郭運(yùn)林，張榮偉

爆炸（炸藥、炸彈、鍋爐、煤氣等）是一種極為迅速的伴有巨大能量釋放的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，瞬間形成高溫高壓的氣體急速膨脹形成多個(gè)壓縮波，多個(gè)壓縮波的重疊就形成了沖擊波（blast wave）。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）［1］。伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中78%的傷員為爆炸傷［2］。顱腦爆震傷具有高致殘率、高死亡率、救治難度大等特點(diǎn)。現(xiàn)將常用顱腦爆震傷模型綜述如下。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

國(guó)內(nèi)外關(guān)于爆炸模型做很多不同的嘗試，爆震傷實(shí)驗(yàn)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，還有果蠅幼蟲(chóng)（第三齡期） 等昆蟲(chóng)［3，4］。大鼠、兔小型動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方便，易于飼養(yǎng)，較容易取得大樣本量實(shí)驗(yàn)標(biāo)本。小型動(dòng)物對(duì)研究局部致傷的即時(shí)病理變化和探索早期死亡原因很有意義［5］。小型動(dòng)物難于觀測(cè)長(zhǎng)期致傷因素效應(yīng)，同時(shí)對(duì)施加實(shí)驗(yàn)干預(yù)帶來(lái)困難。觀察實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)期效應(yīng)，在爆炸傷救治方法的研究中，豬、羊等大動(dòng)物具有優(yōu)勢(shì)［6］。當(dāng)下爆震裝置及參數(shù)當(dāng)量控制較為科學(xué)，基于小型動(dòng)物自身及技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，爆震傷動(dòng)物模型多偏向于一些小型動(dòng)物，避免了大型動(dòng)物馴化以及喂養(yǎng)等不便。

