复合性挤压伤——掩埋条件下的特有伤类（一）

王德文

本项目组成员：王德文，左红艳，李 杨，徐新萍，王少霞，郭晓明，王静雯，唐湘君，曹桓熔，刘志瑞，刘 肖，彭瑞云

当今世界，自然灾害（地震、泥石流、海啸等）、工程事故（矿难、地铁等）屡有发生，常导致房屋建筑垮塌，人员被掩埋，此事发生概率很大，并大多危及生命，特别是在掩埋空间狭小，人员数量较多、掩埋时间过长，通风不良，加之空间环境污染，空气氧含量急剧减少，受难人员势必发生低氧，同时，常常伴随缺乏水和食物。掩埋在深层废墟和倒塌建筑物内的人员不仅会发生掩埋压砸致伤（如挤压伤、骨折、失血）、爆炸冲击伤等伤害，而且大多合并低氧缺水缺食，从而发生明显不同于非掩埋条件下压砸所致“单纯性创伤”的掩埋条件下的特有伤类——“复合性创伤”，如复合性挤压伤、复合性骨折、复合性失血、复合性冲击伤等。同时，深埋人员与地面失去联系，恐惧、焦虑等心理因素也将明显影响其生命体征和生命耐受力。

基于掩埋条件下挤压伤发生率和伤死率均较高，如在2008年汶川大地震中，挤压综合征致死率是除直接死亡者外的第2位，且发生肾功能衰竭的挤压综合征伤员中病死率达15.2%[1]，甚至高达50%～70%[2]。笔者承担“深埋人员的微弱生命体征研究及生命监测系统研制”中，以1168只Wistar大鼠和24只比格犬作为研究对象，以模拟深埋条件下可能发生的7类单纯伤（挤压伤、骨折、失血、冲击伤、心理应激、缺氧、缺食水）、11类两种复合伤（即前5类单纯伤分别复合低氧、分别复合缺水缺食、低氧复合缺水缺食）、5类三种复合伤（即前5类单纯伤分别复合低氧与缺水缺食）为内容，应用临床观察、血液学、血清生化、血气分析、病理学（宏观、光镜、电镜）、免疫组织化学、分子生物学、形态计量学等技术，采用持续挤压至死亡和动态系统观测相结合，并结合流行病学调研，分别研究其生命耐受力及其掩埋至死亡过程中重要脏器的病理生理变化特点及其机制，发现模拟掩埋（特别是深层掩埋）于废墟和倒塌建筑物内压砸所致的上述各类“复合性创伤”的病理生理学变化具有明显不同于非掩埋条件下的“单纯性创伤”，不仅伤情程度更为严重和发生发展更为快速，而且其远隔器官损伤和死亡原因也出现新的特点。

本文着重就模拟掩埋条件下挤压伤复合低氧缺水缺食动物[即复合性挤压伤，挤压伤模型采用钳夹双后肢近端的方法，压力为（4.5±0.3）kg]及其致伤后持续至死亡的伤情发生发展过程及其远隔脏器病理生理学变化规律与特点总结介绍，旨在为此类伤员的现场急救和后续治疗提供参考。关于一定时间（模拟“黄金抢救时间72小时”）解除挤压后的生命体征变化和自发性恢复过程将另文专述。

