原發(fā)肺沖擊傷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物病理生理學(xué)研究進(jìn)展

李懷東，張兆瑞綜述，陳良安審校

炸藥、炸彈（含核彈、燃料空氣炸彈）、鍋爐、煤氣等爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波超壓直接作用于機(jī)體所造成的損傷稱為原發(fā)沖擊傷或爆震傷（blast injury）。其中以原發(fā)肺沖擊傷最具代表性[1]。近年來(lái)，世界上局部沖突頻發(fā)，恐怖事件、日常突發(fā)事件（如煤氣、煤礦瓦斯爆炸等）不斷增多，暴露在爆炸物爆炸產(chǎn)生的沖擊波已經(jīng)成為平民和軍事人員日益增加的威脅，尤其現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和恐怖襲擊中爆炸性武器導(dǎo)致沖擊傷的發(fā)生率達(dá)30%～50.4%，已成為戰(zhàn)時(shí)致殘、致死的重要原因之一[2，3]。因此研究沖擊傷后肺病理生理、分子生物學(xué)等變化，對(duì)于判定沖擊傷傷情和早期救治有重要意義，是軍事醫(yī)學(xué)和災(zāi)害醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)。

肺組織因其含氣的結(jié)構(gòu)特征使其在爆炸致傷中成為靶器官。肺沖擊傷病理變化主要表現(xiàn)在肺出血、肺水腫、肺破裂、肺大泡、肺萎陷、肺氣腫。其他有肺挫傷、氣胸、血胸、縱隔氣腫、皮下氣腫[1]。肺沖擊傷模擬實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物從猴、牛、驢、山羊、綿羊、豬、狗等大動(dòng)物到貓、兔、大鼠、小鼠等小動(dòng)物[4]。一般而言，過(guò)去原發(fā)肺沖擊傷研究集中在損傷后的病理生理學(xué)表現(xiàn)、安全性閾值和預(yù)測(cè)模型方面，已取得豐富而深入的成果。本文對(duì)近年來(lái)肺沖擊傷的肺出血、肺破裂、肺水腫、血細(xì)胞及凝血功能變化、血?dú)饧胺畏至髁孔兓炔±砩頇C(jī)制方面概括其主要進(jìn)展。

1 肺出血病理生理變化特點(diǎn)及其發(fā)生機(jī)理

致傷狗、大鼠、豚鼠、兔等動(dòng)物大體解剖主要表現(xiàn)為不同程度的肺出血，輕者主要為間質(zhì)性，且較局限，重者主要為肺泡性、病變較廣泛。光鏡下可見(jiàn)程度不一的肺出血、水腫、肺泡隔撕裂（出血的主要原因之一）[5]。肺泡壁毛細(xì)血管床減少，部分毛細(xì)血管迂曲、延長(zhǎng)、擴(kuò)張、充血[6]。掃描電鏡下可見(jiàn)肺泡隔上毛細(xì)血管破裂口，紅細(xì)胞由破裂口逸出，肺泡隔破壞殘留“索條”狀結(jié)構(gòu)（可能與局部應(yīng)力不均有關(guān)）。出血部位多在肺毛細(xì)血管或微靜脈處[7]。傷后肺肋面的平行出血條紋是肋間壓痕[8]。電鏡下可見(jiàn)兔肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹致使血管腔狹窄，內(nèi)皮細(xì)胞間裂隙增寬，核腫脹、異染色質(zhì)增多，以及線粒體腫脹、嵴排列混亂等病理變化[9]。肺泡上皮和血管內(nèi)皮變性，但肺泡上皮和血管內(nèi)皮一般都是完整的，細(xì)胞連接亦極少出現(xiàn)間隙增寬等改變[10]。大鼠致傷肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性改變較形態(tài)學(xué)改變出現(xiàn)早而顯著；改變有灶性分布的傾向；內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接有明顯的破壞性改變[11]。

2 肺破裂病理生理變化

掃描電境觀察見(jiàn)大鼠氣管和支氣管黏膜有淺層剝脫和因上皮撕裂而出現(xiàn)的裂縫。細(xì)支氣管僅見(jiàn)個(gè)別淺層裂隙。肺泡隔有破壞，殘留索條狀結(jié)構(gòu)，毛細(xì)血管有裂隙和窗孔形成[7]。肺泡腔萎陷組織呈裂隙狀改變；部分肺泡間隔斷裂[6]。大鼠致傷用冷凍蝕刻電鏡觀察肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接冷凍蝕刻形態(tài)學(xué)變化。推論沖擊傷時(shí)肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接的破壞是持續(xù)存在的；沖擊傷時(shí)肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接有增生[12]。

