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第一篇 总论
第一章 绪论与流行病学
第一节 爆炸冲击伤的概述
烈性炸药或核武器爆炸时,瞬间可释放出巨大的能量,使爆心处的压力和温度急剧增高,并借周围介质(如空气、水、土壤或钢板等)迅速向四周传播,由此形成一种高压和高速的波,这就是爆炸冲击波。炮弹、飞机的超声速运动,瓦斯爆炸或激波管试验时高压气体的突然释放,也会产生性质相似的冲击波。因冲击波作用而使机体产生的各种损伤,均称之为爆炸冲击伤(explosive blast injury)。
临床上一般所说的爆震伤,通常是指空气冲击波和水下冲击波直接作用于人体所造成的原发损伤。至于冲击波经固体(如舰艇的甲板)传导而使人员发生的损伤,或是因冲击波的抛掷及其他间接作用(如工事或房屋倒塌等)所致的机械性创伤,虽然也属于冲击伤,但习惯上不叫做爆震伤。
近代战争中,敌人可能使用大量重磅航弹对人口集中的大城市进行地毯式轰炸,或投放一些以冲击波为主要杀伤因素的炸弹,如气浪弹、燃料空气炸弹等,因而冲击伤的发生率可能会有所增高。以当量为500万吨的核武器爆炸为例,冲击波可使800多平方千米的地面暴露人员受伤。这里仅是指直接杀伤区,如果还包括冲击波的间接杀伤作用,则致伤范围可增大1~2倍以上。在核武器损伤中,冲击波是主要的杀伤因素之一。1945年8月,日本受原子弹袭击后,伤员中70%有冲击伤。在广岛,早期死亡的人员中,60%是因冲击伤而致死的。爆后第1天存活的中度和重度伤员中,有冲击伤者占36.6%。在常规武器战争中,冲击波是各种爆炸性武器的主要杀伤因素之一,前南斯拉夫军事医学科学院对收治的由爆炸性武器所致的1 303例重伤员进行统计,冲击伤的发生率为51.0%。我国西南边境作战中,一组166例炮弹和地雷炸伤伤员中,冲击伤的发生率为22.3%。
在平时,一些军工厂、弹药库、化工厂和矿井等爆炸事故屡有发生,并常因此而使不少人员受伤,特别是恐怖分子袭击,人员伤亡更多。各种恐怖事件中,爆炸恐怖活动占75%左右,冲击伤是主要伤类之一。
随着炸药制造技术的发展,炸药的品种日益繁多,爆炸能量不断增强。常用的炸药有黑火药、硝酸铵类炸药、硝化甘油胶质炸药、梯恩梯、黑索金、C型塑性炸药、乳化炸药、液体炸药等。近年来,恐怖分子常用C型塑性炸药进行爆炸恐怖活动,如2002年在印度尼西亚巴厘岛和2009年在雅加达商业区发生的两起高级酒店爆炸案均是由C型塑性高爆炸药爆炸引起的。
爆炸装置呈现微型化、智能化、非金属化等特点,有的爆炸物制成玩具、牙膏等日用品;有的由照相机、收音机等改制成小型炸弹。起爆方式由过去的导火索直接起爆发展为电能、机械能和化学能起爆,甚至用无线电遥控、温控、光控、声控等方式起爆。2007年7月9日在济南发生的爆炸案,就是犯罪分子利用遥控爆炸装置将预先安装在汽车内的爆炸装置起爆,造成震惊全国的“7•9”爆炸案。
由此可见,冲击伤不仅是军事医学中的一个重要课题,而且也是平时创伤外科中需要紧急处理的一种损伤。
此外,还应强调指出,典型的冲击伤(即一般所说的爆震伤)主要累及听器和内脏,特别是含气多的肺组织,而伤员的体表常完好无损。受伤早期,伤员因代偿功能可使主要生命指征(如呼吸、循环等)维持正常,但不久伤情便急转直下。同时,冲击伤还可伴有其他类型的损伤(如烧伤及其他机械伤),或表现为多发伤,如未能及时诊断和采取相应的救治措施,则易错过抢救的时机,造成致死性的后果。
第二节 爆炸冲击波致伤物理参数及生物力学机制
一、爆炸冲击波致伤的物理参数
爆炸冲击波致人员伤害的物理参数主要有:冲击波压力峰值、正压作用时间、冲量、压力上升时间等。
1.冲击波压力峰值
冲击波压力峰值是指爆炸冲击波压力的最高值,可分为超压峰值、负压峰值、动压峰值,其单位是千帕(kPa)。爆炸冲击波压力峰值是冲击波致伤的主要参数,其峰值与损伤严重程度成正比关系,即当爆炸现场冲击波压力峰值越大时,其致伤伤情就越严重。
2.正压作用时间
