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当期目录

2022年 第42卷  第7期

指南与共识
成人烧伤俯卧位治疗全国专家共识(2022版)
中国老年医学学会烧创伤分会, 中华医学会烧伤外科学分会重症学组
2022, 38(7): 601-609. doi: 10.3760/cma.j.cn501120-20211208-00407
摘要:

俯卧位通气(PPV)作为机械通气治疗的一部分越来越受重视,相关共识和指南相继出台。俯卧位治疗(PPT)在烧伤临床诊疗中应用较为普遍。与传统意义的PPV相比,烧伤PPT在适应证、流程细节、注意事项等方面存在显著差异。因此,中国老年医学学会烧创伤分会和中华医学会烧伤外科学分会重症学组汇总循证证据,牵头制订了《成人烧伤俯卧位治疗全国专家共识(2022版)》,从PPT作用机制、适应证、使用流程等方面形成推荐意见,以供临床参考。

论著·生长因子在创面修复中的作用
原位交联含氧化石墨烯的甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶对小鼠全层皮肤缺损创面血管化的影响
梁莉婷, 宋薇, 张超, 李曌, 姚斌, 张孟德, 袁星宇, 恩和吉日嘎拉, 付小兵, 黄沙, 朱平
2022, 38(7): 616-628. doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20220314-00063
摘要:
目的

制备含氧化石墨烯(GO)的甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)水凝胶并探讨原位光聚合GO-GelMA复合水凝胶对小鼠全层皮肤缺损创面血管化的影响。

方法

采用实验研究方法。将0.2 mg/mL的GO溶液50 μL均匀涂抹于导电胶上,烘干后于场发射扫描电子显微镜下观察GO的结构和大小。将人皮肤成纤维细胞(HSF)分为采用相应终质量浓度GO处理的0 μg/mL GO(不加GO溶液,下同)组、0.1 μg/mL GO组、1.0 μg/mL GO组、5.0 μg/mL GO组、10.0 μg/mL GO组,用酶标仪检测细胞培养48 h的吸光度值,以此表示细胞增殖活性(样本数为6)。将HSF和人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC)分别分为采用相应终质量浓度GO处理的0 μg/mL GO组、0.1 μg/mL GO组、1.0 μg/mL GO组、5.0 μg/mL GO组,采用划痕试验检测划痕后24、36 h HSF的迁移率(样本数为5)及划痕后12 h HUVEC的迁移率(样本数为3),采用酶联免疫吸附测定法检测培养4、6、8 h后HSF分泌的血管内皮生长因子(VEGF)水平(样本数为3)。将配制的含相应终质量浓度GO的GO-GelMA复合水凝胶设为0 μg/mL GO复合水凝胶组、0.1 μg/mL GO复合水凝胶组、1.0 μg/mL GO复合水凝胶组、5.0 μg/mL GO复合水凝胶组,观察其交联前后的性状,检测用磷酸盐缓冲液浸泡3、7 d后GO的释放情况(样本数为3)。在16只6周龄雌性C57BL/6小鼠背部制作全层皮肤缺损创面,将采用原位交联的含相应终质量浓度GO的GO-GelMA复合水凝胶处理的小鼠按随机数字表法分为0 μg/mL GO复合水凝胶组、0.1 μg/mL GO复合水凝胶组、1.0 μg/mL GO复合水凝胶组、5.0 μg/mL GO复合水凝胶组,每组4只,观察治疗3、7、14 d创面大体情况并计算创面愈合率,采用激光多普勒血流仪检测治疗3、7、14 d创面血流灌注并计算平均灌注单位(MPU)比值,采用苏木精-伊红染色观察治疗7 d创面血管新生情况并计算血管密度(样本数均为3)。取0 μg/mL GO复合水凝胶组和0.1 μg/mL GO复合水凝胶组治疗7 d的创面组织,采用苏木精-伊红染色观察GO分布与血管新生的关系(样本数为3),行免疫组织化学染色后观察VEGF的表达。对数据行重复测量方差分析、单因素方差分析、Tukey法。

