密闭舱室内爆炸致兔损伤的伤情分析

刘立洋，胡 明，徐 成，陈佳海，王 静，刘龙刚，李 军，阮狄克



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密闭舱室内爆炸致兔损伤的伤情分析

刘立洋，胡 明，徐 成，陈佳海，王 静，刘龙刚，李 军，阮狄克

目的 探讨密闭舱室内爆炸致实验兔损伤的伤情特点及分布规律。方法 按1∶1比例建造多舱室船舶模型并模拟内部典型结构，舱室内实验动物共计76只兔。按照先实弹后裸弹、先小口径后大口径的顺序分为4组，然后实验动物按不同舱室以及机柜前后(按相对爆源位置定义前后)随机分为5个亚组。采用两种口径实/裸弹分别于舱室内部引爆，观察实验动物死伤情况。结果 整体死亡率为59.2%。实弹组死亡率(63.2%)与裸弹组死亡率(55.3%)之间差异无统计学意义(P=0.484)；大口径组死亡率(73.7%)高于小口径组死亡率(44.7%)，差异有统计学意义(P=0.010)。小口径弹药爆炸中各舱室死亡率差异无统计学意义(P=0.128)；大口径弹药爆炸中，各舱室死亡率不全相等(P=0.000)，其中当舱死亡率最高，之后分别是邻舱和隔舱。造成死亡的主要原因是冲击波和爆炸破片导致的重要脏器的损伤。结论 船舶多舱室结构中，舱室整体结构及内部机柜在一定范围内对舱室内人员有明显的防护作用。大口径弹药爆炸的伤亡率明显大于小口径弹药爆炸，实弹与裸弹的致伤类型及死亡率未见明显差异。以上伤情特点为密闭舱室爆炸时内部人员的防护及救治提供了一个新的尝试方向。

爆炸伤；密闭舱室；伤情分析；兔

随着爆炸性武器大量应用于现代战争，爆炸伤成为战时士兵最常见的受伤类型。据统计，伊拉克和阿富汗战争中78%的伤员为爆炸伤所致[1]。当前，人类对海上资源争夺的日渐激烈，存在爆发海上战争的可能性，而目前我国关于爆炸伤的研究主要以民用医学为主[2-3]，爆炸相关战伤的研究主要集中在陆战伤[4]，关于爆炸性武器攻击下船舶舱室内部人员损伤的相关研究未见报道。本实验完全模拟实际条件，探讨爆炸性武器攻击下船舶密闭舱室内实验动物损伤的伤情特点及规律，为战时舰船内部人员的防护及救治提供依据。

注：A 为爆源当舱斜面立体示意图；B 为爆源当舱顶面观示意图；C 为爆源当舱侧面观示意图；D 为爆源当舱正面观示意图图1 舱室结构尺寸及爆源位置示意图

1 材料与方法

1.1 实验动物

76只健康雄性新西兰大白兔，体质量2.0～2.5 kg，月龄(6±1)个月，由某大学实验动物中心提供。

1.2 爆源与引爆装置

现场爆炸的爆源使用大小两种常规口径的实/裸弹。实弹即常规炮弹的弹丸部分，由引爆装置、金属壳体、战斗部(药柱，主要由炸药组成)以及金属制作的预置破片组成；裸弹仅保留引爆装置及战斗部。炮弹药柱主要成分是三硝基甲苯(TNT)，大口径炮弹装药量3 kg，小口径炮弹装药量0.75 kg。弹药引爆采用标准电控引爆装置，以上均由中国某工业集团有限公司提供。

1.3 实验多舱室模型

采用钢板以1∶1比例模拟船舶舱室实体构建单舱室模型，舱室中心放置等比例制作的机柜，并于机柜两侧焊接钢管用于实验动物的固定见(图1～2)；3个相同的单舱室模型纵向排列组成实验用多舱室模型。定义放置爆源舱室为爆炸当舱，另外2舱室分别依据与当舱相对位置定义为爆炸邻舱及隔舱(图2)。舱室尺寸、钢板厚度、焊接工艺及舱室构建方式完全参照船舶实体。每次爆炸后对破损舱壁进行修补或替换，以保证实验舱室的结构完整性及密闭性。