正压作用时间是指冲击波压缩区通过冲击波压力作用点所持续的时间,其单位是毫秒(ms)或秒(s)。在一定的时限内,相同的压力峰值条件下,正压作用时间越长,其致伤的伤情就越重。
3.冲量
冲量是指压力作用时间内各个瞬间压力值的和,即压力随时间变化的积分,其单位为kPa/s或kPa/ms。冲量包含了压力峰值和正压作用时间两个参数,用其来说明爆炸冲击波与损伤严重程度的关系更确切、合理。特别是发生水下冲击伤时,冲击波压力峰值很高但正压作用时间则很短;或是在坦克、装甲车等密闭空间内出现复合冲击波致伤时,采用冲量可以更好地说明冲击波物理量与冲击伤严重程度间的关系。
4.压力上升时间
压力上升时间是指机体的某一压力作用点从开始受到爆炸冲击波压力起至该点承受的压力达到峰值时止所需的时间,单位是毫秒(ms)或秒(s)。其反映了冲击波作用点所受压力上升的速度,在其他条件相同的情况下,压力上升时间越短,也即压力上升速率也越快,其导致的爆炸冲击伤损伤严重程度越重。
二、爆炸冲击波致伤的生物力学机制
爆炸冲击伤主要由爆炸冲击波直接作用、爆炸过程中物体之间位移的间接作用、动压导致的抛掷和撞击作用等引起。冲击波的致伤机制可简单地分为冲击波的直接作用和冲击波的间接作用两类。但具体的生物力学机制,特别是爆炸冲击波超压和负压作用的具体机制还不完全清楚。
1.爆炸冲击波的直接作用
指单纯由爆炸冲击波的压力(超压和负压)所造成的损伤,其导致的冲击伤被称为原发冲击伤或单纯冲击伤,主要表现为一些含气脏器,如肺、胃肠道、听器等损伤,其次还可造成部分实质脏器的出血。强超压作用于人体,可导致内脏破裂以及肋骨与听小骨等骨折,但一般不会造成体表直接损伤。目前公认的冲击波直接致伤的机制主要包括:
(1)内爆效应:
当冲击波在含有气泡或气腔的液体介质中传播时,冲击波的超压将导致可压缩的气体被大幅压缩,而液体和固体被压缩的幅度很小;冲击波的超压作用之后接着是负压作用,会导致受压缩的气体极度膨胀,好似许多小的爆炸源,呈放射状向四周传播能量,从而使周围组织发生损伤。内爆效应导致的损伤一般发生在含气的肺泡组织或胃肠道中。
(2)压力差效应:
当组织两侧压力大小不一样时,其压力差可以直接导致该组织的损伤。因此爆炸冲击波传播过程中,当冲击波到达某一组织或器官时,在局部瞬时的高压与对侧常压形成巨大的压力差,直接导致该组织或器官损伤。例如,超压所致的鼓膜破裂就是由压力差造成的;又如,冲击波作用于机体后,肺内液体部分(血管内血液)和气体部分(肺泡内气体)的压力均有所上升,但液体部分上升得更多,两者间形成很大的压力差,致使微血管撕裂,血液流入肺泡腔,引起肺出血。
(3)过牵效应:
机体含气器官受爆炸冲击波作用过程中,在减压期和负压期含气器官可从受压状态转为扩张状态,组织由压缩状态转为膨胀拉伸状态,组织承受膨胀产生的拉伸应变和拉伸应力。通常组织承受拉伸的能力远低于承受压缩的能力,当拉伸应变达到一定程度时,组织中的微血管内皮细胞和肺泡上皮细胞通透性增加,此时可出现水肿和渗血;当拉伸应力超过组织承受的极限时,则会出现组织和血管的破裂,造成严重的出血水肿。在减压过程中超压峰值越高,减压时间越短(减压速度越快),过牵效应就越明显,受伤也越严重。
(4)剥落(碎裂)效应:
在爆炸冲击波传播过程中,当其从致密组织传入疏松组织时,会在致密组织与疏松组织之间的界面发生反射,这种反射波会导致局部的较致密组织因局部压力突然增高而发生损伤,如肺泡撕裂出血、心内膜下出血、膀胱黏膜出血等。
(5)惯性效应:
当连接在一起的密度不同的两种组织受到同一压力波作用时,两种组织的加速和减速运动具有显著的差异,从而在两种组织的界面上产生强大的剪切应力,导致两种组织的连接部位出现撕裂。如爆炸冲击波导致的肋骨与肋间组织撕裂出血、肠管与肠系膜组织的撕裂出血等都与冲击波的惯性效应有关。
(6)负压效应:
爆炸冲击波超压作用之后紧接着是负压作用,负压作用时压力下降速率、负压持续时间和负压峰值是其致伤的主要参数,其中负压峰值最为重要。负压可造成严重肺损伤,如广泛的肺出血、肺水肿等,且其导致严重肺损伤所需的压力峰值的绝对值远远小于超压的峰值。
(7)血流动力学效应:
爆炸冲击波超压作用于体表后,一方面压迫腹壁,由于腹壁软,腹腔内压快速增高,膈肌上顶,上腔静脉血突然涌入心、肺,使心肺血容量急剧增加;另一方面冲击波超压也压迫胸壁,使胸腔容积缩小。由于胸廓相对腹部较硬,胸腔内压急剧上升相对滞后,血液随后又涌向颅脑,使颅内血容量急剧增加。超压作用后,紧接着就是负压的作用,这时因减压的牵拉作用又使腹腔和胸廓相继扩大。这样急剧的压缩与扩张,使体腔内发生一系列血流动力变化,从而造成心肺损伤以及远处(如脑)血管组织的损伤。
2.爆炸冲击波的间接作用
爆炸冲击波通过其动压产生的继发投射物以及其他因素导致的人员间接和继发性损伤统称为爆炸冲击波间接损伤。爆炸冲击波的间接损伤作用主要有:
(1)继发投射物作用:
爆炸冲击波的动压作用不仅可使弹壳产生的弹片或破片以投射物形式击中人体,而且可使某些物体(如玻璃碎片、石块等)具有动能,并以投射物的形式击中人体而致伤。爆炸事故的调查和日本受核袭击后的统计资料表明,各种开放性损伤主要是由这种继发性投射物作用所致。在城镇、工厂或居民区,继发投射物大多为飞散的门窗玻璃碎片,而在开阔地,则大多为“飞沙走石”。
(2)抛掷与位移作用:
一定强度的动压可表现为一种冲击力或抛射力,爆炸冲击波的动压作用于人体后,可使人员发生位移或被抛掷至空中再摔向地面或撞向固定物,由此造成各种损伤。因抛掷或位移而引起的损伤类似于自然跌落或交通事故时所发生的损伤,如皮肤擦伤、皮下组织挫伤、内脏出血和破裂、骨折等。
(3)建筑物倒塌的压砸作用:
爆炸冲击波常导致地面建筑或工事的部分或完全倒塌,使其中的人员被压砸、掩埋,由此引起体表软组织和内脏器官损伤及骨折等,重者可发生挤压伤和挤压综合征。覆有厚土层的工事倒塌压砸,可使其中的人员被掩埋,甚至窒息死亡。
(4)其他并发伤因作用:
爆炸过程中,常伴有闪光、火、有毒气体、灰尘、溺水、放射性物质、细菌及其他致病生物等多种致伤因素,可导致机体产生相应的损伤。
第三节 爆炸冲击伤分类
因采用的指标体系和标准不同,爆炸冲击伤可有多种分类方式,例如:基于爆炸冲击伤致伤因素分类、基于冲击波传导介质分类、基于受伤部位和器官的分类等。
一、基于爆炸冲击伤的致伤因素分类
爆炸冲击伤的致伤生物力学机制分类是基于爆炸冲击波致人员损伤过程中导致人员损伤的力学机制性因素进行分类的方法。目前国内外多采用根据第二次世界大战时期Zuckerman方法改进而来的分类法。该方法将爆炸冲击伤分为四类:原发冲击伤、第二类冲击伤、第三类冲击伤和第四类冲击伤,其中后三类也被称为继发冲击伤。
1.原发冲击伤
是指由冲击波的超压、动压和负压等物理因素直接作用于机体所致的损伤,也被称为纯冲击伤。由于气体容易被压缩和扩张的原因,原发冲击伤常见于肺、中耳、胃肠道等含气的器官。
2.第二类冲击伤
是指由爆炸冲击波所引发的弹片、破片、碎玻璃、碎石以及其他飞溅碎屑所导致的机体损伤,多为穿透伤或撕裂伤,可见于体表、内脏器官、四肢等任意部位。
3.第三类冲击伤
是指由爆炸冲击波致人员抛掷所导致的撞击伤,工事和建筑物等倒塌所导致的压砸伤等,可引起机体任意部位的穿透性与钝性损伤、骨折、创伤性离断、挤压伤和挤压综合征等。
4.第四类冲击伤
是指除了原发冲击伤,第二、三类冲击伤以外的与爆炸冲击相关的所有其他损伤与疾病,即指由爆炸产生的闪光、火、有毒气体、灰尘、溺水、精神因素等所导致的机体损伤,可出现在身体的任意部位和器官。
二、基于冲击波传导介质分类
由于爆炸冲击波导致人员损伤都需要通过一定的介质才能实现,而冲击波在不同介质传递的特性与损伤特点、量效关系和结局存在较直接的关系。因此基于冲击波传导介质的不同对爆炸冲击伤进行分类也是一种非常重要的分类方法。通常是将冲击伤按冲击波传导介质的不同分为:气体冲击伤、水下冲击伤和固体冲击伤三类。
1.气体冲击伤(air blast injury)
是指爆炸冲击波通过空气传播而导致的机体损伤。通常所说的冲击伤主要就是指气体冲击伤。气体冲击伤除了与前述冲击波参数有关外,还与空气冲击波波长、频率等有关。当空气冲击波波长较短,呈高频破裂音时,单位时间通过人体的冲击波就多,造成机体损伤的可能性就大;相反当其波长较长,呈低频轰鸣音时,单位时间通过人体的冲击波就仅为单个波,其造成机体损伤的可能性就小很多。
