Биомеханика травмы - Громов А.П.

Автор: Громов А.П.

Теги: хирургия ортопедия офтальмология заболевания опорно-двигательной системы скелет и мышечная система медицина практическая медицина

Год: 1979

Похожие

Диагностикум механизмов и морфологии переломов при тупой травме скелета Т.1

Миофасциальные боли и дисфункции. Руководство по триггерным точкам. Том 1. Верхняя половина туловища

Миофасциальные боли и дисфункции. Руководство по триггерным точкам. Том 2. Нижние конечности

Физикальное обследование позвоночника

Текст

А.П. Громов
БИО-
МЕХАНИКА
ТРАВМЫ
А. П. ГРОМОВ
БИОМЕХАНИКА
ТРАВМЫ
(Повреждения головы,
позвоночника
и грудной клетки)
МОСКВА — МЕДИЦИНА — 1979
УДК 617.51+616.711+617.54-001-092 : 612.76
Биомеханика травмы (повреждения головы, позвоночника И
грудной клетки). А. П. ГРОМОВ . —М.: Медицина, 1979, 275 с., ил.
Автор книги доктор медицинских наук, профессор, возглавляет
кафедру судебной медицины 1-го Московского медицинского инсти-
тута им. И. М. Сеченова.
В книге рассматривается биомеханика черепно-мозговой травмы,
повреждений позвоночника и грудной клетки. Описанию эксперимен-
тальных данных предшествует изложение физико-математических
понятий о механических воздействиях на тело человека, методах их
измерения и расчета. Подробно приведены существующие способы
исследования механических свойств биологических тканей и, в част-
ности, методы определения прочности и жесткости костей свода
черепа.
Основное внимание в работе уделено моделированию повреж-
дений мягких тканей головы, переломов костей черепа, ушибов го-
ловного мозга при различных механизмах травмы. Применение ори-
гинальных методик на специальных стендах, обеспечивающих строго
дозированные нагрузки на различные области человеческого тела,
позволило установить четкую зависимость повреждений головы,
позвоночника и грудной клетки от физических параметров ударного
воздействия с учетом индивидуальных особенностей организма. По-
лученные данные положены в основу для биомеханического обосно-
вания средств индивидуальной защиты головы человека от травмы,
а также предохранительных поясов монтажников.
Сопоставление морфологии повреждений со сходными повреж-
дениями, встречающимися в реальных условиях, позволило разрабо-
тать биомеханические основы определения механизма возникнове-
ния травмы по характеру имеющихся повреждений, что крайне
необходимо для судебно-медицинской практики. В процессе экспери-
ментальных исследований установлен новый механизм закрытой че-
репно-мозговой травмы, подтвержденный путем математического
моделирования.
Монография рассчитана на судебно-медицинских экспертов,
травматологов.
В книге 59 рис., 13 табл., библиография 230 названий.
52200—364
039(01)—79
224-79. 4126000000
© Издательство «Медицина». Москва. 1979
ВВЕДЕНИЕ
За последние годы отмечается интенсивное
развитие исследований по различным проблемам био-
механики— новой науки, возникшей на стыке биологии,
механики, физиологии, математики и ряда медицинских
наук. Результаты этих исследований находят все более
широкое применение в медицинской практике и в раз-
работке различных устройств по предупреждению от-
дельных видов травмы.
Прошедшая в Риге в октябре 1975 г. I Всесоюзная
конференция по инженерной и медицинской биомехани-
ке, организованная отделением механики и процессов
управления Академии наук СССР, Академией наук и
Министерством здравоохранения Латвийской ССР, име-
ла целью улучшить координацию и эффективность этих
исследований. В решении конференции была подчерк-
нута необходимость уделять большее внимание вопросам
медицинской биомеханики и особенно биомеханики по-
вреждений.
Коллектив кафедры судебной медицины I ММИ име-
ни И. М. Сеченова занимается вопросами биомеханики
черепно-мозговой травмы, повреждений позвоночника и
грудной клетки более 10 лет. В этой работе принимают
участие научные сотрудники кафедр теоретической ме-
ханики и сопротивления материалов Московского инс-
титута электроники, автоматики и телемеханики, Мос-
ковского института стали и сплавов, кафедры сварки
Московского высшего технического училища имени
Н. Э. Баумана и др.
По данной тематике закончены и апробированы две
докторские диссертации, защищены 6 кандидатских дис-
сертаций, подготовлены рекомендации по ГОСТ для за-
щитных касок, заканчивается работа для выработки
рекомендаций по ГОСТ для предохранительных поясов
монтажников. Кроме того, по этой тематике нами ор-
ганизованы и проведены три всесоюзные научные кон-
ференции, по материалам первой из них в 1972 г. издан
3
сборник трудов, а также опубликовано большое число
статей в журналах.
В процессе проведения экспериментальных исследо-
ваний широко используется метод определения усилий
и ударных импульсов с помощью тензометрических
устройств типа мессдоз, защищенный авторским свиде-
тельством в 1973 г. Полученные данные позволили ус-
тановить определенные закономерности между величина-
ми действующих сил и характером возникающих
повреждений, которые находятся в зависимости не толь-
ко от параметров удара, но и его локализации и инди-
видуальных особенностей организма. Эта дает возмож-
ность использовать полученные результаты в практике
судебно-медицинской экспертизы для установления ве-
личины действующих сил, орудия и механизмы травмы
по характеру имеющихся повреждений.
Определение механизма и происхождения обнару-
женных повреждений особенно трудно в случаях нане-
сения травмы различными тупыми предметами либо при
ударе о них. вследствие падения. Оценка клинических
и экспертных наблюдений разными авторами по этому
вопросу нередко противоречива, чему способствует раз-
нообразная клиническая и судебно-медицинская казу-
истика. Отсюда сопоставление морфологии эксперимен-
тальных повреждений со сходными повреждениями,
встречающимися в повседневной судебно-медицинской
практике, поможет решению ряда вопросов происхож-
дения травмы.
Следует подчеркнуть, что число работ по биомехани-
ке повреждений головы, позвоночника, грудной клетки
незначительно как в отечественной, так и в иностранной
литературе. В этих работах не нашла отражения опре-
деленная зависимость характера и особенностей повреж-
дений от физических параметров динамических и ста-
тистических нагрузок. Нельзя не согласиться с мнением
X. Roth (1956), который показывает, насколько малоизу-
ченной является биомеханика ударов, действующих на
организм человека. «Соответствующие исследования,—
пишет автор,— обогатили бы наши познания относитель-
но связи между основными физическими элементами
удара (сила, масса, скорость, ускорение и время) и их
действием на организм. Такие исследования поставили
бы на научную основу разработку профилактических
мер и защитных приспособлений».
4
Ввиду отсутствия единой методики экспериментов и,
следовательно, критериев их оценки в настоящее время
не представляется возможным сопоставить крайне про-
тиворечивые данные отечественных и зарубежных авто-
ров по биомеханике черепно-мозговой травмы, повреж-
дений позвоночника и грудной клетки. Кроме того,
подавляющее большинство исследователей изучали дей-
ствие ударной силы на неподвижную голову, фиксиро-
ванный череп или отдельные кости черепа, на изолиро-
ванные позвонки, позвоночник, костный остов грудной
клетки без учета анатомо-физиологических соотношений
и их влияния на характер и особенности травмы. Вместе
с тем клиническая и судебно-медицинская практика
показывает, что повреждения головы, позвоночника и гру-
ди чаще возникают при ударе движущегося тела о не-
подвижную преграду (транспортные травмы, падения
с высоты, в том числе падения на плоскости, поврежде-
ния при нырянии, другие спортивные травмы и т. д.).
В отечественной и зарубежной литературе до настоящего
времени не опубликовано данных об исследованиях, в
которых методика получения экспериментальных по-
вреждений головы, позвоночника и грудной клетки при-
ближалась бы к реальным условиям происхождения
определенных травм.
Методические приемы, разработанные на кафедре
судебной медицины I ММИ имени И. М. Сеченова, по-
зволяют получать повреждения головы, позвоночника и
грудной клетки движущегося тела в зависимости от
скорости соударения, силы удара, работы удара, возни-
кающих перегрузок и характера соударяемой поверх-
ности. Эти приемы обеспечивают получение эксперимен-
тальных повреждений движущегося тела при ударе, а
также позволяют определить скорость и время соударе-
ния и другие физические параметры.
Работы выполнены с применением оригинальных ме-
тодик на специальных стендах, обеспечивающих строго
дозированные нагрузки на различные области челове-
ческого тела и тем самым позволяющих воспроизводить
определенные модели повреждений, которые встречают-
ся в практике, а также выявить упругие и прочностные
свойства тканей человека. Особую ценность настоящие
работы представляют в связи с тем, что подавляю-
щее «их большинство выполнено на биоманекенах
(трупах).
5
Проводимое до сих пор экспериментальное изучение
повреждений на изолированных костях является лишь
ориентировочным из-за невозможности проведения чет-
ких анатомо-физиологических параллелей. Эксперимен-
тальное моделирование указанных повреждений на био-
манекенах открывает широкие пути к всестороннему
изучению травм как в клинико-анатомическом, так и
судебно-медицинском аспектах.
Решениями Всемирной организации здравоохране-
ния (ВОЗ) предусмотрено проведение комплексных ис-
следований сопротивляемости человеческого тела к раз-
личным механическим нагрузкам с созданием опреде-
ленных моделей на трупах людей и экспериментальных
животных (L. G. Norman, 1962). Эти исследования име-
ют важное практическое значение, так как позволяют
установить механизм травмы и характер физических
параметров удара в случаях аналогичных повреждений,
встречающихся в судебно-медицинской практике. Они
могут быть использованы и для решения ряда вопросов
в клиническом аспекте, в частности, для топической
диагностики закрытых травм черепа, грудной клетки и
позвоночника, что поможет избежать врачебно-диагно-
стических ошибок в их распознавании.
Результаты указанных работ позволяют установить
пределы прочности костей головы, позвоночника и груд-
ной клетки к определенным статическим и динами-
ческим нагрузкам, что представляет значительный ин-
терес для новой науки — биосопромата, изучающей
запас прочности органов и тканей человека к различным
механическим воздействиям (А. С. Обысов, 1971). По-
лученные данные дают возможность в определенной
степени предусмотреть интенсивность повреждений,
которые могут возникать при конкретном механизме
травмы и тем самым способствовать разработке более
рациональных средств предупреждения травмы (при-
вязные ремни, каски, шлемы, прокладки и т. д.). Сле-
довательно, биомеханика травмы головы, грудной клет-
ки и позвоночника имеет большое значение не только
для судебной медицины, но и для ряда других медицин-
ских и технических наук.
Участие в проводимых работах специалистов точных
наук — математиков и инженеров — позволило не толь-
ко рассчитать физические характеристики эксперимен-
тальных нагрузок, но и предварительно с помощью ма-
6
тематических вычислении теоретически определить их
величину.
Кроме чисто прикладных задач, в процессе наших
исследований удалось получить ряд фактов, имеющих
большое теоретическое значение. Так, нашими исследо-
ваниями установлен новый механизм закрытой черепно-
мозговой травмы. Наши экспериментальные данные по-
казывают, что основным фактором в механизме череп-
но-мозговой травмы является деформация костей
черепа, что получило подтверждение и в процессе матема-
тического моделирования. Эти данные позволили суще-
ственно поколебать теорию кавитации (A. J. Gross,
1958), которая сейчас является доминирующей в объ-
яснении механизма черепно-мозговой травмы. Резуль-
таты наших исследований по механизму закрытой че-
репно-мозговой травмы подтверждаются повседневной
клинической и секционной практикой.
К настоящему времени нами накоплен значительный
опыт по применению данных биомеханики травмы в
повседневной судебно-медицинской практике. В послед-
ней главе монографии приведено несколько сложных
случаев экспертизы, в которых результаты наших ис-
следований получили практическую апробацию и под-
тверждение в процессе следствия и суда.
Данная монография является первой по вопросам
биомеханики черепно-мозговой травмы, повреждений
позвоночника и грудной клетки. Автор с благодарностью
примет все замечания, предложения и советы, направ-
ленные на дальнейшую разработку этой сложной и
важной проблемы.
Глава I
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
О МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
НА ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА,
МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТА
При любой механической травме повреждение
либо наносится движущимся предметом человеку, на-
ходящемуся в покое или при относительно небольшом
движении, либо движущееся тело человека ударяется
о неподвижный предмет, например при падении. Сле-
довательно, в любом случае травматизма проявляется
действие какой-то силы, связанной с движением по-
вреждающего предмета или движением тела человека.
В физике взаимосвязь силы и движения в простей-
шем виде сформулирована в трех законах движения
Ньютона:
1. Всякое тело находится в состоянии покоя или
равномерного прямолинейного движения, пока какие-
нибудь силы не выведут его из этого состояния.
2. Действующая сила сообщает телу ускорение, ко-
торое прямо пропорционально силе и обратно пропорци-
онально массе тела. Отсюда
F=ma, (1.1)
где F — сила; m — масса тела; а — ускорение.
