静水圧衝撃

静水圧ショック（ハイドロショックとも呼ばれる）は、貫通する弾丸（弾丸など）が圧力波を生成し、生体標的に「遠隔神経損傷」、「神経組織の微細な損傷」、および「急速な影響」を引き起こす可能性があるという議論のある概念である。^{[2] [3] [4]}また、圧力波の影響により、弾丸の進路から離れた場所で間接的な骨折が発生する可能性も示唆されているが、その後、間接的な骨折は一時的な空洞効果（一時的な空洞形成によって生じる放射状の組織変位によって骨にかかる負担）によって引き起こされることが実証された。^[5]

この概念の支持者は、静水圧ショックは、失血の影響よりも早く遠隔神経損傷を引き起こし、無力化をもたらす可能性があると主張している。^[2]口径間および薬莢モデル間の停止力の違いに関する議論では、「軽くて速い」薬莢（ 9×19mmパラベラムなど）と「遅くて重い」薬莢（ .45 ACPなど）の支持者がこの現象に言及することが多い。

マーティン・ファクラーは、音圧波は組織破壊を引き起こさず、一時的な空洞形成が組織破壊の実際の原因であり、音圧波が原因であると誤って考えられていると主張している。^[6]あるレビューでは、圧力波が創傷損傷に寄与するかどうかについて論文間で意見が分かれていると指摘されている。^[5]最終的には、「圧力波によって生じる永久的な病理学的影響について決定的な証拠は見つからなかった」と結論付けられている。

「静水圧衝撃」に関する初期の言及は、1942年4月にポピュラーメカニクス誌^{に掲載されました。[7} ] 科学文献では、弾丸が生きた標的に当たったときに発生する圧力波についての最初の議論は、1947年にプリンストン大学のE.ハーヴェイ・ニュートンと彼の研究グループによって発表されました。^[8]

高速のミサイルが人体に衝突し、軟組織を通過すると、数千気圧の圧力が発生することが一般に認識されています。実際には、次の 3 種類の圧力変化が発生します。(1) ミサイルが人体表面に衝突したときに形成される衝撃波圧力または鋭い高圧パルス。(2) 移動するミサイルのすぐ前と両側の非常に高い圧力領域。(3) ミサイルの後ろに形成される大きな爆発性の一時的な空洞の挙動に関連する、比較的ゆっくりとした低圧の変化。このような圧力変化は、ハンターが油圧ショックと呼ぶ現象の原因であると思われます。油圧ショックとは、高速の弾丸に当たった動物を即死させると考えられている、エネルギーの水力伝達です (Powell (1))。

— 高速ミサイルが動物組織に衝突したときに生じる衝撃波の実験的研究^{[8] [9]}

第二次世界大戦の外傷外科医で弾道学の研究者であるフランク・チェンバレン氏は、遠隔圧力波効果に注目した。チェンバレン大佐は、弾丸が組織に及ぼす「爆発効果」と「水圧反応」について説明した。「液体は『衝撃波』または水圧効果によって動かされる…液体で満たされた組織では、組織への影響と破壊は創傷軸をはるかに超えたあらゆる方向に広がる」^[10] 。チェンバレン大佐は「衝撃」という用語の曖昧な使用を避けた。爆発や超音速弾に関連する特定の種類の圧力波を指す場合もあれば、体内の病状を指す場合もあるためである。

チェンバリン大佐は、創傷弾道学において多くの理論が提唱されていることを認識していた。第2次世界大戦中、彼は8,500床の病院センターを指揮し、14か月間運営し、67,000人以上の患者を治療した。POアクリーは、患者の85%が銃創を患っていたと推定している。^[10]チェンバリン大佐は、銃創に対する患者の反応について、何時間も患者にインタビューした。任務を終えた後、彼は多くの生きた動物実験を行った。創傷弾道学の理論について、彼は次のように書いている。

これらの理論のうち 1 つを絶対的な真実として選ぶとしたら、私はやはり、体液の水圧反応と中枢神経系への反応を採用するでしょう。

— フランク・チャンバーリン大佐（医学博士）^[10]

