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Explosionstrauma Teil 1

Physikalische Grundlagen und Pathophysiologie

Explosion trauma part 1

Physical principles and pathophysiology

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Zusammenfassung

Nach Explosionen kommt es durch unterschiedliche Verletzungsmechanismen meist zu multiplen Verletzungen, die den gesamten Körper betreffen können. Während hohe Druckspitzen und Hitzeeinwirkung v. a. im Nahbereich einer Detonation zu schweren Verletzungen und Organschäden führen können, stellen Splitter auch über weitere Entfernungen eine erhebliche Bedrohung für Explosionsopfer dar. Das Erkennen und die Behandlung lebensbedrohlicher Störungen sowie die Einschätzung der Verletzungsschwere erweisen sich ebenso wie die langfristige operative Therapie, Rekonstruktion und Rehabilitation der komplexen Verletzungen als Herausforderungen für das gesamte Behandlungsteam. Die Kenntnis der Verletzungsmechanik und der Pathophysiologie des Explosionstraumas soll dem interdisziplinären Team helfen, diese Herausforderungen zu meistern.

Abstract

After explosions, various injury mechanisms lead to multiple injuries that can affect the entire body. While high pressure peaks and exposure to heat, especially in the vicinity of a detonation, can cause severe injuries and organ damage, fragments also pose a considerable threat to explosion victims even over long distances. The recognition and treatment of life-threatening disorders and the assessment of the severity of the injury are just as challenging for the entire treatment team as long-term operative management, reconstruction strategies and rehabilitation of the complex injuries. Knowledge of the injury mechanics and the pathophysiology of blast injuries should help the interdisciplinary team to master this challenge.

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Abb. 14

Literatur

  1. Maier J (2017) Das Explosionstrauma Im TraumaRegister DGU® (TR-DGU) Der Deutschen Gesellschaft Für Unfallchirurgie – Verletzungsmuster, Versorgung, Prognose Und Tatsächliches Outcome. Universität Ulm, Ulm

    Google Scholar 

  2. Belmont PJ, Schoenfeld AJ, Goodman G (2010) Epidemiology of combat wounds in operation Iraqi freedom and operation enduring freedom: orthopaedic burden of disease. J Surg Orthop Adv 19(1):2–7

    PubMed  Google Scholar 

  3. Lechner R, Achatz G, Hauer T, Palm HG, Lieber A, Willy C (2010) Verletzungsmuster und -ursachen in modernen Kriegen. Unfallchirurg 113(2):106–113

    Article  CAS  Google Scholar 

  4. Belmont PJJ, McCriskin BJ, Sieg RN, Burks R, Schoenfeld AJ (2012) Combat wounds in Iraq and Afghanistan from 2005 to 2009. J Trauma Acute Care Surg 73(1):3–12

    Article  Google Scholar 

  5. Howard JT, Kotwal RS, Stern CA et al (2019) Use of combat casualty care data to assess the US military trauma system during the Afghanistan and Iraq conflicts, 2001–2017. JAMA Surg 154(7):600–608

    Article  Google Scholar 

  6. Köhler J, Meyer R, Homburg A (2008) Explosivstoffe, 10. Aufl. Wiley-VCH, Weinheim

    Book  Google Scholar 

  7. Dirlewanger H (2018) Direkter Schutz der Infrastruktur vor Waffenwirkung und IEDs, Internationale Versuchskampagne CLOUDBERRY in Schweden, Exzerpt Jahresbericht. WTD, Bd. 52

    Google Scholar 

  8. Agasty A et al (2018) Numerical simulations and field validation tests for shock waves’ propagation. Proceedings MABS, Bd. 25

    Google Scholar 

  9. Larchner M (2008) Pressure-time functions for the description of air blast waves. https://www.researchgate.net/publication/264511656_Pressure-Time_Functions_for_the_Description_of_Air_Blast_Waves. Zugegriffen: 06.2021 (JRC Technical Note)

  10. Swisdak MM Jr (1975) Explosion effects and properties: part I—explosion effects in air NSWC/WOL

    Book  Google Scholar 

  11. Zuckerman S (1940) Experimental study of blast injuries to the lungs. Lancet 236(6104):219–224

    Article  Google Scholar 

  12. Champion HR, Holcomb JB, Young LA (2009) Injuries from explosions: physics, biophysics, pathology, and required research focus. J Trauma 66(5):1468–1477 (discussion 1477)

