综述：枪伤研究中的动物模型：弹道学研究中模型选择与质量评估的范围综述

《Forensic Science, Medicine and Pathology》：Animal models in gunshot injury studies: A scoping review of model selection and quality assessment in ballistic research

本范围综述旨在识别用于模拟枪伤的实验模型，评估现有证据的质量，并探讨其对法医实践的意义。研究人员在截至2026年1月的七个数据库（PubMed/MEDLINE、Embase、Web of Science、Scopus、Cochrane、Google Scholar及Virtual Health Library）中进行了全面的文献检索。纳入标准包括采用动物模型和组织替代物研究枪伤的研究，无发表日期或语言限制。遵循PRISMA-ScR（系统综述和荟萃分析优先报告条目扩展版范围综述）指南，数据提取方法涵盖研究特征、所用动物模型或模拟物类型、实验目标及方法学报告质量的提取，随后进行定性综合。在评估全文资格的29篇文章中，最终26项研究被纳入分析。主要使用的模型为猪组织和牛组织，成功再现了枪伤的关键形态特征。然而，文献中存在反复出现的方法学局限性和高度异质性。值得注意的是，仅有一项纳入研究遵循了ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南等标准化报告框架。尽管动物模型在理解弹头-组织相互作用和伤口形态方面具有重要价值，但目前的方法学变异性影响了法医弹道事件的解释与重建。制定并持续应用适当的指南对于提高实验弹道研究的可靠性、可重复性及法医适用性至关重要。

引言

动物模型广泛应用于生物与生物医学研究，并遵循“3R”伦理原则：替代（Replacement）、减少（Reduction）与优化（Refinement）。在创伤与弹道学研究中，这些原则要求研究人员尽可能优先寻求非动物替代方案，通过统计学方法最小化样本量以获取稳健数据，并采取合适的麻醉、镇痛与人道终点以减轻痛苦，同时最大化科学有效性。因此，严谨的实验规划——涵盖研究问题、设计与模型选择——是确保伦理合规与科学相关性的基础。

在伤口弹道学中，实验模型对理解弹头与生物组织的相互作用至关重要。枪械损伤传统上通过不同的组织区域描述，包括由直接挤压与撕裂造成的永久性空腔，以及周围的挫伤区与暂时性空腔。除临床与生物力学意义外，这些区域在法医学中具有核心地位，支撑着射入口与射出口解释、组织破坏模式分析及射击事件重建。准确的枪伤法医学解释依赖于伤口形态、弹头行为及组织反应的可靠再现。擦伤轮、烟晕沉积、纹身样改变、空腔模式及弹头轨迹等特征，是法医学实践中推断射击距离、武器类型及事件动力学参数的常规依据。

为模拟此类事件，研究人员依赖从非生物模拟物到动物模型的多种模型。组织替代物如弹道明胶、肥皂块及复合模拟物被广泛用于研究弹头变形、穿透深度及动能传递。这些模拟物在满足物理与终点弹道学要求方面优势显著，可提供均质、标准化且易重复的培养基。然而，医学与法医学研究的需求与纯物理学存在显著差异。模拟物虽擅长捕捉能量耗散，但缺乏异质性解剖结构——如皮肤弹性、肌纤维、血管网及骨密度——而这些结构是全面再现活体或新鲜死亡人体组织中观察到的复杂生物学与形态学反应所必需的。

由于合成介质的局限性，生物模型对于理解真实伤口形态仍不可或缺。在生物模型中，猪与牛组织因其在解剖与生物力学上与人类软组织的相似性而被频繁使用。这些模型已应用于部分与整体实验中，以研究弹头-组织相互作用、伤道形成、血液喷溅现象及骨折模式。此类研究不仅与创伤研究和治疗开发相关，也为法医病理学、犯罪现场重建及专家证言提供了重要见解。

尽管应用广泛，涉及动物模型的弹道学研究在设计、报告标准及结局指标方面仍存在高度异质性。为解决动物研究的普遍局限，ARRIVE（Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments）指南被引入以提高透明度、可重复性与方法学质量。然而，弹道学与法医学研究对该指南的依从性仍不一致，可能损害实验发现的可靠性与可比性。

材料与方法

本范围综述遵循PRISMA-ScR指南，研究方案基于Peters等人（2015）提出的框架、Joanna Briggs Institute（JBI）方法及其他已发表研究，已在Open Science Framework（OSF）平台注册。综述旨在回答核心研究问题：“枪伤调查中使用了哪些类型的研究模型？”依据JBI范围综述框架，该问题采用PCC策略构建：研究对象（Population，接受检验的动物模型与非生物替代物）；概念（Concept，枪伤的实验方法与形态学效应）；情境（Context，法医弹道重建及对ARRIVE报告指南的依从性）。