3. Если тело действует с некоторой силой на другое
тело, то последнее действует с такой же, но противопо-
ложно направленной силой на первое тело.
Отсюда действующая сила характеризуется не толь-
ко своей величиной, но и направлением. Следовательно,
сила является величиной векторной, что учитывается
при сложении нескольких действующих сил и установ-
лении их суммарной силы, называемой равнодейству-
8
ющей. Если к телу приложены одновременно две рав-
ные по величине, но противоположные по направлению
силы, действующие по одной линии, их равнодейству-
ющая будет равна нулю и тело будет находиться в по-
кое. В случаях действия на тело двух равных парал-
лельных, но противоположно направленных сил может
произойти вращение этого тела, и такие силы называют
парой сил. Силы измеряются в килограмм-силах по
системе МКГСС или в ньютонах по системе СИ.
Если точка приложения силы перемещается, то про-
изводится работа, которая равна произведению силы
на расстояние. Работа измеряется в килограммсила-
метрах или в джоулях по системе СИ. Мощность — это
работа, совершаемая в единицу времени, она измеряет-
ся в килограммометрах в секунду, лошадиных силах и
ваттах по системе СИ.
Согласно закону сохранения энергии, произведенная
работа равна затраченной энергии. Энергией называет-
ся степень способности производить работу. Так, груз
поднятый над землей, обладает потенциальной энерги-
ей, поскольку при падении на землю он может совер-
шить работу. Потенциальная энергия этого груза может
быть рассчитана по формуле:
Ep=mgh, (1.2)
где m — масса поднятого тела; g—сила свободного
падения; h — высота подъема.
Движущееся тело обладает кинетической энергией,
которую можно рассчитать по формуле:
где ш — масса тела; V — скорость движения.
Обширность и характер повреждения зависят не
только от величины и направления действующей силы,
но и механических свойств повреждаемого тела. К ним
относятся прочность, жесткость, упругость, устойчи-
вость и др. Эти свойства изучает наука о сопротивле-
нии материалов, на основе которой конструируются де-
тали машин, возводятся здания, строятся мосты и т. д.
Перечисленные свойства биологических тканей дают
возможность оценить сопротивляемость отдельных орга-
нов и систем животного и человека к различным меха-
ническим воздействиям,
9
Прочностью тела называется способность его сопро-
тивляться разрушению под действием приложенных к те-
лу внешних сил (нагрузок). В науке о сопротивлении ма-
териалов под телом понимается физический объект, пост-
роенный из одного материала. В зависимости от условий
и методов исследования телом может быть целый объ-
ект, например, череп, отдельная его часть (определен-
ная кость черепа) или образец (фрагмент этой кости).
Все материалы живой и неживой природы под дей-
ствием внешней силы изменяют либо свою форму, либо
свои размеры или одновременно и форму и размеры.
Эти изменения называются деформацией. В зависимос-
ти от способа приложения нагрузки и вида деформа-
ций, которые испытывает тело, различают прочность на
сжатие, на растяжение, на изгиб и т. д. (Н. М. Беляев,
1962). Прочность измеряется наименьшей силой, вызы-
вающей разрушение образца испытуемого материала,
деленной на площадь его начального поперечного сече-
ния. Эту площадь, перпендикулярную направлению сил,
определяют в том месте, где произошло разрушение.
С деформацией связаны не только прочность мате-
риала, но и другие механические свойства: его жест-
кость, упругость и пластичность.
В медицинской литературе понятия жесткости и
упругости нередко отождествляются, хотя эти понятия
определяют различные свойства материала. Например:
резина легко поддается деформации и так же легко при-
нимает свою первоначальную форму, являясь нежест-
ким, упругим материалом. Напротив, стекло обладает
значительной сопротивляемостью к деформации, а если
последняя произошла, то оно разрушается, являясь
примером жесткого, неупругого материала. С другой
стороны, жесткость и упругость материала могут зави-
сеть и от условий, в которых он находится. Например,
при низких температурах резина становится жесткой, а
стекло при высоких температурах теряет свою жест-
кость. Следовательно, жесткость — это способность ма-
териала сопротивляться деформации при действии
внешней силы. Упругость — способность тела принимать
после снятия нагрузки первоначальную форму или
размеры. Пластичность — способность тела давать ос-
таточные деформации. Остаточными деформациями
называются такие изменения формы или размеров, ко-
торые сохраняются и после снятия нагрузки,
10
Механические свойства, в том числе прочность И
жесткость конструкции, зависят и от способов приложе-
ния внешней нагрузки, которые могут быть сосредоточен-
ными и распределенными. В природе обычно не суще-
ствует сосредоточенной нагрузки, а все усилия, прилага-
емые к телам, распределены на какой-то площади. В свя-
зи с большими сложностями расчетов распределенных
нагрузок в науке о сопротивлении материалов принято
распределенные нагрузки заменять равнодействующими
силами, что значительно упрощает расчеты.
Как сосредоточенные, так и распределенные нагруз-
ки по способам их причинения могут быть статичес-
кими и динамическими. Статическими называются
нагрузки, изменяющие свою величину или место при-
ложения с очень небольшой скоростью, в связи с чем
возникающими при этом ускорениями можно пренеб-
речь. Напротив, динамические нагрузки происходят с
большой скоростью. В первую очередь к ним относится
удар.
Если внешняя сила прикладывается вдоль продоль-
ной оси тела, то развивается деформация растяжения
или сжатия. При растяжении увеличивается длина и
уменьшается поперечное сечение, при сжатии, наоборот,
увеличиваются поперечные размеры и уменьшается
длина, что приводит к линейной деформации тела. При
этом силу, приходящуюся на единицу площади попереч-
ного сечения тела, называют напряжением.
Между линейной деформацией и нормальными на-
пряжениями существует зависимость, которая выража-
ется законом Гука, по которому относительные линей-
ные деформации прямо пропорциональны нормальным
напряжениям:
8=^- (1.4)
где 8 — относительная линейная деформация, определя-
емая как отношение абсолютного удлинения образца к
его первоначальной длине, а — нормальное напряжение;
Е — модуль продольной упругости ('модуль упругости
первого рода, модуль Юнга).
Модуль Юнга характеризует жесткость материала
и является отношением напряжения к относительному
Удлинению (В. А. Латишенко, 1968).
11
Если материал Подвергается не растяжению, а сжа-
тию вдоль одной оси, то напряжение и относительное
удлинение становятся отрицательными, хотя их отно-
шение по-прежнему будет выражаться модулем Юнга.
Между относительной продольной (е) и относительной
поперечной (е') деформациями существует зависимость,
которая выражается формулой
e'=fxe (1.5)
где ц — коэффициент поперечной деформации (коэф-
фициент Пуассона). Последний характеризует способ-
ность материала к поперечным деформациям. При
расчетах по этой формуле удлинение образца считает-
ся положительным, а укорочение — отрицательным.
Коэффициент поперечной деформации для всех матери-
алов колеблется от 0 до 0,5 (П. А. Степин, 1968).
Прямо пропорциональная зависимость между нор-
мальным напряжением и относительной линейной дефор-
мацией может нарушаться, если в объекте исследования
развивается концентрация напряжений. Концентрацию
напряжений создают отверстия и изменения толщины,
а также незначительные нарушения целости объекта
(трещины, незначительные дефекты и т. д.). Так, не-
большое поперечное отверстие в хрупком стержне
уменьшает его прочность на разрыв в 3 раза, а ударная
прочность, которая пропорциональна квадрату прочнос-
ти на разрыв, уменьшается при этом в 9 раз (Р. Алек-
сандер, 1970). Напротив, наличие амортизирующей про-
кладки уменьшает разрушающее действие напряжения.
Свидетельством этому могут служить повседневные
примеры из практики. Если стакан или другой стек-
лянный предмет падает на ковер, он нередко остается
цел за счет того, что часть его кинетической энергии
расходуется на деформацию ковра. Этот же стакан,
упавший с одинаковой высоты на кафельный пол, обыч-
но разбивается, поскольку кинетическая энергия, раз-
виваемая при падении, будет достаточна для его раз-
рушения.
При увеличении нагрузки до какой-то определенной
величины, особенно при наличии концентрации растя-
гивающих напряжений, происходит разрушение образца.
То наибольшее условное напряжение, которое может вы-
12
держать материал, называется пределом прочности.
Предел прочности вычисляется по формуле:
Р
0 = -у-а (1.6)
где ст — предел прочности (кгс/см2); Р —-нагрузка, при
которой произошло разрушение образца (кгс); F —
площадь поперечного сечения (см2).
На ударную прочность материала оказывает влияние
не только величина ударного напряжения, но и скорость
деформации. Так, при медленном изменении формы
вязкоупругие материалы могут выдержать большую де-
формацию, для их разрушения потребуется больше
энергии, чем при резком ударе.
Практическое определение предела прочности мате-
риала как отношения нагрузки к площади сечения его
образца позволяет стандартизировать значения проч-
ности отдельных материалов вне зависимости от формы
и размеров испытуемых объектов. Для исследования
механических свойств материалов и установления пре-
делов их прочности образцы этих материалов подвер-
гаются испытаниям. Испытания проводятся при различ-
ных видах нагрузок и деформаций на специальных ис-
пытательных машинах. При этом испытуемый образец
фиксируется в зажимах машины так, чтобы исключить
его проскальзывание или отлом концов в местах зажи-
ма. Затем образец подвергается дозированной нагрузке.
В процессе испытания с помощью специальных устройств
синхронно записывают диаграмму зависимости меж-
ду приложенной силой и удлинением или укороче-
нием образца. Поскольку диаграмма растяжения зави-
сит не только от свойств материала, но и от величины
и формы образцов, последние при испытании материа-
лов на прочность по форме и размерам стандартизи-
руются. На основе испытания стандартных образцов
строят диаграммы растяжения, называемые также диа-
граммами условных напряжений, в которых по оси ор-
динат откладываются величины нормального напряже-
ния в поперечном сечении (6), а на оси абсцисс — отно-
сительное удлинение образца ^-(Н. М. Беляев, 1965).
Уточнение степени деформации проводится путем на-
клеивания на поверхность образца в двух взаимно
перпендикулярных направлениях проволочных тензодат-
13
чиков, соединенных по мостовой схеме. Регистрация
деформаций с тензодатчиков через усилитель произво-
дится на осциллографе.
Использование этих методов позволяет на одном
образце определять предел прочности, модуль продоль-
ной упругости, коэффициент поперечной деформации и
ряд других показателей, характеризующих механичес-
кие свойства материала.
Свойства материалов в значительной степени зави-
сят и от конкретных условий, при которых эти свойства
испытываются. Поэтому испытания проводят в стан-
дартных условиях: при постоянной температуре, влаж-
ности, при этом форма и размеры образцов должны
быть стандартными и т. д. В нашей стране применяют-
ся цилиндрические и прямоугольные образцы. Диаметр
цилиндрических образцов 10 мм, сторона прямоуголь-
ных 10 мм, причем длина рабочей части образца должна
относиться к диаметру или к ширине как 10:1 или 5:1
(Н. М. Беляев, 1962). Рабочая часть образца должна
плавно переходить в более широкий участок, который
предназначен для фиксации образца в зажимах испы-
тательной машины. Подобная стандартизация условий
испытания позволяет сравнивать полученные результаты
для различных образцов.
На механические свойства образцов материалов
оказывает значительное влияние и скорость деформиро-
вания. Например, при ударном растяжении предел
прочности повышается на 10—30% по сравнению со
статическим, а пластичность при увеличении скорости
деформирования уменьшается (П. А. Степин, 1968).
Даже сравнительно небольшие скорости деформирова-
ния повышают степень хрупкого разрушения материа-
ла. Поэтому для изучения ударного растяжения и по-
строения его диаграмм невозможно использование
испытательных машин, предназначенных для исследо-
вания свойств материалов при статических нагрузках.
Прочностные свойства образцов на ударное воздейст-
вие изучают обычно на специальных копрах маятникового
типа. Боек маятника копра поднимается на определен-
ную высоту, при свободном падении он ломает образец
и за счет оставшейся энергии поднимается на какую-то
меньшую, чем первоначальная, высоту. По разности вы-
сот подъема маятника до и после удара вычисляют
работу, затраченную на излом образца. Приведенный
14
метод оценки свойств материалов к ударным нагрузкам
или так называемую ударную пробу проводят на об-
разцах прямоугольной формы с соотношением сторон
5:1. В средней части такого образца делается попереч-
ная канавка глубиной 2 мм, что создает концентрацию на-
пряжений в этой области.
Характеристикой механических свойств материала
при ударной нагрузке является удельная ударная вяз-
кость, которая определяется по формуле:
л
а=у-9 (1.7)
где а—удельная ударная вязкость (кгс-'м/см2, А —
абсолютная работа разрушения (кгс-м), F — площадь
поперечного сечения в месте излома (см2). Отсюда чем
больше удельная ударная вязкость, тем лучше материал
сопротивляется удару, а следовательно, тем более он
вязок. Конечно, получение в процессе исследования на
ударную нагрузку только одного свойства материала
не дает полного представления о других его свойствах,
и поэтому ударная проба менее информативна, чем ста-
тическое испытание на сжатие и растяжение.
