4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

костям черепа и собираются на противоположной сто­ роне. При наличии достаточной величины травмирую­ щей силы, вибрационные волны суммируются и разви­ вают новые силы, которые ведут к образованию перолома кости.

F.Aran (1844) на основании большого числа экспе­ риментов на трупах попытался опровергнуть вибраци­ онную теорию, выдвинув теорию иррадиации. По мне­ нию автора, не существует переломов костей черепа без переломов в области приложения травмирующей силы; переломы свода черепа распространяются на кости ос­ нования черепа, проходя даже через швы по кривой, имеющей наименьший радиус. При этом имеет место определенная закономерность перехода переломов со свода черепа на его основание. Так, переломы затылоч­ ной кости переходят в заднюю черепную яму, височ­ ной— в среднюю, а лобной кости — в переднюю череп­ ную яму.

G.Felizet (1873) дополнил теорию F. Aran, рассмат­ ривая свод черепа как комплекс шести парных столбов. Он установил, что локализация переломов черепа и их направление зависят исключительно от прочностных особенностей и неравномерности строения черепа. Пере­ ломы черепа, по данным автора, ограничиваются опре­ деленными местами и на некоторые участки черепа они никогда не распространяются. Это относится к окруж­ ности большого затылочного отверстия и блюменбахову скату с отходящими от них по направлению к черепно­ му своду шестью утолщенными участками, напоминаю­ щими симметричные столбы или своды. Между этими столбами расположены наиболее слабые участки чере­ па, по которым, по мнению G. Felizet, обычно и прохо­ дят переломы.

А.С. Игнатовский1 (1892), напротив, показал, что часто ломаются как раз наиболее прочные образования черепа, объясняя это направлением удара. В дальней­ шем F. Strasmann (1912) показал, что одно направле­ ние удара не определяет собой ход перелома, так как важную роль играет и сопротивляемость костей черепа.

Мы согласны с мнением Н. Powiertowski (1968), ко­ торый утверждает, что при значительной силе удара переломы, направленные перпендикулярно к линии по­ вышенного сопротивления, могут также распростра­ няться на балку (столб), вызвав ее поперечный пере-

21

лом. Автор Далее бтмечает, что при менее сильных ударах линии переломов достигают балки и кончаются рядом с ней или меняют свое направление параллельно балке..

Дальнейшее изучение механизма возникновения пе­ реломов костей черепа показало, что для правильного понимания его происхождения необходимо изучение эластических свойств костей черепа.

с большой высоты при ударе уплощается. Затем G. Fe­ lizet наносил удары по черепу, заранее наполненному парафином. Вдавления, получаемые на парафине при неповрежденных костях, свидетельствовали о прогиба­ нии кости в момент удара, т. е. о наличии деформации черепа и сохранении целости его за счет эластичности.

Э. Ф. Бергманн (1883), подвешивая черепа на шну­ рах и сталкивая их друг с другом, изучал эластичность черепов по степени их отскакивания друг от друга. Проделывая подобные опыты с шарами из различных материалов, автор установил, что эластичность черепа находится в пределах между эластичностью дерева и латуни.

P. Bruns (1886) доказал эластичность черепа путем сдавления его между двумя тупыми предметами с ши­ рокой поверхностью. Автор получал уменьшение сдав­ ливаемого диаметра черепа, однако после прекращения давления диаметр его вновь возвращался к норме. P. Bruns экспериментально доказал, что неповрежден­ ный череп взрослого человека при сжатии может быть уменьшен в диаметре на 15 мм и тем самым подтвер­ дил данные Н. Вашп (1876) об укорочении диаметра черепа в направлении давления.

О. Messerer (1880), рассматривая череп как шар, считал, что при травме размеры черепа уменьшаются в направлении сдавливаемого диаметра и увеличиваются в перпендикулярном к нему направлении, и там, где происходит превышение предела эластичности костей черепа (по меридианам), происходит их растрескива­ ние. Сдавливая череп в тисках до порога разрушения,

22

он установил, что при сжатии его в поперечном направ­ лении диаметр черепа укорачивается от 2,3 до 8,8 мм, в продольном же направлении он одновременно удли­

6. Messerer установил, что сдавливаемый диаметр че­ репа укорачивается от 1,1 до 3,8 мм, а поперечный уд­ линяется от 0,1 до 0,7 мм. Кроме того, автор установил минимальную и максимальную статические нагруз­ ки в килограммах, которые выдерживают кости черепа при сжатии в поперечном (от 350 до 800 кг) и продоль­ ном (от 400 до 1200 кг) направлениях.

