肺冲击伤中的过牵效应
作者：陈海斌 王正国
单位：陈海斌(第三军医大学附属大坪医院野战 外科研究所第四研究室，重庆400042)；王正国(第三军医大学附属大坪医院野战 外科研究所第四研究室，重庆400042)
关键词：冲击波；肺损伤；过牵效应；过度扩张效应；过速扩张效应
第三军医大学学报000202
提要 目的：揭示肺冲击伤中过牵效应的含义和发生机制。方法：利用60只家兔和20只大鼠进行冲击波分段模拟实验。结果：在本实验条件下，模拟压缩段的压缩波不直接造成明显的肺损伤，但模拟减压 段的减压波根据减压幅度和减压时间的不同可对肺造成不同程度的肺损伤，模拟负压段的负压波对肺具有一定的致伤能力。结论：肺冲击伤中的过牵效应可能包含两个效应，一是肺组织过度扩张，超出其强度极限而破裂，即发生过度扩张效应；二是肺扩张过快而撞击在胸腔内表面造成肺表面损伤，即发生过速扩张效应。
, 百拇医药
中图法分类号R642 文献标识码A
文章编号：1000-5404(2000)02-0106-03
Role of overtension effect in blast lung injury
CHEN Hai-bin, WANG Zheng-guo (Research Institute of Field Surgery, Daping Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400042)
Abstract Objective: To determine the definition of overtension causing blast lung injury and explore its mechanism. Methods: 60 rabbits and 20 rats were used to investigate the wounding effects of three segments (recompression, decompression and underpressure) of shock wave. Results: Under this experimental condition, recompression wave did not bring about obvious lung injury but damages of different degrees occurred. The greater the decompression range and the shorter the decompression duration were adopted, the heavier lung injury was caused. The underpressure, to some extent, could inflict the blast lung injury. Conclusion: The overtension effect maybe consists of two parts: overexpansion effect, letting the lungs overexpanded, leading to the destruction of the pulmonary tissue; over- speed expansion effect, letting the lungs rapidly impact on the inside wall of the chest, causing lung injury.- speed expansion effect, letting the lungs rapidly impact on the inside wall of the chest, causing lung injury.
, 百拇医药
Key words shock wave; lung injury; overtension effect; overexpansion; over- speed expansion
据以往的研究结果推测，过牵效应可能是肺冲击伤 发生的重要机制之一[1～6]，但直接证据不多。本研 究将冲击波划分为压缩段、减压段和负压段等3个时 段，研制专门的设备进行冲击波分段模拟实验，观 察冲击波各个时段的致伤效应，结合生物力学分析 ，揭示过牵效应的含义，探讨过牵效应的发生机制 。
1 材料与方法
60只家兔和20只大鼠分成3组，即迅速加压组(家兔6只,大鼠20只)、迅速减压组(家兔36只)和单纯负压组(家兔 18只)。每组动物，性别不拘，兔耳缘静脉内1.5%戊巴 比妥钠液麻醉(30mg/kg)，大鼠腹腔内1.5%戊巴比妥钠液 麻醉(30mg/kg)。使用自制的冲击波分段模拟舱产生模拟 冲击波压缩段、减压段、负压段致伤效应的压力波 。为便于分析，根据本实验室常用的评估标准[1]，建 立肺伤情的参考评分体系。其方法是：将无伤、轻伤、中度伤、重度伤、极重度伤分别记为0、1、2、3、 4分。
, 百拇医药
所有指标以
±s表示，采用t检验和单因素方差分析。
2 结果
2.1 压缩波对动物肺的致伤效应
压缩波对动物肺的致伤效应见表1，图1。压缩波对 动物肺未造成明显的损伤。表1及图1中，升压幅度、 升压时间分别指A点至B点的压力范围和作用时间，参考时间表示压力升至0.32MPa时(即A点至D点)所经历的时间 。之所以引入参考时间，一则本实验室现有的同类可比的冲击波实验结果以压力峰值为0.32MPa者居多； 二则较之实测波形(ABC)，曲线ADE所示的压力波更不会 造成明显的肺损伤。
