某戰斗部靜爆對山羊的毀傷效應研究

李存治，王 鴻，范小琳，韓天一，盧 青，劉進仁，孔慶博，高俊宏

1.兵器工業衛生研究所，西安 710065; 2.西安近代化學研究所,西安 710072

爆炸性武器是現代戰爭的主要殺傷性武器，其主要通過爆炸瞬間產生的高能破片和沖擊波致傷，這也是戰斗部對目標毀傷的重要形式[1-3]。爆炸沖擊傷傷情復雜，復合傷和多發傷傷情發生率高[4-6]。爆炸性武器裝備的設計、定型和改型等均需要生物殺傷效應評估[7]。目前，我國武器裝備毀傷評估的相關研究主要集中在對典型堅固目標毀傷效應等方面[8]，也取得了一定的研究成果，但總體水平仍處于針對具體研究對象的實驗分析及工程估算層次，這些評估多是對各種目標的毀傷等級判斷[9]，而對生物體的毀傷評估尚有不足[10-11]。為此，本研究以山羊為生物目標物，利用戰斗部靜爆致傷動物，對其進行大體解剖觀察、病理檢測和毀傷等級評分，最終評估該戰斗部的生物毀傷效應。

材料與方法

1 實驗動物和設備

根據武器殺傷生物效應評估實驗動物選擇與布放規程，選用西北當地牧民飼養經檢疫合格的健康成年山羊20只，體重為(25±5)kg，雄性，布放前進行動物編號、稱重，狀態檢查。某型戰斗部總質量為1 000kg，置于離地面一定高度的木制框架內，電引信起爆。沖擊波超壓峰值測試采用傳感器測試距離爆心15～90m不同位置處的超壓沖擊波峰值。本實驗通過兵器工業衛生研究所實驗動物倫理委員會批準(IACUC201804)。

2 實驗動物的布放

山羊圍繞爆心呈扇形隨機布放在162°測線上，距離爆心分別為15(2只)、20(2只)、23(2只)、25(2只)、27(2只)、30(2只)、35(2只)、40(2只)、50(2只)、70(1只)、90m(1只)，采用錯位布設方式，山羊均采取自然站立姿勢。見圖1。

圖1 山羊布放實際效果圖

3 大體觀察與病理檢查

爆炸后觀察現場山羊存活情況，實驗后所有山羊在6h內進行解剖觀察，死亡山羊直接解剖，存活山羊經頸動脈放血處死，重點解剖觀察組織器官損傷程度和范圍，組織器官用10%甲醛固定制備石蠟標本、HE染色、光鏡觀察其組織病理學改變。

4 實驗動物損傷嚴重度的醫學評估

通過爆炸傷病理學評分系統進行損傷嚴重度醫學評估[12]。爆炸傷病理學評分系統是采用校正損傷嚴重度指數(adjusted injury of severity index,ASII)，定量地從11個方面評價爆炸傷中生物及各器官的損傷。ASII分值標準：0.0～0.2為陰性，0.2～0.3為輕微，0.3～1.0為輕度，1.0～1.9為中度，1.9～7.1為重度，>3.6為死亡(50%以上)[5]。

結 果

1 沖擊波超壓峰值

距離爆心15～90m不同位置處的超壓沖擊波峰值見圖2。

圖2 實驗后不同位置處山羊傷亡情況及超壓峰值

2 山羊整體傷亡情況

起爆后15min進入現場觀察，20只山羊死亡11只，存活9只，總體致死率為55%。其中15、20、23、25、27m處全部死亡，30m處死亡1只；35、40、50、70、90m處均存活，見圖2。山羊皮膚重度碳化或輕度燎毛10只(50%，<30m)；四肢和犄角處骨折 9只(45%，<30m)，共19處；破片傷11只(55.0 %，<35m)；眼損傷1只(5%，30m處)；口鼻出血11只(55%，均死亡)；多發傷11只(55%)，穿透傷7只(35%)，沖擊傷18只(90%)。

3 大體解剖觀察

現場死亡山羊立即大體解剖，存活山羊于實驗后6h內經頸動脈放血處死，觀察臟器損傷情況，結果發現，死亡山羊大腦均有不同程度的充血水腫，同時也發現右側聽器損傷較左側嚴重；胸部解剖發現死亡山羊肺臟均有大面積出血和淤斑，呈彌漫性肝樣變，部分山羊心內膜下有出血；腹部解剖發現死亡山羊肝臟、脾臟、腎臟及胃腸有不同程度的破裂或充血水腫。存活山羊傷情也主要集中在胸腹部，多表現為肺黏膜下出血和淤斑。見表1。

表1 山羊重要臟器部位受損表

肺臟作為爆炸沖擊傷的最敏感靶器官之一，在沖擊傷發展過程中最具有代表性[13]。由于肺是含有大量氣囊或氣泡的組織，與周圍鄰近組織相比密度較低，即肺承受的超壓值在內臟中最低[14]，所以在內臟中肺最易發生損傷。對于距離爆心不同位置處山羊的肺臟解剖進行比較后發現，肺臟的損傷程度與山羊的分布距離密切相關，距離爆心越近，肺臟損傷程度越嚴重。見圖3。

