高压电烧伤进行性损伤的机制及防治策略

Abstract

高压电烧伤是各种烧伤中对组织器官毁损较为严重的一种。临床上，高压电烧伤进行性损伤是影响截肢平面及救治成功率的关键病理变化，目前其确切的定义和发生机制尚未被阐明，临床治疗以对症处理为主，而针对高压电烧伤进行性损伤机制及治疗的相关研究资料匮乏。该文通过分析和总结高压电烧伤进行性损伤的发生机制、诊断和治疗及常见结局，为高压电烧伤进行性损伤的机制研究和临床诊断与治疗提供参考依据。

电烧伤是各种烧伤类型中对组织器官毁损较为严重的一种。据部分发达国家统计, 电烧伤患者占烧伤住院患者的3%^[1]；而在发展中国家, 电烧伤患者占比却高达27%^[2]。据国内相关统计, 从20世纪90年代至21世纪初, 我国电烧伤患者占烧伤住院患者的比例由6.6%上升至9.2%^[3]。随着安全生产、安全用电等科学知识的普及, 近年来国内电烧伤患者所占比例逐渐稳定在9%左右^[4-6]；而在我国南方, 这一比例为4%~6%^[7]。一项流行病学研究显示, 我国电烧伤住院患者中明确诊断为高压电烧伤（high-voltage electrical burn, HVEB）的患者约占20%^[4]。尽管电烧伤的发病率较低, 但HVEB的治疗相较于其他类型烧伤困难程度大、预后差, 且患者住院时间长、手术次数多、截肢率高、病死率高等^{[1, 7]}, 更容易发生创伤后应激障碍等^[2]。另外, HVEB的受累人群多为儿童及中青年男性, 无疑给患者家庭及社会带来沉重负担。HVEB的进行性损伤是影响患者截肢和死亡的重要因素^[8], 对HVEB进行性损伤相关问题的探究可能是改善HVEB预后的一个重要突破口。

1. HVEB进行性损伤的定义

进行性损伤也被称作渐进性损伤, 目前尚无HVEB进行性损伤的确切定义, 临床泛指电流入口和出口附近深部组织由水肿逐渐坏死的可逆性、进行性病理变化。相关研究证实, 机体各系统器官在HVEB后也均会继发一定程度的损伤, 也呈现迟发性、进行性的特点^{[1, 9-10]}。因此, 是否将HVEB进行性损伤定义为一种全身性损害还需要更充分的实验或临床证据。

2. HVEB进行性损伤的发生机制

HVEB进行性损伤的发生机制比较复杂, 常为电损伤和热损伤共同作用, 有多种机制参与且相互影响, 但其确切的发生机制目前尚未明了。根据此前国内外相关研究, 现将HVEB进行性损伤的发生机制大致分为以下4个方面。

2.1. 细胞电穿孔

关于不同物种的离体细胞电穿孔模型的研究显示, 机体细胞在高压电脉冲下可发生瞬时的电穿孔。随着细胞膜的修复, 部分细胞穿孔闭合, 细胞功能恢复, 而那些无法逆转的电穿孔往往会导致细胞凋亡、坏死等不同类型的细胞死亡^[11]。电穿孔细胞由肿胀逐渐坏死的主要分子机制有膜损伤、DNA和蛋白质损伤、活性氧增加、钙离子内流、线粒体损伤、ATP耗竭等, 其中质膜过氧化和钙离子内流被认为可能是电穿孔后影响细胞修复过程的关键机制^[12]。这些细胞的损伤是造成HVEB进行性损伤中间生态组织及进行性坏死组织存在的重要原因之一。

2.2. 炎症反应

机体的损伤必然伴随着炎症反应的发生, HVEB也不例外。在电损伤和热损伤共同作用下, 受损组织立即启动免疫防御机制, 包括细胞因子产生、补体激活以及白细胞迁移、黏附、浸润、延迟凋亡等。这些炎症反应中产生的炎症介质, 如TNF-α、IL-6、活性氧, 以及炎症反应过程中发生的白细胞反应, 在修复组织损伤的同时也会造成新的组织损伤, 从而导致组织细胞进行性损伤^[13]。随着组织损伤的进一步加重, 坏死组织又将引起更严重的炎症反应, 从而形成恶性循环。HVEB进行性损伤的临床表现为深部组织进行性坏死, 伴随白细胞、C反应蛋白、降钙素原等炎症指标水平的升高。

