顱腦戰(zhàn)創(chuàng)傷機制及救治研究進(jìn)展*

張劍寧，程崗

（中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)部，北京100853）

近年來，國際局勢正在發(fā)生深刻變化，國際形勢中的不穩(wěn)定、不確定因素明顯增加。以美國為首的西方國家為了阻止我國的崛起，不斷通過各種手段進(jìn)行遏制，我們在崛起的道路上必然面對各種軍事壓力。能戰(zhàn)方能止戰(zhàn)，加強戰(zhàn)創(chuàng)傷研究是提高我軍衛(wèi)勤保障能力的重要一環(huán)。在所有戰(zhàn)創(chuàng)傷類型中，顱腦戰(zhàn)創(chuàng)傷（blast-related traumatic brain injury, bTBI）的致殘、致死率最高。1991年的海灣戰(zhàn)爭被認(rèn)為是現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭的標(biāo)志，這種戰(zhàn)爭時空轉(zhuǎn)變快、跨度大、突發(fā)性強，具有廣延性、多變性、交叉性、立體性、破壞性、分散性、機動性、連續(xù)性的特點。武器的精度更高、殺傷力更大，bTBI 的發(fā)生率更高。2001年—2005年伊拉克及阿富汗美軍傷員統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，bTBI 發(fā)生率高于二戰(zhàn)、朝鮮戰(zhàn)爭及越南戰(zhàn)爭時期。2000年—2016年，共有361 092例美軍士兵被診斷為bTBI；2020年1月，伊朗導(dǎo)彈襲擊伊拉克美軍基地，所有傷員均為bTBI。北大西洋公約組織還成立了專業(yè)的研究團(tuán)隊，將bTBI 作為環(huán)境毒性問題進(jìn)行研究[1]。因此，只有加強bTBI的機制和治療研究，才能有效提高我軍的衛(wèi)勤保障能力，適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭需求。

1 bTBI的損傷機制

過去30年間，美國陸軍醫(yī)學(xué)研究和裝備司令部軍事職業(yè)醫(yī)學(xué)研究項目一直致力于bTBI 的研究，并于2008年發(fā)表了經(jīng)典的bTBI 致傷因素分類[2]。bTBI的損傷分為4 級。一級損傷是沖擊波直接作用于機體造成的損傷，也稱為氣壓損傷；二級損傷是由彈片或其他拋射物擊中機體產(chǎn)生的損傷；三級損傷是指在沖擊波作用下，身體跌落、撞擊等引起的加速或減速性損傷；四級損傷是由爆炸產(chǎn)生的高溫、化學(xué)性因素等造成的損傷。在這些損傷機制中，一級和二級損傷是bTBI中比較獨特的致傷因素。

1.1 一級損傷機制

在一級損傷中，研究的焦點之一是沖擊波通過什么機制對顱內(nèi)壓產(chǎn)生影響，包括4 種假說：顱骨骨孔假說、顱腔直接傳播假說、胸腔壓力傳遞假說及顱骨變形假說。

1.1.1 顱骨骨孔假說顱骨骨孔理論認(rèn)為，沖擊波通過聽道、鼻竇、眼眶等骨孔進(jìn)入顱腔，引起顱內(nèi)壓升高。在有關(guān)聽道的研究中，發(fā)現(xiàn)爆炸能引起聽道的損傷，包括鼓膜穿孔、聽骨鏈損傷、毛細(xì)胞丟失、出血、前庭和聽覺系統(tǒng)損傷等[3]。有限元模型研究發(fā)現(xiàn)，雖然沖擊波超壓在聽道中會被放大，但是顱內(nèi)壓并沒有明顯改變[4]，說明通過聽道的沖擊波對顱內(nèi)壓的影響有限，因而其不是引起bTBI 的主要因素。沖擊波也能引起鼻竇的直接損傷，對231 例阿富汗及伊拉克bTBI 傷員的研究發(fā)現(xiàn)，中重度bTBI傷員會出現(xiàn)嗅覺功能障礙，而輕度bTBI 傷員出現(xiàn)嗅覺功能障礙概率很低[5]。研究發(fā)現(xiàn)顱骨內(nèi)竇腔能夠影響沖擊波對顱骨的作用方式，但對顱內(nèi)壓是否有影響缺乏深入研究[6]。此外，沖擊波也能引起視網(wǎng)膜、腦組織視覺中樞等的損傷[7]，但是爆炸后是否對眼睛進(jìn)行保護(hù)并不影響顱內(nèi)壓的變化[8]，因此眼眶也不是顱內(nèi)壓變化的關(guān)鍵影響因素。綜上所述，現(xiàn)有研究僅發(fā)現(xiàn)骨孔和骨竇能使沖擊波作用于顱骨后的傳播方式更復(fù)雜，但是對顱內(nèi)壓影響的研究結(jié)果并不一致。

