根据冲击伤主要累及的脏器和损伤程度,就病理解剖所见,可将直接冲击伤分为听器型、肺心型、肝脾型、颅脑型和体腔开放型。
(一)听器型冲击伤
听器是最易受冲击波作用而发生损伤的器官之一。在核爆炸条件下,在冲击伤中往往听器损伤的边界最远,发生率最高。听器损伤是各类冲击伤中最轻的一种。单纯听器损伤不会造成死亡。
听器冲击伤是指仅有听器发生损伤,而其他脏器无损伤。常见的听器损伤包括鼓膜破裂、听骨骨折和鼓室出血等中耳挫伤,同时也可以引起内耳损伤,表现为内耳出血、螺旋器结构紊乱、退变、血管通透性增强等。
鼓膜破裂:轻者仅有鼓膜裂隙或小破裂(破裂口为鼓膜的1/2以下),严重时出现大破裂(破裂口为鼓膜的1/2以上),甚至完全破裂。前两种破裂大多发生在鼓膜的前下方紧张部。破裂口多呈菱形,这可能与鼓膜结构的力学方向有关:即鼓膜中央为放射状排列的弹力纤维,而周围却呈环形分布。小破裂和裂隙多可自行愈合,而大、全破裂等难自愈。
鼓室出血:轻者呈点灶状出血,好发于鼓室壁,也见于鼓膜上,或槌骨柄上;重者形成鼓室积血,甚至充满鼓室,并可穿过鼓膜破裂孔,沿外耳道流出。
听骨骨折:几乎全部发生在槌骨,而镫骨和砧骨极少见到。槌骨骨折大多发生在槌骨柄长突的中段,可能与下列因素有关:①槌骨柄长突的解剖特点,即呈微弧形向鼓室方向凹陷;②超压的作用方向,冲击波直接作用于鼓膜中央,恰值槌骨柄中段;③鼓膜破裂时的张力作用,所有槌骨骨折均同时伴鼓膜破裂。槌骨柄短突骨折仅偶可见到。骨折均呈完全性骨折。
通常,核爆炸条件下,听器损伤以鼓室出血最多见(85.3%),其次鼓膜破裂(67.7%),而听骨骨折少见(14.7%)。鼓膜破裂往往合并鼓室出血,单纯鼓室出血和鼓膜破裂虽可见到,但却极少单纯听骨骨折。
听器损伤的程度可分为3种:①轻度听器损伤:鼓室出血,或鼓膜出血合并一侧鼓膜破裂(超压阈值为0.020~0.021 MPa)。②中度听器损伤:一侧或双侧鼓膜破裂,合并一侧听骨骨折(超压阈值为0.032~0.038 MPa)。③重度听器损伤:双侧鼓膜破裂,双侧听骨骨折(超压阈值为0.069~0.079 MPa)。
鉴于听器损伤(尤鼓膜破裂、听骨骨折)在临床上较易查出,且病变存在时间较长,而内脏冲击伤的临床诊断较为困难,因此,借助观察听器损伤程度可能有助于推断内脏冲击伤的伤情。
动物实验表明,发生听器损伤的动物,绝大多数伴有内脏冲击伤,其中轻度听器损伤中96.5%并发轻度以上内脏冲击伤,中度听器损伤者中82.9%并发中度以上内脏冲击伤,重度听器损伤者全部并发重度内脏冲击伤。因此,从群体上来说,听器损伤与内脏冲击伤的程度间存在着一定的关系。
听器损伤,有时尚见鼓室壁内膜或鼓膜充血,前者以后壁多见,后者沿槌骨柄较著。单纯鼓室充血常见于轻度冲击伤边界以外的动物,而于正常对照动物几乎看不到。此外,在不同程度的内脏冲击伤犬中听器损伤(尤鼓膜破裂)的发生率及其程度随内脏冲击伤程度加重而增多,也更严重。
(二) 肺心型冲击伤
在冲击波作用下肺和心往往同时发生损伤,而肺脏损伤的发生机率更高,损伤更严重,故称之为肺心型冲击伤。发生肺心损伤时往往同时伴有听器的损伤。
1.肺脏损伤
肺是核爆炸时冲击波超压最易致伤的器官,即冲击波作用的“靶器官”。不论是核爆炸,或普通炸药爆炸,都易引起肺损伤。
