原發性沖擊肺損傷動物模型建立變量及建立后的檢測

陳子溦，劉碧波，馬夢陽，史紫怡，郭雯婷

（1.西安醫學院臨床醫學院，陜西 西安 710021；2.陜西省呼吸病預防與診治工程研究中心，陜西 西安 710021）

原發性沖擊傷（primary blast injury，PBI）指沖擊波直接作用于機體，引起肺、腦、胃腸道和聽覺視覺等器官的損傷[1]，其中肺作為空腔臟器是沖擊傷最易受累的靶器官之一[2，3]。沖擊波可通過對肺組織的破裂效應、內爆效應以及慣性作用造成肺泡出血、血氣屏障破壞等[4]，進而出現肺水腫、肺氣腫、肺破裂，甚至并發急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）[5]以及多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）[6]。原發性肺沖擊傷因其外輕內重的表現[7]，在臨床救治中判斷困難而治療延擱，但其實際傷情重、發展快、死亡率高。因此，原發性肺沖擊傷在近幾年的沖擊傷實驗研究中居重要地位。本文現對近年原發性肺沖擊傷動物模型建立中不同變量對損傷強度的影響、建模后常用檢測方法以及臨床意義進行綜述，旨在為原發性沖擊肺損傷的研究中動物模型建立方法的選擇提供參考。

1 模型建立的變量

1.1 傳導介質 這類模型主要研究某一固定沖擊波壓在不同介質下造成的肺沖擊傷的病理情況以及進行對比對照，或者以沖擊波參數為變量進行實驗探究，了解不同等級的肺沖擊傷在不同介質中所需沖擊波大小，為臨床救治提供信息和方向。目前研究主要分為氣體沖擊傷、固體沖擊傷和水下沖擊傷。在空氣肺沖擊傷和固體肺沖擊傷的研究中，主要用到的損傷裝置有BST-Ⅰ型生物激波管（家兔）[8，9]、BST-Ⅱ型生物激波管[10]、小型沖擊波發生器[11]或多功能小型生物撞擊機（由計算機、空氣壓縮機、儲氣瓶、電磁閥、升降裝置、多種撞擊頭構成）等[12]。為探究水下爆炸致傷機制，常建立水下爆炸致急性肺損傷動物模型，以新西蘭兔為實驗對象，爆炸源與受試動物間距離為1.8 m，收集標本并觀察檢測指標發現實驗能較好地模擬水下爆炸肺損傷特點，可以作為水下爆炸動物模型[13]。在固體肺沖擊傷的研究中，通常經鋼板等堅固物體傳導[14]，但在原發性肺沖擊傷實驗室研究中應用較少。

1.2 物理參數 沖擊波發生器致傷是近年來國內外沖擊傷實驗的主流方法，國內以生物激波管為代表，使用特制的裝置將壓縮氣體釋放產生沖擊波致傷動物造模，沖擊波致傷的主要物理參數可分為沖擊波壓力峰值、正壓作用時間、沖量和壓力上升時間，致傷物理參數易控[15]。薛鈺奇[16]、Li Y等[17]的早期沖擊傷的實驗研究主要是通過改變這些物理參數，進行實驗動物模型建立，進而推斷出不同沖擊波造成的原發性肺沖擊傷的嚴重程度，為臨床初步判斷傷情提供了依據。由于沖擊肺相關實驗研究的深入，近幾年有實驗使用激光誘導沖擊波裝置（laser-inducedstress waves，LISWs）控制激光通量精細化沖擊波的強度，使暴露于此沖擊波下的動物并發損傷減少，更利于探究沖擊波導致的孤立性肺損傷[18，19]。此外，距爆炸物距離[20]、距離爆炸物的角度、空間位置[21]也會作為實驗變量。

1.3 其他 在密閉空間建立肺沖擊傷動物模型，如在船舶多艙室密閉結構中，大口徑彈藥爆炸的傷亡率明顯高于小口徑彈藥。實彈與裸彈在致傷類型及死亡率方面無明顯差異。不同艙室位置及艙室結構下防護作用不同、死亡率不同[22]。在高原環境對肺沖擊傷影響的實驗中發現，隨著海拔的升高，氧缺乏加重，沖擊傷情較平原地區更重，死亡率增加[23]。在外在變量發生改變的同時，自身變量也受到目前研究的廣泛關注。Yang A等[24]通過建立幼兔肺沖擊傷動物模型，發現肺的不同發育成熟度對爆炸沖擊所致傷情也有較大差異。袁丹鳳等[9]建立了幼鼠模型開展兒童沖擊波肺損傷機制與救治的研究，同時對幼鼠和幼兔的實驗數據進行對比發現不同動物種屬抗沖擊波損傷的能力有所不同。但對于老化肺臟的沖擊傷研究則較少。此外，研究表明[25]，妊娠對肺沖擊傷其傷情和預后有重要影響。目前肺沖擊傷的變量研究已趨向綜合化，為臨床肺沖擊傷病情的發生發展、程度判斷等提供了有力的理論支持，也對肺沖擊傷有了更加系統化地認識。而肺沖擊傷動物模型因其倫理爭議小、模型成本不高、耗時低等特點被廣泛建立的同時也存在一定問題，如動物模型的解剖結構和生物力學性質與人體存在一定差異，研究結果向臨床轉換仍存在一定誤差。

