原發(fā)性顱腦沖擊傷的生物力學(xué)機(jī)制

趙　輝,朱　峰

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·綜述·

原發(fā)性顱腦沖擊傷的生物力學(xué)機(jī)制

趙輝,朱峰

隨著現(xiàn)代各種爆炸性武器尤其是各種簡(jiǎn)易爆炸裝置(improvised explosive devices，IEDs)的出現(xiàn)，沖擊傷已成為一種常見(jiàn)傷類(lèi)。原發(fā)性顱腦沖擊傷系沖擊波直接作用人體導(dǎo)致的顱腦損傷，其危害正受到廣泛關(guān)注。為研究原發(fā)性顱腦沖擊傷的病因?qū)W和病理特點(diǎn)，以提高顱腦沖擊傷的防護(hù)和救治水平，迄今已通過(guò)多學(xué)科融合、多種研究手段相結(jié)合來(lái)開(kāi)展原發(fā)性顱腦沖擊傷研究。本文對(duì)沖擊波物理特性、沖擊傷實(shí)驗(yàn)方法、顱腦沖擊傷力學(xué)機(jī)制和閾值等原發(fā)性顱腦沖擊傷的生物力學(xué)機(jī)制內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,以期引起更多關(guān)注。

顱腦損傷； 沖擊傷； 爆炸； 生物力學(xué)

人體沖擊傷常見(jiàn)于戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖襲擊、航空事故以及生產(chǎn)爆炸事故等，隨著現(xiàn)代各種爆炸性武器、尤其是各種簡(jiǎn)易爆炸裝置(improvised explosive devices，IEDs)的出現(xiàn)，沖擊傷已成為一種常見(jiàn)傷類(lèi)。原發(fā)沖擊傷是指沖擊波直接作用于機(jī)體所產(chǎn)生的損傷[1]。以往認(rèn)為，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)和含氣臟器(肺臟和胃腸道)是沖擊傷的主要靶器官，頭顱因堅(jiān)硬顱骨保護(hù)，沖擊波直接作用一般不會(huì)損傷腦組織。美軍統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2001～2007年在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中63%的傷亡人員與爆炸損傷有關(guān)[2]；美海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中52%的顱腦損傷(TBI)因爆炸沖擊所致[3]。當(dāng)前，沖擊波直接作用人體導(dǎo)致的原發(fā)性顱腦沖擊傷正受到廣泛關(guān)注，國(guó)際學(xué)術(shù)界已通過(guò)多種手段開(kāi)展了大量顱腦沖擊傷研究，本文就顱腦沖擊傷的生物力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1　沖擊波的物理特性

爆炸是一種極為迅速的物理或化學(xué)能量的釋放過(guò)程，其主要特征是在爆點(diǎn)周?chē)橘|(zhì)中出現(xiàn)突然的壓力釋放增高，或稱(chēng)為壓力突變。典型的沖擊波通常是在爆炸過(guò)程中形成，沖擊傷常在爆炸時(shí)產(chǎn)生。爆炸導(dǎo)致的人體傷害除沖擊波直接作用外，還可能同時(shí)有破片穿透、熱燒傷、鈍性撞擊、微波和毒氣等多種傷害因素。沖擊波是介質(zhì)(如空氣、水)中傳播的一種高速高壓波，具有與聲波相似的物理特性，還具有區(qū)別于聲波的熱力學(xué)特性：沖擊波傳播速度大于未被擾動(dòng)介質(zhì)中的聲速；沖擊波前界，即波陣面上，介質(zhì)壓力、密度、溫度等狀態(tài)參數(shù)發(fā)生階躍性的突然增高；沖擊波速度與其強(qiáng)度有很大關(guān)系，強(qiáng)度越大，速度也越快；沖擊波無(wú)周期性，在介質(zhì)中傳播會(huì)發(fā)生能量消耗。理想爆炸沖擊波波陣面空氣壓力、密度和溫度出現(xiàn)階躍式上升，然后壓力呈指數(shù)性衰減，并達(dá)負(fù)壓。理想爆炸沖擊波壓力曲線(xiàn)又稱(chēng)為弗里德蘭德(Friedlander)曲線(xiàn)(圖1)，該曲線(xiàn)常用超壓(overpressure)、超壓持續(xù)時(shí)間(duration)或超壓對(duì)持續(xù)時(shí)間積分，即沖量(impulse)來(lái)定義。

