大鼠肺爆震伤模型的建立与伤情分析

徐立，金海



大鼠肺爆震伤模型的建立与伤情分析

徐立，金海

［摘要］目的建立密闭胸部爆震伤模型，并探讨其作用于实验动物的相关病理生理变化。方法用爆震伤模型模拟爆炸致伤，根据所受冲击波压强的不同，将所有大鼠按数字表法随机分为3组。A组:正常对照组，未给予爆炸处理;B组:采用额定1．5个标准大气压上限密闭爆炸处理;C组:采用额定3个标准大气压上限密闭爆炸处理。每组20只。爆炸后统计大鼠的生存率及死亡率，检测血炎性因子的变化情况，观察肺病理改变等。结果C组大鼠死亡率(40%)、病理损伤程度及炎性因子的含量明显高于B组(25%)和A组(0)。结论在一定大气压的密闭环境下．大鼠肺部爆震伤伤情随压强的增大而加重。死亡率随体内肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及白细胞介素-6(IL-6)的量的增加而增加，二者亦随冲击波压强的增大而呈相关性增长。

［关键词］爆震伤;胸部爆震伤模型;肺部损伤;大鼠

［作者单位］200433上海，第二军医大学长海医院胸心外科

近年来局部战争、炸弹恐怖袭击及意外爆炸事故频发，对此类事件的研究资料进行分析后显示爆炸导致的肺爆震伤逐渐增多，死于肺部爆震伤的人数也呈不断上升趋势。Propper等［1］对现在战创伤的分析表明:胸外伤是战争的主要外伤和主要死亡原因，而胸部损伤最常见的是闭合伤、爆震伤，而不是传统的穿透伤，并且由此引起的伤后死亡率较高。尽管胸部爆震伤伤势严重，伤情复杂，伤后并发症多，致死、致残率高，但在战场条件下，医疗救治的资源会相对匮乏，因此对肺爆震伤的早期诊断、伤情程度分级的判断并根据结果进行分类救治是十分必要的。本研究旨在制备并利用一种冲击波原发性爆震伤动物模型来模拟在不同压力下动物爆震伤的伤情，从而确认模型的有效性并为研究和治疗胸部爆震伤提供较稳定的实验平台。

1　材料与方法

1．1实验动物与材料

雄性SD大鼠，体质量180～220 g，由第二军医大学动物实验中心提供［动物许可证号:SCXK(沪) 2012-0003］。置于室温22～24℃，湿度40%～60%，彤暗周期12 h/12 h的环境中，实验前适应性饲养1周，自由进水、饮食。主要仪器及试剂:动物爆震伤实验模拟器具，国家实用新型专利号201310302385．2(上海市闸北区宝昌路78号侯氏车床精加工公司加工);电控制雷管(爆速约7 200 m/s，爆压约36 GPa，安徽省郎溪县火药制品有限责任公司生产);压力控制阀(东莞金中液压有限公司生产);HITACHI 20PR-52D高速低温离心机(日本);大鼠皮质酮放射免疫分析试剂盒(北京北方生物技术研究所);SN-697全自动双探头放射免疫计数器(上海核所日环光电仪器有限公司研制);OLYMPUS BX51显微镜(日本)。

1．2方法

1．2．1实验动物分组将50只SD大鼠按数字表法随机分为A组(正常对照组)10只:未给予爆炸处理;B组20只:采用额定0．15 MPa上限密闭爆炸处理;C组20只:采用额定0．30 MPa上限密闭爆炸处理。试验后3组SD大鼠均置于室温22～24℃，湿度40%～60%，彤暗周期12 h/12 h的环境中，自由进水、饮食。

1．2．2爆震伤模型的建立爆震伤实验模拟器分为2腔，并采用一体式密封盖，事先将实验动物固定于动物腔内，并保证胸部的受力范围。随后将爆炸物放置于爆破腔内，盖上一体式密封盖。爆炸物爆炸后，爆炸废物会由过滤网过滤在爆破腔内，以防爆炸碎片干扰实验，当动物放置腔内压力达到预先设定的临界点时，高压调节阀自动排出多余压力。从而使B、C组大鼠分别充分遭受到0．15、0.30 MPa压力的冲击波伤害。爆炸后立即松开大鼠，观察有无明显的胸壁损伤，并给予相应的救治处理，待各项生命体征相对稳定后放回笼内，无干扰喂养。

