兔脛骨火器傷骨缺損模型的建立

任 博，朱慶生，朱錦宇，田 磊

兔脛骨火器傷骨缺損模型的建立

任 博，朱慶生，朱錦宇，田 磊

目的 建立新西蘭大白兔脛骨火器傷骨缺損動(dòng)物模型。方法 32只新西蘭大白兔，利用多功能生物撞擊機(jī)二級(jí)投射裝置系統(tǒng)，根據(jù)鋼珠質(zhì)量和氮?dú)鈮毫χ捣譃?組。激光測(cè)速儀測(cè)量彈丸速度并計(jì)算致傷能量，觀察局部傷情，測(cè)量貫通傷出入口平均面積、空腔體積，并影像學(xué)評(píng)價(jià)骨缺損長(zhǎng)度。統(tǒng)計(jì)各組傷情并分析變異系數(shù)(CV)，以評(píng)價(jià)模型傷情穩(wěn)定性。結(jié)果 所有動(dòng)物均造成后肢貫通傷并脛腓骨開(kāi)放性粉碎骨折。D組致傷能量最大，B、C組次之，A組致傷能量最小。B、C組貫通傷傷道出、入口面積和傷道容積等局部傷情指標(biāo)穩(wěn)定性優(yōu)于A、D 兩組，骨缺損長(zhǎng)度B組傷情穩(wěn)定性優(yōu)于其他3 組。最終確立用 4 mm 0.24 g鋼珠、氮?dú)鈿鈮?.4 MPa、鋼珠彈丸速度(776.9±19.7)m/s，造成脛骨骨缺損(1.62±0.16)cm，動(dòng)物在傷后清創(chuàng)抗感染治療后可長(zhǎng)期存活。結(jié)論 采用本方法模型制作簡(jiǎn)單，動(dòng)物傷情穩(wěn)定，可建立有效的兔脛骨火器傷骨缺損動(dòng)物模型。

脛骨；骨缺損；火器傷；兔；模型

在戰(zhàn)爭(zhēng)中火器傷的發(fā)生率非常高，而且均以四肢為主，所占比例高達(dá)59%～68%[1]。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，由彈片導(dǎo)致的下肢骨缺損引發(fā)大量軍人傷殘。因此，火器傷傷口的清創(chuàng)處理和后期治療中，對(duì)骨缺損的修補(bǔ)研究是軍事醫(yī)學(xué)的重點(diǎn)課題。若要對(duì)火器傷骨缺損進(jìn)一步進(jìn)行臨床研究，就需要建立有效的、可重復(fù)性高的火器傷動(dòng)物模型。而目前的火器傷模型主要針對(duì)大型動(dòng)物，存在樣本量少等一系列問(wèn)題，而在小型動(dòng)物建立有效的骨缺損模型，有利于后期缺損修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的展開(kāi)。本實(shí)驗(yàn)旨在建立一種新西蘭大白兔脛骨火器傷骨缺損動(dòng)物模型。

1 材料與方法

1.1 多功能生物撞擊機(jī) 多功能生物撞擊實(shí)驗(yàn)機(jī)由第四軍醫(yī)大學(xué)口腔頜面外科、西北核技術(shù)研究所和西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司聯(lián)合研制[2]。本實(shí)驗(yàn)主要利用該機(jī)高速投射裝置系統(tǒng)，將投射物鋼珠置入二級(jí)發(fā)射管近端端頭，根據(jù)鋼珠直徑大小定制不同尺寸彈托裝載彈丸。二級(jí)發(fā)射管插入連接法蘭和一級(jí)發(fā)射管中，在二級(jí)發(fā)射管遠(yuǎn)端端頭與新西蘭大白兔脛骨中上端(兩者之間距離約30 cm)之間放置激光測(cè)速儀。在激光筆指引下精確調(diào)節(jié)，以使發(fā)射管彈道瞄準(zhǔn)。打開(kāi)高壓氣瓶將壓縮氮?dú)庾⑷敫邏簹馀搩?nèi)，同時(shí)通過(guò)壓力表監(jiān)測(cè)氣艙壓力。加氣至預(yù)定壓力值后，開(kāi)啟自勵(lì)式快開(kāi)電磁閥，發(fā)射彈丸擊中實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。鋼珠彈速變化范圍為300～1500 m/s。

