胸部撞擊傷致心肺聯合損傷動物模型的建立

黃 一，吳秋平，余祖濱，閔家新

(1.中國人民解放軍第三二四醫院胸外科，重慶 400020；2.第三軍醫大學新橋醫院胸外科，重慶 400037)

交通事故所導致的胸部創傷達35%～40%，是僅次于顱腦外傷的第2位死亡原因，其中又以撞擊傷為最常見的類型。胸部撞擊傷常以肋骨骨折、肺挫傷為主要臨床表現，而心肌挫傷等心臟損傷常常被更嚴重的肺損傷所掩蓋，且臨床缺乏可靠的診斷指標，易被忽略。以往的大量動物模型均限于對肺或心臟獨立進行撞擊致傷，不能完全達到模擬傷情的目的。為此,作者設計了大鼠胸部撞擊傷致心肺聯合損傷動物模型，以利于更好地對撞擊所致的心、肺損傷進行研究。

1 材料與方法

1.1實驗動物分組及模型制備 成年健康SD大鼠70只(第三軍醫大學大坪醫院實驗動物中心提供)，雌雄不限，體質量230～260 g。按撞擊部位的不同，將動物按胸部正位撞擊組(A組)，胸部側位撞擊組(B組)進行分類。再隨機將實驗動物按致傷驅動壓力170、220、270 kPa分為A1、A2、A3組及B1、B2、B3組，每組動物10只；另取10只大鼠作為健康對照組(S組)。大鼠致傷前12 h禁食、自由飲水，經肌肉注射速眠新0.2 mg/kg麻醉后，應用BIM-Ⅲ小型多功能生物撞擊機驅動金屬撞擊頭對大鼠胸部進行撞擊致傷。A組動物將鼠板立位放置，以大鼠前胸部正對撞擊口，應用激光定位裝置定位撞擊點于劍突左側0.5 cm心尖搏動最強點。B組采用鼠板水平放置，以動物左側腋前線正對撞擊口，撞擊點固定在左腋前線第五肋間。撞擊頭直徑1.1 cm，質量22 g，撞擊距離18 cm，撞擊后立即予以行胸部按壓以恢復呼吸。健康對照組麻醉后不致傷，與撞擊組在相同時間點采集數據。

1.2方法

1.2.1一般狀況及損傷分級 詳細記錄動物死亡率及死亡原因。致傷后存活的實驗組動物進行活殺驗傷取材，詳細檢查并記錄肺、胸壁及心臟損傷的類型、嚴重程度以及有無合并腹腔臟器損傷。因目前暫無大鼠胸部撞擊傷心、肺組織傷情判定依據，考慮到大鼠肉眼可見心臟損傷不多，簡明損傷定級(AIS)評分主要以肺損傷程度為判定依據，按AIS 2005鈍性傷的傷情評定方法進行量化，以下列標準對大鼠胸部撞擊傷所致的心肺損傷分別進行判定(表1、2)，未造成損傷者不納入計分范圍。

表1 大鼠心臟損傷程度判定

表2 大鼠肺損傷程度判定

1.2.2心功能檢測 動物撞擊致傷后行右頸總動脈左心室置管術，置管連接power lab系統測定傷后大鼠左心室波形，應用軟件計算分析心室率(HR)、左心室收縮期末壓(LVESP)、左心室舒張期末壓(LVEDP)、左心室內壓最大上升和下降速率(±dp/dt max)，見圖1、圖2。

圖1 動脈壓力波形

圖2 左心室壓力波形

1.2.3病理學觀察 所有動物均行大體解剖，各組隨機選取2只動物進行病理學觀察，于肉眼病理特征的臟器受損部位取材，以10%甲醛固定，石蠟包埋，5 μm切片，HE染色，光學顯微鏡下觀察其組織形態學變化。