2.3. 微循环障碍

高压电流不但会直接导致患者受伤部位微血管平滑肌强烈痉挛, 而且会激活炎症介质释放导致血管内皮细胞受损, 进而引发血小板的聚集及内源性凝血途径的启动, 由此形成血栓并引发循环障碍, 导致组织局部缺血、缺氧, 最终形成斑块型坏死灶^[10]。目前, 国内外关于HVEB微循环障碍的研究偏少。笔者团队前期相关研究表明, HVEB通过激发血小板活化, 使血小板聚集性增加、黏附性增强、释放反应加快, 从而加重HVEB大鼠微循环障碍^[14]。而且, 微循环内血栓形成不仅可发生在HVEB大鼠局部创面组织, 还可发生于烧伤远隔组织^[15], 其具体分子机制可能与氧化应激有关。

2.4. 骨筋膜室综合征及横纹肌溶解综合征

关于HVEB的临床研究显示, 受伤部位皮肤全层形成焦痂且由于电流产生的热力作用及膜损伤作用引起深部组织水肿、坏死, 致使肌间隔内压力骤升, 进而引发骨筋膜室综合征和横纹肌溶解综合征^[16]。上述情况发生后, 肌细胞受到直接损伤, 使肌质网和线粒体释放大量钙离子并积聚在细胞质中, 引起细胞内钙离子超载, 进而导致肌细胞膜被破坏^[16]。由于横纹肌溶解的部位在深部, 其早期临床表现差异较大且并不典型, 难以被观察到, 临床干预较晚, 这往往造成创口周围深部组织的进一步坏死, 从而导致清创次数增多、截肢平面升高和手术切口不愈合等情况, 严重者引起急性肾衰竭, 甚至死亡。

3. HVEB进行性损伤的诊断

HVEB进行性损伤主要表现在软组织和血管的损伤上, 因此, HVEB进行性损伤的诊断也以软组织和血管损伤为重点。

3.1. 影像学检查

HVEB进行性损伤的影像学检查手段主要是磁共振成像（MRI）和B超, MRI显示骨骼肌进行性损伤表现为距坏死组织较近的骨骼肌受损及较远的骨骼肌水肿^[17]。孙斯琴等^[18]在HVEB家兔模型中观察到, 深部组织的MRI信号在伤后24~72 h呈进行性改变。此外, 磁共振血管成像、彩色多普勒血流成像、核素显像、正电子发射断层扫描、CT血管造影、数字减影血管造影等影像学检查方法对HVEB进行性损伤的评估也有一定参考价值。这些方法各有优势及不足, 临床上可通过多种检查方法结合进行针对软组织及血管损伤情况的评估, 以减少手术的盲目性, 实现坏死组织的精准清创, 保留活性组织^{[17, 19]}。

3.2. 术中判断

在手术中判断间生态组织是否存在是诊断HVEB进行性损伤较直观的方法, 但临床上容易判断失误。间生态组织是指功能受损但活力尚存的组织（皮肤、脂肪、肌肉等）。手术探查HVEB深部间生态肌肉组织, 可见组织水肿、色泽稍苍白, 但断端出血活跃, 受到刺激时仍有收缩反应；或肌腱本身呈正常瓷白色, 但腱膜无正常光泽^[20]。

3.3. 病理诊断

目前临床上运用病理学方法来判断进行性损伤并不常见。在早期的动物实验中, 谭红等^[21]观察到HVEB家兔伤后即刻至伤后21 d内的病理学变化过程如下：伤后7 d内以组织中性粒细胞浸润为主, 血管内形成血栓；伤后7~13 d, 组织水肿逐渐消退, 炎症状态得到控制, 组织中性粒细胞减少、淋巴细胞增多, 纤维结缔组织开始增生；伤后14~21 d, 坏死组织及血栓开始机化, 形成有正常肌细胞和Fb交织存在的瘢痕组织。黎淑娟等^[17]在电烧伤患者深部损伤组织的MRI信号表现、术中观察和病理学结果的对照中观察到, MRI结果和术中表现为间生态骨骼肌组织部分坏死及水肿, 病理表现为正常肌细胞和肌纤维与核固缩的坏死横纹肌细胞混杂, 或横纹肌间质水肿伴大量炎症细胞浸润, 以及小血管周围炎症细胞聚集、血管内红细胞外渗, 有时可见血栓形成, 可见病理学结果与MRI结果具有一致性。目前临床上对于是否保留间生态的骨骼肌组织存在争议, 病理学检查作为一项有创的检查方式, 在HVEB局部进行性损伤诊断中的价值有待进一步研究。