1.2 動(dòng)物與分組 32只新西蘭大白兔由第四軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供(第四軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)審批通過(guò))，動(dòng)物體重(2.8±0.2)kg，雌雄不限。實(shí)驗(yàn)前3 d連續(xù)測(cè)體溫、脈搏、呼吸，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析個(gè)體之間無(wú)明顯差異。按照鋼珠彈丸重量(0.24 g，0.49 g)以及二級(jí)發(fā)射管高壓推動(dòng)氮?dú)鈮毫χ?1.0 MPa，1.4 MPa)分4組。

1.3 致傷及清創(chuàng)抗感染方式 致傷前1 d，動(dòng)物局部備皮、稱重，禁食過(guò)夜。實(shí)驗(yàn)前用2%戊巴比妥鈉(1 ml/kg)耳緣靜脈麻醉，實(shí)驗(yàn)隨機(jī)分配左右小腿。倒立懸掛動(dòng)物于致傷架上，距離二級(jí)發(fā)射管管口約30 cm，根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)參數(shù)分別調(diào)整生物撞擊機(jī)參數(shù)。致傷后30 min無(wú)菌紗布及棉墊簡(jiǎn)易包扎傷口止血；傷后8 h無(wú)菌條件下生理鹽水及雙氧水沖洗傷道，清除異物、污染壞死組織后放置引流條，傷肢石膏托固定。傷后5 d每日肌注青霉素鈉80萬(wàn)單位，硫酸慶大霉素0 .1 g，每天觀察傷口情況并消毒換藥。傷后7 d沖洗傷口二期清創(chuàng)縫合。

1.4 觀察指標(biāo)及檢測(cè)方法 根據(jù)TC-400型激光測(cè)速儀測(cè)量彈丸速度;計(jì)算致傷能量[3-4]:槍彈質(zhì)量(m)和速度(v)平方成正比(KE=1/2 mv2)；標(biāo)尺測(cè)量及記錄致傷后動(dòng)物貫通傷入口及出口面積；以灌水法測(cè)量傷道空腔容積；清創(chuàng)時(shí)肉眼觀察周?chē)∪鈸p傷情況;傷后即刻行影像學(xué)照像，X線片標(biāo)尺測(cè)量骨缺損長(zhǎng)度。

2 結(jié)果

2.1 彈丸速度及致傷能量 在鋼珠質(zhì)量相同的情況下，調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫χ担撝榈某鎏潘俣戎鸺?jí)遞增；在氮?dú)馔苿?dòng)壓力值相同的情況下，增加鋼珠質(zhì)量也可提高致傷能量(表1)。4組中D組致傷能量最大，B組次之，A組最小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而氮?dú)鈮毫ο嗤腁和C組，B和D組組間比較，投射彈丸速度無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，說(shuō)明氮?dú)鈮毫χ凳嵌喙δ苌镒矒魴C(jī)高速投射裝置致傷能量大小的關(guān)鍵因素。

2.2 貫通傷出入口平均面積及空腔體積 (1)除A組3例動(dòng)物未形成貫通傷模型外，其余各組高速鋼珠均造成動(dòng)物單側(cè)后肢貫通傷，傷后4組動(dòng)物局部傷情有相似的變化特征(圖1)，即貫通傷出入口不規(guī)則，基本呈圓形或卵圓形，普遍出口面積大于入口面積。致傷后肢體迅速腫脹，傷后8 h清創(chuàng)時(shí)傷道內(nèi)有較多的壞死組織和凝血塊，可見(jiàn)肌肉組織撕裂樣損傷嚴(yán)重，絳紅色壞死肌肉組織可區(qū)分，脛腓骨粉碎性骨折。清創(chuàng)時(shí)按常規(guī)方法清除嚴(yán)重污染的游離碎骨片后，均有明顯骨缺損。