高原条件下,空气稀薄,大气压低,同样冲击波压力值所致的冲击伤伤情常较平原时为重。
笔者实验室曾用BST-Ⅱ型生物激波管研究了不同环境压力(53.99kPa、61.33kPa和 96.60kPa)对大鼠冲击伤伤情的影响。结果显示,在同样超压峰值(190.40kPa)和同样正压持续时间(10ms)的条件下,随着环境压力降低,大鼠死亡率明显增加,肺损伤程度明显加重,伤后6小时,三组动物死亡率分别为36.8%、25.0%和0%,肺出血面积分别为(653.21±652.25)mm 2、(313.50±357.25)mm 2和(63.75±69.01)mm 2,肺体指数分别为1.51%±0.77%、1.31%±0.65%和0.93%±0.21%,表明环境气压降低可使死亡率上升,肺损伤加重。
此外,用BST-Ⅰ型生物激波管和减压舱复制大鼠高原冲击伤模型,观察其形态学和血液流变学的改变。结果显示,肺出血、水肿的程度较平原条件下更重,全血黏度明显升高,直至伤后6小时尚未恢复。
2.水下冲击伤(underwater blast injury)
是指各种炸弹、导弹或其他爆炸装置在水中爆炸产生的爆炸冲击波,通过水传播并导致水中人员的损伤。海上作战环境将成为未来战争的主要战场环境之一,结合冲击波在水中传播和致伤特点,水下冲击伤已成为现代研究的重点之一。
水下冲击波的物理特性与空气冲击波有所不同,因而致伤效应也有差异。主要表现在以下几个方面:①传播速度较快(为空气冲击波的3~4倍);②传播距离较远,在水中造成人的杀伤范围几乎是空气中的10倍;③无压缩区和稀疏区,水粒子也不会像空气分子那样随冲击波传播而出现大幅度的前后运动;④水下冲击波传至水与空气的界面时,会反射回来而形成特异的反射波,即拉伸波,拉伸波与入射波的方向不同,故可起到削弱入射波的作用(图1-1)。作用点愈接近水面,入射波被削弱的愈多(图1-2)。也就是说,水下爆炸时,人员愈接近水面,损伤愈轻。
图1-1 拉伸波形成和作用示意图
a.到达A点前的入射波;b.到达A点后被削减的入射波;A.作用点;t.时间
图1-2 作用不同的拉伸波效应图
A.作用点;B.作用点
水下冲击伤的临床病理特点如下:①极少发生体表外伤。水下爆炸后,一般不出现大量的继发投射物,人员也极少会碰撞到坚硬的物体上,故体表不易发生外伤。②含气脏器损伤重,含液脏器损伤轻。前者可用内爆效应来解释,后者是因液体和软组织密度相似的缘故。有人做过如下的实验:将动物的肠腔内灌满等渗盐水,然后将其放于水下,爆炸后未见此段肠管有何损伤,即使肠管被放在炸药附近时也是如此。但是,如肠管内有少量气体存在时,则爆后立即出现明显的肠壁穿孔。③头部损伤多较轻。这是因为,当发生水下爆炸时,大多数受难者的头部在水面以上。④腹部损伤较为多见而严重。水下或俯卧于水面的人员,腹部直接与水接触,腹壁又较柔软,因此,发生水下爆炸时,腹部脏器(主要是胃肠道)较空气中爆炸时更易发生损伤,伤情也更为严重。⑤死亡率较高。据报告,118例水下冲击伤伤员中有47例死亡,死亡率为39.8%;另一资料介绍,13例水下冲击伤伤员中9例死亡,死亡率高达69.2%;而一般气体冲击伤伤员,90%的伤情均不是很严重。
笔者实验室为探讨水下冲击伤的损伤特点以及冲击波强度与伤情间的量效关系,进行了如下实验:将成年杂种狗37只麻醉后,颈部固定于漂浮夹具,头在水面之上,躯体及四肢垂直于水面,布放于爆心3.5与17.5m的两侧(图1-3),TNT炸药置于水下3m,炸药量为0.2~1.0kg,高压瞬发雷管致伤,观察动物现场和伤后6小时存活情况及病理改变。结果显示:①水下冲击波物理参数的特征为:峰值压力高,但持续时间短,仅数百微秒,远较炸药爆炸时空气冲击波持续时间数毫秒至数十毫秒为短。此外,压力上升时间极短,仅微秒级,而空气中爆炸时约为1ms。因此,水下冲击波致伤不能单以超压峰值来评定,而以采用冲量更为适合。