- 爆炸沖擊傷原理與實踐
- 王正國 蔣建新
- 5字
- 2021-12-17 22:59:14
第一篇 總論
第一章 緒論與流行病學
第一節(jié) 爆炸沖擊傷的概述
烈性炸藥或核武器爆炸時,瞬間可釋放出巨大的能量,使爆心處的壓力和溫度急劇增高,并借周圍介質(zhì)(如空氣、水、土壤或鋼板等)迅速向四周傳播,由此形成一種高壓和高速的波,這就是爆炸沖擊波。炮彈、飛機的超聲速運動,瓦斯爆炸或激波管試驗時高壓氣體的突然釋放,也會產(chǎn)生性質(zhì)相似的沖擊波。因沖擊波作用而使機體產(chǎn)生的各種損傷,均稱之為爆炸沖擊傷(explosive blast injury)。
臨床上一般所說的爆震傷,通常是指空氣沖擊波和水下沖擊波直接作用于人體所造成的原發(fā)損傷。至于沖擊波經(jīng)固體(如艦艇的甲板)傳導而使人員發(fā)生的損傷,或是因沖擊波的拋擲及其他間接作用(如工事或房屋倒塌等)所致的機械性創(chuàng)傷,雖然也屬于沖擊傷,但習慣上不叫做爆震傷。
近代戰(zhàn)爭中,敵人可能使用大量重磅航彈對人口集中的大城市進行地毯式轟炸,或投放一些以沖擊波為主要殺傷因素的炸彈,如氣浪彈、燃料空氣炸彈等,因而沖擊傷的發(fā)生率可能會有所增高。以當量為500萬噸的核武器爆炸為例,沖擊波可使800多平方千米的地面暴露人員受傷。這里僅是指直接殺傷區(qū),如果還包括沖擊波的間接殺傷作用,則致傷范圍可增大1~2倍以上。在核武器損傷中,沖擊波是主要的殺傷因素之一。1945年8月,日本受原子彈襲擊后,傷員中70%有沖擊傷。在廣島,早期死亡的人員中,60%是因沖擊傷而致死的。爆后第1天存活的中度和重度傷員中,有沖擊傷者占36.6%。在常規(guī)武器戰(zhàn)爭中,沖擊波是各種爆炸性武器的主要殺傷因素之一,前南斯拉夫軍事醫(yī)學科學院對收治的由爆炸性武器所致的1 303例重傷員進行統(tǒng)計,沖擊傷的發(fā)生率為51.0%。我國西南邊境作戰(zhàn)中,一組166例炮彈和地雷炸傷傷員中,沖擊傷的發(fā)生率為22.3%。
在平時,一些軍工廠、彈藥庫、化工廠和礦井等爆炸事故屢有發(fā)生,并常因此而使不少人員受傷,特別是恐怖分子襲擊,人員傷亡更多。各種恐怖事件中,爆炸恐怖活動占75%左右,沖擊傷是主要傷類之一。
隨著炸藥制造技術(shù)的發(fā)展,炸藥的品種日益繁多,爆炸能量不斷增強。常用的炸藥有黑火藥、硝酸銨類炸藥、硝化甘油膠質(zhì)炸藥、梯恩梯、黑索金、C型塑性炸藥、乳化炸藥、液體炸藥等。近年來,恐怖分子常用C型塑性炸藥進行爆炸恐怖活動,如2002年在印度尼西亞巴厘島和2009年在雅加達商業(yè)區(qū)發(fā)生的兩起高級酒店爆炸案均是由C型塑性高爆炸藥爆炸引起的。
爆炸裝置呈現(xiàn)微型化、智能化、非金屬化等特點,有的爆炸物制成玩具、牙膏等日用品;有的由照相機、收音機等改制成小型炸彈。起爆方式由過去的導火索直接起爆發(fā)展為電能、機械能和化學能起爆,甚至用無線電遙控、溫控、光控、聲控等方式起爆。2007年7月9日在濟南發(fā)生的爆炸案,就是犯罪分子利用遙控爆炸裝置將預(yù)先安裝在汽車內(nèi)的爆炸裝置起爆,造成震驚全國的“7?9”爆炸案。
由此可見,沖擊傷不僅是軍事醫(yī)學中的一個重要課題,而且也是平時創(chuàng)傷外科中需要緊急處理的一種損傷。
此外,還應(yīng)強調(diào)指出,典型的沖擊傷(即一般所說的爆震傷)主要累及聽器和內(nèi)臟,特別是含氣多的肺組織,而傷員的體表常完好無損。受傷早期,傷員因代償功能可使主要生命指征(如呼吸、循環(huán)等)維持正常,但不久傷情便急轉(zhuǎn)直下。同時,沖擊傷還可伴有其他類型的損傷(如燒傷及其他機械傷),或表現(xiàn)為多發(fā)傷,如未能及時診斷和采取相應(yīng)的救治措施,則易錯過搶救的時機,造成致死性的后果。
第二節(jié) 爆炸沖擊波致傷物理參數(shù)及生物力學機制
一、爆炸沖擊波致傷的物理參數(shù)
爆炸沖擊波致人員傷害的物理參數(shù)主要有:沖擊波壓力峰值、正壓作用時間、沖量、壓力上升時間等。
1.沖擊波壓力峰值
沖擊波壓力峰值是指爆炸沖擊波壓力的最高值,可分為超壓峰值、負壓峰值、動壓峰值,其單位是千帕(kPa)。爆炸沖擊波壓力峰值是沖擊波致傷的主要參數(shù),其峰值與損傷嚴重程度成正比關(guān)系,即當爆炸現(xiàn)場沖擊波壓力峰值越大時,其致傷傷情就越嚴重。
2.正壓作用時間
正壓作用時間是指沖擊波壓縮區(qū)通過沖擊波壓力作用點所持續(xù)的時間,其單位是毫秒(ms)或秒(s)。在一定的時限內(nèi),相同的壓力峰值條件下,正壓作用時間越長,其致傷的傷情就越重。
3.沖量
