6 курс / Судебная медицина / Механика_и_морфология_переломов_В_Н_Крюков

(при любой величине внешнего воздействия) оказывается однозначным и определяется конструкционными свойствами кости, а также направлением и углом внешнего воздействия.

Масштаб разрушения (протяженности и обширность перелома) при одной и той же величине внешнего воздействия всегда индивидуален, поскольку с другой стороны он определяется толщиной кости, ее твердостью хрупкостью, конкретными конструкционными особенностями. Таким образом, судить по степени разрушения о величине внешнего воздействия можно только относительно.

Деформация кости при вешнем воздействии может быть многофазной. Под этим термином подразумевается следующее. В начальный момент внешнего воздействия на кость возникает мозаика силовых напряжений, определяющих вид и характер деформации, что приводит к первичному разрушению – перелому. Если при этом энергия внешнего воздействия оказалась полностью не израсходованной, то деформации и последующему разрушению продолжают подвергаться фрагменты кости или костного комплекса, т.е. возникают вторичные переломы, имеющие свою морфологию.

Внешнее воздействие может быть неоднократным в том же или ином направлении, под одним или разными углами. При достаточном для возникновения переломов внешнем воздействии в направлении, идентичном первоначальной травме, возникает повторное разрушение - дополнительные, добавочные переломы, которые, естественно, мало чем могут отличаться морфологически от первичных переломов.

При повторном воздействии в ином направлении, нежели первичное воздействие, в отломках (фрагментах) кости или костных комплексах возникает деформация, характерная для вновь «образовавшейся» конструкции. Понятно, что эти повторные переломы могут иметь свои специфические особенности.

Характер деформации кости, а затем и разрушения зависят от ряда ее свойств. Из них в первую очередь следует отметить чисто физические свойства (удельная и абсолютная прочность, плотность, жесткость, пластичность и т.д.), морфологические (структурные особенности, строения компакты и спонгиозы и их соотношения, архитектоника составляющих элементов и пр.), биохимические (биологическое состояние коллагена, концентрация и топографическая насыщенность микроэлементами, уровень обменных процессов и т.д.), конструктивные (форма и конфигурация кости или костного комплекса, особенности архитектоники) и биомеханические (тип кости, степень сокращения мышц, пространственная ориентация в момент травмы и т.д.).

Пластические свойства кости определяют не только вид деформации, но и тип разрушения. Кость по своей природе относится к классу хрупких материалов. Однако на протяжении жизни человека кость претерпевает значительные изменения в своей структуре. Большое насыщение кости коллагеном в детском возрасте делает ее упругой, мягкой, пластичной. Это обстоятельство часто обусловливает появление так называемой коротковолновой деформации, при которой теряется механическая устойчивость кости, но разъединения на фраг-

менты не возникает. Повреждение приобретает характер смятия или валикообразного (волнообразного) вспучивания.

Хрупко-пластические качества кости свойственны подростковому и молодому возрастам.

Обедненная коллагеном и относительно обезвоженная кость в пожилом возрасте проявляет повышенную хрупкость по отношению к костям зрелого возраста.

Анатомические свойства кости, выражающиеся как в типе строения (склеротическое, губчатое и т.д.), так и в форме (короткие и длинные трубчатые, плоские кости) в определенной степени сказываются на вариантах топографии силовых напряжений (деформации) и локализации начальной точки разрушения.

Следует различать локальные и конструкционные деформации. Локальные деформация и разрушение кости происходит в месте контакте с ней повреждающего предмета (особенно в случаях ударного воздействия) и протекают по законам сопротивления материалов «простых» конструкций (пластины, стержни, арки и т.д.). Что же касается деформации и разрушения конструкции в целом, то они развиваются всякий раз индивидуально в зависимости доже от мельчайших особенностей самой конструкции. В случаях компрессии первоначальное разрушение возникает чаще на протяжении, а не в местах давления тупых предметов.

Значительную роль в формировании переломов – их локализации и морфологии – играет ориентация частей тела в момент травмы, т.е. биомеханический фактор. Особенно отчетливо это проявляется при падении с высоты на голову. В этих случаях на локализацию и морфологию переломов оказывают существенное влияние форма черепа и положение головы в момент удара, длина шейного отдела позвоночника и его физиологическое положение. В зависимости от сочетания названных элементов повреждения локализуются или в области черепа, или в шейном отделе позвоночника, или же они возникают одномоментно в обоих отделах (см. соответствующие разделы).

