步枪弹射击防弹衣后长白猪远达脑损伤的特点及机制研究

摘要

防弹衣这个名字或许会引起误解认为它可以抵御一切子弹，实际上，防弹衣并不能直接的把子弹挡回去，而是利用防护材料把子弹的作用力分散到整幅体表的较大面积区域内，将它的动能吸收，使其尽量在穿入人体之前就停下来。在这个过程中，亦会因子弹变形，而进一步降低它的穿透力。尽管防弹衣能够避免子弹穿入人体所造成的伤害，但中枪者的身体仍然无可避免地因吸收了子弹的能量受到钝伤，因此防弹衣后钝性损伤是一种快速非穿透性损伤。防弹衣作为现代单兵作战的重要组成部分，已被广泛用于现代战争，从海湾战争、阿富汗战争到伊拉克战争，美军所运用的现代战争模式完全颠覆我们对传统战争的认识，高、精、尖武器装备的使用，大大降低了作战人员的死亡率，即使在最残酷的巷战中由于单兵防护装具的大量运用，其作战人员的死亡率也较传统战争大为减少。防弹衣根据质地可分为硬式和软式两种类型，前者采用陶瓷或钢质防弹插板可阻止步枪弹的侵彻，后者采用高强度的纤维织物吸收手枪弹等低速投射物的动能。然而防弹衣后并非毫发无损，从1978年Carroll首先报告警用手枪弹射击致防弹衣后钝性伤的伤例以来，投射物击中所致的防弹衣后非贯穿损伤特点和机理的研究一直是创伤弹道学研究的重点之一，美军在伊拉克及阿富汗战争中，伤员中60%存在着不同程度的(mTBI)，他们中大部分是由于爆炸引起，也有些作战人员并没有受到爆炸冲击波的作用，仅仅是在防弹衣保护下受到子弹射击也出现了记忆力下降等变化，有学者把这种表现归结到战伤应激综合征，是否只有单一应激综合征这种心理上的改变而不存在器质上的病理改变，值得我们进一步研究。目前国内外对防弹衣后损伤的研究采取动物、模拟试验、尸体试验相结合，有限元模型分析与试验验证互为补充的形式，提出防弹衣后可能因能量传递、吸收造成远达脑损伤。但是就防弹衣后多大能量的子弹会导致远达脑损伤，这种损伤有什么样的特点的研究，未见报道。
　　 因此，为了阐明防弹衣后多大能量的子弹会造成远达脑损伤及损伤特点是什么，如果存在远达损伤，那么这种损伤的生物力学机制有什么特点，在本研究中，我们首先利用军用某型小口径步枪25m距离下以三种不同的打击速度(相同口径下将子弹的能量转化为打击速度的不同，分别为910m/s、740m/s、590m/s)模拟打击身着内层为警用Ⅱ级，外层为NIJⅢ标准陶瓷防弹插板硬质防弹衣防护下的长白猪的心前区，对比观察三种不同速度子弹打击下，致伤前后脑电图、心电图、有创动脉血压、心率、呼吸变化。取伤前伤后30min、1h、2h、3h动脉血进行离心，取上清液血浆进行脑损伤标志物检测，伤前及伤后3h腰大池穿刺取脑脊液(CSF)进行特异性脑损伤标志物aⅡ-spectrin以及与钙激活中性蛋白酶粘连的aⅡ-SBDP检测。伤后3h进行胸部CT平扫及胸廓骨骼三维重建检查。伤后3h处放血处死动物，观察心脏、肺脏、肝脏及脑组织等致伤后大体病理改变，每个速度组随机取2头进行灌注取脑组织进行病理显微及超微检查，对比不同速度下损伤的特点。为了证实这种远达损伤导致的行为学改变，我们在实验条件不变的前提下，致伤前1个月对长白猪进行选择性觅食训练，使用两个大小一致的食盆，在其中一个盆口加两块铁条以改变盆口为方形，铁条上接通低压交流电，在长白猪进食方盆时，接通交流电电击，通过反复多次训练，使长白猪在致伤前对有危险信号的方形食物绝对不试探进食及进食，在致伤以后观察猪致伤前后行为学的变化实验。最后，在上述效应模型基础上，建立生物力学测试模型，于心前区皮下、心包腔、左侧胸腔、左侧颈总动脉及颅内布置生物传感器，进行打击瞬间长白猪致伤局部及远达脑组织生物力学的测定。
　　 主要实验结果及结论
