步槍彈致背部復(fù)合防彈衣后脊柱脊髓鈍性損傷特點(diǎn)及損傷機(jī)理研究.pdf

1、一、研究背景
　　 防彈衣的雛形可追溯至遠(yuǎn)古時(shí)期人們制作的人體裝甲?，F(xiàn)代防彈衣的發(fā)展開始于一次世界大戰(zhàn)，那時(shí)出現(xiàn)了以蠶絲和其它天然纖維為襯里并配以鋼板制成的防彈衣。防彈衣可以避免投射物(如子彈或爆炸物形成的彈片)對(duì)人體胸腹部形成的穿透?jìng)?，并降低傷員的死亡率。據(jù)統(tǒng)計(jì)在一次世界大戰(zhàn)因?yàn)榉缽椧碌氖褂檬褂?guó)士兵的傷亡率降低了58%。但防彈衣并不能完全消除投射物對(duì)機(jī)體的傷害，防彈衣后鈍性損傷(Behindarmor blunt traum

2、a，BABT)就是其損傷特點(diǎn)之一。防彈衣后鈍性損傷是指投射物擊中防彈衣后導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)臟器的非穿透性損傷。防彈衣后鈍性損傷既可發(fā)生軟式防彈衣也可發(fā)生在硬式防彈衣防護(hù)下的機(jī)體。投射物，尤其是高速投射物，與防彈衣碰撞后產(chǎn)生的能量可通過(guò)防彈衣向機(jī)體內(nèi)傳導(dǎo)并導(dǎo)致體內(nèi)各臟器不同程度的損傷，嚴(yán)重時(shí)可以致死。
　　 近年來(lái)隨著防彈衣和高能量武器的廣泛使用，人們對(duì)防彈衣后鈍性損也越來(lái)越重視，并對(duì)胸部防彈衣后鈍性損傷進(jìn)行了大量的研究。胸部防彈衣后鈍性

3、損傷從輕微的皮損到嚴(yán)重的內(nèi)臟損傷，如肺挫傷、心肌挫傷和肝破裂等均有相關(guān)報(bào)道。在戰(zhàn)斗中背部也是防護(hù)的重點(diǎn)，對(duì)于防彈衣防護(hù)下背部中彈后各臟器鈍性損傷特點(diǎn)尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。背部的脊柱脊髓與顱骨和腦組織緊密相連，對(duì)于背部防彈衣后鈍性損傷是否也會(huì)導(dǎo)致脊髓以及腦組織的傷害，目前尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。關(guān)于這種損傷形式對(duì)中樞神經(jīng)(腦)功能的影響，以及傷后血清和腦脊液中特異性神經(jīng)損傷標(biāo)志物的表達(dá)水平也不明確。闡明這些問(wèn)題不僅對(duì)背部防彈衣后鈍性損傷特點(diǎn)有更加深刻的

4、認(rèn)識(shí)，還為背部防彈衣鈍性損傷所致的中樞神經(jīng)損傷的診治和預(yù)后判斷提供充分的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)還可為致傷后作戰(zhàn)人員的作戰(zhàn)能力的評(píng)估提供依據(jù)。
　　 防彈衣后鈍性損傷生物力學(xué)機(jī)制是什么呢？通過(guò)生物力學(xué)和計(jì)算機(jī)仿真模型研究得出防彈衣后鈍性損傷與碰撞后產(chǎn)生的壓力波與剪切力有關(guān)。但既往的研究大多局限與胸部中彈后力學(xué)傳導(dǎo)，對(duì)背部防彈衣后鈍性損傷產(chǎn)生的壓力波在生物體內(nèi)的傳導(dǎo)規(guī)律尚無(wú)報(bào)告。關(guān)于壓力波的大小與子彈動(dòng)能以及損傷的關(guān)系目前也不明確。闡明這些

5、問(wèn)題可以為防彈衣的改進(jìn)以及防彈衣后鈍性損傷的預(yù)防提供依據(jù)。
　　 二、研究目的
　　 本實(shí)驗(yàn)研究目的是明確步槍彈致背部防彈衣鈍性損傷后：
　　 ①脊柱脊髓以及中樞神經(jīng)(腦組織)損傷特點(diǎn)；
　　 ②胸腔重要臟器的損傷特點(diǎn)；
　　 ③實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)以及認(rèn)知功能的改變；
　　 ④步槍彈與防彈衣碰撞后產(chǎn)生的壓力波在生物體內(nèi)的傳導(dǎo)規(guī)律以及產(chǎn)生加速度大小。
　　 在了解以上特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討背

