步槍彈射擊防彈衣后長白豬遠達腦損傷的特點及機制研究.pdf

1、防彈衣這個名字或許會引起誤解認為它可以抵御一切子彈，實際上，防彈衣并不能直接的把子彈擋回去，而是利用防護材料把子彈的作用力分散到整幅體表的較大面積區(qū)域內，將它的動能吸收，使其盡量在穿入人體之前就停下來。在這個過程中，亦會因子彈變形，而進一步降低它的穿透力。盡管防彈衣能夠避免子彈穿入人體所造成的傷害，但中槍者的身體仍然無可避免地因吸收了子彈的能量受到鈍傷，因此防彈衣后鈍性損傷是一種快速非穿透性損傷。防彈衣作為現(xiàn)代單兵作戰(zhàn)的重要組成部分，已

2、被廣泛用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭，從海灣戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭到伊拉克戰(zhàn)爭，美軍所運用的現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式完全顛覆我們對傳統(tǒng)戰(zhàn)爭的認識，高、精、尖武器裝備的使用，大大降低了作戰(zhàn)人員的死亡率，即使在最殘酷的巷戰(zhàn)中由于單兵防護裝具的大量運用，其作戰(zhàn)人員的死亡率也較傳統(tǒng)戰(zhàn)爭大為減少。防彈衣根據(jù)質地可分為硬式和軟式兩種類型，前者采用陶瓷或鋼質防彈插板可阻止步槍彈的侵徹，后者采用高強度的纖維織物吸收手槍彈等低速投射物的動能。然而防彈衣后并非毫發(fā)無損，從1978年Carro

3、ll首先報告警用手槍彈射擊致防彈衣后鈍性傷的傷例以來，投射物擊中所致的防彈衣后非貫穿損傷特點和機理的研究一直是創(chuàng)傷彈道學研究的重點之一，美軍在伊拉克及阿富汗戰(zhàn)爭中，傷員中60%存在著不同程度的(mTBI)，他們中大部分是由于爆炸引起，也有些作戰(zhàn)人員并沒有受到爆炸沖擊波的作用，僅僅是在防彈衣保護下受到子彈射擊也出現(xiàn)了記憶力下降等變化，有學者把這種表現(xiàn)歸結到戰(zhàn)傷應激綜合征，是否只有單一應激綜合征這種心理上的改變而不存在器質上的病理改變，值得

4、我們進一步研究。目前國內外對防彈衣后損傷的研究采取動物、模擬試驗、尸體試驗相結合，有限元模型分析與試驗驗證互為補充的形式，提出防彈衣后可能因能量傳遞、吸收造成遠達腦損傷。但是就防彈衣后多大能量的子彈會導致遠達腦損傷，這種損傷有什么樣的特點的研究，未見報道。
　　 因此，為了闡明防彈衣后多大能量的子彈會造成遠達腦損傷及損傷特點是什么，如果存在遠達損傷，那么這種損傷的生物力學機制有什么特點，在本研究中，我們首先利用軍用某型小口徑步槍

5、25m距離下以三種不同的打擊速度(相同口徑下將子彈的能量轉化為打擊速度的不同，分別為910m/s、740m/s、590m/s)模擬打擊身著內層為警用Ⅱ級，外層為NIJⅢ標準陶瓷防彈插板硬質防彈衣防護下的長白豬的心前區(qū)，對比觀察三種不同速度子彈打擊下，致傷前后腦電圖、心電圖、有創(chuàng)動脈血壓、心率、呼吸變化。取傷前傷后30min、1h、2h、3h動脈血進行離心，取上清液血漿進行腦損傷標志物檢測，傷前及傷后3h腰大池穿刺取腦脊液(CSF)進行特

6、異性腦損傷標志物aⅡ-spectrin以及與鈣激活中性蛋白酶粘連的aⅡ-SBDP檢測。傷后3h進行胸部CT平掃及胸廓骨骼三維重建檢查。傷后3h處放血處死動物，觀察心臟、肺臟、肝臟及腦組織等致傷后大體病理改變，每個速度組隨機取2頭進行灌注取腦組織進行病理顯微及超微檢查，對比不同速度下?lián)p傷的特點。為了證實這種遠達損傷導致的行為學改變，我們在實驗條件不變的前提下，致傷前1個月對長白豬進行選擇性覓食訓練，使用兩個大小一致的食盆，在其中一個盆口加

