周建軍，王國(guó)棟

爆炸沖擊波能對(duì)人員生命安全及健康造成嚴(yán)重?fù)p害，其致傷機(jī)理和防護(hù)是各國(guó)軍事醫(yī)學(xué)的重要研究方向。爆炸沖擊傷是指機(jī)體受爆炸沖擊波直接或間接作用而發(fā)生的損傷。魚雷、水雷和深水炸彈等水中武器在水下爆炸時(shí)會(huì)造成水下沖擊傷，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在第二次世界大戰(zhàn)期間產(chǎn)生了大量水下沖擊傷[1]。二戰(zhàn)以來(lái)，國(guó)外不少研究機(jī)構(gòu)建立起自己的水下試驗(yàn)場(chǎng)及各種水下沖擊波致傷動(dòng)物模型，廣泛研究了水下爆炸沖擊波的致傷作用[2]。近20年來(lái)，我國(guó)許多實(shí)驗(yàn)室也相繼開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)并取得了較多的研究成果。本文在論述水下爆炸沖擊波基本特性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)水下沖擊波致傷作用的實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，展望了未來(lái)研究的方向。

1 水下爆炸沖擊波的基本特性

爆炸的一個(gè)重要的特征就是在爆源周圍的介質(zhì)中產(chǎn)生急驟的壓力躍升，沖擊波則是壓力躍升的傳播方式[2]。水下爆炸的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為起始沖擊波、氣泡破裂脈沖以及沖擊波上升沿壓力帶給水的速度、周圍水的運(yùn)動(dòng)引起的騷動(dòng)和推擠[3]。水的密度大約是空氣的800倍，壓縮性小，水下沖擊波并不能形成像空氣沖擊波那樣的壓縮區(qū)和稀疏區(qū)，因而其傳播速度更快，傳播距離也更遠(yuǎn)。相同當(dāng)量三硝基甲苯[C6H2CH3(NO2)3，TNT]水下爆炸與地面爆炸相比，水下沖擊波峰值壓力更高，正壓持續(xù)時(shí)間更短，沖量大[1-2，4]。在過(guò)去水下沖擊波的研究中，往往把爆源的水深設(shè)定得較深，得出沖擊波的特征較為簡(jiǎn)單明確。但在實(shí)際情況里，爆源水深往往較淺，沖擊波的特征往往復(fù)雜。國(guó)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，將淺水沖擊波分為：爆源的直接波、水面緩沖波、底部反射波、經(jīng)過(guò)底部材料傳播并輻射回水中的波，上述4種波相互疊加構(gòu)成了復(fù)雜的水下沖擊波[5]。

2 水下沖擊傷的特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀

水下沖擊傷多發(fā)生于水下作業(yè)以及軍隊(duì)島礁作戰(zhàn)和登陸作戰(zhàn)時(shí)，水下蛙人、落水人員往往多發(fā)此傷。大量研究表明，水下沖擊波主要通過(guò)超壓和負(fù)壓對(duì)機(jī)體造成損傷，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣沖擊波，因而有著較高的死亡率。由于沖擊波由水下進(jìn)入空氣后沖量會(huì)大大衰減，因此一般情況下沖擊波對(duì)水中人員的損傷主要集中在腹部空腔臟器與肺，而實(shí)質(zhì)臟器、顱腦與頜面部損傷相對(duì)較少[6]。

2.1 國(guó)外水下沖擊傷的研究現(xiàn)狀 第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)生了大量的水下沖擊傷，當(dāng)時(shí)將水下沖擊傷稱為“浸沒沖擊傷”。1967年埃以消耗戰(zhàn)爭(zhēng)期間，埃及的導(dǎo)彈快艇擊中了以色列的“埃拉特號(hào)”驅(qū)逐艦，艦員棄艦，隨后另一枚導(dǎo)彈在水下爆炸。有32名落水人員獲救，其中肺沖擊傷27人，腹部沖擊傷24人，手術(shù)探查發(fā)現(xiàn)其中22人腸穿孔，19人同時(shí)有胃腸和肺損傷，4人死亡[7-8]。但真正水下沖擊傷的研究于20世紀(jì)60年代美軍建立水下試驗(yàn)場(chǎng)后才全面展開，他們提出了生命機(jī)體于垂直體位時(shí)水下沖擊傷的標(biāo)準(zhǔn)和安全限值。當(dāng)沖擊波的沖量為33.79 kPa·ms時(shí),人員無(wú)任何損傷；當(dāng)沖量為68.79、137.93、282.76 kPa·ms時(shí)分別引起人員閾值損傷、輕度損傷和中、重度損傷；沖量為596.82 kPa·ms時(shí)引起50%人員死亡[7,9]。在水下沖擊傷防護(hù)研究方面，Cripps等[10]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料(PbPV/PZ)對(duì)豬的肺和小腸有較好的防護(hù)效果，而結(jié)腸的防護(hù)效果不佳。目前由于在這方面的研究涉及到各國(guó)軍事利益，因此至今未見詳細(xì)的數(shù)據(jù)報(bào)道。