沖量是指壓力作用時間內(nèi)各個瞬間壓力值的和,即壓力隨時間變化的積分,其單位為kPa/s或kPa/ms。沖量包含了壓力峰值和正壓作用時間兩個參數(shù),用其來說明爆炸沖擊波與損傷嚴重程度的關(guān)系更確切、合理。特別是發(fā)生水下沖擊傷時,沖擊波壓力峰值很高但正壓作用時間則很短;或是在坦克、裝甲車等密閉空間內(nèi)出現(xiàn)復合沖擊波致傷時,采用沖量可以更好地說明沖擊波物理量與沖擊傷嚴重程度間的關(guān)系。
4.壓力上升時間
壓力上升時間是指機體的某一壓力作用點從開始受到爆炸沖擊波壓力起至該點承受的壓力達到峰值時止所需的時間,單位是毫秒(ms)或秒(s)。其反映了沖擊波作用點所受壓力上升的速度,在其他條件相同的情況下,壓力上升時間越短,也即壓力上升速率也越快,其導致的爆炸沖擊傷損傷嚴重程度越重。
二、爆炸沖擊波致傷的生物力學機制
爆炸沖擊傷主要由爆炸沖擊波直接作用、爆炸過程中物體之間位移的間接作用、動壓導致的拋擲和撞擊作用等引起。沖擊波的致傷機制可簡單地分為沖擊波的直接作用和沖擊波的間接作用兩類。但具體的生物力學機制,特別是爆炸沖擊波超壓和負壓作用的具體機制還不完全清楚。
1.爆炸沖擊波的直接作用
指單純由爆炸沖擊波的壓力(超壓和負壓)所造成的損傷,其導致的沖擊傷被稱為原發(fā)沖擊傷或單純沖擊傷,主要表現(xiàn)為一些含氣臟器,如肺、胃腸道、聽器等損傷,其次還可造成部分實質(zhì)臟器的出血。強超壓作用于人體,可導致內(nèi)臟破裂以及肋骨與聽小骨等骨折,但一般不會造成體表直接損傷。目前公認的沖擊波直接致傷的機制主要包括:
(1)內(nèi)爆效應(yīng):
當沖擊波在含有氣泡或氣腔的液體介質(zhì)中傳播時,沖擊波的超壓將導致可壓縮的氣體被大幅壓縮,而液體和固體被壓縮的幅度很小;沖擊波的超壓作用之后接著是負壓作用,會導致受壓縮的氣體極度膨脹,好似許多小的爆炸源,呈放射狀向四周傳播能量,從而使周圍組織發(fā)生損傷。內(nèi)爆效應(yīng)導致的損傷一般發(fā)生在含氣的肺泡組織或胃腸道中。
(2)壓力差效應(yīng):
當組織兩側(cè)壓力大小不一樣時,其壓力差可以直接導致該組織的損傷。因此爆炸沖擊波傳播過程中,當沖擊波到達某一組織或器官時,在局部瞬時的高壓與對側(cè)常壓形成巨大的壓力差,直接導致該組織或器官損傷。例如,超壓所致的鼓膜破裂就是由壓力差造成的;又如,沖擊波作用于機體后,肺內(nèi)液體部分(血管內(nèi)血液)和氣體部分(肺泡內(nèi)氣體)的壓力均有所上升,但液體部分上升得更多,兩者間形成很大的壓力差,致使微血管撕裂,血液流入肺泡腔,引起肺出血。
(3)過牽效應(yīng):
機體含氣器官受爆炸沖擊波作用過程中,在減壓期和負壓期含氣器官可從受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)為擴張狀態(tài),組織由壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)為膨脹拉伸狀態(tài),組織承受膨脹產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變和拉伸應(yīng)力。通常組織承受拉伸的能力遠低于承受壓縮的能力,當拉伸應(yīng)變達到一定程度時,組織中的微血管內(nèi)皮細胞和肺泡上皮細胞通透性增加,此時可出現(xiàn)水腫和滲血;當拉伸應(yīng)力超過組織承受的極限時,則會出現(xiàn)組織和血管的破裂,造成嚴重的出血水腫。在減壓過程中超壓峰值越高,減壓時間越短(減壓速度越快),過牽效應(yīng)就越明顯,受傷也越嚴重。
(4)剝落(碎裂)效應(yīng):
在爆炸沖擊波傳播過程中,當其從致密組織傳入疏松組織時,會在致密組織與疏松組織之間的界面發(fā)生反射,這種反射波會導致局部的較致密組織因局部壓力突然增高而發(fā)生損傷,如肺泡撕裂出血、心內(nèi)膜下出血、膀胱黏膜出血等。
(5)慣性效應(yīng):
當連接在一起的密度不同的兩種組織受到同一壓力波作用時,兩種組織的加速和減速運動具有顯著的差異,從而在兩種組織的界面上產(chǎn)生強大的剪切應(yīng)力,導致兩種組織的連接部位出現(xiàn)撕裂。如爆炸沖擊波導致的肋骨與肋間組織撕裂出血、腸管與腸系膜組織的撕裂出血等都與沖擊波的慣性效應(yīng)有關(guān)。
(6)負壓效應(yīng):
爆炸沖擊波超壓作用之后緊接著是負壓作用,負壓作用時壓力下降速率、負壓持續(xù)時間和負壓峰值是其致傷的主要參數(shù),其中負壓峰值最為重要。負壓可造成嚴重肺損傷,如廣泛的肺出血、肺水腫等,且其導致嚴重肺損傷所需的壓力峰值的絕對值遠遠小于超壓的峰值。
(7)血流動力學效應(yīng):
