摘要： 建立真實(shí)爆炸環(huán)境下的小型豬內(nèi)耳聽覺爆炸傷模型，研究不同爆炸沖擊波壓力對(duì)小型豬內(nèi)耳聽覺損傷的影響。選取14 頭健康小型豬，在爆炸前進(jìn)行聽性腦干反應(yīng)（auditory brainstem response， ABR）測(cè)試。搭建自由場(chǎng)爆炸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用1.9 和8.0 kg TNT 炸藥，爆源離地面1.8 m，身體固定于防護(hù)裝置中，僅暴露頭部。在不同距離布放小型豬，記錄沖擊波峰值壓力，計(jì)算即刻死亡率。爆炸后再次進(jìn)行ABR 測(cè)試，并取耳蝸組織進(jìn)行掃描電鏡觀察，分析毛細(xì)胞損傷情況。在1.8～3.8 m 范圍內(nèi)，沖擊波峰值壓力從96.3 kPa 升至628.3 kPa，隨著距離的增大，峰值壓力減小。8 kg TNT爆炸在2.6 m 處（峰值壓力628.3 kPa）導(dǎo)致小型豬即刻死亡率為50%。比較爆炸前后ABR 閾值發(fā)現(xiàn)，短聲（click）和各頻率短純音（2、4 和8 kHz）誘發(fā)的ABR 閾值均顯著升高（P＜0.05），其中以4 kHz 閾值變化最顯著。掃描電鏡顯示，隨著沖擊波壓力的升高，內(nèi)毛細(xì)胞的損傷程度高于外毛細(xì)胞。爆炸沖擊波可引起小型豬聽覺系統(tǒng)的明顯損傷，表現(xiàn)為ABR 閾值升高和耳蝸毛細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞。內(nèi)毛細(xì)胞對(duì)爆炸沖擊波更敏感。所建立的小型豬爆炸性聽覺損傷模型可為研究爆炸傷機(jī)制和防護(hù)措施提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 爆炸傷；小型豬；內(nèi)耳聽覺功能；耳蝸損傷

中圖分類號(hào)： O389 國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼： 13035 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

隨著現(xiàn)代軍事科技的不斷進(jìn)步，爆炸性武器在戰(zhàn)爭(zhēng)中的廣泛應(yīng)用使得爆炸傷成為戰(zhàn)爭(zhēng)中最常見的傷害形式之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，爆炸性武器造成的傷害占戰(zhàn)斗傷亡的50%～80%[1-2]。爆炸的特征是大氣壓瞬間升高，其能量的突然釋放會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的壓力鋒或正超壓，以超音速傳播，也稱為沖擊波[3]。爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)人體各個(gè)系統(tǒng)器官的影響廣泛。聽覺系統(tǒng)作為人體中最易受到爆炸沖擊波影響的靶器官，常見的損傷包括鼓膜破裂、聽骨鏈斷裂、內(nèi)耳損傷等，甚至可能導(dǎo)致永久性聽力喪失[4-5]。通常認(rèn)為，鼓膜對(duì)超壓高度敏感，0.14～0.35 kg/cm2 的沖擊波會(huì)造成鼓膜穿孔，4～7 kg/cm2 的沖擊波會(huì)造成聽骨鏈脫位或者斷裂[6]。Niwa 等[7] 研究發(fā)現(xiàn)，沖擊波可以直接導(dǎo)致外毛細(xì)胞靜纖毛的損失。Cho 等[8] 進(jìn)一步指出，高強(qiáng)度沖擊波可能導(dǎo)致耳蝸基底膜的機(jī)械損傷。此外，譚君武等[9] 研究發(fā)現(xiàn)，爆炸可引起耳蝸微循環(huán)流速的改變，影響耳蝸內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和毛細(xì)胞能量，引起毛細(xì)胞的損失。這些研究結(jié)果共同表明，爆炸對(duì)聽覺系統(tǒng)的損傷是多因素、多層次的。