Испытание образцов отдельных материалов к стати-
ческим и динамическим нагрузкам позволяет в технике
рассчитать механические свойства элементов отдельных
конструкций и сооружения в целом. В связи со сложно-
стью подобных расчетов в науке о сопротивлении мате-
риалов принимается ряд общепринятых допущений
относительно свойств материалов, нагрузок и характера
взаимодействия тела и нагрузки. Эти допущения пол-
ностью распространяются и на биологические ткани, в
частности кости. Погрешности, вносимые этими допу-
щениями, весьма незначительны и в практическом от-
ношении ими можно пренебречь (П. А. Степин, 1968).
К их числу относится следующее:
1. Кость имеет сплошное (непрерывное) строение.
Это не противоречит дискретной, атомистической струк-
туре вещества. С практической точки зрения такую
концепцию можно объяснить тем, что межатомные рас-
стояния или расстояния между кристаллами твердых
тел значительно меньше, чем размеры реальных объ-
ектов. Например, костная ткань состоит их трех компо-
нентов: органические вещества, вода и минеральные
соли. Минеральный компонент кости представлен гид-
15
роксиапатитом, в состав которого входят кальций, фос-
фор, магний, натрий и некоторые другие элементы.
Гидроксиапатит в костной ткани находится в виде
кристаллов размерами 36X5,5 нм, которые расположены
между фибриллами коллагенового вещества и, по мне-
нию большинства исследователей, прочно прикреплены
к ним. При этом длинные оси кристаллов параллельны
осям фибрилл (И. А. Куз-нецова, 1960; А. Н. Поляков,
1968; Б. С. Кассавина, В. П. Торбенко, 1972; У. Ф. Нью-
мен, М. Ньюмен, 1961; R. J. Minns et al., 1973, и др.).
Несмотря на выраженную дискретность строения, в
биомеханическом отношении костную ткань можно рас-
сматривать как среду, имеющую сплошное (непрерыв-
ное) строение, поскольку размеры структурных элемен-
тов кости (кристаллы и фибриллы) несоизмеримо мень-
ше, чем целая кость или выпиленные из нее образцы.
2. Кость однородна, обладая во всех точках одина-
ковыми свойствами. Отсюда и свойства образцов кости
будут одинаковыми независимо от области кости, из
которой взят образец.
3. Кость изотропна, т. е. обладает одинаковыми
свойствами во всех направлениях. Материалы, свойства
которых в разных направлениях различны, называются
анизотропными. Анизотропия даже однородных матери-
алов связана с тем, что кристаллы, из которых они со-
стоят, обладают в различных направлениях неодинако-
выми свойствами. Например, для меди прочность крис-
таллов в разных направлениях различается более чем
в 3 раза.
Особое морфологическое строение костей возникло
в процессе фило- и онтогенеза. При этом группы кол-
лагеновых фибрилл с кристаллами гидроксиапатита
складывались в волокна, которые могут располагаться
либо беспорядочно, либо ориентированно, образуя пра-
вильные слои. Таким образом формируются костные
пластины, в зависимости от расположения которых
различают два вида костной ткани. Поверхностная
костная ткань построена из пластин, лежащих парал-
лельно поверхности кости. В других местах костей пла-
стины расположены концентрически вокруг централь-
ного канала, образуя остеоны. Между остеонами и на
поверхности кости располагаются вставочные костные
пластины. В процессе формирования кости остеоны
претерпевают значцтельные изменения под действием
16
различных факторов, таких, как сила тяжести и свя-
занная с ней нагрузка на опорные участки скелета, си-
ла тяги мышц, возраст и др. Отсюда остеоны в различ-
ных участках кости получают различное направление,
форму и размеры. Так, в диафизах длинных трубча-
тых костей остеоны располагаются параллельно длин-
ной оси, т. е. по направлению главных действующих
усилий. Напротив, в местах прикрепления мышц и свя-
зок остеоны ориентируются вдоль возникающих при
сокращении мышц усилий, причем в местах прикрепле-
ния длинных сухожилий мышц расположены вторичные
остеоны. В местах прикрепления коротких сухожилий
локализуются вторичные уплощенные остеоны. Сустав-
ные поверхности костей не имеют какого-либо опреде-
ленного расположения остеонов, что связано с распро-
странением нагрузки по всей поверхности сустава
(Б. С. Свадковский, 1961; Ю. М. Гладышев, 1965;
G. Dominok, 1975, и др.). Принимая во внимание такое
остеонное строение костной ткани, многие исследователи
рассматривают кость как неоднородный, анизотропный
материал, что получило подтверждение в эксперимента-
льных исследованиях G. Hirsch, О. da Silva (1967),
A. Arcensi и соавт. (1973), S. Subrata (1973) и др. Одна-
ко вопрос об однородности и изотропности костной тка-
ни не может рассматриваться безотносительно к виду
кости (трубчатая или плоская) и нуждается в деталь-
ном изучении с применением методов биомеханики.
Одним из методов выявления локализации и ориен-
тации костных пластин в покровной костной ткани яв-
ляется нанесение уколов иглой, смоченной тушью. Обра-
зующийся при этом рисунок получил название «линий
расщепления» (Т. И. Белова, Е. Н. Хрисанфова, 1961
В. В. Бунак, 1964; А. И. Зайченко, 1967, и др.). При
этом на внутренней поверхности костей свода черепа
каких-либо закономерностей в расположении линий
расщепления не установлено, за исключением естест-
венных отверстий, где линии расщепления ориентирова-
ны концентрически. На наружной поверхности свода
черепа обнаружены две системы линий. Первая распо-
лагается на лобной кости и образует фигуру в виде
буквы «х». На теменных костях линия расщепления
проходит вдоль височных мышц. Такая ориентация
костных пластин больше свидетельствует об анизотро-
пии костей свода черепа.
2 А. П. Громов
J7
Следовательно, костную ткань, в том числе и свода
черепа, относить к однородным и изотропным материа-
лам нет оснований. Однако степень неоднородности и
анизотропии отдельных костей можно установить лишь
экспериментальным путем. Степень анизотропии можно
изучать методами, применяемыми в биомеханике.
4. При изучении механических свойств материалов
обычно исходят из предпосылки, что в теле до приложения
нагрузки нет внутренних (начальных) напряжений. Это
принятое в науке о сопротивлении материалов положе-
ние практически не распространяется ни на один из био-
логических материалов. Величина этих напряжений, как
правило, неизвестна, однако ее можно определить экс-
периментальным путем. Подобные внутренние собствен-
ные напряжения выявлены в трубчатых и плоских кос-
тях (В. И. Лощилов, 1971; Г. А. Николаев и др., 1975).
5. В науке о сопротивлении материалов применяется
так называемый принцип независимости действия сил.
Сущность его заключается в том, что результат воздей-
ствия на тело системы сил равен сумме результатов
воздействия тех же сил, прилагаемых к телу последова-
тельно и в любом порядке. При этом под термином
«результат воздействия» понимается деформация, внут-
ренние силы, перемещение отдельных точек в зависимо-
сти от конкретных условий.
6. При изучении механических свойств материалов
применяется также принцип Сен-Венана. Он сводится
к тому, что в точках тела, достаточно удаленных от ме-
ста приложения нагрузок, величина внутренних сил не-
значительно зависит от конкретного способа осуществ-
ления этих нагрузок. Такой подход во многих случаях
позволяет производить замену одной системы сил дру-
гой, эквивалентной системой и тем самым значительно
упростить расчеты. Математические расчеты и экспе-
риментальные исследования показывают, что для вы-
явления внутренних сил в точках, расположенных на
расстоянии, большем чем Р/2—2 наибольших размера
контактной площадки, одну нагрузку действительно
можно заменить другой, статически эквивалентной.
Последние два положения науки о сопротивлении
материалов относятся не к свойствам материалов, а к
характеру механического воздействия, которое в про-
цессе испытания может прилагаться как на неживой,
так и живой объект,
18
Краткий обзор физико-математических данных о
механических воздействиях на тело человека, способах
их измерения и расчета показывает, что основные по-
нятия и методы науки о сопротивлении материалов в
значительной степени применимы и для изучения меха-
нических свойств биологических тканей. Конечно, ин-
дивидуальные и возрастные особенности организма че-
ловека, несомненно, оказывают определенное влияние
на механические свойства его тканей, однако основные
закономерности, определяющие механические свойства
биологических тканей у различных субъектов, будут для
всех биологических тканей. Поэтому при изучении ме-
ханических свойств биологических тканей правомерно
использование методов, применяемых для изучения не-
биологических материалов.
Учитывая это обстоятельство, мы изучали прочность
и жесткость костей свода черепа методами исследования
сопротивления материалов, а биомеханические свойства
головы, позвоночника, грудной клетки методами биоло-
гического и математического моделирования.
2*
Глава Н
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ
Изучение механических свойств костей и мяг-
ких тканей человека было вызвано потребностями кли-
нической медицины и экспертной практики, которые
нуждались в выявлении закономерностей между ме-
ханизмом травмы, величиной силового воздействия и
характером возникающих повреждений. Это касалось
в первую очередь черепно-мозговой травмы, механизм
которой недостаточно изучен и до настоящего времени.
При изучении механизма черепно-мозговой травмы
исследователи сталкивались с рядом вопросов, разре-
шение которых зависело от методики исследования и от
уровня развития медицины и других естественных наук.
На заре развития медицины Гиппократ различал 6
видов повреждений черепа: простой перелом или сво-
бодная трещина; ушиб без перелома и вдавления;
вдавление с переломом; след или отпечаток ранящего
орудия — простой и осложненный трещиной; переломы
на отдаленном от насилия месте; простая потеря веще-
ства черепной крыши.
Ученые эпохи Возрождения выделяли два основных
механизма переломов: переломы на месте приложения
силы и переломы вдали от места приложения силы, так
называемые переломы по противоудару (С. Ковнер,
1888).
В 1818 г. была предложена вибрационная теория пе-
реломов костей черепа. Согласно этой теории, кости
черепа при механическом воздействии претерпевают
сильную вибрацию и толчки. Возникающие при этом на
месте удара вибрационные волны распространяются по
20
костям черепа и собираются па Противоположной сто-
роне. При наличии достаточной величины травмирую-
щей силы, вибрационные волны суммируются и разви-
вают новые силы, которые ведут к образованию пере-
лома 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. Игнатовский (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 отмечает, что При Мейеё 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.
Автором первых работ, подтверждающих влияние
эластических свойств черепа при травмах, является
G. Felizet (1873). Бросая окрашенный свод черепа на
твердую ровную поверхность, покрытую бумагой, он
получал при малой высоте падения круглый отпечаток,
а при большой высоте удлиненный и овальный. Это
свидетельствовало о том, что свод черепа при падении
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.
Р. 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.
Р. 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. Baum (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-
няется от 0,1 до 1,06 мм, в вертикальном от 0,12 до
1,3 мм. Сжимая череп в сагиттальном направлении,
О. 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 и от
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-
23
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. Игнатовс-
кий 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 27г—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
помощью аппарата Мартенса О 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 (элипсоид-
ная, 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 Шарли, предназначенного для ударного испыта-
ния материалов. Исследованию подвергались костные
пластинки шириной 5 см. Результаты опытов показали,
что для разрушения пластинки из лобной кости необ-
ходима работа в 0,726 кгм, для затылочной — 0,846—
2,236 кгм. Различие в величине затраченной энергии,
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 маят-
никообразном копре марки МК-1. Для вычисления аб-
солютной работы, необходимой для разрушения иссле-
дуемого образца, использовалась формула:
A =PLq (cos cq—cos а2), (2.1)
где Р — масса маятника (в кг); Lo — длина металли-
ческого маятника от оси подвеса до центра удара (в м);
си—угол подъема маятника; <х2 — угол выхода маят-
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
копре 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
и твердой мозговой оболочкой увеличивается в 1,3 ра-
за, а при наличии в образцах еще и мягких тканей в
1,8 раза по сравнению с образцами 1-й серии.
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. И. Зе-
больд, 1943; К. И. Татиев, Д. М. Кобызев, 1949; Н. А. Ве-
рем’кович, 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. Па-
укин и Д. Н. Матвеев (1935), определяя прочностные свой-
ства свода черепа, установили, что он разрушается уже
при'нагрузке 160кг. 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-
кающихся на теле основной и затылочной костей.
В. Ы. Крюков считает, что такой каркас утолщений
обеспечивает своду и основанию черепа повышенную
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. Н. Крюкова представляют известный ин-
терес. Однако нельзя объяснить прочностные свойства
28
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
29
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-
казывает, что травмы головы, позвоночника, груди и
т. д. чаще возникают при ударе движущегося тела
о неподвижную преграду (транспортные травмы, па-
дения с высоты и на плоскости, спортивные травмы
и т. д.).