圖3 實驗后不同位置處山羊肺臟損傷情況。a.15m；b.27m；c.30m；d.35m；e.50m；f.90m

4 病理學觀察

對存活山羊的部分臟器進行病理觀察，距離爆心30m處山羊肺臟重度出血、肺泡擴張、肺間質血管充血和肺泡腔內水腫，脾臟中度出血，肝臟可見出血、破裂、炎性細胞浸潤及空泡樣變，心肌輕度出血；距離爆心35m處山羊肺臟重度出血、肺泡擴張、肺間質血管充血和肺泡腔內水腫，其余臟器病理檢查未見異常；距離爆心40m處山羊肺臟中度出血、肺泡擴張，心肌輕度出血，其余臟器病理檢查未見異常；距離爆心50m處山羊肺臟中度出血、肺泡擴張和炎細胞浸潤，其余臟器病理檢查未見異常；>50m處山羊臟器病理檢查未見異常。見圖4。

圖4 存活山羊部分臟器病理圖(HE×200)。a.30m處肺臟；b.30m處脾臟；c.30m處肝臟；d.30m處心臟；e.35m處肺臟；f.40m處肺臟；g.40m處心臟；h.50m處肺臟；i.50m處脾臟；j.50m處肝臟；k.50m處心臟；l.50m處腎臟

5 生物毀傷評估[12]

依據《爆炸傷病理學評分系統》進行損傷嚴重度的醫學評估，結果發現重度傷為12只(60%)，中度傷為2只(10%)，輕微至輕度傷為4只(20%)，未損傷為2只(10%)。見表2。

表2 山羊毀傷等級評分結果

山羊編號規則為數字代表距離爆心位置，L為站在爆心面向162°測線左側，R為右側，M為測線上

討 論

本次實驗中，從動物解剖發現所有死亡山羊的致死原因主要來自爆炸瞬間產生的超壓性沖擊波。肺臟既是沖擊波的主要靶器官，也是判斷人體沖擊傷程度的主要器官[15-16]，爆炸后死亡山羊均不同程度地發生了肺沖擊傷，且30m內山羊的主要致死因素為肺嚴重沖擊傷，具體表現為嚴重的肺出血和肺水腫，雙側肺塌陷或彌漫性表面出血或肝實質樣變和胸腔大量積血及血凝塊，有的同時伴有肺破裂；聽器、胃腸道對沖擊波致傷也較為敏感；在爆炸近區，山羊可因高溫引起不同程度燒傷，表現為皮膚重度碳化至輕度燎毛；肝、脾等腹部實質性臟器破裂和包膜內血腫。對于遠場爆炸，生物目標基本不受爆轟產物作用，主要損傷為肺泡和氣管等受損，這也跟本次實驗結果一致(30～50m處山羊主要傷情集中在肺臟)。該戰斗部對山羊的致死半徑為30m，致傷半徑為50m，>50m處的沖擊波未能造成山羊肺沖擊傷。

除肺臟外，耳朵也是爆炸傷最敏感的器官之一[17-18]。本次實驗中，距離爆心≤35m處的山羊兩側鼓膜全部破裂，破損率為100%;40～50m山羊右側鼓膜全部破裂，左側鼓膜充血；70m處山羊右側鼓膜充血，左側正常；90m處山羊兩側鼓膜都正常，說明此次實驗會造成山羊嚴重的聽器損傷，且朝向爆心一側損傷更為嚴重。盡管聽器損傷說明山羊受到了爆炸傷，但即使受到永久性聽力喪失，生物的戰斗力基本不受影響，因此在國外對爆炸傷的傷情評估中通常不考慮聽力損傷。

目前應用在武器殺傷效應評估中的主要創傷評分系統有簡明損傷定級標準(abbreviated injury scale,AIS)[19]，放沖復合傷診斷標準[20]、傳統的沖擊傷傷情病理判斷方法[21-22]和校正損傷嚴重度指數(ASII)等。康建毅等[6]進行了不同創傷評分系統在武器殺傷生物效應評估中的比較，結果顯示AIS評分系統不能反映爆炸傷中的多物理因素、復合傷、多部位的特點，而且對肺損傷評估偏輕。放沖復合傷指人體同時或相繼發生以放射損傷為主的一類復合傷，適用于核事故或者核武器戰爭條件下的放沖復合傷傷員的診斷和治療以及對放沖沖擊的傷情評估，對于爆炸傷只是參考作用，而且這種評估方法比較零散，缺乏完整性和系統性以及對大當量爆炸實驗的毀傷評價。傳統的沖擊傷傷情病理判定標準只能定性地評估損傷嚴重程度，不能評估繼發性損傷造成的多發傷，并不適合于爆炸傷的精準評估。本次實驗的生物損傷嚴重度的醫學評估依據爆炸傷病理學評分系統進行，校正損傷嚴重度指數ASII評分隨著距離的增加變化明顯，辨識度最高，因此能較為有效地反映爆炸傷的傷情與損傷程度，更適合于武器殺傷生物效應爆炸傷傷情評估，但其缺點在于沒有考慮顱腦損傷，損傷程度與分值并不是一一對應關系，計算方法比較繁瑣，對致命器官的評估較低。所以在后續生物毀傷實驗中需要根據實驗類型選擇相應的評估方法或將幾種評估方法結合起來進行毀傷結果的判定。

從本研究的總體生物效應來看，該型戰斗部在近場區域的毀傷元主要為爆炸性沖擊波，沖擊傷發生率可達到90%。在遠場區域，毀傷因素也主要為沖擊波，由于以往報道的常規殺爆戰斗部主要依靠炸藥爆炸時產生爆轟波壓力和高速飛散的金屬破片的沖擊作用來進行殺傷，各種炸彈、炮彈、導彈和地雷等爆炸性武器，其主要殺傷因素也為帶有不同能量的破片，因此，該型戰斗部在提高爆炸沖擊威力方面具有廣闊的應用前景。