在爆炸傷防治研究中，直接的人類研究非常有限，動(dòng)物模型成為重要的研究途徑?，F(xiàn)有的動(dòng)物模型目前主要采用小鼠、大鼠、豚鼠和龍貓等嚙齒動(dòng)物研究聽覺損傷[3， 10]。然而，這些小動(dòng)物模型在模擬存在諸多局限性：小動(dòng)物模型的耳蝸解剖結(jié)構(gòu)與人類差異較大，不能準(zhǔn)確反映爆炸對(duì)人類聽覺系統(tǒng)的損傷；小動(dòng)物模型無法承受較高的爆炸沖擊波壓力，無法模擬真實(shí)爆炸環(huán)境中產(chǎn)生的聽覺損傷[11-12]。相比之下，豬作為一種大型哺乳動(dòng)物，其耳蝸的形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)與人類的高度相似，具有極高的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用價(jià)值。Dahlquist 等[13] 的研究表明，豬的耳蝸在出生時(shí)已基本發(fā)育成熟，并具備正常聽力，其顳骨結(jié)構(gòu)中的中耳、內(nèi)耳、電生理等與人類的非常相似。此外，豬模型可以在更高強(qiáng)度的爆炸環(huán)境中生存，使其成為研究高強(qiáng)度爆炸對(duì)聽覺系統(tǒng)影響的理想模型。

基于以上背景，設(shè)計(jì)并建立一個(gè)模擬自由場(chǎng)爆炸環(huán)境的小型豬爆炸致傷平臺(tái)，旨在探討不同爆炸沖擊波壓力對(duì)小型豬內(nèi)耳聽覺系統(tǒng)的損傷作用，進(jìn)一步為爆炸傷的機(jī)制研究和防護(hù)措施開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

本實(shí)驗(yàn)選用14 頭健康小型豬，均為雄性，質(zhì)量約15 kg。實(shí)驗(yàn)前一天送至實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，并禁食水12 h。小型豬在爆炸前后均接受聽性腦干反應(yīng)（auditory brainstem response， ABR）測(cè)試，以評(píng)估聽覺功能的變化。實(shí)驗(yàn)獲得動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，倫理編號(hào)為IACUC20241384。

1.2 小型豬麻醉

麻醉采用2% 戊巴比妥鈉，質(zhì)量為20 mg/kg，待小型豬角膜反射消失后，判定麻醉完成。在進(jìn)行聽力測(cè)試過程中保持深度麻醉，以避免對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生干擾。

1.3 小型豬聽性腦干反應(yīng)測(cè)試

在隔音室內(nèi)進(jìn)行ABR 測(cè)試。測(cè)試前用棉簽清潔小型豬雙側(cè)外耳道，重復(fù)2～3 次。記錄電極安置于小型豬雙耳廓上緣連線中點(diǎn)與顱頂交界處，參考電極插入測(cè)試耳側(cè)耳垂，地極置于鼻尖，測(cè)量電極之間阻抗小于3 kΩ。測(cè)試使用短聲（click）及不同頻率短純音（1、2、4 和8 kHz）作為刺激聲音，濾波寬度為300～3 000 Hz，刺激頻率為11 s?1，掃描時(shí)程為10 ms，疊加次數(shù)為512 次，最大刺激聲強(qiáng)度為90 dB，按20 dB遞減，當(dāng)出現(xiàn)無規(guī)律難以辨認(rèn)的波形時(shí)，遞增10 dB，將誘發(fā)出可重復(fù)規(guī)律波形的最低刺激強(qiáng)度記為ABR 閾值。通過測(cè)量其ABR 閾值的變化，評(píng)估爆炸對(duì)聽覺功能的損害程度。