2.2 我國(guó)水下沖擊傷的研究現(xiàn)狀 我國(guó)水下沖擊傷研究于20世紀(jì)90年代全面展開，由陸軍軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所王正國(guó)院士領(lǐng)銜。他們發(fā)現(xiàn)同當(dāng)量TNT在水下和空中爆炸，水下沖擊波超壓值比空氣沖擊波大200倍左右，沖量大10倍左右[7]。通過(guò)狗、兔等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對(duì)內(nèi)臟器官大體形態(tài)學(xué)觀察，初步明確了水下沖擊傷的損傷特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)肺是水下沖擊波致傷和致死的主要靶器官，腹部傷發(fā)生率較高，其中結(jié)腸損傷占多數(shù)，實(shí)質(zhì)臟器和體表?yè)p傷發(fā)生率較低。通過(guò)初步的量效關(guān)系分析得出了引起輕、中、重、極重度水下沖擊傷的沖量范圍分別為121.1～142.0、142.0～214.3、247.8～322.6、322.6～579.8 kPa·ms[1]。進(jìn)入21世紀(jì)后，他們對(duì)水下沖擊傷進(jìn)行了更深層次的研究，利用約1 kg TNT進(jìn)行水下爆炸，通過(guò)大體、光鏡和電鏡分別觀察了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物水下沖擊傷后內(nèi)臟器官的病理變化。光鏡下觀察到局灶性肺不張，肺內(nèi)廣泛出血，肺泡腔充滿紅細(xì)胞及纖維蛋白滲出，間質(zhì)水腫并伴有白細(xì)胞浸潤(rùn)。電鏡下可見變性的肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞，肺泡壁結(jié)構(gòu)不完整，細(xì)胞核染色質(zhì)邊集，核仁粗大。心肌纖維斷裂，心肌細(xì)胞腫脹，間質(zhì)血管充血、水腫，少量白細(xì)胞浸潤(rùn)。腸道漿膜下出血、血腫，肌層斷裂，腸絨毛斷裂、崩解，大量白細(xì)胞浸潤(rùn)，間質(zhì)血管淤血。含液臟器與實(shí)質(zhì)臟器損傷輕微，僅少數(shù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物肝、脾、胰腺包膜下出血[11-12]。同時(shí)他們也對(duì)水下沖擊傷的防護(hù)進(jìn)行了相關(guān)研究，利用計(jì)算機(jī)模擬和仿真的方法，篩選了聚碳酸酯(PC)、玻璃纖維增強(qiáng)材料(GRP)及海綿等材料，并用硅橡膠現(xiàn)場(chǎng)成形技術(shù)將這些復(fù)合材料有機(jī)地組合在一起，設(shè)計(jì)出了適用于水下沖擊傷防護(hù)的具有漂浮功能的防護(hù)背心[7,13]。

海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍特色醫(yī)學(xué)中心(原海軍醫(yī)學(xué)研究所)近年來(lái)也開展了相關(guān)研究，研究人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物組織病理?yè)p傷發(fā)現(xiàn)，器官組織按照損傷嚴(yán)重程度排序依次為：肺、肝、胃腸道、心、腦。隨著爆炸物當(dāng)量及水下沖擊波超壓峰值加大，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物損傷部位增多，損傷程度加重[14]。并得出傷情差異主要與爆炸物產(chǎn)生的沖量以及能流密度有關(guān)的結(jié)論，這與李光華等[3]研究結(jié)果相符，他們把動(dòng)物組織器官的損傷量化定性，利用數(shù)學(xué)建模，將水下爆炸沖擊傷的傷情等級(jí)進(jìn)行劃分，建模時(shí)劃分了5種狀態(tài)：正常、輕傷、重傷、極重傷、死亡。選取合適的參數(shù)分別建立了2種模型：一種以沖量和能流密度為主要參數(shù)，另一種是以沖量和超壓峰值為主要參數(shù)。最終第一種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合，而第2種模型較為混亂，尤其是在輕傷與重傷的區(qū)分上。姜永田等[15]對(duì)大白兔進(jìn)行相應(yīng)處理建立了脊髓水下沖擊傷模型，發(fā)現(xiàn)水下爆炸沖擊波可致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物脊髓損傷，損傷的程度與沖擊波的沖量呈正相關(guān)，且在一定時(shí)間內(nèi)存在繼發(fā)性損傷。

