原發(fā)性沖擊肺損傷動物模型建立變量及建立后的檢測

陳子溦，劉碧波，馬夢陽，史紫怡，郭雯婷

（1.西安醫(yī)學院臨床醫(yī)學院，陜西 西安 710021；2.陜西省呼吸病預防與診治工程研究中心，陜西 西安 710021）

原發(fā)性沖擊傷（primary blast injury，PBI）指沖擊波直接作用于機體，引起肺、腦、胃腸道和聽覺視覺等器官的損傷[1]，其中肺作為空腔臟器是沖擊傷最易受累的靶器官之一[2，3]。沖擊波可通過對肺組織的破裂效應、內(nèi)爆效應以及慣性作用造成肺泡出血、血氣屏障破壞等[4]，進而出現(xiàn)肺水腫、肺氣腫、肺破裂，甚至并發(fā)急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）[5]以及多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）[6]。原發(fā)性肺沖擊傷因其外輕內(nèi)重的表現(xiàn)[7]，在臨床救治中判斷困難而治療延擱，但其實際傷情重、發(fā)展快、死亡率高。因此，原發(fā)性肺沖擊傷在近幾年的沖擊傷實驗研究中居重要地位。本文現(xiàn)對近年原發(fā)性肺沖擊傷動物模型建立中不同變量對損傷強度的影響、建模后常用檢測方法以及臨床意義進行綜述，旨在為原發(fā)性沖擊肺損傷的研究中動物模型建立方法的選擇提供參考。

1 模型建立的變量

1.1 傳導介質(zhì) 這類模型主要研究某一固定沖擊波壓在不同介質(zhì)下造成的肺沖擊傷的病理情況以及進行對比對照，或者以沖擊波參數(shù)為變量進行實驗探究，了解不同等級的肺沖擊傷在不同介質(zhì)中所需沖擊波大小，為臨床救治提供信息和方向。目前研究主要分為氣體沖擊傷、固體沖擊傷和水下沖擊傷。在空氣肺沖擊傷和固體肺沖擊傷的研究中，主要用到的損傷裝置有BST-Ⅰ型生物激波管（家兔）[8，9]、BST-Ⅱ型生物激波管[10]、小型沖擊波發(fā)生器[11]或多功能小型生物撞擊機（由計算機、空氣壓縮機、儲氣瓶、電磁閥、升降裝置、多種撞擊頭構(gòu)成）等[12]。為探究水下爆炸致傷機制，常建立水下爆炸致急性肺損傷動物模型，以新西蘭兔為實驗對象，爆炸源與受試動物間距離為1.8 m，收集標本并觀察檢測指標發(fā)現(xiàn)實驗能較好地模擬水下爆炸肺損傷特點，可以作為水下爆炸動物模型[13]。在固體肺沖擊傷的研究中，通常經(jīng)鋼板等堅固物體傳導[14]，但在原發(fā)性肺沖擊傷實驗室研究中應用較少。

1.2 物理參數(shù) 沖擊波發(fā)生器致傷是近年來國內(nèi)外沖擊傷實驗的主流方法，國內(nèi)以生物激波管為代表，使用特制的裝置將壓縮氣體釋放產(chǎn)生沖擊波致傷動物造模，沖擊波致傷的主要物理參數(shù)可分為沖擊波壓力峰值、正壓作用時間、沖量和壓力上升時間，致傷物理參數(shù)易控[15]。薛鈺奇[16]、Li Y等[17]的早期沖擊傷的實驗研究主要是通過改變這些物理參數(shù)，進行實驗動物模型建立，進而推斷出不同沖擊波造成的原發(fā)性肺沖擊傷的嚴重程度，為臨床初步判斷傷情提供了依據(jù)。由于沖擊肺相關(guān)實驗研究的深入，近幾年有實驗使用激光誘導沖擊波裝置（laser-inducedstress waves，LISWs）控制激光通量精細化沖擊波的強度，使暴露于此沖擊波下的動物并發(fā)損傷減少，更利于探究沖擊波導致的孤立性肺損傷[18，19]。此外，距爆炸物距離[20]、距離爆炸物的角度、空間位置[21]也會作為實驗變量。