1.4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

本研究搭建了一個(gè)小型豬爆炸致傷平臺(tái)，能夠在自由場(chǎng)爆炸條件下實(shí)施爆炸實(shí)驗(yàn)。該平臺(tái)由爆炸源、小型豬防護(hù)裝置、測(cè)壓系統(tǒng)等組成，確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境能夠模擬真實(shí)爆炸情景。爆炸源采用不同當(dāng)量的TNT 炸藥，分別為1.9 和8.0 kg，布置于離地面1.8 m 的位置，模擬高能爆炸沖擊波的作用（圖1（a）～（b））。動(dòng)物布放位置均頭朝向爆心，與爆源同高，動(dòng)物均處于淺麻醉狀態(tài)。在防護(hù)裝置方面，采用焊制3 mm 厚的鐵質(zhì)框架將小型豬身體固定，并在縫隙處填充泡沫膠保證密封性，爆炸前后防護(hù)裝置如圖1（c）～（d） 所示，僅露出頭部，確保沖擊波作用集中在頭部的聽覺系統(tǒng)，同時(shí)保護(hù)其胸腹部位不受損傷。這一設(shè)計(jì)確保了聽覺系統(tǒng)的重點(diǎn)損傷評(píng)估，減少其他因素干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在不同距離（1.8～3.8 m）處布放小型豬，高精度壓力傳感器分別測(cè)試在不同距離下的沖擊波峰值壓力及正壓持續(xù)時(shí)間。高精度壓力傳感器（型號(hào)PCB137B22/PCB137B23）能夠準(zhǔn)確測(cè)量爆炸沖擊波的壓力峰值及其持續(xù)時(shí)間。爆炸后復(fù)測(cè)ABR 閾值，并統(tǒng)計(jì)即刻死亡率：爆炸后即刻記錄每個(gè)布放距離下死亡和存活數(shù)量，計(jì)算每個(gè)布放距離即刻死亡率（死亡動(dòng)物數(shù)/總動(dòng)物數(shù)）。

1.5 手術(shù)取耳蝸步驟

測(cè)聽后小型豬放置在解剖臺(tái)上，麻醉狀態(tài)下，以斷頸放血的方式處死動(dòng)物。沿顱頂正中線切開皮膚，線鋸進(jìn)行開顱，暴露雙側(cè)腦組織，去除腦組織及腦膜，可見雙側(cè)半頭側(cè)顱底區(qū)域不規(guī)則狀骨塊，底面積約1.0 cm×1.5 cm，使用彎頭止血鉗仔細(xì)撬出，迅速放入電鏡固定液室溫固定2 h，再轉(zhuǎn)移至4 ℃ 保存。隨后將固定好的樣品經(jīng)濃度為0.1M （0.1 mol/L） 的磷酸緩沖液PB （PH 值為7.4）漂洗3 次，每次15 min。0.1M 磷酸緩沖液PB （PH7.4）配制1% 鋨酸室溫避光固定1～2 h。0.1M 磷酸緩沖液PB（PH7.4）漂洗3 次，每次15 min。將組織依次放入30%、50%、70%、80%、90%、95%、100% 和100% 的酒精每次15 min，乙酸異戊酯15 min。將樣本放入臨界點(diǎn)干燥儀內(nèi)進(jìn)行干燥。樣本緊貼于導(dǎo)電碳膜雙面膠上放入離子濺射儀樣品臺(tái)上進(jìn)行噴金30 s 左右，利用掃描電子顯微鏡觀察采圖。通過電鏡觀察耳蝸毛細(xì)胞的損傷情況，特別是外毛細(xì)胞和內(nèi)毛細(xì)胞的損傷程度，并分析耳蝸基底膜的裂痕和細(xì)胞排列結(jié)構(gòu)變化。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 24.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)分析爆炸前后小型豬各頻率的ABR 閾值變化。對(duì)比爆炸前后的聽力閾值，分析不同的TNT 載荷和爆炸距離對(duì)小型豬聽覺功能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同距離爆炸物理參數(shù)特征及趨勢(shì)

