一、背景头盔可以说和武器一样，都是战争的产物，随着武器的研制和发展，头盔也不断更新换代，由古代的预防冷兵器击穿的青铜头盔演变到现代的阻止枪弹击穿的防弹头盔。当前，现代军用防弹头盔的使用，大大减少了战争中颅脑穿通伤的发生率和死亡率；然而，由于爆炸装置和高能量武器的普遍使用，爆炸引起的高速破片和高速子弹非贯穿性撞击防弹头盔而致钝性颅脑损伤的问题愈来愈显著。由于钝性颅脑损伤导致战场上的伤亡增加及后期遗留神经功能障碍，已经引起各国政府和军队的重视。近十余年来，国外已经逐渐开展了相关的研究，通过尸体头颅模型及数学仿真方法对弹道撞击防弹头盔致钝性颅脑损伤进行了研究，认为损伤特点与传统的颅脑撞击伤类似，但致伤机制有着本质的区别；然而，尸体头颅实验模型虽然结构逼真，但是无法观察生理、病理、生化等反应，而数学仿真方法虽然解决了很多生物力学测试难题，却无法直接观察颅脑损伤情况，且生物力学测试也需通过生物体内测试进行验证。为此，建立动物实验模型对弹道撞击防弹头盔致钝性颅脑损伤特点及机理进行研究是有重要意义的。二、目的本实验研究目的是首先明确弹道撞击防弹头盔致颅脑损伤的特点，包括：①伤后早期全身生理性反应特征；②伤后早期脑电生理变化特征；③伤后早期颅脑损伤的大体、显微、超微病理观察改变特征；④伤后早期体液中脑损伤标志物的变化特征。其次，通过测试防弹头盔板动态变形及致伤时应力波造成的颅内压力变化特征，对弹道撞击防弹头盔致颅脑损伤的主要致伤机制进行研究探讨。再次，旨在通过本研究能够为弹道撞击防弹头盔致钝性颅脑损伤的预防、诊治、预后判断提供实验依据。三、方法本实验研究第一部分采用成年长白猪作为研究对象，芳纶防弹头盔板作为防护材料，防弹头盔专用泡沫衬垫作为猪头与防弹头盔板之间的缓冲材料，模拟了头-头盔系统；致伤组采用280m/s（低速组，n=3）、360m/s（常速组，n=9）、420m/s（高速组，n=3）三种不同射速9mm铅芯手枪弹作为杀伤元，而对照组（n=5）采用9mm无弹头手枪弹作为杀伤元，于射距10m处，垂直瞄准猪头额顶部交界中点致伤，建立了动物致伤模型。观察伤后血压、心率、呼吸频率等全身性生理改变，脑电图频率、波幅、频谱功率幅度均值改变，皮肤、颅骨、脑组织大体改变及AIS评分，脑皮质、海马显微病理及海马超微病理改变，以及脑损伤标志物(NSE、MBP、S-100β、αII-spectrin)表达水平的变化。本实验研究第二部分通过对猪进行主动回避危险择食实验模型训练，建立具有主动回避反应能力的模型猪，并采用丙泊酚进行短效麻醉后，以自制专用固定笼具进行固定，待动物自然安静后，致伤方法除了杀伤元仅为360m/s射速9mm铅芯手枪弹（常速组，n=5）及9mm无弹头手枪弹（对照组，n=5）之外，其余同第一部分。观察伤后动物一般状况、肌颤、运动功能、主动回避反应能力变化等功能行为学障碍特征。本实验研究第三部分采用已安装颅内压力传感器的猪作为研究对象，致伤组采用280m/s（低速组，n=6）、360m/s（常速组，n=6）、420m/s（高速组，n=6）三种不同射速9mm铅芯手枪弹作为杀伤元，以第一部分相同致伤方法进行致伤，致伤时采集颅内压力波数据，并对压力波形及峰值进行分析。此外，通过高速摄影机测试280m/s（低速组，n=3）、360m/s（常速组，n=3）、420m/s（高速组，n=3）三种不同射速9mm铅芯手枪弹致防弹头盔板动态变形情况，结合第一、三部分防弹头盔板残余变形情况，以及颅内压力变化情况，对造成颅脑损伤的主要致伤机制进行探讨。四、结果1．全身性生理反应三种不同射速致伤组伤后早期均出现不同程度的血压下降，心率、呼吸频率加快，特别是伤后即刻收缩压显著下降，其下降幅度随子弹射速递增；而对照组致伤前后变化不明显。2．脑电生理改变常速组伤后3min脑电图出现频率轻度下降，波幅有所增加，δ、θ、α、β四个频段频谱功率幅度均值较伤前不同程度升高，以θ频段最为显著（P＜0.05），其次为α、β频段；约至伤后15-30min脑电图频率轻度下降，波幅逐渐恢复伤前水平，各个频段频谱功率幅度均值恢复至伤前水平。3．