沙漠干熱環境下創傷失血性休克大鼠模型的建立

研究報告

沙漠干熱環境下創傷失血性休克大鼠模型的建立

劉江偉，錢建輝，李瑞，許文娟，許永華，楊向新，楊帆

(蘭州軍區烏魯木齊總醫院新疆特殊環境醫學重點實驗室，烏魯木齊市，新疆830000)

【摘要】目的建立一種沙漠干熱環境下創傷失血性休克大鼠模型。 方法90只雄性SD大鼠隨機分為常溫環境組、干熱環境I組、干熱環境II組3個實驗組。麻醉后大鼠經打擊及頸動脈放血，造成創傷失血性休克，使大鼠MAP(平均動脈壓)達到(35±5)mmHg水平，比較各組大鼠休克后3 h存活率，并對死亡大鼠及休克后3 h仍存活大鼠重要臟器取材進行病理學檢查。 結果休克后3 h常溫環境組、干熱環境I組(在休克模型建立成功后10 min內從沙漠干熱環境轉運到常溫環境)、干熱環境Ⅱ組(休克模型建立成功后仍放置在沙漠干熱環境中)的存活率分別為90%、83.3%、0；干熱環境I組與常溫環境組存活率差異無顯著性(P>0.05)，常溫環境組和干熱環境I組存活率明顯高于干熱環境II組(P<0.01)；病理學檢查可見常溫環境組、干熱環境組I死亡大鼠和干熱環境組II大鼠心、肺、肝組織水腫、變性、白細胞浸潤、出血較廣泛，細胞壞死較嚴重。結論本實驗成功建立了沙漠干熱環境下創傷失血性休克大鼠模型，同時提示沙漠干熱環境能明顯降低創傷失血性大鼠的存活率，傷后應立即轉運后送。

【關鍵詞】干熱環境；沙漠；創傷失血性休克；動物模型；大鼠

[基金項目]軍隊臨床高新技術重大項目(編號：2010gxjs016)；全軍后勤科研計劃項目(編號：2013CLZ13J004)。

[通訊作者]劉江偉(1970-)，男，博士后，教授，主任醫師，重點實驗室主任，碩士研究生導師，研究方向：特殊環境戰創傷研究。 E-mail: ljw273@sohu.com.

【中圖分類號】R33【文獻標識碼】 A

doi:10.3969.j.issn.1671.7856. 2015.002.008

Establishment of a rat model of traumatic hemorrhagic

shock in dry hot desert environment

LIU Jiang-wei, QIAN Jian-hui, LI Rui, XU Wen-juan, XU Yong-hua, YANG Xiang-xin, YANG Fan

(Key Laboratory of Special Environmental Medicine of Xinjiang, Urumqi General Hospital of

Lanzhou Military Region, Urumqi 830000, China)

Abstract【】ObjectiveTo establish a rat model of traumatic hemorrhagic shock in dry-hot desert environment. Methods Ninety male SD rats were randomly equally divided into three groups (n=30): the normal temperature environment traumatic hemorrhagic shock group (normal temperature group) (temperature 25℃, humidity 35%), dry-hot traumatic hemorrhagic shock group I (dry heat group I) and dry-hot traumatic hemorrhagic shock group Ⅱ(dry heat group II)(temperature 40℃, humidity 10%). The rats were anesthetized, fixed, and intravenous indwelling needles were inserted into the right carotid artery, vein and the right femoral artery so as to make bleeding, and at the same time, fracture of the left hindlimb femur was made from the dropped steel wheel. The wounds were quickly bounded after injury. The mean arterial pressure was kept at 35±5 mmHg. The rats of group I was transferred into normal environment. The rats of group II were kept in the dry-hot environment continuously. The 3h-survival rates were calculated, and all the rats were sacrificed at 3 hours after the traumatic injury. Heart, lung and liver tissue samples were taken for histopathological examination using HE staining. Results In the normal environment group, one rat died within less than 2 hours and 2 rats died within 2-3 hours after injury. In the dry-hot environment group I, 2 rats died within 1 hour and 3 rats died within 2-3 hours. In the dry-hot environment group II, 5 rats died within 1 hour and all the rest 27 rats died within 2.5 hours. The survival rates of the normal temperature group, dry-hot groups I and II were 90%, 83.3%, and 0, respectively. There were no significant difference between the normal temperature group and the dry hot group I (P>0.05), but significant difference between the normal temperature group and dry-hot group I and the dry-hot group II (P<0.01). The pathological observation showed that the heart, lung and liver of the dead rats of the normal temperature group, dry hot groups I and in the dry hot group II had more severe edema, degeneration, leukocyte infiltration, wide-spread hemorrhage, and cell necrosis. ConclusionsWe have successfully established a rat model of traumatic hemorrhagic shock in dry-hot desert environment. The results of this study indicate that the hot desert environment may seriously decrease the survival rate of traumatic hemorrhagic shock rats. It suggests that in dry-hot environment, the traumatic hemorrhagic shock patients should be transported to a normal temperature and humidity environment as soon as possible.