第二次世界大戦時代の他の科学者たちは、末梢神経への遠隔圧力波の影響に注目した。^{[11] [12]}医学界や科学界では、弾道圧力波の遠隔神経影響という考えは支持されていたが、「静水圧ショック」という語句や「ショック」を含む類似の語句は、主に銃器ライター（ジャック・オコナー^[13]など）や小火器業界（ロイ・ウェザビー^[14]や連邦政府の「ハイドラショック」など）によって使用されていた。

ベトナム戦争時代の外傷外科医、創傷弾道学の研究者、米陸軍大佐、米陸軍医療訓練センターレターマン研究所創傷弾道学研究所所長のマーティン・ファクラーは、静水圧ショックは反証されており、圧力波が負傷や無力化に影響を与えるという主張は神話であると主張した。 ^[6]他の人も同様の見解を表明した。^{[15] [16]}

ファクラーは、腎臓結石を砕くのによく使われる器具である結石破砕器を根拠に議論を展開した。結石破砕器は、ほとんどの拳銃の弾丸よりも強い音圧波を使用するが^[6]、軟部組織にはまったく損傷を与えない。したがって、ファクラーは、弾道圧力波も組織を損傷することはできないと主張した^{[17] 。}

ファクラーは、ベトナムでのライフル銃の銃創の研究（創傷データおよび弾薬有効性チーム）では、「貫通弾が当たらなかった骨が折れたり、主要な血管が断裂した例はなかった。2例のみ、当たらなかった臓器（ただし弾丸の軌道から数センチ以内）が何らかの損傷を受けた」と主張した。ファクラーは、R.F.ベラミーとの個人的なやり取りを引用した。^[6]しかし、翌年ベラミーが発表した調査結果^[18]では、データセット内の骨折の10％は間接的な損傷による可能性があると推定され、1つの特定のケースが詳細に説明されている（pp. 153–154）。さらに、公開された分析では、弾丸が腹腔を貫通しなかったケースで腹部に負傷した例が 5 件 (149 ～ 152 ページ)、肩を撃たれたことによる肺挫傷のケース (146 ～ 149 ページ)、および中枢神経系への間接的な影響のケース (155 ページ) が記録されている。ファクラーの批判者は、ファクラーの証拠はファクラーが主張したように遠隔損傷と矛盾しないが、ベトナムの WDMET データは実際にそれを裏付ける証拠を提供していると主張している。^{[18] [19]}

この議論の要約は、創傷弾道研究の歴史的概要の一部として 2009 年に出版されました。

しかし、Fackler [10, 13]は衝撃波仮説に異議を唱え、それを裏付ける物理的証拠はないと主張したが、この仮説はHarvey [20, 21]、Kolsky [31]、Suneson et. al. [42, 43]、およびCrucq [5]によってすでに裏付けられていた。それ以来、他の著者は、高速弾からの衝撃波が組織関連の損傷や神経系の損傷を引き起こす可能性があるという仮説を裏付ける証拠が増えていると示唆している。これは、模擬モデルを使用したさまざまな実験で示されている[24, 48]。最も興味深いものの1つは、外傷性脳損傷と胸腔および四肢で発生する圧力波との関連を示したCourtneyとCourtney [4]による研究である。

— 創傷弾道学研究の歴史的概要^[20]

傷データおよび弾薬有効性チーム (WDMET) は、ベトナム戦争中に負った傷に関するデータを収集しました。軍事医学教科書に掲載されたこのデータの分析で、ロナルド ベラミーとラス ザジチュクは、遠隔損傷の例と思われるいくつかの症例を指摘しています。ベラミーとザジチュクは、圧力過渡現象による遠隔損傷の 3 つのメカニズム、1) 応力波、2) せん断波、3) 血管圧力インパルスについて説明しています。

ベラミーとザイチュクは、ハーヴェイの「応力波はおそらく組織損傷を引き起こさない」という結論を引用した後 (p. 136)、ハーヴェイの解釈は決定的ではないかもしれないという見解を表明している。なぜなら、彼らは「貫通弾からの応力波も組織損傷を引き起こす可能性を排除できない」と書いているからである (p. 136)。WDMET データには、肩への打撃による肺挫傷の事例が含まれている。図 4-40 (p. 149) のキャプションには、「肺損傷は応力波の結果である可能性がある」とある。彼らは、兵士の僧帽筋への打撃が「兵士の首を通過した応力波が間接的に頸髄機能不全を引き起こした」ために一時的な麻痺を引き起こした可能性について述べている (p. 155)。