1.1.2 顱腔直接傳播假說顱腔直接傳播理論認(rèn)為沖擊波能夠直接穿過顱骨進(jìn)入顱內(nèi)，進(jìn)而對顱內(nèi)壓產(chǎn)生影響。但是，沖擊波在不同介質(zhì)之間進(jìn)行傳遞時，存在透射和反射。兩種介質(zhì)的阻抗值差別越大，沖擊波被反射的比例就越高，反之，兩種介質(zhì)的阻抗值差值越小，沖擊波透射的比例就越高。空氣的阻抗值為0.000 4×106kg/（m2·s），而顱骨的阻抗值為7.75×106kg/（m2·s），計算發(fā)現(xiàn)空氣中的沖擊波到達(dá)顱骨界面后，透過率僅有0.04%，到達(dá)腦組織的比例僅有0.005%[9]。因此理論而言沖擊波很難直接穿透顱骨對顱內(nèi)壓產(chǎn)生影響。但是，不同的模型模擬和動物實驗結(jié)果并不一致[10]，部分研究者仍認(rèn)為沖擊波能夠穿透顱骨，進(jìn)入腦內(nèi)。因此，顱腔直接傳播理論需要進(jìn)一步研究證實。

1.1.3 胸腔壓力傳遞假說這一理論認(rèn)為胸腹腔的沖擊波通過血管和軟組織傳入腦內(nèi)，引起顱內(nèi)壓的升高。但是，血管內(nèi)的阻力與半徑的4 次方成反比，隨著腦血管直徑的縮小，阻力會顯著增大。單純胸腔沖擊試驗或單純顱腦沖擊試驗均能引起頸內(nèi)動脈內(nèi)壓力的升高[11]，但是現(xiàn)有研究并沒有量化沖擊波壓力、胸腔內(nèi)壓力、顱內(nèi)壓之間的關(guān)系，因此尚不能完全解釋沖擊波后顱內(nèi)壓的升高。

1.1.4 顱骨變形假說這一理論與顱腔直接傳播理論相反，認(rèn)為顱骨在沖擊波作用下產(chǎn)生變形和振動，進(jìn)而影響顱內(nèi)壓。這方面有動物和實驗證據(jù)[12]。大鼠顱腦沖擊波研究發(fā)現(xiàn)，大鼠顱骨變形的程度與沖擊波強度呈正相關(guān)，顱骨中縫、冠狀縫、人字縫是變形最明顯的區(qū)域[13]，證實顱骨變形可能是顱內(nèi)壓出現(xiàn)梯度變化的重要因素。

1.2 沖擊波在顱內(nèi)的傳播特點

筆者所在團(tuán)隊近年來承擔(dān)一系列軍事課題，對不同場景下的沖擊波致傷特點進(jìn)行了全面研究，并首次探討了顱內(nèi)外沖擊波壓力關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)沖擊波在透過顱骨之后其傳播方式?jīng)]有發(fā)生根本性變化，也沒有時間延遲，證實顱骨和腦組織對外界沖擊波有一定阻擋作用，但是沖擊波仍能夠進(jìn)入顱腔，影響顱內(nèi)壓。而且自由場和水下環(huán)境爆炸時，腦表面的顱內(nèi)壓峰值與外界沖擊波峰值存在相應(yīng)的指數(shù)關(guān)系[14]。但是不同場景下的沖擊波對顱內(nèi)的影響有各自特點。

1.2.1 自由場爆炸形成的高壓氣體比周圍氣體的密度、壓力大很多，形成沖擊波快速地向外傳播，理想自由場環(huán)境下，沖擊波以圓球形向外擴(kuò)散。腦組織壓力測量曲線變化和顱骨外壓力測量曲線走勢接近，在腦組織和顱骨的緩沖作用下腦組織壓力測量曲線的量值較小且更為平滑，顱內(nèi)方向測得的顱內(nèi)沖擊波峰值和外界存在一定的相關(guān)性（r=0.804）[14]。

1.2.2 艙室沖擊波在艙室內(nèi)傳播時，由于受到艙壁的阻擋和多次反射，存在明顯的準(zhǔn)靜態(tài)壓力，艙室爆炸對機體產(chǎn)生的破壞作用高于自由場[15-20]。沖擊波也能透過顱骨進(jìn)入顱內(nèi)，由于艙室爆炸后波形極其復(fù)雜，顱內(nèi)外的沖擊波強度并沒有明顯的數(shù)值關(guān)系。