表1 压缩波对肺的致伤效应
Tab1 Lung injury effect of recompression wave
, http://www.100md.com
Groups
Animals
n
PBA/MPA
tBA/ms
tDA/ms
IS
R1
rat
10
0.41±0.03
2.43±0.39
, 百拇医药
1.3±0.10
0.1±0.3
R2
rat
10
0.40±0.02
2.80±0.32
1.9±0.26
0
R3
rabbit
6
0.39±0.03
, http://www.100md.com
4.90±0.30
4.1±0.23
0
IS:Injury score of lung injury
图1 模拟冲击波压缩段的压缩波
升压时间(tBA)=1.8ms；参考时间(tDA)=1.2ms；升压幅度 (PBA)=0.42MPa；实验动物：大鼠
Fig1 Recompression segment of mimic shock wave
Recopmression duration(tBA)=1.8ms;Duration of reference(tDA)=1.2ms;Recompression range(PBA)=0.42MPa；Animal:Rat
, http://www.100md.com
2.2 减压波、负压波对动物肺的致伤效应
减压波见图2。根据减压幅度和减压时间的不同可 对肺造成不同程度的肺损伤，减压幅度越大，减压 时间越短，伤情就越重；负压波见图3。负压波对肺 具有一定的致伤能力。在减压波或某些特定负压波 的作用下，部分动物肺表面出现与肋骨相平行的充 血性和/或出血性压痕，表明肺与胸壁可能发生碰撞 而肺泡壁出血、水肿及肺间质增宽等光镜观察结果 则提示肺泡壁可能发生破裂。
图2 模拟冲击波减压段的减压波
减压时间=50ms；减压幅度=0.32MPa；实验动物：兔
Fig2 Decompression segment of mimic shock wave Decompression duration=50ms;
, http://www.100md.com
Decompression range=0.32MPa；
Animal:Rabbit
图3 模拟冲击波负压段的负压波
下降时间=7.4ms；负压峰值=-0.062MPa；实验动物：兔
Fig3 Underpres suresegment of mimic shock wave
Descending duration=7.4ms;
Peak underpressure=-0.062MPa；
Animal:Rabbit
, 百拇医药
3 讨论
3.1 肺冲击伤中过牵效应的含义
迄今为止，肺冲击伤中的过牵效应尚没有一个明确 的定义。本研究尝试作如下描述：肺冲击伤中的过 牵效应是指冲击波作用于机体时，运动流体(如水、 空气)的物理状态(即压强、流速、温度、密度)在流速 超过声速时发生突跃变化，造成肺组织过扩张(即过 牵张)而发生损伤。
3.2肺冲击伤中过牵效应的发生机制
通过观察冲击波3个时段对肺的损伤特点，定性地 分析冲击波作用过程中胸壁和肺的力学行为(拟另文 介绍)，我们推测，肺冲击伤中过牵效应的发生机制 如下：
当压缩段到达时，在体表引起压力突变；尽管肺与 胸壁是紧贴在一起，但由于胸壁和肺的阻尼作用， 这种压力突变主要由胸壁承受，而胸壁和肺一起运 动的压缩位移只是逐渐增大，最后由于惯性作用， 超过平衡位置，达到最大压缩位移。
, http://www.100md.com
压缩段通过后，体表压迅速减小，弹力使胸壁和肺 一起回弹。
回弹过程中，由于胸壁的动态响应能力比肺组织的 要强得多，胸壁可能先于肺组织回弹，两者由紧贴 在一起到分离开来各自振荡。
胸壁振荡的频率快，幅值小；而肺组织的振荡频率 相对地要慢的多，幅值较大。因此胸壁和肺组织很 可能发生碰撞，碰撞冲力的大小主要取决于肺表面 相对于胸壁的碰撞速度，碰撞速度越大，撞击冲力 越大，一旦撞击冲力超过肺组织所能受的阈值，肺 表面就会出现出血、水肿等损伤[7]。这种效应称为过 速扩张效应。
在振荡时，肺泡被压缩和膨胀。膨胀时，在肺泡壁 上产生拉伸应变和拉伸应力。拉伸应变达到一定的 水平，使肺微血管内皮细胞和肺泡间膜的上皮层对 小溶质的渗透性增加到超过其临界值，造成肺泡水 肿。拉伸应力如果超过肺泡壁的强度极限，肺泡便 会破裂；肺泡壁破裂的同时，肺泡毛细血管也发生 破裂，造成肺实质出血。即在膨胀时发生了过度扩 张效应。
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显然，过扩张(即过牵张)包含过度扩张(即体积过度 扩张)和过速扩张(即体积膨胀过快)两方面的含义，过 牵效应表现为过速扩张效应和过度扩张效应2种损伤 机制；过牵效应发生在冲击波的减压过程，超压峰 值越高，减压时间越短，过牵效应就越明显，肺损 伤就越重；压缩段可能不直接造成肺损伤，但为过 牵效应提供了能量。
基金项目：全军“九五”指令性课题(96L040)
作者简介：陈海斌(1965.7)，男，湖北省黄冈市人，博 士，副教授，主要从事野战外科学、交通医学、生物医学工程方面的研究，发表论文21篇。电话：(023)68757474
参考文献
[1]王正国.冲击伤[M].北京：人民军医出版社，1983.142-150.
