6 курс / Судебная медицина / Судебно_медицинская_оценка_микрообъектов_при_тупой_травме

предразрушенного материала с большим количеством трещин, надрывов, с малой твердостью и прочностью.

Рис. 20. Схема контакта микронеровностей в результате взаимодействия ТТП и кости, А - ТТП, Б - кость, В и Г - пятна касания.

Общим в процессах внедрения и царапания высокотвердого инден-

тора применительно к пластичному материалу является вызываемая этими процессами пластическая деформация материала. В обоих случаях инден- тор вытесняет материал. По краям отпечатка в случае нормального внедре- ния индентора и по краям царапины и впереди движущегося вдоль поверх- ности материала индентора образуются вздутия-навалы. Однако при цара- пании часть вытесненного материала может превратиться в стружку. Воз- никновение стружки- это основной признак царапания, отличающий этот процесс от простого пластического деформирования. Царапание, таким об- разом, связано с пластической деформацией и разрушением. Очень боль- шое значение в формировании силы трения придает И.В. Крагельский вздутию-навалу, все время возникающему перед движущимся индентором.

В рассмотрение процесса царапания весьма существенный вклад был сделан Е.Н. Масловым (1993), который показал, что движущийся индентор (абразивное зерно) всегда имеет округленное острие с радиусом закругле- ния r и при малом значении H/r (H – глубина внедрения индентора) может «пропахивать» материал без отделения стружки (трение скольжения), а при достаточно большом значении H/r – обеспечивать отделение стружки (ре- зание царапание).

Вид трения в макрообласти определяется совокупностью видов тре- ния в микрообласти контакта, так как трение в макрообласти является со- четанием разных видов трения, то есть смешанным трением, характери-

зующимся нестационарными трибологическими процессами. При контакте

микронеровностей возможно развитие адгезионного взаимодействия (Buckley D.H., 1981). Во многих случаях оно возникает уже в начальной стадии контакта неровностей и вызывает увеличение площади контакта, а также развитие значительного подповерхностного сдвига. Вследствие дис- кретности фактического контакта в зонах касания возникают большие на- пряжения. Относительное скольжение сопровождается интенсивным де- формированием поверхностных слоев взаимодействующих твердых тел.

Поэтому сила сопротивления движению будет зависеть от механических свойств материала поверхностных слоев твердых тел.

Твердость материалов (Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В., 1975), из которых изготовлены орудия и их покрытия очень вариабельна (твердость по Бринелю): углеродистые стали обыкновенного качества (ст. 1-6)- от 110 до 170 кГ/мм2; латуни - от 55 до 170 кГ/мм2, органическое стекло - от 12 до 25 кГ/мм2, сосна, ель, береза - от 1,8 до 3,9 кГ/мм2. В то же время твердость костной ткани (Кнетс И.В., Пфафрод Г.О., Саулгозис Ю.Ж., 1980) занимает промежуточное положение среди этих материалов: костей свода черепа - от 40 до 60 кГ/мм2, большеберцовой кости - от 30 до 48 кГ/мм2, микротвердость остеонов составляет 30-38 кГ/мм2, при давле- нии, перпендикулярном ходу коллагеновых волокон, микротвердость кости может снижаться на 20-25%.

В реальных условиях травмы преимущественным видом взаимодей- ствия является внедрение более жестких элементов в менее жесткие. При

относительном скольжении возникает интенсивное деформирование более мягкой поверхности, например лакокрасочного покрытия (ЛКП), внедрив- шимися микронеровностями кости. В конечном итоге соотношение твер- дости реализуется на пятнах касания сопряженных поверхностей и на бо- лее твердую из них переносится более мягкий материал (Heilman P., Don J., Sun T.C., 1983, Blau P.J., 1989).

На интенсивность массопереноса большое влияние оказывает качест- во поверхности травмирующего орудия и степень ее шероховатости (Ruff A.W., Ives L.K., Glaeser W.A., 1980). На самых гладких металлических по-

верхностях легко зафиксировать неровности высотой 0, 1 мкм, типичные же поверхности металлических предметов могут иметь неровности высо- той до 50-100 мкм. Поверхности металлических орудий, служащих для удара, например молотка или обуха топора, обычно имеют неровности в 0,3 – 1 мм. С другой стороны и на поверхности кости могут быть высту- пающие участки высотой 1-2 мм, а также углубления порядка 0,5-3 мм. В связи со значительной неровностью поверхностей, участвующих в процес- се травматизации, может быть выраженным и массоперенос материалов.

В присутствии влаги и воздуха железо подвергается коррозии; оно окисляется с образованием ржавчины, которая представляет собой смесь гидратированных оксидов железа. В связи с коррозией отделение микро- частиц железа с ТТП происходит достаточно легко.