1 模拟掩埋条件下复合性挤压伤的临床经过

模拟埋压于倒塌废墟内所发生的上述多种伤类复合性挤压伤的大鼠和比格犬，于埋压后初始至死亡，虽然伤情程度及其存活时间不尽相同，但均经历基本类似的临床经过，即均经历4个阶段[3]。（1）代偿期：伤后1～2天，表现为烦躁不安，憋气，逐渐呼吸幅度加深，频率加快，心率加快，偶出现ST段下移并T波低平，体温恒定。（2）适应期：伤后3～4天，为适应其所在的掩埋缺氧环境，渐趋平静，呼吸幅度逐渐均匀、变浅，频率和心率渐减慢，心律不齐仍可见到，ST段下移并T波低平，体温仍恒定。需要指出，在极重度伤情情况下，此期极为短暂甚至可能不发生，即由代偿期直接进入失代偿期（耗竭期或衰竭期）。（3）耗竭期（失代偿期）：伤后5～7天，随着病情进展，动物渐趋衰弱和耗竭，早期呼吸幅度变浅，频率减慢，心率再次显著加快，心律不齐加重，ST段下移并T波低平更加明显，体温轻度下降；后期进一步呼吸幅度变浅，频率降低，心率减慢，心律不齐，ST段下移并T波倒置，体温明显下降。（4）濒死期：大多出现在伤后8～12天，少数发生在10～14天，极度衰竭，并呈昏迷或休克状态，其呼吸和脉率再次出现减慢，或潮式呼吸，心电图示心房扑动，伴心室长间歇，体温下降至35.0℃以下。

2 复合性挤压伤临床征象明显加重，伤死率显著升高，存活时间显著缩短

复合性挤压伤（复合组）于1～2天经历短暂的代偿期后，迅速进入失代偿期，精神萎靡，行动迟缓、反应迟钝，对外界刺激反应明显减弱，并渐衰竭，同时体重呈急遽性、持续性、进行性、显著性下降（P＜0.05，P＜0.01），直至死亡。见图1。该组大鼠于致伤后4.2～6.8天内全部死亡，平均存活（5.3±0.7）天；而低氧缺水缺食组（三缺组）于6.5～11.0天全部死亡，平均存活（8.2±0.7）天，P＜0.01；单纯挤压伤组（单挤组）临床症状和伤肢明显较轻，11天内未发生死亡。见表1。

图1 各组大鼠体重比较

3 复合性挤压伤远隔器官损伤的病理生理学变化明显加重

3.1 肾脏功能和结构损伤显著重于和早于单挤组、三缺组 （1）复合组血清尿素氮（BUN）和血清肌酐（Cr）均呈进行性升高（P＜0.05，P＜0.01），且依次较单挤组、三缺组更快速、更显著，直至死亡[4]。（2）肾脏组织学和超微结构损伤病变较单挤组更为严重和广泛[4]。复合组肾小球、肾小管、肾间质均迅速发生明显病变：首先出现肾小管上皮细胞损伤，继之出现血液循环改变，尤以皮质内带和外髓侧最为严重，同时，细胞凋亡指数升高，Bax-2和c-Fos蛋白表达增强，Bcl-2和Caspase-3蛋白表达减弱，表明肾损伤为多种因素的综合效应。单挤组和三缺组的上述病变发生率和程度则依次减少和减轻[4]。（3）上述肾脏功能和形态学损伤具有高发性（即全部发生）、速发性（如第1天血清BUN已显著升高）、进行性、敏感程度差异性（即皮质髓质间＞外皮质、内髓质；肾小管＞肾小球；远曲小管＞近曲小管）等特点。（4）血红素毒性参与其损伤机制：肾小管上皮细胞中多种基因表达发生改变（128个基因表达出现上调，101个基因表达出现下调），并发现ATF3、c-fos、c-jun、热休克蛋白（HSP）、β-2肾上腺素受体(B2AR)等差异基因；同时，证实ATF3在血红素损伤中具有保护作用[5]。（5）综合分析表明，在双后肢复合组的27例死亡大鼠中，8例主要死亡于急性肾功能衰竭（即肾源性）。

