4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

вреждения» и диагностической ценности таких повреж­ дений при установлении механизма прижизненных ушибов мозга.

Появление субарахноидальных кровоизлияний в области полюсов лобных долей в случаях прижизненной черепно-мозговой травмы, дающее основание для диаг­ ноза противоударных повреждений при затылочной ло­ кализации ударов, является, как показали опыты с на­ ливкой (О. Ф. Салтыкова), результатом вторичного растекания крови из зоны первичного повреждения моз­ га в области основания лобных долей. Это стушевывает первоначальную морфологическую картину мозговой травмы и может давать основание к случаям ошибоч­ ной диагностики «противоударных повреждений» соот­ ветственно зонам обнаруженных субарахноидальных кровоизлияний.

Исходя из деформационного механизма ушибов моз­ га, связанного с ударным эффектом и определенным распределением силы в области основания черепа, на­ ходит объяснение и частое отсутствие ушибов головно­ го мозга у детей при закрытых черепно-мозговых трав­ мах. Известно, что череп детей имеет значительные анатомические отличия от черепов взрослых. Эластич­ ность костей черепа, широкое ликворное пространство, отсутствие заращенных швов и особенно наличие хря­ щевых соединений затылочной кости с височными и теменными, замещающимися костными только в юно­ шеском возрасте, исключают из-за амортизации удара развитие распространенной деформации и проявление ударного эффекта при ударах затылочной областью.

Экспериментальное определение силы удара, необхо­ димой для развития эффекта ударной деформации кос­ тей крыши глазницы при различной их толщине, дают основание высказать экспертное суждение о величине приложенной силы механического воздействия при це­ лости костей черепа и наличии ушибов мозга. Такая количественная оценка значительно объективизирует проведение судебно-медицинских экспертиз трупов и живых лиц и даст в распоряжение экспертов необходи­ мые критерии для установления механизма причинен­ ных повреждений.

Развитие ударного эффекта только при целости кос­ тей крыши глазницы в случае обнаружения оскольчатых их переломов и наличия очагов ушибов, мозга в. области

132

основания лобных долей дает основание высказать эк­ спертное суждение не только о силе, но иногда и о ко­ личестве, а также о последовательности причинения механических воздействий (первый удар вызывает по­ вреждения мозга, второй— оскольчатый перелом крыши глазницы).

Возможность возникновения ушибов лобных и височ­ ных долей мозга только при действии твердых тупых предметов с широкой и удлиненной ударяющими по­ верхностями (эти предметы вызывают ударный эффект деформации) и учет костных повреждений при этом дают основание для исключения предметов, не имеющих этих признаков, из числа предполагаемых орудий пре­ ступления. Это позволяет высказать более определен­ ные экспертные суждения о действовавшем предмете.

Используя установленное явление ударного эффекта, мы неоднократно проводили экспертизы по материалам уголовных дел, в которых по характеру повреждений головного мозга и костей черепа устанавливали орудия преступления, что способствовало изобличению лиц, причинивших повреждения.

На основании эффекта ударной деформации с уши­ бами мозга в области основания лобных долей и полю­ сов височных долей расширились экспертные возмож­ ности для решения вопроса о характере соударяемой поверхности в случаях падения на плоскости. Так, при падениях навзничь и ударах головой о нежесткую по­ верхность (песок, рыхлая земля, торф и т. д.) ушибов мозга не возникает вследствие отсутствия костной де­ формации. Наличие ушибов головного мозга при целос­ ти костей черепа или переломов в месте соударения свидетельствует о падении на жесткую поверхность.

Опытами доказано, что локализация эксперименталь­ ных ушибов мозга, а также степень их симметричности связаны не только с локализацией механических воздей­ ствий, но и с формой черепа, обусловливающей особен­ ности ударного эффекта деформации. Отсюда возникает необходимость при проведении экспертиз по поводу за­ крытой черепно-мозговой травмы определять форму че­ репа, с учетом которой возможно более точное установ­ ление локализации первичного механического воздей­ ствия.

Знание формы черепа и локализации первичного воздействия расширяет возможности для более точной

133

топической диагностики ушибов головного мозга (вну­ тричерепных гематом), что соответственно определяет количество и локализацию фрезевых отверстий, накла­ дываемых с диагностической и лечебной целями.