Анализ повреждений показал, что при взаимодействии с металличе- ской поверхностью, изготовленной из железа, имели место следующие яв- ления:

∙схватывание и заедание оксидных пленок, микрочастиц металла с поверхности орудия на поверхности кости;

∙пропахивание костной ткани микронеровностями металла, возмож- но с участками царапания и микрорезания, при этом в глубине пропахан- ных участков кости оставались частицы металла, которые отделялись в ре- зультате предшествовавшего удара, либо взаимодействия при трении;

∙внедрение микрочастиц металла в области трещин и других повре- ждений кости.

∙внедрение микрочастиц металла, которые подверглись коррозии и слабо удерживались на поверхности металла в микронеровности поверхно- сти кости и костные каналы;

Указанные механизмы, как правило, сочетались друг с другом. Наи- более часто мы встречали диффузное наслоение и внедрение металла в со- судистые микроканалы кости с участками пропахивания в результате тан-

генциального воздействия металлического предмета с микронеровностями поверхности. На рисунке 23 представлена модель (№1) воздействия ТТП с выступающей микронеровностью, которая демонстрирует отделение круп-

ных микрочастиц с поверхности ТТП и их внедрение в момент первичного контакта, последующее пропахивание кости и наложение микрочастиц ли-

бо оксидных пленок металлов на участке повреждения при тангенциальном движении.

1.

2.

3.

Рис. 21. Модель №1 воздействия ТТП на кость: внедрение микрообъектов с поверхностным повреждением (пропахиванием) кости.

А - фрагмент тупого твердого предмета; Б - микрочастицы на поверхности предмета, например, подвергшиеся коррозии частицы металла; В - фрагмент поверхности кости; Г - пропаханный участок кости с наслоением микрообъектов; Р - нормальная нагрузка, FВ - внешняя сила, при- ложенная к контактирующим телам, F - сила трения. 1 - движение предмета до соударения с поверхностью кости; 2 - соударение предмета с костью, начало его тангенциального движения; внедрение в кость микрочастиц (Б) и выступающей микронеровности на поверхности тупого твердого предмета; 3 - окончание пропахивания кости выступающей микронеровностью по- верхности предмета, снятие нагрузки.

Частицы лакокрасочного покрытия (ЛКП) отделялись от следообра- зующей поверхности в результате удара, а затем оказывались между ору- дием и костью в процессе их взаимного движения либо окрашенная по-

верхность орудия непосредственно контактировала с костью и возникало ее смещение с потерей части материала. Известно, что пластические де- формации в зоне контакта наблюдаются тогда, когда средние нормальные напряжения достигают величины давления текучести (Белый В.А., Лудема К., Мышкин Н.К., 1993). При этом более твердая поверхность кости с от- дельными выступающими участками (пятнами касания) воздействует на более мягкую ЛКП, возникает пластическое течение, в результате чего происходит выдавливание материала в борозды и углубления кости, а так-

же внедрение в микроканалы кости. Одновременно может возникать под- поверхностный сдвиг ЛКП и отделение более крупных фрагментов с по- следующим вдавливанием в кость. Такие фрагменты, так же, как и отде- ленные при ударе, имеют более крупные размеры, в нижней части они вдавлены в микронеровности кости, а в верхней могут выступать над ее поверхностью. Механизм тангенциального воздействия орудия с ЛКП на кость представлен на модели № 2 (рис. 24).

1.

2.

3.

Рис. 22. Модель № 2 воздействия ТТП на кость: наслоение и внедрение микрообъектов в сосудистые каналы кости.

А - лакокрасочное покрытие тупого твердого предмета; Б - поверхность кости; В - сосудистые микроканалы кости; Р - нормальная нагрузка, FВ - внешняя сила, приложенная к контактирую- щим телам, F - сила трения. 1 - начало движения предмета, окружности обозначают первичные пятна касания; 2 - в процессе тангенциального движения происходит внедрение выступающих участков кости в ЛКП (А) и его смещение с одновременным выдавливанием в отдельные не- ровности поверхности кости (Б) и ее микроканалы (В); 3 - наслоение ЛКП (А) на поверхность кости (Б) и внедрение его в микроструктуру кости - сосудистые микроканалы (В).

Массоперенос ЛКП иногда сопровождался повреждением поверхно- сти кости - участками пропахивания, микрорезания, сколами. Как правило, имело место сочетание различных механизмов, например, наслоение ЛКП на поверхности кости и его внедрение в микроканалы с участком пропахи- вания кости.