[2]张均奎，王正国，冷华光，等.冲击波负压与肺损 伤[J].爆炸与冲击，1994，14(1)：84-87.
, 百拇医药
[3] Richmond D R, Axelsson H. Airblast and underwater blast studies with animals[J]. J Trauma,1990,6(2):S229-S234.
[4] Elsayed N M, Gorbunov N V, Kagan V E. A proposed bio chemical mechanism involving hemoglobin for blast overpressure induced injury[J]. Toxicology,1997,121(1):81-90.
[5] Elsayed N M. Toxicology of blast overpressure[J]. Toxicology,1997,121(1):1- 15.
[6] Penney D P, Schenk E A, Maltby K, et al. Morphological effects of pulsed ultrasund in the lung[J]. Ultrasound Med Biol,1993,19(2):127-135.
[7]冯元桢.创伤中肺水肿的原因[A].康振黄，冯元桢著，邓善熙译.生物力学——运动、流动、应力和生长[C]. 成都：四川教育出版社，1993.608-614.
收稿日期：1999-03-30；修回日期：1999-10-28, 百拇医药
单位：陈海斌(第三军医大学附属大坪医院野战 外科研究所第四研究室，重庆400042)；王正国(第三军医大学附属大坪医院野战 外科研究所第四研究室，重庆400042)
关键词：冲击波；肺损伤；过牵效应；过度扩张效应；过速扩张效应
第三军医大学学报000202
提要 目的：揭示肺冲击伤中过牵效应的含义和发生机制。方法：利用60只家兔和20只大鼠进行冲击波分段模拟实验。结果：在本实验条件下，模拟压缩段的压缩波不直接造成明显的肺损伤，但模拟减压 段的减压波根据减压幅度和减压时间的不同可对肺造成不同程度的肺损伤，模拟负压段的负压波对肺具有一定的致伤能力。结论：肺冲击伤中的过牵效应可能包含两个效应，一是肺组织过度扩张，超出其强度极限而破裂，即发生过度扩张效应；二是肺扩张过快而撞击在胸腔内表面造成肺表面损伤，即发生过速扩张效应。
, 百拇医药
中图法分类号R642 文献标识码A
文章编号：1000-5404(2000)02-0106-03
Role of overtension effect in blast lung injury
CHEN Hai-bin, WANG Zheng-guo (Research Institute of Field Surgery, Daping Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400042)
Abstract Objective: To determine the definition of overtension causing blast lung injury and explore its mechanism. Methods: 60 rabbits and 20 rats were used to investigate the wounding effects of three segments (recompression, decompression and underpressure) of shock wave. Results: Under this experimental condition, recompression wave did not bring about obvious lung injury but damages of different degrees occurred. The greater the decompression range and the shorter the decompression duration were adopted, the heavier lung injury was caused. The underpressure, to some extent, could inflict the blast lung injury. Conclusion: The overtension effect maybe consists of two parts: overexpansion effect, letting the lungs overexpanded, leading to the destruction of the pulmonary tissue; over- speed expansion effect, letting the lungs rapidly impact on the inside wall of the chest, causing lung injury.- speed expansion effect, letting the lungs rapidly impact on the inside wall of the chest, causing lung injury.
