Prehospital trauma care: kinematic

กลศาสตร์ของการบาดเจ็บ

ความรู้พื้นฐาน

• พลังงานจลน์ (kinetic energy) คือ พลังงานที่เกิดกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ สามารถเขียนเป็นสูตรได้ว่า Ek = 1/2 mv²
• การบาดเจ็บเกิดจากการถ่ายเทพลังงานระหว่างวัตถุ 2 ชนิด ซึ่งจากสูตรจะเห็นว่าพลังงานจะมากหรือน้อยจะขึ้นกับปัจจัย 2 อย่าง คือ มวล และ ความเร็วยกกำลังสอง
• เมื่อวัตถุแข็งชนกับร่างกาย จะเกิดการถ่ายเทพลังงานระหว่างอนุภาค ซึ่งความรุนแรงการบาดเจ็บจะขึ้นกับ
• ความหนาแน่นของเนื้อเยื่อ (มีอนุภาคหนาแน่น) ถ้าเป็น solid density (เช่น กระดูก) ก็จะมีการถ่ายเทพลังงานได้มาก ถ้าเป็น water density (กล้ามเนื้อ อวัยวะภายในส่วนใหญ่) หรือ air density (ปอด ลำไส้) ก็จะมีการถ่ายเทพลังงานได้น้อยลงตามลำดับ
• พื้นผิวสัมผัส ถ้าพื้นที่กว้าง ผิวหนังจะไม่ทะลุ (blunt trauma) แต่ถ้าพื้นที่สัมผัสขนาดเล็กๆจะทะลุผิวหนังเข้าไป (penetrating trauma)
• การเกิดโพรง (cavitation) เปรียบเทียบเช่นเดียวกับการแทงลูกบิลเลียดขาวไปโดนลูกบิลเลียดสีที่อยู่เป็นกลุ่มแตกกระจายออกไป ซึ่งจะสามารถแบ่ง cavitation ออกเป็น  2 ชนิด คือ temporary cavity คือ เนื้อเยื่อมี elasticity จะยืดออกแล้วหดกลับสู่ตำแหน่งเดิม และ permanent cavity คือ ส่วนที่เหลือค้างเป็นโพรงหลังจาก temporary cavity ยุบตัวกลับที่เดิมแล้ว ซึ่ง blunt trauma มักจะมีแค่ temporary cavity ส่วน penetrating trauma จะมีทั้ง 2 ชนิด

Blunt trauma

การบาดเจ็บจะเกิดจากแรง 2 ชนิด คือ แรงที่เกิดจากการกระแทกโดยตรง (Compression force) เช่น เมื่อรถหยุดกะทันหัน ร่างกายจะยังคงเคลื่อนที่มาด้านหน้า (กฎความเฉื่อย) ทำให้ seat belt รัดกับผนังหน้าท้อง ทำให้ small bowel โดนบีบอัดระหว่าง abdominal wall และ spinal column และแรงเฉือน (Shear force) จากการเคลื่อนที่ของอวัยวะภายใน เช่น เมื่อเมื่อรถหยุดกะทันหัน (deceleration) ทำให้ aortic arch และ ascending aorta เคลื่อนที่มาด้านหน้าและฉีกออกจาก descending aorta ที่อยู่ติดแน่นกับ spinal column ด้านหลัง

การบาดเจ็บที่เกี่ยวกับรถยนต์

แบ่งการชนออกเป็น front impact, rear impact, lateral impact, rotational impact, และ rollover

