大鼠肺爆震傷模型的建立與傷情分析

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，并探討其作用于實驗動物的相關病理生理變化。方法用爆震傷模型模擬爆炸致傷，根據所受沖擊波壓強的不同，將所有大鼠按數字表法隨機分為3組。A組:正常對照組，未給予爆炸處理;B組:采用額定1．5個標準大氣壓上限密閉爆炸處理;C組:采用額定3個標準大氣壓上限密閉爆炸處理。每組20只。爆炸后統計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)。結論在一定大氣壓的密閉環境下．大鼠肺部爆震傷傷情隨壓強的增大而加重。死亡率隨體內腫瘤壞死因子-α(TNF-α)及白細胞介素-6(IL-6)的量的增加而增加，二者亦隨沖擊波壓強的增大而呈相關性增長。

［關鍵詞］爆震傷;胸部爆震傷模型;肺部損傷;大鼠

［作者單位］200433上海，第二軍醫大學長海醫院胸心外科

近年來局部戰爭、炸彈恐怖襲擊及意外爆炸事故頻發，對此類事件的研究資料進行分析后顯示爆炸導致的肺爆震傷逐漸增多，死于肺部爆震傷的人數也呈不斷上升趨勢。Propper等［1］對現在戰創傷的分析表明:胸外傷是戰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重，傷情復雜，傷后并發癥多，致死、致殘率高，但在戰場條件下，醫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結果進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，從而確認模型的有效性并為研究和治療胸部爆震傷提供較穩定的實驗平臺。

1　材料與方法

1．1實驗動物與材料

雄性SD大鼠，體質量180～220 g，由第二軍醫大學動物實驗中心提供［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的環境中，實驗前適應性飼養1周，自由進水、飲食。主要儀器及試劑:動物爆震傷實驗模擬器具，國家實用新型專利號201310302385．2(上海市閘北區寶昌路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任公司生產);壓力控制閥(東莞金中液壓有限公司生產);HITACHI 20PR-52D高速低溫離心機(日本);大鼠皮質酮放射免疫分析試劑盒(北京北方生物技術研究所);SN-697全自動雙探頭放射免疫計數器(上海核所日環光電儀器有限公司研制);OLYMPUS BX51顯微鏡(日本)。

1．2方法

1．2．1實驗動物分組將50只SD大鼠按數字表法隨機分為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的環境中，自由進水、飲食。

1．2．2爆震傷模型的建立爆震傷實驗模擬器分為2腔，并采用一體式密封蓋，事先將實驗動物固定于動物腔內，并保證胸部的受力范圍。隨后將爆炸物放置于爆破腔內，蓋上一體式密封蓋。爆炸物爆炸后，爆炸廢物會由過濾網過濾在爆破腔內，以防爆炸碎片干擾實驗，當動物放置腔內壓力達到預先設定的臨界點時，高壓調節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，并給予相應的救治處理，待各項生命體征相對穩定后放回籠內，無干擾喂養。

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)、白細胞介素-6 (IL-6)測定:用注射器(肝素抗凝處理后)經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，隨后用酶聯免疫分析法檢測TNF-α和IL-6含量。每次采血后補充等量生理鹽水。

1．2．5死亡率傷后10 min內死亡為當場死亡，余鼠連續觀察7 d，傷后7 d仍存活者做放血處死。并計算死亡率。

1．2．6肺損傷分級標準肺損傷參考李兵倉等［2］分級標準:(1)輕度肺損傷:肺1葉或數葉點灶狀或2葉以內斑塊狀出血，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葉或數葉斑塊狀或2個以內小片狀出血，2葉以上肺表面較膨脹，切面見小支氣管腔內有少許泡沫樣液體，擠壓時較多液體流出。

1．3統計學處理

應用SPSS 18．0統計軟件對實驗數據進行統計分析。所有數據用均數±標準差(±s)表示，2組間比較采用獨立樣本t檢驗，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為差異有統計學意義。

2　結果

2．1實驗動物死亡情況

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組大鼠見正常結構大小支氣管和肺泡結構清晰。B組損傷較輕，表現為局限性肺挫傷，散在點狀出血。C組動物表現為廣泛的肺挫傷、肺大皰、肺撕裂、肺門血管破裂。胞質內灶狀溶解，炎性細胞浸潤，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，以肺外側緣較重;偶見微血栓及肺透明膜形成;肺間質和肺泡水腫，甚至肺泡結構完全破壞。以24 h內變化最為明顯，至傷后72 h肺泡滲出減輕，中性粒細胞浸潤減少，損傷區與非損傷區界限明顯，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只動物損傷均達到中度損傷的標準，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指標均明顯升高，且差異有統計學意義(P＜0．05)。見圖3。