【Key words】Dry-hot environment; Traumatic hemorrhagic shock; Animal model; Rats; Survival

創傷失血性休克是由于機體受到創傷后，各重要臟器受損、大量出血，造成機體循環血量驟減，微循環灌注量下降及伴隨傷后劇烈疼痛、恐懼等各種綜合因素而形成的機體代償失調的綜合征。研究表明，50%的戰傷死亡是急性失血所致，約1/3的患者在收住入院前已經死于失血性休克，其中高達50%死亡率發生在創傷后24 h以內，20%的死亡率發生在2 h內[1-2]。戈壁、沙漠地區夏季的氣候特點主要表現為氣溫高、干燥、晝夜溫差大[3]。夏季炎熱干燥的氣候增加了機體的熱應激反應，在機體受到創傷時更能誘發休克的發生，增加后續補液治療的難度和死亡率。目前國內外少有沙漠干熱環境下創傷失血性休克的文獻報道。本研究擬在沙漠干熱環境下建立一種創傷失血性休克模型，為此環境下創傷失血性休克的病理生理機制及救治研究奠定基礎。

1材料和方法

1.1實驗動物和環境

選取90只健康的雄性SD大鼠，體質量280～320 g，由新疆醫科大學動物中心提供，生產合格證號：SCXK(新) 2011-004，使用合格證號：SYXK(新)2011-003。實驗大鼠隨機分成3組，每組30只，常溫環境組在常溫環境下(25℃、濕度35%)致傷，傷后10 min內運回動物實驗室；干熱環境I組大鼠放置在模擬的沙漠干熱環境氣候模式下(40℃、濕度10%)，放置60 min后開始造模，模型成功后10 min內運回常溫環境的動物實驗室；干熱環境II組造模方法同干熱環境I組，模型成功后仍將大鼠放置干熱環境中。模擬環境在“西北特殊環境人工實驗艙”(蘭州軍區烏魯木齊總醫院研制)中進行。

1.2儀器與設備

BL-420F生物機能監測系統(成都泰盟公司)、BI-2000電子計算機圖像分析儀(成都泰盟公司)、24G靜脈留置針。

1.3實驗方法

1.3.1創傷失血性休克模型的建立:實驗前將大鼠常規禁食、水6 h，干熱環境I組和干熱環境II組大鼠，放置在沙漠干熱模擬環境中(40℃、濕度10%)60 min，大鼠可以自由活動，參照孫英剛等文獻建立創傷失血性休克模型[4]，應用3%戊巴比妥進行腹腔麻醉，在大鼠右側頸動、靜脈和右側股動脈插管放置靜脈留置針，將BL-420F生物機能監測系統連接于右側頸動脈插管處，進行血壓等血流動力學指標的監測；補液通道通過右側頸靜脈插管進行；右側股動脈插管用于放血。將肝素鈉生理鹽水(500 U/kg)預處理留置針并在針內保留肝素鹽水，連接三通管以備血壓監測和采血。將實驗大鼠穩定10 min后，將重達2 500 g鐵輪從30 cm高度落下擊中大鼠左下肢股骨中上段造成粉碎性骨折，簡單包扎創傷肢體，經右股動脈留置針處放血使MAP維持在(35±5) mmHg，如果血壓不能維持則通過右頸靜脈補液通道輸注生理鹽水以維持MAP。模型建立控制在(25～30) min內，將大鼠MAP達到(35±5) mmHg做為休克0 h時間點。建模成功后將干熱環境I組大鼠轉移到常溫環境中(25℃、濕度35%)，干熱環境II組大鼠建模與干熱環境I組相同，建模成功后仍放在人工艙的沙漠干熱環境中，常溫環境組創傷在常溫常濕環境中進行。