P0:正常大氣壓；ΔP:沖擊波超壓；ΔP-:沖擊波負(fù)壓；T+:沖擊波正壓持續(xù)時(shí)間；T-:沖擊波負(fù)壓持續(xù)時(shí)間

2　原發(fā)性顱腦沖擊傷的實(shí)驗(yàn)方法

原發(fā)性顱腦沖擊傷生物力學(xué)機(jī)制研究的關(guān)鍵是需要產(chǎn)生一爆炸沖擊波直接作用于試驗(yàn)對(duì)象，以此研究原發(fā)性顱腦沖擊傷的力學(xué)過(guò)程和病理生理變化，目前可以通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬的方法來(lái)產(chǎn)生一理想沖擊波。

2.1自由場(chǎng)炸藥試驗(yàn)(free-field explosives testing)該方法是在空曠環(huán)境中引爆爆炸物產(chǎn)生一真實(shí)爆炸沖擊波，直接作用于實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行爆炸沖擊傷研究。由于非理想沖擊波不易量化，還可能使待研究的沖擊傷模型復(fù)雜化，因此自由場(chǎng)爆炸試驗(yàn)時(shí)爆炸物應(yīng)置于空中，并避開(kāi)周?chē)ㄖ?，以防止沖擊波因周?chē)鷱?fù)雜環(huán)境反射形成復(fù)雜波。為規(guī)范該試驗(yàn)方法中爆炸物質(zhì)量和動(dòng)物布放位置差異對(duì)沖擊傷致傷參數(shù)的影響(如沖擊波超壓和持續(xù)時(shí)間)，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)或霍普金森準(zhǔn)則對(duì)爆炸當(dāng)量或布放距離進(jìn)行等效計(jì)算[4]。自由場(chǎng)爆炸試驗(yàn)的最顯著優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)沖擊波與真實(shí)爆炸一致，但缺點(diǎn)是試驗(yàn)耗費(fèi)大、耗時(shí)，環(huán)境控制困難，爆炸形成的破片或毒氣會(huì)使沖擊傷模型復(fù)雜化。

2.2激波管試驗(yàn)(shock tube testing)激波管是由幾部分組成起來(lái)的長(zhǎng)管，通常用膜片將長(zhǎng)管分為兩段：一段充氣，叫做“高壓段”，另一段稱(chēng)為“低壓段”，其工作原理是：當(dāng)膜片承受不了高壓段內(nèi)氣體壓力破裂時(shí)，管腔內(nèi)立即發(fā)生氣體的高速流動(dòng)。高壓段內(nèi)形成稀疏波，其運(yùn)動(dòng)方向背離膜片側(cè)；低壓段中形成激波，其運(yùn)動(dòng)方向與稀疏波正好相反，朝向管尾側(cè)。當(dāng)稀疏波趕上激波后，激波壓力迅速下降，稀疏波尾壓力低于大氣壓時(shí)，則可得到負(fù)壓相，由此得到近似于理想沖擊波的壓力曲線(xiàn)。與爆炸產(chǎn)生的沖擊波相比，雖然激波管壓力曲線(xiàn)有時(shí)波形上有所不同，但性質(zhì)上卻相同。利用激波管所產(chǎn)生的激波可進(jìn)行沖擊傷的實(shí)驗(yàn)研究。作者單位采用“雙夾膜”方式成功研制了包括驅(qū)動(dòng)段、夾膜段、擴(kuò)張段、過(guò)渡段和實(shí)驗(yàn)段的系列生物激波管，可進(jìn)行大、小動(dòng)物乃至細(xì)胞層面的沖擊傷實(shí)驗(yàn)。用激波管理論上可復(fù)制各種爆炸沖擊波曲線(xiàn)，且該方法環(huán)境可控，實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)，但與真實(shí)爆炸還是有區(qū)別，如不能反映出爆炸熱效應(yīng)[4]。