• Front impact: เมื่อรถชนด้านหน้า sternum จะเคลื่อนที่ไปด้านหน้าชนกับพวงมาลัย เมื่อ sternum หยุดเคลื่อนที่แล้ว แต่ posterior thoracic wall ยังคงเคลื่อนที่มาด้านหน้าอยู่ ทำให้ heart และ lung ซึ่งอยู่ระหว่างกลางโดนบีบอัด และอาจมี rib fracture ส่วนตัวคนจะเคลื่อนที่ได้ 2 แบบ คือ
• Up-and-Over path: เคลื่อนที่ขึ้น ศีรษะจะกระแทกกับกระจกหน้าหรือหลังคารถ เกิดแรงส่งไปตาม spine โดยเฉพาะส่วน cervical spine จะได้รับอันตรายง่ายที่สุด; ส่วนหน้าอกหรือท้องจะกระแทกกับพวงมาลัย ถ้าหน้าอกกระแทกจะทำให้เกิดการบาดเจ็บต่อ heart, lung และ aorta; ถ้าท้องกระแทกจะเกิดการบาดเจ็บต่อ solid organs, มี overpressure injuries (diaphragm, aortic valve rupture [จาก retrograde pressure ตาม aorta]) และ ruptured hollow organs ได้; เกิด shear injury ต่อ kidneys, spleen, liver ได้
• Down-and-Under Path: เคลื่อนที่ลง ถ้าขาเหยียดตรงอาจจะบิดและมี ankle fracture; ถ้างอเข่า เข่าจะกระแทกแผ่นกันโคลนด้านหน้า ซึ่งถ้า tibia เป็นส่วนกระแทกและ femur เคลื่อนที่มาด้านหน้าจะทำให้เกิด posterior knee dislocation และ popliteal artery injury หรือ ถ้า femur เป็นส่วนกระแทก อาจทำให้ femur fracture หรือเกิด posterior hip dislocation; ลำตัวส่วนบนจะเกิดการบาดเจ็บได้เช่นเดียวกับ up-and-over pathway; liver เมื่อเคลื่อนที่ลงมาอาจโดนตัดจาก ligamentum teres ที่ยึดติดแน่นกับ abdominal wall
• Rear impact: เมื่อรถโดนชนด้านหลัง ส่วนลำตัวจะกระแทกกับเบาะที่นั่งซึ่งมักจะไม่มีอันตราย ส่วนที่พักศีรษะ ถ้าไม่ได้ปรับไว้อย่างถูกต้องจะทำให้เกิด neck hyperextension มี ligament injury ของ anterior part ของ neck; หลังการชน ถ้ารถเคลื่อนที่ไปด้านหน้าแล้วค่อยๆหยุดเองมักจะไม่เกิดอันตรายรุนแรง ยกเว้นจะชนซ้ำด้านหน้า
• Lateral impact: เมื่อรถโดนชนด้านข้าง ลำตัวด้านข้างจะโดนกระแทกโดยตรง ทำให้ clavicle fracture, rib fracture, lung contusion, pneumothorax [overpressure injuries], aortic shearing injuries, pelvic fracture, acetabulum fracture (จาก head of femur กระแทก), liver/spleen injuries; ส่วนศีรษะจะกระแทกกับกระจกข้างมี head injury และคอมี lateral flexion + rotation อาจทำให้เกิด vertebral fracture และ facet dislocation
• Rotational impact: เมื่อรถชนที่มุมแล้วหมุน จะเกิดการบาดเจ็บผสมระหว่าง frontal impact และ lateral collisions
• Rollover: รถพลิกหมุน ส่วนใหญ่จะเกิดอันตรายจาก shearing injuries แม้ว่าจะคาด seatbelt

ชนิดของรถที่ชนกัน: ถ้ารถที่มีน้ำหนักมากและศูนย์ถ่วงสูงกว่า (SUV, van, pickup) โอกาสจะเกิดการบาดเจ็บน้อยกว่า

เข็มขัดนิรภัย: ถ้าคาด seatbelt อย่างถูกต้องจะเกิดการส่งแรงผ่าน pelvis และ chest; ถ้าคาด lap belt เหนือ pelvis จะทำให้เกิด compression injuries (spleen, liver, pancreas), overpressure injuries (diaphragmatic rupture, bowel), anterior compression fracture (T12-L2) 

ถุงลมนิรภัย: ช่วยเพิ่มระยะหยุดของลำตัว (ลด deceleration = ลด force) มีประโยชน์ใน frontal impact เฉพาะการชนครั้งแรกเท่านั้น เพราะ airbag จะ deflate อย่างรวดเร็ว (0.5 วินาที) ถ้าตำแหน่งที่นั่งเหมาะสม (อายุ > 12 ปี และคนขับอยู่ห่างจาก airbag > 25 ซม. และคนนั่งข้างอยู่ห่างจาก airbag > 45 ซม.) จะไม่เกิดอันตรายจาก airbag (อาจมี abrasion เล็กน้อย)