大体形态学改变致伤组头部着弹点皮肤伤后30min内表面观均可见损伤，以中央圆形苍白区、外周环形红晕区为特征，随着子弹射速增加，皮肤损伤程度加重，并且苍白区、红晕区面积递增；致伤组伤后3h解剖观察头部皮肤损伤区域，可见皮下软组织挫裂出血，随着子弹射速增加，皮下软组织损伤程度加重。低速组（0/3）、常速组（3/9）、高速组（1/3）出现颅骨骨折，骨折类型主要为线性骨折，个别为粉碎性骨折。低速组（2/3）、常速组（9/9）和高速组（3/3）脑表面出现脑损伤，脑损伤类型主要包括局部脑撞击伤和对冲伤，表现为硬膜下出血、蛛网膜下腔出血、脑皮质出血、垂体充血或出血等，且撞击伤总体上重于对冲伤。三种不同射速致伤组颅脑损伤AIS评分分别为低速组（1.67±0.58）分、常速组（2.44±0.73）分、高速组（3.67±0.58）分，且高速组较常速组、低速组差异有统计学意义（P＜0.05）。而对照组头部皮肤、颅骨、脑组织解剖大体观察均未见损伤，AIS评分为0分。4．组织病理学改变脑皮质显微病理观察显示，致伤组撞击部位及对冲部位可见蛛网膜下腔出血，常速组及高速组尚可见脑出血；致伤组撞击部位及对冲部位脑皮质神经元可见固缩变性、坏死性改变，且撞击伤总体上重于对冲伤；随着子弹射速增加，脑皮质显微病理损伤程度逐渐加重。海马皮质显微病理观察显示，致伤组少数神经元呈轻度固缩变性改变；海马皮质超微病理观察显示，致伤组个别神经元细胞核、有髓神经纤维、无髓神经纤维存在变性改变；并且，随着子弹射速增加，海马皮质神经元显微和超微病理损伤程度逐渐加重。5．脑损伤标志物变化致伤组伤后3h脑脊液NSE、MBP、S-100B、αII-spectrin浓度均较伤前显著升高，且随着子弹射速增加而递增；常速组除S-100B外伤后3h脑脊液浓度与伤前、及对照组伤后3h比较与差异均有统计学意义（P＜0.05）。致伤组伤后早期血浆NSE、MBP浓度均较伤前明显升高，而S-100B较伤前轻度升高，且随着时间推移而递增，随着子弹射速增加而递增，常速组伤后3h血浆NSE浓度较伤前及对照组伤后3h显著升高（P＜0.05）。6．功能行为学障碍特征常速组伤后早期均未出现昏迷，但较为惊恐、反应略迟钝，且食欲减退，部分猪出现呕吐（1/5）、肌颤（3/5）；伤后均出现四肢肌力减退，关节活动受限，行走不稳，呈蹒跚步态，重者站立不稳，于伤后30min～2h基本恢复；伤后3h内均出现主动回避反应能力不同程度减弱，提示出现记忆障碍。而对照组伤后3h内均未出现明显上述功能行为学障碍情况。7．生物力学测试颅内压力波多为峰值逐渐下降、持续时间短的多个压力波组成，并且，颅内压力波峰值随着撞击能量增加而增大，随着与撞击部位相对距离增加而减小。8．防弹头盔板侵彻变形情况在动物致伤实验中，防弹头盔板受侵彻变形程度随子弹射速增加而加重，不同射速致伤组在残留的弹孔面积、后凸面积、后凸高度上两两比较差异有统计学意义（P＜0.05）。高速摄影显示，防弹头盔板动态最大变形后凸高度显著大于最终变形后凸高度（P＜0.05），并且最终变形后凸高度也显著大于动物致伤实验中防弹头盔板残余变形后凸高度（P＜0.05）。防弹头盔板动态最大变形是导致颅脑损伤的直接原因，通过数学函数模型分析，颅脑损伤AIS评分与最大变形后凸高度呈对数关系。五、结论1．9mm铅芯手枪弹撞击防弹头盔致钝性颅脑损伤特点如下：(1)颅脑损伤主要类型为撞击伤及对冲伤，损伤均相对局限，撞击伤总体上重于对冲伤，并且颅脑损伤程度随着撞击能量增加呈梯度加重。(2)脑深部组织海马也存在着急性损伤，显微及超微结构显示其神经元存在轻度固缩变性，且随着撞击能量增加而加重。(3)颅脑损伤早期可导致功能行为学障碍，主要表现为食欲减退、呕吐、肌颤、运动功能障碍、认知功能（记忆）障碍。2．9mm铅芯手枪弹撞击防弹头盔致钝性颅脑损伤机理如下：手枪弹击中防弹头盔致瞬间最大后凸变形，对颅脑施加短时间、高速率、低质量的撞击载荷，撞击载荷导致颅骨撞击点产生应力，并传递给脑组织，形成贯穿脑组织的不均匀应力分布，导致脑组织产生应变，可能是造成颅脑损伤的主要损伤机理。