4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

Рис. 37. Схема стенда для моделирования случаев падения человека на плоскости.

/ — биоманекен; 2 — поверхность соударения; 3 — мессдоза; 4 — опорная плита меесдозы; 5 — раздвижная металлическая рама; 6 — ось вращения рамы; 7 — ремни, фиксирующие биоманекен; 8 — станина стенда.

Для определения величины ударных нагрузок, вре­ мени падения и времени удара под поверхности соуда­ рения помещалось специально регистрирующее устрой­ ство типа массдозы, соединенное в одну цепь с тензоусилителем 8 АНЧ и шлейфовым осциллографом Н-102.

Поскольку характер и распространенность перелома черепа зависят от толщины кости и формы черепа, эти показатели в каждом случае эксперимента фиксирова­ лись. Толщина отдельных костей черепа и толщина кости в области соударения измерялась при помощи штангенциркуля. Черепной показатель (процентное от­ ношение поперечного размера головы к прямому) опре­ делили с помощью краниометра, позволяющего вычис­ лить прямой и поперечный размеры головы. Форму затылочной области определяли посредством гибких лекал, представляющих собой стержни из мягкого не­ упругого металла (свинца) в полихлорвиниловой обо­ лочке, Этими лекалами устанавливали кривизну черепа

151

Т а б л и ц а 5

Распределение материала в зависимости от поверхности соударения и условий падения

Годание

в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области соударения.

Учитывая, что между формой головы и площадью соударения имеется определенная связь, в каждом слу­ чае эксперимента определяли площадь поверхности со­ ударения. Для этой цели на поверхность соударения подкладывали миллиметровую и копировальную бумагу. Если на голове биоманекена был головной убор, то мил­ лиметровую и копировальную бумагу помещали на за­ тылочную и теменные области головы под головным убором. Площадь полученных отпечатков определяли планиметром.

Анализ экспериментальных данных по биомеханике переломов костей черепа при падении навзничь (В. В. Дербоглав, 1975) и сравнение полученных ре­ зультатов с приведенными выше данными математичес­ кого моделирования показывает существенную зависи­ мость образующихся повреждений от индивидуальных особенностей организма и в первую очередь от формы головы и формы затылочной области. Характер повреж­ дения в конечном итоге зависит от величины удельной ударной силы, т. е. силы, приходящейся на единицу площади. Следовательно, у долихоцефалов по сравне­ нию с брахицефалами на единицу поверхности соударе­ ния затылком будет приходиться большая сила, что сопровождается и более обширными повреждениями костей черепа,.

162

Сравнение отпечатков площадей соударений с конту­ рами кривизны затылочной области головы и типом черепа показало, что меньший радиус полусферы заты­ лочной области (в связи с большей кривизной чешуи затылочной кости) имеют не только долихокранные че­ репа, но и брахикранные с выпуклой (курвооксиципитальной) формой затылочной области. Условно затылоч­ ные области с площадью соударения менее 10 см2 были отнесены к выпуклым (курвооксиципитальным), а более 10 см2 — к плоским (планоокципитальным) формам.

Эксперименты показали, что в случаях, когда пло­ щадь соударения превышала 10 см2, повреждения костей черепа им!ели ограниченный характер или не возникали вообще, несмотря на наличие значительного запаса ме­ ханической энергии, а следовательно, и значительной силы удара. Напротив, в экспериментах, в которых площадь соударения затылком была меньше 10 см2, даже при меньшей силе удара возникали переломы костей черепа, распространявшиеся иногда до передней черепной ямки.

Как указано выше, при самопроизвольном падении навзничь двух биоманекенов одинакового роста и оди­ наковой массы возникают равные по величине силы удара. Однако разные типы черепа или разные формы затылочной области обусловливали неодинаковые по величине площади соударения, что сопровождалось су­ щественным различием величины удельных ударных сил и приводило к различному характеру повреждений кос­ тей черепа.

Эксперименты по моделированию случаев падения человека навзничь (В. В. Дербоглав, 1975) показывают, что в характере повреждений при самопроизвольном падении на плоскости и падении с предшествующим толчком, ударом (предшествующее ускорение) имеются большое сходство и определенные отличия. Отличия за­ висят не только от большей силы удара головой в слу­ чаях травмы с предшествующим ускорением, но и от локализации точек соударения.

При самопроизвольном падении на плоскости точки соударения обычно локализуются в области наружного затылочного бугра. Это связано с тем, что затылочная область, имеющая, как правило, сферическую форму, исключает возможность удара о плоскость отделами, расположенными ниже наружного затылочного бугра,

153

Рис. 38. Схематическбё изображение случаев па­ дения человека на плос­ кости при наличии пред­ шествующего ускорения, (объяснение в тексте).

