爆炸伤动物模型建立与观察的研究进展

王宏坤 郭树忠 韩岩

爆炸伤动物模型建立与观察的研究进展

王宏坤 郭树忠 韩岩

随着地区局部战争的不断爆发以及战争样式和作战武器的变化，爆炸伤在战伤中的比例不断提高[1]。据最新的统计显示，伊拉克和阿富汗战争中78%的伤员为爆炸伤所致[2]。为研究爆炸伤机理，探索爆炸伤治疗方法。国内外学者建立了多种爆炸伤致伤动物模型，并进行了大量的观察和研究。

1 实验动物的选择

以大鼠、兔、犬、猪和羊等为实验动物的爆炸伤模型研究均有报道。其中，小动物（如大鼠和家兔）大多用于单纯的观察研究。通过对大体、病理以及全身和局部因子的测定反映爆炸伤的致命性和某一局部效应。大鼠、兔等小型哺乳动物价格便宜，饲养方便，便于取得大样本量实验数据。其机体能很好的模拟伤后的病理变化。对研究局部致伤的即时病理变化和探索早期死亡原因很有意义[3]。国外学者报道过以果蝇幼虫来研究肺部爆震伤的方法。以果蝇幼虫的死亡率和损伤程度推测同种条件下，人体肺部的损伤情况[4]。该实验的不足是对象个体耐受力低，外加干预因素困难。当研究爆炸伤远期效应或者如海水浸泡等复合条件致伤时，采用大动物更易成功[5－6]。在爆炸伤救治方法的研究中，猪、羊等大动物具有优势[7]。猪的皮肤及皮下组织与人类相似[8]，其创面愈合过程也与人体相似[9]，在对软组织损伤和愈合的研究，以及针对局部软组织的治疗方法研究中得到了广泛应用[10-12]。利用传感器和计算机建立的爆炸伤模型也有报道，但这种方法目前仅用于模拟体内数据的采集[13-15]。

2 致伤方法

爆炸分为高能爆炸（HE）和低能爆炸（LE）。其中，HE产生典型的超音速过压冲击波。产生HE的爆炸物包括TNT、C4、赛姆丁塑料炸药、硝酸甘油、炸药、硝铵、汽油和铵油炸药等；LE产生亚音速冲击波，冲击波压力也较HE明显下降。产生LE的爆炸物包括雷管、黑火药、石油基质混合炸药以及航空燃油[1]。爆炸除了爆炸物的当量，影响爆炸伤伤情的因素还有距离，爆炸伤的能量衰减与距离的立方成反比[16]。建立动物模型所需的爆源数据应具有理想的可靠性和可重复性。在以往的模型中，爆源的使用包括黑火药鞭炮、雷管、TNT炸药等。黑火药燃爆的方法只能提供大概的致伤数据。雷管爆炸产生的冲击波以射流为主，各个方向不尽相同，不易标准化，可重复性不理想[10]。有学者改进并建立了使用雷管爆破致伤的专用设备，通过特制装置将雷管产生的冲击波和破片准确控制在一定距离致伤，取得了比较理想的效果[17]。雷管在产生冲击波的同时生成破片，而采用TNT炸药球的致伤方法则基本不产生破片，便于单因素分析冲击波对实验动物的影响。虽然TNT致伤爆源不易获得，但精度和可重复性高。由于距离对爆炸伤的明显影响，动物通常都采用麻醉固定的方法处理[18]，也有学者为更加准确的记录冲击波的具体参数，在动物的致伤部位安置压阻式传感器[19]。Jaffin等[20]提出了以机械施加一定强度和一定时间的压力以模拟爆炸致伤。激光技术在爆炸伤研究中也有应用报道，利用高能激光的瞬时致爆效应模拟爆炸冲击波对机体的影响，这种方法由于对激光的能量可以方便准确的控制，使得实验参数更为客观稳定[21]。最近报道的一种微型球形TNT炸药爆源，其当量易于控制，爆炸基本不形成破片，爆炸冲击波压强有明确的数学公式计算，安全性和可重复性高，实验效果良好，适用于单因素分析爆炸冲击波致伤的研究。

3 动物模型的观察与应用

爆炸伤致伤的主要因素包括冲击波、破片和高温，区别于其他损伤的特征性部分是冲击波的超压和负压引起原发损伤，亦称“纯冲击伤”，即临床上的爆震伤[22]，对肺和胸腔的影响最为显著，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脏、大血管的损伤和失血性休克是引起早期死亡的重要原因[23]。

肺部爆炸伤模型提供的半数致死量和风险评估曲线显示，爆炸瞬时 （0.46 ms）实验动物肺部承受的超压如达到（25.4±3.1）bar，即可造成动物死亡[24]。在大动物和小动物的区别上，有学者认为可以通过对单位体积标准化的方法进行推测和换算[25]。故而可用成本更低的小动物甚至果蝇幼虫[4]进行肺部、脑部等爆炸伤的实验研究。有报道通过对胸部爆炸伤后，实验动物血浆、支气管肺泡灌洗液及肺组织的测定发现，伤后血浆NO水平显著升高，TNFα和IL 8等炎性因子水平随NO而升高。肺组织主要表现为出血、水肿、炎细胞浸润、内皮和上皮细胞变性及内皮细胞通透性增强[26]。由此可见，胸部爆炸伤导致肺原发损伤，同时促进炎性介质IL 8、TNF α等的生成，加重了胸部爆炸伤后继发性的肺功能损害[27]。Gorbunov等[28]的研究表明，在肺部遭受广泛爆震损伤时，血浆中Fe3+的浓度明显下降，可视为反应肺部爆震伤发生的依据。

