一、研究背景地雷是一种放置于地面或地下浅层的爆炸性武器，以自行或人工方式引爆杀伤，其制造简单，使用方便，成为战时执行战场封锁的利器，在人类战争史上得到广泛应用和发展。地雷雏形最早可追溯到中国宋朝，当时被称为“火药炮”，到明朝时，逐渐发展为成熟的“火炮器”。数百年来，借助于各种烈性炸药和引爆技术的进步，早期地雷得到制式化生产、智能化改造并诞生出庞大的地雷家族，以适应不同战场环境和战争需要。反步兵地雷(Anti-personnel mine, APM)便是其中制造和布设数量最多的一种地雷，这种地雷主要是为杀伤单兵而设计，爆炸当量不高。根据杀伤方式不同又将其分为三类：爆炸式，跳跃式，破片式。目前爆炸式较常见，主要使单兵人员致残，可以很大程度上削弱对方地面部队的整体战斗力。同时，为减小地雷的可探测性，塑料反步兵地雷的应用越来越普遍。塑料反步兵地雷爆炸后其塑料外壳在高温下迅速熔化，很少产生破片，对触雷者的损伤也以原发性损伤为主。因此，研究地雷爆炸导致的原发性损伤伤情特点成为高效救治此类地雷爆炸伤的关键环节。下肢触雷爆炸伤具有一定的特殊性，即突出的肢体毁损表现和较难避免的截肢结局，由此给伤者乃至整个国家带来一系列经济和社会问题，这促使人类迫切地探寻相关的最佳救治策略。在近一个世纪的地雷爆炸伤探索道路上，虽然国内外学者在地雷爆炸伤研究领域取得了长足进展，但是他们的研究更多来源于战伤救治经验总结，由于缺少稳定有效的动物模型而无相应基础研究支持，对于触雷下肢及伴发全身的原发性损伤特点鲜有系统论述，对于如何判断触雷下肢清创范围、截肢平面等问题尚无统一标准。因此，研究触雷下肢骨骼、血管、神经、肌肉的损伤特点，对于进一步认识地雷下肢伤、判断触雷下肢清创范围、截肢平面等具有重要意义。另外，结合远处主要脏器损伤特点，可以为制定下肢触雷爆炸伤救治策略提供参考。在下肢触雷爆炸的运动和生物力学方面，既往对其与损伤的关系并不清楚，对其特点阐述还未见诸报道，对这些问题的研究将有助于触雷下肢的诊治及防雷护具研发。二、研究目的本实验通过模拟下肢触雷的致伤条件和环境，旨在建立一种简单经济、稳定可靠的实验动物模型，观察致伤后6小时和12小时下肢触雷后局部及远处脏器的损伤特点和伤情变化，并进一步探讨下肢触雷爆炸的运动和生物力学特点，寻找下肢触雷爆炸导致下肢损伤的可能危险因素，为相关临床救治和防护提供依据。三、研究内容及方法1、建立实验模型：新西兰大白兔为实验对象，在特制致伤架支撑下形成行走姿态。600mg纸质外壳点爆源(爆炸当量约为1.09gTNT)模拟美军M14反步兵地雷(爆炸当量约为29gTNT)，放置于实验动物右后肢足底，电引爆致伤，以此模拟人类在行走步态时下肢触雷的情景，并研究：(1)观察模拟状态下，实验动物的局部和远处致伤效应；参照既往相关研究，比较其一致性；多次重复实验，验证本致伤模型的稳定性和可靠性。(2)从体重与爆炸当量比角度探讨模型当量和实验动物体重选择的合理性。2、应用以上动物模型研究触雷下肢的损伤特点(1)分别描述不同组织的大体、显微损伤特点。(2)应用显微病理半定量分析和肢体肌肉活力检测，对触雷下肢进行解剖分区，并对触雷下肢小腿肌群的损伤程度进行比较。3、应用以上动物模型研究全身生理指标：生命体征、动脉血二氧化碳分压(PartialPressure of Carbon Dioxide, PCO2)、动脉血氧分压(pappenheimerO2, PO2)、动脉血氧饱和度(oxyhemoglobin saturation, SO2)、血清心肌肌钙蛋白I(cardiac troponin I, cTnI)、血清肌酸激酶同工酶(creatine kinase-MB, CK-MB)、血清神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)；血清髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein, MBP)、心电图(electrocardiogram, ECG)、超声心动图(ultrasonic cardiogram, UCG)变化及远处主要脏器(脑、心、肺、肝、肾、肠、脾)的病理特点。4、通过高速摄影及压力测试了解下肢触雷爆炸的运动和生物力学特点，分析触雷下肢及脏器损伤的机制，探讨损伤的危险因素。四、实验结果1、建立的实验动物模型操作简单，致伤效应稳定。