В отечественной 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
ряд моделей повреждений головы, грудной клетки й
позвоночника движущегося тела, имитирующих некото-
рые виды травм, которые встречаются на практике
(повреждения головы и грудной клетки при ударах о
лобовое стекло и другие части кабины автомобиля, по-
вреждения при «хлыстовых» движениях позвоночника,
травмы при ударах головой, грудью в момент само-
произвольного падения человека на плоскости или при
падении с наличием предшествующего ускорения за
счет толчка, удара и т. д.). Эксперименты проводятся
на биоманекенах (трупах) с помощью специальных ус-
тройств — стендов, сконструированных участниками
работы. На этих стендах можно наносить дозированные
повреждения различных областей головы и грудной
клетки движущегося вперед, назад, в сторону или па-
дающего тела. Кроме того, на них можно получать
дозированные динамические и статические нагрузки
позвоночника.
Биомеханические исследования повреждений головы,
позвоночника, грудной клетки с использованием био-
манекенов дают возможность получить эксперименталь-
ные данные с наибольшим приближением их к реаль-
ным условиям травмы.
Наряду с морфологическими методами исследования
в экспериментах используются антропометрические и
рентгенологические методы, скоростная киносъемка и
тензометрия.
Участие в наших работах специалистов точных на-
ук— математиков и инженеров позволило не только
рассчитывать физические характеристики эксперимен-
тальных ударных нагрузок, но и предварительно с
помощью математических вычислений теоретически оп-
ределить их величину.
Учитывая большое разнообразие цифровых показа-
телей у отдельных исследователей, а также трудности
по разработке достоверных методик, вычислению пара-
метров действующих сил в зависимости от массы тела,
роста, скорости движения, ускорения, времени удара,
характера поверхности соударения и т. д., наши иссле-
дования проводятся с применением трех методов моде-
лирования: математического моделирования, экспери-
ментального моделирования с использованием скорост-
ной киносъемки и экспериментального моделирования с
применением особых устройств типа мессдоз.
31
Математическое моделирование осИоваио на мето-
дах классической механики, позволяющих теоретически
вычислять величину физических параметров ударных
нагрузок путем расчета ударного импульса, выражаю-
щего силовое взаимодействие двух соударяющихся тел.
Сопоставление величины ударного импульса с обшир-
ностью повреждений головы показывает, что между ни-
ми имеется прямая зависимость, т. е. чем больше удар-
ный импульс, тем больше повреждаются мягкие ткани
головы, кости черепа и вещество головного мозга. Ве-
личина же ударного импульса находится в пропорцио-
нальной зависимости от таких величин, как длина и вес
тела, расстояние от оси вращения до центра тяжести,
а также от момента инерции тела человека.
Из названных величин в специальном определении
нуждаются центр тяжести и момент инерции тела. Мо-
ментом инерции тела называется величина, характери-
зующая то сопротивление, которое оказывает тело силе,
стремящейся вращать его вокруг какой-либо оси. На-
пример, при падении человека навзничь эта ось прохо-
дит в области пяток. Момент инерции, как и центр тя-
жести тела человека, зависит не только от его роста и
массы тела, но и от позы, в которой он находится.
В этой связи были разработаны методики определения
центра тяжести и момента инерции тела в зависимости
от роста, массы тела и позы человека с помощью скон-
струированных участниками работ стендов. При сопо-
ставлении момента инерции с массой и длиной тела че-
ловека было установлено, что оба этих показателя в
одинаковой степени оказывают влияние на величину
момента инерции. Так, в наблюдениях, где постоянной
была масса тела, момент инерции увеличивался по
мере повышения длины тела, а в случаях, где постоян-
ной была длина тела, момент инерции увеличивался
по мере повышения его массы (Г. С. Болонкин, 1971;
О. А. Ромодановский и др., 1972).
Характер и обширность повреждений головы зави-
сят также от скорости, угла соударения и степени жест-
кости поверхности соударения. Эта зависимость изуча-
ется нами методами экспериментального моделирова-
ния на биоманекенах. При этом скорость подхода
головы к соударяемой поверхности (задавалась в пре-
делах 0,5—9,5 м/с), траектория движения головы до и
после удара, угол соударения и другие особенности по-
32
Ложенйя головы в момент удара определяются с по-
мощью скоростной киносъемки (О. Ф. Салтыкова и
др., 1972).
Упругие свойства головы и степень жесткости по-
верхности соударения (коэффициент восстановления)
вначале определяли с помощью скоростной киносъемки
по соотношению скоростей движения головы после удара
(«отскок») и до удара. Затем упругие свойства головы
и различных поверхностей соударения стали изучаться
с по'мощью сконструированного авторами специального
маятника со съемным битком, ударяющая поверхность
которого может заменяться и быть из различных мате-
риалов (металл, кафель, кирпич, дерево, линолеум и
др.). По данной методике величину коэффициента вос-
становления костей черепа можно определять по извле-
ченному участку кости с использованием различных
поверхностей.
Величина коэффициента восстановления находится
в определенной зависимости от степени жесткости
поверхности соударения. Например, для линолеума
она составляет 70%, для кафеля 150% от величины
коэффициента восстановления по металлу.
Статистическая обработка большого числа экспери-
ментов позволила составить специальную таблицу (но-
мограмму) для определения величины коэффициента
восстановления в зависимости от соотношений угла па-
дения и отклонения маятника (Л. А. Щербин и др.,
1972).
Естественно, что применяемые нами методы мате-
матического и экспериментального моделирования,
основанные на методах классической механики, нуж-
даются в уточнениях, поскольку голова человека, так
же как и тело, не являясь однородной средой, отлича-
ются друг от друга по массе, размерам, форме и т. д.
Свойства повреждений в значительной степени зави-
сят как от условий и механизма возникновения повре-
ждений, так и от индивидуальных особенностей постра-
давшего. Отсюда приобретает большое значение экс-
периментальное моделирование с использованием но-
вейших средств для точной регистрации ударных
нагрузок в каждом конкретном случае.
В настоящее время в технике для определения вели-
чины этих нагрузок широко применяются измерительные
устройства типа мессдоз (К. Fink, Ch. Rohrbach, 1961).
3 А. П. Громов - г зз
Мессдоза (от нем. mess — мера и dose — коробка) пред-
ставляет собой полый цилиндр, изготовленный из стали
или сплавов. Высоту и диаметр цилиндра выби-
рают, исходя из конструктивных соображений, толщину
стенки рассчитывают на основе предполагаемых нагру-
зок. Перед проведением опытов каждую мессдозу та-
рируют на прессе и для нее выводят тарировочную
таблицу.
В случае моделирования травмы головы при ударе
ее о какую-то поверхность мессдозу устанавливают в
месте соприкосновения головы с данной поверхностью.
При это'м фиксируется сила удара и его время. Ско-
рость в момент соударения может быть определена с
помощью специального датчика или расчетным путем.
Описанный метод определения усилий и ударных им-
пульсов с помощью мессдоз защищен авторским сви-
детельством в 1973 г. (Б. А. Прудковский, А. П. Гро-
мов, О. А. Ромодановский и др.).
Поскольку метод определения величины ударных
нагрузок с помощью мессдоз является наиболее точным
и объективным, мы использовали его на тех же стендах,
на которых проводили эксперименты с применением
скоростной киносъемки. Сравнение результатов этих
двух методов исследования показало сходные цифры
ударных нагрузок при одинаковых условиях экспери-
ментов. Эти цифры в целом соответствуют данным тео-
ретических расчетов, полученных в процессе математи-
ческого моделирования.
Отсутствие расхождений в результатах наших иссле-
дований, основанных на трех методах моделирования,
позволяет рассматривать как возможный каждый из
названных методов. Вместе с тем наиболее простым,
точным, а следовательно, и более перспективным мето-
дом моделирования в судебной травматологии является
метод с применением мессдоз. Последние могут с ус-
пехом использоваться при моделировании повреждений,
нанесенных различными тупыми орудиями и предмета-
ми (молоток, камень, палка и т. д.). Для этой цели из-
готавливают небольшие мессдозы, которые можно мон-
тировать в указанные орудия и предметы. При нанесе-
нии удара таким устройством фиксируется величина
силы и времени удара.
В настоящее время мы проводим эксперименты с
использованием специального молотка с вмонтирован-
34
ной в него мессдозой. Съемные ударные головки молот-
ка имеют различную массу и различную поверхность
соударения. Экспериментальное моделирование различ-
ных повреждений с помощью такого молотка дает воз-
можность установить определенную закономерность
между характером повреждений и величиной действую-
щей силы, скоростью и направлением удара, площадью
и формой ударяющей поверхности и т.д.
Мессдозы применялись нами и для биомеханичес-
кого обоснования ударной прочности и степени амор-
тизации защитных касок в связи с разработкой на них
ГОСТ.
Следует отметить, что в технике накоплен значитель-
ный опыт использования измерительных устройств типа
мессдоз. Они просты и надежны в эксплуатации. Приме-
нение их для решения сложных вопросов биомеханики
черепно-мозговой травмы открывает новые возможности
для исследователей. Использование мессдоз позволяет
приблизить условия проведения экспериментов к реаль-
ным условиям возникновения травмы и удовлетворить
их требованиям основного закона моделирования, обес-
печивающего надежность полученных результатов экс-
периментальных исследований.
Описанные методы моделирования позволили нам
установить определенные закономерности между величи-
нами действующих сил и особенностями возникающих
повреждений головы. Эти закономерности возникнове-
ния черепно-мозговых травм с учетом локализации по-
вреждений и индивидуальных особенностей будут изло-
жены в последующих главах.
Механические свойства отдельных позвонков и осо-
бенно позвоночника изучены в меньшей степени, чем
аналогичные свойства черепа и отдельных его костей.
С. А. Гозулов, В. А. Корженьянц, В. Г. Скрипник
(1972) изучали прочность и механизм переломов по-
звонков экспериментально на машине типа LDM для
статического испытания прочности материалов со ско-
ростью нагружения 10 м'м/мин при комнатной темпера-
туре. Исследованию подверглись отдельные позвонки,
межпозвонковые диски, комплексы из нескольких по-
звонков, а также шейный, грудной и поясничный отделы
позвоночника.
Для обеспечения равномерного распределения на-
грузки при сжатии опорные поверхности тел позвонков
3* 35
моделировались сплавом Вуда, чем достигалось прило-
жение силы стрюго по вертикальной оси тел позвонков.
Исследование 380 позвонков людей в возрасте 19—40
лет, умерших скоропостижно, показало, что наибольшие
нагрузки могут выдержать IV и V поясничные позвон-
ки, а наименьшие — III и IV шейные.
В процессе исследования отмечена общая тенденция
увеличения прочности от III шейного позвонка к V по-
ясничному.
Для определения сопротивляемости участков позво-
ночника, имеющих физиологическую кривизну, автора-
ми были проведены эксперименты с приложением на-
грузки по вертикальной оси шейного, грудного и пояс-
ничного отделов позвоночного столба. При этом было
установлено, что прочность шейного отдела колебалась
от 120 до 170 кгс при упругой деформации от 4,0 до
5,2 мм. Предел прочности грудного отдела достигал
190 кгс при величине упругой деформации равной 5,3 мм.
Наибольшую прочность показал поясничный отдел, ко-
торый выдерживал в среднем 420 кгс при упругой де-
формации от 5 до 8,5 мм. Прочность грудного отдела
позвоночника в комплексе грудной клетки повышалась
и составляла 240 кгс при упругой деформации 33 мм.
Исследования показали, что предел прочности вычле-
ненных участков позвоночного столба уменьшается с
увеличением количества, а величина упругой деформа-
ции при этом возрастает.
Ю. М. Аникин и А. С. Обысов (1975) установили
зависимость структуры и прочности позвонков человека
в возрастном аспекте. В период максимальной прочнос-
ти тел поясничных позвонков (возраст 24—35 лет)
трабекулы губчатого вещества образуют треугольные
фигуры в виде равнобедренных треугольников. Вершины
этих треугольников направлены вверх и вниз, основа-
ниями их являются горизонтальные площадки тел по-
звонков. Такая структура тел позвонков в этом возрас-
те, по мнению авторов, максимально удовлетворяет
функциям опоры и движения. С возрастом углы у вер-
шин и у оснований этих треугольников изменяются, что
сопровождается уменьшением прочности позвонков. Это
приводит к снижению прочности всего позвоночника,
чему способствует снижение прочностных свойств меж-
позвонковых дисков (В. И. Данилов, 1975; X. М. Шуль-
ман, В. И. Данилов, 1975).
36
Н. П. Пырлина и соавт. (1972) определяли устой-
чивость связочного аппарата позвоночника, межпозвон-
ковых суставов, мышц и других структур изолированно-
г0 позвоночника к растяжению на специальной машине
рП-ЮО с нагрузкой до 100 кг и с временем вытяжения
4__5 с. Исследованию подвергались три фрагмента по-
зв0Н0чника: первый фрагмент включал затылочную
кость, весь шейный отдел позвоночника (Ci—С7) и пер-
вый грудной позвонок (Ti); второй фрагмент состоял из
верхнегрудных позвонков <— со второго по седьмой
включительно (Т2—Т7); третий — из нижнегрудных по-
звонков (Т8—Ti2) и первого поясничного (Li).