1.4 实验动物的准备

实验用新西兰大白兔给予药物镇静(速眠新Ⅱ 0.2 ml/kg)[5]。镇静后按分组情况随机编号，采取腹侧面向爆炸点方式捆绑固定，见图2。

图2 实验动物固定方式

1.5 实验分组

实验按照先实弹后裸弹、先小口径后大口径的顺序进行分为4组，然后实验动物按不同舱室以及机柜前后(按相对爆源位置定义前后)随机分为5个亚组。a位置：爆源当舱机柜后0.5 m，动物数量为5只；b位置：爆源当舱机柜前0.5 m，动物数量为2只；c位置：爆源邻舱机柜前0.5 m，动物数量为5只；d位置：爆源邻舱机柜后0.5 m，动物数量为5只；e位置：爆源隔舱机柜后0.5 m，动物数量为2只。分组方式见图3，表1。

注：a、b、c、d、e为爆炸时兔所处的位置图3 密闭舱室内爆炸实验分组及编号

分组当舱邻舱隔舱a位置b位置c位置d位置e位置总计实弹小口径5255219裸弹小口径5255219实弹大口径5255219裸弹大口径5255219总计2082020876

1.6 爆炸致伤动物及伤情分析

远距离电控引爆置于舱室内部的炮弹。爆炸后，立即清理爆炸现场，观察实验动物死伤情况。死亡动物现场尸检分析致死原因，存活动物单笼饲养24 h后处死；观察是否存在脏器损伤。以上伤情分析、解剖情况均由专人进行详细记录。

1.7 观察指标

实验动物的伤检由2名专人分别进行，按照大体外观、胸腔脏器、腹腔脏器、脊柱脊髓的顺序解剖死亡动物，分析判断致死原因并逐一进行详细记录，如存在争议经第三人协商后确定。死亡原因主要区分两种情况：一是爆炸冲击波导致的脏器急性损伤，包含空腔脏器的破裂、实质脏器的出血等；二是爆炸破片导致的重要脏器或中枢神经系统的开放性外伤。

1.8 统计学处理

所有数据采用SPSS 21.0软件进行统计分析。各组死亡率之间的比较采用卡方(χ2)检验，当n≥40，但至少有1个格子1≤T<5时，用校正公式计算χ2值；n<40，或T<1时，用Fisher确切概率法；配对四格表数据采用McNemar检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 伤亡情况及伤情特点

实验动物共计76只，爆炸后死亡45只，其中44只当即死亡，1只于6 h后死亡，整体死亡率59.2%；爆炸后24 h仍有31只动物存活，存活动物均存在程度不同的损伤。伤检发现实验动物的损伤主要包括肺、胃肠道、心脏等含气器官的挫伤、穿孔和出血；破片造成的表皮擦伤、贯通伤等开放性外伤，严重时可观察到脏器外露；颅骨、四肢骨、脊柱等各个部位的骨折，甚至程度不同的肢体离断；几乎所有动物均存在的程度不同的皮毛烧伤。另有6只实验动物尸体破碎，其中5只位于邻舱机柜前，1只位于当舱机柜前。造成实验动物死亡的主要原因是爆炸冲击波引起的空腔脏器的破裂出血(图4)，以及爆炸破片导致的重要脏器及中枢神经系统的开放性外伤(图5)。死因中破片伤、冲击伤均有的共11只，单纯破片致死的有10只，单纯冲击波致死的有18只。破片伤与冲击伤致死率比较差异无统计学意义(P=0.185)。见表2。

图4 沿肋弓走向的肺条索状出血(箭头指示)

图5 爆炸破片及颅脑开放性外伤(箭头指示为爆炸破片)

2.2 实、裸弹死亡率比较

实、裸弹组分别爆炸动物38只，实弹组死亡率为63.2%(24/38)，裸弹组死亡率为55.3%(21/38)，2组间死亡率比较差异无统计学意义(P=0.484)。见表3。

表2 致死性破片伤与致死性冲击伤致死率比较(只)

