不同挤压压力与大鼠挤压伤严重程度的相关性

王 鑫，吕 琪，丁 辉，刘子泉，曾喜欢，王 敬，侯世科

• 论著| ORIGINAL ARTICLES •

不同挤压压力与大鼠挤压伤严重程度的相关性

王 鑫1，2，吕 琪2，丁 辉2，刘子泉2，曾喜欢2，王 敬2，侯世科2

目的初步探讨不同挤压压力与大鼠挤压伤严重程度的相关性。方法将127只雄性Wistar大鼠随机分为对照组（15只）、模型组（56只）、治疗组（56只）。模型组和治疗组大鼠均分别用3 kg及5 kg压力挤压双下肢16 h，治疗组于解压前1 h给予常规无菌生理盐水补液治疗，1 ml/（kg·h），至解压后6 h完成补液。留取造模或治疗后24 h、72 h血液样本及肌肉组织样本进行血生化及湿干重比检测；留取72 h各组组织样本进行组织病理学评估；记录各组72 h生存率。结果模型组大鼠解压24 h后血生化指标钾离子（potassium ions，K+）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）、尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）、肌酐（creatinine，Cr）、谷丙转氨酶（alanine transaminase，ALT）、谷草转氨酶（aspartate transaminase，AST）均升高，与对照组比较（P＜0.001）；与3 kg压力组比较，5 kg压力组血清各指标水平均升高显著（P＜0.01）。5 kg压力组可观察到大片横纹肌溶解、广泛的肾小管管型，远隔器官肺组织出现局灶性炎性细胞浸润及肺泡间隔增厚，但肌肉水肿及72 h生存状况两组之间无差异；给予常规补液治疗后，两不同压力组血生化指标变化不大，但病理损伤减轻，肾小管管型减少；5 kg 压力组未观察到大范围肌细胞坏死溶解、肺泡间隔增厚，炎性细胞渗出亦减轻，但其死亡率并未改善。而与模型组相比，3 kg压力组死亡率减少（P=0.047）。补液后由于灌注量增加，肌肉湿干重比也随之增加。结论在一定范围内挤压伤严重程度与挤压压力呈正相关。

挤压伤；不同挤压力；损伤严重程度；补液治疗

挤压伤（crush injury, CI）/挤压综合征（crush syndrome, CS）是由于肌肉组织丰富的部位，如双下肢骨骼肌，受到外力长时间挤压，在解除压迫后形成的以低血容量性休克和急性肾损伤为代表的横纹肌溶解综合征[1]。地震、交通事故、昏迷等均可导致CI，甚至CS。由于震中建筑物材料各式各样，环境复杂，导致CI/CS的挤压力度各不相同，挤压压力与挤压伤严重程度之间是否存在相关性目前还不清楚。本研究利用两种不同压力挤压大鼠双下肢，观察大鼠各项指标变化，初步评价压力与挤压伤之间的相关性，并给予常规补液治疗，观察其对不同压力所致挤压伤的疗效。

1 材料与方法

1.1实验动物 26周龄、无特定病原体（specific pathogenfree，SPF）级雄性健康Wistar大鼠127只，体重（250±30）g/只，购自中国人民解放军军事医学科学院实验动物中心[生产许可证号：SCXK-(军)-2012-0004]；饲养条件：环境清洁，温度（24±2）℃，湿度55%～65%，每笼8只，自由食水；购买后适应环境至少3 d，然后开始实验。

1.2主要仪器与试剂 全自动血生化分析仪（日立7180）；TP1020半自动台式组织脱水机、EG1150石蜡包埋机、RM2245半自动轮转式切片机（Leica公司，德国）；生理盐水（辰欣药业股份有限公司）。

1.3分组及给药 127只大鼠随机分成对照组（15只）、模型组（56只）、治疗组（56只）。模型组与治疗组大鼠按挤压力的不同再随机分成3 kg压力组（28只）和5 kg压力组（28只）。2%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉，初始剂量为3 ml/kg，挤压期间为每1.5 h腹腔注射0.6 ml/kg，直至挤压结束。麻醉后俯卧位置于鼠板上，四肢无其他任何固定，利用新一代数字化挤压平台（可精确设定挤压重量）挤压双下肢，挤压时间为16 h。模型组大鼠解压后放回鼠笼自由食水，治疗组大鼠于解压前1 h，即挤压15 h时尾静脉置管，经微量泵进行常规无菌生理盐水补液治疗，补液速度为1 ml/（kg·h），解压后放回鼠笼继续补液，直至解压后6 h完成补液。解压后两压力组大鼠再次分为24 h（8只）及72 h（20只）两个时间点进行指标观察。对照组未做任何处理。