结果

GO为多层片状结构,宽度约为20 μm、长度约为50 μm。培养48 h,10.0 μg/mL GO组HSF的吸光度值明显低于0 μg/mL GO组(q=7.64,P<0.01)。划痕后24 h,4组HSF迁移率相近(P>0.05);划痕后36 h,0.1 μg/mL GO组HSF迁移率明显高于0 μg/mL GO组、1.0 μg/mL GO组、5.0 μg/mL GO组(q值分别为7.48、10.81、10.20,P值均<0.01)。划痕后12 h,0.1 μg/mL GO组HUVEC迁移率明显高于0 μg/mL GO组、1.0 μg/mL GO组、5.0 μg/mL GO组(q值分别为7.11、8.99、14.92,P值均<0.01),5.0 μg/mL GO组HUVEC迁移率明显低于0 μg/mL GO组和1.0 μg/mL GO组(q值分别为7.81、5.33,P<0.05或P<0.01)。培养4、6 h,4组HSF的VEGF表达均相近(P>0.05);培养8 h,0.1 μg/mL GO组HSF的VEGF表达明显高于0 μg/mL GO组和5.0 μg/mL GO组(q值分别为4.75、4.48,P值均<0.05)。4组GO-GelMA复合水凝胶在交联前均呈红色液体状,交联后呈微黄色凝胶状且流动性无明显差异。0 μg/mL GO复合水凝胶组复合水凝胶各时间点均无GO释放,其余3组GO-GelMA复合水凝胶中的GO于浸泡3 d部分释放,至浸泡7 d全部释放。治疗3~14 d,4组小鼠创面可见水凝胶敷料覆盖在位并保持湿润,创面逐渐愈合。治疗3、7、14 d,4组小鼠创面愈合率均相近(P>0.05)。治疗3 d,0.1 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面MPU比值明显高于0 μg/mL GO复合水凝胶组、1.0 μg/mL GO复合水凝胶组、5.0 μg/mL GO复合水凝胶组(q值分别为10.70、11.83、10.65,P<0.05或P<0.01)。治疗7、14 d,4组小鼠创面MPU比值均相近(P>0.05)。0.1 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面治疗7 d的MPU比值明显低于治疗3 d(q=14.38,P<0.05),治疗14 d的MPU比值明显低于治疗7 d(q=27.78,P<0.01)。治疗7 d,0.1 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面新生血管密度为每200倍视野下(120.7±4.1)根,明显高于0 μg/mL GO复合水凝胶组、1.0 μg/mL GO复合水凝胶组、5.0 μg/mL GO复合水凝胶组的每200倍视野下(61.7±1.3)、(77.7±10.2)、(99.0±7.9)根(q值分别为12.88、7.79、6.70,P值均<0.01);1.0 μg/mL GO复合水凝胶组和5.0 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面新生血管密度均明显高于0 μg/mL GO复合水凝胶组(q值分别为5.10、6.19,P<0.05)。治疗7 d,相较于0 μg/mL GO复合水凝胶组,0.1 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面中成簇新生血管更多,且聚集于GO附近;0.1 μg/mL GO复合水凝胶组小鼠创面中GO和新生血管分布区域有大量VEGF表达。

结论

GO质量浓度低于10.0 μg/mL对HSF增殖活性无明显影响,0.1 μg/mL的GO能够促进HSF和HUVEC迁移,能促进HSF分泌VEGF。原位光聚合GO-GelMA复合水凝胶敷料能够通过促进小鼠全层皮肤缺损创面血管新生,增加创面早期血流灌注,且GO对新生血管有富集作用,其机制可能与GO促进创面细胞分泌VEGF相关。

基于单细胞RNA测序探讨小鼠全层皮肤缺损创面中真皮成纤维细胞的生长因子调控网络
孙礼祥, 吴帅, 张小薇, 刘文杰, 张凌娟
2022, 38(7): 629-639. doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20220215-00029
摘要:
目的

基于单细胞RNA测序探讨小鼠全层皮肤缺损创面中真皮成纤维细胞(dFb)的异质性与生长因子调控网络。

方法

采用实验研究方法。取5只8周龄雄性健康C57BL/6小鼠(鼠龄、性别、品系下同)正常皮肤组织,另取5只背部全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织,用胶原酶D和DNA酶Ⅰ消化组织获得细胞悬液,用10x Genomics平台构建测序文库,用Illumina Novaseq6000测序仪进行单细胞RNA测序。采用R4.1.1软件的Seurat 3.0程序分析获得2种组织细胞的基因表达矩阵,采用按细胞群、细胞来源、标记皮肤中主要细胞基因分类的二维tSNE云图进行可视化展示。根据已有文献报道和CellMarker数据库检索情况,分析2种组织细胞的基因表达矩阵中标志基因表达情况,对各细胞群进行编号和定义。将基因表达矩阵和细胞分群信息导入R4.1.1软件的CellChat 1.1.3程序,分析2种组织中细胞间通信以及创面组织血管内皮生长因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)信号通路中的细胞间通信,2种组织中FGF的各亚型与FGF受体(FGFR)各亚型的两两配对(以下简称FGF配受体对)对FGF信号网络的相对贡献,2种组织中相对贡献排名前2的FGF配受体对信号通路中的细胞间通信。取1只健康小鼠正常皮肤组织和1只全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织,行多重免疫荧光染色,检测FGF7蛋白的表达与分布及其与二肽基肽酶4(DPP4)、干细胞抗原1(SCA1)、平滑肌肌动蛋白(SMA)和PDGF受体α(PDGFRα)的蛋白共定位表达。