การบาดเจ็บที่เกี่ยวกับรถจักรยานยนต์

ประเภทของการชน ได้แก่ head-on, angular, ejection

• Head-on impact: จุดศูนย์ถ่วงของรถจะอยู่หลังและเหนือล้อหน้า เมื่อชนรถจะเอียงไปด้านหน้า ร่างกายจะไปกระแทกกับแฮนด์รถ (head, chest, abdomen, pelvis) หรือ เมื่อลำตัวลอยขึ้นแต่ขาไปกระแทกกับแฮนด์รถจะทำให้เกิด bilateral mid-shaft femur fracture, open book pelvic fracture
• Angular impact: บาดเจ็บจากรถจักรยานล้มทับ หรือโดนอัดระหว่างรถ เกิด extremities fracture + extensive soft tissue injury รวมถึง internal organ injury ได้
• Ejection impact: เกิดการบาดเจ็บจากร่างกายลอยไปกระทบวัตถุอื่น

การป้องกันการบาดเจ็บ ได้แก่ สวมรองเท้าบูท เสื้อหนัง สวมหมวกนิรภัย รู้วิธีการล้มโดยเอียงรถจักรยานลงด้านข้างก่อนที่จะชน ร่างกายจะเคลื่อนที่แยกออกจากรถ ทำให้เกิดแผล abrasion แต่จะหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บรุนแรงได้

การบาดเจ็บของคนเดินถนน

คนเดินถนนโดนรถยนต์ชน การบาดเจ็บจะขึ้นกับหลายปัจจัย (ความสูง ชนิดของรถ) และมีการบาดเจ็บได้หลายขั้นตอน ได้แก่

• การชนครั้งแรกเข้าที่ขาหรือสะโพก อาจทำให้เกิด tibia/fibular fracture หรือในเด็กเนื่องจากตัวเตี้ยกว่าจะเป็น femur/pelvic fracture หรือถ้ารถที่มีหน้ารถสูง (รถบรรทุก, SUV) อาจโดยชนทั้งตัวพร้อมกันทีเดียว
• หลังจากนั้นลำตัวจะม้วนขึ้นไปที่กระโปรงหน้า อาจชนกับกระจกหน้า ทำให้เกิด femur/pelvis/rib/spine fracture, intrathoracic/intraabdominal injury, shear injury, head injury
• แล้วกระเด็นหล่นออกมา อาจกระแทกกับพื้นถนนหรือโดนรถทับ ในเด็กเนื่องจากมีน้ำหนักน้อยและตัวเล็กอาจไม่กระเด็นออกจากรถแต่อาจโดนรถลากไปแทน

ในเด็กมีแนวโน้มที่จะหันหน้าเข้าหารถในขณะที่โดนชนทำให้ anterior body และ face injury; ส่วนในผู้ใหญ่มักจะหันหลังให้รถ จึงมักจะโดนชนด้านหลังหรือด้านข้าง

การตกจากที่สูง

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการบาดเจ็บได้แก่

• ความสูงที่ตก โดยความสูงที่มักจะทำให้เกิดการบาดเจ็บรุนแรง คือ 6 เมตรในผู้ใหญ่ หรือ 3 เมตรในเด็ก
• พื้นผิวที่ตก แข็ง หรือ อ่อนนุ่ม (stopping distance มาก = deceleration น้อย = Force น้อย [F=ma])
• ส่วนของร่างกายที่ลงสู่พื้น ถ้าเอาขาลง (Don Juan syndrome) จะเกิด bilateral calcaneus fracture, ankle fracture, tibial plateau fracture, hip fracture, spine ส่วน concave จะเกิด compression injuries และส่วน convex ทำให้เกิด distraction injuries; ถ้าเหยียดแขนลง เกิด bilateral Colles fracture; ศีรษะลง (กระโดดน้ำตื้น) เกิด cervical spine fracture และการบาดเจ็บแบบ up-and-over pathway