Фрагменты микроволокон различных тканей, отделившиеся в резуль- тате удара, обычно смешиваются с кровью и тканевой жидкостью, что ор- ганизует их в единое вещество. Такое вещество может внедряться в струк- туру кости одновременно с микрочастицами металлов, ЛКП и других ино- родных веществ. Вместе с тем, фрагменты микроволокон множественные,

подчас имеют меньшие размеры и могут внедряться в микроканалы кости на значительную глубину.

Было установлено, что в случаях внедрения фрагментов волос и мик- роволокон в сосудистые микроканалы, помимо явления трения, имеет ме- сто так называемый «присасывающий» эффект: в момент воздействия ТТП

и компрессии костной ткани происходит уплощение костных каналов и уменьшение их просвета, выбрасывание наружу части крови и тканевой жидкости, при снятии нагрузки в микроканалах формируется отрицатель- ное давление и фрагменты волос, а также волокнистых материалов устрем- ляются в глубину каналов на значительное расстояние. Этот механизм ото- бражен на модели воздействия ТТП № 3 (рис. 25). В связи с тем, что диа- метр каналов незначительно превышает толщину волос (0,07-0, 15мм, ино- гда 0,2-0,3 мм), их фрагменты не распространяются в каналы на значитель- ную глубину. В то же время микроволокна самых различных материалов обнаруживаются на расстоянии в 2 - 5 мм от сосудистого отверстия, что превышает их длину в десятки раз. По-видимому, описанный эффект игра- ет свою роль и в случаях внедрения отделившихся частиц металлов, а так- же ЛКП.

При возникновении трещин компактной пластинки и переломов кос- ти с разъединением отломков также наблюдаются обширные участки вне- дрения микрообъектов. В условиях упругопластической деформации кости возникают множественные поверхностные трещины кости.

1.

2.

3.

4.

Рис. 23. Модель № 3 воздействия ТТП на кость: внедрение микрообъектов в сосудистые каналы за счет упругой деформации кости.

А - микроканалы кости; Б - поверхность кости; В – фрагменты волос и микроволокон; Г – по- верхность ТТП, стрелкой указано направления движения. 1 – состояние кости до механическо- го воздействия; 2 - воздействие ТТП, образование фрагментов волос и микроволокон, компрес- сия кости в условиях упругой деформации, выбрасывание жидкости из каналов кости; 3 – сня- тие нагрузки, втягивание микрообъектов внутрь каналов за счет отрицательного давления; 4 – состояние кости после воздействия, в наружных отверстиях и микроканалах кости находятся

микрообъекты.

В момент воздействия предмета они зияют и «раскрываются», в них внедряются микрообъекты, а после снятия нагрузки их края смыкаются и плотно фиксируют микрообъекты в глубине кости. Так в трещинах фикси- руются фрагменты волос и микроволокон (Кодин В.А., 1981, Игнатенко А.П., Бастуева Н.В., 1978). Мы наблюдали, что при тангенциальном дви- жении предмета происходит особенно выраженное наслоение ЛКП и вы- давливание ЛКП внутрь трещин. Края трещин здесь выступают в роли твердого индентора по отношению к ЛКП – модель воздействия № 4 (рис. 26).

1.

2.

3.

Рис. 24. Модель № 4 воздействия ТТП на кость: внедрение микрообъектов в трещины кости.

А - наружная часть (НКП) кости; Б – ЛКП. 1 – образование и «раскрытие» трещин кости в ре- зультате действия предмета, внедрение в них ЛКП; 2 – наслоение и внедрение в трещины ЛКП при тангенциальном движении предмета, Р - нормальная нагрузка, FВ - внешняя сила, прило- женная к контактирующим телам, F - сила трения; 3 – «закрытие трещин», фиксация в них ЛКП.

Сходным образом в трещинах кости располагаются и частицы метал- ла, которые подчас находятся в глубине трещин и выявляются только цветными химическими реакциями.

В таблице 2 отражены виды внедрения микрообъектов в совокупно- сти с характером повреждения поверхности кости или ее отсутствием, а также соответствующие им механизмы внедрения микрообъектов и взаи- модействия с сопряженными поверхностями ТТП.

Таблица 2

Основные механизмы внедрения микрообъектов в соответствии с их видами и наличием повреждений на поверхности кости.

Таким образом, основными механизмами формирования и внедрения

микрочастиц различной природы в результате воздействия тупого твердого предмета на кость являются удар и трение. Эти механизмы сочетаются друг с другом и воздействуют практически одновременно. Характер обра-

зования и вид внедрения микрочастиц зависят от твердости и пластичности их материала. Анализ описанных механизмов необходим при оценке по- вреждений и участков внедрения микрообъектов на поверхности кости.