原发性冲击肺损伤动物模型建立变量及建立后的检测

陈子溦，刘碧波，马梦阳，史紫怡，郭雯婷

（1.西安医学院临床医学院，陕西 西安 710021；2.陕西省呼吸病预防与诊治工程研究中心，陕西 西安 710021）

原发性冲击伤（primary blast injury，PBI）指冲击波直接作用于机体，引起肺、脑、胃肠道和听觉视觉等器官的损伤[1]，其中肺作为空腔脏器是冲击伤最易受累的靶器官之一[2，3]。冲击波可通过对肺组织的破裂效应、内爆效应以及惯性作用造成肺泡出血、血气屏障破坏等[4]，进而出现肺水肿、肺气肿、肺破裂，甚至并发急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）[5]以及多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）[6]。原发性肺冲击伤因其外轻内重的表现[7]，在临床救治中判断困难而治疗延搁，但其实际伤情重、发展快、死亡率高。因此，原发性肺冲击伤在近几年的冲击伤实验研究中居重要地位。本文现对近年原发性肺冲击伤动物模型建立中不同变量对损伤强度的影响、建模后常用检测方法以及临床意义进行综述，旨在为原发性冲击肺损伤的研究中动物模型建立方法的选择提供参考。

1 模型建立的变量

1.1 传导介质 这类模型主要研究某一固定冲击波压在不同介质下造成的肺冲击伤的病理情况以及进行对比对照，或者以冲击波参数为变量进行实验探究，了解不同等级的肺冲击伤在不同介质中所需冲击波大小，为临床救治提供信息和方向。目前研究主要分为气体冲击伤、固体冲击伤和水下冲击伤。在空气肺冲击伤和固体肺冲击伤的研究中，主要用到的损伤装置有BST-Ⅰ型生物激波管（家兔）[8，9]、BST-Ⅱ型生物激波管[10]、小型冲击波发生器[11]或多功能小型生物撞击机（由计算机、空气压缩机、储气瓶、电磁阀、升降装置、多种撞击头构成）等[12]。为探究水下爆炸致伤机制，常建立水下爆炸致急性肺损伤动物模型，以新西兰兔为实验对象，爆炸源与受试动物间距离为1.8 m，收集标本并观察检测指标发现实验能较好地模拟水下爆炸肺损伤特点，可以作为水下爆炸动物模型[13]。在固体肺冲击伤的研究中，通常经钢板等坚固物体传导[14]，但在原发性肺冲击伤实验室研究中应用较少。

1.2 物理参数 冲击波发生器致伤是近年来国内外冲击伤实验的主流方法，国内以生物激波管为代表，使用特制的装置将压缩气体释放产生冲击波致伤动物造模，冲击波致伤的主要物理参数可分为冲击波压力峰值、正压作用时间、冲量和压力上升时间，致伤物理参数易控[15]。薛钰奇[16]、Li Y等[17]的早期冲击伤的实验研究主要是通过改变这些物理参数，进行实验动物模型建立，进而推断出不同冲击波造成的原发性肺冲击伤的严重程度，为临床初步判断伤情提供了依据。由于冲击肺相关实验研究的深入，近几年有实验使用激光诱导冲击波装置（laser-inducedstress waves，LISWs）控制激光通量精细化冲击波的强度，使暴露于此冲击波下的动物并发损伤减少，更利于探究冲击波导致的孤立性肺损伤[18，19]。此外，距爆炸物距离[20]、距离爆炸物的角度、空间位置[21]也会作为实验变量。

1.3 其他 在密闭空间建立肺冲击伤动物模型，如在船舶多舱室密闭结构中，大口径弹药爆炸的伤亡率明显高于小口径弹药。实弹与裸弹在致伤类型及死亡率方面无明显差异。不同舱室位置及舱室结构下防护作用不同、死亡率不同[22]。在高原环境对肺冲击伤影响的实验中发现，随着海拔的升高，氧缺乏加重，冲击伤情较平原地区更重，死亡率增加[23]。在外在变量发生改变的同时，自身变量也受到目前研究的广泛关注。Yang A等[24]通过建立幼兔肺冲击伤动物模型，发现肺的不同发育成熟度对爆炸冲击所致伤情也有较大差异。袁丹凤等[9]建立了幼鼠模型开展儿童冲击波肺损伤机制与救治的研究，同时对幼鼠和幼兔的实验数据进行对比发现不同动物种属抗冲击波损伤的能力有所不同。但对于老化肺脏的冲击伤研究则较少。此外，研究表明[25]，妊娠对肺冲击伤其伤情和预后有重要影响。目前肺冲击伤的变量研究已趋向综合化，为临床肺冲击伤病情的发生发展、程度判断等提供了有力的理论支持，也对肺冲击伤有了更加系统化地认识。而肺冲击伤动物模型因其伦理争议小、模型成本不高、耗时低等特点被广泛建立的同时也存在一定问题，如动物模型的解剖结构和生物力学性质与人体存在一定差异，研究结果向临床转换仍存在一定误差。