การบาดเจ็บทางกีฬา

การบาดเจ็บขึ้นกับชนิดของกีฬา ต้องประเมินไปเป็นขั้นตอนได้แก่ ประเมินหา life-threatening injury, ประเมิน mechanism of injury, ดู force ว่ารุนแรงหรือไม่ เช่น ถ้าคนชนกันแล้วอีกคนบาดเจ็บรุนแรงหรือไม่, ใส่อุปกรณ์ป้องกันหรือไม่, อุปกรณ์ที่ใส่ป้องกันเสียหายหรือไม่, ประเมินการบากเจ็บร่วมอื่นๆ

Penetrating trauma

การบาดเจ็บจากวัตถุแหลม

• เป็นกลุ่ม Low-energy weapons
• มักจะไม่มี cavitation เกิดขึ้น
• เพศชายมักจะจับมีดทางนิ้วโป้ง ทิศทางการแทงจึงมักจะแทงขึ้นบนและเข้าใน ส่วนผู้หญิงมักจะจับมีดทางนิ้วก้อย จึงมักจะแทงลง
• ผู้แทงเมื่อแทงเข้าไปแล้วอาจโยกมีดไปมา ทำให้เกิดการบาดเจ็บภายในที่รุนแรงมากขึ้น

การบาดเจ็บจากกระสุนปืน

ปัจจัยที่ส่งผลต่อขนาดแผลของกระสุนปืน

• หัวกระสุน ซึ่งหัวกระสุนจะเปลี่ยนรูปร่างเมื่อกระทบ ทำให้พื้นที่หน้าตัดมีขนาดใหญ่ขึ้น เกิดความเสียดทานและเกิดการถ่ายทอดพลังงานไปสู่วัตถุที่กระทบมากขึ้น 
• การหมุนกลับหน้าหลัง (tumble) ภายในร่างกาย ทำให้ด้านข้างของกระสุนเป็นตัวนำ เกิดความเสียดทานมากขึ้น ทำให้เกิดความเสียหายได้มากขึ้น
• การแตกของหัวกระสุน มีทั้งที่แตกออกตั้งแต่ออกจากปากกระบอกปืน และชนิดที่แตกออกเมื่อเข้าสู่ร่างกาย

Medium-energy และ high-energy weapons

• Medium-energy หมายถึง ความเร็วกระสุน > 1,000 ft/sec (305 m/s) จะเกิด temporary cavity ประมาณ 3-5 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางกระสุน
• High-energy หมายถึง ความเร็วกระสุน > 2,000 ft/sec (610 m/s) จะเกิด temporary cavity ประมาณ > 25 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางกระสุน และจะมีภาวะ vacuum ภายใน cavity จะดูดผ้า เชื้อโรคและสิ่งสกปรกอื่นๆเข้าไปภายในแผลได้
• ปัจจัยต่อความรุนแรง คือ มวลของกระสุน และ ความเร็ว ซึ่งถ้ายิงจากระยะไกล กระสุนจะโดนแรงเสียดทานจากอากาศทำให้ลดความเร็วลง
• มีการหมุนกลับหน้าหลัง (tumble) ของกระสุนภายในร่างกาย (เช่นจาก AK-47) จะทำให้เกิด 2-3 cavity ขนาดใหญ่ภายในร่างกาย ทำให้เกิดความเสียหายมากขึ้น ซึ่งจะสัมพันธ์กับเนื้อเยื่อที่ผ่าน เช่น ถ้าผ่านกล้ามเนื้อซึ่งมี elasticity มากจะมีส่วนของ temporary cavity มาก แต่ถ้าผ่าน liver ซึ่งมี elasticity น้อย จะเกิด permanent cavity ขนาดใหญ่กว่ามาก
• การแตกของหัวกระสุน ถ้าเกิดขึ้นที่ผิวหนังจะเกิดแผลเข้าขนาดใหญ่และมี soft tissue injury รุนแรง แต่ถ้าการแตกเกิดขึ้นเมื่อชนกับวัตถุแข็ง (เช่น ชนกระดูกภายในร่างกาย) จะเกิด cavity ขนาดใหญ่และกระดูกแตกเป็นชิ้นเล็กๆ