Одновременно О. Messerer (1880) изучал прочность черепа к ударным нагрузкам. С этой целью автор скон­ струировал простой стенд, состоящий из двух вертика­ льных металлических стоек, по которым передвигалась металлическая рама с укрепленным на ней грузом. По высоте падения рамы и массе груза можно рассчитать величину развивающейся энергии. Удары наносились по черепам, лежащим на твердом основании, а также по голове трупов, находящихся в сидячем положении. Автор установил, что сила, необходимая для образова­ ния переломов черепа, составляет 3—6 кг и доходит до 20 кг, если удар наносили по голове трупа. В своих исследованиях О. Messerer допустил ошибку, поскольку умножением массы груза на высоту, с которой он пада­ ет, определяется не сила, а работа удара.

Дальнейшее изучение механизма переломов костей черепа позволило О. Messerer (1884) сделать следую­ щие выводы: 1) для переломов основания черепа не имеет значения, в каком месте наносится травма и вы­ зовет ли последняя перелом на месте приложения силы или нет. Переломы костей основания возникают от растре­ скивания их, а не от иррадиации. В тех случаях, когда имеются обе формы переломов (от растрескивания йот иррадиации), переломы от растрескивания нельзя счи­ тать продолжением переломов, возникающих на месте приложения силы; 2) переломы могут возникать вслед­ ствие или захождения костей черепа друг на друга, или расхождения их на наиболее утолщенных участках. На местах наибольшего растяжения костей переломы про­ исходят от растрескивания; 3) направление перелома определяется направлением силы и всегда параллельно оси давления; 4) по направлению трещин можно су-

?3

дить о направлении насилия; 5) механизм переломов костей черепа при ударе тот же, что и при сдавлении, разница заключается лишь в том, что при ударе трав­ мирующая сила действует в течение очень короткого времени, в результате чего деформации всего черепа не на­ блюдается. Меняется лишь форма участка кости, рас­ положенного вблизи от места приложения силы.

Своими экспериментами О. Messerer (1884) подтвер­ дил выводы Е. Wahl (1883), который путем теоретичес­ ких расчетов доказывал, что механизм образования переломов черепа одинаков как при сдавлении, так и при ударе. Переломы образуются в месте наибольшего натяжения костей черепа. Е. Wahl различал четыре ви­ да переломов черепа, но классифицировал их не по ме­ ханизмам возникновения, а по анатомической локализа­ ции: поперечный, продольный, диагональный (от раст­ рескивания) и кольцевидный (от действия позвоночни­ ка).

А. С. Игнатовский (1892) повторил опыты О. Mes­ serer, приблизив методику экспериментов к реальным условиям получения травмы. Удары наносились раз­ личными тупыми предметами по отдельным областям головы трупов. При проведении опытов А. С. Р1гнатовский пытался учитывать фактор скорости, а также мас­ су предмета, размеры и форму ударяющей поверхности. Для расчета действующих сил автор использовал прос­ тейшие формулы. Он пытался найти зависимость фор­ мы и величины переломов черепа от скорости движения ударяющего предмета (при постоянной массе) и от массы его (при неизменной скорости). Однако этот воп­ рос в его работах не получил окончательного разреше­ ния. А. С. Игнатовский установил, что величина мини­ мальной силы, необходимой для образования переломов черепа, зависит и от локализации удара. Так, при ударе в лобную и височные области грузом 6 кг, падающим с высоты 1 м (6 <кгм), появляется трещина; для образо­ вания трещин в теменных и затылочных областях эта величина должна возрастать в 2112—4 раза.

