槍彈傷致肢體開(kāi)放性骨缺損合并海水浸泡兔模型的建立

陳肖松，張 淦，劉勝杰，王 智，陳聰聰

中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇一醫(yī)院骨一科,合肥 233031

海水浸泡傷常見(jiàn)于海戰(zhàn)及登陸作戰(zhàn)中，相關(guān)研究顯示，大規(guī)模登陸作戰(zhàn)總減員占40%～50%，而傷員發(fā)生概率達(dá)70%～80%[1]。機(jī)體受火器傷后，局部組織遭到嚴(yán)重破壞，經(jīng)海水浸泡可加劇受傷組織過(guò)氧化脂質(zhì)反應(yīng)，抑制抗氧化物酶活性，從而導(dǎo)致能量代謝障礙和細(xì)胞膜酶活性下降，過(guò)度炎癥反應(yīng)明顯，影響受損組織的修復(fù)[2]，使得病情更復(fù)雜，致殘率及病死率也將更高。因此，本實(shí)驗(yàn)擬建立槍彈傷致肢體開(kāi)放性骨缺損合并海水浸泡兔模型，觀察其損傷情況及病理生理變化，為今后海水環(huán)境下四肢戰(zhàn)創(chuàng)傷救治研究提供理論依據(jù)。

材料與方法

1 動(dòng)物及分組

選擇20只日本大耳家兔，由安徽醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供[許可證號(hào)：SYXK(皖)2017-006]，體重(2.5±0.4)kg，實(shí)驗(yàn)期間動(dòng)物分籠飼養(yǎng)于安徽醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心室內(nèi)。本研究獲安徽醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)審批(批號(hào)：202004001)。按隨機(jī)數(shù)字表法將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分為A、B兩組，每組10只，A組為空白對(duì)照組，B組為海水浸泡組。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

本實(shí)驗(yàn)所使用海水為人工海水，配比方法及主要指標(biāo)[3]：氯化鈉(NaCl)22.260g/L、硫酸鎂(MgSO)43.248g/L、氯化鈣(CaCl)21.153g/L、碳酸氫鈉(NaHCO)30.198g/L、氯化鉀(KCl)0.721g/L等，滲透壓(1250±12)mmol/L、酸堿度(pH值)8.2、鈉(Na+)濃度(630±53)mmol/L、平均密度為1.025g/cm3。BL420型生理信號(hào)采集分析系統(tǒng)(成都泰盟軟件有限公司)；Olympus光學(xué)顯微鏡(日本)；西門(mén)子DR雙板YSIO型X線攝片機(jī)(德國(guó))；Taiva-R139轉(zhuǎn)輪式石蠟切片機(jī)(湖北)。槍支及彈丸指標(biāo)：中國(guó)東風(fēng)速射運(yùn)動(dòng)手槍SS04型，口徑為5.6mm，初速(V10)為(227±7.61)m/s，使用直徑5.6mm槍彈。20%烏拉坦注射液(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，批號(hào)20210907)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)輔助試劑均由安徽盛銘醫(yī)藥有限公司提供。

3 方法

將20%烏拉坦(4mg/kg)通過(guò)耳緣靜脈注射進(jìn)行麻醉，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物固定于支架上，隨機(jī)擇單側(cè)后肢對(duì)準(zhǔn)股骨中段進(jìn)行槍擊，槍口距離20cm，造成股骨開(kāi)放性骨缺損，傷后各組患肢均簡(jiǎn)單固定及包扎，連接監(jiān)護(hù)儀。A組曠置1h；B組將兔整體浸泡于人工海水1h，容器為50L容積的儲(chǔ)物箱，人工海水總量以僅露出兔頸以上部位為準(zhǔn)，水溫控制在21℃，室溫25℃[3]。于遠(yuǎn)心端結(jié)扎兔左側(cè)頸總動(dòng)脈，靠近遠(yuǎn)心端結(jié)扎處作一切口，向心臟方向?qū)?dòng)脈插管插入動(dòng)脈，并進(jìn)行結(jié)扎，連接BL420型(信號(hào)采集分析系統(tǒng))。

各組動(dòng)物于傷后1h行傷肢X線攝片，攝片后處死，離斷槍擊傷的肢體，截取以傷口為中心上下2cm彈道傷周?chē)鷧^(qū)域的骨及軟組織，10%的甲醛處理標(biāo)本，固定24h，硝酸溶液脫鈣，制成石蠟切片，厚度5μm。

4 觀察指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)傷后動(dòng)物死亡情況、患肢傷道情況。行X線攝片，觀察槍彈傷造成股骨骨折及骨缺損的情況。以槍擊時(shí)間為基點(diǎn)(A組曠置1h，B組海水浸泡1h)，傷后即刻和1h監(jiān)測(cè)記錄兩組動(dòng)物呼吸、心率、血壓等生命體征指標(biāo)變化。將動(dòng)物傷肢標(biāo)本石蠟切片行HE染色后，顯微鏡下觀察標(biāo)本傷道周?chē)羌败浗M織受損狀況。