初步量效分析表明,引起轻度、中度、重度和极重度损伤的冲量范围为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水下爆炸的致死边界分别为离爆心5m、8.75m和12.5m,远较空气中爆炸的致死边界距离为远。水下爆炸时0.5kg TNT炸药的致死边界与空气中40.0kg TNT炸药爆炸的致死边界(8m)相近。③死亡率高,37只狗中,现场死亡10只(另有2只伤前有肺萎陷和肺炎,未计算在内),伤后6小时未再发生死亡,死亡率为27%。这与同质量爆炸不同距离的冲击波强度远较空气冲击波大有关。④肺损伤发生率最高(83.7%),程度最重,现场死亡多与严重肺出血和肺水肿有关,有的动物还可见有肺破裂和肺损伤导致的冠状动脉气栓。⑤肠道损伤发生率高,小肠损伤的发生率为29.73%,结肠损伤发生率为51.35%,远较空气中冲击波的致伤概率为高。结肠损伤发生率更高与其腔内含气较多有关。⑥实质脏器损伤的发生率低,除3例胰腺轻度出血和1例肝破裂外,脾、肾和充盈的膀胱均未见明显损伤。⑦体表无伤。
图1-3 水下冲击伤实验动物布放图
3.固体冲击伤
是指爆炸冲击波通过固体传导并作用于机体而产生的损伤。爆炸冲击波在固体中传播与其在空气中和水中传播相比有显著不同的特点,主要表现为冲击波在固体中传播时波的振幅较小,波的作用时间短(通常在数毫秒以内),但加速度却很大。固体冲击伤常发生于舰船、坦克、装甲车受到爆炸攻击时,冲击波及其后的继发波作用到舰艇壁、甲板及装甲上时会以曲波(flexion wave)的形式传播,产生两种形式的运动:其一是固体瞬间的轻微位移与加速度,其二是随之出现的弯曲、振动等明显的宏观运动。第一种运动会造成人员接触部位的损伤,常见为下肢损伤,特别是踝部伤,此为固体冲击伤的原发损伤,即是一般意义的固体冲击伤;第二种运动可使人员被抛掷,发生碰撞而产生损伤,此为继发性固体冲击伤。
固体冲击伤的伤情特点主要表现为:损伤以下肢骨骼和关节的损伤为主,这种自下而上的冲击可使人员发生跟骨、趾骨、胫骨与腓骨下段、踝关节等的闭合性骨折和损伤,其中跟骨骨折较多见。据50例住院治疗的固体冲击伤资料分析,发生足踝部骨折者共18例,并常为多部位、粉碎性,其中跟骨骨折11例,共15个肢体。损伤部位与体位有明显关系,且损伤多偏于一侧,比如站立位时下肢易受伤且某一侧为重,坐位时脊柱易受伤。腹腔实质器官损伤多见,可能原因是冲击加速度使内脏器官的变形和位移,使器官与骨骼、肌肉、韧带等之间发生挤压、碰撞、牵拉等造成损伤,特别是肝、脾的损伤多见。易发生间接损伤,主要为人员被抛掷或横向位移时因碰撞导致的软组织损伤、骨折以及脑组织受冲击加速度导致的脑震荡等。50例住院伤员中,共有32例出现意识丧失,这些伤员都因被抛掷或位移而发生颅脑损伤。
三、基于爆炸冲击伤的损伤部位和器官分类
爆炸冲击伤的损伤部位和器官分类即是依据爆炸冲击波导致机体损伤的具体部位和器官进行分类的方法。常见的可分为:颅脑冲击伤、胸部冲击伤、腹部冲击伤、脊柱冲击伤、四肢冲击伤等。进一步还可以根据损伤的脏器分为肺冲击伤、心脏冲击伤、脑冲击伤、胃肠冲击伤、肝冲击伤、听器冲击伤等。其中肺冲击伤、胃肠冲击伤、听器冲击伤等相对发生率高。
根据损伤部位和器官的分类可以直接对爆炸冲击伤进行定位,是开展爆炸冲击伤损伤机制、损伤特点、诊治和防护研究时常用的方法。
四、伤情分类
1.病理分类
美国Yelverton最近介绍一种冲击伤计分系统,作为判定伤情的依据,其要点如下:①先算出各单一损伤的范围、严重程度、类型、深度或破裂情况的综合计分;②将单一伤的综合计分被该单一伤最严重时的最大计分除,得出此单一伤的比值分;③将各单一伤的比值分相加;④再加发病因素(如气胸、血胸、血腹、冠状血管或脑血管气栓等)计分;⑤如伤员死亡,将其总分乘以2;⑥在评价非听器损伤时,可从损伤严重度指数(severity of injury index,SII)中减去听器伤的比值分,以获得修正的损伤严重度指数(adjusted severity of injury index,ASII)。 此法细致、较准确,但是过于繁琐。