2 模型建立后的檢測

2.1 生理指標 原發性肺沖擊傷動物模型建立后，通過檢測動物的各項指標得出相關數據為臨床判斷分級從而更準確的救治處理患者提供參考。動物模型的一般檢測主要包括：記錄動物造模前后各項生理指標，包括心率、呼吸狀況、肛溫等，觀察前后癥狀、體征的改變，同時留存生物樣本，包括大鼠口鼻分泌物和尿樣便樣[26]，還可以通過呼吸機、血氣分析儀、動脈導管及容量監測儀等測定沖擊傷后氧合指數、肺含水量、肺通透指數、肺W/D值[27]等從而間接反映肺沖擊傷后肺組織出現的各種病理變化[11]。前期的生理指標簡單易得，在救治前期可以作為分級參考，初級地劃分患者病情的危急程度。

2.2 影像學檢查 影像學觀察肺臟病變情況包括胸平片、B 超和CT 分析。薛鈺奇[16]的研究證實了體外胸部超聲檢查能夠實現對肺沖擊傷的傷情快速評估及動態監測。原發性肺沖擊傷病情發展快且死亡率高，快速查明疾病概況對及時有效治療意義重大，而床旁超聲因其便捷、快速、小巧等特點更適用于臨床緊急、動態檢測傷情變化，可作為評估傷情的優選檢測方法之一[8]。Chang Y等[28]采用快速三維重建的方法，通過Micro-CT 分析計算肺損傷的密度值證明通過CT 掃描密度分析可以作為一種評估肺沖擊傷的方法。初步對動物模型進行各項檢測后，可進行解剖并迅速觀察，將檢測結果、觀察結果與臨床實際病例相結合。

2.3 評估分級法 為直觀、簡便、綜合性地反映原發性肺沖擊傷動物的傷情概況，目前國內外采取多種評估分級法標記，主要有Yelverton 記分法、臟器損傷分級（organ injury scaling，OIS）和簡明損傷評分（abbreviated injury scale，AIS）、評分方法中的損傷嚴重度評分（injury severity score，ISS）、最大簡明損傷定級標準評分（maximal abbreviated injury scale，MAIS）、校正損傷嚴重度指數（adjusted injury of severity index，ASⅡ）[29]以及Smith 評分等方法，各有利弊，多項實驗研究都會聯合使用。其中傳統的肺損傷評分，大多數實驗研究通常采用Yelverton 開發的沖擊肺損傷評分方法用于對組織病理改變的最基本的評判。Sajja VS等[30]使用了MATLAB 2015b 圖像來處理觀察到的損傷結果并與Yelverton 記分法評分結果對比，兩者具有顯著的相關性。Liu W等[31]在探究肺損傷程度的動態影響時使用Smith 評分體系對H&E 染色后的肺組織進行病理評分。對于沖擊波所致的多發傷多采用簡明損傷評分（AIS）和損傷嚴重度評分（ISS）聯合評估，當ISS 評分大于35并合并相關的臨床情況時實施損傷控制手術（DCS）控制病情發展[32]，但是對于病情評判仍然有一定的局限性，而ASⅡ更針對生物在爆炸中導致的繼發傷的病理表現。多種評估方法的聯用可以減少對病情漏判。

2.4 其他 胸壁變形速度、支氣管支氣管肺泡灌洗液中肺表面活性物質相關蛋白-B（Lung surfactant protein B antibody，SP-B）含量、中性粒細胞明膠酶相關脂蛋白（NGAL）、補體激活、纖溶酶原和髓過氧化物酶水平以與血管內皮細胞損傷程度等也可作為檢測病情的指標。有實驗發現[33]，胸壁變形率與肺部損傷度之間存在明顯的相關性，變形速度的檢測可以預測沖擊波引起的肺損傷程度。楊傲等[34]通過檢測支氣管肺泡灌洗液中肺表面活性物質相關蛋白-B 含量輔助病情的評估。劉大維等[35]研究發現，VⅢR:Ag 含量的變化可反映微血管內皮細胞受損情況，血管內皮細胞（VEC）損傷也是沖擊傷所致肺損傷的主要病變之一，可反映肺沖擊傷傷情。潘建光等[36]研究顯示，檢測肺爆震傷大鼠早期肺組織和血清NRP-1、VEGF 濃度，可評估肺損傷程度。Lumley A等[37]通過實驗發現中性粒細胞明膠酶相關脂蛋白（NGAL）的升高均與損傷的嚴重程度相關。Yang Z等[38]采用中速超壓誘導麻醉大鼠損傷通過補體溶血法（CH50）和（或）ELISA 分析血液樣本中的補體激活、纖溶酶原和髓過氧化物酶水平，發現其在肺損傷后水平明顯升高。肺沖擊傷的檢測方法逐年來呈全面化、多樣化。通過這些檢測方法對建立模型后的動物病情有客觀、量化的評估，進而與臨床實際病例相結合，為臨床檢測病情變化以及臨床救治提供了一定的理論基礎。但近年來，仍缺乏對肺沖擊傷動物模型建立后檢測方法系統的研究和闡述，以及不同檢測方法在不同類動物模型中與病情相關度和檢測準確度的研究。

3 總結與展望

現如今，國內外對原發性肺沖擊傷動物模型的建立已日漸成熟，研究方向主要為原發性肺沖擊傷的致傷病理特點，其研究結果為臨床及時準確判斷傷情、盡早醫治提供了重要理論支撐，也成為了探索建模新領域的驗證依據。如近些年新興的有限元分析法（Finite Element Analysis，FEA）雖可通過數值模擬方法彌補動物模型的不足，但目前關于人體各結構的相關數值仍未完全獲得，且相關研究仍需動物模型輔助，從而驗證其可靠性。在沖擊傷動物模型向理想全數字化研究跨度的過程中，有關動物模型的建立仍必不可少。在檢測方法方面，由于原發性肺沖擊傷的特殊病情表現，采用多項聯合檢測評估，可避免單指標評估造成的病情遺漏、延擱。且隨著檢測肺沖擊傷病情發展過程中體內相關物質變化的研究，預見性評估病情、預防性治療成為可能。