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Key words shock wave; lung injury; overtension effect; overexpansion; over- speed expansion
据以往的研究结果推测，过牵效应可能是肺冲击伤 发生的重要机制之一[1～6]，但直接证据不多。本研 究将冲击波划分为压缩段、减压段和负压段等3个时 段，研制专门的设备进行冲击波分段模拟实验，观 察冲击波各个时段的致伤效应，结合生物力学分析 ，揭示过牵效应的含义，探讨过牵效应的发生机制 。
1 材料与方法
60只家兔和20只大鼠分成3组，即迅速加压组(家兔6只,大鼠20只)、迅速减压组(家兔36只)和单纯负压组(家兔 18只)。每组动物，性别不拘，兔耳缘静脉内1.5%戊巴 比妥钠液麻醉(30mg/kg)，大鼠腹腔内1.5%戊巴比妥钠液 麻醉(30mg/kg)。使用自制的冲击波分段模拟舱产生模拟 冲击波压缩段、减压段、负压段致伤效应的压力波 。为便于分析，根据本实验室常用的评估标准[1]，建 立肺伤情的参考评分体系。其方法是：将无伤、轻伤、中度伤、重度伤、极重度伤分别记为0、1、2、3、 4分。
, 百拇医药
所有指标以
±s表示，采用t检验和单因素方差分析。2 结果
2.1 压缩波对动物肺的致伤效应
压缩波对动物肺的致伤效应见表1，图1。压缩波对 动物肺未造成明显的损伤。表1及图1中，升压幅度、 升压时间分别指A点至B点的压力范围和作用时间，参考时间表示压力升至0.32MPa时(即A点至D点)所经历的时间 。之所以引入参考时间，一则本实验室现有的同类可比的冲击波实验结果以压力峰值为0.32MPa者居多； 二则较之实测波形(ABC)，曲线ADE所示的压力波更不会 造成明显的肺损伤。
表1 压缩波对肺的致伤效应
Tab1 Lung injury effect of recompression wave
, http://www.100md.com
Groups
Animals
n
PBA/MPA
tBA/ms
tDA/ms
IS
R1
rat
10
0.41±0.03
2.43±0.39
, 百拇医药
1.3±0.10
0.1±0.3
R2
rat
10
0.40±0.02
2.80±0.32
1.9±0.26
0
R3
rabbit
6
0.39±0.03
, http://www.100md.com
4.90±0.30
4.1±0.23
0
IS:Injury score of lung injury
图1 模拟冲击波压缩段的压缩波
升压时间(tBA)=1.8ms；参考时间(tDA)=1.2ms；升压幅度 (PBA)=0.42MPa；实验动物：大鼠
Fig1 Recompression segment of mimic shock wave
Recopmression duration(tBA)=1.8ms;Duration of reference(tDA)=1.2ms;Recompression range(PBA)=0.42MPa；Animal:Rat
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2.2 减压波、负压波对动物肺的致伤效应
减压波见图2。根据减压幅度和减压时间的不同可 对肺造成不同程度的肺损伤，减压幅度越大，减压 时间越短，伤情就越重；负压波见图3。负压波对肺 具有一定的致伤能力。在减压波或某些特定负压波 的作用下，部分动物肺表面出现与肋骨相平行的充 血性和/或出血性压痕，表明肺与胸壁可能发生碰撞 而肺泡壁出血、水肿及肺间质增宽等光镜观察结果 则提示肺泡壁可能发生破裂。
图2 模拟冲击波减压段的减压波
减压时间=50ms；减压幅度=0.32MPa；实验动物：兔
Fig2 Decompression segment of mimic shock wave Decompression duration=50ms;
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Decompression range=0.32MPa；
Animal:Rabbit
图3 模拟冲击波负压段的负压波
下降时间=7.4ms；负压峰值=-0.062MPa；实验动物：兔
Fig3 Underpres suresegment of mimic shock wave