2.临床分类
(1)轻度:
一般听器伤、内脏轻度挫伤(斑块状出血)和体表擦伤等。
(2)中度:
内脏较大范围的挫伤(片状出血或血肿)、较轻的肺水肿、大片软组织伤、单纯脱位、个别无明显变位的肋骨骨折、脑震荡等。
(3)重度:
内脏破裂、骨折(股骨、脊柱、颅底和多发性肋骨骨折)、较严重的肺水肿、肺出血等。
(4)极重度:
极其严重和致命性损伤,如严重颅脑和脊髓损伤、胸腹腔破裂、广泛而严重的肺出血、肺水肿、大血管破裂、肢体断离伴有大出血等。
第四节 爆炸冲击伤的流行病学特点
爆炸冲击伤在损伤发生条件、致伤机制、现场及救治环境等方面与其他创伤相比,均有较大的差异,因此爆炸冲击伤的伤情特点及流行病学概况也与其他创伤有较大的不同。
一、爆炸冲击伤的一般特点
由于爆炸冲击伤受伤过程中,机体同时受到爆炸冲击波的直接和间接作用,损伤的组织器官、损伤机制和过程复杂,受伤时的环境和条件多变,导致爆炸冲击伤具有一些不同于一般创伤的特点。爆炸冲击伤总体上具有以下特点:
1.伤情复杂
爆炸冲击波的超压、负压、动压均可以致伤,可以单一因素致伤,也可以复合因素致伤;可以是直接作用致伤,也可以间接作用致伤。这种致伤因素和方式的多样性决定了爆炸冲击伤伤类和伤情的复杂性。其复杂性主要表现为:爆炸冲击伤常是多发伤或多处损伤,可以外伤和内伤同时出现,可以多个脏器或部位的损伤同时出现;爆炸冲击伤常为复合损伤,常见的有弹冲复合伤、烧冲复合伤、放冲复合伤等;爆炸冲击伤时常是多种损伤类型同在,比如钝性伤、穿透伤可同时出现,同一机体既可见挫伤又可见撕裂,既可见水肿又可见出血。特别是有外伤的伤员中常因爆炸时污物进入伤口而致较严重的伤口污染,因此当一想到冲击伤这个词时,总是联想到大量伤口污染的伤员。
2.定向致伤(靶器官致伤)特点突出
虽然爆炸冲击波可致机体任何部位、任何组织产生损伤,但由于冲击波本身以及传导介质的特点,爆炸冲击波致效应器官损伤的特点非常突出。在气体冲击伤和水下冲击伤中含气的组织、器官是爆炸冲击波的主要效应器官,因此中耳的鼓膜、肺组织、胃肠道等的损伤几乎都会出现;而在固体冲击伤中与冲击波传导介质直接接触的部位或冲击波传导纵向受力的部位几乎都会出现损伤。因此要特别重点关注爆炸冲击伤的重要靶器官。
3.外轻内重特点突出
这是由爆炸冲击波的作用机制和方式特点所决定的。当冲击波作用于机体后,体表损伤往往显得较轻,特别是仅仅由超压、负压作用所致的损伤,体表甚至可以没有明显的伤痕,但体内的重要靶器官,比如肺、胃肠等则可能已受到严重的损伤,因此就表现出外轻内重的特点。
在大型炸弹爆炸现场,在离爆心较近的范围内(根据爆炸当量的不同,该距离也不同),动物虽然可以出现明显的体表和肢体外伤,但此时内脏损伤往往更为严重,且常常是动物死亡的主要原因之一;在离爆心较远的冲击波致伤范围内,动物体表和肢体的损伤较少、较轻,但内脏的损伤则可能较重,甚至成为动物死亡的主要原因。
4.伤情发展迅速
重度以上的爆炸冲击伤在伤后较短时间内会出现一个相对稳定的代偿期,此时伤情轻,但如果治疗不及时,伤情则会迅速恶化,尤其是合并有颅脑损伤、肺出血水肿或其他脏器损伤时伤情进展更快。
第二次世界大战日本遭受原子弹袭击后,重度以上的爆炸冲击伤伤员数量较少,可能就是因为这部分伤员伤情发展迅速,短期内即恶化死亡的缘故。在爆炸现场试验也常能发现部分动物在爆炸后短时间内一般情况良好,活动正常,但很快就会出现呼吸困难、休克,继而死亡的现象。经解剖发现,这些动物常常有严重的肺出血、肺水肿,或肝、脾等脏器的破裂。
二、爆炸冲击伤的发生率与死亡率
随着现代高新、高爆武器的发展,以及战争模式和方式的改进,现代战争中各种高速、高爆武器(含临时爆炸装置)的使用越来越多,由爆炸冲击伤所致的人员伤亡比例也越来越高。
以军事行动为例,美军2001—2014年,在阿富汗和伊拉克开展的军事行动中,共有超过6 700名美军士兵被各种爆炸致死,超过50 500名士兵被炸伤;而从2003年3月至2011年10月在伊拉克的军事行动中,仅因临时爆炸装置爆炸这一个原因,就有约2 200名美军被炸死,约22 000人受伤。而两伊战争中,因爆炸冲击伤死亡和受伤的伊拉克军人和老百姓更是难以评估和计数。