结果

健康小鼠正常皮肤组织和全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织中均包含25个细胞群,但2种组织中各细胞群中细胞数不一致。PDGFRα、血小板内皮细胞黏附分子1、淋巴管内皮透明质酸受体1受体型蛋白酪氨酸磷酸酶C、角蛋白10和角蛋白79基因在二维tSNE云图上均有各自明确的分布,分别指示特定的细胞群。将25个细胞群按C0~C24编号,分为9个dFb亚群和16个非dFb群,dFb亚群包括C0间质祖细胞、C5脂肪前体细胞、C13具有收缩能力的肌肉细胞相关成纤维细胞等,非dFb群包括C3中性粒细胞、C8 T细胞、C18红细胞等。与健康小鼠正常皮肤组织比较,全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织中细胞间通信更多更密集,其中细胞间通信强度排前3位的细胞群为dFb亚群C0、C1、C2,这3个dFb亚群与创面组织中其他细胞群之间均有通信。在全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织中,VEGF信号主要由dFb亚群C0发送、脉管相关细胞群C19和C21接收,PDGF信号主要由周细胞C14发送、多个dFb亚群接收,EGF信号主要由角质形成细胞亚群C9和C11发送、dFb亚群C0接收,FGF信号的主要发送者和接收者均为dFb亚群C6。健康小鼠正常皮肤组织和全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织FGF信号网络中的FGF配受体对相对贡献,均是FGF7-FGFR1排在首位,排名第2的分别是FGF7-FGFR2、FGF10-FGFR1;与正常皮肤组织比较,创面组织FGF7-FGFR1信号通路中的细胞间通信更多,而FGF7-FGFR2和FGF10-FGFR1信号通路中的细胞间通信稍有减少或无明显变化;创面组织FGF7-FGFR1信号通路中的细胞间通信强于FGF7-FGFR2、FGF10-FGFR1信号通路;在2种组织中,FGF7信号均主要由dFb亚群C0与C1和C2发送、dFb亚群C6和C7接收。与健康小鼠正常皮肤组织比较,全层皮肤缺损小鼠伤后7 d创面组织中FGF7蛋白表达更多;在正常皮肤组织中,FGF7蛋白主要表达于皮肤间质层且在靠近真皮白色脂肪组织附近也有表达;在2种组织中,FGF7蛋白与DPP4、SCA1蛋白共定位表达于皮肤间质层中,与PDGFRα蛋白共定位表达于dFb中,与SMA蛋白无共定位表达,其中创面组织中的共定位表达多于正常皮肤组织。

结论

小鼠全层皮肤缺损创面愈合过程中的dFb存在高异质性,为多种生长因子潜在的主要分泌或接收细胞群落,与生长因子信号通路之间存在紧密、复杂的联系;FGF7-FGFR1信号通路是创面愈合过程中的主要FGF信号通路,靶向调控多个dFb亚群。

负载银和重组人碱性成纤维细胞生长因子的甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶对兔深Ⅱ度烧伤创面的影响
陈向军, 吴兴, 林欢欢, 刘肇兴, 刘沙
2022, 38(7): 640-649. doi: 10.3760/cma.j.cn501120-20210726-00260
摘要:
目的

探讨负载银和重组人碱性成纤维细胞生长因子(rh-bFGF)的甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)水凝胶对兔深Ⅱ度烧伤创面的影响。

方法

采用实验研究方法。制备含不同浓度甲基丙烯酸酐(MA)的低浓度MA明胶(GelMA)材料、中浓度GelMA材料和高浓度GelMA材料,加入光引发剂后分别制得低浓度GelMA水凝胶、中浓度GelMA水凝胶和高浓度GelMA水凝胶。采用核磁共振波谱仪检测前述3种浓度GelMA材料的氢核磁共振谱并根据波谱图计算其取代度,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)检测前述3种浓度GelMA水凝胶的三维微观结构及孔径,样本数均为9。根据前述筛选出的MA浓度合成含10种浓度银的GelMA(含银GelMA)溶液,将每种浓度的含银GelMA溶液均分为3份,加入光引发剂后分别暴露于紫外光下持续20、25、35 s,制得相应的含银GelMA水凝胶。采用胶原酶降解法测定不同光交联时间含银GelMA水凝胶降解12、24、36、48 h的降解剩余率及彻底降解所需时长,样本数为5。测定前述筛选出光交联时间下含10种浓度银GelMA水凝胶对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径反映其抑菌能力,样本数均为5。以与含最低浓度银(即不含银)GelMA水凝胶抑菌圈直径相比有统计学意义的含银GelMA水凝胶为有抑菌活性。选取具有抑菌活性的且载药浓度最低的含银GelMA水凝胶,采用FESEM检测其三维微观结构及孔径,采用能谱仪检测其内部银元素的存在情况,样本数均为9。将冻干单纯GelMA水凝胶和冻干含银GelMA水凝胶分别浸没于磷酸盐缓冲液中24 h,通过称重法计算并比较2种水凝胶的溶胀率,样本数为5。根据预实验及前述实验结果,制备含银和rh-bFGF的GelMA水凝胶(简称复合水凝胶)。大体观察复合水凝胶的外观,并采用FESEM检测其三维微观结构与孔径。取30只4~6个月龄、雌雄各半日本大耳兔,在其背部制作深Ⅱ度烧伤创面。以兔头侧为基准,将脊柱左侧创面作为复合水凝胶治疗组,右侧作为纱布对照组,2组创面分别作相应处理。观察伤后3、7、14、21、28 d创面愈合情况;记录伤后7、14、21、28 d创面愈合面积并计算其愈合率,样本数为30。对数据行重复测量方差分析、单因素方差分析、独立样本t检验。

