战场肢体创伤出血止血自救装置设计

李栋栋，刘 浩，陈蕊蕊，刘鹏云，白宝宝，张明明，黄 丽，郭万刚

(空军军医大学唐都医院心血管内科，陕西 西安 710038)

肢体创伤是战场上最常见的战伤之一，肢体创伤出血后伤员若得不到及时救助则可能因出血过多而休克死亡。我军现有的肢体止血工具多用于救护员对伤员或战斗员之间的“互救”，而较难实现伤员的“自救”，其原因一方面在于这些止血工具操作的复杂性，另一方面在于战斗员受伤后自救能力减弱。目前主流的以“互救”为主的救援方式最大缺陷在于救治时间受制于战场环境，根据“白金十分钟”“黄金半小时”等理念，“互救”为主的方式并不能达到最优化的战伤救治效果，在救护员接近伤员时，有可能已错过最佳的救治时间。其次，在抢滩登陆、伞降、潜水、特种作战或在狭小空间如步战车、战斗机等中执行任务时，“互救”方式更难实现。因此，如能实现伤员快捷的“自救”则可极大地降低战伤致死率和致残率。

本研究从汽车碰撞后安全气囊瞬间膨胀的原理中得到启发，设计出一款“一键式”快速止血自救装置。其整体形态为袖袋状，在战斗员执行任务前固定于四肢上端，止血装置内有可瞬间产生大量气体的反应物，当伤员肢体受伤出血后，用健肢触发止血装置的开关，气体可瞬间充满袖带气囊，压迫患肢上端，从而达到快速止血目的。其次，有一个微型计时器与触发开关偶联，可以记录止血时间，为救护人员进一步救治提供信息参考。

1 战场肢体创伤救治现状

1.1 战场肢体创伤的发生率

肢体创伤多见于爆震、炸伤、枪击、重物挤压、锐器离断、烧伤等战场情况。据不同文献资料报道，既往战争中肢体创伤的发生率均在60.0%以上[1]，我军在1951—1953年抗美援朝期间，四肢创伤发生率分别为63.9%、57.6%、53.9%，在全身各部位创伤中占比最高，苏军在卫国战争中四肢创伤发生率为59.0%～85.0%，美军在二战中四肢创伤发生率为70.0%[2]。美军在20世纪60年代的越南战场上共有7 989例肢体创伤伤员，超过50.0%的伤员因出血休克而致死[3]。战场死亡中，约10%是因肢体创伤出血所致[4]。战斗时，往往注重头部和胸腹部的防护，而关于肢体的防护意识和防护装备欠缺，这可能是四肢创伤发生率高的主要原因之一。2001—2011年美军在以爆炸伤为主的阿富汗和伊拉克战场上，可避免的院前死亡中有90.9%是因为失血过多，而其中13.5%是因为四肢出血[5]。据报道，肢体创伤后20 h以上、11～20 h和10 h内得到救治的伤员其截肢率分别为68.0%、48.8%和36.7%[6]。同时，《我军战伤伤情评估和诊断方法的专家共识》[7]中推荐的MARCH伤情评估法[8]将大出血的评估放在气道评估之前，这说明及时止血是降低致死率和致残率的关键。止血带的使用在战伤救援中发挥着十分重要的作用[9-10]。EILERTSEN等[11]对55项研究的meta分析表明，止血带在暴恐袭击等非战争救援中同样可以提高伤员生存率，降低输血量。SMITH等[12]研究表明，在日常的民事活动中，止血带的价值亦是如此。

1.2 现行救治工具和救援策略

近几十年来，我军在战伤止血工具方面的研究进展缓慢，现有的几种止血工具包括绞棒止血带、橡胶止血带、卡式止血带和旋压式止血带，其标准操作时间为15～40 s。卡式止血带虽用时最短，操作最为简便，但其对大动脉尤其是股动脉的止血效果最差；橡胶止血带需要操作者使用较大力气完成，伤员在受伤情况下较难利用其完成“自救”，尤其是上肢的“自救”；郭俊艳等[13]对止血带的研究发现，除旋压式止血带外，其他止血带的血流阻断成功率相对较低，受试者痛感相对较强。旋压式止血带和绞棒止血带的原理基本相似，是绞棒止血带的升级版，也是目前应用最广泛的止血带，但相对而言，这种止血带也不便于伤员实行“自救”。