    PubMed  Google Scholar 

  13. Bowen IG (1968) Estimate of man’s tolerance to the direct effects of air blast. DASA

    Book  Google Scholar 

  14. Hirsch FG (1968) Effects of overpressure on the ear—a review. Ann N Y Acad Sci 152(1):147–162

    Article  CAS  Google Scholar 

  15. Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI (2021) Bsp. Nutzung stark limitierter Grenzwerte in Risikoanalysetool SUSQRA. https://www.emi.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/sicherheit/forschung/susqra-sprengvorrichtungen-praevention-risikoanalyse.html. Zugegriffen: 06.2021

  16. Bull AMJ, Clasper J, Mahoney PF (2016) Blast injury science and engineering. Springer, Cham https://doi.org/10.1007/978-3-319-21867-0

    Book  Google Scholar 

  17. Katz E, Ofek B, Adler J, Abramowitz HB, Krausz MM (1989) Primary blast injury after a bomb explosion in a civilian bus. Ann Surg 209(4):484–488

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. Frykberg ER (2002) Medical management of disasters and mass casualties from terrorist bombings: How can we cope? J Trauma 53(2):201–212

    Article  Google Scholar 

  19. Mackenzie I, Tunnicliffe B, Clasper J, Mahoney P, Kirkman E (2013) What the intensive care doctor needs to know about blast-related lung injury. J Intensive Care Soc 14(4):303–312

    Article  Google Scholar 

  20. Brown RF, Cooper GJ, Maynard RL (1993) The ultrastructure of rat lung following acute primary blast injury. Int J Exp Path 74(2):151–162

    CAS  Google Scholar 

  21. Elsayed NM, Atkins JL (2008) Explosion and blast-related in juries: effects of explosion and blast from military operations and acts of terrorism. Academic Press, Burlington

    Google Scholar 

  22. Adler OB, Rosenberger A (1988) Blast injuries. Acta Radiol 29(1):1–5

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. Rivkind AI (2020) Case study: management of blast incidents in Israel. In: Callaway D, Burstein J (Hrsg) Operational and medical management of explosive and blast incidents. Springer, Cham

    Google Scholar 

  24. Knöferl MW, Liener UC, Seitz DH et al (2003) Cardiopulmonary, histological, and inflammatory alterations after lung contusion in a novel mouse model of blunt chest trauma. Shock 19(6):519–525

    Article  Google Scholar 

  25. Gorbunov NV, Asher LV, Ayyagari V, Atkins JL (2006) Inflammatory leukocytes and iron turnover in experimental hemorrhagic lung trauma. Exp Mol Pathol 80(1):11–25

    Article  CAS  Google Scholar 

  26. Seitz DH, Perl M, Mangold S et al (2008) Pulmonary contusion induces alveolar type 2 epithelial cell apoptosis: role of alveolar macrophages and neutrophils. Shock 30(5):537–544

    Article  Google Scholar 

  27. Lundy JB, Oh JS, Chung KK et al (2013) Frequency and relevance of acute peritraumatic pulmonary thrombus diagnosed by computed tomographic imaging in combat casualties. J Trauma Acute Care Surg 75(2 Suppl 2):S215–S220

    Article  Google Scholar 

  28. Ohnishi M, Kirkman E, Guy RJ, Watkins PE (2001) Reflex nature of the cardiorespiratory response to primary thoracic blast injury in the anaesthetised rat. Exp Physiol 86(3):357–364

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. Sawdon M, Ohnishi M, Watkins PE, Kirkman E (2002) The effects of primary thoracic blast injury and morphine on the response to haemorrhage in the anaesthetised rat. Exp Physiol 87(6):683–689

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. Owers C, Morgan JL, Garner JP (2011) Abdominal trauma in primary blast injury. Br J Surg 98(2):168–179

    Article  CAS  Google Scholar 

  31. Leibovici D, Gofrit ON, Shapira SC (1999) Eardrum perforation in explosion survivors: is it a marker of pulmonary blast injury? Ann Emerg Med 34(2):168–172

    Article  CAS  Google Scholar 

  32. Huller T, Bazini Y (1970) Blast injuries of the chest and abdomen. Arch Surg 100(1):24–30

    Article  CAS  Google Scholar 

  33. Peters P (2011) Primary blast injury: an intact tympanic membrane does not indicate the lack of a pulmonary blast injury. Mil Med 176(1):110–114

    Article  Google Scholar 

  34. Radford P, Patel HDL, Hamilton N, Collins M, Dryden S (2011) Tympanic membrane rupture in the survivors of the July 7, 2005, London bombings. Otolaryngol Head Neck Surg 145(5):806–812

