6 курс / Судебная медицина / Механика_и_морфология_переломов_В_Н_Крюков

Виталий Николаевич Крюков

Механика и морфология переломов

Москва — 1986

Крюков В.Н. Механика и морфология переломов. - М.: Медицина, 1986. -

156 с.

Оглавление:

1.Предисловие

2.Введение

3.Анатомо-физиологические и биомеханические свойства кости и их взаимосвязь с явлениями деформации

4.Повреждения костей черепа

5.Повреждения грудной клетки

6.Повреждения позвоночника

7.Повреждения костей таза

8.Повреждения длинных трубчатых костей

9.Заключение

Предисловие

Одним из кардинальных вопросов судебно-следственной практики является восстановление отдельных фактов и событий в целом. Специфические детали происшествия устанавливается через судебно-медицинскую экспертизу. Конкретизация условий, при которых возникли те или иные повреждения, в ряде случаев приобретает для следствия и суда первостепенное значение.

Тяжелая травма, причиненная твердым тупым предметом, как правило, вызывает нарушение целости скелета. Комплексная оценка повреждений мягких тканей, внутренних органов и костей скелета позволяет судебномедицинскому эксперту решить ряд важных вопросов и в том числе высказаться о механизмах травмы.

Однако в судебно-медицинской практике еще нередки случаи проведения экспертизы гнилостно-измененного и даже скелетированного трупа. В таких случаях единственным объектом исследования оказываются поврежденные кости.

Поврежденные кости от воздействия тупыми предметами имеют специфическую морфологию, характеризующую конкретный вид травмы.

В данной работе рассматриваются явления деформации и разрушения костей без учета повреждений мягких тканей. Свойства мягких тканей, особенности их повреждений и роль в процессах деформации костей являются самостоятельным исследованием.

Основу работы составляют обобщения экспертных экспериментальных наблюдений, которые оказались в распоряжении автора и его сотрудников на протяжении двадцати пяти лет.

Вниманию читателей предлагаются современное состояние вопроса о строении кости как композитного материала, концепция процессов деформации и разрушения костной ткани вследствие внешнего воздействия. Явления в костях в момент образования их переломов рассматриваются с позиций законов сопромата и процессов разрушения конкретных конструкций. Наряду с этим предпринята попытка выделить особенности каждого вида разрушения и дать ему определенную морфологическую характеристику.

Изучив морфологические признаки отдельных видов разрушения костной ткани, становится возможным воспроизвести процессы деформации и тем самым условия, в которых возник тот или иной перелом.

Данная работа оказывает практическую помощь судебно-медицинскому эксперту в анализе переломов при воссоздании деталей происшествия. Представленный материал в силу небольшого объема не может претендовать на полноту изложения даже имеющихся сведений, тем более что в этой области знаний далеко еще не все познано, и изучение механизмов переломов продолжает развиваться.

Все замечания по существу данной работы будут мною приняты с благодарностью.

Введение

Повреждения костей скелета издавна являются объектом пристального изучения врачами различного профиля (травматологами, рентгенологами, анатомами, судебными медиками и т.д.).

Нарушение целости костей – перелом – сопряжено с временной, а нередко и постоянной утратой трудоспособности. Наиболее успешная реабилитация больного при переломах костей связана с детальным представлением о механизмах и условиях, в которых возникло повреждение.

Особый аспект приобретает оценка переломов с юридической и судебномедицинской точек зрения. Необходимо не только решать вопросы о вреде, причиненном здоровью (в смысле ст. ст. 108-112 и 114 УК РСФСР) или смертельном исходе из-за возникших переломов, но и устанавливать условия и механизмы образования травмы.

Вид и характер переломов костей определяются, с одной стороны, их прочностью и формой, а с другой – условиями воздействия на них травмирующего предмета. Внешние воздействия многообразны и включают с себя особенности поверхности повреждающего предмета (плоская, с гранью, сферическая, цилиндрическая и т.д.), направление и угол, а также его вид – удар или сдавление. Подлежит разрешению вопрос не только о кратности причинения повреждений, но и их последовательности.