注：6只尸体破碎动物因无法判定伤情未纳入统计；配对四格表采用McNemar检验进行统计学分析；2组死亡率比较P=0.185

表3 密闭舱室内爆炸实、裸弹兔死亡率比较[只(%)]

注：与实弹组比较aP=0.484

2.3 不同口径弹药爆炸兔死亡率比较

2种口径弹药分别爆炸动物38只，小口径组死亡率为44.7%(17/38)，大口径组死亡率为73.7% (28/38)，2种口径弹药致死率比较差异具有统计学意义(P=0.010)。见表4。

2.4 不同舱室兔死亡率比较

2.4.1 小口径弹药爆炸不同舱室死亡率比较 在小口径弹药爆炸中，爆炸点当舱实验动物死亡率42.8%(6/14)；爆炸点邻舱实验动物死亡率55.0%(11/20)；爆炸点隔舱实验动物未见死亡。3组间死亡率比较差异无统计学意义(P=0.128)。见表4。

2.4.2 大口径弹药爆炸不同舱室死亡率比较 在大口径弹药爆炸中，爆炸点当舱14只实验动物全部死亡，死亡率为100.0%；爆炸点邻舱实验动物死亡率70.0%(14/20)；爆炸点隔舱实验动物未见死亡(0/4)。3组间死亡率比较不全相等(P=0.000)，分别两两比较结果显示：当舱死亡率高于邻舱死亡率(P=0.031)和隔舱死亡率(P=0.000)，邻舱死亡率高于隔舱死亡率(P=0.020)。见表4。

表4 2种口径弹药不同舱室爆炸兔死亡率比较[只(%)]

注：与小口径组比较χ2=6.592，aP=0.010。与本组当舱和邻舱比较bP=0.128。与本组当舱和邻舱比较cP=0.000，其中与邻舱比较dP=0.031；与隔舱比较eP=0.000，fP=0.020

2.5 机柜前后死亡率比较

2.5.1 爆炸点当舱机柜前后死亡率比较 爆炸点当舱机柜前实验动物死亡率87.5%(7/8)，爆炸点当舱机柜后死亡率65.0%(13/20)。当舱机柜前后实验动物死亡率比较差异无统计学意义(P=0.371)。见表5。

2.5.2 爆炸点邻舱机柜前后死亡率比较 爆炸点邻舱机柜前实验动物死亡率90.0%(18/20)；爆炸点邻舱机柜后实验动物死亡率35.0%(7/20)。邻舱机柜前后实验动物死亡率比较具有统计学差异，机柜后死亡率低于机柜前(P=0.000)。见表5。

表5 不同舱室机柜前后爆炸兔死亡率比较[只(%)]

注：与机柜前比较aP=0.000

2.6 爆炸点舱室壁两侧兔死亡率比较

爆炸点当舱机柜前实验动物死亡率87.5%(7/8)；爆炸点邻舱机柜前实验动物死亡率90.0%(18/20)。爆炸点所在舱室壁两侧实验动物死亡率比较差异无统计学意义(P=1.000)。见表6。

表6 爆炸点舱室壁两侧兔死亡率比较[只(%)]

4 讨论

爆炸是一种物理的或化学的能量极为迅速的释放和转化过程。爆炸的一个最重要的特征是在爆炸点周围介质中产生极具的压力突跃，这种压力突跃是爆炸破坏作用的直接原因。爆炸性武器主要由炸药和金属两部分构成，其爆炸时内部爆源(炸药)产生的压力突跃一方面作用于周围空气，形成冲击波作用于外界；另一方面，弹体破裂或本身携带的碎片接受压力突越给予的巨大能量，形成高速飞散的破片产生毁损效应。同时，爆炸形成的压力突跃会造成周围空气的极速膨胀，导致温度急剧增高，这种压力突越形成的瞬时高温、冲击波和破片是爆炸性武器最常见的致伤因素[6]。

