枪弹伤致肢体开放性骨缺损合并海水浸泡兔模型的建立

陈肖松，张 淦，刘胜杰，王 智，陈聪聪

中国人民解放军联勤保障部队第九〇一医院骨一科,合肥 233031

海水浸泡伤常见于海战及登陆作战中，相关研究显示，大规模登陆作战总减员占40%～50%，而伤员发生概率达70%～80%[1]。机体受火器伤后，局部组织遭到严重破坏，经海水浸泡可加剧受伤组织过氧化脂质反应，抑制抗氧化物酶活性，从而导致能量代谢障碍和细胞膜酶活性下降，过度炎症反应明显，影响受损组织的修复[2]，使得病情更复杂，致残率及病死率也将更高。因此，本实验拟建立枪弹伤致肢体开放性骨缺损合并海水浸泡兔模型，观察其损伤情况及病理生理变化，为今后海水环境下四肢战创伤救治研究提供理论依据。

材料与方法

1 动物及分组

选择20只日本大耳家兔，由安徽医科大学实验动物中心提供[许可证号：SYXK(皖)2017-006]，体重(2.5±0.4)kg，实验期间动物分笼饲养于安徽医科大学实验动物中心室内。本研究获安徽医科大学伦理委员会审批(批号：202004001)。按随机数字表法将实验动物随机分为A、B两组，每组10只，A组为空白对照组，B组为海水浸泡组。

2 实验仪器及试剂

本实验所使用海水为人工海水，配比方法及主要指标[3]：氯化钠(NaCl)22.260g/L、硫酸镁(MgSO)43.248g/L、氯化钙(CaCl)21.153g/L、碳酸氢钠(NaHCO)30.198g/L、氯化钾(KCl)0.721g/L等，渗透压(1250±12)mmol/L、酸碱度(pH值)8.2、钠(Na+)浓度(630±53)mmol/L、平均密度为1.025g/cm3。BL420型生理信号采集分析系统(成都泰盟软件有限公司)；Olympus光学显微镜(日本)；西门子DR双板YSIO型X线摄片机(德国)；Taiva-R139转轮式石蜡切片机(湖北)。枪支及弹丸指标：中国东风速射运动手枪SS04型，口径为5.6mm，初速(V10)为(227±7.61)m/s，使用直径5.6mm枪弹。20%乌拉坦注射液(国药集团化学试剂有限公司，批号20210907)及相关实验辅助试剂均由安徽盛铭医药有限公司提供。

3 方法

将20%乌拉坦(4mg/kg)通过耳缘静脉注射进行麻醉，将实验动物固定于支架上，随机择单侧后肢对准股骨中段进行枪击，枪口距离20cm，造成股骨开放性骨缺损，伤后各组患肢均简单固定及包扎，连接监护仪。A组旷置1h；B组将兔整体浸泡于人工海水1h，容器为50L容积的储物箱，人工海水总量以仅露出兔颈以上部位为准，水温控制在21℃，室温25℃[3]。于远心端结扎兔左侧颈总动脉，靠近远心端结扎处作一切口，向心脏方向将动脉插管插入动脉，并进行结扎，连接BL420型(信号采集分析系统)。

各组动物于伤后1h行伤肢X线摄片，摄片后处死，离断枪击伤的肢体，截取以伤口为中心上下2cm弹道伤周围区域的骨及软组织，10%的甲醛处理标本，固定24h，硝酸溶液脱钙，制成石蜡切片，厚度5μm。

4 观察指标

统计伤后动物死亡情况、患肢伤道情况。行X线摄片，观察枪弹伤造成股骨骨折及骨缺损的情况。以枪击时间为基点(A组旷置1h，B组海水浸泡1h)，伤后即刻和1h监测记录两组动物呼吸、心率、血压等生命体征指标变化。将动物伤肢标本石蜡切片行HE染色后，显微镜下观察标本伤道周围骨及软组织受损状况。

5 统计学分析

结 果

1 一般情况

两组实验动物均造成伤肢枪弹穿透伤，伤道入口及出口处周围皮肤及肌肉组织均有烧灼表现，入口较小，均<0.5cm，形状较规则，出口较大，均约2cm，边缘呈撕裂状，并且出口处可见断裂的股骨骨质外露，断端附近可见游离骨块，大小不等，断端处缺损范围约1.5cm。枪弹致伤后观察60min，两组动物均未出现死亡，B组动物伤道经人工海水浸泡60min后，与A组动物比较，伤道周围软组织炎症反应较重，水肿更明显。见图1。

图1 实验动物枪击后伤口情况。a.枪击后动物照片；b.伤道入口，形状较规则;c.A组动物旷置60min后伤道出口;d.B组动物经人工海水浸泡60min后伤道出口

2 影像学观察

两组实验动物伤肢X线片显示：股骨干呈粉碎性骨折，并伴有骨质缺损，断端附近可见游离骨块，大小不等。部分标本可见弹头碎裂后的高密度影，两组动物在伤后1h摄片无明显区别。见图2。

