冲击波的损伤机理对人体的影响

冲击波损伤往往是多脏器损伤,一部分脏器伤的症状、体征常被掩盖,因而易发生漏诊,时有误诊出现;冲击波损伤若合并有严重创伤或休克,常需大量静脉补液,如处理不当,易促发或加重肺水肿,因此深入了解冲击波损伤机理具有重要意义。关于冲击波对人体损伤的分类,按照损伤部位的不同,冲击伤可以分为颅脑伤、胸部伤、腹部伤、脊柱四肢伤和听觉器官损伤等;按作用方式的不同,冲击伤可以分为直接伤和间接伤;按照致伤因素的不同,冲击伤可以分为超压伤和动压伤;按照传导介质的不同,冲击伤可以分为气体冲击伤、水下冲击伤和固体冲击伤。

冲击波对人体的损伤情况主要受冲击波超压、冲量和正压持续时间的影响,损伤效应主要包括碎裂效应、内爆效应、惯性效应、压力差效应、血液动力效应、负压与肺泡扩张效应和生物力学效应等。

1.碎裂效应

碎裂效应是指压力波从致密组织向疏松组织传播的过程中,会在两组织界面处发生反射,从而导致致密组织因局部压力的突然增高而出现损伤。如冲击波在含有空气的肺泡腔与肺泡壁间界面处发生反射,将会引起肺泡壁的损伤。

2.内爆效应

内爆效应是指冲击波通过含有气泡或气腔的液体介质时,液体不会被压缩,但气体会受到强烈的压缩作用,故液体介质中的气泡会迅速膨胀,从而形成许多新的压力波源,致使含气的周围组织(肺脏、胃肠道)出现损伤。

3.惯性效应

压力波在密度不同的组织中的传播速度具有很大的差异,表现为疏松组织传递较快,而致密组织传递较慢,由于两组织速度的差异性,就容易造成两组织接触处产生分离性损伤,这种损伤效应就是惯性效应。

4.压力差效应

由于组织器官两侧的压力差而造成的损伤效应称为压力差效应。鼓膜破裂就是由鼓膜两侧巨大的冲击波压力差所造成的。

5.血液动力效应(www.xing528.com)

血液动力效应是由于心脏血压的急剧升高而造成心脏损伤。人体受到冲击波的作用后,其心腔和肺血管腔内的压力可净增26.0～57.6 kPa,甚至高达86.7 kPa。原因是超压作用于体表后,一方面压迫腹壁,使腹压增加,膈肌上顶,上腔静脉血突然涌入心、肺,使心、肺血容量急剧增加;另一方面又压迫胸腔容积使其缩小,胸腔内压急剧上升。超压作用后,紧接着就是负压的作用,这时因减压的牵拉作用又使胸廓扩大,这样急剧的压缩和扩张,使胸腔内发生一系列血液动力学的急剧改变,从而造成心肺损伤。

6.负压与肺泡扩张效应

冲击波对人体的损伤主要来源于冲击波正压,但冲击波负压也会造成严重的肺损伤,其损伤特点为肺组织的过度扩张而导致肺泡破裂。

7.生物力学效应

原发性冲击伤的发生机制与生物的力学效应有关,Stuhmiller提出了人体响应过程的三个阶段:体表对冲击波载荷的迅速响应、组织器官的变形和应力的出现、应力造成的组织器官损伤。

8.声强度(声阻抗)效应

声强度是指介质密度与冲击波纵波扩散速度的乘积。声强度越大的组织,通过其中的冲击波能量越小,反射回来的能量越多,局部引起的破坏越严重。脑、骨骼肌、腹腔实质脏器等均质性的组织结构,声强度较小,冲击波易于通过,故很少受到压缩和向内移位,损伤较轻。例如,在内耳发生损伤时,鼓膜却可能是完整的;又如,当坚固的混凝土建筑、铁器等物体已受到冲击波的破坏时,处于该地区的人员损伤却很轻,原因就在于前者的声强度较后者大。

9.纵波与横波效应

冲击波进入肌体后,实际上形成了两种各自独立的扩散系统——纵波与横波。在纵波内,组织移位是沿着本身的扩散方向进行的,并伴有肌体的受压与扩张;在横波内,组织按水平方向位移,与纵波扩散的方向垂直,而与肌体各部分体积的变化无关。纵波的扩散速度总是比横波大,组织的压缩与扩张程度随着纵波的向前推进而逐渐消失。在冲击波的作用下,向爆心侧的损伤更为严重。