徐立，金海

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大鼠肺爆震傷模型的建立與傷情分析

徐立，金海

［摘要］目的建立密閉胸部爆震傷模型，并探討其作用于實(shí)驗(yàn)動物的相關(guān)病理生理變化。方法用爆震傷模型模擬爆炸致傷，根據(jù)所受沖擊波壓強(qiáng)的不同，將所有大鼠按數(shù)字表法隨機(jī)分為3組。A組:正常對照組，未給予爆炸處理;B組:采用額定1．5個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓上限密閉爆炸處理;C組:采用額定3個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓上限密閉爆炸處理。每組20只。爆炸后統(tǒng)計(jì)大鼠的生存率及死亡率，檢測血炎性因子的變化情況，觀察肺病理改變等。結(jié)果C組大鼠死亡率(40%)、病理損傷程度及炎性因子的含量明顯高于B組(25%)和A組(0)。結(jié)論在一定大氣壓的密閉環(huán)境下．大鼠肺部爆震傷傷情隨壓強(qiáng)的增大而加重。死亡率隨體內(nèi)腫瘤壞死因子-α(TNF-α)及白細(xì)胞介素-6(IL-6)的量的增加而增加，二者亦隨沖擊波壓強(qiáng)的增大而呈相關(guān)性增長。

［關(guān)鍵詞］爆震傷;胸部爆震傷模型;肺部損傷;大鼠

［作者單位］200433上海，第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院胸心外科

近年來局部戰(zhàn)爭、炸彈恐怖襲擊及意外爆炸事故頻發(fā)，對此類事件的研究資料進(jìn)行分析后顯示爆炸導(dǎo)致的肺爆震傷逐漸增多，死于肺部爆震傷的人數(shù)也呈不斷上升趨勢。Propper等［1］對現(xiàn)在戰(zhàn)創(chuàng)傷的分析表明:胸外傷是戰(zhàn)爭的主要外傷和主要死亡原因，而胸部損傷最常見的是閉合傷、爆震傷，而不是傳統(tǒng)的穿透傷，并且由此引起的傷后死亡率較高。盡管胸部爆震傷傷勢嚴(yán)重，傷情復(fù)雜，傷后并發(fā)癥多，致死、致殘率高，但在戰(zhàn)場條件下，醫(yī)療救治的資源會相對匱乏，因此對肺爆震傷的早期診斷、傷情程度分級的判斷并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行分類救治是十分必要的。本研究旨在制備并利用一種沖擊波原發(fā)性爆震傷動物模型來模擬在不同壓力下動物爆震傷的傷情，從而確認(rèn)模型的有效性并為研究和治療胸部爆震傷提供較穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)平臺。

1　材料與方法

1．1實(shí)驗(yàn)動物與材料

雄性SD大鼠，體質(zhì)量180～220 g，由第二軍醫(yī)大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心提供［動物許可證號:SCXK(滬) 2012-0003］。置于室溫22～24℃，濕度40%～60%，彤暗周期12 h/12 h的環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周，自由進(jìn)水、飲食。主要儀器及試劑:動物爆震傷實(shí)驗(yàn)?zāi)M器具，國家實(shí)用新型專利號201310302385．2(上海市閘北區(qū)寶昌路78號侯氏車床精加工公司加工);電控制雷管(爆速約7 200 m/s，爆壓約36 GPa，安徽省郎溪縣火藥制品有限責(zé)任公司生產(chǎn));壓力控制閥(東莞金中液壓有限公司生產(chǎn));HITACHI 20PR-52D高速低溫離心機(jī)(日本);大鼠皮質(zhì)酮放射免疫分析試劑盒(北京北方生物技術(shù)研究所);SN-697全自動雙探頭放射免疫計(jì)數(shù)器(上海核所日環(huán)光電儀器有限公司研制);OLYMPUS BX51顯微鏡(日本)。