我军现行的救援工具决定了现行的救援模式：伤员搜寻-火力掩护下接近伤员-将伤员搬运至安全地带-止血急救，这种“互救”为主的救援模式明显受制于战场环境，不能达到最优化的救援效果，当救护员接近伤员后，可能已错过了最佳救援时间，伤员可能因出血过多而休克死亡，其次不能及时地止血急救也是肢体致残和全身感染的重要原因。

在现代作战形态中，武装泅渡、伞降、抢滩登陆、潜水或其他特种作战越来越成为一种常见的战术，在这种战斗情况下，当前“互救”为主的救援模式的局限性愈加明显。尤其是在越来越被注重的小组作战中，相对于有充足救援人员的传统规模性作战，依靠“互救”为主的救援模式可能打乱作战计划，导致作战失败。其次，在狭小空间如步战车、战斗机和工程车辆等中执行任务时，“互救”的救援方式也十分难以实现。

1.3 止血自救装置的提出

基于以上现状，要提高战伤救治效果，传统的以“互救”为主的救援模式应向以“自救”为主的救援模式转变，而转变的前提应该是有一款便于伤员自行操作的止血工具。“战场肢体出血快速止血自救装置”即是一款便于伤员自行操作的止血工具，在战斗员执行任务前将其固定于四肢上端，当伤员肢体受伤出血后，第一时间用健肢触发止血装置的开关，激发产气反应，产生大量氮气，气体瞬间充满袖带气囊，压迫患肢上端，达到止血目的。其次，有一个微型计时器和触发开关偶联，可以记录止血时间，为救护人员进一步救治提供信息参考。本装置预计可在0.3 s内实现“一键式”的止血自救，一套(4个)质量不超过1 kg，对战斗员的战斗状态影响很小。其结构轻便、造价低廉、结实防水、耐高温低温，在提高战伤救治效果、提升战斗员战斗信心中也许可发挥“四两拨千斤”的作用。

2 装置设计

2.1 整体设计

本装置整体结构为长方形(图1)，在战斗员执行任务前利用其两侧的粘钩将其封闭为袖袋状(图2)，固定于上肢的中上1/3处，下肢的腹股沟下侧(图3)，本装置由袖带、产气装置、微型计时器三部分组成，当战斗员肢体受伤出现大出血后，可立即用健肢激发患肢上的产气装置开关，产气药物发生反应瞬间产生大量氮气，充满可充气气囊，通过压迫肢体肌肉闭塞肢体大动脉，达到止血效果，与此同时，与产气装置开关偶联的微型计时器开始计时，为后续医务人员的进一步诊治提供参考。本装置选用防水、耐磨、耐高温低温的材质，可保证其在抢滩登陆、寒区作战、高原作战和特种作战等各种环境下使用。本装置一套(4个)质量不足1 kg，与战斗员的战斗着装质量相比，其数值可忽略不计，本装置固定于肢体后松紧适宜，对战斗员战斗状态的不良影响很小。

1：粘扣；2：排气口；3：可充气气囊；4：产气装置。图1 整体结构平铺状态示意图(外侧观)