3.2 心脏功能和结构损伤同样显著重于和早于单挤组与三缺组，心脏损伤及其功能衰竭成为猝死和早期死亡的直接或主要原因 （1）心肌酶谱血清天冬氨酸氨基转移酶（AST）、乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）显著升高，并依次高于单挤组和三缺组（P＜0.01，P＜0.001），尤以1～3天升高更快速更显著，三缺组则仅AST于第7天时呈显著升高[6]。（2）血清血钾快速进行性升高，呈高钾血症，尤其第5天时最为明显，并依次显著高于单挤组和三缺组，其中0.8天猝死1/1例和4.2～5.0天死亡的7/17例均发生严重高钾血症（心脏柔软，心室高度或极度扩张），成为其直接或主要死亡原因。（3）心电图发生明显变化。伤后第1天即出现ST段下移；第3天并出现T波高尖、P波低平；第5天进一步出现QT间期延长；第6.5天出现QRS波群增宽及异常J波。心电图异常具有高发性（72.2%）、速发性、进行性、多样性、广泛性和部位差异性（左心重于右心，心室重于心房，内层重于外层）特点[7]。（4）心肌病变更为严重和广泛。轻者心肌细胞浊肿，嗜酸性变，重者细胞凋亡，甚至点灶状坏死，肌纤维排列紊乱、断裂、糖原颗粒减少甚至消失，线粒体和内质网严重损伤，心室扩张，心室肌和心房肌收缩不同步，病变呈进行性加重，心肌细胞凋亡指数明显升高。心肌组织结构损伤具有高发性、速发性、进行性、心壁不同部位病变程度差异性（内带重于中带和外带）之特点。其心肌损伤程度明显较单挤组和三缺组严重和广泛[7]。（5）心脏损伤在多器官功能障碍衰竭（MODS）中的作用。复合组27例死亡大鼠中，伤后0.8天的1/1例发生心源性猝死，4.2～5.0天内的7/17例（41.2%）和5.2～6.8天内的6/9例（66.7%）虽均发生多器官损伤及功能衰竭，其主要死亡原因均与心脏严重损伤、心力衰竭关系更为密切。于三缺组6.5～11.0天内的4/11例（36.4%）的心脏同样发生严重损伤，其主要死亡原因可能与心力衰竭有关。单挤组的心肌细胞病变和心电图变化均较轻微。

表1 各组大鼠全身和肢体临床征象和伤死率比较（%,每组36只）

3.3 肝脏为继肾脏和心脏之后的易受损远隔器官之一[8]（1）血清ALT早期（1～3天）即较单挤组和三缺组急剧、显著升高（达到对照组的6倍以上，P＜0.01），而于第5天时其升高幅度却锐减，并恰与大鼠死亡高峰时间及肝细胞病变严重时间同步，提示可能与肝细胞合成功能减弱、分泌减少、肝功能衰竭有关[7]。（2）肝脏重量显著减轻，呈急速性、进行性。（3）光镜和电镜显示，肝索细胞进行性萎缩，糖原颗粒极度减少，甚近消失，线粒体肿胀空化，内质网扩张、脱颗粒；重者肝细胞坏死和凋亡；同时累及枯否细胞、储脂细胞、窦内皮细胞。上述变化具有高发性（全部动物发生）、速发性（伤后第1天，ALT即已升高6倍）、进行性（随着持续时间延长，其受损程度逐渐加重，累及范围扩大，第3天已较明显，第5～7天最严重）、不同细胞敏感程度差异性[肝细胞（尤其内带和中带肝细胞）＞枯否细胞＞内皮细胞＞储脂细胞]特点。提示肝脏为复合性挤压伤易受损程度继肾脏、心脏之后的远隔器官之一。

基于肝脏是机体内具有代谢、解毒、免疫等多种功能的重要器官，由其引发的MODS发生发展过程中，肝脏作为受损的远隔器官，不仅是加重MODS、促进死亡的重要或主要参与脏器之一，而且可能由于其功能衰竭成为直接的致死原因。提示在频发的各类灾害而导致人员掩埋（特别是深层掩埋）条件下此类伤员的现场抢救和后续救治过程中，加强保护肝脏，促进损伤修复，仍是提高存活，减少伤残的重要环节之一。