Типы и виды деформации и разрушения кости следует рассматривать как производное компонентов внешнего воздействия и анатомических (механических) свойств кости.

В зависимости от вида и характера кости и деформация, и разрушение могут протекать по типу пластических, хрупко-пластических или хрупких материалов. У каждой из названных разновидностей имеются свои особенности, которые получают в конечном итоге конкретную морфологическую выраженность.

Чисто разрывные повреждения кости вероятнее всего возможны только теоретически или в условиях специально поставленного эксперимента, поскольку из-за неравномерности строения кости и ее слоистой структуры одномоментного разрыва всех составных элементов не происходит. Разновременный же разрыв костного вещества в конечном итоге приводит к такому виду разрушения, в котором разрыв сменяется изгибом.

Разрушение кости вследствие разрыва происходит обычно от расклинивания (распора) и чаще всего наблюдается на плоских костях черепа. Неравнозначное строение наружной и внутренней пластинок, как правило, разделенных губчатым веществом, получает отражение в характере трещины (или линии перелома), которая обычно не бывает прямолинейной и имеет извилистый контур.

Разрушение костей от сжатия возникает в результате напряжений, обратных растяжению. При пластических и хрупко-пластических видах деформации в отдельных участках скелета (метафизы длинных трубчатых костей, передние отделы ребер, ветви лобковых и седалищных костей и т.д.) могут возникать явления коротковолновой деформации. Это такой вид потери устойчивости, при котором возникает смятение компактного вещества в виде валикообразного вспучивания или смятия одной из пластинок. В названных зонах при макроскопически неповрежденной компактной пластинке происходит разрушение (смятение) спонгиозы.

В случаях хрупкой деформации продольное сжатие формирует вклинение одного костного фрагмента в другой и расщепление компактного вещества соответственно трещинам, образовавшимся от распора в начале разрушения. Это касается как длинных трубчатых костей, так и плоских. Внедряющийся отломок, как правило, приобретает клиновидную форму, а направление внедрения является продолжением направления внешнего воздействия.

Деформация кручения и разрушение кости вследствие ротации свойственны костям, имеющим стержневую конструкцию (трубчатые кости, ветви седалищных и лобковых костей и пр.). Растягивающие и касательные напряжения при этом механизме деформации располагаются в направлении под углом 45° по отношению к продольной оси. Это и определяет траекторию распространения линии разрыва – в форме спирали. При достижении концами винтообразного разрыва осевой проекции относительно друг друга деформация кручения сменяется разгибанием стенки стержнеобразной конструкции по этой линии.

Наиболее частым видом деформации костей является изгиб. Несмотря на различные варианты условий внешнего воздействия, деформация изгиба сводится к растяжению вещества кости на одной стороне и сжатию – на диаметрально противоположной. Поскольку кость устойчивей на сжатие, чем на растяжение, ее разрушение по типу разрыва начинается на выпуклой (растягивающейся) стороне. Нейтральная ось (зона), где силы сжатия и растяжения выражены минимально, оказывается далеко не всегда расположенной на одинаковом расстоянии от поверхностей кости, т.е. не совпадает с осью симметрии. Это геометрическое смещение нейтральной оси зависит от физических свойств кости, степени ее хрупкости. Чем кость более хрупка, тем в большей степени нейтральная ось располагается ближе к зоне растяжения и, наоборот, - в эластичной кости нейтральная ось резко смещается к стороне, испытывающей сжатие.

Разъединение кости, возникающее в результате растяжения (разрыва), быстро достигает по кратчайшему пути (поперечно) нейтральной оси, где растягивающие напряжения сменяются касательными, имеющими направление в 45° по отношению к растягивающим. В случаях равномерного распределения силовых напряжений плоскость разъединения (перелома) раздваивается, а раз-

рывная деформация сменяется деформацией сдвига. Это изменение вида деформаций получает морфологическое отражение в характере плоскости перелома: сдвиговые напряжения при слоистой структуре кости обусловливают разрывы костных элементов на разном уровне и плоскость излома приобретает крупнозубчатый характер. Раздвоенная линия перелома формирует костный фрагмент ромбовидный или близкой к ней формы.