2 實(shí)驗(yàn)建模

爆震傷模型分為直接爆震造模和間接爆震造模，國(guó)內(nèi)外多采用自制設(shè)備間接爆震造模。爆炸傷模型經(jīng)歷了從原始的黑火藥鞭炮、雷管，以至到后期的太安（pentaerythritol tetra－nitrate，PETN）炸藥等，爆炸模型在不斷地改進(jìn)，一些爆炸當(dāng)量數(shù)據(jù)也不斷科學(xué)、精細(xì)。Bass等［3］用 0．22 口徑炮彈（溫徹斯特彈藥），充電電池引燃導(dǎo)線，5．1 cm直徑激光管中爆炸，激光管另一端連接培養(yǎng)皿，培養(yǎng)皿周圍安裝壓力傳感器，研究肺部爆震傷，間接推測(cè)人體肺部損傷。該類動(dòng)物模型致傷后死亡率高，制作穩(wěn)定、可重復(fù)爆震模型難度大。侯立軍等［7］采用雷管爆炸和高速鋼球模擬爆炸現(xiàn)場(chǎng)。爆炸源爆速6726 m／s，中心爆壓為 33 700 kPa（1 kPa＝7．5 mmHg），4000 K黑索金產(chǎn)生暴熱，交流電電激發(fā)起爆，時(shí)間為3．5～6．0 ms。7．62 mm 滑膛槍同步發(fā)射 0．7 g 鋼球，初速度950 ms，射距6 m（第三軍醫(yī)大學(xué)附屬大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所）。鋼球觸發(fā)爆炸源，爆震波先于鋼球到達(dá)動(dòng)物顱腦，惠普（hp）TC－150型激光測(cè)速系統(tǒng)，記錄沖擊波壓力，DS－8型智能測(cè)速儀記錄投射物撞擊速度，計(jì)算撞擊動(dòng)能及傳遞給組織的動(dòng)能。爆震波先于鋼球500 ms到達(dá)頭顱，建立穩(wěn)定犬（四川成年健康雜種犬）顱腦爆炸傷模型，發(fā)現(xiàn)爆震傷后動(dòng)物短暫呼吸、心率、腦電活動(dòng)消失，Axelsson 等［8］研究也發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。Lockhart等［9］研究顯示致死率與爆源、頭部間的距離呈明顯負(fù)相關(guān)，而與頭部姿勢(shì)無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。該模型證明，顱腦爆炸傷有其本身的組織病理學(xué)改變，顱腦挫傷范圍小，蛛網(wǎng)膜下腔出血、硬膜下血腫及腦室內(nèi)出血發(fā)生率高。模型爆炸環(huán)境模擬逼真，但不能明確單純爆震致傷程度。湯宏等［10］對(duì)楚燕飛等［11］爆炸傷模型加以改良，無(wú)開(kāi)顱暴露硬腦膜，600 mg TNT（重慶市八四五工廠定制）電雷管懸吊于 SD（Sprague－Dawley）大鼠（第三軍醫(yī)大學(xué)附屬大坪醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供））頭部正上方，分別距離8、10、12 cm，木盒子保護(hù)大鼠肺及軀干，113A31傳感器 （美國(guó)pcb公司）和Wavebook／516A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集爆震當(dāng)量參數(shù)，頭部正上方12 cm處制作出穩(wěn)定大鼠顱腦爆震傷模型，模型采用TNT雷管爆炸，證實(shí)爆源與顱腦損傷程度存在關(guān)聯(lián)，具體機(jī)制尚須進(jìn)一步研究。TNT雷管爆炸產(chǎn)生的沖擊波以射流為主，各個(gè)方向不盡相同，不易標(biāo)準(zhǔn)化，重復(fù)性欠佳［12］。雷管產(chǎn)生沖擊波同時(shí)生成破片，采用TNT炸藥球致傷方法則不產(chǎn)生破片，便于單因素分析沖擊波對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物影響。馬劼等［13］采用太安（pentaerythritol tetranitrate，PETN）780 mg（與1 g TNT，直徑為10 mm效果相當(dāng)）。壓裝密度 1．5 g／cm3，爆壓 22 GPa，爆速 7．4 km ／s。導(dǎo)爆索線直徑為1 mm，裝藥量為0．5 g／m（西北核技術(shù)研究所研制），6 V干電池引爆，通過(guò)導(dǎo)爆索起爆爆炸源。選取成年雜種犬（唐都醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供）顱中線向左（或右）1 cm，眶上緣向上1 cm交界處為爆震中心位置，爆炸源固定距頭部皮膚 3．0、3．5、4．0 mm，距頭顱3．5 mm處成功制作開(kāi)放型犬顱腦爆震傷模型，短時(shí)間內(nèi)動(dòng)物死亡率偏高，給觀察、治療性研究帶來(lái)不便。張弛等［14］用雄性SD大鼠（第四軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供），內(nèi)裝PETN直徑2．5 mm爆炸球（西北核技術(shù)研究所提供），壓裝密度 1．5 g／cm3，當(dāng)量 15．6 mg TNT，爆速 7 500 m ／s，爆壓22 GPa。實(shí)驗(yàn)時(shí)以交流電引爆，銀制柔性導(dǎo)爆索引爆爆炸源。炸藥球置于右額葉頂部（人字縫和矢狀縫中點(diǎn)右側(cè)3．0 mm），距離頭皮 2．0 mm 爆炸。成功制作爆震傷動(dòng)物模型，該模型首創(chuàng)小當(dāng)量模型，死亡率低，重復(fù)性好，避免了高強(qiáng)度爆震波作用于顱腦腦干生命中樞產(chǎn)生呼吸抑制，降低了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡率，爆炸球裝藥量可控，與爆震源距離容易操控，可制作不同程度爆震傷模型。另外一種模型采用激光模擬爆震裝置，目前爆震波模擬裝置分為生物激波管裝置、激光沖擊波發(fā)生裝置等，目前應(yīng)用最廣、成熟的模擬沖擊波裝置當(dāng)屬生物激波管技術(shù)［15］。Satoh利用高能激光的瞬時(shí)致爆效應(yīng)模擬爆炸沖擊波，該方法因較易控制激光的能量，實(shí)驗(yàn)參數(shù)較其他爆震傷更客觀、穩(wěn)定［16］。但該種模擬裝置難以真實(shí)達(dá)到火器爆震傷環(huán)境。

3 指標(biāo)檢測(cè)