2.3管道內(nèi)爆炸試驗(yàn)(blast tube testing)該方法類(lèi)似激波管，試驗(yàn)前將爆炸物放置在管道末端錐形筒或拋物線(xiàn)筒內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)引爆管道內(nèi)爆炸物，使爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體在管道內(nèi)傳播，以形成理想沖擊波。管道內(nèi)爆炸試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是爆炸產(chǎn)生的氣體或粉末可能對(duì)沖擊傷試驗(yàn)結(jié)果有影響，且爆炸物的存儲(chǔ)和處理對(duì)實(shí)驗(yàn)室還有特殊要求。

2.4計(jì)算機(jī)模擬(computer simulation)爆炸沖擊的計(jì)算機(jī)模擬隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法不斷進(jìn)步而得到極大發(fā)展，現(xiàn)已成為常規(guī)沖擊實(shí)驗(yàn)的一種有效補(bǔ)充。有限元法是爆炸沖擊計(jì)算機(jī)模擬的最常用方法，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多個(gè)版本的適宜于模擬沖擊傷的人和動(dòng)物頭顱有限元模型。本文作者結(jié)合爆炸沖擊動(dòng)力學(xué)理論和激波管工作原理，首先開(kāi)發(fā)出經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的激波管有限元模型。該模型基于任意拉格朗日-歐拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)算法，可以準(zhǔn)確描述沖擊波在激波管中的形成和傳播，實(shí)現(xiàn)了激波管形狀和尺寸參數(shù)化的快速設(shè)計(jì)，并已集成在ETA公司全球發(fā)行的高性能計(jì)算分析軟件InventiumTM中，被世界多個(gè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)用于沖擊波致人體損傷的模擬研究。計(jì)算機(jī)模擬方法與常規(guī)試驗(yàn)方法相比，具有實(shí)驗(yàn)效率高和耗費(fèi)低的優(yōu)點(diǎn)，但該方法亟待完善，如顱腦沖擊傷有限元模型中組織材料的率變特性、不同結(jié)構(gòu)間的力學(xué)耦合以及經(jīng)典沖擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等問(wèn)題。

進(jìn)行沖擊傷試驗(yàn)的壓力測(cè)試方法通常有兩種：一種是側(cè)面測(cè)量(side-on)，即壓力傳感器敏感面垂直于沖擊波傳播方向測(cè)量沖擊波超壓；另一種是迎面測(cè)量(face-on)，即壓力傳感器敏感面朝向正對(duì)沖擊波波源測(cè)量沖擊波總壓(超壓和動(dòng)壓)。第二種測(cè)試方法其結(jié)果是第一種測(cè)試方法的2～8倍。因此，在引用比較已發(fā)表試驗(yàn)數(shù)據(jù)或驗(yàn)證計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果時(shí)要特別注意。

3　原發(fā)性顱腦沖擊傷的損傷機(jī)制

如前所述，嚴(yán)重顱腦爆炸傷可同時(shí)復(fù)合多種傷害因素，如沖擊波直接作用、頭顱被沖擊波掀起的物體撞擊或穿透、人體被拋擲而發(fā)生的撞擊傷、燒傷或其它環(huán)境污染傷害等；中輕度顱腦爆炸傷一般為沖擊波直接作用所致。沖擊波直接作用人體引起原發(fā)性顱腦沖擊傷的力學(xué)響應(yīng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間由數(shù)十至數(shù)百毫秒，其損傷力學(xué)機(jī)制和損傷閾值是當(dāng)前關(guān)注的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

3.1顱腦沖擊傷的損傷力學(xué)機(jī)制顱腦沖擊傷的力學(xué)過(guò)程異常復(fù)雜，可能既有沖擊波直接作用的人體內(nèi)波傳播，又有頭顱對(duì)沖擊波動(dòng)壓撞擊的響應(yīng)——即頭顱加速運(yùn)動(dòng)，前者導(dǎo)致顱內(nèi)壓力增加，后者則是顱內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力/應(yīng)變。