肺冲击伤的病理改变主要是充血(90.5%)、出血(76.5%)、水肿(34.7%)、肺气肿和大疱(17.7%)、脏层或壁层胸膜沿肋骨走向的血性压痕(5.9%)以及肺破裂,后者往往并发血胸和气胸。核爆炸肺出血和充血较多见,其他病变发生率较低。
肺出血:以肺膜下出血较多见,肺实质内出血略少见,后者包括肺泡内出血、肺泡壁出血、小血管或支气管周围呈“套袖状”出血,严重的可由于肺实质内血管破裂而形成血肿,甚至血凝块堵塞支气管引起肺萎缩。肺出血在多数情况下呈点灶状(指出血直径0.5 cm以下)或斑块状(指出血直径在0.5~1.5cm),严重时出血呈片状(指出血灶直径在1.5~3.0cm),甚至累及整个肺叶,呈弥漫性分布(3 cm以上)。按出血的范围和数量,通常将肺出血程度分为轻、中、重、极重度(见后述)。肺出血以两肺下叶多见,中叶次之,上叶少见。右肺的副叶出血机率与下叶接近,一般以对向爆心的肺叶出血较背向者多见,也较严重。肺出血往往是2~3个肺叶同时出现。
肺膜出血虽多呈点灶状或斑块状,但严重的肺膜出血多为沿肋骨走行呈血性压痕状,肋骨血性压痕实质是肺膜下带状浅层出血,这类出血主要是或仅仅发生在下叶,偶同时累及中叶者,大多数发生在双侧肺。肋骨血性压痕的形成可能是由于冲击波超压急速作用下,胸腔受压,同时腹部受压,横膈上移,肺脏急速膨胀,与胸壁(尤肋骨,也有学者认为主要与肋间肌)直接撞击作用所致。鉴于肋骨血性压痕发生在合成波及其附近地域内,显然,冲击波动压可能也参与或促进肋骨血性压痕的形成。肋骨血性压痕一般发生在中度或重度以上的冲击伤病例中,尤其重度以上伤例中多见。
肺水肿:比肺出血少见。可形成肺泡内水肿、间质水肿,有时水肿液积聚在小血管或支气管周围,呈“套袖状”分布。肺水肿一般也以下叶多见和严重,尤其对向爆心侧明显,中叶和上叶依次较少,右肺副叶水肿较多见,这无论在核爆炸或黄色炸药爆炸试验中,均呈同样规律。核爆炸时肺水肿的病变特点是:①肺水肿发生部位与出血一致,往往发生在出血区内或其周围,甚至与出血合并发生,形成出血性水肿;②水肿液中常混有血性液和气泡,故多呈粉红色泡沫状血性液;③肺水肿的程度一般比出血轻。
轻度和中度肺水肿虽可自行吸收痊愈,重度以上肺水肿却可使肺泡交换面积减少,阻塞气管和支气管,成为动物当场死亡或运输途中死亡的重要原因。曾见1只犬在超压0.11MPa作用下,移位53m,两肺发生极重度水肿,重量达650g,约为正常犬肺(150g左右)重的4倍,于伤后2h死亡。
肺气肿:肺气肿见小灶性、斑块状及肺大疱3种形式。小灶性肺气肿多沿肺叶边缘分布,斑块状肺气肿分布较广泛,然以边缘或远端较著,常融合成大片状。严重的肺气肿常合并肺大疱。肺大疱均分布在肺膜下呈花生米或蚕豆粒大小,色紫黑。多数含有血性液和气体,简称为“血大疱”。严重的还可见肺膜下有串珠状气泡。肺气肿的分布情况恰与肺水肿相反,小灶性和斑块状肺气肿以上、中叶(尤上叶)多见和严重,而下叶和副叶少见。但是肺大疱却似以下叶和副叶多见。
肺破裂:较少见。均发生在合成波地域内的实验动物。一般被抛掷移位百米以上。轻者单发或少发,为小而浅的撕裂口,常可自行愈合;重者多发,或裂口较深较宽,呈哆开状,几乎均伴有气胸、血胸、纵膈偏移、肺萎缩,曾见1例肺呈碎裂状。该例被抛掷移位500余米。
光镜下还常见肺泡壁充血、红细胞淤积、微小血栓、气栓以及粒细胞积聚等。
以上述肺损伤的各种病理改变为基础,进行综合判断,试将肺冲击伤程度分为4种。
(1)轻度肺冲击伤