3 肺水腫病理生理變化

大鼠致傷后發(fā)現(xiàn)肺泡內(nèi)水腫主要呈灶性或小片狀。鏡下見(jiàn)中等大動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫，管壁平滑肌離散。小動(dòng)脈高度收縮，部分血管周間隙有出血水腫。逐漸水腫區(qū)肺泡腔透明膜形成。電鏡觀察見(jiàn)毛細(xì)血管內(nèi)皮普遍發(fā)生節(jié)段性腫脹。內(nèi)皮與基底膜分離形成腔隙。毛細(xì)血管周細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞也常發(fā)生水腫。重度出血區(qū)肺泡隔受壓變薄，毛細(xì)血管管腔變窄。提示爆炸沖擊波所引起的微血管通透性變化在傷后肺水腫的發(fā)生中具有十分重要的意義[13]。有學(xué)者觀察不同壓力梯度爆炸沖擊波對(duì)培養(yǎng)的大鼠肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞單層通透性的影響，發(fā)現(xiàn)100 kPa（1 kPa=7.5 mmHg）左右的爆炸沖擊波壓力作用即可使所有單層內(nèi)皮的通透性顯著增高。顯微觀察顯示，低強(qiáng)度沖擊波致傷時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞間隙增大為主要變化，而在中強(qiáng)度以上沖擊波暴露下，則以內(nèi)皮細(xì)胞的脫落性損傷為主。免疫組化分析表明，沖擊波作用下內(nèi)皮通透性增高的發(fā)生機(jī)制與細(xì)胞骨架肌球蛋白結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。為沖擊波對(duì)肺微血管內(nèi)皮層通透性的影響提供了細(xì)胞和分子水平的解釋[14]。

4 血細(xì)胞及凝血功能變化

狗、大鼠等致傷后白細(xì)胞總數(shù)明顯上升，中、重度血紅蛋白輕度減少，傷后淋巴細(xì)胞絕對(duì)值中度上升，重度反而明顯下降[15]。雄狗致傷后1、2 h可見(jiàn)白細(xì)胞減少，6 h后白細(xì)胞增加。沖擊傷后有一過(guò)性血小板粘附增加。血小板減少出現(xiàn)早而明顯，又無(wú)回升趨勢(shì)者屬重度傷情[16]。有學(xué)者認(rèn)為創(chuàng)傷后血小板明顯下降是ARDS較為敏感的指標(biāo)[17]。超微結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大鼠致傷后電鏡觀察及硝酸斕示蹤均發(fā)現(xiàn)血小板的一系列變化（血小板腫脹、空泡及破壞，血小板內(nèi)顆粒減少及血小板開(kāi)放小管系統(tǒng)擴(kuò)張），表明血小板被激活，活性物質(zhì)釋放增加[18]。大鼠沖擊傷后很短時(shí)間內(nèi)（<15 min），肺內(nèi)就有很明顯的多形核白細(xì)胞、血小板聚集。白細(xì)胞在肺內(nèi)的聚集程度與傷情一致[8]。多形核白細(xì)胞（PMN）在傷后3～24 h的時(shí)間窗內(nèi)啟動(dòng)和CD11b在6～12 h的時(shí)間窗內(nèi)表達(dá)，推測(cè)在胸部創(chuàng)傷中非常重要[19]。大鼠在低頻超壓沖擊波致傷后，外周血多形核白細(xì)胞的增加伴隨著轉(zhuǎn)鐵蛋白復(fù)合物濃度的減少。提示在超壓波致傷引起機(jī)體的變化中，多形核白細(xì)胞CD11b的表達(dá)和轉(zhuǎn)鐵蛋白復(fù)合物的應(yīng)答是血中可能的替代標(biāo)志物[20]。觀察發(fā)現(xiàn)綿羊致傷后凝血功能和纖溶功能均有所改變，以纖溶功能的改變更為明顯[21]。狗致傷后全血粘度明顯增高，血漿粘度傷后無(wú)明顯改變，白細(xì)胞粘附率顯著下降，血小板粘附率在重傷組顯著增加，凝血酶原時(shí)間和纖維蛋白原含量均無(wú)明顯改變，優(yōu)球蛋白溶解時(shí)間縮短，3P試驗(yàn)陽(yáng)性[22]。