3.1.1顱腦沖擊傷的波傳播效應(yīng)人體遭受沖擊波作用時(shí)體內(nèi)沖擊波傳播存在多條途徑。顱骨是應(yīng)力波的“良導(dǎo)體”。顱腦沖擊傷的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)研究表明，應(yīng)力波在104～105Hz以?xún)?nèi)僅有很少的能量衰減[5]。沖擊波作用頭顱首先引起顱骨變形，壓縮波在顱骨變形初始階段比空氣中更快地穿過(guò)顱骨和腦組織[6]。與其它任何彈性物體類(lèi)似，壓縮波通過(guò)后被壓縮沖擊的顱骨瞬間反彈，在腦脊液和組織內(nèi)形成一拉伸波，該拉伸波與隨后傳到的沖擊波負(fù)壓部分疊加，可能使顱骨壓縮再次加劇[7]。壓縮/拉伸波在顱內(nèi)以約為1 560m/s的速度傳播，由于顱腦組織材料的非對(duì)稱(chēng)性和加載沖擊波的非均一性，顱內(nèi)產(chǎn)生了剪切波。剪切波傳播速度慢(約10m/s)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其傷害比壓縮波更明顯。離體和在體實(shí)驗(yàn)均表明，拉伸應(yīng)變對(duì)組織的傷害比壓應(yīng)變更明顯[8]。本質(zhì)上，顱內(nèi)充盈腦脊液可以承受壓力載荷從而對(duì)腦組織結(jié)構(gòu)起到支撐保護(hù)作用，但拉力卻可直接破壞弱或強(qiáng)的分子層面連接。此外，腦組織和腦脊液內(nèi)的拉伸變化可導(dǎo)致空化效應(yīng)，微泡空化可引起周?chē)M織出現(xiàn)拉伸損傷，但生理環(huán)境下是否會(huì)出現(xiàn)空化效應(yīng)目前還存在爭(zhēng)議[7]。

沖擊波直接作用頭顱，應(yīng)力波可通過(guò)顱骨腔隙或孔洞直接傳入顱內(nèi)，如眼窩、篩骨、枕大孔和血管孔等[9-13]。作用于胸腹部的沖擊波由于腦與軀干通過(guò)大血管和脊髓槽相連接使爆炸沖擊波能量可能以彈性波的形式沿著血管傳入大腦[9-11]，血管內(nèi)的彈性波傳播慢，其通常在沖擊波直接作用頭顱后才抵達(dá)顱內(nèi)，但引起的顱腦損傷仍被歸入原發(fā)性顱腦沖擊傷。然而，彈性波是否能從血管傳入顱內(nèi)還存在一些疑問(wèn)[14]，且目前廣泛使用的胸腹部防護(hù)裝具[15]似乎并未減少原發(fā)性顱腦沖擊傷的發(fā)生率，也對(duì)該假說(shuō)提出了質(zhì)疑。

3.1.2頭顱加速效應(yīng)沖擊波作用頭顱可致頭顱瞬間加速運(yùn)動(dòng)，因頭頸部約束還可使頭顱出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加速。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超壓峰值110～740kPa的沖擊波直接沖擊頭顱，頭顱加速度峰值在385～3 845g[16]。現(xiàn)已知道頭顱線(xiàn)加速或旋轉(zhuǎn)加速均可引起多種類(lèi)型損傷，如彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury,DAI)、挫傷和急性硬膜下出血[17-18]。由于顱-腦復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的影響，究竟是線(xiàn)加速還是角加速引起了顱腦損傷還曾經(jīng)在創(chuàng)傷生物力學(xué)研究領(lǐng)域引起長(zhǎng)期爭(zhēng)論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為：撞擊頭顱的力量足夠大，顱腦之間就可能在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與撞擊點(diǎn)或?qū)_點(diǎn)發(fā)生接觸，以此導(dǎo)致腦挫裂傷或腦出血[19]。然而，因?yàn)槟X組織與腦脊液的密度差異并不大，頭顱加速運(yùn)動(dòng)時(shí)兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度低，顱腦之間需要一定時(shí)間才能接觸[20]。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為：顱內(nèi)腦的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有密度方面的約束條件，腦可以獲得較高旋轉(zhuǎn)速度，且因?yàn)轱B骨不規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)，更容易發(fā)生顱-腦之間的接觸。TBI的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)腦的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)物的傷害很大，甚至在顱腦之間的相對(duì)中度旋轉(zhuǎn)都可能導(dǎo)致局灶性或彌漫性的損傷[17,21]。需要指出的是：頭顱直線(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)與顱內(nèi)壓變化有顯著關(guān)系，沖擊震動(dòng)引起的頭顱瞬間線(xiàn)加速可引起顱腦損傷[22]。