แผลทางเข้าและออกของกระสุน

• ถ้ามีความรู้ด้านนี้มาช่วยในการค้นหาการบาดเจ็บที่อาจจะเกิดขึ้นได้ แต่ในทางกฎหมายไม่อาจเอามายืนยันได้อย่างชัดเจนว่าเป็นแผลทางเข้าหรือออกจริง
• แผลทางเข้า (อากาศสู่เนื้อเยื่อ) จะมีเนื้อเยื่อรองรับจึงมักจะเป็นวงกลมหรือเป็นวงรี และมีรอยถลอกเล็กๆโดยรอบจากการหมุนควงเข้าสู่ผิวหนัง ในขณะที่แผลทางออก (เนื้อเยื่อสู่อากาศ) ไม่มีเนื้อเยื่อรองรับจึงแตกออกเป็นรูปดาว (stellate [starburst])
• ถ้าโดนยิงประชิดผิวหนัง แก๊สจากปากกระบอกปืนจะดันเข้าไปในแผล อาจคลำได้เป็น crepitus; ถ้ายิงห่าง 5-7 ซม. จะมีรอยไหม้จากความร้อนของแก๊สที่ผิวหนัง; ถ้าห่าง 5-15 ซม. จะมีเขม่าติดที่ผิวหนัง; ถ้ายิง < 25 ซม. จะมีรอยดินปืน (cordite) ฝังที่ผิวหนังเป็น tattoo ร่วมกับรอยไหม้ขนาดเล็ก 1-2 mm

Head penetrating injury

• เมื่อเกิด cavity ภายใน skull ทำให้ brain tissue ไปอัดกับด้านในของกะโหลกศีรษะ ทำให้เกิดการบาดเจ็บรุนแรงมากขึ้น บางครั้งสามารถทำให้กะโหลกระเบิดออกได้
• ถ้าเป็นกระสุน medium-velocity เช่น 0.22 หรือ 0.25 ยิงเฉียงเข้าไปในกะโหลก กระสุนอาจวิ่งไปตามแนวโค้งภายในของกะโหลกได้ ทำให้เกิดการบาดเจ็บรุนแรง

Chest

• Lung tissue เนื่องจากมีความหนาแน่นน้อย จึงเกิดความเสียหายน้อยกว่าเนื้อเยื่ออื่นๆ มีเพียงส่วนน้อยที่ต้องผ่าตัดรักษา
• เส้นเลือดขนาดเล็กภายในปอดที่ไม่ได้ถูกยึดอยู่กับที่จะเกิดความเสียหายน้อย ส่วนเส้นเลือดขนาดใหญ่เช่น aorta, vena cava ซึ่งขยับได้น้อยจะมีโอกาสบาดเจ็บได้มากกกว่า
• ใน low-medium energy penetration เช่น มีด หรือ กระสุน 0.22 กล้ามเนื้อหัวใจซึ่งมีความหนาของกล้ามเนื้อสามารถชะลอการไหลของเลือดได้ ทำให้พอมีเวลาในการนำส่งรพ.

Abdomen

• ส่วนใหญ่ที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บรุนแรง คือ medium-energy injury แต่การบาดเจ็บต่อ solid organ หรือ vascular structure มักจะไม่ทำให้เลือดออกอย่างรวดเร็ว

Extremities

• Bone เมื่อโดนกระสุนปืน จะเกิด bony fragment พุ่งกระจายออกไป เหมือนเป็นกระสุนภายในร่างกาย ทำให้เกิดความเสียหายมากขึ้น
• Muscle จะถูกยืดออก ทำให้เกิดเลือดออกได้
• Blood vessel อาจถูกกระสุนโดยตรง หรือเฉียดใกล้ สามารถทำให้เกิดการบาดเจ็บต่อชั้นภายในหลอดเลือด เกิด clotting และ obstruction ตามมาได้