Descending duration=7.4ms;
Peak underpressure=-0.062MPa；
Animal:Rabbit
, 百拇医药
3 讨论
3.1 肺冲击伤中过牵效应的含义
迄今为止，肺冲击伤中的过牵效应尚没有一个明确 的定义。本研究尝试作如下描述：肺冲击伤中的过 牵效应是指冲击波作用于机体时，运动流体(如水、 空气)的物理状态(即压强、流速、温度、密度)在流速 超过声速时发生突跃变化，造成肺组织过扩张(即过 牵张)而发生损伤。
3.2肺冲击伤中过牵效应的发生机制
通过观察冲击波3个时段对肺的损伤特点，定性地 分析冲击波作用过程中胸壁和肺的力学行为(拟另文 介绍)，我们推测，肺冲击伤中过牵效应的发生机制 如下：
当压缩段到达时，在体表引起压力突变；尽管肺与 胸壁是紧贴在一起，但由于胸壁和肺的阻尼作用， 这种压力突变主要由胸壁承受，而胸壁和肺一起运 动的压缩位移只是逐渐增大，最后由于惯性作用， 超过平衡位置，达到最大压缩位移。
, http://www.100md.com
压缩段通过后，体表压迅速减小，弹力使胸壁和肺 一起回弹。
回弹过程中，由于胸壁的动态响应能力比肺组织的 要强得多，胸壁可能先于肺组织回弹，两者由紧贴 在一起到分离开来各自振荡。
胸壁振荡的频率快，幅值小；而肺组织的振荡频率 相对地要慢的多，幅值较大。因此胸壁和肺组织很 可能发生碰撞，碰撞冲力的大小主要取决于肺表面 相对于胸壁的碰撞速度，碰撞速度越大，撞击冲力 越大，一旦撞击冲力超过肺组织所能受的阈值，肺 表面就会出现出血、水肿等损伤[7]。这种效应称为过 速扩张效应。
在振荡时，肺泡被压缩和膨胀。膨胀时，在肺泡壁 上产生拉伸应变和拉伸应力。拉伸应变达到一定的 水平，使肺微血管内皮细胞和肺泡间膜的上皮层对 小溶质的渗透性增加到超过其临界值，造成肺泡水 肿。拉伸应力如果超过肺泡壁的强度极限，肺泡便 会破裂；肺泡壁破裂的同时，肺泡毛细血管也发生 破裂，造成肺实质出血。即在膨胀时发生了过度扩 张效应。
, http://www.100md.com
显然，过扩张(即过牵张)包含过度扩张(即体积过度 扩张)和过速扩张(即体积膨胀过快)两方面的含义，过 牵效应表现为过速扩张效应和过度扩张效应2种损伤 机制；过牵效应发生在冲击波的减压过程，超压峰 值越高，减压时间越短，过牵效应就越明显，肺损 伤就越重；压缩段可能不直接造成肺损伤，但为过 牵效应提供了能量。
基金项目：全军“九五”指令性课题(96L040)
作者简介：陈海斌(1965.7)，男，湖北省黄冈市人，博 士，副教授，主要从事野战外科学、交通医学、生物医学工程方面的研究，发表论文21篇。电话：(023)68757474
参考文献
[1]王正国.冲击伤[M].北京：人民军医出版社，1983.142-150.
[2]张均奎，王正国，冷华光，等.冲击波负压与肺损 伤[J].爆炸与冲击，1994，14(1)：84-87.
, 百拇医药
[3] Richmond D R, Axelsson H. Airblast and underwater blast studies with animals[J]. J Trauma,1990,6(2):S229-S234.
[4] Elsayed N M, Gorbunov N V, Kagan V E. A proposed bio chemical mechanism involving hemoglobin for blast overpressure induced injury[J]. Toxicology,1997,121(1):81-90.
[5] Elsayed N M. Toxicology of blast overpressure[J]. Toxicology,1997,121(1):1- 15.
[6] Penney D P, Schenk E A, Maltby K, et al. Morphological effects of pulsed ultrasund in the lung[J]. Ultrasound Med Biol,1993,19(2):127-135.
[7]冯元桢.创伤中肺水肿的原因[A].康振黄，冯元桢著，邓善熙译.生物力学——运动、流动、应力和生长[C]. 成都：四川教育出版社，1993.608-614.
收稿日期：1999-03-30；修回日期：1999-10-28, 百拇医药