Новым этапом исследования механических свойств костей и других тканей человека было использование методов, применяемых наукой о сопротивлении матери­ алов. В нашей стране первыми в этом отношении были Н. М. Пауткин и Д. Н. Матвеев (1935), которые прово­ дили испытания прочности головы и черепа на удар с

П

помощью аппарата Мартейса с падающим с различной высоты грузом массой 0,5 кг, 1 кг и 2 кг. Опыты пока­ зали, что череп повреждается при ударе грузом 1кг, па­ дающим с высоты 1 м, тогда как голова при ударе грузом 5 кг, падающим с высоты 1 м, повреждается не всегда. Испытанию на удар подвергались и различные кости черепа, которые показали сопротивляемость к ударной нагрузке в пределах 0,4—2 кгм.

Д. Н. Матвеев (1949) изучил также сопротивляе­ мость головы и черепа к статическим нагрузкам. Испытания на сдавление проводились на гидравличес­ ких прессах различной мощности и с различными сту­ пенями нагрузки. По данным автора, средняя сопро­ тивляемость головы к сдавлению оказалась в 2 раза больше сопротивляемости ее к ударным нагрузкам. На основании полученных экспериментальных данных Д. Н. Матвеев утверждал, что возникающий перелом распространяется кратчайшим путем до ближайшего шва и далее идет по линии шва. Вследствие постоян­ ного направления швов черепа травмирующая сила распространяется по ним на основание со свода и эф­ фект от воздействия силы на одну половину черепа не передается на другую. Однако некоторые данные Д. Н. Матвеева не получили подтверждения в дальней­ ших исследованиях. Например, мы не согласны с мне­ нием Д. Н. Матвеева о том, что масса головы не играет никакой роли в механизме образования ее поврежде­ ний в случаях удара подвижной головой, поскольку с увеличением массы головы увеличивается и кинетичес­ кая энергия удара.

А. Н. Зебольд (1943) предпринял интересную по­ пытку установить закономерности переломов костей че­ репа при дозированных ударах с помощью методов, применяемых в строительной механике. Рассматривая свод черепа как трехшарнирную балку, автор рассмат­ ривал швы как своеобразные, предусмотренные приро­ дой, буферы. Он считал, что зубчатость швов способст­ вует рассеиванию энергии, а естественные отверстия в костях основания черепа препятствуют дальнейшему рас­ пространению трещин, что, по данным автора, отмеча­ лось в 25% случаев. Однако, исходя из современных данных краниологии и антропометрии, череп имеет не­ сколько отличающихся друг от друга форм (элипсоидная, овоидная, сфероидная, ромбовидная и др.). Уже

25

эти Данные позволяют критически относиться к выво­ дам, сделанным А. Н. Зебольдом.

Н. И. Татиев и Д. М. Кобызев (1949) исследовали прочность костей черепа с помощью маятникообразного копра Шарпи, предназначенного для ударного испыта­ ния материалов. Исследованию подвергались костные пластинки шириной 5 см. Результаты опытов показали,

необходимой для разрушения затылочной кости, зави­ сит от места приложения силы. Наибольшую частоту переломов затылочной кости вблизи от большого за­ тылочного отверстия авторы объясняют конусообраз­ ным истончением ее по мере приближения к этой об­ ласти.

Н. Н. Семенов (1965, 1967, 1969), изучая механичес­ кие свойства изолированных костей свода черепа у детей, обратил внимание на большую вариабельность полученных результатов, которые не всегда зависят от массы и толщины костей, а также от топографичес­ кого расположения участка излома.

С. В. Гринбейн (1969) провела 40 экспериментов по изучению прочности образцов лобных и теменных кос­ тей от 14 трупов. Исследования проводились на маятникообразном копре марки МК-1. Для вычисления аб­ солютной работы, необходимой для разрушения иссле­ дуемого образца, использовалась формула:

ника. Автор пришла к выводу, что абсолютная работа, необходимая для разрушения образцов с большей тол­ щиной, увеличивается. Например, при разрушении лоб­ ных костей, имеющих толщину 0,5 — 0,6 см, она равна 0,022—0,195 кгм, а для теменных толщиной 0,5—0,9 см— 0,022—0,281 кгм.