応力波に加えて、ベラミーとザイチュックは、WDMET データにおける間接的損傷の可能性のあるメカニズムとしてせん断波について説明しています。彼らは、データ内の骨折の 10% が間接的損傷、つまり直接的な衝撃なしに骨の近くを通過する弾丸によって骨折した骨の結果である可能性があると推定しています。圧力の大きさが距離とともにどのように減少するかを推定する式を提供する中国の実験が引用されています。中国の実験における人間の骨の強度と動物の骨の強度の差と合わせて、ベラミーとザイチュックはこの式を使用して、アサルトライフルの弾丸が「長骨から 1 センチメートル以内を通過すると、間接的骨折を引き起こす可能性が非常に高い」と推定しています (p. 153)。ベラミーとザイチュックは、図 4-46 と 4-47 の骨折は、このタイプの間接的骨折である可能性が高いと示唆しています。せん断波による損傷は、WDMET データにおける腹部の損傷でさらに長い距離にまで及んでいます。ベラミーとザイチュクは、「腹部は間接的な影響による損傷が一般的に起こりやすい身体部位の 1 つです」と書いています (p. 150)。図 4-42 と 4-43 に示されている肝臓と腸の損傷については、「これらの例に示されている損傷は、発射体と直接接触する可能性のある組織をはるかに超えて広がっています」と説明されています (p. 150)。

Bellamy と Zajtchuck は、WDMET データから伝播するせん断波と応力波による間接的損傷の例を挙げるだけでなく、血管を介して伝播する圧力過渡現象が間接的損傷を引き起こす可能性があるという考えにも前向きな姿勢を示しています。「たとえば、腹部の銃創から生じる圧力過渡現象は、大静脈と頸静脈系を通じて頭蓋腔に伝播し、そこで頭蓋内圧の急激な上昇を引き起こし、一時的な神経機能障害を引き起こす可能性があります。」(p. 154) ただし、WDMET データからこの損傷メカニズムの例は示されていません。ただし、著者は「このような間接的損傷を確認するには、臨床データと実験データを収集する必要があります」と書き、追加研究の必要性を示唆しています。この種の遠隔傷害は、後にスウェーデンと中国の研究者の実験データ^{[21] [22]} 、クライサの臨床所見^{[23] 、イラクの剖検所見[24]}で確認された。

この概念の支持者は、拳銃弾によるケースも含め、致命的な胸部打撃による脳出血を実証する人間の剖検結果を指摘している。 ^[25]過去の病歴を含む他のすべての外傷性要因を除外し、はるかに大規模なセットから、一発の銃弾による致命的な胸部貫通傷の33例が選択された。

このように慎重に選ばれた症例では、脳組織が組織学的に検査され、脳半球、基底核、橋、長脳、小脳からサンプルが採取されました。すべての標本で、脳の小血管の周囲に袖口のような出血が見られました。これらの出血は、貫通した弾丸によって生じた衝撃波によって胸腔内の大血管が圧迫され、血管内の血圧が急激に変化することで発生します。

—  J.クライサ^[23]

2010年にイラクで実施され、2011年に発表された8か月間の研究では、高速（毎秒2500フィート以上）のライフル弾で撃たれた30人の銃撃被害者の検死結果が報告されている。^[24]研究者らは、肺と胸部が最も遠隔傷害を受けやすく、次いで腹部であると結論付けた。この研究では、「サンプルサイズが小さすぎて統計的有意性のレベルに達しなかった」と指摘されている。それでも、研究者らは次のように結論付けている。

高速ミサイルによる負傷では、主軌道から離れた遠隔部位の負傷は非常に重要であり、特に胸部と腹部ではほぼすべての症例で発生し、法医学病理学者、おそらくは外科医がこれを考慮に入れる必要があります。

—  RSセルマン他^[24]

