王正国 孙立英 刘宝松 李晓炎 宁 可 尹志勇 杨志焕
朱佩芳 杨志林 宁 心 朱 刚 姜燕平 徐 红
【摘要】 目的 对10年来有关生物撞击机的研制及撞击伤发生机制的研究作一回顾和系统总结。方法 系统整理以往的研究资料，就一些主要问题进行分析总结。结果 (1)研制了BIM-Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型生物撞击机，可以不同方式、不同速度对不同动物进行撞击实验。(2)建立光弹性模型，探讨了撞击后颅内应力分布过程，证明应力集中区与损伤部位一致。(3)证明循环内皮细胞计数和肌酸磷酸激酶(CK-BB)活性测定在脑损伤早期有诊断意义。(4)脑创伤后脑内出现炎症反应，多形核粒细胞(PMN)浸入和聚集可能在脑继发损伤中起重要作用。(5)脑创伤后Ca2+内流增加，尼莫地平可阻止Ca2+内流，减轻神经细胞损伤。(6)丙酸睾丸酮能促进伤后面神经核内生长相关蛋白(GAP43)的合成，有助于面神经损伤后的修复与再生。(7)胸部撞击伤研究证明，胸部的黏性标准与胸部伤情的相关性最好，变形速度是影响伤情的主要因素。结论 撞击伤是交通事故中最常见的伤类，原发损伤是应力传至体内和应力集中于损伤部位的结果。继发性损伤的机制十分复杂，如出现炎症反应，CK-BB等许多酶活性增强，细胞内Ca2+超载等，采取相应的拮抗剂可不同程度地减轻损伤。
【关键词】 创伤和损伤，撞击 生物力学 损伤机制
Development of Biological Impact Machine and the Study
on the Mechanism of Impact Injury
WANG Zhengguo, SUN Liying, LIU Baosong, et al.
Research Institute of Surgery, Third Military Medical University, Chongqing 400042
【Abstract】 Objective Looking back to and systemically summing up the research on the development of biomechanical machines and mechanism on impact injury in the past ten years. Methods Looking up previous technical data on research of impact injury, analyzing and summing up some main results. Results (1)Three types (Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ) of biomechanical machines were developed. They may inflict impact injuries on different experimental animals with different ways and speeds.(2)Light-elastic model was established for the research on impacted cerebral injury.The stress distribution in the cranium after impact was observed.It indicted that the stress concentration area was consistent with the injured one.(3)Determination of circulating endothelial cells count and CK-BB activities were useful for the diagnosis of early cerebral injury.(4)There appeared inflammatory response after brain injury. Invasion and accumulation of PMN might play an important role in the development of cerebral secondary injury.(5)There occurred increase of cellular Ca2+ inflow after injury. Nimodipine might prevent Ca2+ inflow.(6)Testosterone propionate (TP) accelerated the synthesis of GAP43 growth related protein and was of benefit to the repair and regeneration of injured facial nerves.(7)It indicated that viscous criterion was closely related to the severity of chest impact injury, and deformation velocity was the most important factor for injuring. Conclusions Impact injury is one of the commonest type of traffic injuries. Primary impact injury is the result of stress propagation and stress concentration in injured regions, while the mechanism of secondary injury is very complicated, such as inflammatory response, increase of activities in some enzymes, such as CK-BB, and overload of cellular Ca2+ inflow, etc. The damage may be attenuated with some antagonists.
【Key words】 Wounds and injuries, impact Biomechanics Wound mechanism
交通事故已被认为是“世界第一公害”，全球每年因车祸致死的人数已超过70万，伤逾1500万［1］。在我国，创伤已成为城市中的第五位死因，农村中的第四位死因［2］。1997年，全国道路交通事故次数和死、伤人数分别为304 217,73 861和190 128，各为1951年的51.4，86.7和36.9倍［3］。专家们预测，到2000年，全球每年将有100万人死于车祸，受伤者将达到2000万人。此外，车祸所致的伤亡人员，其潜在性寿命损失年数（YPLL）大于任何其他疾病［4］，造成的经济损失一般为国民经济生产总值的1%～2.5%［5］。鉴于以上情况，应加强对交通事故伤的研究。笔者旨在研制供实验研究用的撞击机，建立各种撞击伤动物模型，并阐明撞击伤的发生机制。
系列生物撞击机的研制
一、BIM-I型竖式生物撞击机［6-8］
整机重6 000 kg, 由撞击塔、缓冲台和实验板三部分组成。撞击塔由角钢焊制而成，外包防风薄板。有效使用高度为36 m，最大撞击速度为22 m/s，可模拟的撞击车速为79 km/h，撞击锤质量为0.5～15 kg，下落高度为0.5～30 m。缓冲台由重约1t的台面、4根直径120 mm钢性立柱、底板、缓冲板及二次锤组成。采用撞击锤撞击二次锤以控制撞击幅度，并设计有撞击触发式反弹限制器，以防止二次锤因惯性作用对动物进行多次撞击。动物置于缓冲台内的实验板上，通过改变动物与二次锤端面的相对位置或改变实验板与二次锤下端的距离，可实现撞击部位和撞击幅度的准确控制，进行猪、犬、兔等动物的撞击伤实验。
二、BIM-II型卧式生物撞击机［7，8］
总重量约2 t，长约8 m，由高速气炮、二次锤及其机座、万向动物固定台、轮轨系统、测速系统及高压气源等构成。高速气炮实际工作压力≤10 MPa,气动阀完全开启时间约为2 ms, 炮膛内径50 mm, 长1300 mm, 炮弹出膛时最大速度理论值可达90 m/s(324 km/h), 采用二次锤的实测撞击速度为42 m/s, 相当于车速150 km/h。依动物致伤架和固定方式的不同可将撞击方式分为静态和动态两种。静态时动物受撞击后不能向后移动，便于在动物上布放许多传感器，进行生物力学测试。动态撞击时动物可沿滑轨系统滑动，有效长度3.5 m, 高1.9 m，测速系统可直接测量二次锤的撞击速度。本型撞击机采用高压气体驱动，撞击速度范围大，且连续可调，经二次锤可改变撞击压缩幅度、撞击面积及形状，测定撞击速度。本型撞击机适用于家兔等动物实验。
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