Втравматологии вопросы механогенеза травмы костей применительно к объему оказания помощи и последующей реабилитации решены достаточно удовлетворительно, но этого нельзя сказать о судебно-медицинской экспертизе. Сведения о механизмах переломов в судебно-медицинской литературе отрывочны и свидетельствуют о недостаточной их изучении, к тому же одни и те же признаки и свойства переломов носят различные наименования, а в одни и те же термины нередко вкладываются неодинаковые понятия.

Если правильное понимание процессов травмы при различии в терминологии переломов принципиально не влияет на тактику и выбор методов лечения

вкаждом конкретном случае, то оно приобретает важное судебно-медицинское и юридическое значение, связанное с толкованием и применением закона.

Работы последних лет окончательно утвердили мнение о том, что большинство аспектов, касающихся переломов костей скелета человека, необходимо рассматривать с позиций учения о сопротивлении материалов. Более того, сделана попытка выделить совокупность физических свойств биологических тканей в отдельную самостоятельную науку – биосопромат [Обысов А.С., 1971;

Громов А.П., 1979].

Всопротивлении материалов особенно детально исследуются процессы и виды разрушения. Последствия разрушений изучаются в меньшей степени, тогда как реконструкция целого по частям позволяет определять начальную точку разрушения, направление развития трещин, последовательность образования фрагментов и тем самым, направление действия сил*. Таким образом, анализ характера перелома (разрушения) кости, следов остаточной деформации, установление начальной точки и особенностей процесса разрушения по отдельным

фрагментам (осколкам, отломкам, трещинам) позволяет восстанавливать условия возникновения травмы, создавая тем самым возможность воспроизводить отдельные моменты происшествия, что является одной из главных задач судеб- но-медицинской экспертизы.

* В начале 50-х годов в машиностроении и металлургии стала развиваться фрактография – исследование изломов металлографическим методом. См.: Л.Б. Фридман, Т. А. Гордеева, А.М. Зайцев. «Строение и анализ изломов металлов».

М., 1960

Рассматриваемый ниже материал представляет собой обобщение накопленных фактов о закономерностях разрушения костей при воздействии тупых предметов. Основной целью явился анализ процессов деформации и разрушения кости, а также выявление морфологических признаков, свидетельствующих об этих явлениях. Имелось в виду, что работа по разрушению, а также характер и вид деформации определяются не удельной прочностью, а значениями устойчивости кости на сжатие, зависящими от ее формы.

Механическое напряжение определяется как мера внутренних сил, возникающих в теле (конструкции) под влиянием внешнего воздействия. Любой элемент конструкции, отличающийся от окружающих его элементов своими упругими свойствами, вызывает концентрацию напряжений и может быть опасным. Траектории напряжений могут притягиваться к более жесткой области и отталкиваться от области с низкой жесткостью. Таким образом, отверстия далеко не всегда выступают в качестве концентратов напряжений.

Теоретическое максимальное растягивающее напряжение оказывается значительно большим тех реальных значений прочности, которые устанавливаются методом обычных испытаний на растяжение. Следует указать, что конструкции, имеющие достаточную жесткость, оказываются в такой же степени прочными. Жесткость в свою очередь определяется формой конструкции. Поскольку вычисления на жесткость делать проще, то они оказываются много надежнее вычислений на прочность. Формулы не принимают в расчет концентрации напряжений или другие особые локальные условия.

Энергия, воздействующая на физическое тело в пределах, превышающих величины упругой деформации, обусловливает процесс разрушения этого тела. Если количество внешней энергии превышает запас прочности на незначительную величину. То возникают локальные, начальные виды разрушения. Начальная точка разрушения может оказаться в месте воздействия внешней силы (чаще – при ударе) или располагаться вне зоны воздействия (чаше – при компрессии), что определяется особенностями конструкции деформируемого тела. Увеличение внешнего воздействия приводит к разрушениям большего размера. Однако процесс деформации (при прочих равных условиях) протекает однотипно и отличается только своей масштабностью. При анализе характера деформации и установлении ее вида важны не обширность повреждения, а его морфологические свойства и особенности*. Рассматривая и анализируя разрушения (переломы), чрезвычайно важным считается установление генеза конкретного повреждения – является ли оно конструкционным или локальным. В зависимости от различного происхождения морфология у них неодинаковая.