表1 各組彈丸速度和致傷能量(n=8)

注：與A組比較，①P<0.05；與B組比較，②P<0.05；與C組比較，③P< 0.05

表2 各組火器傷出入口面積、空腔體積以及變異系數(shù)(n=8)

注：與A組比較，①P<0.05；與B 組比較，②P<0.05；與C組比較，③P<0.05

圖1 各組火器傷貫通傷口外觀

從左至右分別為：A組入口、B組入口、B組出口、C組入口、D組毀損傷D組中3只動(dòng)物肢體毀損性損傷；2只動(dòng)物傷口皮膚缺損較大無(wú)法一期閉合，肌肉組織撕裂毀損嚴(yán)重，脛骨粉碎性骨折游離骨片大量缺失，骨缺損不利于后期修復(fù)。D組貫通傷出入口面積和空腔體積和其他3組組間比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)見(jiàn)表2，動(dòng)物傷情不易控制。貫通傷入口面積最小為A組(0.876±0.217)cm2，最大為D組(2.634±0.825)cm2，兩者之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。B組和C組之間入口面積無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，出口面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果和入口面積相似，組間對(duì)比B組3項(xiàng)數(shù)據(jù)CV值均最小。

2.3 骨缺損影像學(xué)評(píng)價(jià) 各組影像學(xué)測(cè)量骨缺損長(zhǎng)度見(jiàn)表3。D組彈丸致傷能量最大，挫傷鋼珠彈丸瞬時(shí)空腔效應(yīng)易導(dǎo)致動(dòng)物肢體毀損傷，故D組變異系數(shù)明顯高于其他3組。A組和C組變異系數(shù)次之，B組的骨缺損長(zhǎng)度變異系數(shù)最小，顯示B組骨缺損模型穩(wěn)定性最高，有益于建模條件的選擇。B組和C組傷后即刻X線照片見(jiàn)圖2。

表3 影像學(xué)測(cè)量骨缺損長(zhǎng)度及CV(n=8)

注：與A組比較，①P< 0.05；與B 組比較，②P< 0.05；與C組比較，③P<0.05

圖2 B、C組傷后即刻X線照片

左圖：B組脛腓骨粉碎性骨折；右圖：C組脛腓骨粉碎性骨折

3 討論

早期的四肢火器傷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投嗖捎贸Ｒ?guī)的五四式手槍和匹配的制式子彈，手槍目測(cè)瞄準(zhǔn)精確性和實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性均無(wú)法有效控制，且手槍子彈和直徑較大的鋼珠彈在小型動(dòng)物的火器傷模型中會(huì)對(duì)動(dòng)物肢體造成毀滅性損傷，現(xiàn)已較少采用。后期普遍應(yīng)用“瑞典模型”[5]，即采用53式滑膛彈道槍?zhuān)瑢⑵涔潭ㄓ诳烧{(diào)式槍架上。采用直徑5.56 mm(0.7 g)鋼珠彈或6.32 mm(1.03 g)鋼珠彈，由裝藥量控制彈速。新西蘭大白兔脛骨中上端直徑7 mm，需要小型鋼珠彈丸投射形成貫通傷。故如果彈丸直徑過(guò)大、射擊速度高、致傷能量大，后期清創(chuàng)時(shí)，由于皮膚、肌肉及周?chē)浗M織缺損較大而無(wú)法處理傷口，不便于后期實(shí)驗(yàn)展開(kāi)。生物撞擊機(jī)的二級(jí)投射系統(tǒng)在早期進(jìn)行犬頜面部撞擊與火器傷的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)成功應(yīng)用[6]。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于兔脛骨火器傷骨缺損模型的建立中，根據(jù)鋼珠質(zhì)量(4 mm，0.24 g；5 mm，0.49 g)和氮?dú)鈮毫χ?1.0 MPa，1.4 MPa)這兩大因素調(diào)節(jié)投射物速度和致傷能量。通過(guò)對(duì)致傷兔單側(cè)肢體貫通傷傷情分析對(duì)比，尋找最佳的致傷模型。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，D組和A組家兔貫通傷出入口面積和空腔體積變異系數(shù)較大，D組致傷能量容易造成肢體毀損性損傷，而A組樣本可重復(fù)性小于B、C組，B組各項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)均最小，建立的模型相比較其他3組穩(wěn)定性最佳。因此認(rèn)為，使用生物撞擊機(jī)高速投射系統(tǒng)，采用鋼珠0.24 g，氮?dú)鈮毫?.4 MPa，彈丸速度(776.9±19.7)m/s，可造成脛骨骨缺損長(zhǎng)度(1.62±0.16)cm，動(dòng)物傷情重復(fù)性高，傷后經(jīng)清創(chuàng)抗感染治療后可長(zhǎng)期存活，便于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)觀察和干預(yù)，具有火器傷小型動(dòng)物建模研究的代表性，可以用于建立標(biāo)準(zhǔn)的兔脛骨火器傷骨缺損模型。

