤和抗感染免疫反應的發生。同時，爆炸傷創面中VEGF和 bFGF也呈現高表達，bFGF促進了創面的血管化和VEGF的生成，后者進一步促進血管化的發生[49]。在爆炸傷創面中，VEGF的表達與普通創傷愈合過程相似[50]。有學者觀察到，在創面愈合過程中，金屬蛋白酶-9（MMP-9）和轉化生長因子-β（TGF-β）表達水平上升，促進了創面的細胞遷移，有利于創面炎性壞死組織的清除，可能系創面愈合的機制之一；而MMP-9表達水平的過度升高，不利于創面愈合[51]。觀察發現，傷后局部炎癥反應逐漸加重，創面中細菌數量增加，雖然軟組織中增加不顯著，但是游離的骨塊中細菌數量增加明顯，且耐藥菌所占的比例較高[52－53]。創面早期與環境感染細菌譜有交叉重疊[56]。創面感染可加重和誘發爆炸傷后的繼發性壞死。實驗表明，感染能造成豬皮膚軟組織爆炸傷感染創面產生一定深度和范圍的繼發性壞死[54－55]。

通過對動物模型的研究發現，爆炸傷創面早期徹底擴創是修復的重要基礎，應在運用外固定架和局部使用抗生素的基礎上，采用游離肌瓣和肌皮瓣以覆蓋、修復創面。爆炸傷早期宜應用喹諾酮類、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[53，58]。近年來，封閉負壓引流技術被應用于爆炸傷創面的治療研究，結果顯示，此方法能有效控制繼發感染和繼發壞死的發生，促進創面血管化，有利于軟組織爆炸傷的愈合和后期修復[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 第四軍醫大學西京醫院整形外科。