舱室内爆炸对大鼠学习记忆、行为的影响
作者：张红叶，冯正直，赖西南，康建毅，张军
【摘要】 目的 探讨密闭舱室中爆炸冲击波暴露大鼠学习记忆功能、行为及伤情的变化。方法 致伤前所有动物均进行Morris水迷宫和穿梭箱行为训练。采用自制舱室爆炸模型，伤后不同时间点观察大鼠损伤情况, 并做行为测试。结果 （1）伤后密闭组和开放组均无运动障碍，大体观无明显差异，均有脑、肺冲击伤。（2）伤后密闭组和开放组与对照相比较，大鼠旷场实验自发活动明显增多、水迷宫逃避潜伏期和穿梭箱平均反应时显著延长(P<0.05)，伤后24小时差异非常显著(P<0.01)；伤后12小时～3天，密闭组和开放组有显著差异(P<0.05)，24小时差异非常显著(P<0.01)。结论 舱室内外爆炸急性期致大鼠明显的行为改变及学习记忆能力严重损害，且舱内急性期反应更加严重而持久。
【关键词】 密闭舱室；冲击伤；行为改变；学习记忆
Abstract: Objective To explore the changes of rats' learning, memory function behavior under blasting wave in confined space.Methods All rats were trained to Morris water maze and shuttle box.Testing and observing the model after blasting in confined space.Results (1)Gross examination revealed that brain and lungs were injured under blasting wave.There was no dyskinesia in both the hermetic group and patency group.(2)Every index of open field test，water maze and shuttle box in the hermetic group and patency group was changed significantly as compared with the control group(P<0.05).The difference was obvious in 24h(P<0.01).(3)There was remarkable difference between hermetic group and patency group within posttraumatic 12h to 3d(P<0.05).The difference reached the climax in 24h(P<0.01).Conclusion Blasting wave leads to rats' obvious behavior changes,manifested impairment of learning and memory ability in confined space and the outside,and rats' acute phase reaction was severe and persistent.
Key words:confined space;blast injury;behavior change;learning and memory
冲击伤是战争中极常见的一种损伤，随着强杀伤力爆炸性武器的广泛使用，我们对冲击波致伤有了深入的认识［1］，国内外对冲击伤的研究都很关注。冲击伤后行为变化的实验研究多集中于开放环境中或高原环境中的研究，未见有舱室中爆炸冲击伤后的行为学研究报道。本实验通过对装甲车按人鼠比例等比缩小后建立模拟装甲车舱室的密闭环境，采用点爆源引爆，构建爆炸冲击波致伤后急性应激大鼠模型，在此基础上进行大鼠的行为观察，并分组研究，探讨舱室中爆炸冲击波对大鼠行为的影响及其机制。
材料与方法
1 实验动物及分组
雄性Sprague Dawley大鼠144只(第三军医大学实验动物中心提供)，体重(180±20）g，随机分为密闭组、开放组和对照组,每组各48只；每组又分为6个时相点，每个时相点各8只。12小时光亮/ 黑暗条件、环境温度22～25℃,分隔喂养。
2 方法
2.1 自制旷场行为观察箱(100cm×100cm×40cm的无顶铁盒，箱底分为25个黑白相间的等分小方格)，将大鼠放入中央小方格内，观测5分钟内大鼠的活动情况。计分标准：以穿格次数为水平活动得分，大鼠1/2以上身体从所在方格进入相邻方格计1分；直立次数（大鼠后肢性站立计1分）为垂直活动得分。