结果

低浓度GelMA材料、中浓度GelMA材料及高浓度GelMA材料的取代度,差异明显(F=1 628.00,P<0.01)。低浓度GelMA水凝胶存在疏松、不规则三维空间网状结构,孔径为(60±17)μm;中浓度GelMA水凝胶的三维空间网络、孔径大小均较均匀规则,孔径为(45±13)μm;高浓度GelMA水凝胶的三维空间网状结构致密、层次混乱,孔径为(25±15)μm。3种GelMA水凝胶孔径大小差异有统计学意义(F=12.20,P<0.01),选取(MA)中浓度为后续材料制作浓度。相同光交联时间下的含不同浓度银GelMA水凝胶的降解性基本一致;20、25、35 s光交联时间下含银GelMA水凝胶降解12 h的降解剩余率分别为(74.2±1.7)%、(85.3±0.9)%、(93.2±1.2)%,降解24 h的降解剩余率分别为(58.3±2.1)%、(65.2±1.8)%、(81.4±2.6)%,降解36 h的降解剩余率分别为(22.4±1.9)%、(45.2±1.7)%、(68.1±1.4)%,降解48 h的降解剩余率分别为(8.2±1.7)%、(32.4±1.3)%、(54.3±2.2)%;20、25、30 s光交联时间下含银GelMA水凝胶彻底降解所需时间分别为(50.2±2.4)、(62.4±1.4)、(72.2±3.2)h,差异有统计学意义(F=182.40,P<0.01),选取25 s作为后续光交联时间。低浓度至高浓度的10种含银GelMA水凝胶对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径依次为(2.6±0.4)、(2.5±0.4)、(3.2±0.4)、(12.1±0.7)、(14.8±0.7)、(15.1±0.5)、(16.2±0.6)、(16.7±0.5)、(16.7±0.4)、(16.7±0.6)mm,基本呈浓度依赖性升高趋势,总体比较差异有统计学意义(F=428.70,P<0.01),与含最低浓度银GelMA水凝胶相比,其他有抑菌活性的含低浓度至高浓度银GelMA水凝胶的抑菌圈直径均明显增大(t值分别为26.35、33.84、43.65、42.17、49.24、55.74、43.72,P<0.01)。对金黄色葡萄球菌抑菌圈直径为(12.1±0.7)mm的含银GelMA水凝胶具有抑菌活性且载药浓度最低,选取该含银浓度为后续材料制作浓度。含银GelMA水凝胶的微观形貌为规律的趋于平行线性的条索状结构,孔径为(45±13)μm,且含有银元素。浸没24 h,含银GelMA水凝胶的溶胀率与单纯GelMA水凝胶相近(P>0.05)。复合水凝胶呈无色清亮透明状;其三维结构为规则、均匀的网格状,内部存在细丝网状结构,孔径为(40±21)μm。伤后3 d,复合水凝胶组兔创面可见大量坏死组织及渗出物;纱布对照组兔创面可见散在结痂,亦可见少量坏死组织及渗出物。伤后7 d,复合水凝胶组兔创面已明显缩小,纱布对照组兔出现创面存在与纱布粘连情况。伤后14 d,复合水凝胶组兔创面红润、可见肉芽组织生长;纱布对照组兔创面基底呈苍白色、血运差。伤后21 d,复合水凝胶组兔创面完全愈合,纱布对照组兔创面出现愈合趋势。伤后28 d,复合水凝胶组兔创面部位可见新生毛发,纱布对照组兔仍残存椭圆形创面。伤后7、14、21、28 d,复合水凝胶组兔创面愈合率均明显大于纱布对照组(t值分别为2.24、4.43、7.67、7.69,P<0.05或P<0.01)。

结论

中浓度GelMA水凝胶在溶胀性、可降解性方面具有良好的理化特性,筛选出的含银GelMA水凝胶具有抑菌活性且载药浓度最低,制得的复合水凝胶可明显缩短兔深Ⅱ度烧伤创面愈合时间。