1．2方法

1．2．1實(shí)驗(yàn)動物分組將50只SD大鼠按數(shù)字表法隨機(jī)分為A組(正常對照組)10只:未給予爆炸處理;B組20只:采用額定0．15 MPa上限密閉爆炸處理;C組20只:采用額定0．30 MPa上限密閉爆炸處理。試驗(yàn)后3組SD大鼠均置于室溫22～24℃，濕度40%～60%，彤暗周期12 h/12 h的環(huán)境中，自由進(jìn)水、飲食。

1．2．2爆震傷模型的建立爆震傷實(shí)驗(yàn)?zāi)M器分為2腔，并采用一體式密封蓋，事先將實(shí)驗(yàn)動物固定于動物腔內(nèi)，并保證胸部的受力范圍。隨后將爆炸物放置于爆破腔內(nèi)，蓋上一體式密封蓋。爆炸物爆炸后，爆炸廢物會由過濾網(wǎng)過濾在爆破腔內(nèi)，以防爆炸碎片干擾實(shí)驗(yàn)，當(dāng)動物放置腔內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的臨界點(diǎn)時，高壓調(diào)節(jié)閥自動排出多余壓力。從而使B、C組大鼠分別充分遭受到0．15、0.30 MPa壓力的沖擊波傷害。爆炸后立即松開大鼠，觀察有無明顯的胸壁損傷，并給予相應(yīng)的救治處理，待各項(xiàng)生命體征相對穩(wěn)定后放回籠內(nèi)，無干擾喂養(yǎng)。

1．2．3肺組織病理活檢大鼠處死采血后迅速打開胸腔取出肺組織，常規(guī)石蠟包埋制片，蘇木精-伊紅染色(HE染色)，光鏡觀察病理變化。

1．2．4腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-6 (IL-6)測定:用注射器(肝素抗凝處理后)經(jīng)大鼠左頸總動脈抽取2 ml動脈血，離心(3 000 r/min，10 min)，收集上層懸液，－20℃保存，隨后用酶聯(lián)免疫分析法檢測TNF-α和IL-6含量。每次采血后補(bǔ)充等量生理鹽水。

1．2．5死亡率傷后10 min內(nèi)死亡為當(dāng)場死亡，余鼠連續(xù)觀察7 d，傷后7 d仍存活者做放血處死。并計(jì)算死亡率。

1．2．6肺損傷分級標(biāo)準(zhǔn)肺損傷參考李兵倉等［2］分級標(biāo)準(zhǔn):(1)輕度肺損傷:肺1葉或數(shù)葉點(diǎn)灶狀或2葉以內(nèi)斑塊狀出血，切面擠壓可見少量粉紅色或血性泡沫樣液體流出，或鏡檢有水腫;(2)中度肺損傷:1葉或數(shù)葉斑塊狀或2個以內(nèi)小片狀出血，2葉以上肺表面較膨脹，切面見小支氣管腔內(nèi)有少許泡沫樣液體，擠壓時較多液體流出。

1．3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 18．0統(tǒng)計(jì)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，2組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用最小顯著性差異法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2．1實(shí)驗(yàn)動物死亡情況

A組大鼠10只，全部存活;B組20只大鼠死亡4只(死亡率25%)，其中0．5 h死亡2只，1、6 h各死亡1只;C組20只大鼠死亡8只(死亡率40%)，其中0．5 h死亡3只，1 h死亡2只，6、12、48 h各死亡1只。

2．2病理改變及損傷程度分級

2．2．1肺組織病理改變大體觀察，A組大鼠見正常結(jié)構(gòu)大小支氣管和肺泡結(jié)構(gòu)清晰。B組損傷較輕，表現(xiàn)為局限性肺挫傷，散在點(diǎn)狀出血。C組動物表現(xiàn)為廣泛的肺挫傷、肺大皰、肺撕裂、肺門血管破裂。胞質(zhì)內(nèi)灶狀溶解，炎性細(xì)胞浸潤，血管壁破裂，出血，肺泡腔局部消失;肺泡腔不同程度融合或呈大小不等的“肺大皰”樣改變，以肺外側(cè)緣較重;偶見微血栓及肺透明膜形成;肺間質(zhì)和肺泡水腫，甚至肺泡結(jié)構(gòu)完全破壞。以24 h內(nèi)變化最為明顯，至傷后72 h肺泡滲出減輕，中性粒細(xì)胞浸潤減少，損傷區(qū)與非損傷區(qū)界限明顯，見圖1。

