沙漠干热环境下战创伤感染的认识及防治思考

史清海,马鑫鑫,2,陆红祥

1.新疆军区总医院全军临床检验中心,乌鲁木齐 830000; 2.新疆医科大学研究生院,乌鲁木齐 830000; 3.新疆军区总医院创伤骨科,乌鲁木齐 830000

随着联合战区创伤系统的实施、战创伤防护装备以及战斗伤亡护理的完善,由颅脑、主要血管及脏器的严重损伤造成的病死率大幅下降[1]。战创伤感染是战斗相关损伤的一种常见急性/慢性并发症,其发生发展是由环境、机制、部位及炎症免疫等多因素共同作用的结果,本质为细菌侵袭伤员伤口/创面致机体抵抗力下降所造成[2-3]。部分战创伤患者在救治后期遭受感染进而发展为脓毒性休克和多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS),严重危及战创伤患者的生命。如何有效预防战创伤感染的发生,成为各国卫勤保障面临的重要挑战。

我国西北地区沙漠众多,约占全国土地面积的13.7%,在维护国家安全形势和利益中扮演重要角色。目前研究表明,气候条件、环境因素、受伤时所处的地理环境等对病原菌有很大影响[2]。沙漠干热环境具有气温高、干燥、昼夜温差大、紫外线辐射强、降水少等气候特点[4]。这些气候特点本身就可以导致体液流失,从而导致水盐代谢失衡及体液的重新分布。在该环境下机体更易出现热应激和热损伤,对冲击波和各种创伤、失血的耐受能力及代偿能力急剧下降[5]。因此,在沙漠干热环境条件下战创伤患者更容易遭受感染、器官损伤和死亡,这对沙漠干热环境条件下战创伤患者感染的预防和救治提出了更高要求。

1 沙漠干热环境对机体的影响

1.1沙漠干热环境对肾功能的影响 现有的研究数据表明,在极端高温事件中肾损伤的风险升高。热休克可直接引起肾脏的肾前性损伤,在高强度的热负荷及劳动负荷作用下,暴露于沙漠干热环境中的机体出现肾小球滤过功能减退,尿钾显著增高。通过直肠测量取决于环境气候和体内代谢功能的核心体温发现,当环境温度在25～30℃变化时,核心温度仅变化1℃,但直肠温度升高至41～42℃ 时则会加重肾小管损伤甚至坏死,且经降温后不可逆转[6]。作为创伤后严重并发症之一的急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)[7],当干热环境合并创伤失血性休克(traumatic hemorrhagic shock,TSH)时,热组织损伤和温度诱导的氧化应激进一步加重损伤肾小管的毛细血管,肾脏组织释放更多的炎症因子,加速肾脏疾病的发展。在猪肠管火器穿透伤模型中,沙漠干热环境组肾脏病变早于常温组,且持续进行性加重,出现肾小球肾炎、肾小管急性坏死等病变,或进展为肾功能衰竭。

1.2沙漠干热环境对肝功能的影响 肝损伤是创伤患者中为最常见的危及生命的损伤之一。研究证明,肝脏在热损伤中通过调节免疫功能、炎症过程和急性期反应发挥关键作用[8]。刘江伟等[9]建立大鼠TSH模型研究发现,在常温环境和沙漠干热环境下分别放置大鼠,由于机体创伤后对肝脏可能造成急性损伤,导致大鼠体内谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)水平升高,血清ALT水平均在0.5h出现第一高峰;沙漠干热环境组的第二高峰出现在1.5h,比常温环境组早0.5h,谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)动态变化趋势与ALT一致,提示沙漠干热环境组肝损伤更为严重,环境的高温及干燥可能是介导肝功能受损的重要因素。沙漠干热环境腹部肠管火器伤动物模型研究结果表明,创伤后沙漠干热环境组肝组织环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、核因子(nuclear factor kappa B,NF-κB)的表达水平明显高于常温组,其表达与肝细胞凋亡的变化趋势一致,且密切相关,这为在沙漠干热环境战创伤救治中COX-2抑制剂的选择性使用及靶向NF-κB的干预治疗提供了理论依据,有待进一步研究证实。以上研究表明,当机体受到创伤后,加之身处沙漠干热环境下,肝脏功能的损伤会出现得更早、更严重。

1.3沙漠干热环境对肺功能的影响 高温、干燥等因素在沙漠干热环境中通过呼吸道对肺造成直接损伤。肺脏作为在极端恶劣环境或战创伤情况下最易受累的器官之一[5],在沙漠干热环境创伤失血性休克时,继发的肺损伤将会引起炎性因子的级联放大效应,这可能会使免疫系统对随后的“第二次打击”产生过度应答反应,从而导致迟发性脓毒症、MODS,甚至死亡[10]。一氧化氮(nitric oxide,NO)、前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)等炎症介质参与并介导上述级联反应,最终使肺组织损伤加快[5]。此外,来自沙漠干热环境下TSH猪及TSH大鼠模型的研究表明,其肺功能损伤相对于其他组较早出现且程度更重;同样,类似继发性肺损伤的表现在沙漠干热环境猪肠管火器伤模型中也可观察到,并随时间的延长而进行性加重[5,11]。以上研究提示,相对于正常环境条件而言,干热是在沙漠干热环境下创伤失血性休克后继发肺损伤,并使病情发展迅速的重要危险因素。

