某战斗部静爆对山羊的毁伤效应研究

李存治，王 鸿，范小琳，韩天一，卢 青，刘进仁，孔庆博，高俊宏

1.兵器工业卫生研究所，西安 710065; 2.西安近代化学研究所,西安 710072

爆炸性武器是现代战争的主要杀伤性武器，其主要通过爆炸瞬间产生的高能破片和冲击波致伤，这也是战斗部对目标毁伤的重要形式[1-3]。爆炸冲击伤伤情复杂，复合伤和多发伤伤情发生率高[4-6]。爆炸性武器装备的设计、定型和改型等均需要生物杀伤效应评估[7]。目前，我国武器装备毁伤评估的相关研究主要集中在对典型坚固目标毁伤效应等方面[8]，也取得了一定的研究成果，但总体水平仍处于针对具体研究对象的实验分析及工程估算层次，这些评估多是对各种目标的毁伤等级判断[9]，而对生物体的毁伤评估尚有不足[10-11]。为此，本研究以山羊为生物目标物，利用战斗部静爆致伤动物，对其进行大体解剖观察、病理检测和毁伤等级评分，最终评估该战斗部的生物毁伤效应。

材料与方法

1 实验动物和设备

根据武器杀伤生物效应评估实验动物选择与布放规程，选用西北当地牧民饲养经检疫合格的健康成年山羊20只，体重为(25±5)kg，雄性，布放前进行动物编号、称重，状态检查。某型战斗部总质量为1 000kg，置于离地面一定高度的木制框架内，电引信起爆。冲击波超压峰值测试采用传感器测试距离爆心15～90m不同位置处的超压冲击波峰值。本实验通过兵器工业卫生研究所实验动物伦理委员会批准(IACUC201804)。

2 实验动物的布放

山羊围绕爆心呈扇形随机布放在162°测线上，距离爆心分别为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)，采用错位布设方式，山羊均采取自然站立姿势。见图1。

图1 山羊布放实际效果图

3 大体观察与病理检查

爆炸后观察现场山羊存活情况，实验后所有山羊在6h内进行解剖观察，死亡山羊直接解剖，存活山羊经颈动脉放血处死，重点解剖观察组织器官损伤程度和范围，组织器官用10%甲醛固定制备石蜡标本、HE染色、光镜观察其组织病理学改变。

4 实验动物损伤严重度的医学评估

通过爆炸伤病理学评分系统进行损伤严重度医学评估[12]。爆炸伤病理学评分系统是采用校正损伤严重度指数(adjusted injury of severity index,ASII)，定量地从11个方面评价爆炸伤中生物及各器官的损伤。ASII分值标准：0.0～0.2为阴性，0.2～0.3为轻微，0.3～1.0为轻度，1.0～1.9为中度，1.9～7.1为重度，>3.6为死亡(50%以上)[5]。

结 果

1 冲击波超压峰值

距离爆心15～90m不同位置处的超压冲击波峰值见图2。

图2 实验后不同位置处山羊伤亡情况及超压峰值

2 山羊整体伤亡情况

起爆后15min进入现场观察，20只山羊死亡11只，存活9只，总体致死率为55%。其中15、20、23、25、27m处全部死亡，30m处死亡1只；35、40、50、70、90m处均存活，见图2。山羊皮肤重度碳化或轻度燎毛10只(50%，<30m)；四肢和犄角处骨折 9只(45%，<30m)，共19处；破片伤11只(55.0 %，<35m)；眼损伤1只(5%，30m处)；口鼻出血11只(55%，均死亡)；多发伤11只(55%)，穿透伤7只(35%)，冲击伤18只(90%)。

3 大体解剖观察

现场死亡山羊立即大体解剖，存活山羊于实验后6h内经颈动脉放血处死，观察脏器损伤情况，结果发现，死亡山羊大脑均有不同程度的充血水肿，同时也发现右侧听器损伤较左侧严重；胸部解剖发现死亡山羊肺脏均有大面积出血和淤斑，呈弥漫性肝样变，部分山羊心内膜下有出血；腹部解剖发现死亡山羊肝脏、脾脏、肾脏及胃肠有不同程度的破裂或充血水肿。存活山羊伤情也主要集中在胸腹部，多表现为肺黏膜下出血和淤斑。见表1。

表1 山羊重要脏器部位受损表

肺脏作为爆炸冲击伤的最敏感靶器官之一，在冲击伤发展过程中最具有代表性[13]。由于肺是含有大量气囊或气泡的组织，与周围邻近组织相比密度较低，即肺承受的超压值在内脏中最低[14]，所以在内脏中肺最易发生损伤。对于距离爆心不同位置处山羊的肺脏解剖进行比较后发现，肺脏的损伤程度与山羊的分布距离密切相关，距离爆心越近，肺脏损伤程度越严重。见图3。