1.3 其他 在密閉空間建立肺沖擊傷動物模型，如在船舶多艙室密閉結(jié)構(gòu)中，大口徑彈藥爆炸的傷亡率明顯高于小口徑彈藥。實彈與裸彈在致傷類型及死亡率方面無明顯差異。不同艙室位置及艙室結(jié)構(gòu)下防護作用不同、死亡率不同[22]。在高原環(huán)境對肺沖擊傷影響的實驗中發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高，氧缺乏加重，沖擊傷情較平原地區(qū)更重，死亡率增加[23]。在外在變量發(fā)生改變的同時，自身變量也受到目前研究的廣泛關(guān)注。Yang A等[24]通過建立幼兔肺沖擊傷動物模型，發(fā)現(xiàn)肺的不同發(fā)育成熟度對爆炸沖擊所致傷情也有較大差異。袁丹鳳等[9]建立了幼鼠模型開展兒童沖擊波肺損傷機制與救治的研究，同時對幼鼠和幼兔的實驗數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)不同動物種屬抗沖擊波損傷的能力有所不同。但對于老化肺臟的沖擊傷研究則較少。此外，研究表明[25]，妊娠對肺沖擊傷其傷情和預后有重要影響。目前肺沖擊傷的變量研究已趨向綜合化，為臨床肺沖擊傷病情的發(fā)生發(fā)展、程度判斷等提供了有力的理論支持，也對肺沖擊傷有了更加系統(tǒng)化地認識。而肺沖擊傷動物模型因其倫理爭議小、模型成本不高、耗時低等特點被廣泛建立的同時也存在一定問題，如動物模型的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學性質(zhì)與人體存在一定差異，研究結(jié)果向臨床轉(zhuǎn)換仍存在一定誤差。

2 模型建立后的檢測

2.1 生理指標 原發(fā)性肺沖擊傷動物模型建立后，通過檢測動物的各項指標得出相關(guān)數(shù)據(jù)為臨床判斷分級從而更準確的救治處理患者提供參考。動物模型的一般檢測主要包括：記錄動物造模前后各項生理指標，包括心率、呼吸狀況、肛溫等，觀察前后癥狀、體征的改變，同時留存生物樣本，包括大鼠口鼻分泌物和尿樣便樣[26]，還可以通過呼吸機、血氣分析儀、動脈導管及容量監(jiān)測儀等測定沖擊傷后氧合指數(shù)、肺含水量、肺通透指數(shù)、肺W/D值[27]等從而間接反映肺沖擊傷后肺組織出現(xiàn)的各種病理變化[11]。前期的生理指標簡單易得，在救治前期可以作為分級參考，初級地劃分患者病情的危急程度。

2.2 影像學檢查 影像學觀察肺臟病變情況包括胸平片、B 超和CT 分析。薛鈺奇[16]的研究證實了體外胸部超聲檢查能夠?qū)崿F(xiàn)對肺沖擊傷的傷情快速評估及動態(tài)監(jiān)測。原發(fā)性肺沖擊傷病情發(fā)展快且死亡率高，快速查明疾病概況對及時有效治療意義重大，而床旁超聲因其便捷、快速、小巧等特點更適用于臨床緊急、動態(tài)檢測傷情變化，可作為評估傷情的優(yōu)選檢測方法之一[8]。Chang Y等[28]采用快速三維重建的方法，通過Micro-CT 分析計算肺損傷的密度值證明通過CT 掃描密度分析可以作為一種評估肺沖擊傷的方法。初步對動物模型進行各項檢測后，可進行解剖并迅速觀察，將檢測結(jié)果、觀察結(jié)果與臨床實際病例相結(jié)合。

