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、煤氣等爆炸時產生的沖擊波超壓直接作用于機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，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生的沖擊波已經成為平民和軍事人員日益增加的威脅，尤其現(xiàn)代戰(zhàn)爭和恐怖襲擊中爆炸性武器導致沖擊傷的發(fā)生率達30%～50.4%，已成為戰(zhàn)時致殘、致死的重要原因之一[2，3]。因此研究沖擊傷后肺病理生理、分子生物學等變化，對于判定沖擊傷傷情和早期救治有重要意義，是軍事醫(yī)學和災害醫(yī)學實驗的研究重點。

肺組織因其含氣的結構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]。肺沖擊傷模擬實驗用動物從猴、牛、驢、山羊、綿羊、豬、狗等大動物到貓、兔、大鼠、小鼠等小動物[4]。一般而言，過去原發(fā)肺沖擊傷研究集中在損傷后的病理生理學表現(xiàn)、安全性閾值和預測模型方面，已取得豐富而深入的成果。本文對近年來肺沖擊傷的肺出血、肺破裂、肺水腫、血細胞及凝血功能變化、血氣及肺分流量變化等病理生理機制方面概括其主要進展。

1 肺出血病理生理變化特點及其發(fā)生機理

致傷狗、大鼠、豚鼠、兔等動物大體解剖主要表現(xiàn)為不同程度的肺出血，輕者主要為間質性，且較局限，重者主要為肺泡性、病變較廣泛。光鏡下可見程度不一的肺出血、水腫、肺泡隔撕裂（出血的主要原因之一）[5]。肺泡壁毛細血管床減少，部分毛細血管迂曲、延長、擴張、充血[6]。掃描電鏡下可見肺泡隔上毛細血管破裂口，紅細胞由破裂口逸出，肺泡隔破壞殘留“索條”狀結構（可能與局部應力不均有關）。出血部位多在肺毛細血管或微靜脈處[7]。傷后肺肋面的平行出血條紋是肋間壓痕[8]。電鏡下可見兔肺微血管內皮細胞腫脹致使血管腔狹窄，內皮細胞間裂隙增寬，核腫脹、異染色質增多，以及線粒體腫脹、嵴排列混亂等病理變化[9]。肺泡上皮和血管內皮變性，但肺泡上皮和血管內皮一般都是完整的，細胞連接亦極少出現(xiàn)間隙增寬等改變[10]。大鼠致傷肺毛細血管內皮細胞通透性改變較形態(tài)學改變出現(xiàn)早而顯著；改變有灶性分布的傾向；內皮細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。細支氣管僅見個別淺層裂隙。肺泡隔有破壞，殘留索條狀結構，毛細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胞和毛細血管內皮細胞緊密連接冷凍蝕刻形態(tài)學變化。推論沖擊傷時肺泡上皮細胞和毛細血管內皮細胞緊密連接的破壞是持續(xù)存在的；沖擊傷時肺泡上皮細胞和毛細血管內皮細胞緊密連接有增生[12]。

3 肺水腫病理生理變化

大鼠致傷后發(fā)現(xiàn)肺泡內水腫主要呈灶性或小片狀。鏡下見中等大動脈內膜剝脫，管壁平滑肌離散。小動脈高度收縮，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。電鏡觀察見毛細血管內皮普遍發(fā)生節(jié)段性腫脹。內皮與基底膜分離形成腔隙。毛細血管周細胞和間質細胞也常發(fā)生水腫。重度出血區(qū)肺泡隔受壓變薄，毛細血管管腔變窄。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]。有學者觀察不同壓力梯度爆炸沖擊波對培養(yǎng)的大鼠肺微血管內皮細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皮的通透性顯著增高。顯微觀察顯示，低強度沖擊波致傷時，內皮細胞間隙增大為主要變化，而在中強度以上沖擊波暴露下，則以內皮細胞的脫落性損傷為主。免疫組化分析表明，沖擊波作用下內皮通透性增高的發(fā)生機制與細胞骨架肌球蛋白結構的變化有關。為沖擊波對肺微血管內皮層通透性的影響提供了細胞和分子水平的解釋[14]。

