模擬艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)不同姿勢(shì)兔傷情的實(shí)驗(yàn)研究

陳佳海，胡 明，徐 成，劉立洋，王 靜，巨圓圓，阮狄克，王德利，何 勍

水面艦艇是現(xiàn)代海戰(zhàn)中重要的作戰(zhàn)力量之一。海戰(zhàn)中，水面艦艇可能受到水下炸彈(水雷、魚(yú)雷、深水炸彈)的攻擊，這種非接觸性的爆炸可引起艦艇的強(qiáng)烈沖擊，尤其以垂直向上的沖擊運(yùn)動(dòng)最為劇烈，即艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)，這樣的沖擊作用可造成艦艇儀器設(shè)備的損壞及艦員的損傷[1]，甚至危及生命，嚴(yán)重影響艦艇戰(zhàn)斗力；再加上艦艇上醫(yī)療救治力量薄弱，因此，早期、全面認(rèn)識(shí)艦艇沖擊傷，并積極采取有效措施對(duì)預(yù)防損傷、減少戰(zhàn)斗減員意義重大?？挛溺鞯萚2-4]在模擬艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)物損傷方面做了許多工作，Zong和Lam[5]報(bào)道了坐姿條件下的生物力學(xué)研究，李新嶺等[6]報(bào)道了模擬水下爆炸對(duì)艙室內(nèi)大鼠顱腦損傷的研究，該研究以背靠位，模擬坐姿進(jìn)行模擬研究，然而僅局限在顱腦損傷方面。本研究通過(guò)模擬艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)，觀(guān)察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分別在臥姿及模擬坐姿下受到艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)后的損傷情況，對(duì)損傷的傷情進(jìn)行分析歸納，同時(shí)對(duì)損傷的臟器和組織進(jìn)行解剖學(xué)及病理學(xué)觀(guān)察，以期為進(jìn)一步了解艦船沖擊傷提供動(dòng)物實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組 雄性新西蘭兔40只，體重2.0～2.5 kg，來(lái)源于海軍總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心[SCXK-(京)-2012-0004]，以隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)分為對(duì)照組(A組)，輕度沖擊臥姿組(B組)和重度沖擊臥姿組(C組)，輕度沖擊坐姿組(D組)和重度沖擊坐姿組(E組)，共5組，每組8只。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 采用海軍某研究院沖擊機(jī)(最高速度5 m/s)，輕度沖擊速度約2.5 m/s，重度沖擊速度約4.8 m/s，對(duì)照組放在沖擊機(jī)邊上。臥姿組：以速眠新Ⅱ0.08 mL/kg鎮(zhèn)靜，讓兔以臥姿趴在沖擊平臺(tái)上；坐姿組：以速眠新Ⅱ0.08 mL/kg鎮(zhèn)靜，將兔固定在特制的座椅上，盡量模擬人的正常坐姿(圖1)，然后分別以相應(yīng)的沖擊速度沖擊1次。

