步枪弹致背部复合防弹衣后脊柱脊髓钝性损伤特点及损伤机理研究

发布时间：2019-03-22 06:42

【摘要】：一、研究背景防弹衣的雏形可追溯至远古时期人们制作的人体装甲。现代防弹衣的发展开始于一次世界大战，那时出现了以蚕丝和其它天然纤维为衬里并配以钢板制成的防弹衣。防弹衣可以避免投射物(如子弹或爆炸物形成的弹片)对人体胸腹部形成的穿透伤，并降低伤员的死亡率。据统计在一次世界大战因为防弹衣的使用使英国士兵的伤亡率降低了58%。但防弹衣并不能完全消除投射物对机体的伤害，防弹衣后钝性损伤(Behindarmor blunt trauma， BABT)就是其损伤特点之一。防弹衣后钝性损伤是指投射物击中防弹衣后导致机体内脏器的非穿透性损伤。防弹衣后钝性损伤既可发生软式防弹衣也可发生在硬式防弹衣防护下的机体。投射物，尤其是高速投射物，与防弹衣碰撞后产生的能量可通过防弹衣向机体内传导并导致体内各脏器不同程度的损伤，严重时可以致死。近年来随着防弹衣和高能量武器的广泛使用，人们对防弹衣后钝性损也越来越重视，并对胸部防弹衣后钝性损伤进行了大量的研究。胸部防弹衣后钝性损伤从轻微的皮损到严重的内脏损伤，如肺挫伤、心肌挫伤和肝破裂等均有相关报道。在战斗中背部也是防护的重点，对于防弹衣防护下背部中弹后各脏器钝性损伤特点尚未见相关报道。背部的脊柱脊髓与颅骨和脑组织紧密相连，对于背部防弹衣后钝性损伤是否也会导致脊髓以及脑组织的伤害，目前尚未见相关报道。关于这种损伤形式对中枢神经(脑)功能的影响，以及伤后血清和脑脊液中特异性神经损伤标志物的表达水平也不明确。阐明这些问题不仅对背部防弹衣后钝性损伤特点有更加深刻的认识，还为背部防弹衣钝性损伤所致的中枢神经损伤的诊治和预后判断提供充分的实验依据，同时还可为致伤后作战人员的作战能力的评估提供依据。防弹衣后钝性损伤生物力学机制是什么呢？通过生物力学和计算机仿真模型研究得出防弹衣后钝性损伤与碰撞后产生的压力波与剪切力有关。但既往的研究大多局限与胸部中弹后力学传导，对背部防弹衣后钝性损伤产生的压力波在生物体内的传导规律尚无报告。关于压力波的大小与子弹动能以及损伤的关系目前也不明确。阐明这些问题可以为防弹衣的改进以及防弹衣后钝性损伤的预防提供依据。二、研究目的本实验研究目的是明确步枪弹致背部防弹衣钝性损伤后：①脊柱脊髓以及中枢神经(脑组织)损伤特点；②胸腔重要脏器的损伤特点；③实验动物的运动以及认知功能的改变；④步枪弹与防弹衣碰撞后产生的压力波在生物体内的传导规律以及产生加速度大小。在了解以上特点的基础上，探讨背部防弹衣后钝性损伤的生物力学机制。为防弹衣的改进以及防弹衣后脊柱脊髓和中枢神经(脑组织)损伤的预防、诊治和预后判断提供实验依据。三、研究内容用复合式防弹衣(软31层超高分子聚乙烯防弹衣+4.2mm Al2O3陶瓷防弹板)对实验动物的背部进行防护，以背部T8椎体部位为致伤点，在25m处用三种不同速度(590m/s，740m/s，，910m/s)的某型步枪弹致伤并研究以下内容： 1、致伤后中枢神经系统(脊髓及脑组织)的病理损伤特点；中枢神经系统的损伤程度与相关电生理(体感诱发电位、脑电图)以及与中枢神经损伤标志物(NSE，MBP，S-100β)表达水平的关系。 2、致伤后胸腹腔重要脏器(肺、心、肝、肾)的病理损伤特点以及对相关生理功能的影响； 3、不同速度枪弹致伤后对实验动物双后肢运动功能的影响；高速步枪弹(910m/s)致伤后对实验动物认知的影响。 4、三种不同速度的步枪弹致伤后产生的压力波在椎旁软组织内的传导规律，致伤点附近加速度的大小；探讨压力、加速度与脊髓和脑组织损伤的关系。四、结果 (一)防弹衣损伤情况：三种弹速的某型步枪弹均未击穿防弹衣，并在硬式防弹衣后形成半球形的凸起，当弹速为910m/s时，所形成凸起的高度和面积与740m/s和590m/s有显著差异(p 0.01)，740m/s组与590m/s组无显著差异。 (二)实验动物损伤情况 1局部皮损特点：致伤后早期，致伤区的皮肤会形成苍白区和红晕区，910m/s所形成的苍白区与590m/s有明显差异(p=0.026)，所形成的红晕区与740m/s和590m/s有明显差异(p=0.008，740m/s；p=0.000，590m/s)。740m/s和590m/s所形成的苍白区无明显差异，但红晕区面积有显著性差异(P=0.009)。