衝撃波は、爆発物や発射物によって液体が急速に移動したときに発生することがあります。組織は水と非常によく似た挙動をするため、弾丸の衝撃によって音圧波が発生し、1,500psi（10,000kPa）を超える圧力が発生します。^[26]

国際創傷弾道学協会の元会員で『弾丸の貫通』の著者でもあるダンカン・マクファーソンは、組織への弾丸の衝突では衝撃波は発生しないと主張した。^{[16]一方、}カリフォルニア工科大学で数十年にわたり衝撃波物理学の第一人者を務めたブラッド・スターテバントは、拳銃の弾丸が組織に衝突すると衝撃波が発生する可能性があることを発見した。 ^[27]他の情報源によると、弾道衝突によって組織に衝撃波が発生する可能性があるという。^{[21] [28] [29]}

爆風と弾道圧力波には物理的な類似点がある。波の反射前は、どちらも急峻な波面があり、近距離ではほぼ指数関数的に減衰する。脳に神経効果を引き起こす方法にも類似点がある。組織では、両方のタイプの圧力波は同様の大きさ、持続時間、および周波数特性を示す。どちらも海馬に損傷を引き起こすことがわかっている。^{[22] [30] [31]}どちらも胸腔から主要血管を経由して脳に到達すると仮定されている。

例えば、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所の爆風傷害研究の第一人者であるイボリャ・チェルナックは、「爆風にさらされた後の脳機能の変化は、爆風の過圧が腹部と胸部の大血管を介して中枢神経系に運動エネルギーを伝達することによって誘発される」という仮説を立てた。 ^[32]この仮説は、動物実験で肺に焦点を当てた局所的な爆風にさらされた場合の脳の神経への影響の観察によって裏付けられている。^[30]

多くの論文では、高速の弾丸が粘性媒体に突入したときに発生する弾道圧力波の物理について説明しています。^{[34] [35] [36]}これらの結果は、弾道衝撃によって音速に近い速度で伝播する圧力波が発生することを示しています。

Leeらは、反射されない弾道圧力波が爆発圧力波に似た指数関数的減衰でよく近似されることを示す解析モデルを提示している。^[34] Leeらはエネルギー伝達の重要性を指摘している。

当然のことですが、弾道波を決定するには、発射体による運動エネルギー損失を正確に推定することが常に重要です。

— リー、ロンゴリア、ウィルソン

Leeらの厳密な計算では、貫通する弾丸の抗力係数と正面面積を貫通のあらゆる瞬間に知る必要がある。膨張する拳銃の弾丸ではこれが通常不可能なため、CourtneyとCourtneyは、弾道ゼラチンの衝撃エネルギーと貫通深度から拳銃の弾丸のピーク圧力波を推定するモデルを開発した。^[37]このモデルは、Leeらのより厳密なアプローチと一致しており、両方を適用できる弾丸の場合に一致する。膨張する拳銃の弾丸の場合、ピーク圧力波の大きさは、弾丸の運動エネルギーを貫通深度で割った値に比例する。

ゴーランソンらは、四肢への銃弾の衝撃が脳に及ぼす遠隔影響について説得力のある証拠を提示した最初の現代の研究者でした。^[38]彼らは、大腿部を撃たれた豚の脳波の変化を観察しました。スネソンらによる追跡実験では、豚の脳に高速圧力変換器を埋め込み、大腿部を撃たれた豚の脳に大きな圧力波が到達することを実証しました。^{[21] [39]これらの科学者は、大腿部から発生した弾道圧力波の遠隔影響によって引き起こされる無呼吸、}脳波の低下、脳の神経損傷を観察しました。

スネソンらの研究結果は、その後の犬を使った実験^[22]によって確認され、さらに拡張されました 。この実験では、「高エネルギーミサイルが四肢に衝突すると、中枢神経系に遠隔影響が存在することが確認されました。高エネルギーミサイルが四肢に衝突すると、脳内に振幅が大きく持続時間が短い高周波振動圧力波が見られました...」とされています。ワンらは、弾道圧力波の遠隔影響により、脳の視床下部と海馬の両方の領域に重大な損傷が生じることを観察しました。