1.4沙漠干热环境对凝血功能的影响 在干热环境的影响下,经历创伤和出血的个体,由于高热、脱水、低血容量及体力消耗等因素的结合,使机体发生明显的热应激反应,凝血功能紊乱很常见,并与创伤的严重程度有关[12]。从世界范围来看,战创伤患者出血性死亡与凝血功能障碍的发生有很大关系[13]。由创伤后组织损伤引起的凝血功能障碍称创伤性凝血病(trauma-induced coagulopathy,TIC),发生率可达85.1%[14]。目前认为,当组织灌注不足和创伤性损伤严重时,机体主要表现为抗凝作用和纤维蛋白溶解作用增强,早期血液处于低凝状态,而在受伤后的几分钟到几小时内,由于持续性的内皮损伤、免疫细胞的激活及循环中损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)共同作用致TIC转为高凝状态[13, 15]。有动物研究表明,在干热环境并创伤失血性休克的初期,血液状态呈现为高凝,原因为机体于热应激状态下使内皮细胞损伤加重和抗凝系统及纤溶系统功能受损,同时,干热环境使得机体丢失大量水分致血液浓缩。伴随休克持续存在,凝血底物大量消耗合并纤溶亢进从而发生消耗性低凝,即使在创伤失血性休克后3h,其凝血功能也可处于弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation,DIC)阶段[13],提示在干热环境中创伤失血性休克凝血紊乱的发生较常温环境复杂,环境的高温与干燥会使休克程度与疾病进程加重。需要进一步的工作来充分描述沙漠干热环境如何影响创伤后的凝血功能障碍。

1.5沙漠干热环境对神经系统的影响 极端高温与神经系统疾病死亡风险增加之间存在显著关联,暴露在沙漠干热环境中的人群,由于受到极端及持续热应力影响,中暑的发生率较高[16]。中暑是一种以高体温(核心温度>40℃)和中枢神经系统(central nervous system,CNS)功能障碍为特征的全身性疾病。CNS紊乱表现,如抽搐、共济失调、谵妄或昏迷等在机体中暑后的早期阶段有所体现,且与热诱导的下丘脑神经元损伤有关,若未能及时加以干预或治疗,随后可诱发包括肾脏、肺脏、肝脏、心血管和肌肉骨骼等在内的多器官损伤,以及导致体温调节系统及凝血功能障碍,引发全身性的炎症反应综合征[17]。此外,极端热负荷可抑制/减弱大脑皮质的兴奋性,使机体条件反射潜伏期延长从而出现反应速度下降、感知觉减退、易疲劳嗜睡等一系列负诱导效应;沙漠本身具有的独特气候环境对中枢神经也存在着一定影响,焦虑、失眠、情绪低落、易怒等表现将不可避免地影响需要在该环境中进行作业人员的能力。在极端干热环境下发生中暑时,及时识别和治疗是维护生命和健康的必要条件,一旦出现症状,采取冷却降温和补水仍然是最基本且有效的治疗策略,必要时选择使用血浆扩张剂和补充血容量等抗休克疗法及抗炎抗凝治疗;另外,通过间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)移植可改善该环境下的神经功能[18]。目前,在干热环境下早期识别和治疗中暑仍具有局限性,未来需要更多的研究来更好地了解并建立诊断及治疗标准。

2 沙漠干热环境下战创伤后机体免疫炎症变化及并发感染特点

机体在最初受到创伤的几分钟内就会对出血和组织损伤做出直接反应,表现为白细胞的立即增多,伴随着中性粒细胞的抗菌功能、单核细胞的表型和循环淋巴细胞的绝对数量也出现显著变化[3, 19]。越来越多的数据表明,NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)、NLRP1和黑素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2,AIM2)等炎症小体通过促进/放大炎症反应,参与创伤后组织损伤和免疫功能障碍的产生[20-21]。目前关于沙漠干热环境下战创伤后机体免疫炎症变化研究较少。Shen等[4,22]成功建立沙漠干热环境TSH猪模型,经研究发现,该模型猪血清中炎症因子白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、IL-10、IL-1β及肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α) 的水平升高较常温环境早,且增长速度更快。另外,当核心体温>41.5℃时,肠上皮发生损伤,从而导致通透性明显增加,形成“渗漏”,肠腔内细菌、病原体、内毒素大量进入血液和淋巴,从而应激性地引发一系列炎症免疫反应。结合前文,特别是沙漠干热环境条件下的机体免疫炎症反应,在创伤后机体继发性损伤过程中起着举足轻重的作用。