3.4 脾脏也是易受损远隔器官之一 （1）淋巴细胞比率从第1天即持续降低，直至全部死亡。脾脏重量从第1天后脾脏持续严重缩小，重量显著减轻，直至全部死亡。（2）白髓（脾小体）进行性缩小，淋巴细胞数量进行性显著减少，凋亡和坏死的淋巴细胞进行性增多，其中小淋巴细胞较中、大淋巴细胞尤为严重，同时，浆细胞、吞噬细胞、窦内皮细胞也见类似病变同样具有高发性、速发性、进行性、不同细胞敏感度差异性[淋巴细胞（尤其小淋巴细胞）＞浆细胞＞吞噬细胞＞窦和血管内皮细胞]等特点[10]。

基于脾脏是体内最大的淋巴免疫器官，具有免疫、造血、滤血、储血等重要功能，尤其可同时产生体液免疫和细胞免疫反应，组成机体防御的第三道防线。在复合性挤压伤中，脾脏作为受损的远隔器官之一，其损伤不仅严重和广泛，而且快速，极易导致机体免疫功能的迅速、早期低下，故其不仅是加速和加重MODS发生、促进死亡的重要或主要参与脏器之一，而且易于导致其他致命性并发症的发生和发展，提示在掩埋（特别是深层掩埋）条件下复合性挤压伤员的现场和后续救治过程中，加强保护淋巴器官及其免疫功能，促进损伤修复，仍是提高存活，减少并发症的重要环节之一，其意义和重要性远大于单挤伤。

3.5 肺脏也是易受损远隔器官之一，但程度较轻（1）PaO2和PaCO2均显著降低，提示可能发生代谢性酸中毒。（2）肺重量和肺指数均未见明显变化，肺脏发生不同程度充血、水肿、灶状出血、局灶性肺炎样改变、肺泡腔缩小、肺泡隔增宽、血栓等，少数肺Ⅰ型、Ⅱ型细胞凋亡，后者板层小体出现特异性的“多层环行小体”结构，血管内皮细胞、纤维细胞、淋巴细胞退变。上述病变随时间延长呈轻度加重趋势，未见典型的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。细胞凋亡指数增加，凋亡相关因子Bax-2和TNF-α表达增强，前者参与细胞凋亡，后者参与肺脏病理损伤[9]。上述病变依次重于三缺组和单挤组[11]。

基于模拟持续深埋条件下，在所有死亡的复合组27例和三缺组13例大鼠中，肺脏均发生较明显上述损伤，但均属于非致死性病变，更未发生明显的ARDS病变，提示肺脏病变可能主要是参与上述“复合性挤压伤”及其所致MODS发生的因素之一，并非主要因素。

3.6 脑也是易受损远隔器官之一，其基本病变为缺氧性损伤 （1）脑重量和脑指数总体呈逐渐增加趋势。（2）不同脑区神经元细胞及胶质细胞均发生缺氧性改变（神经元缩小、胞浆嗜酸性增强，尼氏体减少，胞核浓缩），部分胶质细胞变性、凋亡，并随缺氧持续时间延长逐渐加重。不同脑区对缺氧的敏感性依次为大脑前回＞小脑＞延脑＞大脑顶叶＞海马；其中神经元的变性重于神经胶质细胞，小脑蒲肯野细胞重于颗粒细胞，并每见充血、水肿发生。经生理、病理学系统对比性动态观测表明，脑组织的缺氧性损伤病变具有累及部位的全脑性、损伤细胞的广泛性、病程发展的阶段性以及不同脑区不同类型细胞对缺氧敏感程度的差异性4个主要特点。上述病变依次重于三缺组和单挤组。

基于复合组的脑组织缺氧性损伤病变与其死亡高峰同步，提示脑病变可能是参与上述复合性挤压伤及其所致MODS发生的主要因素之一，其变化均属于非特异性和非致死性的缺氧所致病变，提示脑病变可能并非直接致死因素。