圖1　3組大鼠肺組織病理損傷差異(HE染色×200)

2．2．2損傷分級20只A組大鼠相對于B組肺損傷較輕，除2只達(dá)中度損傷外，其他均為輕度損傷;C組損傷明顯重于B組，20只動物損傷均達(dá)到中度損傷的標(biāo)準(zhǔn)，見圖2。

圖2　3組大鼠肺大體損傷程度

2．3 TNF-α與IL-6A組大鼠TNF-α為(4．52± 0.4)μg/L，IL-6為(3．64±0．06)μg/L;B組大鼠TNF-α為(8．07±0．92)μg/L，IL-6為(2．18±1.06) μg/L;C組大鼠TNF-α為(10．98±1．8)μg/L，IL-6 為(9．48±0．36)μg/L。與A組相比，B、C組家兔爆震傷后TNF-α、IL-6指標(biāo)均明顯升高，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0．05)。見圖3。

圖3　3組大鼠細(xì)胞因子水平的比較

3　討論

本研究利用密閉可控壓模具模擬了胸部原發(fā)性沖擊波損傷。爆炸性損傷是一種復(fù)合性損傷，匯集了破片傷、沖擊波傷、燒傷等多種損傷于一體。爆炸中產(chǎn)生的沖擊波氣流可導(dǎo)致大氣壓快速改變，因此對人體造成的損傷為原發(fā)性沖擊傷［3-5］。單純彈片投射所致火器傷是早期的爆炸性創(chuàng)傷研究的主要關(guān)注點(diǎn)。近年來隨著研究的深入，人們逐漸將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向單純沖擊波致傷的肺爆震傷(亦原發(fā)性肺爆震傷)，亦出現(xiàn)了相應(yīng)模型用于觀察傷后肺組織原發(fā)性病理生理變化及實(shí)驗(yàn)體主要死亡原因。這種動物爆炸傷模型便于研究爆炸傷的發(fā)生機(jī)制，為臨床治療提供依據(jù)，但是，其可控性和精確性尚有待改進(jìn)，急需標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)定模型。鐘代星［6］等按照不同炸藥量和致傷距離所產(chǎn)生的壓強(qiáng)模擬室內(nèi)的犬爆震傷，爆炸后監(jiān)測犬的基本生命體征、血?dú)獾?，通過犬的存活率，篩選出了一種適合室內(nèi)胸部爆震動物模型。這個模型成功構(gòu)建肺爆震傷的動物模型。然而，犬類等大型動物實(shí)驗(yàn)花費(fèi)較高，飼養(yǎng)困難，相應(yīng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑也較為缺乏。所以，大鼠等小型實(shí)驗(yàn)動物是研究胸部爆炸傷的首選。Satoh等［7］利用激光在小鼠上模擬出了肺爆震傷該模型可以靈活控制能量來控制沖擊波峰壓不產(chǎn)生污染，操作簡便，對場地要求較少，可以在實(shí)驗(yàn)室完成。但以激光模擬爆炸源不能模擬出爆炸沖擊波的復(fù)雜性和破壞性。針對以上胸部爆震傷模型的優(yōu)勢及不足，本實(shí)驗(yàn)爆炸強(qiáng)度充足，爆炸沖擊波參數(shù)明確，超壓負(fù)壓效果明顯且可控制，腔內(nèi)所受壓力恒一，與現(xiàn)實(shí)中爆炸性武器所產(chǎn)生的沖擊波相似。腔內(nèi)炸藥可燃燒完全，且爆炸碎片得以最大程度地過濾，避免產(chǎn)生爆炸大碎片造成的直接損傷與穿透傷，能較真實(shí)地模擬爆炸沖擊波的效應(yīng)，且避免了其他因素的干擾，致傷因素較為單純。裝置簡單，操作方便，可重復(fù)性高。該模型可充分模擬現(xiàn)場爆炸致傷，肺是受沖擊波作用的重要靶器官，胸部在經(jīng)歷爆震傷后，多以肺出血和肺水腫為突出特點(diǎn)，傷情重且復(fù)雜，多呈現(xiàn)“外輕內(nèi)重”表現(xiàn)。本爆震傷模具的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，肺的損傷和出血情況與肺部所遭受的沖擊波的壓強(qiáng)強(qiáng)度相關(guān)。本模具所模擬實(shí)驗(yàn)動物的胸部爆震傷更接近于爆炸沖擊波致原發(fā)性急性肺損傷的發(fā)生和發(fā)展，且與之前的模具模擬的單側(cè)或復(fù)合性胸部爆震傷相比，本模具模擬的實(shí)驗(yàn)大鼠均雙肺受損。綜上所述，本模型的實(shí)驗(yàn)方法穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果理想，是可靠的胸部爆炸傷動物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑸榻窈蟾玫匮芯啃夭勘▊聜麢C(jī)制及后續(xù)治療干預(yù)提供了一個較好的實(shí)驗(yàn)平臺。就肺部損傷而言，TNF-α和IL-6是炎癥反應(yīng)中重要的細(xì)胞因子［8］，TNF-α作為肺部炎癥的重要因子，一方面可與細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的受體結(jié)合，使溶酶體破裂，對組