1.4样本收集与检测 （1）血生化指标检测：各组大鼠于解压后24、72 h腹腔注射过量戊巴比妥钠深麻醉处死，经下腔静脉收集3 ml血液标本，立即放入促凝管，常温静置15 min后离心（3000 r/min，15 min），吸取上清液利用全自动血生化分析仪进行分析，检测指标包括钾离子（potassium ions，K+）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）、尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）、肌酐（creatinine，Cr）、谷丙转氨酶（alanine transaminase，ALT）、谷草转氨酶（aspartate transaminase，AST）。

（2）肌肉湿干重检测：于解压后24 h、72 h留取挤压部位肌肉，生理盐水涮洗2次，纱布蘸干，电子天平称重记录湿重，而后放入65℃烘箱烘干，直到重量不再减轻，记录干重，计算湿干重比。

（3）组织病理学检测：解压后72 h，留取挤压部位肌肉、肾及肺组织，生理盐水清洗2次，纱布蘸干，4%福尔马林溶液浸泡固定（至少24 h），常规脱水、包埋、切片及苏木精—伊红染色法（ hematoxylin-eosin staining，HE）染色，显微镜下观察评估并采集图像。

（4）生存率：大鼠解压后继续观察72 h，统计各压力组生存状况，制作生存曲线。

1.5统计学处理 应用SPSS 20.0进行统计分析，计数资料以频数和率描述，组间比较采用χ2检验；计量资料以描述，组间比较采用单因素方差分析和t检验，两两比较采用LSD检验，不符合方差齐性或正态性资料采用非参数检验，两两比较采用Nemenyi检验。Kaplan-Meier法绘制生存曲线，log-rank检验比较各组间生存率差别。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1血生化指标变化 模型组解压后24 h，3 kg组K+水平与对照组无明显差异（P=0.664），而5 kg组K+升高明显，与对照组及3 kg组相比，差异有统计学意义（P＜0.001），且常规补液治疗可降低其K+浓度（t=2.410，P=0.047）。模型组CK、BUN、Cr解压后24 h两压力组均明显升高，尤其是5 kg组，其与3 kg组相比有统计学意义（P＜0.05）。补液治疗后未明显改善两组该三项指标变化，反而使3 kg组有升高趋势。ALT、AST于解压后24 h与对照组相比，明显升高（P＜0.01），但不同压力组间差异不明显，补液治疗也未见改善（表1、表2）。解压72 h后，各组血生化指标基本回落至正常范围（表1、表3）。

2.2生存率变化 对照组大鼠全部存活（100%）；模型3 kg组死亡7只（65%），与对照组比较，差异有统计学意义（χ2=6.244，P=0.013）；模型5 kg组死亡6只（70%），与对照组比较，差异有统计学意义（χ2=5.182，P=0.023）；而模型组中两不同压力组间生存率无差异（χ2=0.077，P=0.781），但两组生存曲线存在交叉，说明混杂因素较多，需要进一步实验验证。治疗3 kg组死亡2只，生存率为90%，与对照组间的差异消失，与未治疗的模型3 kg组相比，差异有统计学意义（χ2=3.940，P=0.047）；5 kg组死亡5只，生存率为75%，与模型组5 kg组比较，无明显改善（χ2=0.198，P=0.656，图1）。

2.3湿干重比 模型组解压后挤压部位肌肉出现明显水肿，与对照组相比，差异有统计学意义（P＜0.01，图2），但两不同压力组间比较，差异无统计学意义（P=0.200，表1)。模型3 kg组于解压后72 h基本恢复到对照组水平（表1）。补液治疗后，各组水肿程度加重，与各相应模型组相比，差异有统计学意义，而不同压力组间差异仍无统计学意义（表2、表3）。

表2 解压后24 h模型组与治疗组血生化指标及湿干重比变化情况

表3 解压后72 h模型组与治疗组血生化指标及湿干重比变化情况

图1 解压后72 h生存曲线

图2 下肢肌肉湿干重比

2.4组织病理学变化 如图3所示，对照组大鼠肌肉肌纤维排列整齐，无断裂，无充血及炎性细胞浸润现象。肾小球结构完整，肾小管上皮细胞无脱落及变性坏死，无肾小管管型形成。肺泡结构完整，无间隔增厚及充血，无炎性细胞浸润。