В. А. Суетина (1975) определяла на маятниковом ковре МК-05-1 прочность на удар образцов лобной чешуи новорожденных без надкостницы и твердой моз­ говой оболочки (1-я серия), с надкостницей и твердой мозговой оболочкой (2-я серия), с мягкими тканями и

26

твердой мозговой оболочкой (3-я серия). Характеристи­ ками прочности образцов служила работа деформации и удельная ударная вязкость. По данным автора, рабо­ та деформации образцов лобной чешуи с надкостницей

Изучение механических свойств костной ткани по отдельным образцам дает лишь представление о свой­ ствах отдельных костей, а не костных конструкций, в том числе и таких сложных, как череп. Для изучения механических свойств черепа в целом применяется ме­ тод лаковых покрытий, когда возникающее в черепе напряжение регистрируется по растрескиванию нане­ сенной на него пленки специального хрупкого лака.

Применяя метод лаковых покрытий, Е. S. Gurdjian, Н. R. Lissner (1946) изучали травматическую дефор­ мацию на черепах людей и животных. Результаты опы­ тов показали, что возникающие повреждения зависят не только от энергии удара, но и от его локализации, формы черепа и толщины костей. По мнению этих ав­ торов, удары в затылочную область дают большую де­ формацию, чем удары в область лба. Однако, по нашим данным и данным других исследователей (А. Н. Зебольд, 1943; К- И. Татиев, Д. М. Кобызев, 1949; Н. А. Веремкович, 1969; Н. Powertowski, 1968, и др.), для полу­ чения повреждений затылочной кости необходима боль­ шая энергия, чем для причинения аналогичных повре­ ждений лобной кости.

Приведенный анализ литературы показывает, что среди исследователей нет единого мнения о механизме повреждений костей черепа, а данные о механических свойствах костей весьма противоречивы. Так, П. М. Паукини Д. Н.Матвеев (1935), определяя прочностные свой­ ства свода черепа, установили, что он разрушается уже при нагрузке 160 кг. Однако исследования, проведенные В. Н. Крюковым (1966, 1971), показали, что для раз­ рушения костей свода черепа с минимальной толщиной кости 1,5 мм и максимальной 5 мм необходима средняя нагрузка 860 кг. Максимальные нагрузки колебались от 1200 до 1800 кг. В. Н. Крюковым была установлена также зависимость прочности костей свода черепа от его формы. Для этого были взяты своды черепа с раз­ личными сечениями и углами опоры стенок на основа-

27

ние, что достигалось распиливанием черепа на разных уровнях. Эти исследования показали, что чем меньше радиус кривизны черепа, тем большая нагрузка необ­ ходима для его разрушения. Однако нельзя не учиты­ вать, что исследования проводили на изолированных костях (спиленных «крышах» черепа), в связи с чем полученные данные по отношению к целому черепу и тем более голове человека следует рассматривать как ориентировочные.

Исследуя кости свода и основания черепа с точки зрения строительной механики, В. Н. Крюков (1971) установил в строении черепа ряд особенностей, имею­ щих значение не только для показателей прочности, но и влияющих на передачу напряжений со свода на ос­ нование. Это должно отражаться и на закономерностях возникновения переломов. Исходя из принципов стро­ ительной механики, автор считает также, что соедине­ ние отдельных костей черепа между собой способствует не только наибольшей прочности (соединение костей посредством чешуйчатого шва по контуру арки), но и обусловливает некоторую амортизацию травмирующего воздействия за счет соединения под острым углом. «Ра­ циональная» форма черепа проявляется не только опре­ деленной конфигурацией свода черепа, но и его основа­ ния. Свод черепа как бы «заделан» в своеобразное кольцо, образованное утолщением костной ткани соот­ ветственно поперечному синусу и переходящее спереди в пирамиды височных костей. По мнению В. Н. Крю­ кова, в черепе имеется и внутреннее опорное кольцо, которое с точки зрения строительной механики явля­ ется хорошим армированием для придания большей прочности куполам (А. М. Овечкин, 1961). Это кольцо составляют: поперечная борозда затылочной кости с соответствующей ей затылочной линией; спереди оно продолжается в виде пирамид височных костей, замы­

прочность, так как любая нагрузка со свода черепа передается на основание, в частности на клиновидную кость и суставные отростки затылочной кости, которые являются наиболее прочными.