皮损中心(着弹点)与T8椎体的距离分别是2.86±0.90cm (910m/s)，3.33±0.58cm(740m/s)，3.20±0.44cm(590m/s) 2胸腹脏器损伤特点 (1)大体损伤特点：三种速度的步枪弹均未导致椎体骨折。不同速度的步枪弹可致胸腹腔脏器不同程度的钝性损伤，其中910m/s步枪弹致伤后表现为：肺表面点片状出血(100%)，心脏瓣膜缘出血(33%)，肝包膜下出血(33%)，肾脊柱缘出血(50%)。740m/s致伤后表现为肺表面点片状出血(100%)，肾脊柱缘出血(33%)。590m/s致伤后表现为肺点状出血(40%)。(注：括号内百分数为损伤比率) (2)血压、心率、血氧饱和度损伤特点：三种速度致伤后的血压、心率和血氧饱和度在测定的时间范围内伤前伤后均无明显改变。 (3)心电图损伤特点：各致伤组伤前伤后心电图无显著变化。 3中枢神经系统损伤特点 (1)大体及显微病理损伤特点：910m/s步枪弹致伤后表现为：脊髓挫伤和蛛网膜下腔出血(22%)；显微病理显示：脊髓神经元变性，轴突脱髓鞘改变，海马无髓神经元变性。当弹速为740m/s和590m/s时，肉眼和光镜下脊髓和脑组织未见明显损伤。 (2)中枢神经损伤标志物(MBP、NSE和S-100β)变化特点：当弹速为910m/s时，中枢神经损伤标志物在脑脊液和血清中均高表达，致伤组与对照组有明显差异(p 0.01)。弹速为590m/s和740m/s时，致伤组与对照组的中枢神经损伤标志物没有明显差异。 (3)脑电图损伤特点：当致伤速度为910m/s时，脑电波在伤后1min出现了抑制并在伤后3-6min内恢复。740m/s和590m/s致伤组脑电图伤前伤后无显著差异。 (4)右下肢股神经诱发电位损伤特点：与致伤前相比，致伤后各组潜伏期变化无明显差异，但波幅均出现明显降低，且随着速度的增加，波幅降低越明显。各实验组波幅降低值与对照组均有显著性差异(p=0.001，910m/s；p=0.002，740m/s；p=0.023，590m/s)；910m/s与590m/s有显著性差差异(p=0.004)。 (5)实验动物运动和认知功能损伤特点：速度为910m/s的步枪弹致伤后可出现双后肢肌力和感觉减退，严重时表现为双侧后肢的拖行(33%)，运动功能在48h内恢复；所有实验动物(100%)均出现记忆力障碍并在24h内恢复；740m/s的步枪弹致伤后表现为感觉和肌力减退但对实验动物的行动无明显影响；590m/s的步枪弹致伤后未见运动功能的改变。(注：括号内百分数为损伤比率) 4MAIS (Maximum abbreviated injury scale)评分：910m/s组MAIS评分平均值为2.22±0.67；740m/s组MAIS评分平均值为2.00±0.00；590m/s组MAIS评分为平均值1.17±0.41。 (三)生物力学损伤特点：随着弹速的增加各物理指标(压力和加速度)均不同程度的增加。在脊柱旁软组织内测定的压力大小与致伤点的距离呈指数关系，在颅内测得压力高于颈动脉内测定值(p 0.05)。通过对肢体的运动功能障碍(肌力)与相关物理参数(弹速、压力、加速度、着弹点距T8距离)进行逐步回归分析后发现：防弹衣后脊柱脊髓钝性损伤所致实验动物的运动功能障碍(y)主要与致伤点的加速度(x)有线性关系(F=137.052，p=0.000)，其线性回归方程为：y=13.282-0.002x，其中y值越小，损伤越重。五、结论在复合式防弹衣(软31层超高分子聚乙烯防弹衣+4.2mm Al2O3陶瓷防弹板)防护下，以某型步枪弹在25m远处致伤背部(T8椎体部位)后会导致多脏器的钝性损伤，具体损伤特点如下： 1、胸腹腔脏器(肺、心、肝、肾)钝性损伤且主要表现为点片状出血，其损伤程度同枪弹的速度(动能)呈正比； 2、高速步枪弹(910m/s)可引起致伤点下脊髓表面挫伤和蛛网膜下腔出血，脊髓神经元的变性和有髓神经纤维脱髓鞘；导致实验动物出现不同程度的肢体运动功能障碍(48h)，严重时表现为双侧后肢拖行； 3、高速步枪弹(910m/s)致伤后可导致脑组织的远达损伤，表现为脑实质的损害(海马无髓神经纤维的变性)和伤后一段时间内(24h)认知功能(记忆力)的障碍； 4、、枪弹与防弹衣碰撞后产生的压力波和加速度是导致脏器损伤的主要原因；其中椎体的加速度是评估脊髓损伤程度的主要物理参数，压力波主要通过椎体传导并导致脑组织的远达损伤。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R82

【参考文献】