1．2．3肺组织病理活检大鼠处死采血后迅速打开胸腔取出肺组织，常规石蜡包埋制片，苏木精-伊红染色(HE染色)，光镜观察病理变化。

1．2．4肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6 (IL-6)测定:用注射器(肝素抗凝处理后)经大鼠左颈总动脉抽取2 ml动脉血，离心(3 000 r/min，10 min)，收集上层悬液，－20℃保存，随后用酶联免疫分析法检测TNF-α和IL-6含量。每次采血后补充等量生理盐水。

1．2．5死亡率伤后10 min内死亡为当场死亡，余鼠连续观察7 d，伤后7 d仍存活者做放血处死。并计算死亡率。

1．2．6肺损伤分级标准肺损伤参考李兵仓等［2］分级标准:(1)轻度肺损伤:肺1叶或数叶点灶状或2叶以内斑块状出血，切面挤压可见少量粉红色或血性泡沫样液体流出，或镜检有水肿;(2)中度肺损伤:1叶或数叶斑块状或2个以内小片状出血，2叶以上肺表面较膨胀，切面见小支气管腔内有少许泡沫样液体，挤压时较多液体流出。

1．3统计学处理

应用SPSS 18．0统计软件对实验数据进行统计分析。所有数据用均数±标准差(±s)表示，2组间比较采用独立样本t检验，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用最小显著性差异法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2．1实验动物死亡情况

A组大鼠10只，全部存活;B组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组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病理改变及损伤程度分级

2．2．1肺组织病理改变大体观察，A组大鼠见正常结构大小支气管和肺泡结构清晰。B组损伤较轻，表现为局限性肺挫伤，散在点状出血。C组动物表现为广泛的肺挫伤、肺大疱、肺撕裂、肺门血管破裂。胞质内灶状溶解，炎性细胞浸润，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“肺大疱”样改变，以肺外侧缘较重;偶见微血栓及肺透明膜形成;肺间质和肺泡水肿，甚至肺泡结构完全破坏。以24 h内变化最为明显，至伤后72 h肺泡渗出减轻，中性粒细胞浸润减少，损伤区与非损伤区界限明显，见图1。

图1　3组大鼠肺组织病理损伤差异(HE染色×200)

2．2．2损伤分级20只A组大鼠相对于B组肺损伤较轻，除2只达中度损伤外，其他均为轻度损伤;C组损伤明显重于B组，20只动物损伤均达到中度损伤的标准，见图2。

图2　3组大鼠肺大体损伤程度

2．3 TNF-α与IL-6A组大鼠TNF-α为(4．52± 0.4)μg/L，IL-6为(3．64±0．06)μg/L;B组大鼠TNF-α为(8．07±0．92)μg/L，IL-6为(2．18±1.06) μg/L;C组大鼠TNF-α为(10．98±1．8)μg/L，IL-6 为(9．48±0．36)μg/L。与A组相比，B、C组家兔爆震伤后TNF-α、IL-6指标均明显升高，且差异有统计学意义(P＜0．05)。见图3。