4 血細胞及凝血功能變化

狗、大鼠等致傷后白細胞總數明顯上升，中、重度血紅蛋白輕度減少，傷后淋巴細胞絕對值中度上升，重度反而明顯下降[15]。雄狗致傷后1、2 h可見白細胞減少，6 h后白細胞增加。沖擊傷后有一過性血小板粘附增加。血小板減少出現(xiàn)早而明顯，又無回升趨勢者屬重度傷情[16]。有學者認為創(chuàng)傷后血小板明顯下降是ARDS較為敏感的指標[17]。超微結構的實驗研究發(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，血小板內顆粒減少及血小板開放小管系統(tǒng)擴張），表明血小板被激活，活性物質釋放增加[18]。大鼠沖擊傷后很短時間內（<15 min），肺內就有很明顯的多形核白細胞、血小板聚集。白細胞在肺內的聚集程度與傷情一致[8]。多形核白細胞（PMN）在傷后3～24 h的時間窗內啟動和CD11b在6～12 h的時間窗內表達，推測在胸部創(chuàng)傷中非常重要[19]。大鼠在低頻超壓沖擊波致傷后，外周血多形核白細胞的增加伴隨著轉鐵蛋白復合物濃度的減少。提示在超壓波致傷引起機體的變化中，多形核白細胞CD11b的表達和轉鐵蛋白復合物的應答是血中可能的替代標志物[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，血漿粘度傷后無明顯改變，白細胞粘附率顯著下降，血小板粘附率在重傷組顯著增加，凝血酶原時間和纖維蛋白原含量均無明顯改變，優(yōu)球蛋白溶解時間縮短，3P試驗陽性[22]。

5 血氣及肺分流量變化

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是低氧血癥的主要原因[23]。對家兔、大鼠、綿羊、狗等動物的實驗，觀察血氣變化，發(fā)現(xiàn) pH、PaO2、P（A-a）O2、SaO2均明顯下降，PaCO2升高[24]。但有實驗研究發(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]。另外有學者發(fā)現(xiàn)，弱沖擊作用下或輕度傷、中度傷組動物傷后動脈血氣各時相點除PaCO2有所升高外，均未見明顯改變。提示血氣分析對輕及中度沖擊傷、弱沖擊波引起的閾值肺損傷的診斷可能意義不大[26]。觀察狗致傷傷后血氣變化不明顯，但分流量較傷前明顯增高。提示在判定肺損傷程度時，肺分流量較血氣更有價值[25]。使用Berggren分流率公式計算出肺內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42%[27]。體視學測定表明，大鼠傷后肺泡血氣屏障的算術平均厚度有所增加，其中主要是內皮增厚所致[28]。進一步觀察大鼠、兔、狗不同程度的致傷后早期，血氣屏障的厚度以調和平均厚度（Tht）的變化（增加）最為顯著。大鼠致傷后肺泡毛細血管床容積（Vc）及內表面積（Sc）下降，肺內氣體交換面積（SA+Sc）/2減少，彌散距離增加，導致肺氧彌散量[DLO2]明顯降低，并與PaO2顯著相關[8]。有實驗發(fā)現(xiàn)迷走神經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）、動脈血pH值改變、氧飽和度降低中起重要作用[29]。有學者認為脈搏血氧定量法和動脈血氣決定低氧血癥的程度，可用于對沖擊傷的嚴重程度進行分類[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[31]。發(fā)現(xiàn)家兔致傷后的血清血管緊張素轉換酶（ACE）降低程度與肺損傷程度基本一致，與肺體指數和肺含水率呈負相關，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逐漸恢復正常，傷情嚴重者可能恢復較慢。因CK酶在肺存在一定活性，檢測CK酶有一定的適用價值[32]。發(fā)現(xiàn)綿羊致傷后循環(huán)血內皮細胞數減少，且同肺損傷程度有關。因而認為檢測循環(huán)血內皮細胞對沖擊傷的診斷可能有一定的意義[21]。進一步實驗研究發(fā)現(xiàn)，大鼠致傷后肺微血管內皮細胞ⅧR:Ag含量顯著減少，而且肺毛細血管內皮細胞受損比小動脈嚴重[33]。大鼠致傷后，觀察沖擊傷誘導肺泡-2型上皮細胞（AT-2）凋亡，其與體外的外部凋亡細胞途徑的蛋白質增加相關，如Fas、FasL、半胱天冬酶8、半胱天冬酶3等，進而，肺泡巨噬細胞釋放介質明顯涉及誘導AT-2細胞的凋亡[34]。對羊和大鼠沖擊波致傷后，觀察最大運動能力（心輸出量、動脈血氧分壓、平均動脈壓、平均肺動脈壓變化）減少。最大運動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果[35]。大鼠肺沖擊傷當日和隨后的康復期，食物攝取減少，可能是沖擊波損傷胃腸道和肺的結果[36]。