纳入标准要求文章记录涉及任何动物模型（活体或死后）或非生物组织替代物（如NATO明胶、条形皂、PermaGel?及Clear Ballistics Gel?）的实验弹道学研究。未对发表日期、研究设计或语言设限以确保最大包容性。超出研究人员语言能力范围的论文使用免费在线翻译工具翻译。灰色文献因资源限制被排除，以确保仅纳入同行评议的实证证据。

两名具有弹道学与牙科法医学研究经验的研究人员在截至2026年1月的七个电子数据库中进行了全面检索，检索策略结合布尔运算符针对特定术语，以减少与枪支暴力相关的无关临床主题干扰。所有检索记录导入Rayyan QCRI软件去重后，由两名熟悉枪伤研究与实验动物模型的研究人员独立进行题目与摘要筛选，随后对全文进行严格的资格评估，分歧通过讨论与第三方协作解决。

数据提取由两名研究人员使用标准化表格独立完成，提取内容包括作者与年份、来源国家、样本量、主要研究目标、具体动物模型或模拟介质类型、实验弹道参数及形态学结局，并评估每项研究对ARRIVE指南的明确依从性。鉴于预期的设计、物种与结局的高度异质性，未进行定量综合（荟萃分析），而是对提取数据进行定性综合与映射，按模型类型（合成vs.生物；猪、牛、犬等）及其特定的法医或生物力学应用分类，生成描述性总结以突显主要方法学趋势、比较模型的解剖保真度，并识别报告标准的空白。

结果

初步检索共获得2325篇文章，去重后2068项研究进入题目与摘要筛选，排除2039篇不符合标准者，剩余29篇进行全文评估，排除3篇综述后，最终26篇原始实验文章纳入定性综合。

纳入研究地理分布广泛，中国发表数量最多（n=5），其次为新西兰（n=3），丹麦与英国各2篇，其余分布于芬兰、瑞典、美国、德国、巴西等国。实验模型以猪组织占绝对主导，其状态多样，包括活体麻醉猪、安乐死整体模型及孤立解剖部位（如胸廓、下颌骨、肢体）。牛模型主要用于颅骨与皮肤模拟。其他生物模型包括犬、大鼠及黇鹿。样本量高度异质，范围从5至7个标本的小规模可行性研究，至涉及64头猪或155只犬的大规模生物学分析。

绘制的单个研究数据显示，靶区与各项研究的弹道目标密切相关。多项研究聚焦于颅面与神经创伤，例如建立活体猪穿透性颅脑枪伤模型、模拟猪下颌角骨折、使用猪颅骨模型研究血液反向喷溅，以及探索牛脑组织模拟物的力学特性。另有研究关注四肢与骨骼创伤，包括使用猪模型分析弹道长骨骨折模式、将猪股骨整合入人体大腿模拟物进行三维重建、使用猪肢体评估不同枪械的伤口模型，以及使用黇鹿尸体模型研究弹头偏航对四肢枪伤的影响。软组织、血管与生理反应也是研究重点，包括评估突击步枪弹头与高速导弹对肌肉组织的局部效应、钢珠对犬软组织的致伤特性、严重枪伤后早期炎症紊乱的调节、下肢创伤后凝血激活、颈动脉鞘内残留弹片碎片的长期影响，以及使用纤维蛋白胶闭合枪伤的实验。最后，宏观伤口特征与环境因素的影响也被记录，包括不同环境下腐败猪皮肤枪伤病变的评估，以及不同枪械在不同距离所致伤口的宏观差异分析。

结果综合显示，生物组织常与合成介质联合使用，NATO明胶、肥皂块及复合组织替代物常与猪、牛模型并列或对照使用。但数据凸显了模拟物内部的不一致性，研究显示终端弹道结果因明胶浓度（如10% vs. 20%）不同而存在显著差异，且此类材料缺乏既定的质量保证方法。此外，方法学报告的关键评价揭示了系统性缺陷：26项纳入研究中，仅Sarber等人的一项研究正式报告了对ARRIVE动物研究指南的依从性，其余研究均缺乏标准化报告框架，导致法医学与生物力学文献中枪伤模拟的方法学异质性居高不下。