    Article  Google Scholar 

  35. Moore DF, Jérusalem A, Nyein M, Noels L, Jaffee MS, Radovitzky RA (2009) Computational biology—modeling of primary blast effects on the central nervous system. Neuroimage 47(Suppl 2):T10–T20

    Article  Google Scholar 

  36. Garimella HT, Kraft RH, Przekwas AJ (2018) Do blast induced skull flexures result in axonal deformation? PLoS ONE 13(3):e190881

    Article  Google Scholar 

  37. Baskin TW, Holcomb JB (2005) Bombs, mines, blast, fragmentation, and thermobaric mechanisms of injury. In: Mahoney PF, Ryan J, Brooks AJ, Schwab CW (Hrsg) Ballistic trauma—a practical guide. Springer, London

    Google Scholar 

  38. O’Brien PJ, Cox MW (2011) Stents in tents: endovascular therapy on the battlefields of the global war on terror. J Surg Radiol 2(1):2156–4566

    Google Scholar 

  39. Bass CR, Davis M, Rafaels K, Rountree MS (2005) A test methodology for assessing explosive ordnance disposal suits for the advanced bomb program

    Google Scholar 

  40. Kauvar DS, Wolf SE, Wade CE, Cancio LC, Renz EM, Holcomb JB (2006) Burns sustained in combat explosions in Operations Iraqi and Enduring Freedom (OIF/OEF explosion burns). Burns 32(7):853–857

    Article  Google Scholar 

  41. Jeschke MG, Pinto R, Kraft R et al (2015) Morbidity and survival probability in burn patients in modern burn care. Crit Care Med 43(4):808–815

    Article  Google Scholar 

  42. Lönnecker S, Schoder V (2001) Hypothermie bei brandverletzten Patienten – Einflüsse der präklinischen Behandlung. Chirurg 72(2):164–167

    Article  Google Scholar 

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Author information

Authors and Affiliations

  1. Abteilung für Allgemein- und Viszeralchirurgie, Bundeswehrkrankenhaus Berlin, Scharnhorststr. 13, 10115, Berlin, Deutschland

    Thorsten Hauer, Steffen Grobert & Niels Huschitt

  2. Ausbildungszentrum Technik Landsysteme, Fachschule des Heeres für Technik, Kornelimünsterweg 27, 52066, Aachen, Deutschland

    Helgo Wenniges

  3. Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie, Septische und Rekonstruktive Chirurgie, Bundeswehrkrankenhaus Berlin, Scharnhorststr. 13, 10115, Berlin, Deutschland

    Christian Willy

Authors
  1. Thorsten Hauer
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  2. Steffen Grobert
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  3. Helgo Wenniges
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  4. Niels Huschitt
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  5. Christian Willy
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Corresponding author

Correspondence to Thorsten Hauer.

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Interessenkonflikt

Gemäß den Richtlinien des Springer Medizin Verlags werden Autoren und Wissenschaftliche Leitung im Rahmen der Manuskripterstellung und Manuskriptfreigabe aufgefordert, eine vollständige Erklärung zu ihren finanziellen und nichtfinanziellen Interessen abzugeben.