1.3.2觀察指標： 比較各組大鼠3 h存活率，將死亡的大鼠立即取材，對建模后3 h仍存活大鼠進行麻醉后取出重要臟器，用4%多聚甲醛固定，石蠟包埋，切片，HE染色，在光學顯微鏡下觀察組織病理學變化。

1.4統計學方法

統計學分析應用SPSS 17.0統計軟件進行。采用 Fisher’s確切概率法進行存活率的比較，以α=0.05為顯著性檢驗水準。

2結果

2.1大鼠存活情況

常溫環境組休克后2 h內有1只大鼠死亡，2～3 h時間內死亡2只，干熱環境I組在休克后1 h內有2只大鼠死亡，2～3 h時間內有3只大鼠死亡，干熱環境II組在休克后1 h內有5只大鼠死亡，休克后2.5 h內30只大鼠全部死亡，三組大鼠休克3 h后存活率見表1。常溫環境組和干熱環境I組存活率無統計學差異(P>0.05)，常溫環境組和干熱環境I組存活率明顯高于干熱環境II組(P<0.01)。

表1　各組大鼠休克3 h后存活率

*P>0.05,與常溫環境組比較；**P<0.01, 與常溫環境組和干熱環境I組比較

Note.*P>0.05, compared with the normal temperature group;**P<0.01, compared with the normal temperature group and dry hot group II.

2.2重要臟器病理改變

肝臟：光鏡下可見常溫環境組大鼠肝組織基本正常，肝小葉、匯管區清晰，肝細胞結構正常，干熱環境I組大鼠肝組織肝小葉、匯管區結構欠清晰，少量炎性細胞浸潤，肝竇輕度擴張充血，肝細胞輕度濁腫并伴點狀出血，干熱環境II組大鼠肝組織結構消失，肝細胞明顯濁腫呈顆粒樣變性，肝竇擴張呈彌漫性出血，匯管區高度充血，膽管周圍中性粒細胞侵潤，伴少量嗜酸性細胞，干熱環境II組明顯較常溫環境組和干熱環境I組病變重(圖1 A-C)。

肺臟：光鏡下可見常溫環境組大鼠肺組織沒有明顯病理性變化，與正常組織無明顯差異，干熱環境I組大鼠肺組織可見少量中性粒細胞在支氣管聚集，肺間質散在巨噬細胞侵潤，肺泡壁略增厚，上皮增生，毛細血管輕度擴張充血，干熱環境II組與干熱環境I組大鼠肺組織均可見肺間質巨噬細胞的侵潤，充血、水腫、肺泡間隔增寬等變化，但以干熱環境II尤為明顯，而且出現肺泡腔狹窄，肺泡壁血管高度充血、滲出性出血等變化(圖2 D-F)。

心臟：常溫環境組大鼠心肌肌束排列整齊，心肌細胞未見水腫，心肌肌間隙血管未見擴張，偶見點狀出血，干熱環境I組大鼠心肌出現心肌間血管輕度擴張充血、點狀出血，細胞核有散在輕度腫脹，干熱環境II組大鼠心肌肌間隙血管高度充血，細胞核腫脹明顯，偶見心肌嗜酸性變，病變明顯較常溫環境組和干熱組I病變重(圖3 G-I)(圖1～3見文后彩插7)。

3討論

創傷失血性休克會導致有效血容量明顯減少、血流灌流不足、微循環障礙，從而直接影響主要臟器如肝、肺、心臟等的功能，若無法及時得到有效救治，2 h內的致死率為20%[2]。機體重要臟器的損傷和功能改變，必然導致機體對應激調節功能的障礙，進而引起多臟器功能不全，影響機體的預后和轉歸。夏季炎熱干燥的氣候增加了機體的熱應激反應，在機體受到創傷時更能誘發休克的發生。