各实验动物触雷下肢近爆点的部位有燎毛现象，触雷下肢均出现小腿中下段毁损，并呈现典型四区表现(Nechaev分区法)，即离散区、撕裂区、挫伤区、震荡区。主要脏器损伤的发生率与相关临床研究结果具有一定相似性。2、实验动物触雷下肢损伤特点(1)不同组织的大体损伤特点和损伤平面差异：触雷下肢普遍出现小腿中下段毁损，创面严重污染；胫骨下段开放性粉碎性骨折，不同程度的骨膜剥脱，骨折端呈斜形并外露，可发生多段闭合性骨折(1/15)；肌肉间隙筋膜破坏，凝血块残留其间，形成血肿，肌间隙破坏后伤道潜行，内层破坏截面较外层高；膝关节间隙未见明显积血；实验动物大腿及小腿上段明显水肿，部分触雷下肢大腿上段不规则分布大小及数量不等的点状出血灶；神经外膜出血，神经损伤截面较肌肉和骨骼高(P<0.05)；肉眼观触雷下肢断端以上大血管破损不明显，通过数字化减影血管造影(digital subtractionangiography, DSA)检查显示大血管远离肢体断端处(约膝关节水平)存在痉挛，未见明显破裂。(2)触雷下肢的不同分区(Nechaev分区法)及小腿不同肌群的肌肉显微病理分析和肌肉活力变化：各分区内肌肉随时间进行性坏死，肌肉活力进行性下降，其中撕裂区肌肉组织早期(约伤后6h)坏死最重(P<0.05)，此区肌肉活力保持较低水平；挫伤区肌组织坏死随时间(约伤后12h)增加幅度最大(P<0.05)，该区肌肉活力下降幅度最大，震荡区肌组织坏死不明显；同一截面(约在距骨折断端2-3cm)，胫前肌损伤最重，比目鱼肌损伤最轻(P<0.05)。(3)对触雷下肢解剖分区的新定义和相应的临床处置参考：将触雷下肢大体变化、显微改变和肌肉活力检测结合，可将触雷下肢残肢大体分为三个解剖区：组织分离区(主要表现为软组织严重污染、撕裂，骨折断端及邻近骨质缺少有效的覆盖而暴露，病理表现大部分坏死，肌肉活力低下无保留必要)；挫伤血肿区(主要表现为肌组织明显挫伤出血、肌间隙破坏伴血肿形成，肌肉的坏死伤后12h内进行性加重，肌肉活力随时间下降最快，在早期(伤后约6h)处理中，可作为“危险区”尝试保留或行有限清创)；震荡水肿区(主要表现为肢体的高度水肿、高位不规则分布的点状出血灶，注意使用止血带时包扎的松紧度)。3、实验动物全身损伤特点(1)主要脏器病理损伤特点：中枢神经损伤发生率最低，脑及脊髓大体观未见明显的出血改变，仅一例实验动物腰段脊髓显微镜见挫伤出血(1/10)(P<0.05)；肺损伤发生率最高(13/15)(P<0.05)，损伤轻微，大体观以点状出血较多见，显微镜下表现为肺间质破坏、出血、水肿；心脏损伤部位多在心瓣膜纤维环(3/15)，显微镜下见心肌局灶性出血、心外膜下出血；腹部空腔脏器损伤发生率较实质脏器高(P<0.05)，肉眼见空腔脏器(肠)片状出血表现，但浆膜完整，实质脏器(肝肾)破裂(3/15)，肠在显微镜下以粘膜下出血多见(6/15)。(2)生理指标的变化：伤后1h内实验动物的心率和呼吸频率较伤前和对照组明显减慢(P<0.05)，动脉血压伤后短暂(约30min)下降，6h内各时间点(PCO2、PO2、SO2、A-aDO2)变化不明显。(3)血清心肌损伤标志物变化：实验动物伤后cTnI和CK-MB较伤前明显增高(P<0.05)。(4)血清神经损伤标志物变化：实验动物伤后NSE较伤前变化不明显，MBP较伤前增加(P<0.05)。(5) ECG检查出现窦性心律不齐、ST段抬高、T波倒置改变，6h内心功能较伤前未见明显变化。4、下肢触雷爆炸的运动和生物力学特点(1)在实验动物的胸腹部检测到爆炸冲击波，达到相应损伤阈值。(2)实验动物触雷下肢的运动：触雷下肢在模拟地雷爆炸后发生膝、髋关节快速、极度屈曲，随后迅速伸展，具有类似“挥鞭样”的损伤机制。(3)实验动物触雷下肢不同部位的加速度差异：触雷下肢小腿和大腿的加速度存在巨大差异(约10倍)。五、结论(1)本实验动物模型简单、经济、可靠。(2)触雷下肢大体病理上具有分区表现，即组织分离区、挫伤血肿区、震荡水肿区。(3)触雷下肢神经损伤的截面较骨骼和肌肉高。(4)触雷下肢的肌群损伤程度存在差异，胫骨前肌损伤最重，比目鱼肌损伤最轻。(5)下肢触雷爆炸导致含气空腔脏器损伤较多见，但损伤形式多轻微，对心肺功能影响不明显。(6)地雷爆炸冲击波是远处脏器损伤的重要因素。触雷下肢在爆炸后瞬间发生急速过限被动运动，膝关节在下肢触雷爆炸中具有重要的能量缓冲作用，使触雷下肢的膝关节及其附属结构存在较大损伤风险。