В процессе вытяжения происходило изменение кон-
фигурации исследуемого отрезка позвоночника: «вы-
прямление» его дорсальной поверхности и некоторое
удлинение всего фрагмента. Применявшаяся нагрузка
в 100 кг не вызывала каких-либо повреждений опорно-
двигательного аппарата позвоночника и связанных с
ним структур при растяжении второго и третьего
фрагментов позвоночного столба, изъятых из трупов
лиц как молодого, так и пожилого возраста.
Растяжение шейного фрагмента во всех случаях
приводило к возникновению различных повреждений,
включая разрывы мышц, связок, межпозвонковых су-
ставов и атланто-окципитального сочленения. С увели-
чением возраста, эти повреждения возникали при мень-
шей, чем 100 кге, нагрузке (60—80 кгс). Наименее
прочными, по данным этих авторов, оказались мышеч-
ные образования задней поверхности шейного отдела
позвоночника и области его сочленения с затылочной
костью.
В приведенных .работах изложены механические
свойства отдельных позвонков и изолированных отделов
позвоночника к статическим сжимающим и растягива-
ющим нагрузкам. Механические свойства позвоночника
и отдельных позвонков к ударным нагрузкам изучены
еще меньше, хотя повреждения позвоночника при ди-
намических нагрузках встречаются чаще, чем при ста-
тических. На нашей кафедре Н. П. Пырлиной и соавт.:
(1972) разработан ряд моделей, имитирующих «хлыс-'
товые» травмы позвоночника, повреждения его при уда-
рах .теменной областью головы о преграду (при ныря-
нии, падении с высоты вниз головой, при ударе головой
о крышу автомобиля)., при. падении на ..голову прёдме-
г-
тов, при быстром рывке шеи вдоль тела и др. Указанные
исследования проводились на биоманекенах и частич-
но на тех же стендах, что и при моделировании по-
вреждений головы. Часть исследований производилась
на специальных стендах, предназначенных лишь для
моделирования повреждений позвоночника. Кроме!
скоростной киносъемки, применяли различные способ^
тензометрирования. Методики исследования и получен-
ные результаты будут изложены в главе IX.
Механические свойства и происхождение переломов
грудной клетки изучены также недостаточно (Г. К- Гер-
самия, 1955; С. И. Христофоров, 1957; С. С. Мунтян,
1966). Основной составной частью каждого сегмента
грудной клетки являются ребра, которые, соединяясь с
грудиной и позвоночником реберными хрящами и свя-
зочным аппаратом, образуют весьма эластичное и под-
вижное кольцо, что придает в целом грудной клетке
значительную прочность.
Г. Т. Бугуев (1969) экспериментально установил, что
переломы ребер при сдавлении груди в сагиттальном на-
правлении возникают от воздействия силой от 98 до
190 кгс, что зависит от многих условий и, в частности,
от локализации воздействия. Автором было установлено,
что прочность ребер возрастает в направлении от их
переднего конца к углу.
До настоящего времени нет единого мнения о мор-
фологических признаках переломов ребер при прямом
(удар) и непрямом (сдавление) насилии. В. Н. Крюков
(1971), предлагая большое число признаков для диффе-
ренциальной диагностики «прямых» и «непрямых» пе-
реломов ребер, справедливо подчеркивает, что общая
характеристика подобных переломов, повреждений на-
ружной и внутренней пластинки, верхнего и нижнего
края ребер имеет много общего. Наиболее достоверным
признаком разрушения ребер от удара тупым предме-
том автор считает наличие осколков.
При сдавлении грудной клетки в переднезаднем на-
правлении, по мнению В. Н. Крюкова (1971), наблю-
даются две фазы переломов ребер. В первой фазе пе-
реломы ребер являются следствием деформации от
сгибания и возникают в точках с наибольшей кривиз-
ной и меньшей прочностью. Во второй фазе компрессии
поврежденные ребра испытывают действие уже не на
сгибание, а на разгибание, что сопровождается призна-
38
1<ами «прямого» перелома. Подобный механизм пере-
ломов ребер, по данным автора, имеет место и при
сдавлении грудной клетки с боков, а также при ком-
прессии одной половины грудной клетки.
г Г. С. Бачу (1972) на специальном стенде провел
эксперименты по моделированию закрытых травм груд-
ной клетки при статических нагрузках. Эксперименты
позволили выявить не только особенности возникающих
при этом повреждений, но и установить их зависимость
от силы, локализацию ее приложения, а также от фор-
мы и размеров сдавливающих поверхностей.
Г. С. Бачу, О. А. Ромодановский, Л. А. Щербин и
соавт. (1972) провели работу по моделированию за-
крытых травм грудной клетки при падении человека на
преграду из положения стоя. При этом на биоманеке-
не были выявлены определенные закономерности обра-
зования повреждений и их зависимость от места соуда-
рения, массы тела и роста, возраста и т. д. Детальное
описание методики исследования и полученные резуль-
таты будут изложены ниже.
Механические свойства кожи, в частности способ-
ность ее к пластической деформации, изучались
М. Ridge, D. Wright (1964). Авторы брали одинаковые
по форме и размерам небольшие полоски кожи из эпи-
гастральной области, спины и предплечья от трупов
лиц, умерших менее суток назад. Эти полоски кожи
замораживали при температуре —10 °C в течение суток,
после чего их растягивали с нагрузкой 5—200 или
200—1000 гс с постоянной скоростью растяжения
2 см/мин. Степень растяжимости образцов оказалась
различной, причем наиболее растяжимой была кожа,
взятая из эпигастральной области.
С целью определения упруговязких свойств кожи
А. С. Обысов (1971) проводил на машине МФ-100 ис-
следование образцов кожи, взятых из области шеи, гру-
ди и живота. Исследования показали, что наименьшей
сопротивляемостью разрыву (от 0,2 до 0,8 кгс/мм) и на-
именьшей растяжимостью (от 46 до 136%) обладает
кожа, взятая из области шеи. Наибольший предел проч-
ности и относительное удлинение показывает кожа жи-
вота, а предел прочности кожи каждой исследуемой
области туловища существенно снижается с возрастом.
И. Л. Иоффе, А. Н. Черномашенцев, Ю. А. Ярцев
(1975) изучали механические свойства некоторых мяг-
39
ких тканей и органов тела человека. Исследование про-
изводилось на тканях и органах, изъятых из 280 трупов
людей обоего пола разного возраста в первые сутки
после смерти. Для контроля проводили эксперименты
на 20 собаках. Стандартные по форме и размерам об-
разцы мягких тканей испытывали на разрывных маши-
нах типа РТ-250М. Образцы закреплялись в зажимах
машины с натяжением, близким к естественному. Рас-
стояние между зажимами машины было постоянным
(25 мм), время растяжения до разрыва 30—40 с.
В результате исследований было установлено, что
различные ткани характеризуются определенными ме-
ханическими свойствами. Имеются ткани, обладающие
большой прочностью и небольшим растяжением (на-
пример, связки, сухожилия), ткани с большой прочно-
стью и растяжимостью (например, перикард, диафраг-
ма) и ткани непрочные, но сильно растяжимые (напри-
мер, кровеносные сосуды, стенки полых органов желу-
дочно-кишечного тракта). Авторы установили, что осо-
бенности структуры отдельных слоев тканей и органов
обусловливают различие их механических свойств. Так,
из слоев сосудистой in сердечной стенок наименее прочны
и растяжимы интима и эндокард, наиболее — адвентиция
и эпикард. Напротив, слои стенок полых органов желу-
дочно-кишечного тракта характеризуются' обратными
отношениями: наименее растяжим наружный слой (се-
розная), а наиболее — подслизисто-слизистый.
По мнению данных авторов, механические свойства
одноименных тканей неодинаковы, они зависят и от их
локализации в человеческом теле. Так, поверхностно
(супрафасциально) расположенные вены по механичес-
ким свойствам вдвое превосходят глубокие (субфасци-
альные) вены даже большего калибра.
И. Л. Иоффе, А. Н. Черномашенцев, Ю. А. Ярцев
(1975) показали, что для кровеносных сосудов харак-
терна выраженная эластичность. Например, растяжи-
мость аорты у людей до 30 лет достигает более 100%
первоначальной длины, а сократимость—14—20%.
Прочность стенок артерий при растягивании в продоль-
ном направлении относительно невелика (5—10 кгс).
С возрастом прочность снижается в 2—3 раза, растяжи-
мость— в 4—5 раз, сократимость—в 10—15 раз.
Механические свойства кровеносных сосудов изучали
также А. С. Обысов и Н. А. Владиславлева (1966),
40
Д. А. Курме (1975), Т. С. Лобадзе, Г. И. Мчедишвили
(1975), М. А. Годлевска (1975) и др.
На кафедре судебной медицины I Московского ме-
дицинского-института имени И. М. Сеченова совместно
с сотрудниками Высшего технического училища имени
Н. Э. Баумана проводятся исследования прочностных
и деформативных свойств различных сосудов, как ар-
терий, так и вен. Н. Н. Живодеровым, М. Н. Торопо-
вым, Н. Н. Завалишиным (1976) проведены исследова-
ния механических свойств базальной артерии головного
мозга и большой подкожной вены. Материалом для ис-
следования послужили не полоски сосудов, которые
исследуют большинство авторов, а цилиндрические от-
резки сосудов. Образцы помещали в специальные
устройства, где измерялось радиальное перемещение
стенки образца при нагружении его поэтапно внутрен-
ним давлением. После этого проводилось одиночное
растяжение в осевом и окружном направлениях на раз-
рывной машине «Инстрон» с постоянной скоростью
нагружения 0,25 ,см/мин с автомата,ческой регистраци-
ей диаграммы «усилие — перемещение» в масштабе
1:50.
До эксперимента внутренний радиус и толщина стен-
ки педеформированного сосуда вычислялись по фото-
снимкам срезов сосудов, увеличенных в 20 раз, что да-
вало возможность сделать измерения с точностью до
±0,01 мм.
Результатами исследований механических характе-
ристик явились полученные диаграммы растяжения в
осевом и окружном направлениях в координатах: напря-
жение — деформация, характеристика прочности — пре-
дел прочности и величина максимальной деформации,
характеризующая эластичность сосудов. Кроме того,
в результате проведенных исследований были получены
некоторые показатели уровней интенсивности напряже-
ний, действующие в стенке сосуда при ступенчатом на-
гружении сосудов внутренним давлением.
На основании проведенных исследований авторы
пришли к выводам:
1) прочность базальной артерии головного мозга и
большой подкожной вены в осевом направлении выше,
нем в окружном;
2) с возрастом прочностные и деформативные харак-
теристики стенок этих сосудов снижаются;
41
3) изучение степени напряжений базальных артерий
показывает, что наибольшее значение в повреждении
сосуда имеет не постепенное статическое повышение
давления, а динамическое, например, удар, который мо-
же быть как внешним, т. е. через окружающие ткани,
так и внутренним, гидравлическим.
Завершая обзор данных литературы о методах и
результатах исследования механических свойств голо-
вы, черепа, позвоночника, грудной клетки, кожи, кро-
веносных сосудов, необходимо подчеркнуть, что приве-
денные данные немногочисленны и противоречивы.
Больше изучены механические свойства биологических
тканей, особенно костей свода черепа, к статическим
нагрузкам. Воздействие ударных нагрузок на тело чело-
века, влияние их на механические свойства его органов
и тканей изучено крайне недостаточно. Такие исследова-
ния в течение последних 10 лет проводятся коллективом
кафедры судебной медицины I ММИ имени И. М. Сече-
нова совместно с математиками, физиками, инженерами
ряда технических вузов и научно-исследовательских ин-
ститутов Москвы. Результаты этих исследований будут
изложены в последующих главах.
Глава III
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ
И ЖЕСТКОСТИ КОСТЕЙ
СВОДА ЧЕРЕПА
Изучение прочности и жесткости костей свода
черепа с применением методов, используемых в науке
о сопротивлении материалов, началось еще в прошлом
столетии (П. Ф. Лесгафт, 1892; A. A. Pauber, 1876;
С. Hiilsen, 1898, и др.). За последние годы это напра-
вление получило быстрое развитие, что связано с ис-
пользованием данных о механических свойствах костей
черепа в научных и практических целях.
Несмотря на большой прогресс науки о сопротивле-
нии материалов, изучение на ее основе механических
свойств костей черепа затруднено не только необыч-
ностью формы этого образования и относительно неболь-
шими его размерами, но значительными возрастными,
половыми и индивидуальными отличиями. Эти особен-
ности не могли не сказаться на методах и результатах
исследования костей черепа, свойства которого как
материала изучены еще недостаточно. Например, для
определения предела прочности на растяжение, сжатие
или удар необходимо изготовлять относительно крупные
образцы стандартной формы и размеров, что в силу
анатомических особенностей строения черепа трудно
или совершенно невыполнимо. Отсюда не случайно, что
исследованию прочности и жесткости костей свода че-
репа посвящено весьма небольшое число работ.