2.2 Morris水迷宫（医学院药物所研制）由不锈钢的圆柱形水池和自动录像记录系统两部分组成。实验参照Morris实验方法进行［2］，定位航行实验:用于测量大鼠对水迷宫学习和记忆的获取能力。训练前1天让大鼠自由游泳2分钟，前4天为训练阶段，每天分上、下午两段,每段训练4次。训练时随机选择1个入水点，将大鼠面向池壁放入水中，记录大鼠寻找并爬上平台时所需时间(即潜伏期) ，每次训练间隔为60秒。如果大鼠在120秒内未找到平台，须将其引至平台，这时潜伏期记为120秒。选取合格动物用于冲击伤实验，分别在冲击伤后各相应时相点，再测试。
2.3 穿梭箱(本校生理教研室研制)［3］参数设置：条件刺激（光刺激）时程（CS duration）5秒；非条件刺激（电刺激）时程（US duration）5秒，非条件刺激强度35V、适应时间10分钟、训练间隔随机（1～30秒）、训练1次次数为20次，每天2次，共训练4天。选取合格动物用于冲击伤实验，分别在冲击伤后各相应时相点，再测试。以上实验均在避光和安静环境中进行。
3 冲击伤模型制备
密闭组：采用自制按人鼠比例等比缩小的模拟装甲运兵车，通过当量为400mg的纸质点爆源（避免投射物损伤）引爆致伤。将清醒大鼠置于铁笼内（以免发生投掷损伤），使其头部朝向冲击波，布放于模拟装甲运兵车模型内距离爆点11.5cm处，以保证伤情的一致性，爆炸后即刻开启舱门通风（排除吸入性损伤）。开放组：将大鼠置于开阔地，其余致伤条件与密闭组保持一致。
4 统计学分析
数据以均数±标准差表示，选用软件SPSS13.0进行方差分析。
结果
1 舱室内和开阔地爆炸冲击波物理参数对比（表1，图1）
表1 冲击波物理参数（略）
图1 爆炸压力波形模拟图（略）
2 伤后一般情况及大体观
伤后一般情况：密闭组和开放组大鼠均无体表损伤及运动障碍，四肢活动自如，能自主进食、水，反应迟钝。大体观：伤后1 小时密闭组和开放组大鼠均可见脑皮层血管充血，脑组织肿胀，脑表面基本正常，无大面积挫伤或局灶性挫裂伤灶；肺水肿，肺出血。密闭组与开放组之间伤后一般情况和大体观无明显差异。
3 旷场实验
旷场行为实验水平得分和垂直得分，反映动物的兴奋性、对环境的探究行为和适应程度［4］。密闭组和开放组在伤后1小时的水平运动及垂直运动与对照组均显著增加（P<0.05），并呈上升趋势，在伤后24小时达最高值（P<0.01），之后逐渐减少，第7天密闭组与对照组仍有显著差异。密闭组与开放组伤后1小时之间相比出现显著差异，在伤后12～24小时差异非常显著（P<0.01）（表2、3）。
4 学习记忆能力
Morris水迷宫及穿梭箱实验是评价动物学习记忆能力较为客观而准确的方法。
4.1 Morris水迷宫 在伤后1小时密闭组、开放组大鼠逃避潜伏期较对照组均出现显著延长（P<0.05），并呈上升趋势，在伤后24小时潜伏期延长达峰值，伤后12小时至3天差异非常显著（P<0.01），伤后7天密闭组与对照组仍有显著差异。密闭组潜伏期在伤后12小时～3天明显长于开放组（P<0.01）（见表4）。
4.2 穿梭箱测试 在伤后1小时两组平均反应时均出现显著增加（P<0.05），并呈上升趋势，伤后24小时密闭组平均反应时增加非常显著，伤后12小时～3天差异非常显著（P<0.01），伤后7天密闭组与对照组仍有显著差异（P<0.05）。密闭组与开放组平均反应时差异在伤后24小时～3天有统计学意义（P<0.05）（见表5）。
表2 大鼠旷场行为水平运动的比较（略）
与对照组比较：★P＜0.05， ★★P＜0.01；与开放组比较：▲P＜0.05，▲▲P＜0.01
表3 大鼠旷场行为垂直运动的比较（略）
与对照组比较：★P＜0.05,★★P＜0.01;与开放组比较：▲P＜0.05,▲▲P＜0.01
表4 大鼠的Morris水迷宫训练潜伏期比较（略）
与对照组比较：★P＜0.05,★★P＜0.01;与开放组比较：▲P＜0.05,▲▲P＜0.01
表5 大鼠穿梭箱测试（平均反应时）参数比较（略）
与对照组比较：★P＜0.05,★★P＜0.01;与开放组比较：▲P＜0.05,▲▲P＜0.01
讨论
舱室内爆炸时，冲击波在舱内反射、叠加，形成复合冲击波，其特点为一系列的震动反射波叠加在一个相对缓慢上升的超高压爆炸波伤［5］。一般影响物体对冲击波响应的主要因素包括超压、负压峰值、持续时间、传播速度、脉冲数(在复合波形条件下)、物体与冲击波波面的方向关系等。舱室爆炸伤冲击波呈现为特征性的复合冲击波特征，冲击波波形仍有一个主超压峰，但其后压力下降至大气压水平之前，往往有多个较小的超压峰，这些超压峰叠加在平均总压力之上，压力在大气压水平附近上下波动而形成一系列脉冲波。相比较于开阔地冲击波，密闭舱室的压力波上升时间迅速，持续时间长，能量传递增加。
Clemedson［6］早在1956年就指出，爆炸冲击波可造成伤员意识障碍、眩晕、近事遗忘等。蒋建新等［7］研究发现，采用生物激波管致伤后，大鼠的学习记忆能力在短期内受到损害，表现为明显的学习记忆能力低下。本研究通过模拟密闭舱室内外爆炸冲击波致伤，得到了与以往研究相一致的结论；另外，以往冲击伤后行为学研究，都是建立在单一理想的冲击波暴露之上；而本模型通过模拟战场，更加接近战伤实际。