目前國內外已廣泛開展多種動物沖擊波致傷模型及致傷機理、作用的實驗研究。我國自20世紀70年代開始進行沖擊傷實驗研究，至今已經取得了多項具有世界先進水平的科研成果，對沖擊傷與燒傷、彈片傷、輻射傷等復合沖擊傷的研究，沖擊傷形態(tài)的定量研究等方面也走在世界前列[37]。今后肺沖擊傷實驗研究應對各種類型沖擊波作用安全閾值、沖擊傷不同動物模型嚴重程度等建立普適標準，以客觀地衡量和評價實驗研究成果。

[1]王正國.創(chuàng)傷學基礎與臨床[M].武漢：湖北科技出版社，2007.1277-1278.

[2]Coupland RM，Meddings DR.Mortality associated with use of weapons in armed conflicts，wartime atrocities，and civilian mass shootings:literature review[J].BMJ，1999，319（7207）:407-410.

[3]Cernak I，Savic J，Ignjatovic D，et al.Blast injury from explosive munitions[J].J Trauma，1999，47（1）:96-104.

[4]Rafaels KA，Bass CR，Panzer MB，et al.Pulmonary injury risk assessment for long-duration blasts:A meta-analysis[J].J Trauma，2010，69（2）:368-374.

[5]楊志煥，狄鳳桐，王正國，等.沖擊傷的病理形態(tài)學改變[J].西南國防醫(yī)藥，2003，13（3）:235-237.

[6]范崇熙，張志培，程慶書，等.胸部爆震傷致兔急性呼吸窘迫綜合征模型的建立及相關因素分析[J].中國危重病急救醫(yī)學，2011，23（4）:243-246.

[7]趙 敏，王正國，劉大維.正常和沖擊傷大鼠氣道及肺的掃描電鏡觀察[J]. 第三軍醫(yī)大學學報，1988，1（6）:470-471.

[8]趙 敏，王正國，楊志煥，等.沖擊傷肺的定量形態(tài)學變化[J].解放軍醫(yī)學情報，1994，8（3）:154-155.

[9]王建民，王正國，朱佩芳，等.爆炸沖擊波對肺微血管內皮細胞損傷作用的病理學觀察[J].微循環(huán)學雜志，2001，11（3）:4-6.

[10]王正國，唐承功，張清華，等.肺沖擊傷的病理組織學和超微結構變化[J]. 第三軍醫(yī)大學學報，1990，21（3）:212-221.

[11]朱國標，王正國，王聲文.大鼠沖擊傷時肺毛細血管內皮細胞超微結構的變化[J]. 中國循環(huán)雜志，1990，5（2）:135-137.

[12]朱國標，王正國，王聲文.定量觀察大鼠沖擊傷時肺泡上皮細胞和毛細血管內皮細胞緊密連接冷凍蝕刻形態(tài)學變化[J].電子顯微學報，1988，3（1）:14.

[13]鄭懷恩，程天民，林 遠，等.燒傷、沖擊傷和燒沖復合傷大鼠肺微血管超微結構病變[J].中華整形燒傷外科雜志，1995，11（6）:425-429.

[14]王建民，王正國，朱佩芳，等.沖擊波對肺血管內皮細胞通透性影響的機制[J]. 重慶大學學報（自然科學版），2002，25（2）:45-48.

[15]何慶加，閻永堂，林 遠.中度以上沖擊傷狗的早期臨床觀察[J].第三軍醫(yī)大學學報，1986，8（2）:158-160.

[16]朱佩芳，楊志煥，唐承功，等.狗沖擊傷后血氣、血小板和白細胞粘附率變化[J]. 第三軍醫(yī)大學學報，1991，31（1）:59-62.