A:臥姿; B:模擬坐姿圖1 在沖擊平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)兔

1.3 觀(guān)察指標(biāo) 每次沖擊后將動(dòng)物帶回海軍總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，動(dòng)物蘇醒后觀(guān)察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一般狀態(tài)，包括意識(shí)、反應(yīng)力及進(jìn)食情況。記錄實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的活動(dòng)情況，評(píng)價(jià)D組、E組(坐姿組)兔的活動(dòng)情況。采用改良Jacob’s評(píng)分法[7]，將兔后肢肌力分為6級(jí)。0級(jí)：完全癱瘓(針刺無(wú)反應(yīng))；1級(jí)：最小機(jī)能性運(yùn)動(dòng)(肌肉搐動(dòng))，嚴(yán)重癱瘓；2級(jí)：有機(jī)能性運(yùn)動(dòng)(受累肢體可負(fù)重)，無(wú)法雙足跳動(dòng)(跛行)；3級(jí)：能齊足跳動(dòng)，較重共濟(jì)失調(diào)和輕癱；4級(jí)：能齊足跳動(dòng)，輕度共濟(jì)失調(diào)和(或)輕癱(奔跑但不夠靈活)；5級(jí)：正常狀態(tài)。傷后3 h左右以速眠新Ⅱ0.08 mL/kg鎮(zhèn)靜后行X線(xiàn)檢查，然后以股動(dòng)脈放血方法處死動(dòng)物，進(jìn)行傷情分析。重點(diǎn)觀(guān)察動(dòng)物的肺、心、肝、腎、胃腸道、膀胱、睪丸、脊柱及脊髓損傷情況，按照柯文琪等[2]的評(píng)定方法進(jìn)行傷情評(píng)定：輕度損傷為少數(shù)散在的點(diǎn)狀出血；中度損傷為多數(shù)密集點(diǎn)狀出血或少數(shù)散在片狀出血；重度損傷為多數(shù)廣泛片狀或條狀出血；極重度損傷為內(nèi)臟器官破裂或胸腹腔積血，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的解剖由2名醫(yī)生分別進(jìn)行，按照大體外觀(guān)、胸腔臟器、腹腔臟器、脊柱脊髓的順序解剖死亡動(dòng)物，確定傷情嚴(yán)重程度由2名醫(yī)生和1名病理醫(yī)生判斷，并逐一進(jìn)行詳細(xì)記錄，如存在爭(zhēng)議3人協(xié)商后確定。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 21.0軟件，采用描述性統(tǒng)計(jì)方法分析傷亡率，對(duì)等級(jí)資料采用非參數(shù)檢驗(yàn)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的總體傷情分析 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物共有40只，均無(wú)即刻死亡，E組有1只沖擊后即刻發(fā)生尿失禁，出現(xiàn)腰椎后凸畸形，其余實(shí)驗(yàn)動(dòng)物無(wú)明顯出血，大小便失禁及畸形出現(xiàn)，2 h后兔恢復(fù)清醒，C、E組反應(yīng)力稍差于B、D組，對(duì)坐姿狀態(tài)下兔的活動(dòng)情況采用改良Jacob’s評(píng)分法進(jìn)行評(píng)分(表1)。

表1 坐姿狀態(tài)下兔活動(dòng)情況評(píng)分

3 h后對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行X線(xiàn)檢查，隨后處死動(dòng)物，進(jìn)行大體解剖，解剖后的損傷情況見(jiàn)表2，臥姿沖擊時(shí)以發(fā)生肺、肝沖擊傷為主，而坐姿沖擊時(shí)則以睪丸及脊柱損傷為主，總體損傷情況好于臥姿狀態(tài)。臥姿狀態(tài)下肺損傷表現(xiàn)為無(wú)損傷到極重度損傷(圖2)，肝臟損傷表現(xiàn)為無(wú)損傷到重度損傷(圖3)，其中有1只動(dòng)物發(fā)生椎體爆裂骨折、椎間盤(pán)破裂(圖4B、4C)，導(dǎo)致脊髓損傷致截癱。睪丸損傷表現(xiàn)為睪丸表面淤血、水腫(圖5C)。B組損傷率為75%，而C組損傷率為87.5%；D組損傷率為25%，E組損傷率為37.5%。

表2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大體解剖結(jié)果[n(%)]

A:正常肺組織;B：輕度損傷;C：中度損傷;D：重度損傷;E：極重度損傷圖2 肺損傷程度的分級(jí)

A：正常肝臟組織；B：輕度損傷；C：重度損傷圖3 肝損傷程度的分級(jí)

A：正常脊柱；B：脊柱爆裂骨折；C：上終板破裂；D：正常與損傷椎間盤(pán)對(duì)比圖4 脊柱損傷程度

A：輕度睪丸損傷；B：中度睪丸損傷；C：重度睪丸損傷圖5 睪丸損傷程度的分級(jí)

2.2 病理檢查 組織的蘇木精—伊紅染色法染色(圖6)。損傷肺可見(jiàn)部分肺泡萎陷，部分肺泡間隔破裂，部分肺泡腔中有較多紅細(xì)胞和少量白細(xì)胞聚集，以肺表面為主(圖6C)；肝臟組織可見(jiàn)部分肝竇及中央靜脈擴(kuò)張，紅細(xì)胞顯著增多(圖6D)。