Autoren

T. Hauer: A. Finanzielle Interessen: Bundeswehr: Geldmittel im Rahmen von bundeswehrinterner Sonderforschung. – Referentenhonorar oder Kostenerstattung als passiver Teilnehmer: Kursdirektor in den Kurssystemen Advanced Trauma Life Support (ATLS; Akademie der Unfallchirurgie), ASSET (American College of Surgeons) | DGAV OP-Workshop Viszeralchirurgischer Notfall und thorakoabdominelles Trauma (Deutsche Gesellschaft für Allgemein- und Viszeralchirurgie) | Prehospital Trauma Life Support (PHTLS; Deutscher Berufsverband Rettungsdienst) | Instruktor in den Kurssystemen Definitive Surgical Trauma Care (DSTC; Akademie der Unfallchirurgie) | European Trauma Course (ETC; European Trauma Course Organisation) | Tactical Combat Casualty Care (TCCC; Deutscher Berufsverband Rettungsdienst) | Terror and Disaster Surgical Care (TDSC; Akademie der Unfallchirurgie) | Referent beim Swiss International Wound Ballistics Workshop (Universität Bern, Institut für Rechtsmedizin) | Wissenschaftliche Leitung von Baxeducation für OP-Pflege (Fa. Baxter) | Medizinischer Übersetzer für den Verlag Jones & Bartlett Learning | Honorare, Reise- und Übernachtungskosten. – B. Nichtfinanzielle Interessen: Leitender Oberarzt der Klinik für Allgemein- und Viszeralchirurgie am Bundeswehrkrankenhaus Berlin | Medizinischer Direktor von PHTLS Deutschland | Mitgliedschaften: Präsidiumsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Katastrophenmedizin (DGKM) | Deutschen Gesellschaft für Wehrmedizin und Wehrpharmazie (DGWMP) | Deutschen Gesellschaft für Chirurgie (DGCH), Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie (DGU) | Deutschen Gesellschaft für Allgemein- und Viszeralchirurgie (DGAV) | European Society for Trauma and Emergency Surgery (ESTES) | Ambroise Paré International Military Surgery Forum (APIMSF) | Arbeitsgemeinschaft Notarzt Berlin (AGNB). S. Grobert: A. Finanzielle Interessen: S. Grobert gibt an, dass kein finanzieller Interessenkonflikt besteht. – B. Nichtfinanzielle Interessen: Beruf: Truppenoffizier bei der Bundeswehr (derzeit Bundeswehrkrankenhaus Berlin, Klinik II. Allgemein- und Viszeralchirurgie) | Dienstgrad: Major | Akademischer Grad: Dipl.-Ing. (FH) | Funktion: Projektoffizier für interdisziplinäre Forschung | Doktorand am Institut für Rechtsmedizin der LMU München | Mitglied in der International Ballistics Society (https://www.ballistics.org). Deutscher Vertreter beim International Personal Armour Committee (IPAC). Mitglied, Research Task Group (RTG), Human Factors and Medicine, HFM-338 „Development of military loading exposure guidelines for prevention of chronic traumatic encephalopathy“ NATO Science and Technology Organization (STO). H. Wenniges: A. Finanzielle Interessen: H. Wenniges gibt an, dass kein finanzieller Interessenkonflikt besteht. – B. Nichtfinanzielle Interessen: ehem. Berufssoldat der Bundeswehr (OStFw a.D. seit 2020) | Truppenfachlehrer bei TSL/FSHT Aachen, Unterrichtsschwerpunkt Explosivstoffchemie/Ballistik. N. Huschitt: A. Finanzielle Interessen: N. Huschitt gibt an, dass kein finanzieller Interessenkonflikt besteht. – B. Nichtfinanzielle Interessen: berufliche Tätigkeit: Klinischer Direktor der Klinik für Allgemein- und Viszeralchirurgie, Bundeswehrkrankenhaus Berlin | Mitgliedschaften: DGCH aktives Mitglied, DGAV aktives Mitglied C. Willy: A. Finanzielle Interessen: C. Willy gibt an, dass kein finanzieller Interessenkonflikt besteht. – B. Nichtfinanzielle Interessen: Klinikdirektor und Oberstarzt, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, septisch-rekonstruktive Chirurgie, Forschungs- und Behandlungszentrum Septische Defektwunden, Bundeswehrkrankenhaus Berlin, Scharnhorststr. 13, 10115 Berlin | Mitgliedschaften: DGU | DGCh.

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Der Verlag

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Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.

Additional information

Wissenschaftliche Leitung

Volker Alt, Regensburg

Peter Biberthaler, München

Thomas Gösling, Braunschweig

Thomas Mittlmeier, Rostock

Explosionstrauma Teil 2: „Medizinische Behandlungsprinzipien“ erscheint in Kürze in Der Unfallchirurg.

CME-Fragebogen

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Wie kann der vereinfachte Druckverlauf einer Detonation im Freifeld am ehesten charakterisiert werden?

Der Druckstoß kann maximal die einfache Schallgeschwindigkeit (Mach 1) der Luft erreichen.

Der positive Spitzendruck wird von einer Unterdruckphase gefolgt, die ebenfalls zur Gewebeschädigung beiträgt.

Konventionelle Detonationen können an der Luft einen Spitzendruck über 500.000 bar erzeugen.

Der Überdruck nimmt im nahen Umfeld einer Detonation exponentiell zu.

Der Kurvenverlauf entspricht im Zeit-Druck-Diagramm einer steilen Parabel.

Welche Aussagekraft haben Grenzwerte und Verletzungsmechanismen bei Explosionen?

Grenzwerte für primäre Explosionsverletzungen unterliegen starken Limitationen.

Grenzwerte aus Tierversuchen sind durch mathematische Skalierungen auf den Menschen übertragbar.