5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1 一般情況

兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均造成傷肢槍彈穿透?jìng)?，傷道入口及出口處周?chē)つw及肌肉組織均有燒灼表現(xiàn)，入口較小，均<0.5cm，形狀較規(guī)則，出口較大，均約2cm，邊緣呈撕裂狀，并且出口處可見(jiàn)斷裂的股骨骨質(zhì)外露，斷端附近可見(jiàn)游離骨塊，大小不等，斷端處缺損范圍約1.5cm。槍彈致傷后觀察60min，兩組動(dòng)物均未出現(xiàn)死亡，B組動(dòng)物傷道經(jīng)人工海水浸泡60min后，與A組動(dòng)物比較，傷道周?chē)浗M織炎癥反應(yīng)較重，水腫更明顯。見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物槍擊后傷口情況。a.槍擊后動(dòng)物照片；b.傷道入口，形狀較規(guī)則;c.A組動(dòng)物曠置60min后傷道出口;d.B組動(dòng)物經(jīng)人工海水浸泡60min后傷道出口

2 影像學(xué)觀察

兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物傷肢X線片顯示：股骨干呈粉碎性骨折，并伴有骨質(zhì)缺損，斷端附近可見(jiàn)游離骨塊，大小不等。部分標(biāo)本可見(jiàn)彈頭碎裂后的高密度影，兩組動(dòng)物在傷后1h攝片無(wú)明顯區(qū)別。見(jiàn)圖2。

圖2 槍彈傷后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物股骨X線片檢查情況。a.A組動(dòng)物傷后1h X線片;b.B組動(dòng)物傷后1h X線片，a與b均為股骨粉碎性骨折，兩者無(wú)明顯區(qū)別

3 生命體征

傷后1h，兩組動(dòng)物呼吸頻率均升高，A組呼吸頻率變化差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，B組呼吸頻率變動(dòng)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩組動(dòng)物心率在傷后1h均增高，A組心率變化差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，B組變化差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；A組動(dòng)物在傷后1h血壓無(wú)明顯變化，B組動(dòng)物血壓在傷后1h升高，收縮壓及舒張壓變化差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組傷后即時(shí)及傷后1h生命體征指標(biāo)的變化比較

4 組織學(xué)觀察

病理切片光鏡下觀察顯示，兩組動(dòng)物患肢傷道周?chē)梢?jiàn)原發(fā)傷道區(qū)、挫傷區(qū)及震蕩區(qū)。兩組原發(fā)傷道區(qū)均為壞死組織，無(wú)正常組織結(jié)構(gòu)。A組挫傷區(qū)部分肌纖維斷裂，變性壞死，主要表現(xiàn)為橫紋消失、胞漿內(nèi)出現(xiàn)大量空泡，肌漿染色不均或呈明顯嗜酸性，胞核消失或排列紊亂，可見(jiàn)核碎裂。間質(zhì)血管淤血，出血，有少量炎細(xì)胞浸潤(rùn)。震蕩區(qū)肌纖維不同程度的變性，局灶性溶解性壞死。間質(zhì)輕度水腫，血管淤血，見(jiàn)少量紅細(xì)胞和炎細(xì)胞。B組挫傷區(qū)肌纖維大片壞死，部分區(qū)域組織徹底壞死，僅見(jiàn)一些殘存的結(jié)締組織和少量肌組織碎片，伴有大量炎細(xì)胞浸潤(rùn)，間質(zhì)血管淤血，大量出血。震蕩區(qū)發(fā)生大片繼發(fā)性肌變性壞死，肌纖維排列紊亂，間質(zhì)嚴(yán)重水腫、淤血，有中等量炎細(xì)胞浸潤(rùn)，灶性出血。見(jiàn)圖3、4。

圖3 A組傷后曠置1h彈孔周?chē)浗M織病理變化HE染色(×100)。a.挫傷區(qū);b.震蕩區(qū)

圖4 B組傷后海水浸泡1h彈孔周?chē)浗M織病理變化HE染色(×100)。a.挫傷區(qū);b.震蕩區(qū)

討 論

由于特殊的作戰(zhàn)環(huán)境，參加海戰(zhàn)及登陸作戰(zhàn)的傷員在傷后常伴有長(zhǎng)時(shí)間的海水浸泡。火器傷經(jīng)海水浸泡后，會(huì)明顯增加傷員的病死率和致殘率，是后勤醫(yī)療保障部門(mén)必須重視和解決的難題[4]。