2.3 不同沖擊強(qiáng)度的傷情對(duì)比分析

2.3.1 臥姿狀態(tài)下不同沖擊強(qiáng)度兔傷情的比較 為進(jìn)一步比較臥姿條件下不同沖擊強(qiáng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)兔的損傷情況，分別統(tǒng)計(jì)肺損傷和肝損傷的累計(jì)例數(shù)，并計(jì)算百分率(表3)。在肺損傷方面，B、C組肺損傷的發(fā)生率分別為75%和87.5%，損傷的發(fā)生率均高于A(yíng)組；對(duì)損傷程度的分布進(jìn)行非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，B組與A組、C組與A組肺損傷的損傷程度分布不同(P=0.001、P=0.004)，而B(niǎo)組與C組肺損傷分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.234)。在肝損傷方面，B組與C組肝損傷的發(fā)生率分別為12.5%和37.5%，同樣高于A(yíng)組；然而不同組在不同沖擊強(qiáng)度下肝損傷分布差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.317、P=0.118、P=0.407)。

A：正常肺；B：正常肝；C：損傷肺；D：損傷肝圖6 蘇木精—伊紅染色組織的病理

損傷臟器組別損傷動(dòng)物無(wú)損傷輕度中度重度極重度發(fā)生率(%)肺損傷A組B組C組8210320220120010.075.087.5肝損傷A組B組C組8750120000010000.012.537.5

2.3.2 模擬坐姿狀態(tài)下不同沖擊強(qiáng)度兔傷情比較為進(jìn)一步比較模擬坐姿條件下不同沖擊強(qiáng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)兔的損傷情況，分別統(tǒng)計(jì)脊柱損傷與睪丸損傷的累計(jì)例數(shù)，并計(jì)算百分率，結(jié)果見(jiàn)表4。D、E組脊柱損傷的發(fā)生率分別為25.0%和25.0%，睪丸損傷發(fā)生率分別為12.5%和25.0%，E組2種損傷的發(fā)生率高于D組。對(duì)脊柱損傷程度的分布進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)(P=0.317、P=0.144、P=0.487)，對(duì)睪丸損傷程度的分布進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)(P=0.317、P=0.144、P=0.441)，可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在不同沖擊強(qiáng)度下，脊柱損傷與睪丸損傷各組損傷程度分布之間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4 模擬坐姿狀態(tài)下不同沖擊強(qiáng)度兔傷情的比較[n(%)]

2.4 不同姿勢(shì)的傷情對(duì)比分析

2.4.1 輕度沖擊狀態(tài)下臥姿與模擬坐姿的傷情比較 我們對(duì)輕度沖擊條件下不同姿勢(shì)的損傷情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(表5)。臥姿和坐姿的肺損傷的發(fā)生分別為75%和0%，肺損傷程度分布差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004)；而肝損傷、脊柱損傷、睪丸損傷程度分布差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均為P=0.317)。臥姿狀態(tài)下無(wú)脊柱及睪丸損傷的情況，而坐姿狀態(tài)下未見(jiàn)明顯肺損傷及肝損傷的情況。可見(jiàn)在不同的姿勢(shì)條件下出現(xiàn)不同的傷情，臥姿組以胸腹部臟器損傷為主，而坐姿組則以脊柱及睪丸損傷為主。

表5 輕度沖擊作用下不同姿勢(shì)兔傷情的比較[n(%)]

2.4.2 重度沖擊條件下臥姿與模擬坐姿兔傷情比較 類(lèi)似的，統(tǒng)計(jì)分析了重度沖擊條件下不同姿勢(shì)的兔損傷情況(表6)，結(jié)果與輕度沖擊條件下的傷情類(lèi)似。C組和E組的肺損傷的發(fā)生率分別為87.5%和0，對(duì)肺損傷程度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)，可見(jiàn)其損傷程度分布不同；而輕度和重度中級(jí)組在肝損傷、脊柱損傷和睪丸損傷之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.239、P=0.144、P=0.144)。在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)E組出現(xiàn)了1例肝損傷，不同體位的損傷臟器類(lèi)型有所區(qū)別。

表6 重度沖擊作用下不同姿勢(shì)兔傷情的比較[n(%)]