3 展望

近些年，通過(guò)大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)對(duì)水下沖擊傷的機(jī)制、分級(jí)以及防護(hù)等研究有了初步的成果。但隨著武器裝備等不斷更新?lián)Q代，戰(zhàn)斗模式不斷轉(zhuǎn)換，水下沖擊傷的研究也還需要不斷深入與完善。水下沖擊傷傷情復(fù)雜，涉及多個(gè)學(xué)科，既需要系統(tǒng)研究又需要單個(gè)器官組織研究，為提高我軍海上衛(wèi)勤保障能力，筆者認(rèn)為，未來(lái)對(duì)于水下沖擊傷的研究需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善改進(jìn)。

3.1 研究方法 未來(lái)海戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，以往研究中實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置較為簡(jiǎn)單，不能充分模擬出真實(shí)的海洋環(huán)境，因而得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為理想。國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)在幾十年前就開展了水下爆炸沖擊波特點(diǎn)的數(shù)字模擬與試驗(yàn)研究，建立了許多對(duì)實(shí)際工程具有指導(dǎo)意義的經(jīng)驗(yàn)公式，而我國(guó)在近幾年才開展類似的研究[16-19]。因此，未來(lái)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)仿真數(shù)據(jù)的采集，建立更加完善的水下沖擊傷傷情等級(jí)的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)合適的有限元顯示動(dòng)力分析軟件，從而充分模擬出真實(shí)的海洋環(huán)境，為水下沖擊傷實(shí)驗(yàn)研究提供技術(shù)支撐。

3.2 研究?jī)?nèi)容 目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究主要集中在觀察損傷器官的病理特點(diǎn)上，未能深入研究水下沖擊波致傷的分子機(jī)制與病理生理特點(diǎn)。已有研究結(jié)果表明，空氣沖擊波致傷后機(jī)體內(nèi)氧自由基增多，隨之造成細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，而抗氧化劑則能減輕這種損傷[20]。因此，未來(lái)在研究水下沖擊傷時(shí)應(yīng)深入研究其分子機(jī)制與病理生理特點(diǎn)，這也將為水下沖擊傷的診治與防護(hù)提供新的思路。既往已對(duì)水下沖擊傷致空腔臟器損傷進(jìn)行了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，但顱腦頜面部致傷研究較少，這是基于設(shè)想相關(guān)人員顱腦頜面部處于水面上的情況。伴隨著當(dāng)代海戰(zhàn)模式的轉(zhuǎn)變，尤其像水下蛙人這樣的戰(zhàn)斗人員不斷出現(xiàn)，未來(lái)加強(qiáng)對(duì)顱腦頜面部的水下沖擊傷的研究是必要的。目前相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)空氣沖擊傷會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，部分沖擊傷患者在傷后會(huì)有不同程度的中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常癥狀，同時(shí)沖擊傷也可能是造成創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的原因之一[21]。目前對(duì)于水下沖擊傷是否會(huì)造成類似結(jié)果還未可知，未來(lái)需要進(jìn)一步深入研究。復(fù)雜的海洋環(huán)境同時(shí)也會(huì)給搜救帶來(lái)極大的困難，從開始搜救到傷員得到初步的治療這段時(shí)間里水下沖擊傷傷員將一直浸泡于海水中，目前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究?jī)H單純的模擬水下沖擊傷后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的即刻損傷情況，未將海水浸泡的影響考慮到其中，因此未來(lái)也應(yīng)重視水下沖擊傷與海水浸泡傷的復(fù)合性損傷及相應(yīng)的繼發(fā)性損傷。防護(hù)系統(tǒng)的研究未來(lái)更應(yīng)注重系統(tǒng)的防護(hù)，根據(jù)人員水下不同任務(wù)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防護(hù)裝具，研發(fā)有效的預(yù)防藥物。

4 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)隨著新概念武器的不斷出現(xiàn)，新方法、新技術(shù)的不斷引入，水下爆炸沖擊傷的傷情將復(fù)雜多變，因此應(yīng)不斷的完善水下沖擊傷的研究，改進(jìn)研究方法與研究?jī)?nèi)容，加強(qiáng)與基礎(chǔ)、預(yù)防等學(xué)科的協(xié)作，密切與部隊(duì)、武器研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等部門的聯(lián)系，以保障研究成果切實(shí)符合部隊(duì)實(shí)際需求，為海上衛(wèi)勤保障提供有力支撐。