我們同時成功建立了沙漠干熱環境和常溫環境下的創傷失血性休克大鼠模型，在人工實驗艙的模擬干熱環境(40℃、濕度10 %)中，讓大鼠自由活動預熱60 min后，在人工實驗艙內致傷并達到休克，干熱環境 I組休克后10 min及時轉移到到常溫環境中，模擬創傷后及時后送，該實驗組在3 h的存活率可達83.3%，可用于沙漠干熱環境下創傷失血性休克的進一步研究。干熱環境II組大鼠與干熱環境I組大鼠致傷環境相同，不同之處在于建模后繼續留在干熱環境中，模擬創傷休克后不能及時后送的場景，在休克后2.5 h內全部死亡，提示在沙漠干熱環境下的創傷失血性休克的及時后送到常溫環境中顯得尤為重要。

本研究通過病理切片觀察發現常溫環境組大鼠肝臟、肺臟、心臟組織沒有明顯病理性變化，組織結構基本正常。干熱環境Ⅰ組大鼠出現輕微組織病變，肝細胞輕度濁腫并伴點狀出血，少量炎性細胞浸潤，肺泡壁略增厚，上皮增生，毛細血管輕度擴張充血，心肌肌間血管輕度擴張充血、點狀出血，細胞核有散在輕度腫脹，均屬可逆性組織變性。本實驗干熱環境Ⅰ組和Ⅱ組在致傷前均在人工實驗艙干熱環境(40℃、濕度10 %)模式下自由活動60 min，相當于給予了一次長時間熱應激處理，有研究發現適當的熱應激預處理可以誘導熱休克蛋白表達，可減輕有害因素對機體細胞的損傷作用[5]，這可能是干熱環境I組大鼠雖經干熱刺激和創傷失血雙重作用，其存活率與常溫環境組無統計學差異(P>0.05)的一個原因。干熱環境Ⅱ組大鼠肝組織結構消失，肝細胞明顯濁腫呈顆粒樣變性，匯管區高度充血，肺泡腔狹窄，肺泡壁血管高度充血、滲出性出血，心肌肌間隙血管高度充血，見心肌嗜酸性變，組織均呈現不可逆性改變，干熱環境II組明顯較常溫環境組和干熱環境I組病變重。提示在持續干熱刺激和創傷失血雙重作用下，多臟器出現嚴重炎癥反應，且創傷失血性休克傷員若不能得到及時轉運，其重要臟器組織將會發生不可逆的病理變化。

本實驗在全程麻醉下進行創傷失血性休克的模型制作，在大鼠安靜的狀態下保證了插管和檢測的順利同時保證致傷點的準確性。本實驗采用的沙漠干熱環境下創傷失血性休克制作方法在人工艙預熱后，無1例因熱刺激和致傷過重死亡，因而此動物模型具有成功率高和可重復性強的特點，可為進一步研究奠定基礎。另外需注意在不影響手術操作的情況下，麻醉要淺，盡量與臨床實際相似，肝素用量要控制到最小，以避免出血不止。

鑒于以往不少學者研究在應激、創傷作用下機體的各臟器變化往往是幾天后的變化，最早也是在4～6 h[6]。我們也將繼續研究在沙漠干熱環境下創傷失血性休克早期，尤其是3 h內的機體重要臟器組織及相關指標在熱刺激、創傷、失血等綜合因素作用下的病理生理學機制，為沙漠干熱環境下創傷失血性休克的臨床救治奠定基礎。

參考文獻：

[1]Villela NR,Tsai AG, Cabrales P, et al. Improved resuscitation from hemorrhagic shock with Ringer's lactate with increased viscosity in the hamster window chamber model [J]. J Trauma, 2011, 71(2): 418-424.

[2]Hassett J, Cerra FB, Siegel J, et al. Multiple systems organ failure—a very brief summary [J]. Injury. 1982, 14(1): 93-97.

[3]劉江偉, 張永久, 李澤信, 等. 常溫和干熱環境下腹部腸管火器傷動物模型的建立 [J]. 創傷外科雜志, 2007, 9: 408-410.

[4]孫英剛, 黃宗海, 馮浩森, 等. 創傷性休克大鼠模型建立 [J]. 解放軍醫學雜志, 2002, 27(12): 1086-1087.

[5]Otaka M, Okuyama A, Otani S, et al. Differential induction of HSP60 and HSP72 by different stress situations in rats [J]. Dig DisSci, 1997, 42(7): 1473-1479.

[6]Faleti AG, Mastronardi CA, Lomniczi A. Beta-endorphin blocks luteinzig hormone-leasing hormone release by inhibiting the nitric oxide pathway controlling its release [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1999, 96(4): 1722-1726.

〔修回日期〕2014-12-10