Несимметричное распределение силовых напряжений, что может явиться следствием несимметричной нагрузки, например, при ударе под острым углом по длинной трубчатой кости и т.п., в свою очередь формирует или фрагмент в виде разностороннего треугольника или косой перелом (без образования костного фрагмента), а в случаях травмы длинных трубчатых костей – разрушение происходит по форме «отщипа».

Описанная закономерность поперечного изгиба кости распространяется на все виды костей.

Существует еще один вид деформации – срез поверхностных слоев кости, который возникает в случаях скольжения и трения. В формировании повреждения кости от скольжения большую роль приобретают величина давления, скорость скольжения и степень шероховатости скользящего предмета. Возникающее при этом повреждение кости – «шлиф» нередко используется в криминалистической экспертизе для целей идентификации повреждающего предмета по трассам скользящего предмета.

Таким образом, формирование перелома кости – ее разрушения вследствие внешнего воздействия является очень сложным и еще далеко не изученным процессом.

По сложившим традициям механику и морфологию переломов целесообразно рассматривать в соответствии с предложенной анатомической классификацией костей: плоские, губчатые (длинные и короткие), смешанные и трубчатые (длинные и короткие)*.

*М.Г. Привес, Н.К. Лысенков, В.И. Бушкевич. Анатомия человека. Л., 1971.

Глава II Повреждения костей черепа

Повреждения костей черепа имеют особое значение в связи с тем, что они всегда в той или иной мере сочетаются с травмой головного мозга.

В отношении характера повреждений головного мозга при воздействии тупых предметов наиболее информативные данные были получены С.Г. Загробяном (1965), В.Г. Науменко, В.В. Греховым (1967, 1975), Н.С. Бендиком (1973)

идр. Установлено, что существует определенная зависимость между степенью

илокализацией повреждения головного мозга, с одной стороны, и характером травмы костей черепа и направлением внешнего воздействия – с другой. Наряду с этим оказалось, что в разных условиях могут возникать переломы костей черепа одной и той же локализации, а в одинаковых условиях различные как по морфологии, так и по локализации повреждения. Это обстоятельство значительно осложняло проведение экспертиз в случаях черепно-мозговой травмы и требовало дальнейшего углубленного изучения свойств повреждений черепа в зависимости от условий, в которых действовал травмирующий фактор.

Из всех костных образований скелета череп является самой сложной конструкцией. Эта сложность находит отражение прежде всего в значительных индивидуальных особенностях. Эта индивидуальность признаков успешно используется в экспертизе идентификации личности.

При изучении анатомических особенностей строения костей черепа разработаны и успешно применяются такие методы как морфологический (макро-

имикроскопические), функциональный (экспериментальный) системноструктурный (синтез морфологических и экспериментальных данных), рентгенологический [Сперанский В.С., Зайченко А.И., 1980].

Установлена полиморфность в строении черепов, значительно осложняющая классификацию по их форме, например, получивший широкое распространение сравнительно-краниологический метод сопоставления показателей (поперечно-продольного, высотно-продольного и высотно-широтного) позволяет выделить 27 основных сочетаний размеров черепа.

По вертикальной и латеральной норме с учетом конфигурации и размеров черепа уже F. Frussetto (1905) выделял 54 морфологических типа черепа.

Анализом соотношений индексов установлено: чем череп ближе к долихоцефалам, тем по отношению к его длине меньше его высота, длиннее лобная кость, уже затылочная. И, наоборот. Чем ближе череп к брахицефалам, тем больше его высота, короче лобная кость и шире затылочная. Индекс теменных костей умеренно увеличивается от долихоцефалов к брахицефалам. Таки образом, чем больше основной индекс черепа, тем в большей степени черепная коробка приближается к сферической форме.

Контур мозгового черепа можно рассматривать минимум в трех плоскостях: верхней, поперечной и продольной.