爆炸沖擊波超壓作用于體表后,一方面壓迫腹壁,由于腹壁軟,腹腔內(nèi)壓快速增高,膈肌上頂,上腔靜脈血突然涌入心、肺,使心肺血容量急劇增加;另一方面沖擊波超壓也壓迫胸壁,使胸腔容積縮小。由于胸廓相對腹部較硬,胸腔內(nèi)壓急劇上升相對滯后,血液隨后又涌向顱腦,使顱內(nèi)血容量急劇增加。超壓作用后,緊接著就是負壓的作用,這時因減壓的牽拉作用又使腹腔和胸廓相繼擴大。這樣急劇的壓縮與擴張,使體腔內(nèi)發(fā)生一系列血流動力變化,從而造成心肺損傷以及遠處(如腦)血管組織的損傷。
2.爆炸沖擊波的間接作用
爆炸沖擊波通過其動壓產(chǎn)生的繼發(fā)投射物以及其他因素導致的人員間接和繼發(fā)性損傷統(tǒng)稱為爆炸沖擊波間接損傷。爆炸沖擊波的間接損傷作用主要有:
(1)繼發(fā)投射物作用:
爆炸沖擊波的動壓作用不僅可使彈殼產(chǎn)生的彈片或破片以投射物形式擊中人體,而且可使某些物體(如玻璃碎片、石塊等)具有動能,并以投射物的形式擊中人體而致傷。爆炸事故的調(diào)查和日本受核襲擊后的統(tǒng)計資料表明,各種開放性損傷主要是由這種繼發(fā)性投射物作用所致。在城鎮(zhèn)、工廠或居民區(qū),繼發(fā)投射物大多為飛散的門窗玻璃碎片,而在開闊地,則大多為“飛沙走石”。
(2)拋擲與位移作用:
一定強度的動壓可表現(xiàn)為一種沖擊力或拋射力,爆炸沖擊波的動壓作用于人體后,可使人員發(fā)生位移或被拋擲至空中再摔向地面或撞向固定物,由此造成各種損傷。因拋擲或位移而引起的損傷類似于自然跌落或交通事故時所發(fā)生的損傷,如皮膚擦傷、皮下組織挫傷、內(nèi)臟出血和破裂、骨折等。
(3)建筑物倒塌的壓砸作用:
爆炸沖擊波常導致地面建筑或工事的部分或完全倒塌,使其中的人員被壓砸、掩埋,由此引起體表軟組織和內(nèi)臟器官損傷及骨折等,重者可發(fā)生擠壓傷和擠壓綜合征。覆有厚土層的工事倒塌壓砸,可使其中的人員被掩埋,甚至窒息死亡。
(4)其他并發(fā)傷因作用:
爆炸過程中,常伴有閃光、火、有毒氣體、灰塵、溺水、放射性物質(zhì)、細菌及其他致病生物等多種致傷因素,可導致機體產(chǎn)生相應(yīng)的損傷。
第三節(jié) 爆炸沖擊傷分類
因采用的指標體系和標準不同,爆炸沖擊傷可有多種分類方式,例如:基于爆炸沖擊傷致傷因素分類、基于沖擊波傳導介質(zhì)分類、基于受傷部位和器官的分類等。
一、基于爆炸沖擊傷的致傷因素分類
爆炸沖擊傷的致傷生物力學機制分類是基于爆炸沖擊波致人員損傷過程中導致人員損傷的力學機制性因素進行分類的方法。目前國內(nèi)外多采用根據(jù)第二次世界大戰(zhàn)時期Zuckerman方法改進而來的分類法。該方法將爆炸沖擊傷分為四類:原發(fā)沖擊傷、第二類沖擊傷、第三類沖擊傷和第四類沖擊傷,其中后三類也被稱為繼發(fā)沖擊傷。
1.原發(fā)沖擊傷
是指由沖擊波的超壓、動壓和負壓等物理因素直接作用于機體所致的損傷,也被稱為純沖擊傷。由于氣體容易被壓縮和擴張的原因,原發(fā)沖擊傷常見于肺、中耳、胃腸道等含氣的器官。
2.第二類沖擊傷
是指由爆炸沖擊波所引發(fā)的彈片、破片、碎玻璃、碎石以及其他飛濺碎屑所導致的機體損傷,多為穿透傷或撕裂傷,可見于體表、內(nèi)臟器官、四肢等任意部位。
3.第三類沖擊傷
是指由爆炸沖擊波致人員拋擲所導致的撞擊傷,工事和建筑物等倒塌所導致的壓砸傷等,可引起機體任意部位的穿透性與鈍性損傷、骨折、創(chuàng)傷性離斷、擠壓傷和擠壓綜合征等。
4.第四類沖擊傷
是指除了原發(fā)沖擊傷,第二、三類沖擊傷以外的與爆炸沖擊相關(guān)的所有其他損傷與疾病,即指由爆炸產(chǎn)生的閃光、火、有毒氣體、灰塵、溺水、精神因素等所導致的機體損傷,可出現(xiàn)在身體的任意部位和器官。
二、基于沖擊波傳導介質(zhì)分類
由于爆炸沖擊波導致人員損傷都需要通過一定的介質(zhì)才能實現(xiàn),而沖擊波在不同介質(zhì)傳遞的特性與損傷特點、量效關(guān)系和結(jié)局存在較直接的關(guān)系。因此基于沖擊波傳導介質(zhì)的不同對爆炸沖擊傷進行分類也是一種非常重要的分類方法。通常是將沖擊傷按沖擊波傳導介質(zhì)的不同分為:氣體沖擊傷、水下沖擊傷和固體沖擊傷三類。
1.氣體沖擊傷(air blast injury)
是指爆炸沖擊波通過空氣傳播而導致的機體損傷。通常所說的沖擊傷主要就是指氣體沖擊傷。氣體沖擊傷除了與前述沖擊波參數(shù)有關(guān)外,還與空氣沖擊波波長、頻率等有關(guān)。當空氣沖擊波波長較短,呈高頻破裂音時,單位時間通過人體的沖擊波就多,造成機體損傷的可能性就大;相反當其波長較長,呈低頻轟鳴音時,單位時間通過人體的沖擊波就僅為單個波,其造成機體損傷的可能性就小很多。