3 討論

水下非接觸爆炸可對(duì)艦艇造成劇烈的沖擊，導(dǎo)致艦艇自下而上劇烈的起伏運(yùn)動(dòng)，這樣的沖擊運(yùn)動(dòng)可引起艦艇裝備的損壞及人員的傷亡[1]。艦艇沖擊運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上屬于固體沖擊波，沖擊波通過(guò)艦船體引起強(qiáng)烈的震動(dòng)，傳遞至艦員而引起損傷效應(yīng)，即艦船沖擊傷。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,艦艇沖擊對(duì)機(jī)體的損傷作用包括水下爆炸引起艦艇甲板向上運(yùn)動(dòng)的加速與向下運(yùn)動(dòng)時(shí)造成的減速2個(gè)階段所產(chǎn)生的沖擊作用[8]。加速與減速階段均可引起內(nèi)臟損傷,其損傷特點(diǎn)一般表現(xiàn)為臟器出血,嚴(yán)重者可引起內(nèi)臟破裂、大血管斷裂等。加速階段時(shí)機(jī)體因受自身的慣性力作用而處于初始?jí)嚎s狀態(tài)，易使骨骼產(chǎn)生壓縮性損傷；減速階段時(shí)機(jī)體因受向上的慣性力作用而處于飛離狀態(tài),易發(fā)生碰撞損傷及跌落損傷。由于器官組織的質(zhì)量不同，慣性不一，位移速度也有所差異，致使器官與骨骼、韌帶、肌肉之間或者器官相互之間發(fā)生摩擦、碰撞、擠壓和牽拉,造成內(nèi)臟器官出血撕裂等損傷[9]。艦船沖擊損傷的嚴(yán)重程度和作用與機(jī)體的沖擊加速度大小以及作用時(shí)間有密切關(guān)系，柯文琪等[2]組織了一系列艦船沖擊傷的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及模擬人實(shí)驗(yàn)，建立了數(shù)學(xué)模型，制定了GJB 2689—96《水面艦艇沖擊對(duì)人體作用安全限值》標(biāo)準(zhǔn)，奠定了艦船沖擊傷方面的研究基礎(chǔ)。該模型選取站姿為標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，依據(jù)實(shí)船水下爆炸動(dòng)物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)[2]、模擬艦艇沖擊動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[9]及人體骨骼靜態(tài)及動(dòng)態(tài)抗壓數(shù)據(jù)[10]。劉新祥[11]建立了坐姿非線(xiàn)性人體模型，用來(lái)計(jì)算坐姿人體受到的沖擊力量，該模型采用的驗(yàn)算數(shù)據(jù)基于1966年美國(guó)David Taylor船池的真人沖擊試驗(yàn)結(jié)果[12]，由于軍事保密的原因，很多進(jìn)一步的數(shù)據(jù)無(wú)法獲得。在艦船沖擊運(yùn)動(dòng)對(duì)坐姿艦員損傷研究方面，黃建松等[13-14]先通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)推導(dǎo)胸腰椎的運(yùn)動(dòng)方程，再通過(guò)尸體骨骼研究對(duì)胸腰椎模型進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)和應(yīng)力松弛試驗(yàn)，通過(guò)方程計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，獲得相應(yīng)的方程式，這些研究主要基于力學(xué)推導(dǎo)和尸體研究，對(duì)坐姿狀態(tài)下傷情未能獲得相應(yīng)的具體傷情和病理改變，艦船沖擊傷目前可獲取的既往資料有限，真人試驗(yàn)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中主要以自然體位為主[15]。而且在軍事操演中，對(duì)爆炸采取的躲避姿勢(shì)，或者在站姿情況下艦船受到?jīng)_擊之后，艦員最常發(fā)生的往往是摔倒，此時(shí)的二次艦船沖擊對(duì)艦員的損傷就會(huì)出現(xiàn)臥姿的情形，臥姿在艦船受到?jīng)_擊后導(dǎo)致的損傷情況在以前的研究中均以自由體位方式進(jìn)行[1,15]，自由體位下兔子呈蹲姿狀態(tài)，而狗、山羊等動(dòng)物則四肢著地，難以正確模擬人臥姿的情況?；诖?，為進(jìn)一步探究艦船沖擊對(duì)臥姿及坐姿狀態(tài)下的傷情設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)。在模擬艦船沖擊運(yùn)動(dòng)方面，采用海軍某研究院的新型沖擊機(jī)，該沖擊機(jī)模擬的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)為雙半正弦沖擊波，各項(xiàng)指標(biāo)符合實(shí)驗(yàn)要求[16-17]。