*Таким образом, изучение характера повреждений при так называемых дозированных нагрузках выявляет степень индивидуальной устойчивости в условиях заранее заданного воздействия.

Из законов физики и сопромата вытекает, что принципиально не важно, ударяется ли тело о предмет или предмет ударяет по телу. Определяющими остаются направление внешнего воздействия, вид воздействующего предмета и конфигурация деформируемого тела. Принимая во внимание то обстоятельство, что имеются значительные индивидуальные колебания в удельной прочности кости, а тем более в размерах и форме костей, подвергающихся деформации, судить даже теоретически о минимальной энергии, вызвавшей деформацию, можно только весьма приблизительно. Конкретные величины энергии, затраченной на деформацию, в конечном итоге получают настолько широкие колебания, что они теряют экспертное значение*.

*Начальная стадия сравнительно медленного развития трещины как и возникновение фокуса (начало разрушения) современными приборами не могут быть зарегистрированы и эти величины пока еще не установлены. Максимальная нагрузка (часто неверно обозначаемая как разрушающая) соответствует «лавинному», быстро распространяющемуся процессу, образующему «зону долома» (Я.Б. Фридман. Механические свойства металлов. Оборонгиз. М., 1951)

Сам же процесс разрушения, его виды и варианты во всех случаях получают морфологическое отражение и могут быть диагностированы. Они имеют гораздо большее экспертное значение, нежели установление величины внешнего воздействия.

Следует указать, что до сих пор в практике судебно-медицинской экспертизы бытует убеждение, что для установления механизмов травмы, например, черепа, достаточным является анализ только траекторий линий переломов, т.е. их локализация. И при описании повреждений костей черепа, и в прилагаемых к актам контурных схемах фиксируются только локализация и направление распространения трещин. Морфологические свойства краев трещин и поверхностей переломов при этом не получают своего отображения. Учитывая то обстоятельство, что при различных механизмах травмы могут возникать повреждения сходной или даже идентичной локализации, возможная экспертная ошибка очевидна.

Поскольку характер и особенности переломов рассматриваются применительно к травматологии и морфологии с позиций учения о сопротивлении материалов, нам представляется уместным ввести отдельные понятия, а также некоторые специальные термины и конкретные их толкования, отвечающие требованиям вышеназванных положений.

Точное обозначение процессов и явлений является немаловажным фактором. Ниже рассматриваются некоторые из предлагаемых нами терминов.

Трещина – нарушение сплошной (разъединение) костного вещества в пределах одной анатомической части кости, не допускающее смещения разъединенных частей относительно друг друга:

- кортикальная – поверхностное разъединение компактного вещества кости (растрескивание);

-веерообразная – разъединение компактного вещества кости по параболической траектории вследствие деформации сдвига,

-сквозная – разъединение (разрыв) компактного вещества кости от распора (вклинения) повреждающего предмета.

Надлом – частичное разъединение костного вещества в пределах анатомической части кости с образованием двух поверхностей, не существовавших ранее и допускающее их смещение по отношению друг к другу по одной степени свободы.

Перелом – нарушение сплошности (разъединение) костного вещества в пределах анатомической части кости* с образованием двух поверхностей, не существовавших ранее и допускающее их смещение по отношению друг к другу по двум или трем степеням свободы:

-оскольчатый – перелом с образованием осколков или фрагментов кости;

-множественный – 2 и более переломов, локализующихся в разных анатомических частях одной кости. Могут возникать одномоментно, при однократном воздействии или неодновременно – при повторной травматизации;

-пластический – утрата анатомической целости кости без макроскопического нарушения ее сплошности. Характерен для костей молодого и детского возраста. Встречается 2 разновидности: а) от сгибания (перелом в виде «зеленой веточки»); б) от сжатия («валикообразные» переломы).

