兔胫骨火器伤骨缺损模型的建立

任 博，朱庆生，朱锦宇，田 磊

兔胫骨火器伤骨缺损模型的建立

任 博，朱庆生，朱锦宇，田 磊

目的 建立新西兰大白兔胫骨火器伤骨缺损动物模型。方法 32只新西兰大白兔，利用多功能生物撞击机二级投射装置系统，根据钢珠质量和氮气压力值分为4组。激光测速仪测量弹丸速度并计算致伤能量，观察局部伤情，测量贯通伤出入口平均面积、空腔体积，并影像学评价骨缺损长度。统计各组伤情并分析变异系数(CV)，以评价模型伤情稳定性。结果 所有动物均造成后肢贯通伤并胫腓骨开放性粉碎骨折。D组致伤能量最大，B、C组次之，A组致伤能量最小。B、C组贯通伤伤道出、入口面积和伤道容积等局部伤情指标稳定性优于A、D 两组，骨缺损长度B组伤情稳定性优于其他3 组。最终确立用 4 mm 0.24 g钢珠、氮气气压1.4 MPa、钢珠弹丸速度(776.9±19.7)m/s，造成胫骨骨缺损(1.62±0.16)cm，动物在伤后清创抗感染治疗后可长期存活。结论 采用本方法模型制作简单，动物伤情稳定，可建立有效的兔胫骨火器伤骨缺损动物模型。

胫骨；骨缺损；火器伤；兔；模型

在战争中火器伤的发生率非常高，而且均以四肢为主，所占比例高达59%～68%[1]。现代战争中，由弹片导致的下肢骨缺损引发大量军人伤残。因此，火器伤伤口的清创处理和后期治疗中，对骨缺损的修补研究是军事医学的重点课题。若要对火器伤骨缺损进一步进行临床研究，就需要建立有效的、可重复性高的火器伤动物模型。而目前的火器伤模型主要针对大型动物，存在样本量少等一系列问题，而在小型动物建立有效的骨缺损模型，有利于后期缺损修补实验的展开。本实验旨在建立一种新西兰大白兔胫骨火器伤骨缺损动物模型。

1 材料与方法

1.1 多功能生物撞击机 多功能生物撞击实验机由第四军医大学口腔颌面外科、西北核技术研究所和西安航空发动机公司联合研制[2]。本实验主要利用该机高速投射装置系统，将投射物钢珠置入二级发射管近端端头，根据钢珠直径大小定制不同尺寸弹托装载弹丸。二级发射管插入连接法兰和一级发射管中，在二级发射管远端端头与新西兰大白兔胫骨中上端(两者之间距离约30 cm)之间放置激光测速仪。在激光笔指引下精确调节，以使发射管弹道瞄准。打开高压气瓶将压缩氮气注入高压气舱内，同时通过压力表监测气舱压力。加气至预定压力值后，开启自励式快开电磁阀，发射弹丸击中实验目标。钢珠弹速变化范围为300～1500 m/s。

1.2 动物与分组 32只新西兰大白兔由第四军医大学动物实验中心提供(第四军医大学动物实验伦理委员会审批通过)，动物体重(2.8±0.2)kg，雌雄不限。实验前3 d连续测体温、脉搏、呼吸，经统计学分析个体之间无明显差异。按照钢珠弹丸重量(0.24 g，0.49 g)以及二级发射管高压推动氮气压力值(1.0 MPa，1.4 MPa)分4组。

1.3 致伤及清创抗感染方式 致伤前1 d，动物局部备皮、称重，禁食过夜。实验前用2%戊巴比妥钠(1 ml/kg)耳缘静脉麻醉，实验随机分配左右小腿。倒立悬挂动物于致伤架上，距离二级发射管管口约30 cm，根据各组实验参数分别调整生物撞击机参数。致伤后30 min无菌纱布及棉垫简易包扎伤口止血；伤后8 h无菌条件下生理盐水及双氧水冲洗伤道，清除异物、污染坏死组织后放置引流条，伤肢石膏托固定。伤后5 d每日肌注青霉素钠80万单位，硫酸庆大霉素0 .1 g，每天观察伤口情况并消毒换药。伤后7 d冲洗伤口二期清创缝合。

1.4 观察指标及检测方法 根据TC-400型激光测速仪测量弹丸速度;计算致伤能量[3-4]:枪弹质量(m)和速度(v)平方成正比(KE=1/2 mv2)；标尺测量及记录致伤后动物贯通伤入口及出口面积；以灌水法测量伤道空腔容积；清创时肉眼观察周围肌肉损伤情况;伤后即刻行影像学照像，X线片标尺测量骨缺损长度。

2 结果

2.1 弹丸速度及致伤能量 在钢珠质量相同的情况下，调节氮气压力值，钢珠的出膛速度逐级递增；在氮气推动压力值相同的情况下，增加钢珠质量也可提高致伤能量(表1)。4组中D组致伤能量最大，B组次之，A组最小，差异有统计学意义(P<0.05)；而氮气压力相同的A和C组，B和D组组间比较，投射弹丸速度无统计学差异(P>0.05)，说明氮气压力值是多功能生物撞击机高速投射装置致伤能量大小的关键因素。