近几十年来,国际上各种暴力事件层出不穷,其中恐怖性爆炸事件尤为突出。仅在以色列,2000年9月至2003年12月就发生近20 000起恐怖袭击事件,导致约900人死亡,其中因自杀式爆炸事件死亡者就达412人,占总死亡人数的45.78%。美国和平中心的报告显示,1993年9月11日至2009年9月10日,全球发生群体性人员伤亡的爆炸恐怖袭击多达624次,导致了26 073人死亡(平均每次爆炸可致42人死亡)。如以2001年纽约“9•11”事件为界,前8年共发生68次大的恐怖性爆炸袭击(含“9•11”事件),致3 921人死亡;后8年共发生556次大的恐怖性爆炸袭击,致死人数高达22 152人,其发生次数和致死人数分别为前8年的8.2倍和5.7倍。可以看出近年来全球爆炸恐怖袭击呈逐年增加的趋势,其对社会造成的危害也越来越大。
目前,全世界还没有一个相对统一的爆炸相关损伤的数据库,加之战争中爆炸所致损伤的数据收集十分困难,所以尚没有看到相对完整的全球性爆炸冲击伤流行病学的数据报道与分析。现在的爆炸冲击伤数据大都来源于一些单独的爆炸事件数据分析、区域性的研究中心数据或数据库,比如美国的恐怖主义研究中心、恐怖袭击数据库等。因此各种爆炸所致的冲击伤总体发生率、死亡率等还不清楚,我们只能通过某些调查和数据分析对其发生率、死亡率进行了解。
1.爆炸冲击伤发生率
到目前为止,世界上唯一将原子弹用于实际战争的例子就是1945年美国对日本的两枚核弹打击,而较早用于爆炸冲击伤较详细统计和分析的数据也来自于这次日本长崎和广岛原子弹袭击事件。战后的伤亡统计资料显示,在爆炸后第一天存活的中度和重度伤员中,有36.6%的伤员为冲击伤;在广岛的早期死亡人员中60%是因爆炸冲击波所致冲击伤而死亡;在爆炸后20天存活的伤员中有接近70%的伤员(广岛为70%,长崎为64.3%)为伴有冲击伤的复合伤,即这些伤员有明显的冲击伤,同时伴有其他损伤(如烧伤、放射损伤等)。由于当时对冲击伤的认识和诊断能力相当有限,可能遗漏了部分冲击伤伤员,因此这次核爆炸致冲击伤发生率保守估计应该在70%以上。
在现代武器发展中,爆炸性武器是最为突出且发展极快的武器之一。从普通炮弹和炸弹、地雷、集束炸弹,到爆震弹、聚能弹、冲击波增强武器(如燃料空气炸弹等),甚至大型原子弹和氢弹等,其爆炸冲击波对装备和建筑的损毁以及对人员的杀伤作用起着越来越重要的作用。也就是说,无论在未来的核战争还是在常规战争中,冲击波都将是最主要和重要的致伤因素之一。
美国在越南战争中首次使用燃料空气炸弹(气浪弹),在对其导致的101例致伤人员的数据分析报告中显示,爆炸冲击伤的发生率达50.4%。另据报道,在俄罗斯第一次车臣战争中爆炸冲击伤的发生率为30%。前南斯拉夫军事医学科学院在总结其收治的爆炸性武器致伤的1 303例重伤员中发现,爆炸冲击伤的发生率可达51.0%。在对我国20世纪80年代西南边境作战中一组166例炮弹和地雷炸伤伤员数据统计发现,爆炸冲击伤的发生率为22.3%。而笔者单位在某型空气燃料炸弹研究中发现,在该型空气燃料炸弹爆炸致死的动物中,爆炸冲击伤的发生率达到100%,而重伤动物中爆炸冲击伤的发生率高达90%以上。
在恐怖袭击中,各种炸弹或简易爆炸装置已成为恐怖分子大量使用的工具,其造成的爆炸冲击伤也成为人员伤亡的主要原因。对一组恐怖爆炸事件后到达医院就诊的647例伤员统计分析,其爆炸冲击伤的发生率达29.8%。而在另一组因恐怖袭击而遭受爆炸伤害的3 357名受害者分析显示,在现场即刻死亡人员中,仅肺冲击伤就达47.0%。
就爆炸冲击伤的致伤部位分布而言,各种报道有所差异。总体上,在存活的爆炸冲击伤员中,约10%的伤员存在眼部冲击伤,9%~47%的伤员发生有听器冲击伤,3%~14%有明显的肺冲击伤,而0.3%~0.6%有胃肠道冲击伤发生。