Более многочисленны работы по изучению механи-
ческих свойств других костей скелета. Сравнение ре-
зультатов последних с данными о механических свойст-
вах костей свода черепа показывает, что в основе уста-
новления физических характеристик прочности и
Жесткости для любых костей лежат одни закономернос-
ти. Вместе с тем анатомические особенности строения
костей черепа обусловливают и определенные отличия
их механических свойств по сравнению с другими кос-
43
тями и в первую очередь трубчатыми. С другой сторо-
ны, упомянутые трудности изучения механических
свойств костей черепа приводят к большому многообра-
зию методов исследования и разнообразию выбора ма-
териала, что обусловливает значительную противоречи-
вость получаемых результатов.
Исследователи изучали механические свойства цело-
го черепа или прочность и жесткость образцов костей
черепа при разных видах деформации, свойства от-
дельных компонентов костей свода черепа (наружная
и внутренняя компактные пластины, диплоэ). Экспери-
менты проводились на консервированных и нативных
образцах костей животных и человека при статических
и динамических нагрузках.
F. L. Evans, Н. R. Lissner (1957) установили средний
предел прочности консервированных теменных костей,
который при растяжении по длиннику составляет
900 г/см2, а при сжатии в переднезаднем направлении—
1780 г/см2. При этом они выявили разницу в свойствах
левых и правых теменных костей в зависимости от ви-
да деформации. По их данным, правая теменная кость
оказывает большее сопротивление при растяжении, а
левая — при сжатии. Достоверность полученных резуль-
татов снижается тем, что авторы не учитывали возраста,
степени кривизны и некоторых других факторов, пыта-
ясь лишь по одному образцу делать выводы о свойст-
вах теменных костей в целом.
Е. К. Frankel (1956) изучал на изгиб полное попе-
речное сечение высушенного черепа и установил для
различных его участков модуль продольной упругости.
Последний колебался от 1,2><105 до 5,ЗХ105 ф (пси —
внесистемная единица измерения, равная 1 фунту/дюйм2).
При исследовании этого же черепа методом резонанса
значение .модуля Юнга в среднем составило 2,1 ХЮ5 ф.
Оценивая результаты работ Е. К. Frankel, следует под-
черкнуть некоторые методические погрешности. Так,
модуль продольной упругости характеризует способ-
ность материала сопротивляться деформации, и, следова-
тельно, его нельзя определять для какой-нибудь конст-
рукции, в том числе и части черепа. Этим можно объяс-
нить его значительные колебания. Кроме того,
высушивание костей влечет за собой значительное изме-.
нение механических свойств, что было доказано в по-
следующих работах (Н. Jamada, 1970).
44
J. H. McElhaney (1966), J. H. McElhaney й соавТ,
(1966, 1970) изучали механические свойства костей сво-
да черепа человека и обезьяны при сжатии, растяжении,
изгибе, ^кручении и сдвиге. При исследовании свойств
человеческого черепа были использованы три группы
образцов: консервированные кости от трупов лиц в воз-
расте 56—73 лет, образцы, полученные при краниото-
мии, и образцы, взятые непосредственно во время вскры-
тия. Образцы брали из строго локализованных участков
свода черепа, что позволило изучить однородный мате-
риал и установить 'механические свойства отдельных
участков костей свода черепа. При этом было обнару-
жено равенство предела прочности и модуля продольной
упругости в тангенциальном направлении. Это свиде-
тельствует о том, что кости свода черепа изотропны в
тангенциальном направлении. Одновременно отмечено
различие тех же показателей в тангенциальном и ради-
альном направлениях. Так, модуль упругости при сжа-
тии в радиальном направлении составляет 3,5><105 яр,
при стандартном отклонении равном 2,1 ХЮ5 яр, а в
тангенциальном — 8,1 ±4,4X105 яр. Предел прочности
при растяжении в радиальном направлении равен
11,5±3,8Х103 яр, в тангенциальном — 6,3±2,7Х103 яр.
Коэффициент Пуассона был 0,22±0,11 при сжатии в
тангенциальном направлении, а при сжатии в радиаль-
ном— 0,19±0,08. Значительное расхождение показате-
лей отмечено и при других видах деформации, что по-
зволяет говорить об анизотропии костей свода черепа
в тангенциальном и радиальном направлениях.
Напротив, исследования W. Т. Dempster, R. Т. Liddi-
coat (1952), W. Т. Dempster, R. Е. Coleman (1961),
W. Т. Dempster (1967) впервые показали изотропию
костей свода черепа. Так, при изучении наружной и
внутренней костных пластин ими была обнаружена
случайная ориентация и тангенциальная изотропия ма-
териала. Однако эти выводы противоречат другим дан-
ным литературы о наличии в костях свода черепа сис-
темы линий расщепления (Т. И. Белова, Е. Н. Хрисан-
фова, 1961; А. И. Зайченко, 1967; В. В. Бунак, 1964).
Анизотропию костей свода черепа П. И. Новиков
(1972) пытался доказать путем биомеханических ис-
следований, в частности различием показателей проч-
ности отдельных костей и различных слоев каждой
кости. Так, по его данным, полученным с помощью ме-
45
тода электрбтензомётрий, модуль упругости при дефор-
мации изгиба составил 0,75хЮ5 кгс/см2, при деформа-
ции растяжения—1,68Х105 кгс/см2. Модуль упругости
для наружной и внутренней пластин составлял соответ-
ственно 2,44Х105 и 3,06Х105 кгс/см2. Коэффициент Пу-
ассона для костей с хорошо выраженным губчатым сло-
ем был 0,27, для наружной костной пластины — 0,31, для
внутренней — 0,38.
Сравнивая зависимость деформации от приложенной
нагрузки на костях черепа и других костях скелета,
А. Н. Burstein, V. Н. Frankel (1968), J. L. Wood (1971)
пришли к выводу, что прочностные свойства их основа-
ны на общих физических закономерностях. Эти общие
закономерности механических свойств костей обнаруже-
ны при сравнительном изучении костей черепа человека
и обезьяны (J. W. Melvin el al., 1970). На этой основе
авторы разработали физико-математическую модель
механических свойств костей черепа. Хотя эта модель
не учитывает зависимости механических свойств костей
черепа от индивидуальных особенностей организма, она
показывает, что по своим свойствам кости свода черепа
не отличаются от других костей скелета. Следовательно,
изучение прочностных свойств костей свода черепа под-
чиняется тем же физическим законам, что и механичес-
кие свойства других костей.
Результаты этой работы позволяют сделать вывод,
что, несмотря на трехслойное строение костей свода че-
репа, их можно исследовать обычными методами сопро-
тивления материалов.
Некоторые авторы специально изучали влияние че-
репных швов на прочностные свойства костей свода
черепа. J. L. Wood (1971) установил, что при растяже-
нии в тангенциальном направлении образца из области
коронарного шва предел прочности составляет 2140 ф,
в то время как для губчатого вещества он достигает
4940 ф. Следовательно, наличие венечного шва в образ-
це резко уменьшает сопротивляемость кости. Аналогич-
ные результаты получили и другие авторы (Е. К. Fran-
kel, 1956; А. К. Ommaya, 1968, и др.). Кроме того, ав-
торы подчеркивают, что сопротивляемость швов во мно-
гом зависит и от деформации, которой швы подвергают-
ся. Напротив, R. Р. Hubbard и соавт. (1971), проводя
испытания черепных швов на изгиб, установили, что швы
незначительно уступают по прочности соседним участ-
46
кам кости, причем консервированные образцы участков
швов более прочны, чем нативные. Анализ приведенных
работ показывает, что, несмотря на высокий в целом
методический уровень исследований, их результаты
весьма противоречивы. Большинство зарубежных иссле-
дователей считают, что кости свода черепа по своей
структуре и свойствам являются изотропными. Многие
отечественные авторы отмечают определенные системы
в расположении линий расщепления и как следствие
этого анизотропию свойств костей свода черепа.
В работах С. В. Гринсбейн (1969), F. L. Evans,
Н. R. Lissner (1957) установлено, что механические
свойства левых и правых костных образцов не идентич-
ны и что с увеличением возраста человека повышается
прочность его костей. Однако эти результаты не подтвер-
ждаются исследованиями других авторов (W. Goldsmith,
1966; J. Н. McElhaney et al., 1970; J. E. Galford,
J. H. McElhaney, 1970, 1971; G. Granic, J. Stein, 1973).
Таким образом, данные литературы свидетельствуют
о том, что возрастные особенности прочности и жесткос-
ти костей свода черепа изучены мало, а изотропия и
однородность их обоснованы недостаточно. Для воспол-
нения этого пробела в литературе на кафедре судебной
медицины I ММИ имени И. М. Сеченова С. А. Корса-
ковым (1977) проведено исследование удельной ударной
вязкости костей черепа при динамической нагрузке,
предела прочности на растяжение, модуля продольной
упругости (модель Юнга) и коэффициента поперечной
деформации (Пуассона) —при статической. Материалом
исследования служили прямоугольные образцы, выпи-
ленные из сводов черепа трупов лиц мужского пола в
возрасте от 20 до 70 лет при отсутствии травм и выра-
женных заболеваний опорно-двигательного аппарата.
Причинами смерти умерших явились механическая ас-
фиксия, отравление алкоголем и острая сердечно-сосу-
дистая недостаточность.
С целью получения однородных образцов для иссле-
дования при их выпиливании учитывались следующие
факторы: одинаковая локализация образца на своде
черепа (чешуя лобной кости, левая и правая теменные
кости), одинаковая локализация образца в пределах
одной кости, аналогичные положения черепного шва на
образце и ориентация линий расщепления по отношению
к продольной оси образца, т. е. учитывались четыре
47
фактора, которые, судя по
данным литературы, могут
влиять на прочность и жест-
кость костей свода черепа.
Схема выпиливания образ-
цов с учетом расположения
линий расщепления на на-
ружной поверхности свода
черепа представлена на
рис. 1.
Для исследования преде-
ла прочности, модуля упру-
гости и коэффициента попе-
речной деформации изготов-
лялись образцы прямоуголь-
ной формы с соотношением
сторон 5: 1. В средней части
образцы были сужены для
того, чтобы разрушение про-
изошло не в местах зажи-
мов. Для исследования
Рис. 1. Схема выпиливания об-
разцов с учетом расположения
линий расщепления на наруж-
ной поверхности свода черепа.
удельной вязкости образцы в средней части не истонча-
лись. Общий вид образцов представлен на рис. 2.
Определение предела прочности на растяжение про-
водилось на испытательной машине с максимальной на-
грузкой разрушения 100 кгс. Для этого концы подготов-
ленных образцов крепились в зажимах машины, которая
создавала плавное приложение нагрузки. Величина
разрушающего усилия фиксировалась по отклонению
индикаторной стрелки. После разрушения вычислялась
площадь поперечного сечения образца, и по отношению
разрушающей нагрузки к площади сечения определялся
предел прочности (<см. формулу 1.6).
Модуль Юнга и коэффициент Пуассона определяли
на тех же образцах, что и предел прочности. Эта часть
работы выполнена в специальной лаборатории МВТУ
имени Н. Э. Баумана. На исследуемую часть образца
в двух взаимно перпендикулярных направлениях накле-
ивали проволочные тензодатчики с сопротивлением
100 Ом и базой 0,5 см. После полимеризации клея (БФ-2,
циакрил) проводили растяжение образцов с регистраци-
ей деформации в продольном и поперечном направле-
ниях на осциллографе. Зная исходную длину и ширину
образца (1 и Ь) и абсолютную линейную и поперечную
48
Рис. 2. Общий вид образцов для установления предела прочности
и жесткости (вверху) и удельной ударной вязкости (внизу).
деформацию (Д1 и ЛЬ), можно вычислить относительную
продольную (е) и относительную поперечную (е) де-
формации по формулам:
А/
е==“Г ’
8 =~'
(3.1)
(3.2)
Растяжение образцов с регистрацией деформацией про-
водилось вплоть до его разрушения. Модуль Юнга и
коэффициент Пуассона вычислялись по формулам: ..
(3.3)
(3.4)
где Е — модуль продольной упругости (модуль Юнга,
кгс/см2), р— коэффициент поперечной деформации (ко-
эффициент Пуассона, величина безразмерная), о — пре-
дел прочности или временное сопротивление при растя-
жении (кгс/см2).
Удельная ударная вязкость образцов испытывалась
иа двух копрах, которые отличались лишь максималь-
4 А- П. Громов
49
Рис. 3. Схема маятникового
копра.
1 — основание; 2 — шкала; 3 — фик-
сатор; 4 — маятник; 5 — ударник
маятника; 6—указатель угла от-
клонения; 7 — испытуемый образец;
8 — упор.