*С позиций сопромата череп и таз у взрослых (после заращения швов) должны рассматриваться как комплекс костей, составляющий единую, цельную конструкцию.

Впереломе следует различать: плоскость, излом и край (по прежней терминологии – линия перелома).

Плоскость перелома – главное сечение разъединения кости (перелома), сориентированное нормально по отношению к поверхности или продольной оси этой кости.

Излом – поверхность разъединения кости (перелома). Характеризуется макро-микроскопическими признаками, имевших место в виде деформации и разрушения.

Осколок – часть отъединенного анатомического отдела кости с наибольшим размером, не превышающим диаметр трубчатой кости или толщину плоской кости.

Фрагмент – часть отъединенного анатомического отдела кости с размерами, превышающими толщину (диаметр) кости.

Отломок – часть отъединившегося концевого (краевого) анатомического отдела кости.

Выкрашивание – хрупкое разрушение дробление на мелкие частицы ка- кой-либо доли (чаще - края) излома.

Втексте употребляются термины некоторых физических величин, толкование которых считаем необходимым.

Вектор – направленный отрезок или пора точек, взятых в определенном порядке: 1-я точка называется началом, 2-я – концом вектора. При помощи вектора изображаются перемещения, скорость, ускорение, сила и др. величины, за-

даваемые не только числом, но и направление (сложение сил по правилу параллелограмма).

Масса тела – сила, с которой тело действует вследствие тяготения к земле на опору (подвес), удерживающая его от свободного падения. Единица массы, как и сила тяжести, в системе СИ-Ньютон.

Галтель – скругление внутренних и внешних углов, что повышает прочность конструкции за счет снижения, рассеивания концентрации силовых напряжений в местах резкого перехода.

Гука закон – основной закон, устанавливающий зависимость между напряжениями в упругом теле и вызываемыми ими деформациями.

Деформация – изменение формы (или размеров) тела под действием внешних сил;

-упругая – деформация, исчезающая после снятия вызвавшей ее нагрузки.

-остаточная – часть деформации, не исчезающая после устранения воздействия, вызвавшего деформацию.

Джоуль – механическая работа силы в 1 Ньютон (1 Н) при перемещении тела на 1 м.

Жесткость – способность конструкции сопротивляться образованию деформации. В пределах закона Гука определяется как произведение модуля упругости (Юнга) на геометрическую характеристику поперечного сечения (площадь сечения при растяжении – сжатии, сдвиге; осевой момент инерции при изгибе).

Консоль – балка, ферма или другая несущая конструкция, жестко закрепленная одним концом при свободном другом.

Критическая сила (эйлерова сила) – наибольшее значение сжимающей силы, при которой сжатое упругое тело сохраняет начальную форму. При небольшом превышении возникает деформация.

Купол – пространственная несущая конструкция покрытий сооружений в форме сегмента шара, параболоида или другой поверхности вращения.

Модуль – название какого-либо особо важного коэффициента (величи-

ны).

Модуль Юнга (модуль упругости) – величина, равная отношению напряжения к величине осевого растяжения Для кости человека колеблется в преде-

лах 1,38-1,94·10³ кГ/мм².

Мощность – энергическая характеристика, равная отношению работы к интервалу времени ее совершения. Ньютон равен силе, сообщающей телу массой в 1 кг ускорение 1 м/с².

Пластичность – свойство твердых тел под действием внешних сил, не разрушаясь, изменять свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после устранения этих сил. Отсутствие или малое значение пластичности определяется как хрупкость.

Прочность – свойство материала воспринимать внешние воздействия в определенных пределах и условиях, не разрушаясь. Различают: теоретическую

– ¹/6 модуля продольной упругости; техническую (для некоторых сталей ¹/10 теоретической); конструкционную – прочность узлов, соединений (ниже техни-

ческой); динамическую – свойство воспринимать, не разрушаясь, ударные нагрузки; длительную; удельную (для нитей канатов).