1.2.3 水下水下爆炸時，由于水的密度和波阻都較大，沖擊波很快與氣泡分離，并獨自向前傳播。因此，水中爆炸會先后產(chǎn)生水中沖擊波和氣泡脈動壓力波。這兩種波都成比例地通過胸腹部上傳至腦部，兩者的數(shù)值也存在相關(guān)性（r=0.767）[14]。

筆者的研究結(jié)果明確證實沖擊波能夠從顱骨及腦組織兩個方向?qū)︼B內(nèi)壓產(chǎn)生影響，但是背后的機制并不相同。顱骨變形假說能夠解釋來自顱骨方向的沖擊波影響。但是胸腔壓力傳遞假說不能圓滿解釋水下爆炸后，為何顱內(nèi)壓與沖擊波的數(shù)值有相關(guān)性。AKTAS 等通過測量不同部位的腦脊液循環(huán)特點發(fā)現(xiàn)，腦脊液循環(huán)同時受到心率和呼吸的影響，從頭端到骶尾部，呼吸影響因素逐漸增強，呼吸幅度越大，對腦脊液循環(huán)的影響越明顯，這種影響與靜脈回流血量和動脈泵血量改變有關(guān)[21]。筆者認(rèn)為，爆炸后沖擊波通過作用于胸腹空腔對循環(huán)系統(tǒng)的血流量造成影響，類似于AKTAS 試驗中深呼吸對腦脊液循環(huán)的影響，最終導(dǎo)致顱內(nèi)壓改變，而非沖擊波直接通過血管進(jìn)入腦組織所致。

1.3 二級損傷機制

1.3.1 彈道傷分類根據(jù)彈道特點，可分為切線傷、盲管傷和穿通傷。根據(jù)子彈或投射物的速度，可分為低速（低于300 m/s，如手槍）、中速（300～600 m/s，如輕型自動步槍）、高速（超過600 m/s，如AK-47、加利爾突擊步槍等）。炮彈爆炸后的破片速度明顯高于子彈射速。筆者對炮彈碎片速度進(jìn)行了實際測量。76 mm 炮彈爆炸破片的最大初速度為1 404 m/s，130 mm 炮彈爆炸破片侵徹兩層厚度為4 mm 的鋼板并在空中飛行3 400 mm 后速度仍高達(dá)1 020 m/s。根據(jù)動能公式，投射物的動能與速度的平方成正比，因此射速是影響動能的主要因素。當(dāng)射速低于300 m/s 時，對腦組織的損傷效應(yīng)主要是單純的擠壓效應(yīng)；射速超過700 m/s 時，對顱骨和腦組織的損傷明顯增加，空腔效應(yīng)也更明顯，槍彈出顱的破口大于入口，速度越高，出顱的破口越大。

1.3.2 彈道傷病理特點投射物直接損傷：投射物穿過顱腦，造成傷道；瞬時空腔效應(yīng)：子彈高速通過顱腦，在其前方形成正壓區(qū)，后方形成負(fù)壓區(qū)，形成比原發(fā)傷道大出幾倍至幾十倍的瞬間空腔；壓力波作用：子彈在組織內(nèi)形成的壓力波；遠(yuǎn)隔部位的損傷：如子彈致傷頭顱時，在脊髓、心肺等部位出現(xiàn)的損傷。此外，彈道傷還有一些特殊的病理現(xiàn)象。JOHNSON 和DUTT 首先發(fā)現(xiàn)高速子彈擊中顱骨后，由于能量傳遞，造成遠(yuǎn)隔部位骨折，這類骨折與子彈的入口骨折并不連續(xù)，他們將其稱為“discrete”現(xiàn)象[22]。約1/3 火器傷死亡病例出現(xiàn)這種骨折，被稱為“不連續(xù)骨折”[23]。這類骨折易發(fā)生于顱底，因此，槍彈傷傷員出現(xiàn)腦脊液漏的比例明顯高于一般傷員。

1.3.3 彈道傷傷情特點顱腦穿通傷的現(xiàn)場死亡率高達(dá)71%，院前死亡率為66%～93%[24]。435 例兩伊戰(zhàn)爭火器傷員傷勢分析顯示，顱腦穿通傷、盲管傷和切線傷中的重型顱腦損傷占比分別為48.8%、19.9%和15.6%，顱腦穿通傷在死亡傷員和存活傷員中的占比分別為47.9%和24.0%[25]。