论著
外源性左旋肉碱对过度内质网应激介导的严重烫伤大鼠肝细胞焦亡的影响及其分子机制
樊拂晓, 李朋涛, 夏正国, 谢超琼, 徐结苟, 徐庆连
2022, 38(7): 667-676. doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20220120-00010
摘要:
目的

探讨外源性左旋肉碱对过度内质网应激介导的严重烫伤大鼠肝细胞焦亡的影响及其分子机制。

方法

采用实验研究方法。将15只6~8周龄雌性SD大鼠按随机数字表法(分组方法下同)分为假伤组、单纯烫伤组、烫伤+肉碱组,每组5只,单纯烫伤组和烫伤+肉碱组大鼠背部制作30%体表总面积的Ⅲ度烫伤,其中烫伤+肉碱组大鼠另外给予腹腔注射左旋肉碱。伤后72 h,采用全自动生化仪检测肝损伤生物化学指标天冬氨酸转氨酶(AST)和丙氨酸转氨酶(ALT)水平,样本数为5。伤后72 h,采用苏木精-伊红染色观察肝组织损伤情况。伤后72 h,采用实时荧光定量反转录PCR(RT-qPCR)法检测肝组织中细胞焦亡相关标志物核苷酸结合寡聚化结构域蛋白样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)、胱天蛋白酶1(caspase-1)、消皮素D和白细胞介素1β(IL-1β)以及内质网应激相关标志物葡萄糖调节蛋白78(GRP78)、CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)的mRNA水平;采用蛋白质印迹法检测肝组织中GRP78、CHOP、NLRP3、caspase-1、caspase-1/p20、消皮素D-N、剪切型IL-1β蛋白表达水平,样本数均为5。取人肝癌细胞HepG2,分为二甲基亚砜(DMSO)组、0.1 μmol/L衣霉素组、0.2 μmol/L衣霉素组、0.4 μmol/L衣霉素组、0.8 μmol/L衣霉素组,分别作相应处理。培养24 h后,采用细胞计数试剂盒8法检测细胞活力并筛选衣霉素干预浓度(样本数为5)。取HepG2人肝癌细胞,分为DMSO组、单纯衣霉素组和衣霉素+肉碱组,分别作相应处理。培养24 h后,采用蛋白质印迹法检测细胞中GRP78、CHOP、NLRP3、caspase-1、caspase-1/p20、消皮素D-N、剪切型IL-1β蛋白表达水平,样本数均为3。对数据行单因素方差分析和LSD-t检验。

结果

伤后72 h,单纯烫伤组大鼠血清中AST和ALT水平分别为(640±22)、(157±8)U/L,均分别明显高于假伤组的(106±13)、(42±6)U/L(t值分别为-46.78、-25.98,P<0.01);烫伤+肉碱组大鼠血清中AST和ALT水平分别为(519±50)、(121±10)U/L,均明显低于单纯烫伤组(t值分别为4.93、6.06,P<0.01)。伤后72 h,假伤组大鼠肝组织形态基本正常,未见明显的炎症细胞浸润;与假伤组相比,单纯烫伤组大鼠肝组织可见大量的炎症细胞浸润,细胞排列紊乱;与单纯烫伤组相比,烫伤+肉碱组大鼠肝组织可见少量的炎症细胞浸润。伤后72 h,单纯烫伤组大鼠肝组织中NLRP3、caspase-1、消皮素D和IL-1β mRNA表达水平均明显高于假伤组(t值分别为34.42、41.93、30.17、15.68,P<0.01);烫伤+肉碱组大鼠肝组织中NLRP3、caspase-1、消皮素D和IL-1β mRNA表达水平均明显低于单纯烫伤组(t值分别为34.40、37.20、19.95、7.88,P<0.01)。伤后72 h,与假伤组相比,单纯烫伤组大鼠肝组织中NLRP3、caspase-1、caspase-1/p20、消皮素D-N、剪切型IL-1β蛋白表达水平均明显升高(t值分别为12.28、26.92、5.20、10.02、24.78,P<0.01);与单纯烫伤组相比,烫伤+肉碱组大鼠肝组织中NLRP3、caspase-1、caspase-1/p20、消皮素D-N、剪切型IL-1β蛋白表达水平均明显下降(t值分别为10.99、27.96、12.69、8.96、12.27,P<0.01)。伤后72 h,单纯烫伤组大鼠肝组织中GRP78、CHOP的mRNA水平均明显高于假伤组(t值分别为21.00、16.52,P<0.01),烫伤+肉碱组大鼠肝组织中GRP78、CHOP的mRNA水平均明显低于单纯烫伤组(t值分别为8.92、8.21,P<0.01);单纯烫伤组大鼠肝组织中GRP78、CHOP的蛋白表达水平均明显高于假伤组(t值分别为22.50、14.29,P<0.01),烫伤+肉碱组大鼠肝组织中GRP78、CHOP的蛋白表达水平均明显低于单纯烫伤组(t值分别为14.29、5.33,P<0.01)。培养24 h后,与DMSO组相比,0.1 μmol/L衣霉素组、0.2 μmol/L衣霉素组、0.4 μmol/L衣霉素组、0.8 μmol/L衣霉素组细胞存活率均明显下降(t值分别为4.90、9.35、18.64、25.09,P<0.01);选择0.8 μmol/L作为后续衣霉素的干预浓度。培养24 h后,与DMSO组相比,单纯衣霉素组细胞GRP78、CHOP的蛋白表达水平均明显升高(t值分别为10.48、17.67,P<0.01);与单纯衣霉素组相比,衣霉素+肉碱组细胞GRP78、CHOP的蛋白表达水平均明显下降(t值分别为8.08、13.23,P<0.05或P<0.01)。培养24 h后,与DMSO组相比,单纯衣霉素组细胞NLRP3、消皮素D-N蛋白表达水平均明显升高(t值分别为13.44、27.51,P<0.01),caspase-1、caspase-1/p20、剪切型IL-1β蛋白表达水平均无明显变化(P>0.05);与单纯衣霉素组相比,衣霉素+肉碱组细胞NLRP3、消皮素D-N蛋白表达水平均明显下降(t值分别为20.49、21.95,P<0.01),caspase-1、caspase-1/p20、剪切型IL-1β蛋白表达水平均无明显变化(P>0.05)。