2 模型建立后的检测

2.1 生理指标 原发性肺冲击伤动物模型建立后，通过检测动物的各项指标得出相关数据为临床判断分级从而更准确的救治处理患者提供参考。动物模型的一般检测主要包括：记录动物造模前后各项生理指标，包括心率、呼吸状况、肛温等，观察前后症状、体征的改变，同时留存生物样本，包括大鼠口鼻分泌物和尿样便样[26]，还可以通过呼吸机、血气分析仪、动脉导管及容量监测仪等测定冲击伤后氧合指数、肺含水量、肺通透指数、肺W/D值[27]等从而间接反映肺冲击伤后肺组织出现的各种病理变化[11]。前期的生理指标简单易得，在救治前期可以作为分级参考，初级地划分患者病情的危急程度。

2.2 影像学检查 影像学观察肺脏病变情况包括胸平片、B 超和CT 分析。薛钰奇[16]的研究证实了体外胸部超声检查能够实现对肺冲击伤的伤情快速评估及动态监测。原发性肺冲击伤病情发展快且死亡率高，快速查明疾病概况对及时有效治疗意义重大，而床旁超声因其便捷、快速、小巧等特点更适用于临床紧急、动态检测伤情变化，可作为评估伤情的优选检测方法之一[8]。Chang Y等[28]采用快速三维重建的方法，通过Micro-CT 分析计算肺损伤的密度值证明通过CT 扫描密度分析可以作为一种评估肺冲击伤的方法。初步对动物模型进行各项检测后，可进行解剖并迅速观察，将检测结果、观察结果与临床实际病例相结合。

2.3 评估分级法 为直观、简便、综合性地反映原发性肺冲击伤动物的伤情概况，目前国内外采取多种评估分级法标记，主要有Yelverton 记分法、脏器损伤分级（organ injury scaling，OIS）和简明损伤评分（abbreviated injury scale，AIS）、评分方法中的损伤严重度评分（injury severity score，ISS）、最大简明损伤定级标准评分（maximal abbreviated injury scale，MAIS）、校正损伤严重度指数（adjusted injury of severity index，ASⅡ）[29]以及Smith 评分等方法，各有利弊，多项实验研究都会联合使用。其中传统的肺损伤评分，大多数实验研究通常采用Yelverton 开发的冲击肺损伤评分方法用于对组织病理改变的最基本的评判。Sajja VS等[30]使用了MATLAB 2015b 图像来处理观察到的损伤结果并与Yelverton 记分法评分结果对比，两者具有显著的相关性。Liu W等[31]在探究肺损伤程度的动态影响时使用Smith 评分体系对H&E 染色后的肺组织进行病理评分。对于冲击波所致的多发伤多采用简明损伤评分（AIS）和损伤严重度评分（ISS）联合评估，当ISS 评分大于35并合并相关的临床情况时实施损伤控制手术（DCS）控制病情发展[32]，但是对于病情评判仍然有一定的局限性，而ASⅡ更针对生物在爆炸中导致的继发伤的病理表现。多种评估方法的联用可以减少对病情漏判。

2.4 其他 胸壁变形速度、支气管支气管肺泡灌洗液中肺表面活性物质相关蛋白-B（Lung surfactant protein B antibody，SP-B）含量、中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白（NGAL）、补体激活、纤溶酶原和髓过氧化物酶水平以与血管内皮细胞损伤程度等也可作为检测病情的指标。有实验发现[33]，胸壁变形率与肺部损伤度之间存在明显的相关性，变形速度的检测可以预测冲击波引起的肺损伤程度。杨傲等[34]通过检测支气管肺泡灌洗液中肺表面活性物质相关蛋白-B 含量辅助病情的评估。刘大维等[35]研究发现，VⅢR:Ag 含量的变化可反映微血管内皮细胞受损情况，血管内皮细胞（VEC）损伤也是冲击伤所致肺损伤的主要病变之一，可反映肺冲击伤伤情。潘建光等[36]研究显示，检测肺爆震伤大鼠早期肺组织和血清NRP-1、VEGF 浓度，可评估肺损伤程度。Lumley A等[37]通过实验发现中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白（NGAL）的升高均与损伤的严重程度相关。Yang Z等[38]采用中速超压诱导麻醉大鼠损伤通过补体溶血法（CH50）和（或）ELISA 分析血液样本中的补体激活、纤溶酶原和髓过氧化物酶水平，发现其在肺损伤后水平明显升高。肺冲击伤的检测方法逐年来呈全面化、多样化。通过这些检测方法对建立模型后的动物病情有客观、量化的评估，进而与临床实际病例相结合，为临床检测病情变化以及临床救治提供了一定的理论基础。但近年来，仍缺乏对肺冲击伤动物模型建立后检测方法系统的研究和阐述，以及不同检测方法在不同类动物模型中与病情相关度和检测准确度的研究。

3 总结与展望

现如今，国内外对原发性肺冲击伤动物模型的建立已日渐成熟，研究方向主要为原发性肺冲击伤的致伤病理特点，其研究结果为临床及时准确判断伤情、尽早医治提供了重要理论支撑，也成为了探索建模新领域的验证依据。如近些年新兴的有限元分析法（Finite Element Analysis，FEA）虽可通过数值模拟方法弥补动物模型的不足，但目前关于人体各结构的相关数值仍未完全获得，且相关研究仍需动物模型辅助，从而验证其可靠性。在冲击伤动物模型向理想全数字化研究跨度的过程中，有关动物模型的建立仍必不可少。在检测方法方面，由于原发性肺冲击伤的特殊病情表现，采用多项联合检测评估，可避免单指标评估造成的病情遗漏、延搁。且随着检测肺冲击伤病情发展过程中体内相关物质变化的研究，预见性评估病情、预防性治疗成为可能。