從本研究可得知不同的姿勢(shì)狀態(tài)下的傷情不同，在臥姿狀態(tài)下，肺損傷總體發(fā)生率81.25%，肝損傷發(fā)生率25%，而坐姿狀態(tài)下，脊柱損傷發(fā)生率25%，睪丸損傷發(fā)生率18.25%。臥姿狀態(tài)下主要出現(xiàn)的損傷是肺損傷和肝損傷，發(fā)生肺損傷的動(dòng)物多于發(fā)生肝損傷的動(dòng)物，其中肺損傷重度組和輕度組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肝損傷重度組和輕度組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與損傷程度較輕和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物較少有關(guān)，這2種損傷均為常見(jiàn)損傷。出現(xiàn)肺損傷的情況多于肝臟損傷，這與李政年等[3]的研究類(lèi)似。在中-重度的肺損傷中可發(fā)現(xiàn)平行肋骨的出血條紋的出血點(diǎn)，艦船沖擊傷導(dǎo)致的血性壓痕考慮可能與肺受限于骨性胸腔結(jié)構(gòu)，胸腔受到?jīng)_擊后發(fā)生變形，同時(shí)肺撞擊在胸腔背側(cè)，損傷的發(fā)生也主要以背側(cè)為主，考慮血性壓痕來(lái)源于肋骨的可能性大，更明確的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。在模擬坐姿狀態(tài)下主要出現(xiàn)脊柱損傷和睪丸損傷。本研究中，為了更好的模擬人的坐姿，我們將兔子的尾巴從設(shè)計(jì)的座椅中拿出，雖然發(fā)生脊柱及睪丸損傷的例數(shù)比較少，但最嚴(yán)重的脊柱損傷可致椎體爆裂骨折，動(dòng)物截癱，椎間盤(pán)終板破裂，雖然從統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，然而這樣損傷的發(fā)生不是偶然的，需要引起重視。同時(shí)，重度沖擊下睪丸損傷發(fā)生率12.5%，睪丸水腫，出血明顯，這是首次發(fā)現(xiàn)的睪丸損傷。既往研究動(dòng)物均采用自由體位，兔子在自由體位情況下類(lèi)似人的蹲姿，受力點(diǎn)是上下肢。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兔在清醒狀態(tài)時(shí)，睪丸未觸及沖擊平臺(tái)，脊柱則處于水平位，因此需要坐位才能更好模擬人體在坐姿狀態(tài)下的傷情。本研究出現(xiàn)的損傷提示在艦船座椅的設(shè)計(jì)上要增加軟墊的厚度，對(duì)預(yù)防和減輕脊柱及睪丸損傷具有一定意義。不同姿勢(shì)下的艦船沖擊傷傷情各有特點(diǎn)，相比而言，臥位沖擊傷傷情重于坐位，傷情隨著沖擊強(qiáng)度增加而增強(qiáng)。這在預(yù)防沖擊傷方面，在預(yù)知可能發(fā)生水下爆炸的情況下及時(shí)采用坐姿可減少一定程度的損傷，而發(fā)生艦船沖擊傷的情況下，在有限緊急的戰(zhàn)時(shí)環(huán)境，了解受傷時(shí)的姿勢(shì)對(duì)預(yù)防和判定傷情具有重要意義。

本研究的局限性：①為盡量模擬臥姿狀態(tài)和將動(dòng)物妥善固定在特制的座椅上，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物鎮(zhèn)靜，這可能導(dǎo)致相應(yīng)損傷程度的增加；②參照GJB 2689—96《水面艦艇沖擊對(duì)人體作用安全限值》標(biāo)準(zhǔn)，本研究只選取2個(gè)沖擊強(qiáng)度，2.5 m/s和4.8 m/s，且僅沖擊1次，出現(xiàn)的損傷比較少，可能對(duì)統(tǒng)計(jì)分析有一定影響。

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