4 复合性挤压伤大鼠死亡原因比较

基于模拟深埋条件下复合组大鼠属于极重度伤情（即由重度挤压伤、中度低氧、禁食水三种单纯伤复合所致），故其伤情危重，未经治疗，全部在4.2～6.8天死亡，远早于三缺组（8.2±0.7）天（P＜0.01），而单挤组则未发生死亡。

对复合组27例死亡大鼠的临床征象、血清生化、心电图、病理学变化综合分析，除1例于第3天解除挤压后18 h死亡属于心源性猝死外，其余26例均发生了全身性MODS病变；进一步分析发现，其中13例主要为心脏损伤所致，8例主要为肾脏损伤所致，5例则为多器官损伤所致，表明复合性挤压伤的主要死亡原因与本实验中三缺组（MODS占10/13例）和大量文献报道的单纯性挤压伤（传统认为主要是急性肾功能衰竭）的主要死亡原因具有明显不同（即主要累及的远隔靶器官不同所致），提示对掩埋条件下复合性挤压伤员的现场急救和后续全程救治中，对心脏加强保护、减轻损伤、促进其修复需予以充分关注。

5 掩埋条件下复合性挤压伤远隔器官损伤的特点

与单纯性挤压组（即非掩埋条件下的挤压伤）比较，掩埋条件下复合性挤压伤及其各重要远隔器官的损伤具有如下特点：（1）受累及的远隔器官具有广泛性：即肾、心、肝、脾、脑、肺等脏器均受累及，同时，其功能异常和病理变化均呈现发生时间显著提早、损伤程度显著加重、持续时间显著延长，直至死亡。（2）远隔器官损伤的病理生理变化具有共性：即高发性（全部发生）、速发性（伤后第1天即见发生）、进行性（随着持续时间延长，其受损程度逐渐加重，累及范围扩大）、不同细胞损伤和敏感程度差异性。（3）心脏损伤在复合性挤压伤猝死和早期死亡主要原因中更具有重要性：心脏功能指标异常（心肌酶、血钾、心电图等）和病理改变所致的心功能衰竭不仅更易诱发心源性猝死和早期死亡，同时，在MODS的发生发展过程及其死亡原因中具有较“单纯性挤压伤”更重要的临床意义，需予以特别关注。（4）不同远隔器官损伤的临床意义具有差异性：在复合性挤压伤及其挤压综合征和MODS发生发展中的作用和意义有较大不同，即心＞肾＞肝＞脑＞脾＞肺＞胃肠[8]。

6 展望

长期以来，关于复合性挤压伤的研究大多集中于其靶器官肾脏，仅少数涉及心脏，而对其他肝、肺、脑、淋巴免疫组织、胃肠等远隔器官的损伤则罕有报道（如国内近五年出版的多部相关论著中仅述及肾脏、心脏，有的则仅涉及肾）[12-18]。基于挤压综合征是由局部挤压损伤合并肾功能衰竭时所引起的全身性系统性表现，进一步全面探讨和揭示复合性挤压伤时其他远隔器官的病理生理规律特点及其救治是有益的。

迄今关于复合性挤压伤的研究均仅集中于模拟人体单纯性挤压状态下在解除挤压后的病理生理特点、损伤机制与救治。近年来，由于在频发地震等自然灾害及其他灾害（矿难）而发生的人员掩埋（特别是深层掩埋）条件下，挤压伤不仅多见，而且常伴有低氧缺食缺水，或复合其他伤类（骨折、失血、冲击伤、心理应激等），同时，部分伤员由于探寻、挖掘、破拆等原因，只能在遭受掩埋一段时间后，方能获救得以解除挤压。汶川和玉树地震后掩埋伤员的救援实践（典型案例如掩埋的伤员在挖掘救出后搬运途中多例突然猝死）及本课题组前期动物实验研究均已证实，此类复合性挤压伤不仅伤情危重，其远隔器官的损伤也出现不同于单纯性挤压伤的新特点，因此，进一步开展此类复合性挤压伤研究，必将对提高救治水平，对减少伤死率和伤残率具有重要现实意义。

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