原发肺冲击伤实验动物病理生理学研究进展

李怀东，张兆瑞综述，陈良安审校

炸药、炸弹（含核弹、燃料空气炸弹）、锅炉、煤气等爆炸时产生的冲击波超压直接作用于机体所造成的损伤称为原发冲击伤或爆震伤（blast injury）。其中以原发肺冲击伤最具代表性[1]。近年来，世界上局部冲突频发，恐怖事件、日常突发事件（如煤气、煤矿瓦斯爆炸等）不断增多，暴露在爆炸物爆炸产生的冲击波已经成为平民和军事人员日益增加的威胁，尤其现代战争和恐怖袭击中爆炸性武器导致冲击伤的发生率达30%～50.4%，已成为战时致残、致死的重要原因之一[2，3]。因此研究冲击伤后肺病理生理、分子生物学等变化，对于判定冲击伤伤情和早期救治有重要意义，是军事医学和灾害医学实验的研究重点。

肺组织因其含气的结构特征使其在爆炸致伤中成为靶器官。肺冲击伤病理变化主要表现在肺出血、肺水肿、肺破裂、肺大泡、肺萎陷、肺气肿。其他有肺挫伤、气胸、血胸、纵隔气肿、皮下气肿[1]。肺冲击伤模拟实验用动物从猴、牛、驴、山羊、绵羊、猪、狗等大动物到猫、兔、大鼠、小鼠等小动物[4]。一般而言，过去原发肺冲击伤研究集中在损伤后的病理生理学表现、安全性阈值和预测模型方面，已取得丰富而深入的成果。本文对近年来肺冲击伤的肺出血、肺破裂、肺水肿、血细胞及凝血功能变化、血气及肺分流量变化等病理生理机制方面概括其主要进展。

1 肺出血病理生理变化特点及其发生机理

致伤狗、大鼠、豚鼠、兔等动物大体解剖主要表现为不同程度的肺出血，轻者主要为间质性，且较局限，重者主要为肺泡性、病变较广泛。光镜下可见程度不一的肺出血、水肿、肺泡隔撕裂（出血的主要原因之一）[5]。肺泡壁毛细血管床减少，部分毛细血管迂曲、延长、扩张、充血[6]。扫描电镜下可见肺泡隔上毛细血管破裂口，红细胞由破裂口逸出，肺泡隔破坏残留“索条”状结构（可能与局部应力不均有关）。出血部位多在肺毛细血管或微静脉处[7]。伤后肺肋面的平行出血条纹是肋间压痕[8]。电镜下可见兔肺微血管内皮细胞肿胀致使血管腔狭窄，内皮细胞间裂隙增宽，核肿胀、异染色质增多，以及线粒体肿胀、嵴排列混乱等病理变化[9]。肺泡上皮和血管内皮变性，但肺泡上皮和血管内皮一般都是完整的，细胞连接亦极少出现间隙增宽等改变[10]。大鼠致伤肺毛细血管内皮细胞通透性改变较形态学改变出现早而显著；改变有灶性分布的倾向；内皮细胞紧密连接有明显的破坏性改变[11]。

2 肺破裂病理生理变化

扫描电境观察见大鼠气管和支气管黏膜有浅层剥脱和因上皮撕裂而出现的裂缝。细支气管仅见个别浅层裂隙。肺泡隔有破坏，残留索条状结构，毛细血管有裂隙和窗孔形成[7]。肺泡腔萎陷组织呈裂隙状改变；部分肺泡间隔断裂[6]。大鼠致伤用冷冻蚀刻电镜观察肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞紧密连接冷冻蚀刻形态学变化。推论冲击伤时肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞紧密连接的破坏是持续存在的；冲击伤时肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞紧密连接有增生[12]。

3 肺水肿病理生理变化

大鼠致伤后发现肺泡内水肿主要呈灶性或小片状。镜下见中等大动脉内膜剥脱，管壁平滑肌离散。小动脉高度收缩，部分血管周间隙有出血水肿。逐渐水肿区肺泡腔透明膜形成。电镜观察见毛细血管内皮普遍发生节段性肿胀。内皮与基底膜分离形成腔隙。毛细血管周细胞和间质细胞也常发生水肿。重度出血区肺泡隔受压变薄，毛细血管管腔变窄。提示爆炸冲击波所引起的微血管通透性变化在伤后肺水肿的发生中具有十分重要的意义[13]。有学者观察不同压力梯度爆炸冲击波对培养的大鼠肺微血管内皮细胞单层通透性的影响，发现100 kPa（1 kPa=7.5 mmHg）左右的爆炸冲击波压力作用即可使所有单层内皮的通透性显著增高。显微观察显示，低强度冲击波致伤时，内皮细胞间隙增大为主要变化，而在中强度以上冲击波暴露下，则以内皮细胞的脱落性损伤为主。免疫组化分析表明，冲击波作用下内皮通透性增高的发生机制与细胞骨架肌球蛋白结构的变化有关。为冲击波对肺微血管内皮层通透性的影响提供了细胞和分子水平的解释[14]。