模型组解压后72 h，大鼠肌肉水肿，肌纤维断裂、排列紊乱，其中3 kg组肌纤维间充血、出血明显，出现散在的炎性细胞渗出，而5 kg组局部肌细胞核固缩消失，可观察到大片横纹肌溶解坏死及大量炎性细胞浸润。在给予补液治疗后，肌肉水肿加重，5 kg组未观察到大片横纹肌溶解，组织间炎性细胞浸润也明显改善（图3A）。

模型3 kg组大鼠肾小球充血水肿，可以观察到较多量的肾小管管型，肾小管上皮细胞水肿变性，并存在散在炎性细胞渗出；模型5 kg组大鼠肾小管充血不明显，而肾小管管型进一步增多，广泛分布于肾脏皮、髓质，肾小管扩张，上皮细胞空泡变性，坏死脱落，部分肾小管基底膜破坏，同样可以观察到散在炎性细胞浸润。治疗组两不同压力下大鼠肾脏组织病理改变减轻，肾小管上皮细胞水肿变性明显改善，肾小管管型减少，炎性细胞渗出较模型组减轻（图3B）。

模型3 kg组大鼠肺泡间隔出现轻微断裂，间质轻度增厚并伴有炎性细胞浸润；模型5 kg组大鼠肺泡间隔断裂更加严重，间质增厚明显，可看到间质血管旁及支气管周围局灶性炎性细胞浸润，少量漏入肺泡腔，同时漏入肺泡腔的还有蛋白碎片，可看到透明膜形成。治疗组肺组织病理变化可明显改善，肺泡间质增厚和炎性细胞浸润得到了抑制（图3C）。

图3 解压72 h后大鼠各组织病理切片（HE×200）

3 讨 论

自1941年Bywaters等首次正式提出CS的概念以来，人们对其展开了大量研究。其中的模型研究主要分两种，一是闭合性模型[2,3]，一是开放性模型[4,5]。笔者认为，闭合性模型更能反映真实地震或车祸中CI的形成。此外，多数研究施加到动物肢体的挤压力并不精确，本实验所用挤压平台能精确设定挤压重量及时间，避免了许多不确定性因素。2010年Stratos等[6]通过开放性CI模型研究了不同程度损伤后肌肉组织的恢复情况，但挤压力与CI损伤程度之间关系仍不明确。本实验建立的是不同压力挤压的闭合性大鼠CI模型，评估其损伤程度，而后给予通过常规补液治疗[7]，评估补液治疗对不同挤压力所致CI的疗效。

参考大型地震数据平均解救时间选择16 h为本研究挤压伤模型挤压时间[8,9]。研究证实低血容量性休克和高钾血症是挤压综合征致死的主要原因[1,10]。在本研究中，模型组两不同压力组大鼠解压后72 h生存率和肌肉水肿情况无差异，提示低血容量性休克是解压后致死的主要原因。尽管补液后5 kg组血钾较模型组降低，但仍高于正常水平，因此笔者推测在纠正低血容量性休克后，高钾血症在影响5 kg压力组生存率方面发挥了一定的作用。由此可以得出， 较轻的压力组大鼠死亡的原因是低血容量休克，单纯补液治疗即可纠正这个主要矛盾，而高压力组大鼠死亡原因有低血容量性休克和高钾血症。

双下肢挤压后大鼠血液中各生化指标有明显升高，模型5 kg组升高更加明显，说明较高的挤压力使系统损伤加重。补液治疗使5 kg压力组K+明显降低，血CK、BUN、Cr也有所降低，但差异不显著；3 kg压力组以上各指标模型组与治疗组无显著差异，且5 kg压力组与3 kg压力组补液前存在差异，补液后无差异，说明单纯补液治疗对5 kg压力组也存在一定的治疗效果。3 kg压力组血生化指标于补液后有升高的趋势，是否需要采取更加保守的液体复苏治疗，减少液体输入量，需要进一步研究探讨。反映肝损伤的指标ALT、AST解压后有明显升高，组间差异不明显，补液治疗后亦未改善，可能由于肝脏对进入血液循环的毒性物质较敏感，低浓度的肌肉分解毒性物质即可引起肝脏强烈反应。