Кроме того, опытами установлено, что развитие уши­ бав мозга в области лобных долей при ударах в заднепереднем направлении с предшествующими спинномоз­ говыми пункциями сочетается с ударным растяжением намета мозжечка (из-за ударного искривления черепа). Это сопровождается субарахноидальными кровоизлия­ ниями в нижних отделах затылочной долей и на верх­ ней поверхности мозжечка и является впервые установ­ ленным диагностическим признаком скрытого перелома позвоночника, сопровождающегося утечкой спинномозго­ вой жидкости. Наличие этого морфологического призна­ ка может помочь в установлении последовательности нанесения повреждений (первое — перелом позвоночни­ ка или разрыв атланто-затылочного сочленения, второе— удар в затылок).

Одним из важных в судебно-медицинском отношении выводов, вытекающих из проведенных экспериментов, является сама возможность развития посмертной закры­ той черепно-мозговой травмы, макро- и микроскопически сходной с прижизненной. Подобная картина особенно выражена при значительном полнокровии мозговой тка­ ни, являющейся причиной обильного выхождения эрит­ роцитов в субарахноидальное пространство зоны уши­ бов и симулирующей прижизненные кровоизлияния.

Установление ударного эффекта деформации лобной кости объясняет механизм развития непрямых перело­ мов в области крыши глазницы, а также отсутствие или незначительную выраженность при оскольчатых ее пе­ реломах ушибов мозга на базальной поверхности лоб­ ных долей. При этом, согласно биомеханике развития ударного эффекта деформации, кинетичеокая энергия полностью расходуется на необратимую деформацию — оскольчатый перелом (в фазе уплощения) и значитель­ ные повреждения прилегающих отделов мозга не разви­ ваются.

Научное и практическое использование ударного эф­ фекта деформации выходит далеко за пределы судебной медицины и имеет большое значение для специалистов ряда дисциплин — клинической (травматология, нейро­ хирургия, неврология и др.), спортивной и военной ме-

134

Глава VII

БИОМЕХАНИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ГОЛОВЫ ПРИ ПАДЕНИИ ЧЕЛОВЕКА НА ПЛОСКОСТИ

При изучении повреждений головы вследст­ вие падения человека навзничь была разработана мате­ матическая модель падения с установлением физических параметров, характеризующих движение тела в зависи­ мости от условий падения, позы и положения головы пострадавшего. В процессе экспериментов были уста­ новлены количественные показатели такой черепно-моз^ говой травмы и, в частности, выявлены пороговые на­ грузки возникновения повреждений головы при соударе­ нии с плоскостью. При этом изучались характер и особенности повреждений головы в зависимости от со­ стояния поверхности соударения, в частности ее жест­ кости и рельефа. В задачи наших исследований также входило установить, какое влияние на характер травмы оказывает форма головы в области соударения. На ос­ новании проведенных биомеханических исследований были установлены важные в судебно-медицинском отно­ шении признаки, позволяющие отдифференцировать самопроизвольное падение человека на плоскости от па­ дения его при наличии предшествующего ускорения (удара, толчка) как в головном уборе, так и без него.

Физико-математический анализ падения человека навзничь

При разработке математической модели (О. А. Ромодановский, и др., 1972) самопроизвольного падения человека на плоскости был применен закон со­ хранения механической энергии, так как при этом дви-

136

экение тела не сопровождается дополнительным уско­ рением.

Согласно закону сохранения механической энергии, при движении под действием потенциальных сил сумма кинетической и потенциальной энергий системы в каж­ дом ее положении остается величиной постоянной (С. М. Тарг, 1967). Отсюда этот закон может быть вы­ ражен формулой:

(7.1)

где W — механическая энергия системы; П — потенци­ альная энергия системы; Е — кинетическая энергия си­ стемы.

Следовательно, перед началом движения, когда тело находится в вертикальном положении, оно обладает только запасом потенциальной энергии и механическая энергия его может быть рассчитана по формуле:

(7.2)

где Пн — потенциальная энергия перед падением; Р — масса тела; R — расстояние от оси вращения до центра тяжести тела.

По мере движения тела во время падения потенци­ альная энергия его убывает, а кинетическая возрастает и перед соприкосновением с поверхностью соударения потенциальная энергия может быть вычислена по фор­ муле:

К этому времени тело обладает уже и запасом кине­ тической энергии, которая может быть рассчитана по формуле:

13?

ханической энергии тела, можно составить уравнение (исходя из формул 1, 2, 3 и 4).:

(7.5)

Решая это уравнение относительно угловой скорости (ю), получаем формулу для ее расчета:

(7.6)

В представленной формуле величину расстояния от центра тяжести тела до плоскости (г ) можно выразить через расстояние от центра тяжести тела до оси враще­ ния (R) следующим образом:

(7.7)

где а — угол устойчивости тела человека, который за­ ключен между линиями, исходящими из точки располо­ жения центра тяжести тела, к горизонтальной плоскос­ ти и к оси вращения.