5 血?dú)饧胺畏至髁孔兓?/h2>

低氧血癥是肺沖擊傷最主要的病理生理改變，通氣與血流比例失調(diào)是低氧血癥的主要原因[23]。對(duì)家兔、大鼠、綿羊、狗等動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)，觀察血?dú)庾兓?，發(fā)現(xiàn) pH、PaO2、P（A-a）O2、SaO2均明顯下降，PaCO2升高[24]。但有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)狗致傷后8 h肺除PaO2有一些降低外，PaCO2、HCO-3、BE和pH等變化均不明顯[25]。另外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，弱沖擊作用下或輕度傷、中度傷組動(dòng)物傷后動(dòng)脈血?dú)飧鲿r(shí)相點(diǎn)除PaCO2有所升高外，均未見(jiàn)明顯改變。提示血?dú)夥治鰧?duì)輕及中度沖擊傷、弱沖擊波引起的閾值肺損傷的診斷可能意義不大[26]。觀察狗致傷傷后血?dú)庾兓幻黠@，但分流量較傷前明顯增高。提示在判定肺損傷程度時(shí)，肺分流量較血?dú)飧袃r(jià)值[25]。使用Berggren分流率公式計(jì)算出肺內(nèi)分流可隨肺挫傷面積的增大而增大。生理分流率<5%，而沖擊傷后分流率可高達(dá)42%[27]。體視學(xué)測(cè)定表明，大鼠傷后肺泡血?dú)馄琳系乃阈g(shù)平均厚度有所增加，其中主要是內(nèi)皮增厚所致[28]。進(jìn)一步觀察大鼠、兔、狗不同程度的致傷后早期，血?dú)馄琳系暮穸纫哉{(diào)和平均厚度（Tht）的變化（增加）最為顯著。大鼠致傷后肺泡毛細(xì)血管床容積（Vc）及內(nèi)表面積（Sc）下降，肺內(nèi)氣體交換面積（SA+Sc）/2減少，彌散距離增加，導(dǎo)致肺氧彌散量[DLO2]明顯降低，并與PaO2顯著相關(guān)[8]。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)迷走神經(jīng)興奮在沖擊波損傷后出現(xiàn)呼吸功能紊亂（呼吸暫停和淺而快的呼吸）、動(dòng)脈血pH值改變、氧飽和度降低中起重要作用[29]。有學(xué)者認(rèn)為脈搏血氧定量法和動(dòng)脈血?dú)鉀Q定低氧血癥的程度，可用于對(duì)沖擊傷的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類[30]。

6 其他病理生理改變

發(fā)現(xiàn)狗致傷后肺傷情與血漿組織蛋白酶-D（Cath-D）變化是一致的，二者為顯著正相關(guān)[31]。發(fā)現(xiàn)家兔致傷后的血清血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）降低程度與肺損傷程度基本一致，與肺體指數(shù)和肺含水率呈負(fù)相關(guān)，肺組織出血滲血區(qū)中ACE活性變化與血清ACE變化大致相同[22]。觀察狗致傷后CK酶活性6 h酶活力顯著升高，至24 h逐漸恢復(fù)正常，傷情嚴(yán)重者可能恢復(fù)較慢。因CK酶在肺存在一定活性，檢測(cè)CK酶有一定的適用價(jià)值[32]。發(fā)現(xiàn)綿羊致傷后循環(huán)血內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)減少，且同肺損傷程度有關(guān)。因而認(rèn)為檢測(cè)循環(huán)血內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)沖擊傷的診斷可能有一定的意義[21]。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大鼠致傷后肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞ⅧR:Ag含量顯著減少，而且肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞受損比小動(dòng)脈嚴(yán)重[33]。大鼠致傷后，觀察沖擊傷誘導(dǎo)肺泡-2型上皮細(xì)胞（AT-2）凋亡，其與體外的外部凋亡細(xì)胞途徑的蛋白質(zhì)增加相關(guān)，如Fas、FasL、半胱天冬酶8、半胱天冬酶3等，進(jìn)而，肺泡巨噬細(xì)胞釋放介質(zhì)明顯涉及誘導(dǎo)AT-2細(xì)胞的凋亡[34]。對(duì)羊和大鼠沖擊波致傷后，觀察最大運(yùn)動(dòng)能力（心輸出量、動(dòng)脈血氧分壓、平均動(dòng)脈壓、平均肺動(dòng)脈壓變化）減少。最大運(yùn)動(dòng)能力減少可能是沖擊傷后心臟損傷、肺損傷或兩者損傷的結(jié)果[35]。大鼠肺沖擊傷當(dāng)日和隨后的康復(fù)期，食物攝取減少，可能是沖擊波損傷胃腸道和肺的結(jié)果[36]。

目前國(guó)內(nèi)外已廣泛開(kāi)展多種動(dòng)物沖擊波致傷模型及致傷機(jī)理、作用的實(shí)驗(yàn)研究。我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行沖擊傷實(shí)驗(yàn)研究，至今已經(jīng)取得了多項(xiàng)具有世界先進(jìn)水平的科研成果，對(duì)沖擊傷與燒傷、彈片傷、輻射傷等復(fù)合沖擊傷的研究，沖擊傷形態(tài)的定量研究等方面也走在世界前列[37]。今后肺沖擊傷實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)對(duì)各種類型沖擊波作用安全閾值、沖擊傷不同動(dòng)物模型嚴(yán)重程度等建立普適標(biāo)準(zhǔn)，以客觀地衡量和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究成果。

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