研究结果进一步提示，在舱室内外爆炸后，大鼠的行为改变特点有很大差异。旷场行为实验，密闭组的水平得分和垂直得分炸后前3天显著高于开放组；Morris水迷宫实验结果显示，炸后12小时到第3天，两组之间差异非常显著。穿梭箱实验，密闭组平均反应时在炸后24小时～3天明显较开放组长。伤后，舱内外大鼠紧张兴奋、焦虑、学习记忆能力低下等行为学改变的差异，主要集中在受伤后12小时～3天之间，尤以伤后24小时这一时段最为严重。另外，伤后7天，密闭组与对照组仍有显著差异。原因在于：密闭空间内冲击波暴露后，周壁和其他物体表面的反射效应，压力波峰值较开阔地更高、压力波持续时间更长、压力波上升时间迅速，能量传递明显高于开阔地等综合因素密切相关。
近来创伤应激的救治，引起越来越多的关注。美国自越南战争后，创伤后应激障碍成为战时严重影响部队作战能力、战后影响患者生活质量、工作效率和社会安全的重要原因［8-10］。急性应激障碍描述了最初的创伤反应,也可预测是否会发生慢性创伤后应激障碍（posttraumatic stress disorder,PTSD）。通常可缓解,而某些急性应激相关症状不缓解,演化成PTSD，专家们制定了一系列的心理和药物的救治原则及方法［11,12］。综合本实验的研究结果，以及舱室等相对密闭的环境下作战人员的特殊性［13,14］，提示急救医疗应更关注这一群体，尤其要重视伤后24小时内的变化。
【】
［1］Oganezova IA,Popov VV,Kazakevich EV,et al.Specific features of ulcer disease in sailors of the North Sea basin［J］.Klin Med (Mosk),2001,79(11):42.
［2］Morris R.Developments of a water?maze procedure for studying spatial learning in the rat［J］.J Neurosci Methods,1984,11(1):47-60.
［3］赵邦云,黎海蒂,高恩泉,等.微机控制的大鼠四路穿梭箱主动回避反应实验系统［J］.临床康复,2004,8(4):632-633.
［4］徐叔云.药理实验方法学［M］.北京:人民卫生出版社,1994.641-642．
［5］Stuhmiller JH.Biological responses to blast overpressure: a summary of modeling［J］.Toxicology,1997,121（1）:91-103.
［6］Clemedson CJ.Blast injury［J］.Physiol Rev,1956,36:336.
［7］蒋建新,王正国,Cernak I,等.冲击伤对大鼠学习记忆功能的影响［J］.中华创伤杂志,1999,15(3):181-183.
［8］Biddle D,Elliott P,Creamer M,et al.Self?reported problems: a comparison between PTSD?diagnosed veterans,their spouses,and clinicians［J］.Behav Res Ther,2002,40(7):853-865.
［9］Berghout C,Van?Ginkel J,Groeneweg N,et al.Should subjects be forewarned of the possible psychological consequences of filling out a PTSD questionnaire［J］.Psychol Rep,2002,90(2):461-465.
［10］Roca V,Freeman TW.Psychosensory symptoms in combat veterans with posttraumatic stress disorder［J］.J Neuropsyhiatry Clin Neurosci,2002,14(2):185-189.
［11］王丽颖,杨蕴萍.创伤后应激障碍的研究进展(一)［J］.国外医学精神病学分册,2004,31(1):32-35.
［12］王丽颖,杨蕴萍.创伤后应激障碍的研究进展(二)［J］.国外医学精神病学分册,2004,31(2):112-115.
［13］李兵仓.对坦克内乘员的受伤特点和早期救治进行研究的意义和途径［J］.解放军医学杂志,2003,28(1):1-3.
［14］蒋建新,王正国,尹志勇.战创伤研究进展［J］.人民军医,2007,50(1):22-24.