细菌繁殖和感染速度在不同地区和气候条件下各有特点和规律。针对特殊环境下战创伤感染已有研究,但多是关于高原、水下、湿热及寒冷等环境条件。关于沙漠干热环境下战创伤并发感染特点的研究鲜有涉及。目前已知,高温地区比常温常湿、寒冷地区发生战创伤感染时间早,且感染率较高。在暴露于沙漠干热环境中的战创伤动物模型研究中,沙漠干热组伤道细菌在创伤后比常温组提前2h入血;在损伤后4h达到感染临界值,比常温组提前4h,且血浆内毒素的峰值显著高于常温组。与常温环境下的战创伤相比,伤道细菌在沙漠干热环境条件下繁殖速度快,在一定时间内细菌的数量更多,使感染提前发生。综上,笔者考虑在沙漠干热环境条件下,战创伤患者的免疫功能明显下降,从而更容易发生上述病原菌的感染。

现针对沙漠干热环境下特殊病原菌感染,如气性坏疽、破伤风等的研究尚未见报道,沙漠干热环境下的病原菌感染分布特点未见报道。极端干热条件下,深入了解关于伤口微生物将有助于认识伤口的复杂性和感染负担,通过改进创伤感染控制策略从而改善未来冲突中的战创伤伤口管理和感染结果。但值得注意的是,目前的研究结果表明在干热环境下进行清创和抗感染的时机与方法不能等同于正常环境情况,及时且正确地选择抗菌药物是预防与战斗有关的创伤性损伤后感染并发症的重要干预手段。因此,关于沙漠干热环境下战创伤免疫炎症及感染特点方面的研究,未来尚需进一步完善,以为后续沙漠干热环境下战创伤救治提供理论依据。

3 沙漠干热环境下战创伤感染防治思考

当今,感染仍影响着战创伤中伤员的发病率和病死率。自伤口感染到与感染有关的并发症及死亡,是与战斗有关的受伤患者延迟死亡的主要原因[23]。在沙漠干热环境下,如何预防和减少战创伤感染的发生,感染发生后如何有效就诊,是提高特殊战场环境下卫勤保障的重要课题。针对沙漠干热环境下战创伤感染防治笔者初步有以下几点思考。

(1)针对沙漠干热环境的适应性训练:沙漠干热环境下战创伤并发感染面临的主要问题是机体免疫力下降,尤其伤后各系统功能下降也会导致机体更易遭受病原微生物的攻击,极大增加救治困难。在战前要加强沙漠干热环境适应性训练,对进驻沙漠干热环境部队进行沙漠干热环境行军、作战训练,提高沙漠干热环境下的适应能力。

(2)早期彻底清创,广谱抗生素预防:“早期清创、延期缝合”是野战外科的基本原则。在沙漠干热环境下的伤员后送难度增加,细菌繁殖增快,早期彻底清创仍是防治沙漠干热环境战创伤感染最重要的措施,清创将彻底清除异物、失活组织,切断感染来源,消除病原菌生长环境。在早期清创的基础上,还应根据阶梯救治原则,采用广谱抗菌药物预防感染,更早开始使用广谱抗生素将有助于延长初期外科处理时限,为医院救治争取时间。

(3)强调多学科的联合救治:现代战争中作战损伤模式复杂,战创伤通常由多种损伤复合而成,包括大面积烧伤、多发创伤、出血、感染等。针对单一脏器损伤在沙漠干热环境下的救治目前仍缺乏足够的临床实践经验,对于复合多种严重创伤的伤员救治更强调多学科联合处置,才能在沙漠干热环境下遏制多重创伤后感染的发生。

(4)注重支持治疗:在沙漠干热环境下机体的各系统更脆弱,在战创伤的“二次打击”下,机体更容易产生级联放大效应,让病原菌更加有机可乘。因此,针对战创伤感染患者治疗过程中应注意加强全身性的支持治疗,维持水、电解质平衡,及时纠正代谢紊乱、贫血和低蛋白血症等,维护重要脏器功能。

4 总结与展望

当人体处于沙漠干热环境中时,机体各生理系统都会受到很大的影响,重视和加强沙漠干热地区的战创伤感染救治是当前我国卫勤保障领域亟待深入研究的重大课题。沙漠干热环境并发感染相关研究较少,现有的研究成果只是个别研究机构针对沙漠干热感染防治的初步探索,部分理论目前尚未得到临床实践验证,更与战时实际情况相差较远。未来需要更好地了解并继续研究制定出减少沙漠干热环境战创伤感染的方案,打造从理论、技术、装备/器材/药物到标准方案、训练应用的完整创新链条,以对沙漠干热环境下战创伤感染患者尽可能早期识别,从而开展最佳治疗。因此,沙漠干热环境下战创伤感染防治措施的建立和实践的路还任重而道远。

作者贡献声明:史清海:资料收集、文献检索、文章撰写及修改;马鑫鑫、陆红祥:资料收集、文章撰写及修改