结论

在严重烫伤大鼠中,外源性左旋肉碱可能通过抑制过度内质网应激介导的细胞焦亡相关通路发挥对肝损伤的保护作用。

智能无人车辆技术
基于图表示的智能车行人意图识别方法
吕超, 崔格格, 孟相浩, 陆军琰, 徐优志, 龚建伟
2022, 42(7): 688-695. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.330
摘要:

智能驾驶场景下的人车冲突问题与行人过街行为密切相关,为使高级驾驶辅助系统(advanced driving assistance system, ADAS)具备识别行人过街意图的功能,并对人车碰撞事件预警,提出一种基于图表示学习(graph representation learning, GRL)方法的行人过街意图识别框架。它采用开源工具对行人骨架信息进行识别,采用图方法,以行人在一段运动过程内每一帧的骨架关键点为节点,以骨架自然连接关系、相关关系和时域关系为边建立图模型,实现对行人动作序列的表征。以图结构数据为输入,基于支持向量机(support vector machine, SVM)训练行人过街意图识别模型。在自动驾驶数据集PIE上对所提出方法进行评估,结果显示,行人过街意图分类准确率可达90.29%,所提出方法能够有效识别行人过街意图,对提高智能车决策安全性具有重要意义。

基于势场法的无人车局部动态避障路径规划算法
翟丽, 张雪莹, 张闲, 王承平
2022, 42(7): 696-705. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.333
摘要:

根据无人车动态实时避障的需求,提出一种基于人工势场法的局部避障路径规划算法,通过改进势场环境及势场力来解决传统势场法局部极小值和目标不可达的问题. 考虑车辆碰撞安全性,对侧向动态障碍物和同向动态障碍物工况进行分析,采用动态窗口法进行实时动态避障规划. 同时为保证规划路径的平滑性和可跟踪性,采用贝塞尔曲线对轨迹进行平滑处理. 最后,在CarSim和Matlab/Simulink 联合仿真平台下,对所提出的控制算法进行验证. 仿真结果表明了规划算法的避障有效性、安全性以及可跟踪性.

基于转向响应特性的智能车辆轨迹跟踪双闭环控制
徐彬, 张大鹏, 杨海洋, 韩子勇
2022, 42(7): 706-712. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.328
摘要:

智能车辆轨迹跟踪的准确性与鲁棒性是车辆运动控制性能的重要表征,基于路径预瞄信息的跟踪控制研究使车辆性能显著提升. 然而,车辆转向系统响应不足给车辆实时准确的基于预瞄信息跟踪参考轨迹带来挑战. 针对此问题,实时引入转向系统状态建立双闭环轨迹跟踪控制结构,保证智能车辆轨迹跟踪控制算法对转向系统响应不足的鲁棒性. 具体结构外环基于预瞄信息使用模型预测控制求解最优转向角,内环基于转向状态误差使用PID方法设计反馈控制律以补偿转向响应不足. 双闭环结构耦合控制输入保证了车辆鲁棒最优跟踪控制. 最后通过Carsim与Simulink联合仿真,验证了该双闭环控制结构的有效性.