图2 枪弹伤后实验动物股骨X线片检查情况。a.A组动物伤后1h X线片;b.B组动物伤后1h X线片，a与b均为股骨粉碎性骨折，两者无明显区别

3 生命体征

伤后1h，两组动物呼吸频率均升高，A组呼吸频率变化差异无统计学意义(P>0.05)，B组呼吸频率变动差异有统计学意义(P<0.05)；两组动物心率在伤后1h均增高，A组心率变化差异无统计学意义(P>0.05)，B组变化差异有统计学意义(P<0.05)；A组动物在伤后1h血压无明显变化，B组动物血压在伤后1h升高，收缩压及舒张压变化差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 两组伤后即时及伤后1h生命体征指标的变化比较

4 组织学观察

病理切片光镜下观察显示，两组动物患肢伤道周围均可见原发伤道区、挫伤区及震荡区。两组原发伤道区均为坏死组织，无正常组织结构。A组挫伤区部分肌纤维断裂，变性坏死，主要表现为横纹消失、胞浆内出现大量空泡，肌浆染色不均或呈明显嗜酸性，胞核消失或排列紊乱，可见核碎裂。间质血管淤血，出血，有少量炎细胞浸润。震荡区肌纤维不同程度的变性，局灶性溶解性坏死。间质轻度水肿，血管淤血，见少量红细胞和炎细胞。B组挫伤区肌纤维大片坏死，部分区域组织彻底坏死，仅见一些残存的结缔组织和少量肌组织碎片，伴有大量炎细胞浸润，间质血管淤血，大量出血。震荡区发生大片继发性肌变性坏死，肌纤维排列紊乱，间质严重水肿、淤血，有中等量炎细胞浸润，灶性出血。见图3、4。

图3 A组伤后旷置1h弹孔周围软组织病理变化HE染色(×100)。a.挫伤区;b.震荡区

图4 B组伤后海水浸泡1h弹孔周围软组织病理变化HE染色(×100)。a.挫伤区;b.震荡区

讨 论

由于特殊的作战环境，参加海战及登陆作战的伤员在伤后常伴有长时间的海水浸泡。火器伤经海水浸泡后，会明显增加伤员的病死率和致残率，是后勤医疗保障部门必须重视和解决的难题[4]。

军用枪支应用于建立枪弹伤模型时，由于弹头初速快、动能极高，近距离枪击实验造成极大的侵切伤[5]。目前常见的枪弹伤动物模型均为大型动物，如猪、羊、狗等，价格昂贵，并且饲养和进行相关实验研究时十分不便，即使这样，实验动物病死率也极高[6]。如果在造模时合并海水浸泡等致伤因素，动物病死率更高，后期实验动物的观察和处理十分困难。本研究选择了小口径运动手枪用于建立四肢开放性骨缺损枪弹伤并合并海水浸泡动物模型，尝试通过减小弹头初速度和动能，保障实验动物的存活及救治研究，同时最大程度模拟实弹的致伤效果。

相关文献表明，枪弹导致机体损害有以下机制[7]：子弹击中机体组织，引起直接损伤；冲击波致软组织损伤增加；瞬时空腔效应。弹丸致伤程度与机体组织的弹性和硬度有关，弹丸击中低硬度高弹性组织，其损耗能量小，创伤较轻，如肌肉组织、肺等[8]。如击中硬度较高但弹性较小的组织，如骨组织，则损伤较重，能量损耗大，易出现粉碎性骨折。采用本实验的方法造模后，实验动物伤肢摄片显示：股骨干呈粉碎性骨折，并伴有骨质缺损，断端之间可见粉碎的骨块和弹头碎片。其结果与多数研究中军用枪支所造成动物或人体肢体粉碎性骨折(骨缺损)模型相似[9]，且实验动物无一死亡。但由于本实验采用枪支发射的为低速枪弹，对机体组织的损伤是否有冲击波和瞬时空腔效应的参与尚未可知。

与淡水相比较，海水渗透压高、含碱量高，同时携带多种细菌，pH并不固定，大致为7.9～8.4，呈较强碱性[10]。根据文献报道，动物肢体被火器致伤，再经海水浸泡后，机体组织受到伤害会更加严重[11]。进一步的研究明确了其相关机制，海水由于多种化学离子的存在，渗透压较高，损伤的机体经海水浸泡后，可导致机体高渗性体液转移，从而引起微循环供血的缺乏，造成血流动力学改变[12]。机体组织如果出现缺血低氧的状态，氧自由基及超氧化物的聚集会随之而来，诱发过氧化脂质反应，最终致受损组织周围血管通透性增大，间质水肿，反复恶性循环严重损伤机体组织[13]。本实验中B组动物肢体火器伤浸泡于人工海水后，呼吸频率和心率增快，舒张压及收缩压增高，考虑可能与海水浸泡后，动物机体内血流动力学的变化有关。病理切片光镜下观察显示，两组动物患肢伤道周围均出现原发伤道区、挫伤区及震荡区，B组标本炎症反应、水肿程度及范围方面均较A组严重，其结果与多数海水浸泡伤研究中组织损伤的表现一致[14]。

综上所述，本实验采用的枪弹伤致肢体开放性骨缺损合并海水浸泡兔模型，模拟了海水环境下伤员四肢受到枪击后出现开放性骨缺损合并海水浸泡的伤情。模型稳定性好、可行性强，动物病死率低，且模型采用的动物体型较小，饲养和观察方便，费用成本较低，适用于海水环境下四肢战创伤救治的相关研究。

作者贡献声明：陈肖松：设计实验、论文撰写；张淦：实施研究、数据分析、统计分析；刘胜杰、王智、陈聪聪：实施研究、采集数据