初向陽,侯曉彬,張連斌,薛志強,馬克峰

(解放軍總醫院胸外科,北京 100853)

各種應激狀態后血液流變學常發生變化,從而造成血凝狀態的異常改變,常與臟器功能障礙密切相關[1]。但關于胸部爆炸傷后血液血凝狀態的變化報道甚少。我們通過兔胸部爆炸傷模型,探討致傷后早期血液流變特性的變化規律及其對微循環及肺臟等器官的影響,為臨床早期妥善處理提供理論依據。

材料與方法

1 實驗動物及分組

健康中國家兔(軍事醫學科學院實驗動物中心提供)48只,雌雄不限,體重(2.3±0.5)kg,隨機分為對照組(1組)和爆炸傷后 5、30分鐘、1、3、6小時5個致傷組(2～6組),每組 8只。

2 動物模型建立

傷前禁食 12小時,耳緣靜脈靜注 3%戊巴比妥鈉 1ml/kg體重麻醉,參照我們預實驗結果,將兔固定于致傷架上,左側臥位,廢舊汽車內胎自制保護套保護顱腦、腹部及四肢,脫脂棉塞進耳部以保護聽器及防止腦出血。8#瞬發電雷管作為爆炸源,主裝藥采用爆速為 7 120m/s,爆壓為 35.5GPa,爆熱為5 290J/g,爆溫為 3 900K,密度為 1.50g/cm3的黑索金(環三亞甲基三硝胺,RDX),藥量(0.54±0.02)g;擴爆藥采用密度為 0.7～0.9/cm3的 RDX,藥量(0.18±0.02)g,起爆藥采用 DS共晶(三硝基間苯二酚鋁和氮化鋁共沉淀),藥量(0.18±0.02)g,總藥量約 0.9g(相當于 1.5倍藥量的 TNT),爆炸時能產生高速破片和沖擊波(電雷管由西安慶華電器有限公司提供)。將雷管置于右側第 5肋間垂直上方12cm處,雷管方向與肋間隙平行,電觸發引爆,傷后立即吸氧治療。對照組不致傷,其余處理同致傷組。

3 監測指標和方法

3.1 血液流變學檢測 通過頸靜脈插管在右心房采血 5m l,肝素抗凝管收集,Viscometer R80黏度計在 25℃,200s-1、30s-1、5s-1、1s-14種切變率下測定全血黏度,在 100s-1下測血漿黏度;血細胞比容(HCT)用微量高速離心法測定;血漿纖維蛋白原含量用熱浴法測定;紅細胞聚集指數、紅細胞變形指數(TK)等為利用所測有關數據計算所得。

3.2 肺組織含水率(RLW) 實驗完畢后放血處死動物,快速取出肺組織,剝離心臟及肺門結締組織,濾紙吸干表面附著水分,分析天平稱量肺濕重;然后置入 80℃烤箱烘干 24小時,取出稱量肺組織干重。按下列公式計算 RLW:RLW=(濕重 -干重)/濕重×100%。

3.3 病理檢查及體視學檢查 傷側肺取中葉靠近肺門處組織,4%多聚甲醛固定,常規石蠟包埋,蘇木精-伊紅染色(HE染色),光鏡下觀察病理變化;用CHAMPION數字圖像分析系統測定:平均內襯間隔(MLI)、平均肺泡數(MAN)和肺實質百分比(PPA),在 10倍物鏡下觀察每只兔 HE染色切片的最大橫徑和縱徑,任意選取 10個視野(避開大血管和支氣管),在每個視野正中劃"十"字交叉線,計數與十字線相交的肺泡隔數(Ns)和每個視野內肺泡數(Na),同時測出十字線總長(L)和每個視野面積(S),按公式 MLI=L/Ns計算平均內襯間隔,以表示肺泡平均內徑;按公式 MAN=Na/S計算平均肺泡數,以反映肺泡密度。測量每個視野的灰度值百分率,計算每個視野中肺實質所占百分比。

4 統計處理

結 果

1 血液流變學變化

兔胸部爆炸傷后 5分鐘全血黏度、血漿黏度、紅細胞聚集指數、血漿纖維蛋白原含量及 TK均低于正常對照組,30分鐘以后上述指標明顯升高,3小時后達峰值,與正常對照組相比有非常顯著統計學意義(P＜0.01);傷后 6小時雖有所下降,但仍高于正常對照組(P＜0.05)(見表 1)。