Работа – физическая величина, характеризующая преобразование энергии из одной формы в другую, происходящее в рассматриваемом физическом процессе (ед. Джоуль).

Разрушение – макроскопическое нарушение сплошности материала в результате воздействия на него. Различают: начальное (развитие пор. трещин); хрупкое; пластическое (вязкое), усталостное, длительное.

Сила – в механике векторная величина, являющаяся мерой механического взаимодействия тел. В системе СИ выражается в ньютонах.

Сопротивление материалов – наука о прочности и деформируемости элементов сооружений и машин. Основные объекты изучения – стержни и пластины.

Теория упругости – раздел механики сплошных сред, рассматривающий деформацию упругих тел под действием внешних сил. Иными словами, это наука о соотношении между внешними силами и смещениями в материалах и конструкциях. Величины этих смещений зависят в основном от двух факторов: размера и геометрической формы конструкции, а также материала, из которого конструкция сделана.

Удар – совокупность явлений, возникающих при столкновении двух твердых тел.

Хрупкость – способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях без заметной пластической деформации. Зависит от структурного состояния тел и условий испытания. Увеличивается при скорости нагружения и понижения температуры.

Энергия – (действие) общая мера различных форм движения материи, рассматриваемых в физике. Выражается в Джоулях (Дж). Под энергией понимается способность совершать работу.

Эксцентриситет – величина, характеризующая отклонение конического сечения от окружности и равная отношению расстояния между фокусами к расстоянию между вершинами.

Глава I Анатомо-физиологические и биомеханические свойства

кости и их взаимосвязь с явлениями деформации

Кость как ткань является сложным и многофункциональным образование, во многих отношениях еще полностью не изученным.

Отдельные анатомо-физиологические свойства костной ткани в последнее время стали более понятными в связи с электронно-микроскопическими исследованиями кости и ее реакциями в условиях невесомости и гравитационных нагрузок [Бирюков Е.Н., 1968; Тигранян Р.А. и др., 1975].

Формирование костной ткани в филогенезе произошло целиком под влиянием гравитационных сил. Биохимические и структурные особенности кости и в онтогенезе корригируются явлениями гравитации, однако уровень корреляции еще недостаточно изучен.

Анатомо-гистологическое строение костной ткани представлено межклеточным веществом, являющимся продуктом секретирующих клеток – остеобластов, более или менее равномерно в нем расположенных остеоцитов и остеокластов. По своей сущности остеобласты весьма схожи с другими секретирующими клетками. Межклеточное вещество является средой, в которой из проколлагена синтезируются фибриллы, получающие строгую ориентацию, что находит отражение в характере расположения волокон. Коллаген в костной ткани, что важно подчеркнуть, находится в кристаллической форме [В.Ф. Че-

пель, 1979].

Остеоциты по своей структурной организации во многом подобны остеобластам, но в отличие от них они слабо функционируют и как бы замурованы в межклеточном веществе. Наличие многочисленных отростков у этих клеток в каналах межклеточного вещества создает условия для циркуляции жидкости.

Остеокласты резко отличаются от первых двух по форме, структуре и функции. С их жизнедеятельностью связывают резорбцию костного вещества.

Межклеточное вещество составляет основную массу кости и главным образом определяет ее физические и биомеханические свойства.

Межклеточное вещество кости является сложным биохимическим образованием, включающим в себя значительное количество ШИК-позитивных веществ (полисахариды, глюкопротеиды, липиды, фосфолипиды, белковомукополисахаридные комплексы). Ответственными за реакцию метахромазии в зрелой кости считаются кислые мукополосахариды (хондроитинсульфат А, хондоитинсульфат Б, кератосульфат).

Межклеточное вещество принято рассматривать как совокупность двух основных частей: органического и неорганического матриксов.

Органический матрикс состоит из основного вещества (сложные белковополисахаридные асимметричные комплексы) и фибриллярные структур (коллагена).

Из органических соединений на долю основного белка кости – коллагена приходится 95%, ⅔ которого составляют глицин, пролин и гидроксипролин.