刘彤 任宪奔 李营 韩守孟 张为 李明昌

爆震伤(即冲击伤)是指冲击波击中时释放出的能量而造成的各种损伤,是战争中最常见的损伤。颅脑爆震伤与其他创伤相似，但又有其特殊性，能引起神经功能障碍。本研究通过建立颅脑爆震伤大鼠模型，检测爆震伤对大鼠神经功能的损害作用，探讨其初步机制，为颅脑爆震伤的防治提供一种可靠的动物模型。

材料与方法

1.实验材料：水合氯醛(武汉谷歌试剂公司)，免疫荧光抗体TUNEL试剂盒(Roche)，免疫组化抗体ZO-1(三鹰公司)，50g当量圆柱状TNT炸药(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室)，高速相机图像采集系统(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室)。

2.实验动物分组：选择健康雄性SD大鼠32只，体重200～220 g，由北京维通利华实验动物中心提供。采用随机数字表法分成对照组和模型组，模型组每组依据距离爆源远近(分别为0.4 m，0.5 m，0.6 m，0.7 m处)各随机放置4只大鼠，分别为模型组1、2、3、4小组，对照组4只放置在同一现场远处，无爆源影响。颅脑爆震伤模型2小时后，行神经行为学评分，然后取大鼠脑组织进行研究。

3.实验方法：动物模型制备：TNT爆炸后无金属弹片，完全由爆炸冲击波释放能量，造成大鼠脑部单纯爆震伤。 神经行为学评分：大鼠神经功能评分采用改良Garcia，同一单盲者在造模后2小时进行评估，分为6项指标进行评分(0～3或1～3分)，具体包括：(1)自主活动；(2)四肢活动；(3)提尾时前爪伸展；(4)攀爬抓持；(5)躯干两边的触摸反应；(6)大鼠触须反应。最多18分，最少零分。评分越低，说明神经功能越差。 爆炸冲击波强度数据计算：在爆炸试验中，圆柱形炸药的质量为50 g，炸药直径为30 mm，炸药高度为43.4 mm。本研究利用商用有限元软件ANSYS/AUTODYN对实验结果进行数值模拟。模拟计算出距离爆原不同距离位置处冲击波的超压峰值及产生的冲量。

4.TUNEL双标免疫荧光法检测大鼠神经细胞凋亡，荧光显微镜下观察并拍照记录。

5.免疫组化检测ZO-1蛋白表达，对比各组组内及组间脑组织ZO-1蛋白表达量差异。

三、统计学分析

结果

1.爆震伤后神经行为学评分变化:与对照组相比，爆震伤各组神经行为学评分均明显的下降。离爆源越近大鼠伤势越重，评分越低，表明爆炸冲击波随距离逐渐衰减，距离越近爆炸冲击波对大鼠造成的损伤越严重，距离越远对大鼠损伤越轻微。对照组神经行为学评分为(18±0.00)分，爆震伤1组为(0±0.00)分，爆震伤2组为(10±0.41)分，爆震伤3组为(12±0.82)分，爆震伤4组为(17±0.41)分。我们选取爆震伤组2(距离爆源0.5 m)作为实验组进行后续实验。

2.爆炸冲击波强度数据采集:利用商用有限元软件ANSYS/AUTODYN对实验结果进行数值模拟。首先利用AUTODYN-2D中的多材料欧拉公式对空气区域进行建模，得到包含空气和高爆药的楔体，共设置6个测点，测点到雷管点的距离分别为0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m、0.8 m、0.9 m。超压计算结果见表1。

表1 超压计算结果

3.爆震伤后脑组织神经元凋亡情况:对照组凋亡率为(3.5±1.21)%，爆震伤组为(55.4±4.25)%，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见图 1。

a：对照组神经细胞凋亡染色(TUNEL双标免疫荧光法，×40)

4.ZO1蛋白表达变化:对照组ZO-1阳性率为(28.3±3.47)%，爆震伤组(4.8±1.26)%，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见图2。

a：对照组脑组织ZO-1(免疫组化，×40) b：爆震伤组脑组织ZO-1(免疫组化，×40)

讨论

颅脑爆震伤是炸药爆炸所产生的高压波作用于头面部，造成神经系统损伤。爆震伤在短时间内发生多重的、严重的脑震荡。相关统计数据表明，在伊拉克、阿富汗的局部战争中，有约3万士兵遭遇过爆震伤[1]，克罗地亚战争中，颅脑爆震伤约占头部受伤人数的一半[2]。近年来，爆震伤的发生率逐年递增[3]。

爆震伤致伤机制复杂，普遍认为血脑屏障通透性增加和炎症反应是爆震伤最重要的病理生理机制。有研究表明，由脑微血管内皮细胞和其他细胞表面的紧密连接蛋白如Claudins、Occludin、ZO、JAMs等之间组成的紧密连接(tight junction，TJ)是维持血脑屏障通透性最重要的结构基础。血脑屏障在脑组织受损或缺血、缺氧和炎症刺激下，引起血脑屏障通透性升高而引起脑水肿[4]。爆震伤者行为学障碍与血脑屏障通透性增加相关[5]，有动物实验显示，血脑屏障通透性在爆震伤后增加[6]。

本研究通过使用合适当量的TNT炸药，建立一种质量稳定的大鼠爆震伤模型，真实地模拟了实战当中爆震伤对伤者产生的损害。由于TNT爆炸无弹片产生，仅有气浪冲击波的作用。相对于其他致伤源而言，更大程度上复原了战场爆炸冲击波对受者头部的损害过程。我们设置了不同距离的实验组，与对照组比较，各实验组大鼠均受到一定程度的神经功能损害。实验组间距离爆源越近，损伤程度越明显。0.4 m处大鼠全部死亡，0.5 m处大鼠损伤重。神经行为学评分明显降低，0.6 m处大鼠损伤较重，神经行为学评分降低较明显，0.7 m、0.8 m处大鼠损伤较轻，神经行为学评分改变较小。我们认为，0.4～0.5 m是大鼠具有极高死亡风险的距离，0.5～0.6 m是建立爆震伤大鼠模型适合的距离，如需建立稳定可靠的大鼠爆震伤模型可选用0.5～0.6 m距离。鉴于后续实验需要，我们选用0.5 m作为爆震伤最适合的模型制作距离。

后续病理研究发现，与对照组比较，爆震伤组存在相对较高的神经细胞凋亡阳性率，表明爆震伤能通过损伤动物脑组织神经细胞，促进细胞凋亡的发生，进而引起神经功能障碍。ZO-1蛋白是反映血脑屏障通透性的关键分子，结果发现，实验组大鼠脑组织ZO-1蛋白表达量低于对照组。与脑微血管内皮细胞和其他细胞表面的紧密连接蛋白如Claudins、Occludin、ZO、JAMs等之间组成的紧密连接是维持血脑屏障通透性最重要的结构基础，ZO-1作为紧密连接的重要组成，其表达量明显降低，表明爆震伤可能通过对血脑屏障的紧密连接分子造成破坏以及造成脑出血，引起血脑屏障通透性增加，产生炎症及脑水肿等病理变化，进而造成颅脑神经功能障碍。该研究结果表明，对血脑屏障紧密连接分子ZO-1的有效保护[7],可能是预防和减轻爆震伤损伤的有效手段。TREM-1可能通过促进p38MAPK/MMP-9的激活和ZO-1的降解参与sah诱导的早期脑损伤(EBI)的发病机制，而TREM-1的抑制明显减轻了EBI的严重程度，为EBI的治疗提供了新的途径[8]。ω-3鱼油脂肪乳对重型颅脑创伤具有帮助恢复的作用[9]。