2.3 評估分級法 為直觀、簡便、綜合性地反映原發(fā)性肺沖擊傷動物的傷情概況，目前國內(nèi)外采取多種評估分級法標記，主要有Yelverton 記分法、臟器損傷分級（organ injury scaling，OIS）和簡明損傷評分（abbreviated injury scale，AIS）、評分方法中的損傷嚴重度評分（injury severity score，ISS）、最大簡明損傷定級標準評分（maximal abbreviated injury scale，MAIS）、校正損傷嚴重度指數(shù)（adjusted injury of severity index，ASⅡ）[29]以及Smith 評分等方法，各有利弊，多項實驗研究都會聯(lián)合使用。其中傳統(tǒng)的肺損傷評分，大多數(shù)實驗研究通常采用Yelverton 開發(fā)的沖擊肺損傷評分方法用于對組織病理改變的最基本的評判。Sajja VS等[30]使用了MATLAB 2015b 圖像來處理觀察到的損傷結(jié)果并與Yelverton 記分法評分結(jié)果對比，兩者具有顯著的相關(guān)性。Liu W等[31]在探究肺損傷程度的動態(tài)影響時使用Smith 評分體系對H&E 染色后的肺組織進行病理評分。對于沖擊波所致的多發(fā)傷多采用簡明損傷評分（AIS）和損傷嚴重度評分（ISS）聯(lián)合評估，當ISS 評分大于35并合并相關(guān)的臨床情況時實施損傷控制手術(shù)（DCS）控制病情發(fā)展[32]，但是對于病情評判仍然有一定的局限性，而ASⅡ更針對生物在爆炸中導致的繼發(fā)傷的病理表現(xiàn)。多種評估方法的聯(lián)用可以減少對病情漏判。

2.4 其他 胸壁變形速度、支氣管支氣管肺泡灌洗液中肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白-B（Lung surfactant protein B antibody，SP-B）含量、中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂蛋白（NGAL）、補體激活、纖溶酶原和髓過氧化物酶水平以與血管內(nèi)皮細胞損傷程度等也可作為檢測病情的指標。有實驗發(fā)現(xiàn)[33]，胸壁變形率與肺部損傷度之間存在明顯的相關(guān)性，變形速度的檢測可以預測沖擊波引起的肺損傷程度。楊傲等[34]通過檢測支氣管肺泡灌洗液中肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白-B 含量輔助病情的評估。劉大維等[35]研究發(fā)現(xiàn)，VⅢR:Ag 含量的變化可反映微血管內(nèi)皮細胞受損情況，血管內(nèi)皮細胞（VEC）損傷也是沖擊傷所致肺損傷的主要病變之一，可反映肺沖擊傷傷情。潘建光等[36]研究顯示，檢測肺爆震傷大鼠早期肺組織和血清NRP-1、VEGF 濃度，可評估肺損傷程度。Lumley A等[37]通過實驗發(fā)現(xiàn)中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂蛋白（NGAL）的升高均與損傷的嚴重程度相關(guān)。Yang Z等[38]采用中速超壓誘導麻醉大鼠損傷通過補體溶血法（CH50）和（或）ELISA 分析血液樣本中的補體激活、纖溶酶原和髓過氧化物酶水平，發(fā)現(xiàn)其在肺損傷后水平明顯升高。肺沖擊傷的檢測方法逐年來呈全面化、多樣化。通過這些檢測方法對建立模型后的動物病情有客觀、量化的評估，進而與臨床實際病例相結(jié)合，為臨床檢測病情變化以及臨床救治提供了一定的理論基礎。但近年來，仍缺乏對肺沖擊傷動物模型建立后檢測方法系統(tǒng)的研究和闡述，以及不同檢測方法在不同類動物模型中與病情相關(guān)度和檢測準確度的研究。

3 總結(jié)與展望

現(xiàn)如今，國內(nèi)外對原發(fā)性肺沖擊傷動物模型的建立已日漸成熟，研究方向主要為原發(fā)性肺沖擊傷的致傷病理特點，其研究結(jié)果為臨床及時準確判斷傷情、盡早醫(yī)治提供了重要理論支撐，也成為了探索建模新領(lǐng)域的驗證依據(jù)。如近些年新興的有限元分析法（Finite Element Analysis，F(xiàn)EA）雖可通過數(shù)值模擬方法彌補動物模型的不足，但目前關(guān)于人體各結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)值仍未完全獲得，且相關(guān)研究仍需動物模型輔助，從而驗證其可靠性。在沖擊傷動物模型向理想全數(shù)字化研究跨度的過程中，有關(guān)動物模型的建立仍必不可少。在檢測方法方面，由于原發(fā)性肺沖擊傷的特殊病情表現(xiàn)，采用多項聯(lián)合檢測評估，可避免單指標評估造成的病情遺漏、延擱。且隨著檢測肺沖擊傷病情發(fā)展過程中體內(nèi)相關(guān)物質(zhì)變化的研究，預見性評估病情、預防性治療成為可能。