20~29 30-39 40-49 50-59 60-69
Возраст, годы
Рис. з. Влияние возраста на
удельную ударную вязкость
различных участков свода че-
репа.
/ — чешуя лобной кости; 2 —пра-
вая теменная кость; 3 — левая те-
менная кость; 4 — кости свода вооб-
ще; 5 — черепной шов поперек об-
разца.
ними значениями абсолютной работы разрушения
(рис. 3).
Первый из них — маятниковый копер (МК)—0,5—
1—предназначен для испытания ударом пластмасс и
эбонита. Он имеет сменные ударники, и после разруше-
ния образца специальное устройство фиксирует работу,
затраченную на его излом (в кгс-м). Второй копер,
предназначенный для испытания металлов на удар, име-
ет большую работу разрушения. Этот копер регистриру-
ет угол отклонения маятника после удара, по которому
с помощью таблицы вычисляется работа разрушения.
Расстояние между опорами на обоих копрах составляло
4 см.
В результате исследования удельной ударной вяз-
кости установлено, что не имеется каких-либо значи-
тельных отклонений ее значений при различной ориен-
тации линий расщепления на образцах. Например, ис-
следования в возрастной группе 20—29 лет показали,
что удельная ударная вязкость для образцов с преиму-
50
щественно продольной ориентацией линий расщепления
составляет 0,414—0,254 кгс-м/см2, а при поперечной—
0,387—0,294 'кгс-м/см2. Средние значения удельной
ударной вязкости для правой теменной кости в той же
возрастной группе составляют соответственно 0,321 и
340 кгс-м/см2. Результаты исследования других костей
в различных возрастных группах также свидетельству-
ют об отсутствии статистически значимых различий для
продольной и поперечной ориентации линий расщепле-
ния на костных образцах. Это свидетельствует об от-
сутствии явления анизотропии в тангенциальном на-
правлении, т. е. свойства костей свода черепа в различ-
ных направлениях одинаковы.
Изменение удельной ударной вязкости для различных
возрастных групп в зависимости от области изъятия об-
разца представлено на рис. 4. Анализ этого графика
показывает, что нет каких-либо статистически значимых
различий в показателях удельной ударной вязкости от-
дельных костей свода черепа. Например, в возрастной
группе 20—29 лет образцы чешуи лобной кости, левой
и правой теменных костей и из области черепного шва
(при продольном его положении на образце) имеют уде-
льную ударную вязкость в пределах 0,320—0,330 кгс• см2.
В возрастной группе 30—39 лет происходит снижение
средних значений сопротивляемости к ударным нагруз-
кам левой теменной кости и увеличение для черепных
швов (при продольном его положении на образце).
В других возрастных группах характер изменения со-
противляемости на удар имеет сходный характер. Во
всех возрастных группах закономерно выявляется лишь
резкое снижение удельной ударной вязкости черепных
швов при поперечном положении их на образце. По-
следнее наиболее выражено в возрастной группе 20—
29 лет (33%) и наименее в возрасте более 60 лет (25%)
по сравнению с соседними участками кости.
Несмотря на некоторые различия в значениях удель-
ной ударной вязкости для отдельных костей, отмечается
общая тенденция по снижению ее с возрастом. Наи-
большие значения удельной ударной вязкости выявлены
в возрастных группах 20—29 и 30—39 лет. Следователь-
но, прочностные свойства костей свода черепа практи-
чески не изменяются в течение 20 лет (от 20 до 39 лет).
В дальнейшем наблюдается снижение прочности, кото-
рое происходит более или менее равномерно до возра-
4
51
ста 50—59 лет й сохраняется на этом уровне и в более
пожилом возрасте.
Обнаруженное С. А. Корсаковым (1977) равномер-
ное снижение прочности при ударных нагрузках в пе-
риод с 40—59 лет подтверждено статистически. Вырав-
нивание полученных результатов по способу наименьших
квадратов позволило ему предложить уравнение, хоро-
шо отражающее изменение сопротивляемости костей
свода черепа к ударным нагрузкам в зависимости от
возраста:
а == 0,331 — 0,0223В, (3.5)
где а — удельная ударная вязкость (кгс-м/см2); В —
возрастные группы, закодированные цифрами от 0 до 4
на каждое десятилетие начиная с 25-летнего возраста.
Обобщая результаты исследования механических
свойств костей черепа при ударной нагрузке, С. А. Кор-
саков (1977) считает, что кости свода черепа при дина-
мической нагрузке можно рассматривать как изотроп-
ный материал. Системы линий расщепления, четко
выявляемые на наружной костной пластине, по мнению
автора, не оказывают влияния на свойства образцов,
поскольку кости свода черепа являются трехслойным
образованием, в котором только наружный слой имеет
некоторые закономерности в расположении костных
пластин. Внутренняя костная пластина и губчатое веще-
ство нивелируют анизотропию наружной костной плас-
тины, и в целом кость проявляет свойства изотропного
материала.
Наряду с определением удельной ударной вязкости
С. А. Корсаковым (1977) изучались прочностные свой-
ства костей свода черепа к статическим нагрузкам. При
обработке результатов сначала вычислялись средние
показатели для каждой' кости, а затем для продольного
и поперечного направления линий расщепления в каж-
дой возрастной группе. При этом была установлена
прямо пропорциональная зависимость между напряже-
ниями и деформацией, что соответствует закону Гука.
Изучая свойства образцов из отдельных костей свода
черепа при различном положении на них линий рас-
щепления, автор пришел к выводу, что при статической
нагрузке кости свода черепа являются однородным,
изотропным материалом. Средние значения предела
прочности на растяжение для лобной кости и теменных
52
Рис. 5. Влияние возраста на
предел прочности костей
свода черепа.
костей находятся примерно на
одном уровне, различном для
каждой возрастной группы. На-
пример, для возрастной груп-
пы 20—29 лет предел прочнос-
ти составляет 1210—1150
кгс/см2, а в возрасте более
60 лет — от 850 до 790 кгс/см2.
Возрастные изменения предела
прочности на растяжение пока-
заны на рис. 5. Как видно из
графика, максимальное значе-
ние предела прочности уста-
новлено в возрастной -группе
20—29 лет. Она составляет в
среднем 1176,6 кгс/см2. Затем
наблюдается постепенное сни-
жение прочности, которое пос-
ле 70 лет становится минималь-
ным (807 кгс/см2).
Сравнивая прочностные свойства костей свода чере-
па при статической и динамической нагрузках, С. А. Кор-
саков (1977) обнаружил их сходство .в одноименных
костях людей одного возраста при однотипном располо-
жении линий расщепления. При выравнивании резуль-
татов исследований по способу наименьших квадратов
автором получено уравнение, отражающее выявленные
им возрастные изменения прочности:
о = 1355— 178В,
(3.6)
где о— предел прочности на растяжение (кгс/см2);
В — возрастные группы, закодированные цифрами 1,2,
3 с интервалами в 20 лет и начиная с возрастной груп-
пы 25 лет.
При испытании прочности и жесткости образцов
костей свода черепа к статической нагрузке была уста-
новлена пропорциональная зависимость между напря-
жениями и относительными деформациями.
О’
е = 7Г’
(3.7)
где е — относительная деформация; о — напряжение;
Е—модуль продольной упругости. Эта закономерность
53
7,7
1,0
0,9
0,8
0,7
2=(0,56бСдВ-0,003)'105
25 35 45 55 55 75
Возраст, годы
Рис. 6. Влияние возраста
на модуль продольной
упругости костей свода
черепа.
подтверждается Данными ряда
исследователей (Г. А. Никола-
ев и др., 1975; В. Голдсмит,
1972; А. Н. Burstein и др.,
1972; М. Н. Pope, I. О. Cutwa-
ter, 1972)..
Исходя из этой закономер-
ности, в качестве показателей
прочности и жесткости костей
свода черепа определялись мо-
дуль продольной упругости
(модуль Юнга) и коэффициент
поперечной деформации (коэф-
фициент Пуассона). Жесткость
также исследовалась в зависи-
мости от ориентации линий
расщепления, локализации об-
разцов и возраста. При этом не было выявлено сущест-
венного влияния продольной и поперечной ориентации
линий расщепления на степень модуля упругости. На-
пример, в возрастной группе 20—29 лет при продольном
расположении линий расщепления модуль упругости в
среднем был равен 0,805хЮ5 кгс/см2, а при попереч-
ном— 0,814Х105 кгс/см2. Анализ возрастных изменений
показал, что с возрастом происходит увеличение модуля
продольной упругости (рис. 6). Так, если в возрастной
группе 20—29 лет его значения выражены в пределах
0,760хЮ5 — 0,852Х105 кгс/см2, то в возрасте 60—69 лет
они составляют 0,964Х105—1,018Х105 кгс/см2. В более
старшем возрасте установлено четкое равномерное уве-
личение значений модуля упругости. Выравнивание по-
лученных результатов по способу наименьших квадра-
тов позволило С. А. Корсакову (1977) установить сле-
дующую зависимость между модулем продольной упру-
гости и возрастом:
В = 10,566 1gВ- 0,0031 X Ю5,
(3.8)
где Е — модуль упругости (кгс/см2); IgB — десятичный
логарифм возраста.
Коэффициент поперечной деформации (коэффициент
Пуассона), который является второй характеристикой
жесткости материала, определялся из соотношения:
8'=|Х8? (3.9)
54
где ez — относительная поперечная деформация; е —
относительная продольная деформация; ц— коэффици-
ент поперечной деформации (Пуассона). Исследования
показали, что величина коэффициента Пуассона явля-
ется наиболее постоянной по сравнению с другими
показателями механических свойств костей. Во всех воз-
растных группах, независимо от вида кости и направле-
ния линий расщепления, коэффициент поперечной дефор-
мации в среднем составляет 0,349.
Анализ полученных показателей прочности и жест-
кости костей свода черепа свидетельствует об отсутст-
вии значительных различий их свойств по разным на-
правлениям, что позволяет рассматривать кости свода
черепа как изотропный материал. Четкая система ли-
ний расщепления, свидетельствующая об определенной
ориентации костных пластин, обнаружена лишь в на-
ружном слое кости. Остальные два слоя костей свода
черепа по своей структуре являются изотропными с
хаотично расположенными костными пластинами и тра-
бекулами. Эти два слоя, составляя основной объем
кости, определяют ее свойства. Изучение свойств от-
дельных костей и образцов из разных участков одной
кости не выявило статистических различий как для
прочности, так и для жесткости. Следовательно, кости
свода черепа являются не только изотропным, но и
однородным материалом, т. е. они обладают во всех точ-
ках одинаковыми свойствами. Черепные швы при про-
дольном их положении на образце не влияют на меха-
нические свойства по сравнению с соседними участками
кости. При поперечном положении шва на образце об-
наружено резкое снижение прочности, более выражен-
ное в молодом возрасте и менее в пожилом, что можно
объяснить процессом синостозирования швов в пожилом
возрасте.
Наиболее существенные изменения механических
свойств костей свода черепа обнаружены в зависимости
от возраста. Свойства костей свода черепа в возрастных
группах 20—29 лет и 30—39 лет при динамической на-
грузке статистически не различаются, в более старших
возрастных группах происходит постепенное и равно-
мерное снижение удельной ударной вязкости и показа-
теля хрупкости, которые достигают минимальных зна-
чений в возрастной группе 60—69 лет.
При статической нагрузке снижение предела проч-
55
ности происходит равномерно по всем возрастным груп-
пам, достигая минимума в возрасте 60—69 лет. Модуль
продольной упругости имеет противоположную тенден-
цию. Наименьшие его значения наблюдаются в молодом
возрасте, затем величина модуля упругости постепенно
возрастает, достигая максимума к 60—69 годам. Раз-
личный характер возрастных изменений предела проч-
ности и модуля упругости можно объяснить уменьшени-
ем с возрастом относительной линейной деформации.
По закону Гука относительная деформация прямо про-
порциональна напряжению и обратно пропорциональна
модулю упругости, т. е. уменьшение деформации связа-
но с уменьшением прочности и увеличением жесткости.
Коэффициент поперечной деформации в отличие от
других показателей механических свойств костей свода
черепа не имеет каких-либо возрастных изменений и в
среднем составляет 0,349. Это можно объяснить тем,
что с возрастом происходит уменьшение относительной
деформации не только в продольном, но и в поперечном
направлении, что приводит их соотношение к постоян-
ной величине.
При изучении механических свойств изолированных
костей свода черепа необходимо учитывать зависимость
этих свойств от сроков изъятия образцов после смерти,
а также от способа и условий их хранения. Имеющиеся
данные литературы по этому вопросу весьма противоре-
чивы, что связано с большим разнообразием методов
оценки этих свойств в зависимости от различных спо-
собов хранения костей. Большинство исследователей
сохраняют костные образцы в слабых (0,25 — 0,5%)
растворах формалина, высушивают их, замораживают,
хранят во влажной среде, заливают в пластические
массы, подвергают биологической очистке с последую-
щим хранением в 10% растворе формалина и т. д. При
этом многие авторы отмечают отсутствие различий в
механических свойствах консервированной и нативной
кости, некоторые, напротив, указывают на изменение
механических свойств кости при высушивании и кон-
сервации.