ハンドガンによる傷害の研究では、スターテバントは、胴体への弾丸の衝撃による圧力波が脊椎に到達し、凹面からの焦点効果により圧力波が脊髄に集中し、重大な傷害を引き起こす可能性があることを発見しました。^[27]これは、弾道衝撃による遠隔脊髄損傷を示す他の研究と一致しています。^{[40] [41]}

Robertsらは、ケブラーベストで止められた拳銃の弾丸の場合、胸腔内にかなりの圧力波が発生する可能性があることを示す実験研究と有限要素モデルの両方を提示しています。^{[28] [29]}たとえば、8グラムの弾丸が360 m/sでNIJレベルIIのベストの胸骨に衝突した場合、心臓で約2.0 MPa (280 psi)、肺で約1.5 MPa (210 psi)の圧力波レベルが発生すると推定されます。肝臓に衝突した場合、肝臓で2.0 MPa (280 psi)の圧力波レベルが発生する可能性があります。

Courtney らの研究は、弾道圧力波が無力化や負傷に果たす役割を支持している。^{[37] [1] [42] [43] [44]} Suneson らと Courtney らの研究は、拳銃で起こり得るエネルギー伝達レベル、約 500 ft⋅lbf (680 J) で遠隔神経効果が発生する可能性があることを示唆している。Wang らの研究は、感度の高い生化学技術を使用して、脳への遠隔神経損傷の衝撃エネルギー閾値がさらに低いことを示唆している。大腿部を撃たれたイヌの実験を分析したところ、エネルギー伝達レベルが 550 ft⋅lbf (750 J) に近い場合、視床下部と海馬で非常に有意な (p < 0.01)、容易に検出できる神経効果が報告されている。Wang らは、弾道圧力波が無力化や負傷に果たす役割を支持している。[37] [1] [42] [43] 100 ft⋅lbf（140 J）未満のエネルギー伝達では、視床下部における遠隔効果がそれほど有意ではない（p < 0.05）と報告されている。^[22]

Wang らは、約 100 ft⋅lbf (140 J) という低レベルのエネルギー伝達で遠隔神経損傷が発生することを報告していますが、このレベルの神経損傷は、おそらく急速な無力化に寄与するには小さすぎます。Courtney と Courtney は、遠隔神経効果は、500 psi (3,400 kPa) を超える弾道圧力波レベル (12 インチ (30 cm) の侵入で約 300 ft⋅lbf (410 J) の伝達に相当) で初めて急速な無力化に大きく寄与し始め、1,000 psi (6,900 kPa) を超えると容易に観察可能になります (12 インチ (0.30 m) の侵入で約 600 ft⋅lbf (810 J) の伝達に相当)。^[1]この範囲のエネルギー伝達における無力化効果は、遠隔脊髄損傷の観察、^[27]豚の脳波抑制と無呼吸の観察^{[38] [45] [46]}および創傷経路のない弾道圧力波の無力化効果の観察と一致している。^[47]

科学文献には、弾道圧力波による傷害メカニズムに関する重要な他の発見が含まれています。ミンらは、弾道圧力波が骨を折ることを発見しました。^[48]ティッカらは、片方の大腿部に銃弾を受けた豚に生じる腹圧の変化を報告しています。^[49]アキモフらは、四肢への銃創による神経幹の傷害について報告しています。^[50]

自衛、軍隊、法執行機関のコミュニティでは、弾薬の設計と選択における遠隔傷害効果の重要性に関する意見が異なります。人質救出に関する著書で、リロイ・トンプソンは、.357マグナムと9×19mmパラベラム弾の特定の設計を選択する際の静水圧ショックの重要性について論じています。^{[51]パクストン・クイグリーは、} Armed and Femaleで、静水圧ショックが「ストッピングパワー」の本当の源であると説明しています。^[52]アウトドアライフ誌の射撃編集者を25年間務めたジム・カーマイケルは、静水圧ショックが「より迅速な無力化効果」に重要であり、 .38スペシャルと.357マグナムのホローポイント弾の性能の重要な違いであると考えています。^[53]アレン・ブリストウは、「効果的な警察用拳銃の探求」で、警察署が弾薬を選択する際に静水圧ショックの重要性を認識していると説明しています。^[54]ウェストポイントの研究グループは、少なくとも500フィートポンド（680ジュール）のエネルギーと12インチ（300ミリメートル）の貫通力を持つ拳銃弾を提案し、次のように推奨しています。^[55]

