步槍彈致背部復合防彈衣后脊柱脊髓鈍性損傷特點及損傷機理研究.pdf

1、一、研究背景
　　 防彈衣的雛形可追溯至遠古時期人們制作的人體裝甲。現(xiàn)代防彈衣的發(fā)展開始于一次世界大戰(zhàn)，那時出現(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)對人體胸腹部形成的穿透傷，并降低傷員的死亡率。據(jù)統(tǒng)計在一次世界大戰(zhàn)因為防彈衣的使用使英國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機體的傷害，防彈衣后鈍性損傷(Behindarmor blunt traum

2、a，BABT)就是其損傷特點之一。防彈衣后鈍性損傷是指投射物擊中防彈衣后導致機體內(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下的機體。投射物，尤其是高速投射物，與防彈衣碰撞后產(chǎn)生的能量可通過防彈衣向機體內(nèi)傳導并導致體內(nèi)各臟器不同程度的損傷，嚴重時可以致死。
　　 近年來隨著防彈衣和高能量武器的廣泛使用，人們對防彈衣后鈍性損也越來越重視，并對胸部防彈衣后鈍性損傷進行了大量的研究。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)報道。在戰(zhàn)斗中背部也是防護的重點，對于防彈衣防護下背部中彈后各臟器鈍性損傷特點尚未見相關(guān)報道。背部的脊柱脊髓與顱骨和腦組織緊密相連，對于背部防彈衣后鈍性損傷是否也會導致脊髓以及腦組織的傷害，目前尚未見相關(guān)報道。關(guān)于這種損傷形式對中樞神經(jīng)(腦)功能的影響，以及傷后血清和腦脊液中特異性神經(jīng)損傷標志物的表達水平也不明確。闡明這些問題不僅對背部防彈衣后鈍性損傷特點有更加深刻的

4、認識，還為背部防彈衣鈍性損傷所致的中樞神經(jīng)損傷的診治和預后判斷提供充分的實驗依據(jù)，同時還可為致傷后作戰(zhàn)人員的作戰(zhàn)能力的評估提供依據(jù)。
　　 防彈衣后鈍性損傷生物力學機制是什么呢？通過生物力學和計算機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傳導，對背部防彈衣后鈍性損傷產(chǎn)生的壓力波在生物體內(nèi)的傳導規(guī)律尚無報告。關(guān)于壓力波的大小與子彈動能以及損傷的關(guān)系目前也不明確。闡明這些

5、問題可以為防彈衣的改進以及防彈衣后鈍性損傷的預防提供依據(jù)。
　　 二、研究目的
　　 本實驗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；
　　 ②胸腔重要臟器的損傷特點；
　　 ③實驗動物的運動以及認知功能的改變；
　　 ④步槍彈與防彈衣碰撞后產(chǎn)生的壓力波在生物體內(nèi)的傳導規(guī)律以及產(chǎn)生加速度大小。
　　 在了解以上特點的基礎上，探討背

6、部防彈衣后鈍性損傷的生物力學機制。為防彈衣的改進以及防彈衣后脊柱脊髓和中樞神經(jīng)(腦組織)損傷的預防、診治和預后判斷提供實驗依據(jù)。
　　 三、研究內(nèi)容
　　 用復合式防彈衣(軟31層超高分子聚乙烯防彈衣+4.2 mm Al2O3陶瓷防彈板)對實驗動物的背部進行防護，以背部T8椎體部位為致傷點，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)的病理損傷特點；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)損傷標志物(NSE，MBP，s-100β)表達水平的關(guān)系。
　　 2、致傷后胸腹腔重要臟器(肺、心、肝、腎)的病理損傷特點以及對相關(guān)生理功能的影響；
　　 3、不同速度槍彈致傷后對實驗動物雙后肢運動功能的影響；高速步槍彈(910 m/s)致傷后對實驗動物認知的影響。
　　 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)的傳導規(guī)律，致傷點附近加速度的大??；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，當彈速為910 m/s時，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組無顯著差異。
　　 (二)實驗動物損傷情況
　