3.2顱腦沖擊傷的損傷閾值明確原發(fā)性顱腦沖擊傷的損傷閾值對(duì)顱腦沖擊傷防治研究有重要意義：從事沖擊傷救治的醫(yī)學(xué)研究人員需要掌握沖擊傷的致傷參數(shù)邊界條件，以復(fù)制出各種動(dòng)物模型；沖擊傷防護(hù)研究人員需要明確知道顱腦沖擊傷的損傷閾值，以制定相應(yīng)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，從而有效評(píng)價(jià)各種防護(hù)裝備防護(hù)效果。

以往建立顱腦撞擊傷損傷閾值時(shí)將力學(xué)輸入作為預(yù)測(cè)參數(shù)，如頭顱受撞擊時(shí)的加速度或?qū)铀俣鹊臅r(shí)間積分，但現(xiàn)在已知道若以頭顱對(duì)外力的響應(yīng)來(lái)預(yù)測(cè)顱腦損傷則更準(zhǔn)確，如用應(yīng)力或應(yīng)變。原發(fā)性顱腦沖擊傷的頭顱瞬間加速，持續(xù)時(shí)間短；顱內(nèi)壓是常見(jiàn)顱腦損傷評(píng)估力學(xué)指標(biāo)之一，但該壓力究竟是沖擊波超壓引起，還是因沖擊波動(dòng)壓撞擊頭顱引起的線(xiàn)加速所致，目前尚不明確。盡管計(jì)算機(jī)模型可以預(yù)測(cè)顱內(nèi)應(yīng)力/應(yīng)變，但這些模型尚需要大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。因此，顱腦沖擊傷的損傷閾值目前不是以響應(yīng)，而是以輸入來(lái)評(píng)估，如沖擊波超壓和持續(xù)時(shí)間。

目前已有多種動(dòng)物被用于沖擊傷實(shí)驗(yàn)研究，如鼠、兔和豬，由于實(shí)驗(yàn)選用動(dòng)物模型和實(shí)驗(yàn)方法差異，致傷參數(shù)也不完全相同。如Wistar大鼠激波管顱腦沖擊試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在超壓240kPa、持續(xù)時(shí)間2ms的沖擊波作用下未發(fā)現(xiàn)損傷[23]；同樣通過(guò)激波管試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間為3.5ms，Spague-Dawley大鼠在沖擊波超壓不超過(guò)126kPa未損傷，達(dá)到147kPa則出現(xiàn)顱內(nèi)出血[24]；激波管實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)沖擊波超壓在414～655kPa，持續(xù)時(shí)間為0.5ms，Long-Evans大鼠出現(xiàn)了蛛網(wǎng)膜下腔出血[25]。Cheng等[26]用TNT爆炸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間均為3ms，沖擊波超壓200kPa以上動(dòng)物出現(xiàn)腦挫裂傷，100kPa時(shí)卻未發(fā)現(xiàn)損傷。人與動(dòng)物解剖結(jié)構(gòu)和功能存在顯著差異，如何將動(dòng)物的損傷閾值遞推到人也成為沖擊傷研究的重要內(nèi)容。20世紀(jì)60、70年代研究人員建立了從動(dòng)物到人的肺沖擊傷縮放比例關(guān)系。近年有學(xué)者以體重作為比例因子提出了動(dòng)物與人關(guān)于能量吸收、壓力和顱內(nèi)最大主應(yīng)力的縮放關(guān)系。Zhu等[27]分析了爆炸沖擊試驗(yàn)和激波管沖擊實(shí)驗(yàn)的沖擊比例縮放關(guān)系，建立了基于沖擊波超壓和持續(xù)時(shí)間的顱腦沖擊傷比例縮放模型，并推導(dǎo)出從大鼠到豬、再到人的比例縮放曲線(xiàn)。需要指出的是，由于沖擊試驗(yàn)的復(fù)雜性，相關(guān)比例縮放還需要大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3顱腦沖擊傷的響應(yīng)特點(diǎn)因頭顱結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及沖擊波能量具有高頻特性、作用持續(xù)時(shí)間短，盡管在體試驗(yàn)中采集生物力學(xué)參數(shù)非常困難，但若干腦組織結(jié)構(gòu)因吸收沖擊波能量而損傷卻是明確的，如腦血管、軸突、神經(jīng)元樹(shù)突和突觸、細(xì)胞骨架和離子通道等。從力學(xué)觀點(diǎn)看，不同結(jié)構(gòu)和屬性(密度和彈性)宏觀或微觀結(jié)合部在高應(yīng)變率加載的沖擊波作用下是易損傷部位，包括血腦屏障、脈絡(luò)叢、腦-腦脊液銜接界面、神經(jīng)元/軸索膜、樹(shù)突棘和郎飛結(jié)等；若這些部位的共振頻率與沖擊波的頻率一致，相應(yīng)結(jié)合部特別易損傷。