6、部防彈衣后鈍性損傷的生物力學(xué)機(jī)制。為防彈衣的改進(jìn)以及防彈衣后脊柱脊髓和中樞神經(jīng)(腦組織)損傷的預(yù)防、診治和預(yù)后判斷提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 三、研究?jī)?nèi)容
　　 用復(fù)合式防彈衣(軟31層超高分子聚乙烯防彈衣+4.2 mm Al2O3陶瓷防彈板)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的背部進(jìn)行防護(hù)，以背部T8椎體部位為致傷點(diǎn)，在25m處用三種不同速度(590m/s，740 m/s，910 m/s)的某型步槍彈致傷并研究以下內(nèi)容：
　　 1、致傷后中

7、樞神經(jīng)系統(tǒng)(脊髓及腦組織)的病理?yè)p傷特點(diǎn)；中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷程度與相關(guān)電生理(體感誘發(fā)電位、腦電圖)以及與中樞神經(jīng)損傷標(biāo)志物(NSE，MBP，s-100β)表達(dá)水平的關(guān)系。
　　 2、致傷后胸腹腔重要臟器(肺、心、肝、腎)的病理?yè)p傷特點(diǎn)以及對(duì)相關(guān)生理功能的影響；
　　 3、不同速度槍彈致傷后對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物雙后肢運(yùn)動(dòng)功能的影響；高速步槍彈(910 m/s)致傷后對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物認(rèn)知的影響。
　　 4、三種不同速度的步槍彈致傷

8、后產(chǎn)生的壓力波在椎旁軟組織內(nèi)的傳導(dǎo)規(guī)律，致傷點(diǎn)附近加速度的大小；探討壓力、加速度與脊髓和腦組織損傷的關(guān)系。
　　 四、結(jié)果
　　 (一)防彈衣?lián)p傷情況：三種彈速的某型步槍彈均未擊穿防彈衣，并在硬式防彈衣后形成半球形的凸起，當(dāng)彈速為910 m/s時(shí)，所形成凸起的高度和面積與740 m/s和590 m/s有顯著差異(p<0.01)，740 m/s組與590 m/s組無(wú)顯著差異。
　　 (二)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物損傷情況
　

9、　 1、局部皮損特點(diǎn)：致傷后早期，致傷區(qū)的皮膚會(huì)形成蒼白區(qū)和紅暈區(qū)，910 m/s所形成的蒼白區(qū)與590 m/s有明顯差異(p=0.026)，所形成的紅暈區(qū)與740 m/s和590m/s有明顯差異(p=0.008，740 m/s；p=0.000，590 m/s)。740 m/s和590 m/s所形成的蒼白區(qū)無(wú)明顯差異，但紅暈區(qū)面積有顯著性差異(P=0.009)。皮損中心(著彈點(diǎn))與T8椎體的距離分別是2.86±0.90 cm(910

10、m/s)，3.33±0.58 cm(740 m/s)，3.20±0.44cm(590 m/s)
　　 2、胸腹臟器損傷特點(diǎn)
　　 (1)大體損傷特點(diǎn)：三種速度的步槍彈均未導(dǎo)致椎體骨折。不同速度的步槍彈可致胸腹腔臟器不同程度的鈍性損傷，其中910 m/s步槍彈致傷后表現(xiàn)為：肺表面點(diǎn)片狀出血(100%)，心臟瓣膜緣出血(33%)，肝包膜下出血(33%)，腎脊柱緣出血(50%)。740m/s致傷后表現(xiàn)為肺表面點(diǎn)片狀出血(100

11、%)，腎脊柱緣出血(33%)。590 m/s致傷后表現(xiàn)為肺點(diǎn)狀出血(40%)。(注：括號(hào)內(nèi)百分?jǐn)?shù)為損傷比率)
　　 (2)血壓、心率、血氧飽和度損傷特點(diǎn)：三種速度致傷后的血壓、心率和血氧飽和度在測(cè)定的時(shí)間范圍內(nèi)傷前傷后均無(wú)明顯改變。
　　 (3)心電圖損傷特點(diǎn)：各致傷組傷前傷后心電圖無(wú)顯著變化。
　　 3、中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷特點(diǎn)
　　 (1)大體及顯微病理?yè)p傷特點(diǎn)：910 m/s步槍彈致傷后表現(xiàn)為：脊髓挫傷

12、和蛛網(wǎng)膜下腔出血(22%)；顯微病理顯示：脊髓神經(jīng)元變性，軸突脫髓鞘改變，海馬無(wú)髓神經(jīng)元變性。當(dāng)彈速為740 m/s和590 m/s時(shí)，肉眼和光鏡下脊髓和腦組織未見(jiàn)明顯損傷。
　　 (2)中樞神經(jīng)損傷標(biāo)志物(MBP、NSE和S-100β)變化特點(diǎn)：當(dāng)彈速為910 m/s時(shí)，中樞神經(jīng)損傷標(biāo)志物在腦脊液和血清中均高表達(dá)，致傷組與對(duì)照組有明顯差異(p<0.01)。彈速為590 m/s和740 m/s時(shí)，致傷組與對(duì)照組的中樞神經(jīng)損傷標(biāo)志