高原條件下,空氣稀薄,大氣壓低,同樣沖擊波壓力值所致的沖擊傷傷情常較平原時為重。
筆者實驗室曾用BST-Ⅱ型生物激波管研究了不同環(huán)境壓力(53.99kPa、61.33kPa和 96.60kPa)對大鼠沖擊傷傷情的影響。結(jié)果顯示,在同樣超壓峰值(190.40kPa)和同樣正壓持續(xù)時間(10ms)的條件下,隨著環(huán)境壓力降低,大鼠死亡率明顯增加,肺損傷程度明顯加重,傷后6小時,三組動物死亡率分別為36.8%、25.0%和0%,肺出血面積分別為(653.21±652.25)mm 2、(313.50±357.25)mm 2和(63.75±69.01)mm 2,肺體指數(shù)分別為1.51%±0.77%、1.31%±0.65%和0.93%±0.21%,表明環(huán)境氣壓降低可使死亡率上升,肺損傷加重。
此外,用BST-Ⅰ型生物激波管和減壓艙復制大鼠高原沖擊傷模型,觀察其形態(tài)學和血液流變學的改變。結(jié)果顯示,肺出血、水腫的程度較平原條件下更重,全血黏度明顯升高,直至傷后6小時尚未恢復。
2.水下沖擊傷(underwater blast injury)
是指各種炸彈、導彈或其他爆炸裝置在水中爆炸產(chǎn)生的爆炸沖擊波,通過水傳播并導致水中人員的損傷。海上作戰(zhàn)環(huán)境將成為未來戰(zhàn)爭的主要戰(zhàn)場環(huán)境之一,結(jié)合沖擊波在水中傳播和致傷特點,水下沖擊傷已成為現(xiàn)代研究的重點之一。
水下沖擊波的物理特性與空氣沖擊波有所不同,因而致傷效應(yīng)也有差異。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①傳播速度較快(為空氣沖擊波的3~4倍);②傳播距離較遠,在水中造成人的殺傷范圍幾乎是空氣中的10倍;③無壓縮區(qū)和稀疏區(qū),水粒子也不會像空氣分子那樣隨沖擊波傳播而出現(xiàn)大幅度的前后運動;④水下沖擊波傳至水與空氣的界面時,會反射回來而形成特異的反射波,即拉伸波,拉伸波與入射波的方向不同,故可起到削弱入射波的作用(圖1-1)。作用點愈接近水面,入射波被削弱的愈多(圖1-2)。也就是說,水下爆炸時,人員愈接近水面,損傷愈輕。

圖1-1 拉伸波形成和作用示意圖
a.到達A點前的入射波;b.到達A點后被削減的入射波;A.作用點;t.時間

圖1-2 作用不同的拉伸波效應(yīng)圖
A.作用點;B.作用點
水下沖擊傷的臨床病理特點如下:①極少發(fā)生體表外傷。水下爆炸后,一般不出現(xiàn)大量的繼發(fā)投射物,人員也極少會碰撞到堅硬的物體上,故體表不易發(fā)生外傷。②含氣臟器損傷重,含液臟器損傷輕。前者可用內(nèi)爆效應(yīng)來解釋,后者是因液體和軟組織密度相似的緣故。有人做過如下的實驗:將動物的腸腔內(nèi)灌滿等滲鹽水,然后將其放于水下,爆炸后未見此段腸管有何損傷,即使腸管被放在炸藥附近時也是如此。但是,如腸管內(nèi)有少量氣體存在時,則爆后立即出現(xiàn)明顯的腸壁穿孔。③頭部損傷多較輕。這是因為,當發(fā)生水下爆炸時,大多數(shù)受難者的頭部在水面以上。④腹部損傷較為多見而嚴重。水下或俯臥于水面的人員,腹部直接與水接觸,腹壁又較柔軟,因此,發(fā)生水下爆炸時,腹部臟器(主要是胃腸道)較空氣中爆炸時更易發(fā)生損傷,傷情也更為嚴重。⑤死亡率較高。據(jù)報告,118例水下沖擊傷傷員中有47例死亡,死亡率為39.8%;另一資料介紹,13例水下沖擊傷傷員中9例死亡,死亡率高達69.2%;而一般氣體沖擊傷傷員,90%的傷情均不是很嚴重。
筆者實驗室為探討水下沖擊傷的損傷特點以及沖擊波強度與傷情間的量效關(guān)系,進行了如下實驗:將成年雜種狗37只麻醉后,頸部固定于漂浮夾具,頭在水面之上,軀體及四肢垂直于水面,布放于爆心3.5與17.5m的兩側(cè)(圖1-3),TNT炸藥置于水下3m,炸藥量為0.2~1.0kg,高壓瞬發(fā)雷管致傷,觀察動物現(xiàn)場和傷后6小時存活情況及病理改變。結(jié)果顯示:①水下沖擊波物理參數(shù)的特征為:峰值壓力高,但持續(xù)時間短,僅數(shù)百微秒,遠較炸藥爆炸時空氣沖擊波持續(xù)時間數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒為短。此外,壓力上升時間極短,僅微秒級,而空氣中爆炸時約為1ms。因此,水下沖擊波致傷不能單以超壓峰值來評定,而以采用沖量更為適合。初步量效分析表明,引起輕度、中度、重度和極重度損傷的沖量范圍為121.1~142.0kPa/ms、 142.0~214.3kPa/ms、 247.8~322.6kPa/ms 和 322.6~579.8kPa/ms。 ②0.2kg、0.5kg和1.0kg TNT水下爆炸的致死邊界分別為離爆心5m、8.75m和12.5m,遠較空氣中爆炸的致死邊界距離為遠。水下爆炸時0.5kg TNT炸藥的致死邊界與空氣中40.0kg TNT炸藥爆炸的致死邊界(8m)相近。③死亡率高,37只狗中,現(xiàn)場死亡10只(另有2只傷前有肺萎陷和肺炎,未計算在內(nèi)),傷后6小時未再發(fā)生死亡,死亡率為27%。這與同質(zhì)量爆炸不同距離的沖擊波強度遠較空氣沖擊波大有關(guān)。④肺損傷發(fā)生率最高(83.7%),程度最重,現(xiàn)場死亡多與嚴重肺出血和肺水腫有關(guān),有的動物還可見有肺破裂和肺損傷導致的冠狀動脈氣栓。⑤腸道損傷發(fā)生率高,小腸損傷的發(fā)生率為29.73%,結(jié)腸損傷發(fā)生率為51.35%,遠較空氣中沖擊波的致傷概率為高。結(jié)腸損傷發(fā)生率更高與其腔內(nèi)含氣較多有關(guān)。⑥實質(zhì)臟器損傷的發(fā)生率低,除3例胰腺輕度出血和1例肝破裂外,脾、腎和充盈的膀胱均未見明顯損傷。⑦體表無傷。

圖1-3 水下沖擊傷實驗動物布放圖
3.固體沖擊傷
是指爆炸沖擊波通過固體傳導并作用于機體而產(chǎn)生的損傷。爆炸沖擊波在固體中傳播與其在空氣中和水中傳播相比有顯著不同的特點,主要表現(xiàn)為沖擊波在固體中傳播時波的振幅較小,波的作用時間短(通常在數(shù)毫秒以內(nèi)),但加速度卻很大。固體沖擊傷常發(fā)生于艦船、坦克、裝甲車受到爆炸攻擊時,沖擊波及其后的繼發(fā)波作用到艦艇壁、甲板及裝甲上時會以曲波(flexion wave)的形式傳播,產(chǎn)生兩種形式的運動:其一是固體瞬間的輕微位移與加速度,其二是隨之出現(xiàn)的彎曲、振動等明顯的宏觀運動。第一種運動會造成人員接觸部位的損傷,常見為下肢損傷,特別是踝部傷,此為固體沖擊傷的原發(fā)損傷,即是一般意義的固體沖擊傷;第二種運動可使人員被拋擲,發(fā)生碰撞而產(chǎn)生損傷,此為繼發(fā)性固體沖擊傷。
固體沖擊傷的傷情特點主要表現(xiàn)為:損傷以下肢骨骼和關(guān)節(jié)的損傷為主,這種自下而上的沖擊可使人員發(fā)生跟骨、趾骨、脛骨與腓骨下段、踝關(guān)節(jié)等的閉合性骨折和損傷,其中跟骨骨折較多見。據(jù)50例住院治療的固體沖擊傷資料分析,發(fā)生足踝部骨折者共18例,并常為多部位、粉碎性,其中跟骨骨折11例,共15個肢體。損傷部位與體位有明顯關(guān)系,且損傷多偏于一側(cè),比如站立位時下肢易受傷且某一側(cè)為重,坐位時脊柱易受傷。腹腔實質(zhì)器官損傷多見,可能原因是沖擊加速度使內(nèi)臟器官的變形和位移,使器官與骨骼、肌肉、韌帶等之間發(fā)生擠壓、碰撞、牽拉等造成損傷,特別是肝、脾的損傷多見。易發(fā)生間接損傷,主要為人員被拋擲或橫向位移時因碰撞導致的軟組織損傷、骨折以及腦組織受沖擊加速度導致的腦震蕩等。50例住院傷員中,共有32例出現(xiàn)意識喪失,這些傷員都因被拋擲或位移而發(fā)生顱腦損傷。
三、基于爆炸沖擊傷的損傷部位和器官分類
爆炸沖擊傷的損傷部位和器官分類即是依據(jù)爆炸沖擊波導致機體損傷的具體部位和器官進行分類的方法。常見的可分為:顱腦沖擊傷、胸部沖擊傷、腹部沖擊傷、脊柱沖擊傷、四肢沖擊傷等。進一步還可以根據(jù)損傷的臟器分為肺沖擊傷、心臟沖擊傷、腦沖擊傷、胃腸沖擊傷、肝沖擊傷、聽器沖擊傷等。其中肺沖擊傷、胃腸沖擊傷、聽器沖擊傷等相對發(fā)生率高。
根據(jù)損傷部位和器官的分類可以直接對爆炸沖擊傷進行定位,是開展爆炸沖擊傷損傷機制、損傷特點、診治和防護研究時常用的方法。
四、傷情分類
1.病理分類
美國Yelverton最近介紹一種沖擊傷計分系統(tǒng),作為判定傷情的依據(jù),其要點如下:①先算出各單一損傷的范圍、嚴重程度、類型、深度或破裂情況的綜合計分;②將單一傷的綜合計分被該單一傷最嚴重時的最大計分除,得出此單一傷的比值分;③將各單一傷的比值分相加;④再加發(fā)病因素(如氣胸、血胸、血腹、冠狀血管或腦血管氣栓等)計分;⑤如傷員死亡,將其總分乘以2;⑥在評價非聽器損傷時,可從損傷嚴重度指數(shù)(severity of injury index,SII)中減去聽器傷的比值分,以獲得修正的損傷嚴重度指數(shù)(adjusted severity of injury index,ASII)。 此法細致、較準確,但是過于繁瑣。
2.臨床分類
(1)輕度:
一般聽器傷、內(nèi)臟輕度挫傷(斑塊狀出血)和體表擦傷等。
(2)中度:
內(nèi)臟較大范圍的挫傷(片狀出血或血腫)、較輕的肺水腫、大片軟組織傷、單純脫位、個別無明顯變位的肋骨骨折、腦震蕩等。