在爆炸沖擊波作用范圍內(nèi)1.8～3.8 m 處，實(shí)驗(yàn)測(cè)得峰值壓力為96.3～628.3 kPa，沖擊波持續(xù)時(shí)間為1.30～4.26 ms。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著到爆心的距離增大，沖擊波的峰值壓力逐漸減小，同時(shí)正壓持續(xù)時(shí)間有所延長(zhǎng)，這一現(xiàn)象符合爆炸沖擊波的衰減規(guī)律（表1）。

2.2 即刻死亡率統(tǒng)計(jì)

在第1 發(fā)爆炸實(shí)驗(yàn)中，所有小型豬均存活。在第2 發(fā)實(shí)驗(yàn)中，8.0 kg TNT 爆炸后，距離爆心2.6 m 處的峰值壓力為628.3 kPa，導(dǎo)致1 頭小型豬死亡，死亡率為50%。而距離爆心2.9 m 處的峰值壓力為528.7 kPa，小型豬均存活。這提示峰值壓力超過600 kPa 可能會(huì)導(dǎo)致小型豬死亡。

2.3 爆炸前后聽性腦干反應(yīng)

在短聲（click）和短純音（2、4 和8 kHz）誘發(fā)條件下，爆炸前后的ABR 聲壓級(jí)閾值均具有顯著性差異，如表2 所示。結(jié)果顯示在4 kHz 時(shí)閾值變化最顯著，證實(shí)爆炸沖擊波對(duì)小型豬聽覺系統(tǒng)的損傷在4 kHz 時(shí)表現(xiàn)最明顯（圖2）。

2.4 耳蝸損傷情況

在不同爆炸條件下，耳蝸的損傷程度呈現(xiàn)顯著變化（圖3）。隨著自由場(chǎng)壓力的增大，耳蝸螺旋器受損加重。內(nèi)毛細(xì)胞（inner hair cells， IHCs）的纖毛數(shù)量逐漸減少，出現(xiàn)退化，甚至完全消失，損傷程度明顯高于外毛細(xì)胞（outer hair cells， OHCs）。外毛細(xì)胞的纖毛V 形結(jié)構(gòu)部分消失分布不均勻，且基底膜出現(xiàn)裂痕。總體而言，內(nèi)毛細(xì)胞對(duì)爆炸沖擊更敏感，其損傷隨著自由場(chǎng)壓力的提高而顯著加重，這可能是引起聽力損傷的主要原因。

3 討 論

成功建立了小型豬爆炸內(nèi)耳聽覺損傷模型，從聽覺功能和形態(tài)學(xué)兩個(gè)方面評(píng)估了爆炸沖擊波對(duì)內(nèi)耳聽覺系統(tǒng)的影響。研究結(jié)果顯示，爆炸沖擊波顯著提高小型豬的ABR 閾值，尤其在4 kHz 頻率時(shí)變化最明顯；掃描電鏡觀察顯示，內(nèi)毛細(xì)胞損傷程度高于外毛細(xì)胞，且損傷隨沖擊波壓力的升高而加重。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解爆炸性聽覺損傷的機(jī)制提供了重要依據(jù)。

小型豬作為爆炸引起內(nèi)耳聽覺損傷的動(dòng)物模型，主要基于其在解剖和生理特性上與人類的高度相似性[14]。首先，小型豬的耳蝸形態(tài)和大小與人類幾乎一致，這使得研究結(jié)果更具臨床相關(guān)性。相比之下，其他嚙齒類動(dòng)物的耳蝸結(jié)構(gòu)與人類存在顯著差異，限制了結(jié)果的外推應(yīng)用。其次，小型豬的內(nèi)耳在出生時(shí)已基本發(fā)育成熟，具備正常的聽覺功能，這與人類的聽覺發(fā)育過程相似。此外，小型豬作為大型哺乳動(dòng)物，能夠耐受真實(shí)爆炸條件下產(chǎn)生的高強(qiáng)度沖擊波，而不至于立即死亡，這為評(píng)估爆炸對(duì)聽覺系統(tǒng)的直接影響提供了可能[15]。雖然小型豬的外耳道比人類更彎曲，可能對(duì)沖擊波有一定的緩沖作用，但本研究結(jié)果顯示，其聽覺系統(tǒng)仍然受到明顯損傷，證明了該模型的適用性。因此，選擇小型豬作為爆炸傷動(dòng)物模型，不僅提高了研究結(jié)果的可靠性和可轉(zhuǎn)化性，還為深入探索爆炸沖擊波對(duì)聽覺系統(tǒng)的損傷機(jī)制提供了理想的平臺(tái)。