1：微型计时器；2：产气装置；3：出气口；4：粘扣； 5：排气口；6：可充气气囊。图2 整体结构使用状态示意图

1：产气装置；2：可充气气囊。图3 止血装置固定位置示意图

2.2 局部设计

2.2.1 可充气袖带 本装置的袖带分为两款，一款用于上肢，长45 cm，宽8 cm，另一款用于下肢，长70 cm，宽10 cm。袖带包括外侧的帆布和内侧的可充气气囊(图1～3)，外侧的帆布选用结实耐磨无延伸性的迷彩色布料，其作用一是用来保护其内侧的气囊，二是用来限制其内侧气囊充气后向外侧扩张，迫使其向内侧扩张压迫肢体，三是用来保证战斗员的舒适性和隐蔽性。内侧的可充气气囊容积第一款约2.2 L，第二款约5.5 L，选用轻质防爆密闭性好的材质。与传统的止血带相比，该气囊与肢体的接触面积大，压强小，可避免肢体挤压伤。

2.2.2 产气装置 本装置的产气装置分为两款(图4)，一款体积约2 cm3，用于上肢；另一款体积约3 cm3，用于下肢。外壳选用防爆材料，内含产气药块、点火药层、撞针、击针板、强力弹簧、开关等，当激发开关后，弹簧推动击针板撞击点火药层，点火药层燃烧后产气药块发生反应瞬间产生大量氮气，氮气通过气孔进入可充气气囊。为避免战斗员在作战时无意中激发装置，本开关选用旋钮式。本装置包括外缸和内缸，外缸与开关整合，可随开关的转动而转动，在内缸的上部同一层面有四粒钢珠卡住击针板，限制其向下运动，在外缸的同一层面有4个和钢珠直径同等大小的缺口，在正常状态下，缺口与钢珠不对应。当旋转开关后，外缸上的缺口正好与钢珠对应时，钢珠因击针板的挤压而进入缺口内，从而解除对击针板的限制，使其向前高速运动致使撞针撞击点火药层致其燃烧。

A：未激发状态；B：激发状态。1：触发开关；2：强力弹簧；3：钢珠；4：点火药层；5：产气药块；6：内缸；7：出气口；8：过滤器；9：撞针；10：击针板；11：外缸。图4 产气装置结构示意图

2.2.3 微型计时器 肢体止血带的结扎时间一般为1 h，时间过长可能会导致肢体坏死，本装置的微型计时器使用电子计时器，其计时开关与产气装置的开关偶联，当激发产气装置的开关后，计时器开始计时，为后续医务人员的进一步救治提供信息参考。

3 装置工作原理

3.1 产气装置产气原理

产气药块为NaN3、Fe2O3和NaHCO3的混合物。当激发开关后，产气药块迅速反应产生大量气体，使气囊充气，起到止血自救效果。其中，NaN3为还原剂、气体发生剂，受热分解为N2和Na，N2为稳定气体，产气高效；Fe2O3为氧化剂，与Na反应生成还原产物Na2O和Fe；NaHCO3为冷却剂，上述反应为放热反应，需要冷却剂将热量吸收，避免烫伤伤员，NaHCO3吸收热量后分解为Na2CO3、CO2和H2O。通过计算，产生1 L N2大约需要3 g产气药块。那么，缠绕于上肢的装置，需要产气药块25 g，缠绕于下肢的装置，需要产气药块75 g。

3.2 袖带气囊止血原理

根据人体血管分布，压迫上肢的中上1/3，可闭塞肱动脉，阻断整个上肢的血流，同理压迫下肢中上1/3，可闭塞股动脉，阻断整个下肢的血流。此两个位置也是骨科四肢手术的止血位置。当战斗员四肢以远部位受伤出血后，压迫上述位置，可阻断肢体血流，减少血液流失，避免休克死亡。本装置的止血原理类似于骨科手术的电动气压止血带，通过向缠绕于肢体上的气囊内充气使压力超出所属血管收缩压70 mmHg，下肢350～400 mmHg、上肢250～300 mmHg时，即可通过压迫四肢肌肉，间接闭塞动脉，达到止血效果。

此装置也可用于灾害救援、缉毒反恐、高危作业、爆破、安保、野外探险或其他民事活动中[14]。下一步，我们将进一步研究肢体创伤出血后的血流动力学变化，结合生物工程的感应装置、整合药物模块、5G信息工程技术，实现智能自救、伤员定位、病情传输等。