(3)重度:
內(nèi)臟破裂、骨折(股骨、脊柱、顱底和多發(fā)性肋骨骨折)、較嚴重的肺水腫、肺出血等。
(4)極重度:
極其嚴重和致命性損傷,如嚴重顱腦和脊髓損傷、胸腹腔破裂、廣泛而嚴重的肺出血、肺水腫、大血管破裂、肢體斷離伴有大出血等。
第四節(jié) 爆炸沖擊傷的流行病學特點
爆炸沖擊傷在損傷發(fā)生條件、致傷機制、現(xiàn)場及救治環(huán)境等方面與其他創(chuàng)傷相比,均有較大的差異,因此爆炸沖擊傷的傷情特點及流行病學概況也與其他創(chuàng)傷有較大的不同。
一、爆炸沖擊傷的一般特點
由于爆炸沖擊傷受傷過程中,機體同時受到爆炸沖擊波的直接和間接作用,損傷的組織器官、損傷機制和過程復雜,受傷時的環(huán)境和條件多變,導致爆炸沖擊傷具有一些不同于一般創(chuàng)傷的特點。爆炸沖擊傷總體上具有以下特點:
1.傷情復雜
爆炸沖擊波的超壓、負壓、動壓均可以致傷,可以單一因素致傷,也可以復合因素致傷;可以是直接作用致傷,也可以間接作用致傷。這種致傷因素和方式的多樣性決定了爆炸沖擊傷傷類和傷情的復雜性。其復雜性主要表現(xiàn)為:爆炸沖擊傷常是多發(fā)傷或多處損傷,可以外傷和內(nèi)傷同時出現(xiàn),可以多個臟器或部位的損傷同時出現(xiàn);爆炸沖擊傷常為復合損傷,常見的有彈沖復合傷、燒沖復合傷、放沖復合傷等;爆炸沖擊傷時常是多種損傷類型同在,比如鈍性傷、穿透傷可同時出現(xiàn),同一機體既可見挫傷又可見撕裂,既可見水腫又可見出血。特別是有外傷的傷員中常因爆炸時污物進入傷口而致較嚴重的傷口污染,因此當一想到?jīng)_擊傷這個詞時,總是聯(lián)想到大量傷口污染的傷員。
2.定向致傷(靶器官致傷)特點突出
雖然爆炸沖擊波可致機體任何部位、任何組織產(chǎn)生損傷,但由于沖擊波本身以及傳導介質(zhì)的特點,爆炸沖擊波致效應(yīng)器官損傷的特點非常突出。在氣體沖擊傷和水下沖擊傷中含氣的組織、器官是爆炸沖擊波的主要效應(yīng)器官,因此中耳的鼓膜、肺組織、胃腸道等的損傷幾乎都會出現(xiàn);而在固體沖擊傷中與沖擊波傳導介質(zhì)直接接觸的部位或沖擊波傳導縱向受力的部位幾乎都會出現(xiàn)損傷。因此要特別重點關(guān)注爆炸沖擊傷的重要靶器官。
3.外輕內(nèi)重特點突出
這是由爆炸沖擊波的作用機制和方式特點所決定的。當沖擊波作用于機體后,體表損傷往往顯得較輕,特別是僅僅由超壓、負壓作用所致的損傷,體表甚至可以沒有明顯的傷痕,但體內(nèi)的重要靶器官,比如肺、胃腸等則可能已受到嚴重的損傷,因此就表現(xiàn)出外輕內(nèi)重的特點。
在大型炸彈爆炸現(xiàn)場,在離爆心較近的范圍內(nèi)(根據(jù)爆炸當量的不同,該距離也不同),動物雖然可以出現(xiàn)明顯的體表和肢體外傷,但此時內(nèi)臟損傷往往更為嚴重,且常常是動物死亡的主要原因之一;在離爆心較遠的沖擊波致傷范圍內(nèi),動物體表和肢體的損傷較少、較輕,但內(nèi)臟的損傷則可能較重,甚至成為動物死亡的主要原因。
4.傷情發(fā)展迅速
重度以上的爆炸沖擊傷在傷后較短時間內(nèi)會出現(xiàn)一個相對穩(wěn)定的代償期,此時傷情輕,但如果治療不及時,傷情則會迅速惡化,尤其是合并有顱腦損傷、肺出血水腫或其他臟器損傷時傷情進展更快。
第二次世界大戰(zhàn)日本遭受原子彈襲擊后,重度以上的爆炸沖擊傷傷員數(shù)量較少,可能就是因為這部分傷員傷情發(fā)展迅速,短期內(nèi)即惡化死亡的緣故。在爆炸現(xiàn)場試驗也常能發(fā)現(xiàn)部分動物在爆炸后短時間內(nèi)一般情況良好,活動正常,但很快就會出現(xiàn)呼吸困難、休克,繼而死亡的現(xiàn)象。經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn),這些動物常常有嚴重的肺出血、肺水腫,或肝、脾等臟器的破裂。
二、爆炸沖擊傷的發(fā)生率與死亡率
隨著現(xiàn)代高新、高爆武器的發(fā)展,以及戰(zhàn)爭模式和方式的改進,現(xiàn)代戰(zhàn)爭中各種高速、高爆武器(含臨時爆炸裝置)的使用越來越多,由爆炸沖擊傷所致的人員傷亡比例也越來越高。
以軍事行動為例,美軍2001—2014年,在阿富汗和伊拉克開展的軍事行動中,共有超過6 700名美軍士兵被各種爆炸致死,超過50 500名士兵被炸傷;而從2003年3月至2011年10月在伊拉克的軍事行動中,僅因臨時爆炸裝置爆炸這一個原因,就有約2 200名美軍被炸死,約22 000人受傷。而兩伊戰(zhàn)爭中,因爆炸沖擊傷死亡和受傷的伊拉克軍人和老百姓更是難以評估和計數(shù)。