軍用槍支應(yīng)用于建立槍彈傷模型時(shí)，由于彈頭初速快、動(dòng)能極高，近距離槍擊實(shí)驗(yàn)造成極大的侵切傷[5]。目前常見(jiàn)的槍彈傷動(dòng)物模型均為大型動(dòng)物，如豬、羊、狗等，價(jià)格昂貴，并且飼養(yǎng)和進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)十分不便，即使這樣，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物病死率也極高[6]。如果在造模時(shí)合并海水浸泡等致傷因素，動(dòng)物病死率更高，后期實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的觀察和處理十分困難。本研究選擇了小口徑運(yùn)動(dòng)手槍用于建立四肢開(kāi)放性骨缺損槍彈傷并合并海水浸泡動(dòng)物模型，嘗試通過(guò)減小彈頭初速度和動(dòng)能，保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的存活及救治研究，同時(shí)最大程度模擬實(shí)彈的致傷效果。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，槍彈導(dǎo)致機(jī)體損害有以下機(jī)制[7]：子彈擊中機(jī)體組織，引起直接損傷；沖擊波致軟組織損傷增加；瞬時(shí)空腔效應(yīng)。彈丸致傷程度與機(jī)體組織的彈性和硬度有關(guān)，彈丸擊中低硬度高彈性組織，其損耗能量小，創(chuàng)傷較輕，如肌肉組織、肺等[8]。如擊中硬度較高但彈性較小的組織，如骨組織，則損傷較重，能量損耗大，易出現(xiàn)粉碎性骨折。采用本實(shí)驗(yàn)的方法造模后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物傷肢攝片顯示：股骨干呈粉碎性骨折，并伴有骨質(zhì)缺損，斷端之間可見(jiàn)粉碎的骨塊和彈頭碎片。其結(jié)果與多數(shù)研究中軍用槍支所造成動(dòng)物或人體肢體粉碎性骨折(骨缺損)模型相似[9]，且實(shí)驗(yàn)動(dòng)物無(wú)一死亡。但由于本實(shí)驗(yàn)采用槍支發(fā)射的為低速槍彈，對(duì)機(jī)體組織的損傷是否有沖擊波和瞬時(shí)空腔效應(yīng)的參與尚未可知。

與淡水相比較，海水滲透壓高、含堿量高，同時(shí)攜帶多種細(xì)菌，pH并不固定，大致為7.9～8.4，呈較強(qiáng)堿性[10]。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，動(dòng)物肢體被火器致傷，再經(jīng)海水浸泡后，機(jī)體組織受到傷害會(huì)更加嚴(yán)重[11]。進(jìn)一步的研究明確了其相關(guān)機(jī)制，海水由于多種化學(xué)離子的存在，滲透壓較高，損傷的機(jī)體經(jīng)海水浸泡后，可導(dǎo)致機(jī)體高滲性體液轉(zhuǎn)移，從而引起微循環(huán)供血的缺乏，造成血流動(dòng)力學(xué)改變[12]。機(jī)體組織如果出現(xiàn)缺血低氧的狀態(tài)，氧自由基及超氧化物的聚集會(huì)隨之而來(lái)，誘發(fā)過(guò)氧化脂質(zhì)反應(yīng)，最終致受損組織周?chē)芡ㄍ感栽龃?，間質(zhì)水腫，反復(fù)惡性循環(huán)嚴(yán)重?fù)p傷機(jī)體組織[13]。本實(shí)驗(yàn)中B組動(dòng)物肢體火器傷浸泡于人工海水后，呼吸頻率和心率增快，舒張壓及收縮壓增高，考慮可能與海水浸泡后，動(dòng)物機(jī)體內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的變化有關(guān)。病理切片光鏡下觀察顯示，兩組動(dòng)物患肢傷道周?chē)霈F(xiàn)原發(fā)傷道區(qū)、挫傷區(qū)及震蕩區(qū)，B組標(biāo)本炎癥反應(yīng)、水腫程度及范圍方面均較A組嚴(yán)重，其結(jié)果與多數(shù)海水浸泡傷研究中組織損傷的表現(xiàn)一致[14]。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)采用的槍彈傷致肢體開(kāi)放性骨缺損合并海水浸泡兔模型，模擬了海水環(huán)境下傷員四肢受到槍擊后出現(xiàn)開(kāi)放性骨缺損合并海水浸泡的傷情。模型穩(wěn)定性好、可行性強(qiáng)，動(dòng)物病死率低，且模型采用的動(dòng)物體型較小，飼養(yǎng)和觀察方便，費(fèi)用成本較低，適用于海水環(huán)境下四肢戰(zhàn)創(chuàng)傷救治的相關(guān)研究。

作者貢獻(xiàn)聲明：陳肖松：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、論文撰寫(xiě)；張淦：實(shí)施研究、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)分析；劉勝杰、王智、陳聰聰：實(shí)施研究、采集數(shù)據(jù)