2 RLW變化

各組兔傷后 5分鐘RLW無明顯變化,以后顯著升高(P＜0.05),3小時后達峰值(P＜0.01),6小時時有所恢復,但仍顯著高于致傷前(P＜0.05)(見圖1)。

3 肺組織病理學變化

胸部爆炸傷后 30分鐘肉眼即可見肺膜下淺層點狀出血,光鏡下見胞漿內局灶溶解,炎性細胞浸潤;3小時后上述病變明顯加重,點狀出血融合成片,光鏡下見網織纖維斷離,少數肺泡顯著脹大,周圍廣泛積有多量紅細胞,間質內可見氣腫,肺泡細胞可見局灶壞死,局部可見核溶解;各實驗組平均內襯間隔(MLI)和肺實質百分比(PPA)明顯高于正常對照組(P＜0.05),平均肺泡數(MAN)則明顯低于正常對照組(P＜0.05)(見表 2)。

表1 各組致傷后血液流變學特性的變化(n=8,±s)

表1 各組致傷后血液流變學特性的變化(n=8,±s)

與正常對照組比較:*P＜0.05;**與正常對照組比較:b P＜0.01

血液流變學 對照 傷后5m in 傷后30min 傷后1h 傷后3h 傷后6h全血黏度(mPa.s)200s-1 3.80±0.55 3.35±0.80 4.15±0.74* 4.86±0.85**6.04±1.10**5.82±1.03**30s-1 4.64±0.45 4.36±0.45 4.71±0.52 5.26±0.63* 7.12±1.14**6.85±0.97**5s-1 8.70±0.85 6.81±0.50 8.59±1.32 9.05±0.87* 11.25±2.31**9.79±1.86**1s-1 18.92±1.25 15.57±2.05 17.74±1.64 19.53±2.24 23.48±3.95**20.55±2.94b血漿黏度(mPa.s)100s-1 1.40±0.35 1.27±0.40 1.42±0.39 1.56±0.84* 1.96±0.69**1.82±0.53**HCT(%) 34.24±4.10 24.37±8.30 32.54±5.66 33.42±4.85 40.16±6.78**37.73±6.29*紅細胞剛性指數 3.56±1.05 3.62±0.95 3.70±0.67* 3.84±1.12* 4.04±1.62**3.81±0.73*血漿纖維蛋白原含量(g/L) 2.97±0.65 2.19±0.60 2.55±0.31 3.27±1.26* 4.18±0.92**3.98±1.29**紅細胞變形指數(TK) 0.88±0.25 0.91±0.65 0.96±0.39* 1.20±0.75**1.38±0.87**1.32±1.07**紅細胞聚集指數 5.85±1.15 5.22±2.05 6.18±1.85*11.36±3.58**21.49±4.29**19.89±5.03**

表2 各組肺平均內襯間隔、平均肺泡數和肺實質百分比比較(±s)

表2 各組肺平均內襯間隔、平均肺泡數和肺實質百分比比較(±s)

與正常對照組相比:*P＜0.05

對照 傷后5m in 傷后30min 傷后1h 傷后3h 傷后6h MLI(μm) 24.3±4.0* 20.8±3.9* 27.7±4.5 30.6±4.2 34.5±5.1 34.8±4.7 MAN(個/10-2 mm2) 4.5±0.6 4.6±0.7 4.2±0.6 3.9±0.8 3.7±0.5* 4.0±0.9 PPA(%) 15.3±5.2 15.8±6.1 17.2±8.3 18.4±7.9 23.5±5.9* 21.7±5.5*

圖1 各組肺組織含水率變化曲線圖(n=8,±s)

討 論

創傷引起的改變是多系統、全身性的。本實驗研究發現,兔胸部爆炸傷后血液流變學特性出現明顯變化,導致血液高凝狀態,除傷后早期血液黏滯性下降外,其變化時相與爆炸傷后原發性急性肺損傷幾乎同步發生及發展,二者關系密切。主要表現為全血黏度、HCT、紅細胞聚集指數、血漿纖維蛋白原含量及紅細胞變形性升高,而紅細胞剛性指數無明顯變化,提示高血凝狀態主要由紅細胞聚集性增高所致。