出血:少发、散在点灶状出血(指出血直径在0.5cm以下,下同),累及1叶或数叶;或出现个别斑块状出血(指出血直径0.5~1.5cm,下同)。
水肿:肺膨满不明显,但切面轻微挤压时可少量粉红色泡沫状液体流出,或刀切时附有少量泡沫状液,或镜检时证实肺水肿。
气肿:1叶或数叶肺气肿呈灶状分布。
(2)中度肺冲击伤
出血:多发、散在性点灶状出血或少数斑块状出血,累及数叶,或个别肺叶小片状出血(指出血直径1.5~3 cm,下同)或见肺肋骨血性压痕。
水肿:小支气管内充满泡沫状液,2叶以上的肺有较明显膨满,切面稍挤压时有较多液体流出。
气肿:各叶多发性斑块状肺气肿,或出现少数或个别肺大疱。
(3)重度肺冲击伤
出血:数叶多发性斑块状出血或少发性小片状出血,或1叶弥漫性(即大片状,指出血直径3 cm以上)出血。
水肿:水肿液已充满主支气管,甚至流到气管的下段,3个肺叶以上有明显水肿,膨满发亮,切面不加挤压,水肿液即可自行流出。
气肿:各肺叶弥漫性肺气肿,往往伴发肺大疱或血性肺大疱。
破裂:1个或几个肺叶浅层裂口,气胸和血胸尚不明显。
(4)极重度肺冲击伤
出血:两侧肺4叶以上弥漫性(即大片状)出血,通常各个出血肺叶明显实变,几乎看不到正常充气肺泡。
水肿:泡沫状血性液充满整个气管,并从口腔和鼻腔流出,两侧肺叶均明显膨满发亮,呈出血性水肿状,肺重量明显增加,死亡前往往出现严重窒息。
破裂:一个或几个肺叶多发性浅层裂口,或个别深层、较大的裂口,伴发严重血胸或气胸。
不同当量和爆炸方式条件下,引起犬的各种程度肺冲击伤的超压阈是有差别的。以百万吨级爆炸为例,轻、中、重和极重度肺冲击伤的超压阈值分别为0.016、0.044、0.066和0.100 MPa。
2.心脏损伤
心脏对冲击波的耐受性要比肺脏大,心脏损伤的发生机率比肺脏低。如在某次氢弹空爆条件下,心脏损伤的发生率为47.1%,而肺脏损伤为79.4%。心脏发生冲击伤时主要病变为心壁出血、心肌坏死、心肌纤维断裂、小血管气体栓塞、心室扩大以及心脏破裂等。
心壁出血:包括心内膜下、心外膜下及心肌间质均可发生,然以内膜下出血较为多见。心脏各房室均可受累,以左心室出血为多见,右心房次之,右心室再次之,左心房出血几乎看不到。如在因严重冲击伤,发生心脏出血而死于现场的13只犬中,10例见左心室出血,右心房出血2例,右心室出血1例,左心房未见出血。伤后0.2~3d死亡的11例心脏出血也全部发生在心室。心脏冲击伤时的心壁出血多发生在左心室,又多发生在心内膜面,可能与冲击波直接作用下,左心室负荷空然增加有关。心壁出血大多数呈点灶状,如绿豆至黄豆大,有时融合成较大范围,内膜出血以乳头肌较多见,其次梳状肌,室间隔内膜下出血每见发生,心瓣膜出血也不少见。一个有趣的现象是位于坦克内的动物常常室间隔两侧的心内膜下出血多见而严重。心外膜出血有时融合成平行条索状,是否可能与胸壁肋骨撞击作用有关,尚缺乏直接证据。镜下见心肌间质出血多数呈散在小灶状,并见发生在心内膜下浦肯野纤维处。于小血管壁也偶见有出血灶者。心脏出血一般发生在伤后早期。当场死亡例即可见出血。3d以后心壁出血较少见,原有出血已呈逐渐吸收现象。
心壁出血依据其出血范围和对出血数量的估计可试分为4种程度:①轻度心壁出血:零星散在点状出血,有时仅见1~2个出血点。②中度心壁出血:多发散在点灶状出血,一般约十数个,或见到个别出血斑。③重度心壁出血:散在密集点灶状出血,常见几十个出血点,有的融合成斑片状。④极重度心壁出血:1个心房或心室全层性弥漫性出血,尤以右心房多见,或室间隔弥漫性出血,预后极差。