[1] 李兵倉(cāng).現(xiàn)代火器傷研究概覽[J].臨床外科雜志,2007,15(11):792-793.

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[3] 賴西南.常用的火器傷實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚J].創(chuàng)傷外科雜志,2003,5(5):372,400.

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Establishment of firearm injury tibia bone defect model in rabbits

Ren Bo1,Zhu Qingsheng1,Zhu Jinyu1,Tian Lei2

1.Department of Joint Surgery,Orthopedics Institute of the PLA,Xijing Hospital;2.Department of Dentofacial Surgery,Dental Hospital,the Fourth Military Medical University,Xi'an,Shanxi,710032,China

Objective To establish a firearm injury tibia bone defect animal model with New Zealand white rabbits.Methods The level two projection device system of multifunctional biological impactor was used in the experiment.Thirty two New Zealand white rabbits were divided into four groups according to the quality of steel ball and the launch speed controlled by the driving force of high-pressure nitrogen gas pressure.According to the projectile velocity,the energy of injury was calculated.Local injuries were observed.The average area of the penetrating wound gateway and the cavity volume were measured.Radiographic evaluation was carried out for the bone defect length.Statistical analysis was made for the injuries in each group and the coefficient of variation(CV)in order to evaluate the injury stability of the mode and explore the optimal conditions for the establishment of rabbit bone defect model of firearm injury.Results The experiment results in penetrating wound in hindlimbs and open thrypsis in tibiofibulae among all the animals.Group D had the maximum injury energy,and the next was group B and C.Group A had the minimum injury energy.The stability of local injury status indexes such as the entrance and outlet areas and the volume of the wound track in group B and C was better than that in group A and D.The imageological detection indicated that there was no significant difference in the length of the bone defect among the groups.The stability of the injury status in group B was better than that in the other three groups.Eventually it was justified that the animals with tibial bone defects of(1.62±0.16)cm caused by the conditions of 4 mm and 0.24 g steel ball,nitrogen pressure of 1.0 MPa,and the average speed of ball projectile(776.9±19.7)m/s had long-term survival after debridement and anti-infective therapy.Conclusion The method has the advantages of simple operation and stable condition of animals,which can establish an effective rabbit tibia bone defect animal model of firearm injury.

multifunctional biological impactor;firearm injury;tibial bone defect;rabbit

總后勤部衛(wèi)生部面上項(xiàng)目(CWS11J151)

710032 西安，第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院全軍骨科研究所關(guān)節(jié)外科(任 博，朱慶生，朱錦宇)，口腔醫(yī)院頜面外科(田 磊)

朱錦宇，E-mail:zhujinyu@fmmu.edu.cn

R 681.8

A

1004-0188(2014)01-0003-04

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.01.002

2013-10-17)