Die biomechanischen Grenzwerte ermöglichen Verletzungsrisikoanalysen für Explosionen im bebauten städtischen Umfeld.

Die meisten Verletzungsmechanismen sind seit Langem erforscht und konnten deshalb bereits validiert werden.

Das intakte Trommelfell eines Patienten weist darauf hin, dass weitere druckbedingte Verletzungen auszuschließen sind.

Welches Organsystem wird durch den Druckstoß einer Detonation am wenigsten geschädigt?

Lunge

Zentralnervensystem

Ohr

Haut

Darm

Welche Verletzungsfolgen sind durch mikroskopische Veränderungen der druckstoßbedingten, primären Lungenverletzung („blast lung“) gekennzeichnet?

Pneumothorax

Zwerchfellruptur

Zerreißung der Alveolen

Hämatothorax

Rippenfrakturen

Wie ist die primäre Explosionsverletzung der Lunge („primary blast lung injury“) definiert?

Die Schädigungen der Alveolen sind gleichmäßig über das Lungenparenchym verteilt.

Durch radiologischen und klinischen Nachweis einer akuten Verletzung der Lunge, die innerhalb von 12 h nach einer Explosion auftritt.

Durch das Auftreten eines beidseitigen Spannungspneumothorax.

Bei einer druckstoßbedingten Schädigung der Lunge liegt in der Regel auch eine Ruptur des Trommelfells vor (Indikatorverletzung).

Durch die Entstehung einer Luftembolie, die nach 48 h zu beobachten ist.

Welche Verletzungen werden zu den sekundären Explosionsverletzungen gezählt?

Schädel-Hirn-Verletzungen durch einstürzende Gebäudeteile

Verletzungen luftgefüllter Organe, die durch den Druckstoß einer Explosion hervorgerufen werden

Verbrennungen

Splitterverletzungen

Infektionen und Spätfolgen einer Explosion

Was zeichnet die Umsetzungsart einer Detonation aus?

Sie kann bei der Vermischung von Mehlstaub mit Luftsauerstoff und einer Funkenzündung entstehen.

Sie kann einen Druckstoß mit einer Geschwindigkeit von 700 m/s erzeugen.

Sie kann im urbanen Umfeld ohne Unterdruckphase wirken.

Sie kann in geschlossenen Räumen durch Reflexionen stark an Wirksamkeit verlieren.

Sie kann aufgrund der sichtbaren Schlieren in der Luft gut von einer Deflagration unterschieden werden.

Durch welche Verletzungsmechanismen entstehen druckstoßbedingte Schädigungen des Gewebes?

Durch Druckspannungen

Durch Zug- und Schubspannungen

Durch zentrifugale und zentripetale Bewegungen der Luft hinter dem Druckstoß

Durch kurzzeitdynamische Überschreitung der Bruchspannung von Knochen

Durch Resonanzeffekte

Sie behandeln einen Patienten, der nach einer gewaltigen Explosion in einer Düngemittelfabrik mit Verbrennungen der Haut und multiplen Splitterverletzungen eingeliefert wird. Was sollten Sie dringlichst beachten?

Die Detektion der Splitter durch bildgebende Verfahren hat Vorrang im Behandlungsablauf.

Aufgrund möglicher Kontamination mit Chemikalien müssen alle Splitter durch ein umfassendes Débridement entfernt werden.

Zusätzlich zu penetrierenden Verletzungen muss mit einem schweren Inhalationstrauma gerechnet werden.

Inkorporierte Anteile von Düngemitteln können bei Kontakt mit Luftsauerstoff nachträglich umsetzen.

Verbände und an der Haut haftende Bekleidung müssen schnellstmöglich entfernt werden.

Welches Verletzungsbild zählt zum tertiären Explosionstrauma?

Die Verbrennung großer Körperareale, einhergehend mit einem Inhalationstrauma.

Der menschliche Körper kann über mehrere Meter mit hoher Geschwindigkeit gegen eine Mauer geschleudert werden und somit eine Trommelfellverletzung erleiden.

Einige Verletzungsmuster gleichen in Kombination dem „gewöhnlichen Polytrauma“.

Die Strahlenkrankheit durch radioaktive Stoffe.

Die Infektion im Verlauf durch eingesprengte Fremdkörper.

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Hauer, T., Grobert, S., Wenniges, H. et al. Explosionstrauma Teil 1. Unfallchirurg 125, 145–159 (2022). https://doi.org/10.1007/s00113-021-01073-9

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