даже в случаях падения со склоненной к груди головой. При самопроизвольном падении на плоскости первыми в соприкосновение с плоскостью приходят плечи и спи­ на, а уже затем голова. Следовательно, область наруж­ ного затылочного бугра как наиболее выступающая ока­ жется лежащей в одной плоскости с плечами. Области, расположенные ниже затылочного бугра, могут явиться точкой соударения в случае резкого уплощения заты­ лочной области, слабо выраженного затылочного бугра, при различных асимметриях затылочной области, а так­ же при падении ,на какой-нибудь выступ, например бор­ дюрный камень.

При падении на плоскости с наличием предшествую­ щего ускорения точки соударения располагаются выше наружного затылочного бугра и имеют тенденцию к смещению в область ламбдовидного шва. Смещение то­ чек соударения вверх при наличии предшествующего ускорения обусловлено тем, что место приложения тол­ чка при ударе (лицо, грудь) располагается значительно выше центра тяжести тела человека (поясничная область). При этом происходит запрокидывание голо­ вы назад даже в случаях, если голова перед ударом бы­ ла наклонена кпереди. Запрокидывание головы нередко сопровождается запрокидыванием туловища из-за сги­ бания последнего в пояснице и сгибания ног в коленях. В результате таких движений головы и туловища точка соударения смещается к теменным областям, и это сме­ щение будет тем большим, чем больше скорость паде­ ния (рис. 38).

Сопоставление локализации точек соударения с дли­ ной траектории, скоростью и временем падения биома-

154

некена показало, что чем больше скорость падения, тем вьыяе расположена точка соударения.

к образованию специфичных переломов костей свода и основания черепа, поскольку характер переломов зави­ сит от локализации места соударения головы с плоско­ стью и толщины костей в месте соударения.

В случаях соударения областями, расположенными по средней линии головы на уровне затылочного бугра и несколько выше, характер и протяженность перелома зависят от толщины костного образования, расположен­ ного между крестовидным возвышением и наружным за­ тылочным бугром. Если толщина костного образова­ ния затылочный бугор — крестовидное возвышение ме­ нее 2 см, то перелом локализуется обычно в пределах задней черепной ямки. При большей толщине перелом, как правило, распространяется до турецкого седла, где линии перелома встречаются и могут образовать оваль­ ный перелом, сходный с переломом основания черепа при падении человека с высоты на ноги.

Раздвоение линии перелома отмечается нередко не только при ударе затылочным бугром, но и в случаях соударения областью, расположенной по средней линии чешуи затылочной кости выше затылочного бугра, при­ чем чем ближе к наружному затылочному бугру распо­ лагается область соударения, тем обширней перелом. По мере удаления точки соударения от затылочного бугра трещина теряет четко выраженную тенденцию к раздвоению. Такая же картина отмечается и в случаях небольшой толщины затылочного бугра.

При ударе областями, расположенными на уровне затылочного бугра, ,но оправа и слева от него, переломы имеют четко выраженную тенденцию к раздвоению, причем основной перелом направлен параллельно вер­ тикальной ветви крестовидного возвышения к большому затылочному отверстию или к яремному. Дополнитель­ ные трещины образуются на уровне большого затылоч­ ного отверстия или несколько позади него, при этом они всегда переходят на другую половину задней череп­ ной ямки, пересекая большое затылочное отверстие.

'Следовательно, если расположение переломов в пре­ делах задней черепной ямки зависит от точки соударе­ ния, то за ее пределами переломы проходят в основном

155

которые иногда обнаруживаются только после удаления волосяного 'покрова. Ушибленные раны, в ряде случаев проникающие через всю толщу мягких тканей головы, значительно чаще возникают при ударе о жесткие по­ верхности (кафель, металл и др.). Еще в большей сте­ пени от жесткости поверхности соударения зависит час­ тота и распространенность переломов костей свода и ос­ нования черепа.

Чаще переломы костей черепа возникают при паде­ нии на жесткие поверхности. Это связано с тем, что при ударе о жесткие поверхности соударения (кафель, гранит, бетон и др.) практически отсутствует амортиза­ ция этих материалов, поэтому время удара резко со­ кращается, повышая величину максимальной контактной силы удара, оказывающей основное влияние на харак­ тер и объем возникающих повреждений.