Отсюда угловая скорость .самопроизвольно падающе­ го человека перед соударением может быть рассчитана по формуле:

Следовательно, для вычисления угловой скорости необходимо знать три величины, которые могут быть определены опытным путем. Это относится к расстоянию

необходимо установить центр тяжести тела человека. Центр тяжести тела человека находится в точке, к

которой приложена равнодействующая всех внутренних сил тела и движение которой характеризует движение всего тела. Локализация центра тяжести определяется координатами на взаимно перпендикулярных линиях, проходящих через точку вращения тела и в случаях па­ дения навзничь через пяточные кости тела человека.

Первое экспериментальное исследование положения общего центра тяжести было осуществлено еще в 1679 г. неаполитанским врачом-математиком ВогеЩ. Онисполь-

т

Эовал балансирующую доску, На которой уравновеши­ вал испытуемых, и определил, что центр тяжести нахо­ дится между лоном и мысом крестца. В дальнейшем были предложены другие методы установления центра тяжести (Н. А. Бернштейн, 1926; Н. Meyer, 1853, и др.). Для нахождения центра тяжести большое распростра­ нение получили специальные приборы, которые, однако, не обеспечивали достаточной точности измерения. В свя­ зи с этим М. Ф. Иваницкий (1930) отмечал, что в жи­ вом человеческом теле происходит постоянное неболь­ шое изменение массы тела и его объема, отсюда опреде­ ление положения центра тяжести на живом можно произвести лишь приближенно.

Г. С. Козырев (1962), основываясь на исследовании 1100 мужчин и женщин различного возраста, пришел к выводу, что центр тяжести у мужчин располагается между III и V крестцовыми позвонками, а у женщин в среднем на уровне передненижнего края тела I крест­ цового позвонка с колебаниями от V поясничного до I копчикового позвонка. Во фронтальной плоскости центр тяжести незначительно (на 2,6 мм у мужчин и на 1,3 мм у женщин) смещен вправо.

Применяемые в настоящее время методы определе­ ния локализации центра тяжести тела у живых лиц требуют изготовления соответствующих схем испытуе­ мых, что сопряжено со значительными трудностями и не позволяет получать точные результаты. Поэтому в работе О. А. Ромодановского и соавт. (1972) использо­ вался специальный стенд, предложенный кандидатом физико-математических наук доцентом Г. С. Болонкиным.

Стенд представляет собой металлическую раму дли­ ной 190 см, шириной 25 см. Один конец ее с помощью оси диаметром 2 см вставляется в широкие втулки, за­ крепленные на подставке. Свободный конец рамы поме­ щается на весы так, чтобы рама была в строго горизон­ тальном состоянии.

Определение локализации центра тяжести тела по отношению к его длине (одна из его координат) произ­ водилось следующим образом. Тело человека размеща­ ли на раме так, чтобы пятки находились на уровне средины оси вращения. Затем раму выводили в гори­ зонтальное положение и записывали показание весов, расположенных в головном конце рамы (Ол). После этого испытуемого взвешивали, а определение первой

139

координаты центра тяжести тела производилось по фор­ муле:

где X — вертикальная координата центра тяжести тела; Qn—показания весов, когда на раме испытуемый ле­ жит; 1,9 — расстояние между опорами рамы; Р — масса тела испытуемого.

Определение второй координаты центра тяжести те­ ла осуществлялось аналогичным способом, но при стоя­ чем положении испытуемого, когда вертикальная линия, проведенная вдоль задней поверхности его тела, прохо­ дила через средину оси вращения. В этом случае также записывались показания весов (Qc), и расчет произво­ дили по формуле:

относительно оси вращения, проходящей в области пя­ ток. Затем определяли расстояние от центра тяжести тела до оси вращения по формуле:

(7.11)

По описанной методике О. А. Ромодановским прове­ дено исследование центра тяжести на группе студентов (165 человек обоего пола) ростом от 164 до 183 см и массой тела от 58 до 87 кг. В каждом эксперименте устанавливались необходимые величины и рассчитыва­ лись показатели X, Y и R. Кроме того, в каждом наблю­ дении определялось отношение этих величин к длине тела. Согласно полученным данным, отношение расстоя­ ния от центра тяжести тела до оси вращения к длине тела колебалось от 0,569 до 0,623 и в среднем состав­ ляло 0,594. Сопоставление этого коэффициента с длиной и массой тела показало его прямую зависимость от

140