Выводы В. И. Крюкова представляют известный ин­ терес. Однако нельзя объяснить прочностные свойства

2d

костей черепа лишь на основании данных строительной механики.

. фундаментальные исследования Г. А. Николаева и соавт. (1975) доказали наличие в костях свода черепа собственных напряжений, которые существуют в них и при отсутствии внешних сил. Авторами было установле­ но, что внутренняя поверхность свода черепа обладает собственными напряжениями сжатия, в 2 раза превы­ шающими собственные напряжения растяжения, имею­ щими место на наружной поверхности свода черепа. Указанное свойство, зарегистрированное в 1976 г. как открытие, свидетельствует о высокой прочности костей свода черепа к механическим воздействиям. Собствен­ ное напряжение растяжения на наружной поверхности свода уравновешивается собственным напряжением сжа­ тия на внутренней поверхности и как бы обжимает плоские кости черепа, а в 2 раза большее собственное напряжение сжатия на внутренней поверхности свода 'черепа в известной степени предохраняет его от удар­ ных нагрузок, значительно повышая эластичность черепа. С увеличением возраста уровень собственных напря­ жений как в наружных, так и во внутренних слоях костей черепа снижается, что сопровождается и сни­ жением их прочностных свойств.

В зависимости от характера, величины и места приложения нагрузки соотношение напряжения растя­ жения и сжатия в костях черепа изменяется. Иссле­ дование топографии напряжений растяжения и сжатия, возникающих в костях при том или ином виде нагруз­ ки, в последнее время используется для изучения меха­ низма возникновения переломов костей и установления их механических свойств. В. Н. Крюков (1969, 1971), используя метод электротензометрии, определил топо­ графию сжимающих и растягивающих напряжений при статической нагрузке черепа в вертикальном, сагитталь­ ном и фронтальном направлениях. Положительными качествами этого метода являются большая чувстви­ тельность, возможность всестороннего изучения напря­ жений в такой сложной конструкции, какой является череп, измерение напряжений и деформаций в трудно­ доступных местах (Б. А. Авдеев, 1952; И. А. Попов, 1965, и др.).

Как известно, кость прочнее на сжатие, чем на ра­ стяжение, и при нагрузках, выходящих за пределы

2'-.

упругой деформации черепа, разрушения будут возни­ кать в первую очередь в участках концентрации отри­ цательных напряжений. Нарушение целости плоских костей, в частности костей черепа, происходит в резуль­ тате сгибания костной пластинки либо вследствие раз­ рыва ее в продольном направлении. Механизм перелома плоской кости вследствие сгибания сводится к компрес­ сии одной пластинки и растяжению другой. Если под действием травмирующей силы кость на определенном участке значительно прогибается, то происходит раз­ рушение на той стороне, которая подвергалась растя­ жению. Линия перелома в этом случае стремится к распространению в поперечном направлении по отно­ шению к действующей силе. При этом костная пластин­ ка, в сторону которой происходит сгибание, испытывает усилие на сжатие, которое при большей величине, чем сопротивляемость кости, обусловливает местную де­ формацию кости в области перелома в виде выкраши­ вания краев перелома (В. Н. Крюков, 1971).

Анализ литературы показывает, что многообразие методов исследования отдельных костей и целого чере­ па как конструкции привело к получению весьма про­ тиворечивых данных, которые трудно сопоставить и использовать на практике. Кроме того, все работы по биомеханике в травматологии касаются в основном действия ударной силы на неподвижную голову, фикси­ рованный череп или отдельные кости без учета анато- мо-физиологических соотношений и их влияния на ха­ рактер и особенности повреждений. Поэтому актуаль­ ность изучения данной проблемы еще в большей степени относится к биомеханике черепно-мозговой трав­ мы и повреждений позвоночника движущегося тела, ибо клиническая и судебно-медицинская практика по­

ит. д.).

Вотечественной и зарубежной литературе мы не на­ шли работ, в которых методика получения эксперимен­ тальных повреждений приближалась бы к реальным условиям.

На кафедре судебной медицины I Московского меди­ цинского института за последние 10 лет разработаны

30