图3 实验后不同位置处山羊肺脏损伤情况。a.15m；b.27m；c.30m；d.35m；e.50m；f.90m

4 病理学观察

对存活山羊的部分脏器进行病理观察，距离爆心30m处山羊肺脏重度出血、肺泡扩张、肺间质血管充血和肺泡腔内水肿，脾脏中度出血，肝脏可见出血、破裂、炎性细胞浸润及空泡样变，心肌轻度出血；距离爆心35m处山羊肺脏重度出血、肺泡扩张、肺间质血管充血和肺泡腔内水肿，其余脏器病理检查未见异常；距离爆心40m处山羊肺脏中度出血、肺泡扩张，心肌轻度出血，其余脏器病理检查未见异常；距离爆心50m处山羊肺脏中度出血、肺泡扩张和炎细胞浸润，其余脏器病理检查未见异常；>50m处山羊脏器病理检查未见异常。见图4。

图4 存活山羊部分脏器病理图(HE×200)。a.30m处肺脏；b.30m处脾脏；c.30m处肝脏；d.30m处心脏；e.35m处肺脏；f.40m处肺脏；g.40m处心脏；h.50m处肺脏；i.50m处脾脏；j.50m处肝脏；k.50m处心脏；l.50m处肾脏

5 生物毁伤评估[12]

依据《爆炸伤病理学评分系统》进行损伤严重度的医学评估，结果发现重度伤为12只(60%)，中度伤为2只(10%)，轻微至轻度伤为4只(20%)，未损伤为2只(10%)。见表2。

表2 山羊毁伤等级评分结果

山羊编号规则为数字代表距离爆心位置，L为站在爆心面向162°测线左侧，R为右侧，M为测线上

讨 论

本次实验中，从动物解剖发现所有死亡山羊的致死原因主要来自爆炸瞬间产生的超压性冲击波。肺脏既是冲击波的主要靶器官，也是判断人体冲击伤程度的主要器官[15-16]，爆炸后死亡山羊均不同程度地发生了肺冲击伤，且30m内山羊的主要致死因素为肺严重冲击伤，具体表现为严重的肺出血和肺水肿，双侧肺塌陷或弥漫性表面出血或肝实质样变和胸腔大量积血及血凝块，有的同时伴有肺破裂；听器、胃肠道对冲击波致伤也较为敏感；在爆炸近区，山羊可因高温引起不同程度烧伤，表现为皮肤重度碳化至轻度燎毛；肝、脾等腹部实质性脏器破裂和包膜内血肿。对于远场爆炸，生物目标基本不受爆轰产物作用，主要损伤为肺泡和气管等受损，这也跟本次实验结果一致(30～50m处山羊主要伤情集中在肺脏)。该战斗部对山羊的致死半径为30m，致伤半径为50m，>50m处的冲击波未能造成山羊肺冲击伤。

除肺脏外，耳朵也是爆炸伤最敏感的器官之一[17-18]。本次实验中，距离爆心≤35m处的山羊两侧鼓膜全部破裂，破损率为100%;40～50m山羊右侧鼓膜全部破裂，左侧鼓膜充血；70m处山羊右侧鼓膜充血，左侧正常；90m处山羊两侧鼓膜都正常，说明此次实验会造成山羊严重的听器损伤，且朝向爆心一侧损伤更为严重。尽管听器损伤说明山羊受到了爆炸伤，但即使受到永久性听力丧失，生物的战斗力基本不受影响，因此在国外对爆炸伤的伤情评估中通常不考虑听力损伤。

目前应用在武器杀伤效应评估中的主要创伤评分系统有简明损伤定级标准(abbreviated injury scale,AIS)[19]，放冲复合伤诊断标准[20]、传统的冲击伤伤情病理判断方法[21-22]和校正损伤严重度指数(ASII)等。康建毅等[6]进行了不同创伤评分系统在武器杀伤生物效应评估中的比较，结果显示AIS评分系统不能反映爆炸伤中的多物理因素、复合伤、多部位的特点，而且对肺损伤评估偏轻。放冲复合伤指人体同时或相继发生以放射损伤为主的一类复合伤，适用于核事故或者核武器战争条件下的放冲复合伤伤员的诊断和治疗以及对放冲冲击的伤情评估，对于爆炸伤只是参考作用，而且这种评估方法比较零散，缺乏完整性和系统性以及对大当量爆炸实验的毁伤评价。传统的冲击伤伤情病理判定标准只能定性地评估损伤严重程度，不能评估继发性损伤造成的多发伤，并不适合于爆炸伤的精准评估。本次实验的生物损伤严重度的医学评估依据爆炸伤病理学评分系统进行，校正损伤严重度指数ASII评分随着距离的增加变化明显，辨识度最高，因此能较为有效地反映爆炸伤的伤情与损伤程度，更适合于武器杀伤生物效应爆炸伤伤情评估，但其缺点在于没有考虑颅脑损伤，损伤程度与分值并不是一一对应关系，计算方法比较繁琐，对致命器官的评估较低。所以在后续生物毁伤实验中需要根据实验类型选择相应的评估方法或将几种评估方法结合起来进行毁伤结果的判定。

从本研究的总体生物效应来看，该型战斗部在近场区域的毁伤元主要为爆炸性冲击波，冲击伤发生率可达到90%。在远场区域，毁伤因素也主要为冲击波，由于以往报道的常规杀爆战斗部主要依靠炸药爆炸时产生爆轰波压力和高速飞散的金属破片的冲击作用来进行杀伤，各种炸弹、炮弹、导弹和地雷等爆炸性武器，其主要杀伤因素也为带有不同能量的破片，因此，该型战斗部在提高爆炸冲击威力方面具有广阔的应用前景。