Проведение нами исследования показали, что прочностные характеристики черепа и особенности его разрушения определяются в основном двумя

параметрами: поперечно-продольным индексом и сочетанием высотноширотного и высотно-продольного указателей. Поперечно-продольный индекс (процентное отношение поперечного размера к продольному) указывает на форму черепа: для долихокрании он меньше 75, для мезокрании он составляет 75-79,9, а 80 и более – характеризует брахиокранов. Чем в большей степени череп в горизонтальном сечении ближе к окружности, тем чаще возникают (особенно при воздействии на свод сверху) симметричные повреждения. Из учения о сопротивлении материалов следует, что чем симметричнее купол и чем в большей степени приближается к полушарию или овоиду, тем он устойчивей к вертикально направленным нагружениям.

Высотно-широтный и высотно-продольный показатели в сочетании указывают на меру сфероидности свода черепа и тем самым - степень его конструкционной прочности. На свойства и величину силовых напряжений, возникающих в костях черепа при внешнем воздействии, оказывают значительное влияние и такие детали как различная толщина костей по периметру, степень заращения швов и варианты их развития, наличие непостоянных костей, степень пневматизации, особенности распределения и макроструктуры диплоэ. Силовые напряжения возникают в каждом черепе в разных вариантах, отражая специфику индивидуальной конструкции.

Одним из способов регистрации силовых напряжений является электротензометрический, заимствованный из методов сопромата. Метод позволяет при нагружении (внешнем воздействии) с помощью датчиков устанавливать в любой точке конструкции развивающиеся там силовые напряжения. Регистрирующая аппаратура дает возможность определять величину этих напряжений, их качество (растягивающие, сжимающие, касательные) и направление.

Одномоментная регистрация большим количеством датчиков в различных областях и зонах черепа позволила изучить и установить топографию силовых напряжений, развивающихся при внешнем воздействии*. Более того, этот метод позволил количественно выявить участки сжимающих и растягивающих усилий в разных зонах черепа при конкретных условиях внешнего воздействия и тем самым прогнозировать наиболее вероятные точки начального разрушения кости – переломов. Главным же достоинством метода является то, что он отражает индивидуальную биомеханическую характеристику черепа в каждом отдельном случае.

*Топография силовых напряжений в костях «при травме». Барнаул, 1977. Несмотря на резко подчеркнутую индивидуальность в топографии сило-

вых напряжений, оказалось возможным выделить три группы черепов по их вертикальной норме: две крайних (брахицефалы и долихоцефалы) и промежуточную (мезоцефалы). Черепа одной и той же группы при одинаковых условиях внешнего воздействия имеют очень сходные (но не идентичные) картины в распределении силовых напряжений и в значительной степени отличаются между собой по группам (Рис. 1).

Анатомически череп подразделяют на два как бы самостоятельных отдела, морфологически и функционально отличающихся друг от друга: лицевой и

мозговой. Последний в свою очередь рассматривается как состоящий из двух частей – свода и основания.

Условную границу между сводом и основание черепа принято обозначать как линию, проходящую через затылочный бугор, - основание сосцевидного отростка – верхний край наружного слухового отверстия – скуловой отросток лобной кости – надглазничный и носовой края лобной кости.

Характер топографии и величин силовых напряжений в черепе при различных вариантах воздействия на него тупыми предметами свидетельствуют о том, что традиционно принятое разделение черепа на «свод» и «основание» с позиций биосопромата неправильно. К этому же выводу пришли В.А. Чернейкин и Л.П. Шолпо в 1976 г., построив математическую модель черепа.

Из учения о сопротивлении материалов известно, что силовые напряжения в основании любого купола (свода) резко отличны как по знаку, так и по направлению от тех, которые возникают в других участках свода при его нагружении. Если за условие разделения на свод и основание принять особенности и свойства топографии силовых напряжений, то границей между сводом и основание черепа следует считать линию, разграничивающую чешую лобной кости от ее глазничной части. Далее граница продолжается по клиновидноскуловому шву и линии, разделяющей вертикальную и горизонтальную части чешуи височной кости до основания пирамиды. В задней черепной ямке эта граница продолжается по борозде сигмовидной пазухи и замыкается по утолщению края большого затылочного отверстия. Эта условная линия разделяет растягивающие напряжения (свода) и сжимающие напряжения (основания), которые возникают по периметру свода при его вертикальном нагружении (рис. 2).

Свод черепа, таким образом, составляют чешуя лобной кости, чешуя височных костей, теменные кости и чешуя затылочной кости. Такое условное разделение мозгового черепа на свод и основание с позиций биомеханики имеет принципиальное значение. Прежде всего, оно оказывается важным при установлении ме-

ханизмов травмы, поскольку как свод, так и основание при внешнем воздействии испытывают различные по своему характеру деформации.