Сравнение результатов экспериментов В. В. Дербоглава (1975) показало, что при падении на ровную по­ верхность замерзшей земли и на асфальт (поверхности, близкие по степени жесткости) какого-либо различия

вхарактере повреждений не имеется. Однако результаты этих .экспериментов отличались от особенностей повреж­ дения при падении на бордюрный камень. В последнем случае повреждения костей, как правило, имели не­ сколько более распространенный характер, что можно объяснить большей жесткостью поверхности соударения, обусловливающей уменьшение времени удара. Время удара при падении на бордюрный камень было меньше, чем в случаях падения на асфальт и замерзшую землю,

в11/2—3 раза.

Отсюда становится понятным снижение тяжести травмы при падении человека навзничь в головном убо­ ре. Моделирование, случаев падения человека на плоско­ сти показало, что наличие головного убора (шапкаушанка) увеличивало время соударения в 5—9 раз по сравнению со случаями падения без головного убора (при прочих равных условиях падения). Так, если в слу­ чаях самопроизвольного падения на асфальт без голов­ ного убора время соударения колебалось от 0,0018 до 0,003 с, то в случаях самопроизвольного падения в го­ ловном уборе время соударения составляло 0,012—• 0,019 с; в случаях падения с предшествующим ускорени­ ем на асфальт без головного убора — 0,001—0,002 с, а в головном уборе — 0,003—0,005 с.

157

Уменьшение обширности (повреждений костей черепа при увеличении времени удара соответствует законам теоретической механики, согласно которым при дейст­ вии двух равных то величине сил на одинаковые объек­ ты, но с различной длительностью испытуемые образцы оказываются 'менее стойкими к нагрузкам, действующим

вболее короткое время (А. А. Яблонский, 1971). Отсю­ да для снижения степени повреждения необходимо сни­ зить ускорение движущегося тела, что может осуществ­ ляться за счет увеличения пути торможения. Последнее

впрактике достигается посредством эластичных прокла­ док, помещаемых в предохранительные шлемы (каски, мотоциклетные шлемы и т. in.). Прокладки, обеспечивая более длительное торможение, значительно снижают ве­ личину травмирующей силы. Следовательно, головной убор является также определенной прокладкой, увели­ чивающей путь торможения и время удара, снижая силу удара, приложенную непосредственно к голове.

Амортизирующие свойства головного убора оказы­ вают определенное влияние и на характер повреждений мягких тканей головы при падениях на Плоскости в раз­ личных условиях. Если в случаях самопроизвольного падения человека в головном уборе (шапка) ушиблен­ ные раны отмечаются очень редко, то при падениях с наличием предшествующего ускорения раны наблю­ даются в 50% экспериментов.

Возникновение ран в головном уборе с предшествую­ щим ускорением можно объяснить увеличением силы удара (следствие предшествующего ускорения) и уве­ личением времени удара за счет наличия головного убо­ ра. В случаях падения с предшествующим ускорением без головного убора ушибленные раны, несмотря на уве­ личение силы удара, являются исключением. Это связа­ но с тем, что для возникновения ушибленной раны голо­ вы в случаях падения человека на плоскости важное зна­ чение имеет время соударения, величина которого, по данным В. В. Дербоглава (1975), не должна быть ниже определенного минимума (0,0012+0,0001 с), поскольку при меньшем времени удара кожные покровы не успе­ вают повреждаться.

Кроме степени жесткости поверхности соударения, на характер и особенности повреждений оказывает влия­ ние и форма этой поверхности. Например, при падении человека на край бордюрного камня (бровку тротуара)

158

Глава Vlll

-

БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ

К СРЕДСТВАМ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ТРАВМЫ

К наиболее распространенным средствам ин­ дивидуальной защиты головы человека от травмы отно­ сятся защитные каски и шлемы. Первые предназначены

эстетических, экономических и т. д.), предъявляемых к защитным каскам и шлемам, одним из важнейших яв­ ляется их ударостойкость, т. е. способность предохра­ нять голову от ударных нагрузок определенной величи­ ны. Это осуществляется за счет прочности материалов, из которых они сконструированы, формы, степени амор­ тизации и многих других свойств.

Известно, что существует ряд опасностей при ударе по голове. Так, в работе R. W. Webster (1963) указыва­ ется, что при энергии удара 4,5—5,5 йгс-м наступает перелом костей черепа. Второй опасностью является по­ вреждение шейных позвонков при вертикальном ударе. Третья опасность — это сотрясение гловного мозга, ко­ торое является наиболее частым видом подобной трав­ мы. В работах R. Rudens, С. Sheiden (1964), С. Н. 'Har­ ris, С. Crede (1967) подчеркивается, что удар с энергией 2,3—2,4 кгс-м всегда вызывает сотрясение мозга.

Е. Т. Трубников (1971) в диссертационной работе, посвященной исследованиям средств индивидуальной защиты головы горнорабочих, приходит к выводу, что

160