Shotgun wounds

• ปืนลูกซองเมื่อถูกยิงออกไปจะมีกระสุนลูกปรายกระจายออกไป รวมถึงหมอนรองกระสุน (wadding) ซึ่งกระสุนลูกปรายจะมีหลายแบบตั้งแต่เป็นลูกโลหะกลมขนาดเล็ก (birdshot) มี 200-2000 ลูก, ขนาดใหญ่ (buckshot) มี 6-20 ลูก และเป็นลูกโดด (slugs)
• ปัจจัยสำคัญต่อการบาดเจ็บ คือ ระยะห่าง ทำให้แบ่งบาดแผลออกเป็น 4 ชนิด ได้แก่
• Contact wound แผลเข้าจะกลม มักมีรอยไหม้ บางครั้งแผลอาจเป็นรูปดาวจากแก๊สที่ร้อนจัดดันแผลออกมา
• Close-range wounds ระยะ < 1.8 เมตร แผลทางเข้ากลม จะเห็นเขม่าดินปืนรอบแผลมากกว่า contact wound และเห็นรอยถลอกจากหมอนรองกระสุนมากระแทก กระสุนสามารถทะลุเข้าได้ลึก
• Intermediate-range wound คือ ระหว่าง 1.8 – 5.5 เมตร จะแสดงการบาดเจ็บผสมกันระหว่าง close และ long-range wound
• Long-range wound คือ ระยะ > 5.5 เมตร แผลเกิดจากกระสุนลูกปรายกระจายออก มักไม่ทะลุลงลึกถึงอวัยวะภายใน แต่สามารถทำอันตรายรุนแรงได้ เช่น ที่ตา

Blast injuries

เมื่อเกิดการระเบิดขึ้นจะเกิด blast wave มีความเร็ว > 5000 เมตร/วินาที ประกอบด้วยส่วน static component (blast  overpressure) มีการเพิ่มขึ้นของแรงดัน เรียกว่า shock front หรือ shock wave แล้วตามด้วยการลดลงของความดันจนกลายเป็น partial vacuum ดูดอากาศกลับเข้ามา และส่วน dynamic component (dynamic pressure) ทำให้เกิด blast wind พัดเศษสะเก็ดออกไปด้วยความเร็วหลายพันเมตรต่อวินาที สะเก็ดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจนเร็วกว่า blast wave ทำให้เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บจากการระเบิดได้ในระยะหลายพันฟุต

• Blast wave เมื่ออยู่ใกล้มากจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันภายในร่างกาย โดยเฉพาะในอวัยวะที่มีอากาศอยู่ภายใน เช่น หู (TM rupture) ปอด (blast lung มักเกิดในพื้นที่ปิด เกิด pneumothorax, air embolism, interstitial/subcutaneous emphysema, pneumomediastinum), ลำไส้ (rare) ซึ่ง shock front จะหายไปกลายเป็น blast wind อย่างรวดเร็ว เกิดสะเก็ดระเบิดลอยมากระแทกเรียกว่า secondary blast; นอกจากนี้ blast wind ยังอาจยกวัตถุขนาดใหญ่มากระแทกหรือยกคนให้ลอยไปกระแทกเกิดการบาดเจ็บ เรียกว่า tertiary blast; ส่วนการบาดเจ็บจากความร้อน ไฟ ก๊าซ หรือ ควัน เรียกว่า quaternary injuries; การบาดเจ็บที่เกิดจาก bacteria, chemical หรือ radioactive material เรียกว่า Quinary injures
• ยกตัวอย่างจากระเบิดขนาด 23 กก. จะมีอันตรายจาก blast overpressure 15 เมตร แต่สะเก็ดระเบิดสามารถไปได้ไกล > 300 เมตร เพราะฉะนั้นระเบิดส่วนใหญ่จึงเน้นให้เกิดความสูญเสียจาก fragmentation injury เป็นหลัก
• บางครั้งการบาดเจ็บไม่ได้เกิดจากตัวระเบิดโดยตรง เช่น IED ระเบิดรถ จะเกิดการบาดเจ็บจากรถพลิกคว่ำ (blunt injury) หรือในทางทหารที่มีอาจโดยโจมตีโดนยิงเมื่อกำลังออกจากยานพาหนะ (penetrating injury)

Ref: PHTLS 8th edition