心瓣膜出血:在发生冲击伤的动物中,心瓣膜出血并不少见。如某次黄色炸药试验中,发生心瓣膜出血达65.5%,其中97.4%发生在二尖瓣,个别为二尖瓣和三尖瓣同时出血,而主动脉瓣和肺动脉瓣却无一发生出血。出血发生在心瓣膜的心房面,均位于瓣膜的根部或游离缘,未见累及腱索部位。瓣膜出血多呈小的点灶状,犹如帽针头大小或如小米粒、大米粒大小,有时融合成斑状,如蚕豆大小。心瓣膜出血于核试验现场死亡犬几乎全部发生,而于正常对照活杀犬几乎看不到,推测瓣膜出血可由冲击波作用引起,也可由震动造成,如近距离位于有盖堑壕内的动物虽避免或减轻了冲击波直接作用,然受到极大震动而发生瓣膜出血。此外,笔者曾见二尖瓣上有血管扩张充血、自瓣膜根部向游离缘延伸,指压检查时血液可移动。
心肌坏死:宏观见心肌呈点灶状或斑块状,甚至呈大片状黄白色坏死区,镜下呈凝固性坏死,形成强嗜酸性、均质性团块,核崩解或溶解消失。轻者表现为心肌细胞变性、肌浆凝聚。心肌坏死一般发生在伤后稍晚的死亡动物,约80%见于伤后24h以后的死亡者。心肌坏死以右心室最多见,左心室次之,右心房、左心房依次较少;通常均以心室较心房多见,右心较左心多见,后壁较前壁多见,内膜下较外膜下多见;心肌各层均可发生,然以内层和中层较多见,心室乳头肌和梳状肌变性坏死常较多见和严重,室间隔内膜下坏死每较多见,常常发生浦肯野纤维变性坏死。
光镜下心肌坏死灶见点灶状、斑块状、弥漫性3种,病灶内常缺少炎细胞反应,3~4d以后者可见成纤维细胞增生,毛细血管长入,并逐渐形成瘢痕或钙盐沉积。
根据切片所见,心肌坏死的范围和数量可分为4种程度:①轻度:个别心肌纤维发生坏死,呈孤立的点灶状分布。②中度:多发性点灶状或较大范围的斑块状坏死。③重度:多发斑块状或更大范围的斑块状坏死。④极重度:广泛弥漫性心肌坏死,几乎累及整个心室甚至全心脏。
心肌纤维断裂:心肌纤维断裂大多数呈完全性横断,断端分离,断面每呈锯齿状,少数为不完全横断,即肌膜和部分肌纤维尚没有离断,断裂多发生在肌浆部分,胞核断裂极少见(彩图2-3-19)。心脏各房室均可发生心肌断裂,然心室较心房多见,左心室较右心室更多见,尤以内层纵行纤维和外层斜行纤维多见且严重。在冲击波作用下发生的心肌纤维断裂,一般在致伤后迅速发生,称为原发性心肌断裂,其特点是致伤当日即可出现,断端多发生组织反应,伤后2d起,可见断端肿胀,肌浆从断面向外膨出,断端之间每见少量渗出液。此外,于较严重的心肌坏死区域内可见少数心肌纤维发生断裂,其断端常无明显的上述组织反应,称之为继发性心肌纤维断裂,这种心肌断裂可能是在心肌坏死基础上继发的,多发生在伤后2~3d以后。
心肌断裂后,随活存时间增加可发生纤维愈合过程,于3~5d以后死亡者,于心肌断裂部位可见成纤维细胞增生和新生毛细血管向断端长入。
心肌纤维断裂大多数发生在4h内死亡者中,而心肌纤维坏死却大多数发生在24h以后死亡者(表2-3-16)。
表2-3-16 冲击伤不同时间死亡动物心肌病变发生率
心肌病变 | 不同心肌病变发生率(%) | ||
4h内 | 5~24h | 24h以后 | |
心肌断裂 心肌坏死 | 59.8 10.2 | 23.0 10.2 | 17.2 79.6 |