4. HVEB进行性损伤的防治

关于HVEB进行性损伤防治的相关实验研究较少, 缺乏可靠的循证证据。笔者从目前文献及相关机制入手, 结合临床实际工作经验提出以下防治策略。

4.1. 切开减张

HVEB常导致组织凝固性坏死, 形成坚硬如皮革的环形焦痂, 而焦痂切开减张成为HVEB后常见的急救策略。切开皮下组织后应检查深筋膜张力, 若筋膜张力较高, 需同时行筋膜切开减张术。及时释放肌间隔压力, 可以在一定程度上避免因深部组织进一步水肿造成缺血坏死所导致的截肢。然而, 早期切开减张并不都起到积极效果, 早期切开后的创面可能会因为组织干燥或者细菌感染导致更严重的组织损伤^[22], 甚至与患者住ICU天数、呼吸机使用天数、住院天数和手术总次数显著增加相关^[23]。因此, 在行充分切开减张的同时, 应规范无菌操作, 以抗菌敷料覆盖暴露的深部组织并适当包扎固定, 注意观察切开部位的渗液量、渗液性状, 避免组织干燥及感染的发生。

4.2. 及时清创和应用负压疗法

HVEB进行性损伤过程中产生的坏死肌肉组织会引发患者全身炎症反应, 同时肌肉的坏死使肌红蛋白大量释放入血, 超出血浆蛋白的结合能力后, 过量的肌红蛋白进入肾脏导致肾小管堵塞, 甚至诱发急性肾功能衰竭。在HVEB的救治中把握清创时机尤为重要, 对于严重感染和暂时无法行皮瓣移植的创面, 目前国内外学者均主张于伤后5 d左右行早期清创^[24], 并采用负压疗法配合清创去除坏死组织、保护间生态组织, 促进肉芽组织生长。但针对有血管、神经、肌腱和骨组织外露的大面积HVEB创面, 应用负压疗法可能会错过皮瓣修复最佳时机, 反而造成组织进行性坏死^[25]。由于HVEB具有特殊的损伤特点, 不同部位、不同组织、不同脏器的清创时机和范围应区别对待。早期清创可减轻周围坏死组织引发的炎症反应对间生态组织进行性坏死的促进作用。随着各种新型清创技术, 如水动力清创等技术的发展和应用, 深部创面清创范围更精准, 可避免不必要的组织丢失^[26], 从而为Ⅰ期创面修复提供有利条件。

4.3. 皮瓣移植

HVEB通常损伤范围广泛、程度较深, 而皮瓣移植是恢复间生态组织充足血供、封闭创面和保肢的有效手段。早期临床研究证明, 受伤5 d后皮瓣移植失败率较受伤5 d内明显升高, 这与创周血管内膜损伤、管腔广泛栓塞有关^[27], 因此伤后5 d内尽早行皮瓣修复或可阻止创面进行性损伤的发生。尽管HVEB患者通常在伤后5 d内行皮瓣修复手术, 但手术失败率还是高达20%左右^[28]。因此, 对于是否在电烧伤早期行皮瓣修复尚存在争议^{[24, 28]}。近年来的一些研究证明, 皮瓣修复成功与否和皮瓣修复时机的相关性不大, 而与早期清创是否充分密切相关^{[10, 29]}。我国皮瓣修复电烧伤创面的水平国际领先, 血管吻合和血管桥接技术的应用有效地提高了皮瓣修复手术的成功率, 降低了截肢率^[30]。国外的一项大规模前瞻性研究显示, 游离皮瓣微血管吻合技术可在电烧伤后不同时期将皮瓣成活率提高至85%以上^[10]。这项技术为早期维持患者全身情况和创面清创获取了充足的时间, 也为降低晚期皮瓣修复失败率提供了新思路。皮瓣移植技术对挽救间生态组织起着重要作用, 随着显微技术的发展, 不论是早期还是晚期的皮瓣移植成功率都将不断提高, 这意味着皮瓣修复的时间窗将被延长, 为不同复杂情况的创面获得个性化治疗机会提供技术保障。