基于模糊滑模观测器与传感器信号积分可拓融合的车辆质心侧偏角估计
汪洪波, 徐世寒, 周道林, 王翔宇, 刘欣雨
2022, 42(7): 713-722. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.300
摘要:

车辆质心侧偏角对于车辆横向稳定状态判断具有重要作用,对质心侧偏角的高估或低估都会对稳定性控制系统产生影响. 针对目前质心侧偏角估计方法仍具有较大误差且实用性不强,提出了以降低观测误差及提高估计系统实用性为目标的方法,构建了鲁棒性较强的模糊二阶滑模观测器计算质心侧偏角观测值,同时采用惯性测量单元信号计算质心侧偏角积分值. 之后分析了两种估计方法的优缺点,对质心侧偏角观测估计值与传感器信号积分估计值进行可拓融合,以实现采用传感器信号估计对观测值进行修正. 最后通过Simulink/TruckSim仿真、硬件在环仿真,进行了质心侧偏角估计方法的验证. 在实车定圆加速测试工况中以控制效果论证了所提出方法的有效性. 研究表明所提出方法能够准确反映实际质心侧偏角状态,并且可靠性、实用性均较佳.

基于故障估计的无人车容错控制方法
夏秋, 陈龙, 徐兴, 蔡英凤, 陈特, 仵晓涵
2022, 42(7): 723-732. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.161
摘要:

考虑转向控制系统故障和未知干扰同时作用对无人车辆路径跟踪效果的影响,为提高无人车辆控制系统的可靠性,设计了一种无人车路径跟踪容错控制方法. 对转向控制系统输入性故障进行分析,结合未知干扰情况定义了名义故障并建立相应的数学模型. 利用高阶滑模观测器构造名义故障微分方程,并利用自适应容积卡尔曼滤波设计了车辆质心侧偏角和名义故障估计方法,从而为无人车容错控制提供可靠信息源. 基于滑模控制理论设计了无人车路径跟踪容错控制器并证明了其收敛性. 联合仿真和硬件在环试验结果表明,所提出的估计方法能够得到精确可靠的质心侧偏角和名义故障估计结果,且与无容错控制相比,所设计的路径跟踪容错控制器在面对故障和干扰时能够明显地提高车辆的控制性能,并同时保证车辆的路径跟踪能力及其自身的稳定性.

智能车辆规划与控制策略学习方法综述
龚建伟, 龚乘, 林云龙, 李子睿, 吕超
2022, 42(7): 665-674. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2022.095
摘要:

智能车辆相关技术已实现了长足的发展,并已能够在有限封闭场景中实现自主行驶的基本功能. 然而,实际道路测试结果表明,目前智能车辆技术仍存在较多局限,而智能车辆在复杂城市与越野环境的大规模应用仍面临较多挑战. 作为智能车辆关键技术之一,运动规划与控制技术已基本建立了完整的理论体系并已得到较多工程应用,但传统方法在实际应用中仍存在动态复杂场景理解能力弱、场景适应性差、模型复杂度高、参数调整难度大等缺陷. 由于机器学习方法具备较强的知识表征与模型拟合能力,其已经在智能车辆的感知与导航技术中得到了广泛的应用. 而为了解决传统运动规划与控制技术存在的泛化性与适用性等问题,许多研究者近年来也开始探索基于深度学习、强化学习等机器学习方法的运动规划与控制方法. 本文将对目前基于机器学习的智能车辆规划与控制方法研究现状进行回顾,从规划与控制策略基本架构、基本学习范式以及基于学习的规划与控制方法三方面对现有智能车辆规划与控制策略学习方法进行分析,最后对研究现状与未来发展方向进行总结与展望.

智能汽车换道轨迹的燃油经济性研究
金辉, 赵延杰, 光昊
2022, 42(7): 675-681. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.250
摘要:

基于智能汽车行驶的空间约束和运动轨迹曲率约束等限制,对换道轨迹的燃油经济性进行了研究. 基于发动机瞬态油耗模型,确定了平路行驶的最经济车速,并建立了能满足各种约束的3阶贝塞尔换道轨迹模型. 通过Matlab/Simulink与Carsim联合仿真验证,文中设计的贝塞尔换道轨迹的油耗分别比已有的sin-tanh和x-sin换道轨迹节油了3.49%和0.77%,其最大横向加速度值也分别比sin-tanh和x-sin换道轨迹降低了31.75%及7.45%. 因此在保证智能汽车安全舒适行驶的基础上,利用贝塞尔换道轨迹的汽车油耗更少,对应的最大横向加速度更小,表明贝塞尔换道轨迹模型具有优越性.

变构型陆空平台动态起降轨迹规划研究
魏巍, 范康迪, 王若琳, 赵默雷, 赵之然, 王剑峰
2022, 42(7): 682-687. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.325
摘要:

陆空平台具有多域机动能力,通过陆空模式的转换能够适应各种复杂环境,但陆空模式转换多为静止起飞或悬停下降,这种静态起降方式不利于陆空平台机动性的充分发挥. 针对一种动力机构可偏转的变构型陆空两栖平台,基于牛顿-欧拉方程建立陆空平台的飞行动力学模型,规划偏转角的时间序列以获得动态动力学约束,确定相对时间最优目标函数;基于5次多项式拟合二维平面轨迹,根据PID控制方法设计轨迹跟踪控制器,并进行轨迹规划和控制仿真. 结果表明,动态切换时间相比静态切换时间缩短了23.02%,动态切换规划轨迹平滑,高度方向无超调,控制器能较好地跟踪目标飞行轨迹.