2 bTBI的分級救治

bTBI 的救治分秒必爭，重型bTBI 自然死亡時間為5 min，緊急非手術(shù)處置，可延長生命1 h；早期清創(chuàng)手術(shù)，可再延長生命2 h，傷后4 h 手術(shù)，死亡率比4 h 內(nèi)手術(shù)增加3 倍。因此戰(zhàn)場救治提出了“急救黃金1 h，白金10 min”的理念，為了提高救治效率，救治前移是唯一途徑。

2.1 我軍的bTBI救治分級

2.1.1 現(xiàn)場急救通常由衛(wèi)生兵和營、連搶救組人員完成，主要內(nèi)容包括止血、包扎傷口，保持呼吸道通暢，迅速后送。止血、包扎、固定、搬運、通氣是現(xiàn)場急救需要具備的5 大基本急救技能。

2.1.2 緊急救治由衛(wèi)生士官和團(tuán)以下單位軍醫(yī)在戰(zhàn)場或團(tuán)救護(hù)所完成，主要任務(wù)是對休克的顱腦傷員，抗休克的同時進(jìn)行全身檢查，對一側(cè)或兩側(cè)瞳孔散大的顱內(nèi)高壓、腦疝患者，使用脫水藥控制病情，顱腦穿透傷傷員應(yīng)盡快后送到?？漆t(yī)院。

2.1.3 早期治療通常由師救護(hù)所及相當(dāng)救治機構(gòu)完成，主要任務(wù)包括進(jìn)行簡要的神經(jīng)系統(tǒng)檢查和全身檢查，注意傷情變化，頭皮清潔處理，進(jìn)行傷員分類，由于條件限制，只開展損傷控制性手術(shù)（頭皮清創(chuàng)縫合術(shù)、硬膜外血腫清除術(shù)、硬膜下血腫清除術(shù)、顱內(nèi)血腫清除術(shù)、去骨瓣減壓術(shù)），如果有?？剖中g(shù)隊補充，具備手術(shù)條件時，可做徹底清創(chuàng)，病情平穩(wěn)的傷員，后送到有神經(jīng)外科加強的醫(yī)院進(jìn)行?？浦委煟瑢l危傷員，采取緊急后送。

2.1.4 專科治療通常由基地醫(yī)院和后方醫(yī)院完成，主要內(nèi)容包括詳細(xì)全面的神經(jīng)查體，根據(jù)輕重緩急，合理安排手術(shù)次序，火器傷一次徹底清創(chuàng)（72 h 內(nèi)傷口），徹底清創(chuàng)的顱腦傷，傷口可做一期縫合，對于手術(shù)后腦水腫嚴(yán)重，清創(chuàng)不徹底者，做減張縫合；已有感染跡象的傷道，做部分縫合，放置引流，頭皮傷口部分縫合或不縫合。

2.2 美軍的分級救治

2.2.1 一級救治相當(dāng)于我軍的現(xiàn)場急救，包括自救、互救，即刻的生命支持，重點是采取必要措施使傷員重返戰(zhàn)斗崗位或穩(wěn)定病情以便后送至下一層級醫(yī)療機構(gòu)，包括維持呼吸道通暢、止血、抗休克、保護(hù)傷口、制動骨折及其他必要的急救措施。

2.2.2 二級救治相當(dāng)于我軍的緊急救治，進(jìn)行高級創(chuàng)傷處置和急救，一般分為輕裝機動型和加強型兩種，輕裝機動型是指用于為地面機動分隊提供支援的裝備較輕、高度機動的醫(yī)療隊，加強型具備基本的二級救護(hù)、初步手術(shù)、重癥監(jiān)護(hù)和病床收容能力。

2.2.3 三級救治相當(dāng)于我軍的早期和?？凭戎?，擁有人員及工作動物救治設(shè)備，可處理各類傷情，包括復(fù)蘇、初步手術(shù)、?？浦委熀托g(shù)后處理，后送配屬部隊傷員，依靠合適的人員和設(shè)備處理各種類型的傷情，為缺乏醫(yī)療能力的友鄰部隊提供支持。

2.2.4 四級救治相當(dāng)于我軍的部分?？坪涂祻?fù)治療，依托美國本土和條件較好的盟國后方醫(yī)院，能夠滿足從沖突地區(qū)后送傷員的需求，這是整個醫(yī)療救治體系能提供的最佳治療。

3 bTBI關(guān)鍵救治技術(shù)