4.4. 改善微循环与细胞流变学

骨骼肌肌束间广泛分布的微血管是骨骼肌血液供应的主要血管通路, 改善电烧伤后的骨骼肌微循环是早期预防局部进行性损伤进一步加重的重要手段。目前应用于改善电烧伤患者微循环的药物有血必净、己酮可可碱等。血必净是一种中药方剂, 具有抗氧化、清除自由基和保护细胞膜等作用。血必净可有效抑制因HVEB应激所致的血小板活化和聚集, 有效保护机体微循环。己酮可可碱是一种非选择性磷酸二酯酶抑制剂, 具有增加细胞内磷酸腺苷, 提高红细胞变形能力, 减少血小板聚集及黏附等作用。研究证明, 己酮可可碱可通过增加HVEB大鼠肌肉组织的微血管灌流量从而改善局部微循环^[31], 进而减轻间生态组织的进行性坏死。笔者团队在临床上使用血必净注射液、参芎注射液、己酮可可碱注射液治疗HVEB患者的进行性损伤, 疗效较佳^[32]；但目前缺少相关随机对照临床试验研究结果, 因此, 相关的临床研究应予以加强。

4.5. 抑制炎症反应

HVEB后局部组织的炎症反应主要由创伤及创面感染导致, 除在创面分泌物标本细菌培养及药物敏感试验结果指导下正确使用抗生素外, 还应重视抗炎药物的使用。前期研究表明, 乌司他丁作为一种天然的抗炎药物, 不仅可以减少白细胞黏附^[33], 还可抑制溶酶体酶及多种炎症介质的释放, 从而达到抑制大鼠HVEB进行性损伤进一步加重的作用。此外, 激素类药物, 如甲基强的松龙等也可降低伤后血管内皮细胞通透性、减轻损伤处炎症及水肿, 从而改善大鼠HVEB创面情况, 预防进行性坏死的发生^[34]。

4.6. 其他疗法

细胞因子、干细胞、生物敷料及组织工程技术等, 可通过调节间生态组织周围微环境, 防止HVEB创面进行性加深。

5. HVEB进行性损伤的常见结局

5.1. 创面愈合

HVEB创面中大量深部软组织的失活、坏死会增加全身感染的概率, 且创面深部常伴有严重的神经、血管进行性损伤。在患者全身情况及创面条件良好的情况下, 尽早彻底清创并利用血运丰富的组织瓣完成Ⅰ期修复, 可以保护深部血管、神经, 恢复部分间生态组织血供, 进而阻止进行性坏死的发生^[35]。创面愈合可减少患者严重全身感染的风险^[36], 且若创面在较短的时间内完成封闭, 患者则可尽早开展功能康复锻炼, 从而改善预后。不具备Ⅰ期修复条件的部分患者需多次清创、长期换药或接受多疗程的负压治疗, Ⅱ期通过皮片或皮瓣移植技术使创面愈合。

5.2. 截肢

截肢是HVEB的常见结局, 多项关于HVEB的临床研究的截肢数据并不一致（截肢率为10%~68%^[37-40]）, 这一差异可能是由各地区医疗水平不同, 对清创时机和范围以及截肢指征的把握不一致造成的^[24]。HVEB进行性损伤发生后, 组织坏死范围增大, 患者的截肢平面往往较高, 部分患者甚至需多次截肢。HVEB后早期常因坏死界限不清晰而无法判定截肢平面。有研究表明, 伤后早期截肢可降低患者血清氧化应激相关指标水平, 且早期的氧化应激水平也为HVEB患者是否截肢提供参考^[38]。

6. 小结与展望

HVEB进行性损伤会提高HVEB患者截肢率、病死率, 延长患者住院时间, 但目前其确切的定义和发生机制尚未被阐明, 临床治疗以对症治疗为主。尽管加强了创面管理, 如积极抗感染、行皮瓣和皮片移植等, 但部分HVEB患者的损伤仍进一步加深, 肢体坏死也进一步加重, 由此导致已接受过截肢手术的患者需再次提高截肢平面, 甚至导致脓毒症、SIRS、MODS等严重并发症。在今后的HVEB临床与科研工作中, 应积极开展HVEB进行性损伤发生机制研究, 为完善HVEB皮瓣修复原则、药物临床转化、制订规范治疗指南等提供证据支持。

Funding Statement

国家自然科学基金面上项目（81871560）；河北省自然科学基金重点项目（H2016206575）；河北省创新能力提升计划项目（225676120H）

General Program of National Natural Science Foundation of China (81871560); Key Project of Hebei Provincial Natural Science Foundation (H2016206575); Hebei Provincial Innovation Ability Improvement Plan Project (225676120H)