工程力学
胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究
李祥龙, 李强, 王建国, 杨长辉, 陶子豪, 左庭, 赵泽虎
2022, 42(7): 733-740. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.189
摘要:

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度(1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s)条件下4种配比胶结充填体(灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10),采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10%;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238~0.336,0.274~0.413,0.391~0.547,0.473~0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.

信息与控制
新型同步开关磁阻电机性能分析与结构优化
冬雷, 冉茂莹, 邵立伟, 高孟祺, 于坤洋
2022, 42(7): 741-748. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.172
摘要:

为解决同步磁阻电机转子结构复杂、机械强度差、难以应用于高速领域的缺点,提出了一种新型同步开关磁阻电机(synchronous switched reluctance motor,SSRM). 该电机结合了开关磁阻电机与同步磁阻电机的优势,电机转子冲片制作工艺简单、可靠性强、适用于高速领域,电机的凸极率高,转矩输出能力强. 在对新型SSRM电磁设计的基础上利用正交法对该电机参数进行优化,选取转矩均值、转矩脉动以及电机效率作为优化性能指标. 通过有限元仿真和实验验证了优化后的SSRM具有转矩脉动低、效率高的特性.

一种基于光流双输入网络的微表情顶点帧检测方法
郑戍华, 陈梦心, 王向周, 弓雪雅
2022, 42(7): 749-754. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.135
摘要:

微表情顶点帧蕴含着丰富的微表情信息,为了准确地检测出微表情顶点帧,本文提出了一种基于光流特征的神经网络分类,并利用先验知识规则进行取舍的检测方法. 该方法针对固定滑窗大小内的图像进行光流信息提取,利用双输入特征提取网络对x, y方向的光流信息进行时空特征提取,并进行分类,经根据微表情先验知识所设计的取舍规则后处理后,改善了检测准确度. 实验结果表明,在数据集CASMEⅡ上测试,顶点定位率(apex spotting rate,ASR)指标达到了0.945,F1-score指标达到了0.925.

光学与电子
双隐身飞机相干干扰对单脉冲雷达影响及影响有效性研究
王春阳, 刘明杰, 曾会勇, 周长霖
2022, 42(7): 755-763. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.185
摘要:

针对当前关于双隐身飞机编队相干干扰对单脉冲雷达具体影响分析不足及误差有效性缺乏合理评价的问题,考虑双机回波相位差的随机性特点,建立了双隐身飞机相干干扰模型和角度误差评价模型. 设定双机突防运动场景,提取双机动态RCS,推导回波作用下的双机相干干扰引起的随机性角度误差计算式,求解随机性角度误差的一阶数字特征,并根据脱靶距离建立了角度误差有效性影响评价准则,解算角度误差的有效影响概率. 仿真表明:双隐身飞机相干干扰产生的角度误差均值较大,随机起伏性较弱,干扰效果较好,且误差对雷达影响有效概率较大,保证了编队突防安全性.

材料科学
高压撞击下E36船用钢的动态响应研究
赵鹏铎, 霍国敬, 王琪, 张磊, 李茂, 李先雨, 张朝晖, 张顺中, 贺健业
2022, 42(7): 764-772. doi: 10.15918/j.tbit1001-0645.2021.188
摘要:

针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题,通过一维平板撞击试验测得了10,20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率−时间曲线,计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度,利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场;并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂,毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合;随着撞击压力的增加,E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大,层裂强度逐渐增加,相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.

燃烧、传热、传质
冰晶粒子运动过程中的相变特性
黄平, 卜雪琴, 林贵平, 郁嘉
2022, 37(7): 1379-1391. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210484
摘要:

针对冰晶在温暖环境下运动时固液汽耦合的相变现象,基于欧拉法建立了冰晶粒子的运动相变模型和计算方法。计算了冰晶粒子在强迫对流环境下的融化相变过程,与实验结果对比验证了运动相变模型和计算方法的准确性。针对NACA0012翼型计算了冰晶绕流运动时的热力学特性,得到了冰晶粒子到达撞击表面时的融化状态与收集系数。研究了冰晶粒径大小、初始球形度、气流相对湿度和温度对运动相变的影响。结果表明:冰晶粒子运动相变模型可以有效地评估冰晶结冰风险,冰晶粒子的融化速率主要取决于粒子直径、球形度、气流温度、湿度等因素,环境温度为288 K时冰晶粒子的融化时间为27.5 s,而相同条件下环境温度为302 K时的融化时间仅有5.2 s。