模型组5 kg的挤压力量使肌纤维严重破坏，横纹肌大片溶解，这是其损伤更加严重的基础。此外，模型5 kg组肌肉组织可观察到大量炎性细胞渗出，远隔器官肺组织可看到局灶性炎性细胞浸润，由此得出5 kg压力组全身炎性细胞反应较3 kg压力组严重。常规补液治疗后肌肉灌注量增加，使肌纤维断裂、横纹肌溶解及炎细胞浸润均减轻。5 kg组和3 kg组于治疗后肾小管管型均减少，5 kg组肾间质充血加重，说明补液后肾灌注量增加，冲刷肾小管，使管型减少，肾损伤减轻。模型5 kg组出现广泛肺间质增厚，补液治疗后改善。

综上所述，本实验初步证明CI严重程度与挤压力在一定范围内呈正相关。当压力进一步增大时，损伤程度是否会进一步加重有待下一步的研究探讨。当挤压力较轻不足以导致严重损伤时，单纯的补液治疗即可明显改善生存状况，而较重的挤压力所致严重挤压伤还应结合实际情况积极进行联合治疗。

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（2017-01-06收稿2017-03-13修回）

（本文编辑 罗发菊）

Correlation between the severity of crush injury in rats and the different crushing force

WANG Xin1，2, LYV Qi2, DING Hui2, LIU Ziquan2, ZENG Xihuan2, WANG Jing2, and HOU Shike2. 1. Specialty of Emergency Medicine, Xinxiang Medical University, Xinxiang 453003, China; 2. Institute of Disaster Medicine and Public Health, Affiliated Hospital of Logistic University of Chinese People's Armed Police Force, Tianjin 300162, China
Corresponding author: HOU Shike, Email: houshike@126.com

ObjectiveThis study aimed to identify the correlation between the severity of crush injury and the different crushing force.MethodsA total sample of 127 male Wistar rats were randomly divided into a control group (n=15), crush injury group (n=56) and treatment group (n=56). Rats in crush injury and treatment groups suffered bilateral hind limbs crushed with 3 kg and 5 kg forces for 16 hrs, the treatment group received 1 ml/(kg·h) conventional rehydration treatment for 6 hrs following the release of the compressive force. Blood and muscle tissue samples were collected at 24 hrs and 72 hrs after the release of the compressive force for testing of biochemical parameters and the wet dry ratio; tissue samples of each group for histopathologic evaluation was collected at 72 hrs after release of the compressive force; the 72 hr survival rate of each group was recorded.ResultsBiochemical indicators [potassium ions (K+), creatine kinase (CK), blood urea nitrogen (BUN), creatinine (Cr), alanine transaminase (ALT) and aspartate transaminase (AST)] in the crush injury group were all significantly increased 24 hrs after release of the compressive force (P＜0.001) as compared to the control group; the levels of serum biochemical indicators in the 5 kg group were significantly higher 24 hrs after the release of the compressive force compared with 3 kg group (P＜0.01). A large part of rhabdomyolysis and a wide range of renal casts could be found in the 5 kg group, and focal inflammatory cell infiltration and interval thickening appeared in its remote organ lung, but there was no difference in muscle swelling and the 72 hr survival rate between the 3 kg and 5 kg force groups; after receiving conventional rehydration treatment, the biochemical indicators of the 3 kg and 5 kg groups showed little change, however pathological damage was less, renal casts were reduced; a wide range of muscle-cell necrosis and the thickening of alveolar septum were not found in 5 kg group, and its inflammatory cell infiltration was also reduced, but the survival rate was not improved. Compared with the crush injury group, the mortality rate was decreased in 3 kg group (P=0.047). After treatment the wet dry ratio increased caused by the increase of perfusion.ConclusionsThe severity of crush injury was positively correlated with the amount of crushing force within certain realms.

crush injury; different crushing force; severity of damage; rehydration treatment

R642

10.13919/j.issn.2095-6274.2017.04.001

十三五重点研发计划（2016YFC0802806）；天津市科技计划课题（15ZXLCSY00040，15PTGCCX00130）

1. 453003，河南省新乡医学院急诊医学专业；2. 300162 天津，武警后勤学院附属医院救援医学研究所

侯世科，E-mail：houshike@126.com