血液黏度是血液的主要力學特性,也是血液流變學的重要研究內容之一。近年對其變化的生理和病理意義做了大量的研究,顯示在不同病理狀態下血液黏度均發生變化,且有其規律性,因此可作為疾病的診斷、治療及預后的判斷指標。Cortinovis[2]的實驗顯示,應激后紅細胞內黏度增高,變形性下降,這可能與紅細胞膜黏彈性改變有關;另外增多的纖維蛋白原由于其黏附特性可能也促進紅細胞變形性的下降。Cash[3]揭示在短期運動、注入兒茶酚胺和外科手術后,血小板計數即有增長,而這些較新產生的血小板有更強黏附性,從而更容易聚集。影響血液黏度的因素主要有 HCT、紅細胞變形性、紅細胞聚集性、血漿黏度以及一些外界因素,如溫度、滲透壓和 pH值等。血漿中含有白蛋白、球蛋白、纖維蛋白原等蛋白分子,其分子越大、形狀越長、濃度越高,對血液黏度影響就越大。血漿蛋白分子,特別是纖維蛋白原,能夠吸附在細胞表面,在相鄰的細胞之間發生橋聯作用引起聚集。纖維蛋白原分子較大、幾何形狀較長,故使紅細胞聚集作用較強。本實驗發現,爆炸傷后紅細胞變形性增加,這將導致紅細胞聚集性的增加。本文實驗結果提示了胸部爆炸沖擊傷后存在持續時間較長的高血凝狀態。血黏度增高及紅細胞聚集性增加可導致以肺為主的多個臟器血流淤滯,微小血栓形成,循環阻力增高而使各臟器缺血低氧,進一步加重各臟器功能障礙,甚至造成急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)或多臟器功能衰竭。故臨床上在糾正低氧同時,還應加強抗黏、抗凝治療,以降低肺循環阻力,疏通血流,才有可能明顯改善 ARDS的低氧狀態。

肺臟是重要的循環器官,肺臟的循環功能異常可能在急性肺損傷(ALI)/ARDS的發病機制中扮演重要角色[4]。因此,深入探討肺損傷時血液流變學的變化特點及其分子機制,將可能為揭示 ARDS的肺微循環狀況及其在 ARDS發病機制中的具體作用提供重要線索,并可為探索 ALI/ARDS分子機制開辟新的窗口,對實施病情評估、確定治療策略等臨床實際工作也具有重要參考價值。大量研究證實,ALI/ARDS是全身多器官 (包括心臟、腎、腸道、肝、肌肉和腦等)的功能損傷/衰竭,肺部表現只是其全身性損傷的一部分[5],ALI/ARDS引起的肺部病理改變也可在其他重要器官出現。這提示,目前聚焦于探索肺臟作為呼吸器的損傷細節、以改善肺臟通氣功能為主要方向的治療策略,是片面和不著要領的,他遠不能解決 ALI/ARDS的真實機制問題,更無助于解決肺臟的氧合功能障礙。開展肺臟循環功能的細致探索,無疑為 ALI/ARDS機制的深入研究開辟了新的視角,十余年的研究已經顯示,此一研究方向可能正是通向 ALI/ARDS發病機制核心問題的捷徑[6]。血液流變學理論和方法為循環功能的深入探索提供了新的工具,它將大大加深對 ALI/ARDS與肺循環障礙內在聯系的認識深度,從而有助于有力推進對 ALI/ARDS分子機制的破解進程。

本文結果同時提示,肺含水率增加與血液流變學特性異常變化關系較密切,說明爆炸傷后原發性急性肺損傷與傷后血流變改變從而導致微循環障礙密切相關。肺內發生內皮和上皮受損后,由于通透性明顯增加,使富含蛋白的液體得以漏入間質和肺泡腔。肺泡上皮具有 Na+通道,可主動運輸肺泡內Na+和液體,有利于肺泡內水腫液吸收;當肺泡Ⅱ型上皮損傷后,液體吸收速度即會明顯減慢而加重肺水腫[7]。爆炸傷后以肺為主的多個器官功能損害多與血流變的異常有關。降低血液黏滯性,改善微循環可能是防治多器官功能衰竭的重要因素之一。這就為此類疾病的預防和治療提供了一個很好的思路。