Архитектоника швов, а иногда их полное сращение у взрослых субъектов позволяет рассматривать свод черепа как единое монолитное анатомическое образование.

В плоских костях черепа выделяют наружную и внутреннюю компактные пластинки и межуточное губчатое вещество.

Известно, что толщина каждой из костей свода черепа неравномерна. Однако данные электротензометрии свидетельствуют о том, что более тонкие участки (даже не содержащие губчатой ткани) не испытывают более высоких силовых напряжений в сравнении с утолщенными зонами. Следует полагать, что усреднение и рассеяние силовых напряжений (вместо ожидаемой концентрации их в более тонких участках и в области отверстий) достигается за счет конструкционных свойств черепа в целом. Не исключено, что в процессе онтогенеза участки, испытывающие меньшие напряжения, постепенно истончаются до порога относительного выравнивания напряжений в сравнении с другими областями и вместо спонгиозной ткани развивается компактная.

Нами было показано (1966), что неравномерная толщина костей свода черепа и наличие целой системы утолщений в виде арок и кольцевых образований формируют своеобразный каркас, создающий дополнительное упрочнение своду по отношению к внешним механическим воздействиям. Увеличение в размерах и изменение конфигурации этих утолщений происходит при переходе на основание черепа, где они приобретают треугольное поперечное сечение, т.е. наиболее жесткую геометрическую форму.

Названная система арок и кольцевых утолщений также способствуют рассеянию энергии и передачи ее в значительно менее концентрированном виде

на систему костей, образующих основание, и в конечном счете на шейный отдел позвоночника.

Относительная несимметричность костей свода черепа обусловливает еще одну особенность биосопромата, присущую только этой анатомической области, - неравномерность силовых напряжений и асимметричность траекторий переломов.

Все сказанное выше позволяет с позиции сопромата упрощенно рассматривать череп как многослойную оболочку осенесимметричной конструкции.

Известно, что при внешнем воздействии процесс деформации и характер разрушения в определенной степени зависит от площади и конфигурации ударяющей поверхности.

Конфигурация площади соударения при воздействии предмета с широкой плоской поверхностью неодинакова и зависит от того, в какой области свода черепа осуществляется этот контакт. В разных анатомических зонах широкая плоская поверхность предмета взаимодействует с костями свода черепа на неодинаковой площади и ее контуры имеют различную геометрическую конфигурацию: круг, различной величины и формы эллипсы, асимметричные многоугольники и т.д. Это зависит от особенностей поверхности свода черепа в зоне удара и прежде всего от степени и вида его кривизны.

В тех случаях, когда травмируемая часть свода черепа близка по всей конфигурации к положительной сферической оболочке, а поверхность ударяющего предмета является плоскостью, можно приблизительно рассчитать характер и вид перелома этой части свода черепа. Учитывая большую индивидуальность строения черепа, расчеты приобретают больше теоретическое значение (см. «Механизмы переломов костей». М., 1971).

Сложность повреждений черепа обусловлена еще и тем обстоятельством, что в месте воздействия повреждающего предмета плоская кость деформируется и разрушается как многослойные хрупкие пластины соответствующего профиля. Одновременно с этим возникают повреждения, характеризующие разрушение всей конструкции (комплекса), которое всегда индивидуальны и зависят от особенностей строения черепа.

Общие закономерности деформации и разрушения костей вообще и плоских, в частности, сводятся к нескольким видам и вариантам в зависимости от развивающихся силовых напряжений вследствие различных способов нагружения – внешнего воздействия.

Следует заметить, что при конкретном способе нагружения напряженное состояние кости в различных точках неодинаково, что предопределяет неоднородное развитие деформации. Решающее значение при этом приобретают условия достижения максимального напряжения в кости на определенном протяжении, а не в отдельной точке.

Простейшими напряженными состояниями являются линейные или одноосные, которые возникают при осевом растяжении или сжатии.

Одной из разновидностей осевого растяжения плоской кости считается ее деформация и разрушение вследствие одномоментного (сопряженного) растяжения наружной и внутренней поверхностей (пластинок), например, при так