2.2 贯通伤出入口平均面积及空腔体积 (1)除A组3例动物未形成贯通伤模型外，其余各组高速钢珠均造成动物单侧后肢贯通伤，伤后4组动物局部伤情有相似的变化特征(图1)，即贯通伤出入口不规则，基本呈圆形或卵圆形，普遍出口面积大于入口面积。致伤后肢体迅速肿胀，伤后8 h清创时伤道内有较多的坏死组织和凝血块，可见肌肉组织撕裂样损伤严重，绛红色坏死肌肉组织可区分，胫腓骨粉碎性骨折。清创时按常规方法清除严重污染的游离碎骨片后，均有明显骨缺损。

表1 各组弹丸速度和致伤能量(n=8)

注：与A组比较，①P<0.05；与B组比较，②P<0.05；与C组比较，③P< 0.05

表2 各组火器伤出入口面积、空腔体积以及变异系数(n=8)

注：与A组比较，①P<0.05；与B 组比较，②P<0.05；与C组比较，③P<0.05

图1 各组火器伤贯通伤口外观

从左至右分别为：A组入口、B组入口、B组出口、C组入口、D组毁损伤D组中3只动物肢体毁损性损伤；2只动物伤口皮肤缺损较大无法一期闭合，肌肉组织撕裂毁损严重，胫骨粉碎性骨折游离骨片大量缺失，骨缺损不利于后期修复。D组贯通伤出入口面积和空腔体积和其他3组组间比较均有统计学差异(P<0.05)见表2，动物伤情不易控制。贯通伤入口面积最小为A组(0.876±0.217)cm2，最大为D组(2.634±0.825)cm2，两者之间有统计学差异(P<0.05)。B组和C组之间入口面积无统计学差异，出口面积统计结果和入口面积相似，组间对比B组3项数据CV值均最小。

2.3 骨缺损影像学评价 各组影像学测量骨缺损长度见表3。D组弹丸致伤能量最大，挫伤钢珠弹丸瞬时空腔效应易导致动物肢体毁损伤，故D组变异系数明显高于其他3组。A组和C组变异系数次之，B组的骨缺损长度变异系数最小，显示B组骨缺损模型稳定性最高，有益于建模条件的选择。B组和C组伤后即刻X线照片见图2。

表3 影像学测量骨缺损长度及CV(n=8)

注：与A组比较，①P< 0.05；与B 组比较，②P< 0.05；与C组比较，③P<0.05

图2 B、C组伤后即刻X线照片

左图：B组胫腓骨粉碎性骨折；右图：C组胫腓骨粉碎性骨折

3 讨论

早期的四肢火器伤实验模型多采用常规的五四式手枪和匹配的制式子弹，手枪目测瞄准精确性和实验稳定性均无法有效控制，且手枪子弹和直径较大的钢珠弹在小型动物的火器伤模型中会对动物肢体造成毁灭性损伤，现已较少采用。后期普遍应用“瑞典模型”[5]，即采用53式滑膛弹道枪，将其固定于可调式枪架上。采用直径5.56 mm(0.7 g)钢珠弹或6.32 mm(1.03 g)钢珠弹，由装药量控制弹速。新西兰大白兔胫骨中上端直径7 mm，需要小型钢珠弹丸投射形成贯通伤。故如果弹丸直径过大、射击速度高、致伤能量大，后期清创时，由于皮肤、肌肉及周围软组织缺损较大而无法处理伤口，不便于后期实验展开。生物撞击机的二级投射系统在早期进行犬颌面部撞击与火器伤的实验中已经成功应用[6]。本实验应用于兔胫骨火器伤骨缺损模型的建立中，根据钢珠质量(4 mm，0.24 g；5 mm，0.49 g)和氮气压力值(1.0 MPa，1.4 MPa)这两大因素调节投射物速度和致伤能量。通过对致伤兔单侧肢体贯通伤伤情分析对比，寻找最佳的致伤模型。

实验结果表明，D组和A组家兔贯通伤出入口面积和空腔体积变异系数较大，D组致伤能量容易造成肢体毁损性损伤，而A组样本可重复性小于B、C组，B组各项指标变异系数均最小，建立的模型相比较其他3组稳定性最佳。因此认为，使用生物撞击机高速投射系统，采用钢珠0.24 g，氮气压力1.4 MPa，弹丸速度(776.9±19.7)m/s，可造成胫骨骨缺损长度(1.62±0.16)cm，动物伤情重复性高，伤后经清创抗感染治疗后可长期存活，便于进一步实验观察和干预，具有火器伤小型动物建模研究的代表性，可以用于建立标准的兔胫骨火器伤骨缺损模型。

[1] 李兵仓.现代火器伤研究概览[J].临床外科杂志,2007,15(11):792-793.

[2] 田磊,何黎升,刘彦普,等.多功能生物撞击机的应用与评估[J].临床口腔医学杂志,2005,21(3):167-169.

[3] 赖西南.常用的火器伤实验模型[J].创伤外科杂志,2003,5(5):372,400.

[4] Maiden N.Ballistics reviews:mechanisms of bullet wound trauma[J].Forensic Sci Med Pathol,2009,5(3):204-209.

[5] 王建忠,李兵仓,张良朝,等.兔桡骨火器伤性骨缺损动物模型的建立[J].第三军医大学学报,2004,26(4):353-354.

[6] 田磊,何黎升,刘瑞峰,等.骨牵张术修复犬下颌骨高速投射物伤性骨缺损的实验研究[J].创伤外科杂志,2009,11(5):438-442.

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

总后勤部卫生部面上项目(CWS11J151)

710032 西安，第四军医大学西京医院全军骨科研究所关节外科(任 博，朱庆生，朱锦宇)，口腔医院颌面外科(田 磊)

朱锦宇，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)