圖3　3組大鼠細胞因子水平的比較

3　討論

本研究利用密閉可控壓模具模擬了胸部原發性沖擊波損傷。爆炸性損傷是一種復合性損傷，匯集了破片傷、沖擊波傷、燒傷等多種損傷于一體。爆炸中產生的沖擊波氣流可導致大氣壓快速改變，因此對人體造成的損傷為原發性沖擊傷［3-5］。單純彈片投射所致火器傷是早期的爆炸性創傷研究的主要關注點。近年來隨著研究的深入，人們逐漸將研究重點轉向單純沖擊波致傷的肺爆震傷(亦原發性肺爆震傷)，亦出現了相應模型用于觀察傷后肺組織原發性病理生理變化及實驗體主要死亡原因。這種動物爆炸傷模型便于研究爆炸傷的發生機制，為臨床治療提供依據，但是，其可控性和精確性尚有待改進，急需標準化穩定模型。鐘代星［6］等按照不同炸藥量和致傷距離所產生的壓強模擬室內的犬爆震傷，爆炸后監測犬的基本生命體征、血氣等，通過犬的存活率，篩選出了一種適合室內胸部爆震動物模型。這個模型成功構建肺爆震傷的動物模型。然而，犬類等大型動物實驗花費較高，飼養困難，相應的生物學實驗試劑也較為缺乏。所以，大鼠等小型實驗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生污染，操作簡便，對場地要求較少，可以在實驗室完成。但以激光模擬爆炸源不能模擬出爆炸沖擊波的復雜性和破壞性。針對以上胸部爆震傷模型的優勢及不足，本實驗爆炸強度充足，爆炸沖擊波參數明確，超壓負壓效果明顯且可控制，腔內所受壓力恒一，與現實中爆炸性武器所產生的沖擊波相似。腔內炸藥可燃燒完全，且爆炸碎片得以最大程度地過濾，避免產生爆炸大碎片造成的直接損傷與穿透傷，能較真實地模擬爆炸沖擊波的效應，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，可重復性高。該模型可充分模擬現場爆炸致傷，肺是受沖擊波作用的重要靶器官，胸部在經歷爆震傷后，多以肺出血和肺水腫為突出特點，傷情重且復雜，多呈現“外輕內重”表現。本爆震傷模具的實驗數據顯示，肺的損傷和出血情況與肺部所遭受的沖擊波的壓強強度相關。本模具所模擬實驗動物的胸部爆震傷更接近于爆炸沖擊波致原發性急性肺損傷的發生和發展，且與之前的模具模擬的單側或復合性胸部爆震傷相比，本模具模擬的實驗大鼠均雙肺受損。綜上所述，本模型的實驗方法穩定，實驗結果理想，是可靠的胸部爆炸傷動物實驗模型，為今后更好地研究胸部爆炸傷致傷機制及后續治療干預提供了一個較好的實驗平臺。就肺部損傷而言，TNF-α和IL-6是炎癥反應中重要的細胞因子［8］，TNF-α作為肺部炎癥的重要因子，一方面可與細胞內相應的受體結合，使溶酶體破裂，對組

織造成損傷;另一方面它可刺激巨噬細胞及單核細胞分泌IL-6，進一步對肺組織造成損傷，從而引發繼發性肺水腫的加重。本實驗研究結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，提示這2種炎性因子在爆震傷肺的致傷機制中起著一定作用。

［參考文獻］

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［6］鐘代星，程慶書，朱常亮，等．爆轟塔內胸部爆震傷模型的建立及病理生理改變．第四軍醫大學學報，2008，29(19): 1749-1752．

［7］Satoh Y，Sato S，Saitoh D，et al．Pulmonary blast injury inmice: a novelmodel for studying blast injury in the laboratory using laserinduced stress waves［J］．Lasers Surg Med，2010，42(4):313-318．DOI:10．1002/lsm．20899．

［8］Yang C，Gao J，Wang HY，etal．Effects of hypothalamus destruction on the level of plasma corticosterone after blast injury and its relation to interleukin-6 in rats［J］．Cytokine，2011，54(1):29-35．DOI:10．1016/j．cyto．2010．12．011．

(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

［基金項目］第二軍醫大學軍事醫學專項基金(2012JS18)

［中圖分類號］R82

［文獻標識碼］A［DOI］10．3969/j．issn．1009－0754．2016．01．003