顱腦爆震傷生命體征及組織病理不同于其他器官。死亡率高的原因推測(cè)與傷及腦干或者腦組織水腫明顯形成腦疝。爆震傷后動(dòng)物生命體征在不同方面反映致傷演變變化，顱腦爆震傷后監(jiān)測(cè)生化參數(shù)、組織蛋白參數(shù)復(fù)雜多樣。因此只有通過(guò)大量穩(wěn)定、成功的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯?，才能明確具體病理生理機(jī)制。爆震傷后腦干損傷及腦疝形成都可出現(xiàn)呼吸、心率等變化，常規(guī)生命體征觀察指標(biāo)是必不可少監(jiān)測(cè)內(nèi)容，呼吸、心率、血壓、脈壓差等不同程度反映顱腦致傷后變化。及早發(fā)現(xiàn)異常不但能及時(shí)挽救動(dòng)物，減少實(shí)驗(yàn)誤差，而且還能發(fā)現(xiàn)一些特異體征變化，生命體征在一定程度上反映著致傷動(dòng)物轉(zhuǎn)良或者加重等繼發(fā)性變化。生理指標(biāo)觀測(cè)動(dòng)物之外，還可通過(guò)影像學(xué)資料來(lái)證實(shí)爆震傷損傷程度，CT可明確骨質(zhì)及顱內(nèi)挫傷、出血情況，同時(shí)中線偏移及是否具備腦疝跡象，MRI可較CT更早的發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)變化，張永明等［17］通過(guò)MRI成像研究爆震傷后致傷灶水腫變化。組織病理變化是所有致傷模型金標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)光鏡可觀察細(xì)胞間隙變化、細(xì)胞核變化及損傷后神經(jīng)小體、細(xì)胞質(zhì)染色變化。電子顯微鏡可顯示細(xì)胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器細(xì)致變化。免疫組化可為動(dòng)物爆震傷后基因、蛋白分子水平提供分子生物學(xué)研究基礎(chǔ)。張廣林等［18］通過(guò)爆震傷模型還對(duì)谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、淀粉（AMY）、尿素氮（BUN）、肌酸激酶（CK）水平及顱內(nèi)壓（ICP）等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究爆震傷損傷演變過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主張實(shí)施動(dòng)物爆震傷系統(tǒng)檢測(cè)，通過(guò)生命體征、脈壓差、平均動(dòng)脈壓、生化電解質(zhì)、血氧、興奮性氨基酸、神經(jīng)遞質(zhì)及小分子蛋白綜合指標(biāo)反映機(jī)體病理生理變化，從而深一步闡明損傷機(jī)制。Moore等［19］將爆炸模型通過(guò)傳感器記錄體內(nèi)數(shù)據(jù)變化。大量實(shí)驗(yàn)采用腦干濕重法評(píng)定爆震傷后腦水腫程度，證實(shí)了爆震后腦水腫時(shí)間曲線，制定出不同時(shí)期治療腦水腫方案?；艚ǖ龋?0］研究兔顱腦爆炸傷水通道蛋白4（AQP4）與垂體ACTH分泌之間聯(lián)系。初步揭示了爆震傷后腦水腫與腎上腺皮質(zhì)激素部分相關(guān)聯(lián)系，為進(jìn)一步深層次內(nèi)部機(jī)制研究奠定了分子基礎(chǔ)。爆震傷后血腦屏障變化對(duì)傷情的進(jìn)展較其他影響因素更為明顯，Kamei等［21］研究認(rèn)為 TNF－α 破壞血腦屏障、參與腦水腫的形成，繼發(fā)細(xì)胞凋亡及多器官功能衰竭。Holmin等［22］發(fā)現(xiàn)血漿內(nèi)皮素（endothelin，ET） 和腫瘤壞死因子 （tumor necrosis factor，TNF）均可引起血腦屏障破壞和血管源性腦水腫。顱腦損傷后多繼發(fā)一些器官功能障礙，ET和TNF可反映爆震傷后應(yīng)激器官功能狀態(tài)。這相應(yīng)解釋了腦損傷后起初看似較輕，逐步加重甚至危及生命的現(xiàn)狀。Cheng等［23］在小鼠爆炸模型致傷后，顱腦出現(xiàn)毛細(xì)血管內(nèi)皮的損傷、神經(jīng)纖維斷裂和腦實(shí)質(zhì)間隙擴(kuò)大。張廣林等［18］利用犬爆震傷模型研究了腦水腫和感染的早期救治。爆震傷神經(jīng)元病變機(jī)制研究對(duì)爆震傷檢測(cè)和治療研究同樣不容忽視，爆炸沖擊波所致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷與神經(jīng)元代謝障礙有關(guān)［8］。因爆震傷的特殊性，對(duì)于爆震傷的治療性研究不同于其他類型的顱腦撞擊或者打擊傷，因此將更加科學(xué)的檢測(cè)、治療方式引入爆震傷需要穩(wěn)定、可靠模型來(lái)支撐。

總之，根據(jù)顱腦爆震傷致傷模型觀察時(shí)間及實(shí)驗(yàn)指標(biāo)選擇合適動(dòng)物，需要長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)或者治療動(dòng)物模型多采用大型動(dòng)物，因小型動(dòng)物致傷后存活時(shí)間短，死亡率高，不適于長(zhǎng)程動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。小型動(dòng)物因價(jià)格便宜，易于短程、重復(fù)率高的實(shí)驗(yàn)。穩(wěn)定的動(dòng)物模型也是研究爆震傷動(dòng)物生理、病理及分子生物學(xué)變化的基礎(chǔ)，爆震傷導(dǎo)致腦組織原發(fā)損傷發(fā)生、發(fā)展同時(shí)繼發(fā)損傷也在影響著動(dòng)物，通過(guò)動(dòng)物模型生命指標(biāo)觀察、檢測(cè)與其他顱腦損傷相對(duì)比可發(fā)現(xiàn)爆震傷特有的部分變化。目前缺乏標(biāo)準(zhǔn)顱腦爆震傷模型，需待進(jìn)一步研究。

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