爆炸性顱腦損傷因損傷環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)是多種沖擊波損傷疊加共同作用機(jī)體，機(jī)體整體、局部和腦組織又共同對(duì)沖擊波發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，顱腦沖擊傷可引起神經(jīng)生理、病理、生化及行為的改變[28]。對(duì)特別嚴(yán)重的顱腦沖擊傷，如顱骨骨折或顱內(nèi)血腫，可通過(guò)CT或MRI影像檢測(cè)；但對(duì)于腦震蕩或中度腦損傷，如神經(jīng)軸、微血管或突觸損傷，則即使是用高分辨率的影像檢測(cè)技術(shù)也很難進(jìn)行診斷，因此由于沒(méi)有明顯創(chuàng)傷或僅有輕度不適，中輕度原發(fā)性顱腦沖擊傷易被漏診。

4　展望

爆炸沖擊傷的傷害因素多，頭顱結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜，通過(guò)系列研究來(lái)闡明原發(fā)性顱腦沖擊傷的病因?qū)W和病理學(xué)特點(diǎn)對(duì)提高顱腦爆炸傷的防護(hù)和救治水平有重要意義。盡管迄今已對(duì)顱腦沖擊傷開(kāi)展了大量研究工作，但目前對(duì)顱腦沖擊傷的損傷機(jī)制和耐限仍不十分清楚，還需要綜合多學(xué)科知識(shí)，結(jié)合多種研究方法，在器官、組織和細(xì)胞等多層次結(jié)構(gòu)上進(jìn)行跨尺度生物力學(xué)研究[29-30]，以進(jìn)一步揭示顱腦沖擊傷的損傷機(jī)制，從而為顱腦沖擊傷的防護(hù)和救治提供理論指導(dǎo)。

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(本文編輯： 郭衛(wèi))

The biomechanical mechanism of primary blast brain injury

ZHAOHui1,ZHUFeng2,3

(1.Department 4,Institute of Surgery Research,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing400042,China； 2.Bioengineering Center,Wayne State University,Detroit,Michigan48202,USA;3.Department of Mechanical Engineering,Embry-Riddle Aeronautical University,Daytona Beach,FL32114,USA)

With the increased utilization of explosive-type weapons, especially improvised explosive devices,blast-induced injury has been one of the injuries observed commonly. Primary blast-induced brain injury (PBBI) is caused by the blast wave loading on human body directly,whose hazardous outcomes are of great interest. To study the etiology and pathology for PBBI,and then improve the treatments and prevention for PBBI,a large number of studies concerning PBBI have been performed by multidisciplinary research methods. To attract more attentions,the property of blast wave,research method for PBBI,mechanical theory for PBBI,and injury tolerance of PBBI are reviewed in this paper.

brain injury; blast injury; explosion; biomechanics

1009-4237(2016)06-0375-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(31470913)；教育部留學(xué)回國(guó)人員啟動(dòng)項(xiàng)目

400042 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所第四研究室(趙輝)； 48202 美國(guó)密西根州 底特律，韋恩州立大學(xué)生物工程中心(朱峰)； 32114 美國(guó)佛羅里達(dá)州 戴托那，Embry-Riddle航空航天大學(xué)機(jī)械工程系(朱峰)

R 642；R 651.15

A

10.3969/j.issn.1009-4237.2016.06.017

2015-12-11；

2016-01-06)