虽然临床上爆炸冲击致腹部损伤的发生率不高,但有腹部冲击伤者死亡率较高。通过对1966—2009年的61篇文献分析结果显示,腹部爆炸冲击伤平均发生率为3.0%(最低1.3%,最高33.0%)。开放空间和闭合空间腹部原发性爆炸冲击伤发生率分别为5.6%和6.7%。
2.爆炸冲击伤死亡率
相对于其他创伤,爆炸冲击伤具有更为复杂的伤情和更严重的伤势以及更高的死亡率。通常钝性或穿透性创伤的死亡率呈现经典的三相分布,而爆炸冲击伤的死亡率常呈现两相分布的特征,即刻死亡率较高,而其后的死亡率相对较低。
即刻死亡率的高低受到爆炸当量大小、邻近爆心的距离和潜在受害者数量、建筑物倒塌情况、封闭或开放的空间环境等诸多因素影响。当其他条件相同时,建筑物和工事的倒塌情况、爆炸空间的密闭与开放情况对爆炸冲击伤的严重程度和死亡率影响较大。
当爆炸后有建筑和工事倒塌时,爆炸伤的死亡率显著增加。如一组29起群体性伤亡的爆炸伤数据分析显示:在有建筑物倒塌的爆炸中即刻死亡率高达25%。另外,在密闭空间的爆炸可导致更多和更为严重的原发性冲击伤,显著增加其即刻死亡率。有研究报道显示:在密闭空间中发生的爆炸事件,其死亡率为8.3%~15.8%,而开放空间发生的爆炸事件的死亡率仅为2.8%~4%。另有实验研究结果也显示:在爆炸的当量相同、实验动物布放密度相同的条件下,在密闭空间的爆炸所致原发冲击伤发生率高达78%,动物死亡率高达49%;而在开放空间的爆炸所致原发冲击伤发生率仅为34%,动物死亡率仅为7.8%。
由于爆炸后现场轻度和中度的原发冲击伤者与无伤者相似,没有明显的体表损伤,但有无内脏损伤的诊断与鉴别极为困难,且轻度和中度的原发冲击伤者死亡率极低,从而降低了爆炸冲击伤伤员的死亡率,且不能反映爆炸冲击损伤的严重程度。因此,有研究者采用危重伤死亡率来反映爆炸事件的爆炸伤严重程度和爆炸冲击伤的医疗救护水平。通常是人员受到爆炸冲击伤后,因为急性气道、呼吸、循环或神经系统问题需要立即进行外科处理、入ICU监护或气管内插管的损伤归类为爆炸冲击伤的危重伤。文献报道危重爆炸冲击伤的死亡率多在9%~22%。
第五节 爆炸冲击伤的治疗原则
为了及时有效地进行急救、诊断、后送和治疗,首先必须对伤情严重程度进行分度,按照伤情进行救治。
一、轻度冲击伤
主要有轻度脑震荡、轻度肺出血、一般听器损伤及体表擦伤等。此类伤员数量较多,约占冲击伤伤员总数的一半以上,因无明显的内脏损伤和全身症状,对战斗力影响不大,一般不需特殊的治疗。
二、中度冲击伤
主要包括较重的脑震荡、轻度肺水肿、严重的听器损伤、内脏斑片状出血或血肿、大片软组织挫伤等,临床症状较明显,且常伴有全身症状。中度肺损伤伤后1~3天内可见痰中带血,听诊偶有啰音或捻发音;软组织挫伤和单纯脱位时,其症状与一般创伤相同。少数伤员可因合并其他损伤或运送不当而加重伤情,但一般不会发生休克或危及生命,预后多良好,仅少数伤员因合并其他损伤而加重病情。
三、重度冲击伤
主要包括脑挫伤、较严重的肺出血和肺水肿、内脏(如肝、脾、胃、肠和膀胱)破裂或穿孔、骨折(股骨、脊柱、颅底和多发性肋骨骨折)等。脑挫伤时可出现昏迷和颅内压增高征象;肺损伤时可出现呼吸困难和血性痰,胸部叩诊可呈浊音,听诊可闻较广泛的湿性啰音;腹腔脏器破裂时可有腹痛和腹壁紧张、压痛、反跳痛等腹膜刺激症状,肝、脾破裂可引起严重内出血和休克,胃肠破裂或穿孔可引起弥漫性腹膜炎;发生骨折时,其症状与一般创伤相同,因此按照一般创伤原则进行救治。
四、极重度冲击伤
常常同时发生多处严重损伤,比如严重的颅脑脊髓损伤、胸腹脊髓损伤、内脏破裂、严重肺出血、肺水肿,大血管破裂、软组织严重挤压伤以及肢体离散等。除此之外,暴露人员常并发严重的烧伤和放射损伤。此类伤员多见于离爆心较近的区域,常因伤势过重而在短时间内死亡。早期死亡主要是由于严重的大脑和脊髓损伤,严重出血引起的内脏破裂(出血性休克)和多发性骨折(脂肪栓塞)所致。后期的死亡原因主要是贯穿腹膜炎、支气管肺炎、败血症或其他继发感染。严重的颅脑伤与多发性内脏破裂,其临床表现与一般创伤处理相同,因此按照一般创伤原则处理。此类伤员多于伤后1天内死亡。
(王正国 周继红 杨志焕)