爆炸性武器所產(chǎn)生的沖擊波是產(chǎn)生生物損毀的重要因素，其毀傷效果主要取決于兩個(gè)物理參數(shù)：沖擊波峰值壓力和正壓作用時(shí)間[16]。本研究設(shè)計(jì)了2 次不同載荷真實(shí)環(huán)境爆炸傷和不同距離的爆炸傷，隨著距離增加，沖擊波峰值壓力減小，符合沖擊波衰減規(guī)律[17]。當(dāng)峰值壓力超過600 kPa 時(shí)，小型豬出現(xiàn)即刻死亡，提示高壓沖擊波對(duì)生物體具有致命性。內(nèi)耳聽覺系統(tǒng)損傷程度與沖擊波壓力呈正相關(guān)關(guān)系，提示在爆炸傷防護(hù)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注高壓沖擊波對(duì)聽覺系統(tǒng)的保護(hù)。

爆炸沖擊波導(dǎo)致小型豬的ABR 閾值顯著升高，尤其在4 kHz 頻率下變化最明顯。這一結(jié)果與人類和其他動(dòng)物模型的研究一致，表明爆炸沖擊波對(duì)聽覺系統(tǒng)的損傷具有普遍性。人類暴露于爆炸沖擊波后，患者常出現(xiàn)高頻聽力下降和ABR 閾值升高[18]。在動(dòng)物模型中，龍貓和小鼠在暴露于高強(qiáng)度噪聲后，導(dǎo)致ABR 閾值持久升高，且在4～8 kHz 較明顯，常伴隨耳蝸毛細(xì)胞的丟失和突觸連接的破壞[19-20]。爆炸沖擊波對(duì)4 kHz 頻率的損傷尤為顯著，因?yàn)槎佋谠擃l段具有較高敏感性[21]。此外，可能由于4 kHz位于耳蝸基底轉(zhuǎn)，聲波在耳蝸內(nèi)傳播時(shí)易產(chǎn)生共振，導(dǎo)致局部能量集中，造成細(xì)胞損傷。

爆炸沖擊波對(duì)耳蝸的內(nèi)毛細(xì)胞和外毛細(xì)胞均可造成損傷，然而廣泛的外毛細(xì)胞丟失是爆炸誘發(fā)的聲損傷的特征性發(fā)現(xiàn)[22-23]。而本研究發(fā)現(xiàn)，爆炸沖擊波的高壓峰值直接損傷內(nèi)毛細(xì)胞的纖毛結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖毛斷裂、融合或消失。而爆炸沖擊波導(dǎo)致外毛細(xì)胞的纖毛排列紊亂，V 形結(jié)構(gòu)消失，外毛細(xì)胞最外結(jié)構(gòu)較內(nèi)排更易缺失。相比內(nèi)毛細(xì)胞，外毛細(xì)胞對(duì)爆炸沖擊波的抵抗力稍強(qiáng)。爆炸沖擊波可導(dǎo)致小型豬內(nèi)毛細(xì)胞和外毛細(xì)胞均損傷，但內(nèi)毛細(xì)胞更易受損。損傷機(jī)制涉及機(jī)械性損傷[24]、氧化應(yīng)激[25]、興奮性毒性、炎癥反應(yīng)和血流障礙等多種因素。深入研究這些機(jī)制，將有助于開發(fā)新的防護(hù)和治療方法，減輕爆炸傷對(duì)聽覺系統(tǒng)的影響。