　　 1.防弹衣防护下，伤后长白猪均存活，但是在致伤后短时间内都存在不同程度的生理变化。其表现为：致伤瞬间，不同速度组长白猪呼吸都有短暂的停止，停止时间7S--15S不等，伤后10min内动脉血压下降，以收缩压下降为主，其中高速组下降最为明显，动脉收缩压降到伤前的1/3，10min后逐渐恢复到伤前水平，伤后各种速度组5min内脑电图低频波8(Delta)、θ(Theta)波均出现波幅的抑制，分析各组间波幅下降无明显差异，5min后脑电波幅恢复到伤前水平，伤后3h血中脑损伤标志物S-100B及脑脊液中损伤标志物都较伤前增高，并且脑脊液中aⅡ-SBDP具有较好的特异性。进行解剖时发现910m/s组在脑表面存在点片状的出血灶，740m/s组脑表面存在点状出血灶，而590m/s组较少有出血灶，海马的HE染色、甲苯胺蓝染色及超微电镜检查都发现有Ca1区神经元存在变性、肿胀、脱髓鞘等不同程度变化，而且以上这些变化随着子弹打击速度的提高而加重。以上的结果初步提示：在内层为警用Ⅱ级，外层为NIJⅢ标准陶瓷防弹插板硬质防弹衣防护下在大于590m/s步枪弹打击时就可能存在远达的脑损伤，低速组仅表现在功能方面的改变，如脑电的抑制、生命体征的改变，出现神经元变化较轻微，这种变化大多在短时间内恢复，而速度高、能量大的子弹不仅有脑电的抑制、生命体征的改变，而且也出现了相对低速组较重的病理改变，如造成脑表面小血管破裂出血形成点片状出血灶，显微及超微病理也出现局部脱髓鞘等较低速度组损伤重的病理改变。
　　 2.伤后即刻至40分钟内，长白猪较致伤前状态明显变差，拒行走。驱赶其行走发现左前肢肌力较伤前减弱，向左侧偏斜。在选择性觅食时2头猪不加选择直接进食有危险信号的方盆中食物，而且有一头在电击后仍进食方盆，有2头对方形食盆进行2次试探，但未进食方盆食物，1头在伤后未进食，蜷缩于猪舍一角肌颤，全组均于2小时后恢复进食，而且未有试探及误食发生。
　　 3.子弹在命中瞬间颅内压力在极短时间(千分之一秒)急速上升，910m/s组峰值甚至可以上升到正常颅内压的40～50倍，并且压力呈现为高频的震荡曲线，颅内压力与子弹打击速度正相关，910m/s约为740m/s的2倍，而740m/s约为590m/s的2倍。打击点局部压力及力也随子弹速度的增加而增高。
　　 上述研究结果表明：在外层NIJⅢ内层为警用Ⅱ级防护下，随着子弹速度的增加，长白猪在致伤后出现了中枢神经脑电抑制，血中及脑脊液中的特异脑损伤标志物出现了升高，在海马区出现中枢神经元变性、肿胀、脱髓鞘改变，说明了在防弹衣防护下在大于590m/s子弹射击时，中枢神经脑组织在没有受到直接打击下也存在着损伤，这种损伤的程度虽没有导致长白猪致命，但是引起了长白猪功能上的一些改变、以及轻微的一些病理改变，也就是轻度的脑损伤(mTBI)。这种损伤同进也导致了行为学上的一些变化，因为长白猪在经过1个月的训练后已不会对有危险信号的食盆发生觅食行为，但在受到打击以后由于轻度脑损伤(mTBI)其行为发生了改变，这些损伤可能导致长白猪低级的学习记忆选择性觅食发生错误。这种远达的脑损伤其可能的生物力学机制主要为：子弹在击中硬式防弹衣后，通过防弹衣的快速变形产生的脉冲形式冲击波在机体内传递是导致防弹衣远达脑损伤最主要的原因，这种脉冲形式的冲击波通过胸壁、胸腔及脉管的传递在颅内高速震荡，可能是导致如脑组织神经元变性，脑表面小血管撕裂发生蛛网膜下腔出血的原因。这对以往对硬式防弹衣后挤压变形导致损伤的机制是进一步的完善与补充。由此我们可以推测，当作战人员在防弹衣保护下受到高弹速步枪弹射击，也可能引起远达的脑损伤及一些行为学的改变。

目录

文摘

英文文摘

英文缩写词表

前 言

参考文献

第一部分 步枪弹射击防弹衣后长白猪致远达脑损伤特点

材料与方法

结 果

讨 论

小 结

参考文献

第二部分 防弹衣后远达脑损伤行为学改变

材料与方法

结 果

讨 论

小 结

参考文献

第三部分 防弹衣后远达脑损伤生物力学机制

材料与方法

结 果

讨 论

结 论

参考文献

全文小结

致谢

文献综述 防弹衣后钝性损伤研究进展

参考文献

学习期间参加学术会议及发表的论文