織造成損傷;另一方面它可刺激巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞分泌IL-6，進(jìn)一步對肺組織造成損傷，從而引發(fā)繼發(fā)性肺水腫的加重。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示爆震傷后的肺部損傷情況與大鼠血漿中TNF-α和IL-6的濃度呈正相關(guān)，提示這2種炎性因子在爆震傷肺的致傷機(jī)制中起著一定作用。

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(本文編輯:張陣陣)

Establishment of the blast pulmonary injury model and injury evaluation of rats

Xu Li，Jin Hai
(Department of Cardiothoracic Surgery，Changhai Hospital，Second Military Medical University，Shanghai200433，China)

［Abstract］Objective To establish a closed blast thoracic injurymodel in rats and investigate pathophysiological changes exerted on the experimental animals．MethodsThe blast injury model was developed with simulated explosions in various explosive scales．In accordance with different scales，the rats were divided into 3 groups，each consisting of 20 animals．Group A(or the control group)was left intactwithout any blast treatment;Group B was treated with the rated 1．5 ATA internal blast and Group Cwas treated with the rated 3．0 ATA internal blast．Following blast treatment，themortality rates and survival rates of the experimental animalswere statistically analyzed，and changes in the serum inflammatory factorwere detected and pathological changes of the lungswere observed．Results No injury occurred to the rats in group A．Themortality rate，the seriousness of pathological injury and the level of inflammatory factor in the animals of group C were significantly higher than those of the animals in group A and group B．Conclusion Under a certain overpressure in a closed environment，the seriousness of lung blast injury in rats aggravated with the increase of pressure．Mortality rates of the exposed animals increased with the elevated levels of tumor necrosis factor-α(TNF-α)and Interleukin-6(IL-6)．The levels of TNF-αand IL-6 also were also associated with the increase of the blast pressure in the body．

［Key words］Blast injury;Thoracic blast injurymodel;Lung injury;Rats

(收稿日期:2015－09－10)

［通信作者］金海，電子信箱:jinh-z@sohu．com

［基金項(xiàng)目］第二軍醫(yī)大學(xué)軍事醫(yī)學(xué)專項(xiàng)基金(2012JS18)

［中圖分類號］R82

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［DOI］10．3969/j．issn．1009－0754．2016．01．003