讨论

本范围综述描绘了枪伤研究中多样的实验设计与动物模型，突显了治疗性创伤研究与法医学之间的关键交叉点。合成模拟物（如弹道明胶与肥皂块）被广泛用于测量动能传递、穿透深度及弹头变形，但生物模型仍具有根本性的不可替代性。均质合成模拟物完全缺乏忠实再现真实世界伤口形态所需的复杂多层解剖结构。生物组织具有独特的生物力学特性——如皮肤的拉伸强度与弹性、筋膜层的阻力、肌纤维的特定走向及骨密度的差异性——这些因素会剧烈改变弹头撞击时的行为。对法医学伤口解释至关重要的特征，如擦伤轮形成、烟晕与枪击残留物（GSR）沉积、暂时性空腔导致的组织不规则撕裂，以及骨碎片产生的继发性弹头等，均无法在合成块中准确建模。因此，动物模型不仅是补充替代方案，更是精确弹道重建与终点弹道学分析在形态学上的绝对必需品。

在识别的生物模型中，猪与牛组织占主导，并始终表现出最高的转化相关性。猪模型尤其适合法医弹道研究，因其解剖与生物力学特征与人类软组织高度相似。本综述强调了其在再现人类枪伤关键形态特征方面的有效应用，如高度精确的射入口与射出口特征、组织空腔模式及复杂骨折形态。这种生物力学保真度证明了其广泛使用的合理性，因为猪的皮肤厚度、皮下脂肪层及肌肉密度比合成等效物更接近人类物理参数。此外，这些模型在颅骨与下颌骨等高度复杂的解剖区域已被证明至关重要。在颅面创伤案例中，骨密度（皮质骨vs.松质骨）的差异及面部骨骼精细脆弱的结构使骨折模式分析极具挑战性。猪头与下颌骨为了解这些特定的弹头-骨相互作用提供了稳健且高度准确的替代。相反，犬模型虽在早期文献中出现，但因其在肌肉质量分布、四足站立适应及骨密度方面存在显著解剖差异，极大限制了其法医学适用性，这也解释了其在现代标准化研究中使用的减少。

在此类破坏性终点测试中应用动物模型的伦理要求严格恪守“3R”原则。虽然物理与动能测试的首选是“替代”，但当形态准确性需要复杂的生物组织时，“减少”与“优化”则至关重要。研究结果展示了一种高度积极且科学必要的趋势：利用部分动物模型——如孤立的猪肢体、胸廓或牛脑样本——来研究特定的局部物理现象，如血液反向喷溅、四肢骨骨折及深部组织空腔。通过使用近期死亡或屠宰的标本或孤立的组织块，研究人员可在无需全身体活体受试者的前提下，获得关于骨折力学与组织撕裂的高度准确、法医级数据。这种局部化方法直接符合现代伦理准则，允许研究人员在积极减少伦理关切、降低动物痛苦的同时，最大化科学产出。

尽管这些生物模型具有明确的效用与解剖必要性，但回顾文献中发现的一个主要且令人警觉的局限性是标准化方法学报告的严重缺失。引人注目的是，26项回顾研究中仅有一项明确报告了对ARRIVE指南的形式依从性。这种标准化报告的深刻缺失——如未能常规详述动物的确切年龄、体重、品种、死后间隔时间、组织状态（如活体、冷藏或解冻）或弹道参数的精确校准——严重损害了实验结果的可重复性与可比性。在备受审视的法医学领域，实验数据常被外推以重建真实犯罪现场、确定射击事件动态，并成为法律程序中专家证言的基础。如果基础实验方法存在缺陷、不透明或不可重复，由此产生的法医学结论的证据效力将被从根本上削弱，可能导致法庭上的误解。因此，采用严格的标准化报告规程不仅仅是学术形式，更是确保实验性弹道创伤研究能够可靠、安全地转化为法医实践的绝对法律与科学必需品。

结论

总之，本范围综述确定生物模型，特别是猪与牛组织，在模拟枪伤方面仍不可或缺，因为它们成功再现了合成模拟物无法捕获的复杂伤口形态。然而，对现有证据的评估揭示了显著的方法学异质性与对ARRIVE指南等标准化报告框架的严重依从不足。动物模型在弹道研究中的双重适用性——治疗性与法医学——凸显了对整合实验框架的迫切需求。未来的研究应明确定义其主要目标，并纳入标准化的法医学描述符，如伤口尺寸、烟晕与纹身样改变模式、弹头轨迹及组织破坏区。最终，制定国际协议并提高对报告指南的依从性，将实质性地增强基于动物的弹道研究的质量、可比性与法医学相关性。