近幾十年來,國際上各種暴力事件層出不窮,其中恐怖性爆炸事件尤為突出。僅在以色列,2000年9月至2003年12月就發(fā)生近20 000起恐怖襲擊事件,導致約900人死亡,其中因自殺式爆炸事件死亡者就達412人,占總死亡人數(shù)的45.78%。美國和平中心的報告顯示,1993年9月11日至2009年9月10日,全球發(fā)生群體性人員傷亡的爆炸恐怖襲擊多達624次,導致了26 073人死亡(平均每次爆炸可致42人死亡)。如以2001年紐約“9?11”事件為界,前8年共發(fā)生68次大的恐怖性爆炸襲擊(含“9?11”事件),致3 921人死亡;后8年共發(fā)生556次大的恐怖性爆炸襲擊,致死人數(shù)高達22 152人,其發(fā)生次數(shù)和致死人數(shù)分別為前8年的8.2倍和5.7倍。可以看出近年來全球爆炸恐怖襲擊呈逐年增加的趨勢,其對社會造成的危害也越來越大。
目前,全世界還沒有一個相對統(tǒng)一的爆炸相關(guān)損傷的數(shù)據(jù)庫,加之戰(zhàn)爭中爆炸所致?lián)p傷的數(shù)據(jù)收集十分困難,所以尚沒有看到相對完整的全球性爆炸沖擊傷流行病學的數(shù)據(jù)報道與分析。現(xiàn)在的爆炸沖擊傷數(shù)據(jù)大都來源于一些單獨的爆炸事件數(shù)據(jù)分析、區(qū)域性的研究中心數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫,比如美國的恐怖主義研究中心、恐怖襲擊數(shù)據(jù)庫等。因此各種爆炸所致的沖擊傷總體發(fā)生率、死亡率等還不清楚,我們只能通過某些調(diào)查和數(shù)據(jù)分析對其發(fā)生率、死亡率進行了解。
1.爆炸沖擊傷發(fā)生率
到目前為止,世界上唯一將原子彈用于實際戰(zhàn)爭的例子就是1945年美國對日本的兩枚核彈打擊,而較早用于爆炸沖擊傷較詳細統(tǒng)計和分析的數(shù)據(jù)也來自于這次日本長崎和廣島原子彈襲擊事件。戰(zhàn)后的傷亡統(tǒng)計資料顯示,在爆炸后第一天存活的中度和重度傷員中,有36.6%的傷員為沖擊傷;在廣島的早期死亡人員中60%是因爆炸沖擊波所致沖擊傷而死亡;在爆炸后20天存活的傷員中有接近70%的傷員(廣島為70%,長崎為64.3%)為伴有沖擊傷的復合傷,即這些傷員有明顯的沖擊傷,同時伴有其他損傷(如燒傷、放射損傷等)。由于當時對沖擊傷的認識和診斷能力相當有限,可能遺漏了部分沖擊傷傷員,因此這次核爆炸致沖擊傷發(fā)生率保守估計應(yīng)該在70%以上。
在現(xiàn)代武器發(fā)展中,爆炸性武器是最為突出且發(fā)展極快的武器之一。從普通炮彈和炸彈、地雷、集束炸彈,到爆震彈、聚能彈、沖擊波增強武器(如燃料空氣炸彈等),甚至大型原子彈和氫彈等,其爆炸沖擊波對裝備和建筑的損毀以及對人員的殺傷作用起著越來越重要的作用。也就是說,無論在未來的核戰(zhàn)爭還是在常規(guī)戰(zhàn)爭中,沖擊波都將是最主要和重要的致傷因素之一。
美國在越南戰(zhàn)爭中首次使用燃料空氣炸彈(氣浪彈),在對其導致的101例致傷人員的數(shù)據(jù)分析報告中顯示,爆炸沖擊傷的發(fā)生率達50.4%。另據(jù)報道,在俄羅斯第一次車臣戰(zhàn)爭中爆炸沖擊傷的發(fā)生率為30%。前南斯拉夫軍事醫(yī)學科學院在總結(jié)其收治的爆炸性武器致傷的1 303例重傷員中發(fā)現(xiàn),爆炸沖擊傷的發(fā)生率可達51.0%。在對我國20世紀80年代西南邊境作戰(zhàn)中一組166例炮彈和地雷炸傷傷員數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),爆炸沖擊傷的發(fā)生率為22.3%。而筆者單位在某型空氣燃料炸彈研究中發(fā)現(xiàn),在該型空氣燃料炸彈爆炸致死的動物中,爆炸沖擊傷的發(fā)生率達到100%,而重傷動物中爆炸沖擊傷的發(fā)生率高達90%以上。
在恐怖襲擊中,各種炸彈或簡易爆炸裝置已成為恐怖分子大量使用的工具,其造成的爆炸沖擊傷也成為人員傷亡的主要原因。對一組恐怖爆炸事件后到達醫(yī)院就診的647例傷員統(tǒng)計分析,其爆炸沖擊傷的發(fā)生率達29.8%。而在另一組因恐怖襲擊而遭受爆炸傷害的3 357名受害者分析顯示,在現(xiàn)場即刻死亡人員中,僅肺沖擊傷就達47.0%。
就爆炸沖擊傷的致傷部位分布而言,各種報道有所差異。總體上,在存活的爆炸沖擊傷員中,約10%的傷員存在眼部沖擊傷,9%~47%的傷員發(fā)生有聽器沖擊傷,3%~14%有明顯的肺沖擊傷,而0.3%~0.6%有胃腸道沖擊傷發(fā)生。