密闭空间内的爆炸与自由空间爆炸相比杀伤性更大。金朋刚等[7]通过研究表明TNT炸药在有氧密闭环境中能够释放出更多的能量。同时由于密闭空间的相对封闭性，冲击波在传播过程中与密闭空间边界、内置物的相对作用，改变了其常规的衰减过程，形成不同于自由空间的压力特性[8]。另外，密闭空间由于其环境因素更加复杂，爆炸时会产生大量的次生环境破片，即二次破片，进一步放大爆炸性武器的杀伤效应[9]。

冲击伤和破片伤是爆炸性武器造成杀伤的主要死因。爆炸冲击波作用于人体时，由于人体各组织及周围空气密度不均，故冲击波在不同传播介质中产生的超压与负压对人体组织产生拉伸效应，从而导致重要脏器，特别是空腔脏器的损伤[10]。常见的冲击波损伤有严重的肺挫伤引起的呼吸功能障碍，心脏、大血管破裂导致的猝死，同时常常伴有肝脾、胃肠等脏器的淤(出)血，以及脑脊髓等神经系统的挫伤[11]。

爆炸破片伤主要由爆炸产生的高速破片导致。高速破片对机体的损伤机制类似于高速枪弹，即破片瞬间作用于机体时产生的组织挤压、撕裂以及瞬时空腔效应。同时高速破片可与作用于机体的冲击波进行叠加，形成2个压力波峰值，从而对机体产生较单纯枪弹伤更为严重的损伤[12]。常见的爆炸破片损伤有中枢神经系统及重要脏器的开放性贯通伤。

本研究是我国首次在模拟实际条件下实尺度多舱室中进行的实弹实验。以往虽有一些理论计算模拟或小型舱室实验，得出了一定的实验结果[9，13-17]。但是，这些结果往往比较均一，或者说反映的是“理想状态”，不能反应实战中多变的情况。本实验，除了与以往实验类似的典型损伤之外，还发现了一些模拟计算或小尺寸实验遗漏或不能真实反应的新特点。本实验采用了实弹与裸弹两种爆源。裸弹仅保留了炮弹的引爆装置及炸药药柱，其致伤的主要途径就是炸药爆炸形成的冲击波，以及冲击波快速跃升过程中伴随形成的高温高压、抛掷摔伤和二次破片等；而去除了实弹爆炸时炮弹壳体断裂破碎及内置破片两种杀伤元素。这对于分析研究密闭舱室爆炸的伤情特点具有十分重要的作用。实验结果显示，裸弹组与实弹组在死亡率上无明显差别，检伤时发现裸弹爆炸组也存在致死性破片伤，说明密闭舱室内爆炸时，二次破片可能是导致爆炸破片伤的主要原因，这与以往研究结果吻合[9]。此次实验动物死亡的主要原因是冲击伤和破片伤，两者之间在致死率上无明显差别，分析原因有以下几方面：一是当舱及邻舱机柜前死亡动物几乎同时存在致死性破片伤和冲击伤；二是舱室密闭结构可以减少邻舱致死性冲击伤的发生，但是由于二次破片的存在，导致致死性破片伤增多。本部分对比研究提示，在船舶密闭舱室这一特殊环境中，实弹中的预制破片或所产生的破片，并没有造成更高的死亡率。

在小口径弹药爆炸时发现，当舱实验动物并未完全死亡，特别是机柜后实验动物全部存活，说明舱室内部机柜在爆炸发生时可以对舱室内部人员起到保护作用；但在大口径组弹药爆炸时，机柜并未起到明显的防护作用，当舱中实验动物全部死亡。以上结果说明，单纯机柜的防护效果有限，仅在一定爆炸当量范围内，对舱室内人员起到防护作用。进一步比较分析放置爆炸弹药的舰船舱室壁两侧实验动物死亡率发现，两组间死亡率未见明显统计学差异，说明单纯舱室壁无法起到有效的防护作用，这可能是源于构造舱室壁的钢板厚度有限。但在进行邻舱机柜前后两组实验动物死亡率比较时发现，机柜前组死亡率明显高于机柜后组，说明舱室整体结构结合内部机柜，能够在爆炸发生时对实验动物起到一定的防护效果，有效降低死亡率。