2 結 果

2.1動物傷后一般情況 各組大鼠均在致傷后表現為短暫的呼吸抑制，持續20～120 s，大部分通過胸外按壓后恢復呼吸；隨后出現呼吸急促、口唇發紺、毛發豎立、精神萎靡、活動減少等表現；部分傷勢較重者出現寒戰、口鼻血性分泌物以及嘆氣樣呼吸；傷后早期可觸及心前區較強的心室搏動，頻率較慢。動物死亡率隨撞擊驅動壓的增加而升高，早期死亡原因多為不可逆性的呼吸停止、心肺大血管破裂所致的失血性休克、肺內出血窒息以及張力性氣胸等。其中，A組隨驅動壓增高死亡率平穩上升，各驅動壓下死亡率分別為10%、20%、40%；B組在較高驅動壓下死亡率劇增，分別為0%、30%、70%。

2.2動物大體解剖及AIS評分 所有致傷動物肺損傷發生率100%(60/60)，以多發肋骨骨折、中-重度肺挫傷為主要表現(封3圖3)。各組動物傷后解剖均有部分肉眼可見心臟損傷，其中A1組2例(20%)、A2組6例(60%)、A3組8例(80%)、B1組1例(10%)、B2組3例(30%)、B3組9例(90%)，以A3組心臟損傷最為明顯，表現為心肌挫傷及心肌全層出血(封3圖4)。各組隨著驅動壓力的增加，AIS評分逐漸升高，A2組(220 kPa正面致傷)肺損傷AIS評分為(4.4±0.843)分，心臟損傷AIS評分為(3.33±0.516)分，符合中-重度胸部撞擊傷情，致傷情況穩定，死亡率低。B組肺損傷明顯，但由于體位關系，各驅動壓下心臟損傷AIS評分均較A組低，且當驅動壓升至270 kPa時，動物死亡率極高。各組大鼠傷后肺、心臟AIS評分，見圖5、6。

2.3心功能變化情況 與健康對照組比較，各組在撞擊后心功能均有不同程度的下降，主要表現為傷后早期心率減慢，LVESP、LVEDP、±dp/dt max均降低。隨著撞擊驅動壓加大，心功能下降明顯，提示傷后左心功能受損，且隨著驅動壓的增加，左心功能受損情況加重。A、B兩組各驅動壓力下的心功能指標相比，B1組-dp/dt max大于A1組，B3組-dp/dt max小于A3組(P<0.05)；B2組與A2組各項心功能指標比較差異無統計學意義(P>0.05)，見表3。

表3 各組動物傷后死亡率及心功能變化情況

圖5 各組動物傷后肺AIS評分

圖6 各組動物傷后心臟AIS評分

2.4病理學觀察 正常大鼠肺組織未見病變；A、B兩組肺組織損傷均以左肺下葉為主，部分累及左肺上葉及右肺，表現為局限性血腫、肺挫裂傷、肺門血管破裂等。顯微鏡下可見廣泛的肺出血及水腫，肺泡實質及間質內大量淋巴細胞、中性粒細胞浸潤，細支氣管內部分纖維蛋白滲出。心臟損傷病理改變為顯微鏡下可見心肌不同程度紅細胞浸潤和出血，受傷心肌橫紋不清或消失，肌纖維斷裂、結構扭曲，排列紊亂；心肌細胞內可見少量淋巴細胞、中性粒細胞浸潤，見封3圖7～10。

3 討 論

隨著城市化進程及道路交通運輸業的迅速發展，交通事故的發生率越來越高。在一項對3 542例交通事故患者的調查中發現，在胸部創傷中，有60%是閉合性的心、肺聯合損傷，其中有16%～76%的患者均伴有不同程度的心臟挫傷，有約6%的患者因嚴重心臟損傷而危及生命[1]。胸部撞擊傷除了引起嚴重的肺損傷外，還可引起心肌挫傷并導致心功能障礙，甚者可導致血流動力學改變[2-4]。其致傷因素可能有以下3個方面：(1)外力對心臟造成的直接性損傷，或胸廓因外力撞擊導致壓縮變形，胸內壓急劇增高，導致血管內壓升高，大量血流瞬間涌入心肺所致的灌注傷；(2)創傷后引起的呼吸困難和血流動學紊亂，使機體處于缺血、缺氧狀態下的繼發性損傷；(3)創傷后炎癥反應過度激活，各種炎性因子大量釋放，血管收縮加劇，進一步加重心肺的缺血、缺氧狀態和機體各器官的損傷，直至誘發MODS[5-6]。