雖然臨床上爆炸沖擊致腹部損傷的發(fā)生率不高,但有腹部沖擊傷者死亡率較高。通過對1966—2009年的61篇文獻分析結(jié)果顯示,腹部爆炸沖擊傷平均發(fā)生率為3.0%(最低1.3%,最高33.0%)。開放空間和閉合空間腹部原發(fā)性爆炸沖擊傷發(fā)生率分別為5.6%和6.7%。
2.爆炸沖擊傷死亡率
相對于其他創(chuàng)傷,爆炸沖擊傷具有更為復雜的傷情和更嚴重的傷勢以及更高的死亡率。通常鈍性或穿透性創(chuàng)傷的死亡率呈現(xiàn)經(jīng)典的三相分布,而爆炸沖擊傷的死亡率常呈現(xiàn)兩相分布的特征,即刻死亡率較高,而其后的死亡率相對較低。
即刻死亡率的高低受到爆炸當量大小、鄰近爆心的距離和潛在受害者數(shù)量、建筑物倒塌情況、封閉或開放的空間環(huán)境等諸多因素影響。當其他條件相同時,建筑物和工事的倒塌情況、爆炸空間的密閉與開放情況對爆炸沖擊傷的嚴重程度和死亡率影響較大。
當爆炸后有建筑和工事倒塌時,爆炸傷的死亡率顯著增加。如一組29起群體性傷亡的爆炸傷數(shù)據(jù)分析顯示:在有建筑物倒塌的爆炸中即刻死亡率高達25%。另外,在密閉空間的爆炸可導致更多和更為嚴重的原發(fā)性沖擊傷,顯著增加其即刻死亡率。有研究報道顯示:在密閉空間中發(fā)生的爆炸事件,其死亡率為8.3%~15.8%,而開放空間發(fā)生的爆炸事件的死亡率僅為2.8%~4%。另有實驗研究結(jié)果也顯示:在爆炸的當量相同、實驗動物布放密度相同的條件下,在密閉空間的爆炸所致原發(fā)沖擊傷發(fā)生率高達78%,動物死亡率高達49%;而在開放空間的爆炸所致原發(fā)沖擊傷發(fā)生率僅為34%,動物死亡率僅為7.8%。
由于爆炸后現(xiàn)場輕度和中度的原發(fā)沖擊傷者與無傷者相似,沒有明顯的體表損傷,但有無內(nèi)臟損傷的診斷與鑒別極為困難,且輕度和中度的原發(fā)沖擊傷者死亡率極低,從而降低了爆炸沖擊傷傷員的死亡率,且不能反映爆炸沖擊損傷的嚴重程度。因此,有研究者采用危重傷死亡率來反映爆炸事件的爆炸傷嚴重程度和爆炸沖擊傷的醫(yī)療救護水平。通常是人員受到爆炸沖擊傷后,因為急性氣道、呼吸、循環(huán)或神經(jīng)系統(tǒng)問題需要立即進行外科處理、入ICU監(jiān)護或氣管內(nèi)插管的損傷歸類為爆炸沖擊傷的危重傷。文獻報道危重爆炸沖擊傷的死亡率多在9%~22%。
第五節(jié) 爆炸沖擊傷的治療原則
為了及時有效地進行急救、診斷、后送和治療,首先必須對傷情嚴重程度進行分度,按照傷情進行救治。
一、輕度沖擊傷
主要有輕度腦震蕩、輕度肺出血、一般聽器損傷及體表擦傷等。此類傷員數(shù)量較多,約占沖擊傷傷員總數(shù)的一半以上,因無明顯的內(nèi)臟損傷和全身癥狀,對戰(zhàn)斗力影響不大,一般不需特殊的治療。
二、中度沖擊傷
主要包括較重的腦震蕩、輕度肺水腫、嚴重的聽器損傷、內(nèi)臟斑片狀出血或血腫、大片軟組織挫傷等,臨床癥狀較明顯,且常伴有全身癥狀。中度肺損傷傷后1~3天內(nèi)可見痰中帶血,聽診偶有啰音或捻發(fā)音;軟組織挫傷和單純脫位時,其癥狀與一般創(chuàng)傷相同。少數(shù)傷員可因合并其他損傷或運送不當而加重傷情,但一般不會發(fā)生休克或危及生命,預(yù)后多良好,僅少數(shù)傷員因合并其他損傷而加重病情。
三、重度沖擊傷
主要包括腦挫傷、較嚴重的肺出血和肺水腫、內(nèi)臟(如肝、脾、胃、腸和膀胱)破裂或穿孔、骨折(股骨、脊柱、顱底和多發(fā)性肋骨骨折)等。腦挫傷時可出現(xiàn)昏迷和顱內(nèi)壓增高征象;肺損傷時可出現(xiàn)呼吸困難和血性痰,胸部叩診可呈濁音,聽診可聞較廣泛的濕性啰音;腹腔臟器破裂時可有腹痛和腹壁緊張、壓痛、反跳痛等腹膜刺激癥狀,肝、脾破裂可引起嚴重內(nèi)出血和休克,胃腸破裂或穿孔可引起彌漫性腹膜炎;發(fā)生骨折時,其癥狀與一般創(chuàng)傷相同,因此按照一般創(chuàng)傷原則進行救治。
四、極重度沖擊傷
常常同時發(fā)生多處嚴重損傷,比如嚴重的顱腦脊髓損傷、胸腹脊髓損傷、內(nèi)臟破裂、嚴重肺出血、肺水腫,大血管破裂、軟組織嚴重擠壓傷以及肢體離散等。除此之外,暴露人員常并發(fā)嚴重的燒傷和放射損傷。此類傷員多見于離爆心較近的區(qū)域,常因傷勢過重而在短時間內(nèi)死亡。早期死亡主要是由于嚴重的大腦和脊髓損傷,嚴重出血引起的內(nèi)臟破裂(出血性休克)和多發(fā)性骨折(脂肪栓塞)所致。后期的死亡原因主要是貫穿腹膜炎、支氣管肺炎、敗血癥或其他繼發(fā)感染。嚴重的顱腦傷與多發(fā)性內(nèi)臟破裂,其臨床表現(xiàn)與一般創(chuàng)傷處理相同,因此按照一般創(chuàng)傷原則處理。此類傷員多于傷后1天內(nèi)死亡。
(王正國 周繼紅 楊志煥)