9、　 1、局部皮損特點：致傷后早期，致傷區(qū)的皮膚會形成蒼白區(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)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
　　 (1)大體損傷特點：三種速度的步槍彈均未導致椎體骨折。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)為肺點狀出血(40%)。(注：括號內(nèi)百分數(shù)為損傷比率)
　　 (2)血壓、心率、血氧飽和度損傷特點：三種速度致傷后的血壓、心率和血氧飽和度在測定的時間范圍內(nèi)傷前傷后均無明顯改變。
　　 (3)心電圖損傷特點：各致傷組傷前傷后心電圖無顯著變化。
　　 3、中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷特點
　　 (1)大體及顯微病理損傷特點：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，海馬無髓神經(jīng)元變性。當彈速為740 m/s和590 m/s時，肉眼和光鏡下脊髓和腦組織未見明顯損傷。
　　 (2)中樞神經(jīng)損傷標志物(MBP、NSE和S-100β)變化特點：當彈速為910 m/s時，中樞神經(jīng)損傷標志物在腦脊液和血清中均高表達，致傷組與對照組有明顯差異(p<0.01)。彈速為590 m/s和740 m/s時，致傷組與對照組的中樞神經(jīng)損傷標志

13、物沒有明顯差異。
　　 (3)腦電圖損傷特點：當致傷速度為910 m/s時，腦電波在傷后1min出現(xiàn)了抑制并在傷后3-6min內(nèi)恢復。740 m/s和590 m/s致傷組腦電圖傷前傷后無顯著差異。
　　 (4)右下肢股神經(jīng)誘發(fā)電位損傷特點：與致傷前相比，致傷后各組潛伏期變化無明顯差異，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。各實驗組波幅降低值與對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)實驗動物運動和認知功能損傷特點：速度為910 m/s的步槍彈致傷后可出現(xiàn)雙后肢肌力和感覺減退，嚴重時表現(xiàn)為雙側(cè)后肢的拖行(33%)，運動功能在48 h內(nèi)恢復；所有實驗動物(100%)均出現(xiàn)記憶力障礙并在24 h內(nèi)恢復；740 m/s的步槍彈致傷后表現(xiàn)為感覺和肌力減退但對實驗動物的行動無明顯影響；

15、590 m/s的步槍彈致傷后未見運動功能的改變。(注：括號內(nèi)百分數(shù)為損傷比率)
　　 4、MAIS(Maximum abbreviated injury scale)評分：910 m/s組MAIS評分平均值為2.22±0.67；740 m/s組MAIS評分平均值為2.00±0.00；590 m/s組MAIS評分為平均值1.17±0.41。
　　 (三)生物力學損傷特點：隨著彈速的增加各物理指標(壓力和加速度)均不同程度的

16、增加。在脊柱旁軟組織內(nèi)測定的壓力大小與致傷點的距離呈指數(shù)關(guān)系，在顱內(nèi)測得壓力高于頸動脈內(nèi)測定值(p<0.05)。通過對肢體的運動功能障礙(肌力)與相關(guān)物理參數(shù)(彈速、壓力、加速度、著彈點距T8距離)進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驗動物的運動功能障礙(y)主要與致傷點的加速度(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)防護下，以某型步槍彈在25 m遠處致傷背部(T8椎體部位)后會導致多臟器的鈍性損傷，具體損傷特點如下：
　　 1、胸腹腔臟器(肺、心、肝、腎)鈍性損傷且主要表現(xiàn)為點片狀出血，其損傷程度同槍彈的速度(動能)呈正比；
　　 2、高速步槍彈(910 m/s)可引起致傷點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；導致實驗動物出現(xiàn)不同程度的肢體運動功能障礙(<48 h)，嚴重時表現(xiàn)為雙側(cè)后肢拖行；
　　 3、高速步槍彈(910 m/s)致傷后可導致腦組織的遠達損傷，表現(xiàn)為腦實質(zhì)的損害(海馬無髓神經(jīng)纖維的變性)和傷后一段時間內(nèi)(<24 h)認知功能(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致臟器損傷的主要原因；其中椎體的加速度是評估脊髓損傷程度的主要物理參數(shù)，壓力波主要通過椎體傳導