另外,我們通過病理形態學及體視學方面的觀察發現,肺組織傷后動態病理改變與肺功能障礙程度基本一致。早期病變基本上都是肺氣-血屏障的損傷,肉眼可見散在肺微不張、出血點等,光鏡下可見肺泡隔毛細血管及肺間質小血管充血,管腔內中性白細胞集聚,繼而出現出血及肺間質水腫等一系列改變。后者表現為肺泡隔疏松變寬及支氣管旁小血管周圍間隙加寬,疏松透明形成“水腫袖套”。在我們的實驗中即表現為 MLI和 PPA明顯高于正常對照組,而 MAN則明顯低于正常對照組。故可從病理形態的變化上基本反映嚴重創傷后肺功能的損傷情況。至于間質水腫的成因,可能與下列因素有關:(1)創傷后休克、胸廓活動受限,淋巴回流障礙,使過量液體積于間質;(2)肺損傷時Ⅱ型肺泡上皮受損,表面活性物質形成減少或失活,使肺泡表面張力增高致間質負壓增高,引起毛細血管滲出的液體增多;(3)毛細血管直接損傷導致通透性增加也起重要作用。

關于應激后血液流變特性的改變,相當多的作者做過報道。在創傷等應激情況下,α-球蛋白增加,γ-球蛋白也可隨繼發感染而增加;本實驗亦發現胸部爆炸傷后血漿纖維蛋白原明顯升高。血漿蛋白增加時,血漿黏度升高,全血黏度隨之升高。血液流變學特性改變的具體機制不很明確。目前認為,(1)應激后交感神經興奮導致兒茶酚胺類物質的釋放是一個重要因素[8];(2)5-羥色胺、糖皮質激素的釋放等也是比較重要的影響因素;(3)直接爆炸沖擊傷、二次“內爆效應”損傷和(或)繼發性低氧均可導致血管內皮細胞損傷,從而加重高血凝狀態;(4)創傷后肺功能嚴重障礙、低血壓等引起的一系列全身及局部代謝紊亂也起到很重要的作用。

本實驗提示在爆炸傷后短暫時間(5分鐘)內可引起全血黏度、紅細胞聚集指數降低。國外亦有文獻報道沖擊傷可使綿羊運動后血液濃縮程度下降[9],其具體機制尚不清楚,有待進一步研究。

爆炸傷后早期存在高血凝狀態可能是導致肺沖擊傷后繼發多器官功能衰竭的病理生理基礎之一。因此,對早期胸部爆炸傷存活患者,及時改善高凝狀態,對防止病情進一步發展將有重要意義。

[1]楊宇,蔣文躍,錢瑞琴.應激對血液流變性的影響及其機制[J].中國血液流變學雜志,2000,10(2):72-74.

[2]Cortinovis A,Crippa A,Crippa M,et al.Blood rheology and fibrinogenemia:two independent parameters in the assessmentof cerebral vascular damage[J].Minerva Med,1995,86(12):511-518.

[3]Cash JD.Stress and platelets[J].Thromb Diath Haemorrj,1972,50(S):93-103.

[4]劉宏,趙金垣,劉艷云,等.肺循環高凝狀態與成人呼吸窘迫綜合征的發病機理[J].中華勞動衛生職業病雜志,1996,14(4):193-196.

[5]Khadaroo RG,Marshall JC.ARDS and the multiple organ dysfunction syndrome,common mechanisms of a common system ic process[J].Crit Care Clin,2002,18(1):127-141.

[6]劉和亮,趙金垣.化學性急性肺損傷時肺內皮細胞及血液流變學的實驗研究[J].中華勞動衛生職業病雜志,2003,21(1):137-140.

[7]Noda M,Suzuki S,Tsubochi H,etal.Single dexamethasone injection increases alveolar fluid clearance in adult rats[J].CritCare Med,2003,31(4):1183-1189.

[8]王石洪,郭學勤.延髓頭端腹外側區注入腎上腺素對血液流變學的影響[J].生理學報,1997,49(2):185-190.

[9]Januszkiewicz AJ,Mundie TG,Dodd KT.Maximal exercise performance-impairing effects of simulated blast overpressure in sheep[J].Toxicology,1997,121(1):51-63.