本研究存在以下局限：首先，ABR 測(cè)試耗時(shí)較長(zhǎng)，未進(jìn)行全頻率的聽覺功能評(píng)估，未來將結(jié)合其他檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試。其次，爆炸參數(shù)僅限于1.9 和8 kg TNT 當(dāng)量，樣本數(shù)量較少，未涵蓋其他類型和當(dāng)量的爆炸物，結(jié)果的適用性有限。此外，未考慮長(zhǎng)期效應(yīng)，缺乏對(duì)長(zhǎng)期暴露于爆炸環(huán)境中的累積影響研究，未來應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期觀察。

該小型豬爆炸損傷模型具有廣泛的應(yīng)用前景。首先，它為深入研究爆炸沖擊波對(duì)聽覺系統(tǒng)的損傷機(jī)制提供了理想平臺(tái)，可用于探討不同爆炸條件下聽覺損傷的累積效應(yīng)，有助于揭示聽覺系統(tǒng)對(duì)爆炸沖擊波的長(zhǎng)期適應(yīng)和損傷機(jī)制[26]。其次，該模型可用于聽力保護(hù)裝置的開發(fā)與評(píng)估，尤其是在高強(qiáng)度爆炸環(huán)境中[27]。利用本研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可測(cè)試和優(yōu)化各種聽力保護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)，為軍事和工業(yè)領(lǐng)域提供有效的防護(hù)措施。此外，該模型還可支持爆炸性聽覺損傷的醫(yī)學(xué)干預(yù)和康復(fù)治療研究，如藥物治療和聽力植入設(shè)備等，為改善爆炸傷患者的生活質(zhì)量提供新的科學(xué)依據(jù)和治療策略。

4 結(jié) 論

通過構(gòu)建小型豬爆炸致傷平臺(tái)，采用不同當(dāng)量的TNT 炸藥，在自由場(chǎng)條件下對(duì)小型豬進(jìn)行了爆炸沖擊波損傷實(shí)驗(yàn)，多維度評(píng)估了爆炸對(duì)聽覺系統(tǒng)的影響，得到的結(jié)論如下。

（1） 爆炸沖擊波顯著損傷小型豬的聽覺功能。爆炸后，所有頻率下的聽性腦干反應(yīng)閾值均顯著升高，尤其在4 kHz 頻率時(shí)，閾值變化最明顯。這表明爆炸對(duì)聽覺系統(tǒng)的損傷具有頻率依賴性，4 kHz 可能是受損最敏感的頻率。

（2） 耳蝸損傷程度與爆炸壓力密切相關(guān)。隨著爆炸峰值壓力的增大，耳蝸受損加重，基底膜出現(xiàn)裂痕，細(xì)胞排列結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

（3） 內(nèi)毛細(xì)胞對(duì)爆炸沖擊波可能更為敏感。掃描電子顯微鏡觀察顯示，內(nèi)毛細(xì)胞的纖毛數(shù)量減少，排列紊亂甚至消失，損傷程度明顯高于外毛細(xì)胞。內(nèi)毛細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p傷可能是引起聽力損傷的主要原因，這強(qiáng)調(diào)了其在聽覺系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。

（4） 小型豬內(nèi)耳聽覺爆炸傷模型模實(shí)用性和推廣性。在不同實(shí)驗(yàn)中，使用相同的爆炸參數(shù)對(duì)小型豬進(jìn)行測(cè)試，觀察到一致的聽力損傷結(jié)果，表明建立的小型豬聽覺爆炸傷模型具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，可以作為評(píng)估聽力損傷和防護(hù)措施效果的有效工具，適用于更廣泛的爆炸傷害研究。

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（責(zé)任編輯 張凌云）

基金項(xiàng)目： 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFC2402701）