4 血细胞及凝血功能变化

狗、大鼠等致伤后白细胞总数明显上升，中、重度血红蛋白轻度减少，伤后淋巴细胞绝对值中度上升，重度反而明显下降[15]。雄狗致伤后1、2 h可见白细胞减少，6 h后白细胞增加。冲击伤后有一过性血小板粘附增加。血小板减少出现早而明显，又无回升趋势者属重度伤情[16]。有学者认为创伤后血小板明显下降是ARDS较为敏感的指标[17]。超微结构的实验研究发现，大鼠致伤后电镜观察及硝酸斓示踪均发现血小板的一系列变化（血小板肿胀、空泡及破坏，血小板内颗粒减少及血小板开放小管系统扩张），表明血小板被激活，活性物质释放增加[18]。大鼠冲击伤后很短时间内（<15 min），肺内就有很明显的多形核白细胞、血小板聚集。白细胞在肺内的聚集程度与伤情一致[8]。多形核白细胞（PMN）在伤后3～24 h的时间窗内启动和CD11b在6～12 h的时间窗内表达，推测在胸部创伤中非常重要[19]。大鼠在低频超压冲击波致伤后，外周血多形核白细胞的增加伴随着转铁蛋白复合物浓度的减少。提示在超压波致伤引起机体的变化中，多形核白细胞CD11b的表达和转铁蛋白复合物的应答是血中可能的替代标志物[20]。观察发现绵羊致伤后凝血功能和纤溶功能均有所改变，以纤溶功能的改变更为明显[21]。狗致伤后全血粘度明显增高，血浆粘度伤后无明显改变，白细胞粘附率显著下降，血小板粘附率在重伤组显著增加，凝血酶原时间和纤维蛋白原含量均无明显改变，优球蛋白溶解时间缩短，3P试验阳性[22]。

5 血气及肺分流量变化

低氧血症是肺冲击伤最主要的病理生理改变，通气与血流比例失调是低氧血症的主要原因[23]。对家兔、大鼠、绵羊、狗等动物的实验，观察血气变化，发现 pH、PaO2、P（A-a）O2、SaO2均明显下降，PaCO2升高[24]。但有实验研究发现狗致伤后8 h肺除PaO2有一些降低外，PaCO2、HCO-3、BE和pH等变化均不明显[25]。另外有学者发现，弱冲击作用下或轻度伤、中度伤组动物伤后动脉血气各时相点除PaCO2有所升高外，均未见明显改变。提示血气分析对轻及中度冲击伤、弱冲击波引起的阈值肺损伤的诊断可能意义不大[26]。观察狗致伤伤后血气变化不明显，但分流量较伤前明显增高。提示在判定肺损伤程度时，肺分流量较血气更有价值[25]。使用Berggren分流率公式计算出肺内分流可随肺挫伤面积的增大而增大。生理分流率<5%，而冲击伤后分流率可高达42%[27]。体视学测定表明，大鼠伤后肺泡血气屏障的算术平均厚度有所增加，其中主要是内皮增厚所致[28]。进一步观察大鼠、兔、狗不同程度的致伤后早期，血气屏障的厚度以调和平均厚度（Tht）的变化（增加）最为显著。大鼠致伤后肺泡毛细血管床容积（Vc）及内表面积（Sc）下降，肺内气体交换面积（SA+Sc）/2减少，弥散距离增加，导致肺氧弥散量[DLO2]明显降低，并与PaO2显著相关[8]。有实验发现迷走神经兴奋在冲击波损伤后出现呼吸功能紊乱（呼吸暂停和浅而快的呼吸）、动脉血pH值改变、氧饱和度降低中起重要作用[29]。有学者认为脉搏血氧定量法和动脉血气决定低氧血症的程度，可用于对冲击伤的严重程度进行分类[30]。

6 其他病理生理改变

发现狗致伤后肺伤情与血浆组织蛋白酶-D（Cath-D）变化是一致的，二者为显著正相关[31]。发现家兔致伤后的血清血管紧张素转换酶（ACE）降低程度与肺损伤程度基本一致，与肺体指数和肺含水率呈负相关，肺组织出血渗血区中ACE活性变化与血清ACE变化大致相同[22]。观察狗致伤后CK酶活性6 h酶活力显著升高，至24 h逐渐恢复正常，伤情严重者可能恢复较慢。因CK酶在肺存在一定活性，检测CK酶有一定的适用价值[32]。发现绵羊致伤后循环血内皮细胞数减少，且同肺损伤程度有关。因而认为检测循环血内皮细胞对冲击伤的诊断可能有一定的意义[21]。进一步实验研究发现，大鼠致伤后肺微血管内皮细胞ⅧR:Ag含量显著减少，而且肺毛细血管内皮细胞受损比小动脉严重[33]。大鼠致伤后，观察冲击伤诱导肺泡-2型上皮细胞（AT-2）凋亡，其与体外的外部凋亡细胞途径的蛋白质增加相关，如Fas、FasL、半胱天冬酶8、半胱天冬酶3等，进而，肺泡巨噬细胞释放介质明显涉及诱导AT-2细胞的凋亡[34]。对羊和大鼠冲击波致伤后，观察最大运动能力（心输出量、动脉血氧分压、平均动脉压、平均肺动脉压变化）减少。最大运动能力减少可能是冲击伤后心脏损伤、肺损伤或两者损伤的结果[35]。大鼠肺冲击伤当日和随后的康复期，食物摄取减少，可能是冲击波损伤胃肠道和肺的结果[36]。

目前国内外已广泛开展多种动物冲击波致伤模型及致伤机理、作用的实验研究。我国自20世纪70年代开始进行冲击伤实验研究，至今已经取得了多项具有世界先进水平的科研成果，对冲击伤与烧伤、弹片伤、辐射伤等复合冲击伤的研究，冲击伤形态的定量研究等方面也走在世界前列[37]。今后肺冲击伤实验研究应对各种类型冲击波作用安全阈值、冲击伤不同动物模型严重程度等建立普适标准，以客观地衡量和评价实验研究成果。

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