13、物沒(méi)有明顯差異。
　　 (3)腦電圖損傷特點(diǎn)：當(dāng)致傷速度為910 m/s時(shí)，腦電波在傷后1min出現(xiàn)了抑制并在傷后3-6min內(nèi)恢復(fù)。740 m/s和590 m/s致傷組腦電圖傷前傷后無(wú)顯著差異。
　　 (4)右下肢股神經(jīng)誘發(fā)電位損傷特點(diǎn)：與致傷前相比，致傷后各組潛伏期變化無(wú)明顯差異，但波幅均出現(xiàn)明顯降低，且隨著速度的增加，波幅降低越明顯。各實(shí)驗(yàn)組波幅降低值與對(duì)照組均有顯著性差異(p=0.001，910 m/s；p=0.

14、002，740 m/s；p=0.023，590 m/s)；910 m/s與590 m/s有顯著性差差異(p=0.004)。
　　 (5)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能損傷特點(diǎn)：速度為910 m/s的步槍彈致傷后可出現(xiàn)雙后肢肌力和感覺(jué)減退，嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為雙側(cè)后肢的拖行(33%)，運(yùn)動(dòng)功能在48 h內(nèi)恢復(fù)；所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(100%)均出現(xiàn)記憶力障礙并在24 h內(nèi)恢復(fù)；740 m/s的步槍彈致傷后表現(xiàn)為感覺(jué)和肌力減退但對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的行動(dòng)無(wú)明顯影響；

15、590 m/s的步槍彈致傷后未見(jiàn)運(yùn)動(dòng)功能的改變。(注：括號(hào)內(nèi)百分?jǐn)?shù)為損傷比率)
　　 4、MAIS(Maximum abbreviated injury scale)評(píng)分：910 m/s組MAIS評(píng)分平均值為2.22±0.67；740 m/s組MAIS評(píng)分平均值為2.00±0.00；590 m/s組MAIS評(píng)分為平均值1.17±0.41。
　　 (三)生物力學(xué)損傷特點(diǎn)：隨著彈速的增加各物理指標(biāo)(壓力和加速度)均不同程度的

16、增加。在脊柱旁軟組織內(nèi)測(cè)定的壓力大小與致傷點(diǎn)的距離呈指數(shù)關(guān)系，在顱內(nèi)測(cè)得壓力高于頸動(dòng)脈內(nèi)測(cè)定值(p<0.05)。通過(guò)對(duì)肢體的運(yùn)動(dòng)功能障礙(肌力)與相關(guān)物理參數(shù)(彈速、壓力、加速度、著彈點(diǎn)距T8距離)進(jìn)行逐步回歸分析后發(fā)現(xiàn)：防彈衣后脊柱脊髓鈍性損傷所致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)功能障礙(y)主要與致傷點(diǎn)的加速度(x)有線性關(guān)系(F=137.052，p=0.000)，其線性回歸方程為：y=13.282-0.002 x，其中y值越小，損傷越重。
　

17、　 五、結(jié)論
　　 在復(fù)合式防彈衣(軟31層超高分子聚乙烯防彈衣+4.2 mm Al2O3陶瓷防彈板)防護(hù)下，以某型步槍彈在25 m遠(yuǎn)處致傷背部(T8椎體部位)后會(huì)導(dǎo)致多臟器的鈍性損傷，具體損傷特點(diǎn)如下：
　　 1、胸腹腔臟器(肺、心、肝、腎)鈍性損傷且主要表現(xiàn)為點(diǎn)片狀出血，其損傷程度同槍彈的速度(動(dòng)能)呈正比；
　　 2、高速步槍彈(910 m/s)可引起致傷點(diǎn)下脊髓表面挫傷和蛛網(wǎng)膜下腔出血，脊髓神經(jīng)元的變性

18、和有髓神經(jīng)纖維脫髓鞘；導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)不同程度的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙(<48 h)，嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為雙側(cè)后肢拖行；
　　 3、高速步槍彈(910 m/s)致傷后可導(dǎo)致腦組織的遠(yuǎn)達(dá)損傷，表現(xiàn)為腦實(shí)質(zhì)的損害(海馬無(wú)髓神經(jīng)纖維的變性)和傷后一段時(shí)間內(nèi)(<24 h)認(rèn)知功能(記憶力)的障礙；
　　 4、槍彈與防彈衣碰撞后產(chǎn)生的壓力波和加速度是導(dǎo)致臟器損傷的主要原因；其中椎體的加速度是評(píng)估脊髓損傷程度的主要物理參數(shù)，壓力波主要通過(guò)椎體傳導(dǎo)