近年來，隨著對創傷后肺保護的逐漸重視，已有多種比較成熟的實驗動物模型能夠有效模擬撞擊后中-重度的肺損傷，但其多以撞擊后肺損傷為研究目的，且撞擊方式也分垂直撞擊、水平撞擊等多種模式，致傷情況也各不相同。而對于心臟損傷的研究仍局限于開胸后對心臟直接撞擊方式[7-8]或采用大中型動物胸部撞擊兩種方式，前者受限于心臟單一損傷，不能完全達到傷情模擬的目的；后者則需要大量的實驗人員及資金，不利于大樣本重復實驗。

本實驗參考了廖克龍和朱佩芳[9]建立大鼠胸部撞擊傷致肺損傷動物模型的經驗并作適當調整，采取水平撞擊模式，以胸部正位及側位撞擊分別模擬機動車駕駛員受正面及側面撞擊的情況，通過加裝在發射管上的激光定位系統對致傷點進行精確定位(±2 mm)，致傷距離及撞擊強度可靈活調整，撞擊面積可根據實驗動物大小和實驗要求對彈頭進行選定和更換。實驗發現，對胸部的正面撞擊常直接導致大鼠心臟及大血管破裂死亡，而側位撞擊時，由于肋骨的柔韌性和活動性起到緩沖作用，可耐受較大的撞擊力度，心臟損傷不明顯[10]。將胸部正位撞擊組的撞擊點調整至劍突左側0.5 cm，近心尖搏動最強處，既可對心臟造成直接損傷，又遠離了心肺大血管，有效降低了致傷后動物的死亡率。通過對不同體位、不同撞擊力度的實驗比較，結果發現：(1)以較大撞擊力度對大鼠側胸壁進行致傷，死亡率極高；而降低撞擊力度后，由于側胸壁的緩沖及縱隔擺動等因素，心臟損傷不明顯，總體致傷控制不穩定；(2)正位撞擊組中，動物傷后早期死亡率與撞擊力度成線性關系。其中220 kPa驅動壓下，肉眼可見心臟損傷達60%，死亡率為20%，肺損傷AIS評分為(4.4±0.843)分，心臟損傷AIS評分為(3.33±0.516)分，且可觀察到傷后2 h左心室功能明顯下降，LVESP、LVEDP均明顯低于健康對照組，特別是評價左室收縮能力的±dp/dt max下降明顯，這與臨床中-重度胸部撞擊傷較為一致，此模型可作為可靠的大鼠胸部撞擊傷致心肺聯合損傷動物模型。

在交通事故傷中，因胸部撞擊傷所致的心臟損傷往往因傷情隱匿、臨床表現不明顯而被嚴重的肺損傷及肋骨骨折等所掩蓋[11-12]。本實驗所建立的撞擊傷致心肺聯合損傷模型具備以下優點：(1)適用于中-小型動物，撞擊設備操作簡便，物理參數可精確調整，撞擊部位準確，可重復性好；(2)符合交通事故的致傷特點，心、肺損傷的病理表現、類型及傷情與臨床較為接近；(3)能在致傷模型上完成血流動力學及分子生物學等多項實驗指標的檢測；(4)為臨床研究胸部撞擊傷后心肺聯合損傷的各種病理生理變化提供了理想的模型基礎，對后期深入研究其發生機制，并探討有效的預防措施具有重要的臨床和社會意義。

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