根據(jù)戰(zhàn)傷救治規(guī)則，bTBI 的早期救治可簡單歸納為A（Airway，保持氣道暢通）、B（Bleeding，控制出血）、C（Compression-relief，解除顱內(nèi)壓迫）、D（Debridement，清創(chuàng)）、E（Edema，控制腦水腫）、F（Function，盡可能保護(hù)腦功能）原則。后期治療包括并發(fā)癥的治療：感染、癲癇、腦脊液漏、血管損傷等，顱骨修補，功能康復(fù)等。在整個治療過程中，預(yù)防和控制感染是bTBI 治療的重要措施。bTBI 容易出現(xiàn)顱內(nèi)異物，腦脊液漏發(fā)生率高，傷情也較重，這些都是顱內(nèi)感染的高危因素[26]。因此，所有開放性bTBI 均需盡早預(yù)防性應(yīng)用抗生素，抗生素的選擇應(yīng)該包括針對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌。2008年，美國國防部頒布了戰(zhàn)創(chuàng)傷感染控制臨床應(yīng)用指南，指南建議在抗生素應(yīng)用方面盡量使用最廣譜的抗生素進(jìn)行預(yù)防。在抗生素使用時程上目前無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，KAZIM 等建議抗生素預(yù)防性應(yīng)用7～14 d[27]。腦脊液漏在得到控制之前，需一直使用抗生素。若有腦室外引流，抗生素用至拔除引流管為止[28]。

此外，bTBI 患者容易出現(xiàn)各類精神和心理障礙。2010年，美國國防部制定一項強制性政策，規(guī)定所有疑似顱腦爆震傷患者必須接受軍事急性腦挫傷評估，而且在參加軍事行動之前須再次接受評估。采用這種方法，美軍僅在參加阿富汗軍事行動的人員中就檢查出14 950 例腦挫傷患者，并且建立11 所腦挫傷治療中心。這些患者沒有明顯的運動和語言功能障礙，篩查和診斷是難點，也是目前bTBI 研究的重點內(nèi)容之一，除了各類評分量表之外，多模態(tài)影像診斷、腦電圖、基因篩查等也逐漸成為重要的檢查手段[29]。

4 bTBI的信息化和智能化研究

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭突發(fā)性強、戰(zhàn)場轉(zhuǎn)換快。傳統(tǒng)的分級救治方法很難滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求。為此，本院在遠(yuǎn)程診療、手術(shù)機器人等方面進(jìn)行了多年研究，提出了解決這一難題的新策略，取得了突破性進(jìn)展。

4.1 遠(yuǎn)海bTBI快速救治系統(tǒng)研究

本院1997年在國內(nèi)率先研制了手術(shù)機器人并用于臨床，開創(chuàng)了國內(nèi)神經(jīng)外科機器人手術(shù)先例，入選當(dāng)年“中國醫(yī)藥科技十大新聞”[30]，被中央電視臺的“新聞聯(lián)播”欄目報道。針對海上醫(yī)療環(huán)境，研制系列手術(shù)機器人。2003年在國際上首次成功實施遙控操作手術(shù)，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源共享。2011年，在海軍“866”醫(yī)院船上成功實施了遙控機器人模擬手術(shù)，開創(chuàng)了遠(yuǎn)海遙控操作神經(jīng)外科手術(shù)先河，為提升我軍海上救治能力提供了關(guān)鍵技術(shù)。英國密德薩斯大學(xué)GAO教授給予了高度評價[31]。

4.2 5G遠(yuǎn)程bTBI控制手術(shù)救治模塊

這一模塊包括立體定向手術(shù)機器人、移動式頭顱CT、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、損傷控制手術(shù)器械箱組構(gòu)成，具有信息化、智能化、小型化等特點。能將bTBI 手術(shù)救治前移到第二級救治階梯，救治時機由傷后6～8 h 縮短到2～3 h。本院2019年代表聯(lián)保部隊參加“全軍信息化建設(shè)成果展”，2020年代表解放軍總醫(yī)院參加聯(lián)保部隊“現(xiàn)代物流展示”，受到各級領(lǐng)導(dǎo)的高度贊揚。其中，5G 遠(yuǎn)程操控手術(shù)受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，聯(lián)合國副秘書長哈雷、白俄羅斯參謀長潘菲奧羅夫、德國總理默克爾派博伊萊公司總裁先后來院參觀。

綜上所述，面對越來越嚴(yán)峻的國際形式，必須牢記樹立“姓軍為兵、姓軍為戰(zhàn)”的思想，結(jié)合現(xiàn)代戰(zhàn)爭形式，不斷加強bTBI 的研究，才能確保部隊?wèi)?zhàn)斗力，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)保駕護(hù)航。