浅い貫通荷重がより大きな圧力波を生成する傾向に過度に感銘を受けるべきではありません。選択基準では、まず特定のリスク評価と適用に必要な貫通深さを決定し、圧力波の大きさは最小貫通要件を満たす荷重の選択基準としてのみ使用する必要があります。信頼性の高い拡張、貫通、供給、および機能はすべて、荷重テストと選択の重要な側面です。私たちは、荷重テストと選択プロセスの長年にわたる側面を放棄することを推奨しているわけではありませんが、圧力波の大きさを他の要因とともに考慮することが賢明であると思われます。

— コートニーとコートニー

多くの法執行機関や軍事機関が5.7×28mm弾を採用している。これらの機関には、海軍特殊部隊SEALs ^[56]やICEの連邦保護局部門が含まれる。^{[57] [58]}対照的に、一部の防衛請負業者、法執行機関のアナリスト、軍事アナリストは、静水圧ショックは特定の用途の弾薬を選択する際に重要な要素ではないと述べている。なぜなら、静水圧ショックが標的に及ぼす無力化効果は測定が難しく、個人ごとに一貫性がないからである^[要出典]。これは、ほぼ常に最終的にはほぼすべての人を無力化する、適切な射撃位置や大量失血などの要素とは対照的である。^[59]

FBIは、自己防衛や法執行機関での使用を目的とした弾薬は、弾道ゼラチンで12インチ（300 mm）の最小貫通要件を満たすことを推奨しており、静水圧衝撃効果に基づいて弾丸を選択しないよう明確にアドバイスしています。^[15]

静水圧ショックは、狩猟用弾薬の選択における要素として一般的に考慮されている。ピーター・キャプスティックは、静水圧ショックはオジロジカくらいの大きさの動物には効果があるかもしれないが、より大きな動物の場合はエネルギー伝達と動物の体重の比率が重要な考慮事項であると説明している。動物の体重が弾丸のエネルギー伝達を上回る場合、エネルギー伝達や静水圧ショックよりも、重要な臓器への一貫した貫通の方がはるかに重要な考慮事項である。^[60]ジム・カーマイケルは、対照的に、獣医師がバッファローの駆除作業で行った慎重に管理された研究の結果、静水圧ショックがケープバッファローほどの大きさの動物に影響を与える可能性があるという証拠について述べている。

ノックダウンパワーに関する私たちの意見は、ほとんどすべて個別の例に基づいていますが、駆除作業中に収集されたデータは、多数の動物から取得されました。さらに重要なのは、動物が専門家によって科学的に検査され、解剖されたことです。

予想通り、バッファローの一部は撃たれた場所に倒れ、一部は倒れなかったが、すべてのバッファローが心臓と肺の重要な部位にほぼ同じ打撃を受けた。すべてのバッファローの脳を摘出すると、研究者らは、瞬時に倒れたバッファローは脳の血管が大規模に破裂していることを発見した。瞬時に倒れなかったバッファローの脳には、そのような損傷は見られなかった。

— ジム・カーマイケル^[61]

ランドール・ギルバートは、オジロジカに対する弾丸の性能において静水圧ショックが重要な要素であると述べている。「弾丸がオジロジカの体内に入ると、それに伴う巨大な衝撃波が近くの臓器に膨大なエネルギーを送り、臓器を停止させたり機能停止させたりします。」 [ ^62]デイブ・エーリッグは、静水圧ショックは毎秒1,100フィート（340メートル）以上の衝撃速度に依存するという見解を表明している。^[63]シド・エバンスは、ノスラー・パーティション弾の性能と、フェデラル・カートリッジ・カンパニーがこの弾丸を装填することを決定した理由を、弾丸の拡大した正面直径から生じる大きな組織空洞化と静水圧ショックの観点から説明している。^[64]北米狩猟クラブは、動物を素早く倒すのに十分な静水圧ショックを生み出す大型ゲーム用カートリッジを推奨している。^[65]

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