图3　3组大鼠细胞因子水平的比较

3　讨论

本研究利用密闭可控压模具模拟了胸部原发性冲击波损伤。爆炸性损伤是一种复合性损伤，汇集了破片伤、冲击波伤、烧伤等多种损伤于一体。爆炸中产生的冲击波气流可导致大气压快速改变，因此对人体造成的损伤为原发性冲击伤［3-5］。单纯弹片投射所致火器伤是早期的爆炸性创伤研究的主要关注点。近年来随着研究的深入，人们逐渐将研究重点转向单纯冲击波致伤的肺爆震伤(亦原发性肺爆震伤)，亦出现了相应模型用于观察伤后肺组织原发性病理生理变化及实验体主要死亡原因。这种动物爆炸伤模型便于研究爆炸伤的发生机制，为临床治疗提供依据，但是，其可控性和精确性尚有待改进，急需标准化稳定模型。钟代星［6］等按照不同炸药量和致伤距离所产生的压强模拟室内的犬爆震伤，爆炸后监测犬的基本生命体征、血气等，通过犬的存活率，筛选出了一种适合室内胸部爆震动物模型。这个模型成功构建肺爆震伤的动物模型。然而，犬类等大型动物实验花费较高，饲养困难，相应的生物学实验试剂也较为缺乏。所以，大鼠等小型实验动物是研究胸部爆炸伤的首选。Satoh等［7］利用激光在小鼠上模拟出了肺爆震伤该模型可以灵活控制能量来控制冲击波峰压不产生污染，操作简便，对场地要求较少，可以在实验室完成。但以激光模拟爆炸源不能模拟出爆炸冲击波的复杂性和破坏性。针对以上胸部爆震伤模型的优势及不足，本实验爆炸强度充足，爆炸冲击波参数明确，超压负压效果明显且可控制，腔内所受压力恒一，与现实中爆炸性武器所产生的冲击波相似。腔内炸药可燃烧完全，且爆炸碎片得以最大程度地过滤，避免产生爆炸大碎片造成的直接损伤与穿透伤，能较真实地模拟爆炸冲击波的效应，且避免了其他因素的干扰，致伤因素较为单纯。装置简单，操作方便，可重复性高。该模型可充分模拟现场爆炸致伤，肺是受冲击波作用的重要靶器官，胸部在经历爆震伤后，多以肺出血和肺水肿为突出特点，伤情重且复杂，多呈现“外轻内重”表现。本爆震伤模具的实验数据显示，肺的损伤和出血情况与肺部所遭受的冲击波的压强强度相关。本模具所模拟实验动物的胸部爆震伤更接近于爆炸冲击波致原发性急性肺损伤的发生和发展，且与之前的模具模拟的单侧或复合性胸部爆震伤相比，本模具模拟的实验大鼠均双肺受损。综上所述，本模型的实验方法稳定，实验结果理想，是可靠的胸部爆炸伤动物实验模型，为今后更好地研究胸部爆炸伤致伤机制及后续治疗干预提供了一个较好的实验平台。就肺部损伤而言，TNF-α和IL-6是炎症反应中重要的细胞因子［8］，TNF-α作为肺部炎症的重要因子，一方面可与细胞内相应的受体结合，使溶酶体破裂，对组

织造成损伤;另一方面它可刺激巨噬细胞及单核细胞分泌IL-6，进一步对肺组织造成损伤，从而引发继发性肺水肿的加重。本实验研究结果显示爆震伤后的肺部损伤情况与大鼠血浆中TNF-α和IL-6的浓度呈正相关，提示这2种炎性因子在爆震伤肺的致伤机制中起着一定作用。

［参考文献］

［1］Propper BW，Gifford SM，Calhoon JH，etal．Wartime thoracic injury:perspectives inmodern warfare［J］．Ann Thorac Surg，2010，89(4):1032-1035．DOI:10．1016/j．athoracsur．2010．01．014．

［2］李兵仓，张良潮，陈志强，等．某榴弹致伤绵羊后的破片伤与冲击伤［J］．中华创伤杂志，1999，15(6):451-454．DOI:10．3760/j:issn:1001-8050．1999．06．016．

［3］CLEMEDSON CJ．Blast injury［J］．Physiol Rev，1956，36(3): 336-354．

［4］Wolf SJ，Bebarta VS，Bonnett CJ，et al．Blast injuries［J］．Lancet，2009，374(9687):405-415．DOI:10．1016/S0140-6736 (09)60257-9．

［5］马劼，陆丹，贺世明，等．开放型犬颅脑爆震伤模型的建立［J］．中华神经外科疾病研究杂志，2010，9(2):109-111．DOI:10．3969/j．issn．1671-2897．2010．02．004．

［6］钟代星，程庆书，朱常亮，等．爆轰塔内胸部爆震伤模型的建立及病理生理改变．第四军医大学学报，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．

(本文编辑:张阵阵)

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，电子信箱:jinh-z@sohu．com

［基金项目］第二军医大学军事医学专项基金(2012JS18)

［中图分类号］R82

［文献标识码］A［DOI］10．3969/j．issn．1009－0754．2016．01．003