对头部爆炸伤的研究显示，致死率与爆源、头部间的距离呈明显负相关，而与头部姿势无明显关联[29]。脑水肿导致脑疝，进而引起呼吸抑制是颅脑爆炸伤后动物早期死亡的主要原因，这种颅内高压出现早且明显，颅内血肿发生率也很高[30]。由脑血管反应导致的其他并发症还包括脑出血、血脑屏障破坏、神经胶质反应和神经胶质变性等[31]。在爆炸伤早期，血管源性脑水肿是主要症状，继发性细胞毒性脑水肿可能是爆炸伤后期脑水肿的主要原因[32－33]。光镜下可见，颅脑爆炸伤后的脑组织损伤以神经元和胶质细胞的变性、水肿为主[34]；同时存在明显的毛细血管内皮的损伤、神经纤维的断裂和脑实质间隙的扩大[35]。动态CT扫描可追踪显示脑挫裂伤病灶的低密度范围呈现扩大趋势，可反应颅内血肿、脑挫裂伤病灶的动态变化[40]。

在身体其他部位的爆炸伤，其产生的血流动力学改变可引起远隔器官（如脑）的损伤。腹部爆炸伤后，脑血流迅速进入了伴有相对低灌注的充血期，其血流速度改变的形态学原因是以内皮、内膜损伤和动脉平滑肌构筑紊乱为主的[36]，大脑表面出现点、片状出血灶；伤后即刻可出现小血管出血改变及部分神经髓鞘分层，但无明显神经元损伤；神经元及神经胶质细胞的水肿一般在伤后 6 h逐渐出现；伤后 24 h时，出现部分水肿组织溶解变性、神经微丝凝固性改变。可见腹部爆炸伤造成了严重的脑间接损伤，且伤后导致的脑部病理改变进展迅速[37]。另有文献报道，腹部爆炸伤后，感觉、运动和/或听觉通路都可受到不同程度的损伤[38]；同样，在头部爆炸伤的模型中，也可见到心脏内膜下出血及内皮细胞脱落等的发生[39]。

腹部爆炸伤的原位损伤包括肠浆膜出血、腹腔积血等[41]。虽然理论上认为爆炸伤对空腔脏器的影响要远大于实质脏器，但实验发现腹腔实质脏器也受到明显损伤。腹部爆炸伤后，肝脏损伤主要是血窦淤血、出血明显，汇管区有不同程度淤血、出血，枯否细胞增生，炎性细胞浸润及胆管上皮细胞坏死脱落；未即刻死亡动物可出现中性粒细胞浸润[43]。电镜观察可见肝细胞呈空泡样变性、溶酶体增生，髓鞘样膜结构形成，线粒体肿胀、畸形、嵴模糊不清，内质网扩张[42]。爆炸伤除造成胃、肠等空腔脏器破裂、浆膜出血，还可导致黏膜上皮细胞凋亡。爆炸伤后3 h可见肠道黏膜上皮凋亡细胞显著增多[44]。

对体表和肢体等爆炸伤开放创面的研究发现，四肢长骨爆炸伤的发生率高，骨折多为粉碎性骨折，且多合并其他部位和脏器的严重损伤[45]。爆炸伤导致的局部体表软组织创面，组织毁损严重、细胞崩解、小血管栓塞、血管内膜损伤严重，创伤边缘呈现渐变过渡现象[46]。爆炸伤病灶边缘肌肉组织在伤后3 h出现凋亡细胞，6 h达到高峰，之后逐渐减少[47]。爆炸伤创面在伤后1 h，IL-1、IL-6、TNF-α、CRP的表达增强[48]。这些炎性介质相互作用，促进了炎性细胞的外渗浸润和抗感染免疫反应的发生。同时，爆炸伤创面中VEGF和 bFGF也呈现高表达，bFGF促进了创面的血管化和VEGF的生成，后者进一步促进血管化的发生[49]。在爆炸伤创面中，VEGF的表达与普通创伤愈合过程相似[50]。有学者观察到，在创面愈合过程中，金属蛋白酶-9（MMP-9）和转化生长因子-β（TGF-β）表达水平上升，促进了创面的细胞迁移，有利于创面炎性坏死组织的清除，可能系创面愈合的机制之一；而MMP-9表达水平的过度升高，不利于创面愈合[51]。观察发现，伤后局部炎症反应逐渐加重，创面中细菌数量增加，虽然软组织中增加不显著，但是游离的骨块中细菌数量增加明显，且耐药菌所占的比例较高[52－53]。创面早期与环境感染细菌谱有交叉重叠[56]。创面感染可加重和诱发爆炸伤后的继发性坏死。实验表明，感染能造成猪皮肤软组织爆炸伤感染创面产生一定深度和范围的继发性坏死[54－55]。

通过对动物模型的研究发现，爆炸伤创面早期彻底扩创是修复的重要基础，应在运用外固定架和局部使用抗生素的基础上，采用游离肌瓣和肌皮瓣以覆盖、修复创面。爆炸伤早期宜应用喹诺酮类、三代头孢菌素、氨基苷类等抗生素[56－57]。伤后3 d时，坏死组织已基本清除；伤后3～7 d，可开展软组织修复[53，58]。近年来，封闭负压引流技术被应用于爆炸伤创面的治疗研究，结果显示，此方法能有效控制继发感染和继发坏死的发生，促进创面血管化，有利于软组织爆炸伤的愈合和后期修复[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 陕西省西安市 第四军医大学西京医院整形外科。