7、兩塊鐵條以改變盆口為方形，鐵條上接通低壓交流電，在長白豬進食方盆時，接通交流電電擊，通過反復多次訓練，使長白豬在致傷前對有危險信號的方形食物絕對不試探進食及進食，在致傷以后觀察豬致傷前后行為學的變化實驗。最后，在上述效應模型基礎上，建立生物力學測試模型，于心前區(qū)皮下、心包腔、左側胸腔、左側頸總動脈及顱內布置生物傳感器，進行打擊瞬間長白豬致傷局部及遠達腦組織生物力學的測定。
　　 主要實驗結果及結論
　　 1.防彈衣防護下

8、，傷后長白豬均存活，但是在致傷后短時間內都存在不同程度的生理變化。其表現(xiàn)為：致傷瞬間，不同速度組長白豬呼吸都有短暫的停止，停止時間7S--15S不等，傷后10min內動脈血壓下降，以收縮壓下降為主，其中高速組下降最為明顯，動脈收縮壓降到傷前的1/3，10min后逐漸恢復到傷前水平，傷后各種速度組5min內腦電圖低頻波8(Delta)、θ(Theta)波均出現(xiàn)波幅的抑制，分析各組間波幅下降無明顯差異，5min后腦電波幅恢復到傷前水平，傷后

9、3h血中腦損傷標志物S-100B及腦脊液中損傷標志物都較傷前增高，并且腦脊液中aⅡ-SBDP具有較好的特異性。進行解剖時發(fā)現(xiàn)910m/s組在腦表面存在點片狀的出血灶，740m/s組腦表面存在點狀出血灶，而590m/s組較少有出血灶，海馬的HE染色、甲苯胺藍染色及超微電鏡檢查都發(fā)現(xiàn)有Ca1區(qū)神經元存在變性、腫脹、脫髓鞘等不同程度變化，而且以上這些變化隨著子彈打擊速度的提高而加重。以上的結果初步提示：在內層為警用Ⅱ級，外層為NIJⅢ標準陶瓷

10、防彈插板硬質防彈衣防護下在大于590m/s步槍彈打擊時就可能存在遠達的腦損傷，低速組僅表現(xiàn)在功能方面的改變，如腦電的抑制、生命體征的改變，出現(xiàn)神經元變化較輕微，這種變化大多在短時間內恢復，而速度高、能量大的子彈不僅有腦電的抑制、生命體征的改變，而且也出現(xiàn)了相對低速組較重的病理改變，如造成腦表面小血管破裂出血形成點片狀出血灶，顯微及超微病理也出現(xiàn)局部脫髓鞘等較低速度組損傷重的病理改變。
　　 2.傷后即刻至40分鐘內，長白豬較致傷

11、前狀態(tài)明顯變差，拒行走。驅趕其行走發(fā)現(xiàn)左前肢肌力較傷前減弱，向左側偏斜。在選擇性覓食時2頭豬不加選擇直接進食有危險信號的方盆中食物，而且有一頭在電擊后仍進食方盆，有2頭對方形食盆進行2次試探，但未進食方盆食物，1頭在傷后未進食，蜷縮于豬舍一角肌顫，全組均于2小時后恢復進食，而且未有試探及誤食發(fā)生。
　　 3.子彈在命中瞬間顱內壓力在極短時間(千分之一秒)急速上升，910m/s組峰值甚至可以上升到正常顱內壓的40～50倍，并且壓力

12、呈現(xiàn)為高頻的震蕩曲線，顱內壓力與子彈打擊速度正相關，910m/s約為740m/s的2倍，而740m/s約為590m/s的2倍。打擊點局部壓力及力也隨子彈速度的增加而增高。
　　 上述研究結果表明：在外層NIJⅢ內層為警用Ⅱ級防護下，隨著子彈速度的增加，長白豬在致傷后出現(xiàn)了中樞神經腦電抑制，血中及腦脊液中的特異腦損傷標志物出現(xiàn)了升高，在海馬區(qū)出現(xiàn)中樞神經元變性、腫脹、脫髓鞘改變，說明了在防彈衣防護下在大于590m/s子彈射擊時，中

13、樞神經腦組織在沒有受到直接打擊下也存在著損傷，這種損傷的程度雖沒有導致長白豬致命，但是引起了長白豬功能上的一些改變、以及輕微的一些病理改變，也就是輕度的腦損傷(mTBI)。這種損傷同進也導致了行為學上的一些變化，因為長白豬在經過1個月的訓練后已不會對有危險信號的食盆發(fā)生覓食行為，但在受到打擊以后由于輕度腦損傷(mTBI)其行為發(fā)生了改變，這些損傷可能導致長白豬低級的學習記憶選擇性覓食發(fā)生錯誤。這種遠達的腦損傷其可能的生物力學機制主要為：