[17]Albert KA，Noren I，Rubin M，et al.Respiratory distress following major trauma.Predictive value of blood coagulation test[J].Acta Orthop Scand，1986，57（2）:158-162.

[18]朱國標，王正國，周 萍.大鼠沖擊傷時肺超微結構的變化[J].第三軍醫(yī)大學學報，1989，11（1）:14-17.

[19]Patrick DA，Moore FA，Moore EE，et al.Neutrophil priming and activation in the pathogenesis of postinjury multiple organ failure[J].New Horiz，1996，4（2）:194-210.

[20]Nikolai V Gorbunov，Steve J McFaul，Stephen van Albert，et al.Assessment of inflammatory response and sequestration of blood iron transferrin complexes in a rat model of lung injury resulting from exposure to low-frequency shock waves[J].Crit Care Med，2004，32（4）:1028-1034.

[21]楊志煥，王正國，唐承功，等.沖擊傷早期動脈血氣、循環(huán)血內皮細胞和凝血功能的變化[J].中國創(chuàng)傷雜志，1991，7（增刊）:95-97.

[22]王正國，朱佩芳，楊志煥.三年沖擊傷研究的回顧[J].第三軍醫(yī)大學學報，1991，31（4）:330-334.

[23]Irwin RJ，Lerner MR，Bealer JF，et al.Cardiopulmonary physiology of primary blast injury[J].J Trauma，1997，43（4）:650-658.

[24]張金洲，王 文，段維勛，等.胸部爆炸傷后原發(fā)和繼發(fā)性肺損傷機制研究[J]. 創(chuàng)傷外科雜志，2007，9（4）:347-350.

[25]王正國，沈于干，鄭世鋼，等.沖擊傷早期的肺分流量和血氣變化[J]. 解放軍醫(yī)學雜志，1983，8（1）:1-3.

[26]馬孝華，楊志煥，冷華光.肺沖擊傷后動脈血氣和X線胸片的改變[J]. 西南國防醫(yī)藥，1993，3（1）:6-8.

[27]Voggenreiter G，Majetschak M，Aufmkolk M.Estimation of condensed pulmonary parenchyma from gas exchange parameters in patients with multipletrauma and blunt chest trauma[J].J Trauma，1997，43（1）:8-14.

[28]趙 敏，王正國，劉大維，等.大鼠沖擊傷后肺形態(tài)變化的定量研究：血氣屏障的結構變化分析[J].中華物理醫(yī)學雜志，1990，12（4）:217-219.

[29]Cernak I，Savic J，Malicevic Z，et al.Involvement of the central nervous system in the general response to pulmonary blast injury[J].J Trauma，1996，40（1）:100-107.

[30]de Palma RG，Burris DG，Champion HR，et al.Blast injuries[J].N Engl J Med，2005，352（13）:1335-1342.

[31]周元國，王正國，楊志煥，等.狗沖擊傷血漿組織蛋白酶-D變化與損傷程度的關系[J].第三軍醫(yī)大學學報，1990，12（3）:258-259.

[32]陳榮德，王正國，楊志煥，等.沖擊傷動物的肌酸激酶、乳酸脫氫酶及其同工酶活性探討[J].第三軍醫(yī)大學學報，1991，13（4）:403-404.

[33]劉大維，全榕兵，朱佩芳，等.沖擊傷傷后肺微血管內皮細胞因子Ⅷ相關抗原的組織學檢測[J].解放軍醫(yī)學雜志，1996，21（3）:203-204.

[34]Seitz DH，Perl M，Mangold S，et al.Pulmonary contusion induces alveolar type 2 epithelial cell apoptosis:role of alveolar macrophages and neutrophils[J].Shock，2008，30（5）:537-544.

[35]Mundie TG，Dodd KT，Lagutchik MS，et al.Effects of blast exposure on exercise performance in sheep[J].J Trauma，2000，48（6）:1115-1121.

[36]Bauman RA，Elsayed N，Petras JM，et al.Exposure to sublethal blast overpressure reduces the food intake and exercise performance of rats[J].Toxicology，1997，121（1）:65-79.

[37]李 詩，徐殿國.我國利用生物激波管研究沖擊傷居世界先進水平[J]. 《瞭望》新聞周刊，1995，33（1）:20.