上述结果在分析比较不同舱室死亡率时得以进一步验证。小口径弹药爆炸时，3个舱室内的死亡率之间没有明显统计学差异；而在大口径弹药爆炸时，3组间死亡率明显不同，其中当舱死亡率最高，之后依次为邻舱和隔舱。以上说明，当作用于舰船的炸弹爆炸当量有限时，由于舱室整体结构和内部机柜等掩体的存在，可以有效降低爆炸对舱室内人员的伤害。另外，虽然小口径组中隔舱死亡率在与当舱、邻舱的比较中没有明显统计学差异，但这可能是由于样本量过少造成的，隔舱4只动物全部存活就是最好的证明。当大口径炸弹作用于舱室时，由于爆炸强度增大，舱室结构及内部掩体的防护作用下降，造成了隔舱时死亡率不同。其中，离爆源越远，相隔的舰船结构越多，相对应的死亡率就越低。

综上所述，船舶多舱室结构中，舱室整体结构及内部机柜在一定范围内对舱室内人员有明显的防护作用；大口径弹药爆炸的伤亡率明显大于小口径弹药爆炸；实弹与裸弹的致伤类型及死亡率无显著差异，造成死亡的主要原因是冲击波和爆炸破片导致的重要脏器的损伤，两者之间无显著差异。以上实验结论为改进船舶设计、提高舰员的防护程度、更有效地降低伤亡率提供了基础性的实验数据和新思路，也为密闭舱室爆炸时内部人员的防护及救治提供了一个新的尝试方向。

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(本文编辑：莫琳芳)

Evaluation of blast injury in animals in closed cabins

LiuLiyang，HuMing，XuCheng，ChenJiahai，WangJing，LiuLonggang，LiJun，RuanDike

(DepartmentofOrthopedics,ClinicalSchoolofNavy,SecondMilitaryMedicalUniversity,CPLA,Beijing100048,China)

Objective To investigate the main features and distribution pattern of blast injury in animals in close cabins of the ship.Methods The multi-cabin ship model was built by scale of 1:1 and typical internal structures were simulated as the practical ship. Seventy-six experimental rabbits were placed in the cabins. The animals were divided into 4 groups, by the sequence of live ammunition the first, rude ammunition the second, small caliber ammunition the first, large caliber ammunition the second. Then, the animals were randomly designated into 5 sub-groups, by the way of their positions in different cabins, and their positions in front of cabinets or behind cabinets. Two types of caliber live and rude ammunitions were exploded in the cabin. Then close observations were made on the death and injury of the animals.Results Total mortality rate of the animals was 59.2%, and the mortality rate of the live ammunition group was 63.2%, and there was no statistical significance, as compared with that of the nude ammunition group(55.3%)(P=0.05). The mortality rate of the large caliber group was. 73.7% , which was higher than that of the small caliber group(44.7%), and statistical significance could be seen when comparisons were made between the 2 groups (P=0.010). There was no statistical significance in the mortality rates of various cabins in the explosions of small caliber ammunition (P=0.128). The mortality rates of various cabins in the explosions of large caliber ammunition were not identical (P=0.000), with the mortality rate of the explosion cabin being the highest, the neighboring cabin and the next-door cabin came the next. The main culprits for the mortalities were shock wave and blast fragments which caused severe injury to important organs of the body.Conclusion In the multi-cabin configuration of the ship, the integrated cabin structure and inboard cabinets could offer significant protection to personnel inside. The mortality rate caused by large caliber ammunition was significantly larger than that of the rate caused by small caliber ammunition. However, there was no statistical significance in the mortality rates caused by live ammunition and nude ammunition. The above casualty features provided a new research orientation in the protection and medical care of personnel onboard, when explosions occurred in the close cabins of the ship.

Blast injury; Closed cabin; Injury evaluation; Rabbit

全军重点项目(BHJ14L011)

100048 北京，第二军医大学海军临床医学院骨科(刘立洋)；海军总医院(胡明、徐成、陈佳海、王静、刘龙刚、李军、阮狄克)

阮狄克，电子信箱：ruandikengh@163.com

R826

A

10.3969/j.issn.1009-0754.2017.03.001

2016-10-31)