Н. Jamada (1970) определял модули упругости при
растяжении, сжатии и изгибе для «свежих» и высушен-
ных костей человека и лошади. Он установил, что аб-
солютные значения этих показателей для высушенных
костей больше, чем для «свежих». I. W. Melvin и соавт.
56
(1970) изучали механические свойства костей свода
черепа человека и обезьяны. Образцы для исследования
изымались при вскрытии, краниотомии (нативные об-
разцы), консервировались холодом. При этом не было
выявлено различий в показателях прочности и жесткос-
ти консервированных, нативных образцов и образцов,
взятых от трупа.
I. W. Pugh и соавт. (1973), A. Simkin, L. Robin (1973),
исследуя механические свойства костей человека, лошади
и быка на изгиб, выявили увеличение модулей упругос-
ти для высушенных костей по сравнению со «свежими».
За последние годы механические свойства консер-
вированных костей стали изучаться и для целей транс-
плантации. О. Л. Зорохович (1973), изучая возможности
пластики дефектов костей свода черепа формалинизиро-
ванными трансплантатами, исследовал изменения меха-
нических свойств костей свода черепа собак в зависи-
мости от срока хранения их в различных растворах фор-
малина. В качестве показателя механических свойств
автором был избран предел прочности на изгиб. По мере
увеличения срока хранения наблюдалось постепенное
снижение прочности. Через 12 мес хранения в 0,5%
растворе формалина предел прочности на изгиб сни-
жался на 3%, а в 0,25% случаев — на 15—16°/0.
В перечисленных и других работах по этой теме ос-
тались неизученными вопросы о влиянии гнилостных
изменений в изолированной и в неизолированной кост-
ной ткани, а также сравнительная оценка свойств
«живой» и «мертвой» кости, что имеет большое значение
для биомеханики и судебной медицины.
С целью изучения этих вопросов С. А. Корсаков
(1977) исследовал удельную ударную вязкость диафи-
зов бедренных костей кроликов непосредственно после
смерти животных (контроль) и при различных сроках
и способах хранения. В первой серии экспериментов
образцы хранили в слабом растворе формалина (0,5%)
при температуре +2—[-4 °C в течение 7, 30 и 60 сут
после смерти.
Во второй серии образцы хранили в воде при тем-
пературе 4-2—[-4 °C в течение 7 и 30 сут. В третьей
серии образцы сохранялись совместно с мягкими тка-
нями в течение 12 сут. Часть образцов последней серии
находилась в трупе животного, другая — вне его при
температуре 16—18 °C.
57
Ь результате исследования были выявлены определен-
ные закономерности изменения сопротивляемости кост-
ной ткани к действию ударных нагрузок в зависимости от
сроков и условий хранения. При хранении образцов в
слабом растворе формалина установлено незначитель-
ное снижение удельной ударной вязкости в течение пер-
вых 7 сут, последующее увеличение ее до исходного
уровня к 30-м суткам и незначительное превышение к
60-м суткам хранения. При изучении влияния гнилост-
ных процессов в изолированной кости отмечалось неко-
торое снижение удельной ударной вязкости в первые сут-
ки хранения; в дальнейшем значение ее возвращалось к
первоначальному уровню. При гниении костей-образцов
вместе с мягкими тканями, особенно в трупе животного,
наблюдалось повышение сопротивляемости к ударным
нагрузкам при значительном размахе варьирования по-
лученных разультатов, что можно объяснить неравно-
мерностью процессов гниения в кости. Повышение сопро-
тивляемости в таких случаях связано с тем, что в про-
цессе гниения образуется значительное количество
жидкости, которая, по мнению Н. А. Брудницкой (1951)
и В. И. Добряка (1966), в значительной степени влияет
на механические свойства костей.
Установление зависимости механических свойств
костей от длительности и условий хранения позволяет
дать рекомендации по отбору и хранению костей для
биомеханических испытаний. Для исследования меха-
нических свойств костей человека образцы необходимо
изымать из трупов не более чем через 1—2 дня с мо-
мента смерти человека, т. е. до развития гнилостных
процессов, оказывающих влияние на механические свой-
ства костей. Эти образцы можно хранить в слабых
растворах формалина до 30—60 сут, в течение которых
не происходит существенного изменения механических
костей.
При экспериментальном моделировании на биомане-
кенах достоверные результаты могут быть получены
только при использовании биоманекенов, не имеющих
признаков гниения. При этом не происходит значитель-
ных изменений механических свойств костной ткани,
что позволяет исследователям правомерно сравнивать
результаты экспериментов со сходными случаями,
встречающимися на практике.
Глава IV
БИОМЕХАНИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ
МЯГКИХ ТКАНЕЙ ГОЛОВЫ
И КОСТЕЙ ЧЕРЕПА
Вопросы биомеханики повреждений мягких
тканей головы и костей черепа изучались на биомане-
кенах путем причинения дозированных ударов затылоч-
ной и лобно-теменной областям головы, а также при
ударах головой вследствие самопроизвольного падения
человека навзничь, а также при падении человека на
плоскости различной жесткости с предшествующим
ускорением. Кроме того, исследовались упругие свойства
головы, кривизна и радиус кривизны наружной поверх-
ности головы. Эти исследования позволили подойти к
определению критической нагрузки, приводящей к об-
разованию переломов костей свода черепа, с учетом его
формы и механических свойств костной ткани и возрас-
та человека. Принимая во внимание установленную
идентичность прочностных свойств «живой» и «мертвой»
костной ткани, полученные результаты исследований
могут быть использованы в практике судебно-медицинс-
кой экспертизы и при разработке индивидуальных
средств защиты головы (каски, шлемы).
Биохимические модели повреждений
мягких тканей головы и костей черепа
при ударах головой о плоскую поверхность
и при ударе по голове твердыми
тупыми предметами
Эксперименты по моделированию повреждений, воз-
никающих при ударах головой о плоскую поверхность,
проводились на специальном стенде конструкции
И. И. Антуфьева (рис. 7, 8).
Стенд состоит из массивного металлического основания (рамы)
345ХЮ5 см (3) с укрепленными на нем двумя вертикальными па-
раллельными стойками (1). К стойкам посредством металлической
59
Рис. 7. Общий вид стенда для причинения дозированных ударов
различными областями головы биоманекена (объяснение в тексте).
Рис. 8. Схема стенда (объяснение в тексте).
оси крепится поворотный стол (4) с размещенным на нем креслом
(5). Нижний конец поворотного стола (4), обращенный к стойке (2),
снабжен амортизирующими упорами из литой резины, а также сто-
порным устройством, исключающим обратный ход стола в момент
удара. К нижней части поворотного стола (4) при помощи крюков
(9) прикрепляются от одного до девяти резиновых шнуровых амор-
тизаторов диаметрами 9, 12, 14 и 18 мм (10), которые вторыми
своими концами крепятся к раме основания стенда (3). Поворот-
ному столу с натянутыми амортизаторами при помощи лебедки
БЛ-47 (11) и троса (12), прикрепленного посредством крюка
к верхней части поворотного стола (4), придается определенный
угол наклона (15°, 30°, 45°, 60°, 75°). При этом нижний край стола
перемещается по направлению-к стойке (2), а верхний — в противо-
положную сторону. В таком положении стол удерживается фикси-
рующим устройством (8) при помощи зубчатого сектора (7), к ко-
торому прикреплена градуированная шкала, показывающая угол
наклона поворотного стола (4). Перемещение последнего в перво-
начальное положение приводится путем нажатия педали (13), кото-
рая разъединяет фиксирующее устройство (8) с зубчатым секто-
ром (7), а натянутые резиновые амортизаторы, сокращаясь, оттяги-
вают стол в вертикальное положение.
К стойке (2), имеющей предусмотренную возможность перемеще-
ния по основанию стенда (3), на высоте 150 см от него, крепится
металлическая плита (6) размерами 47,5X45X2,5 см, которую при
помощи поворотного устройства (14) можно отклонять от вертикаль-
ной оси.
Биоманекен размещается в кресле поворотного стола (5) с та-
ким расчетом, чтобы передняя, боковая или задняя поверхности
его головы были обращены в сторону металлической плиты (6).
Об эту плиту производятся удары соответствующей областью голо-
вы с причинением определенных поверждений (рис. 9, 10). Тело
биоманекена крепится специальной системой к креслу и стойкам
поворотного стола, это исключает движение тела в момент движения
головы. При остановке стола в вертикальном положении голова
биоманекена двигалась по инерции и ударялась о металлическую
плиту. Изменяя количество и диаметр амортизаторов, а также углы
наклонов поворотного стола, приводящих к большему или меньшему
растяжению амортизаторов, можно получить различные скорости
движения головы и соответственно им различные ударные воздей-
ствия на определенные области головы биоманекена.
Скорость приближения головы к металлической плите стенда
зависела не только от количества и диаметра амортизаторов и из-
мерения угла наклона поворотного стола, но также от изменения
высоты установки кресла на поворотном столе и массы головы био-
манекена. Сила" натяжения шнуровых амортизаторов вычислялась
заранее путем предварительной их тарировки, путем сравнения
с силой натяжения стандартных образцов (табл. 1).
С увеличением угла наклона поворотного стола, диаметра и
числа амортизаторов возрастала силд их натяжения. Так, один
амортизатор диаметром 18 мм при угле наклона стола 60° создавал
силу натяжения в 100 кгс. При присоединении к нему еще одного
амортизатора диаметром 12 мм и том же угле наклона стола созда-
валось натяжение в 140 кгс и т. д.
Перед началом эксперимента для исключения возможности пред-
шествующих повреждений производилась обзорная рентгенография
61
Рис. 9. Схема размещения биоманекена в кресле поворотного стола
для причинения дозированного удара лобно-теменной областью.
Рис. 10. То же в натуральном виде при подходе головы биоманеке-
на к плите стенда.
Таблица!
Зависимость силы натяжения амортизаторов от их диаметра
и угла наклона поворотного стола
Диаметр амортизато- ров, мм Угол наклона стола
15° 30° 45° 60° 95°
10 10 15 20 36 40
12 18 25 30 40 50
14 25 35 40 75 95
18 50 60 80 100 120
костей черепа в прямой и боковой проекциях (аппарат Мобиликс,
УД Р-40).
После экспериментов в целях выявления и фиксирования полу-
ченных повреждений рентгенография повторялась. Площадь соуда-
рения головы с металлической плитой стенда замерялась с помощью
планиметра по отпечатку, полученному на бумаге. Последняя на-
клеивалась на плиту стенда, покрытую тонким слоем черной типо-
графской краски.
В процессе экспериментов производилась скоростная киносъем-
ка камерами «Пентоцет-16», СК-1, дающих до 1000 кадров в секун-
ду; киносъемка документировала ход экспериментов и позволяла
по контурограммам кадров кинопленки (рис. И) определять основ-
ные параметры удара.
Перед киносъемкой для получения четкого контура объекта
съемки биоманекен одевали в черный комбинезон, голову закрывали
тонкой белой хлопчатобумажной тканью. Для определения переме-
щений головы биоманекена, необходимого для расшифровки кино-
пленки, на отдельные ее области (различные в зависимости от за-
дач эксперимента) наклеивали реперные точки. Контрастирующая
Рис. И. Контурограм-
ма кадров скоростной
киносъемки.
63
Рис. 12. Схема конту-
рограммы (объясне-
ние в тексте).
неподвижная точка в виде креста укреплялась на белом фоне стены
сбоку от стенда. Дешифрование кинопленки производилось с по-
мощью кадрового дешифратора ППУ-3 с дистанционным управле-
нием и масштабом изображения на экране 1 : 2. Для целей деши-
фрования на расстоянии 4,5 см от дешифратора устанавливался чер-
тежный кульман с укрепленным на нем листом бумаги (экран). На
экран через дешифратор проецировали первый кадр кинопленки,
зафиксировавший момент остановки стола стенда с размещенным в
его кресле биоманекеном, и отмечалось положение головы по двум
ее реперным точкам (рис. 12, точки А, В). Одновременно вычерчива-
лось изображение неподвижной контрастирующей точки. Затем на
экран последовательно проецировалась 6, 11, 16-й и последующие
кадры (через каждые пять), и указанным выше способом отмеча-
лось положение реперных точек А2, А3, Вь В2 и т. д., фиксирующих
путь движения головы. Измеряя на экране расстояние между двумя
близлежащими реперными точками, устанавливали траекторию дви-
жения головы за пять кадров, а затем, сложив расстояние между
всеми точками, определяли путь головы биоманекена с момента
остановки стола стенда до момента ее соприкосновения (удара)
с плитой стенда. Если считать, что движение по инерции на корот-
ком отрезке пути является равномерным и совершается с постоян-
ной скоростью, то движение головы между двумя реперными точка-
ми происходит в течение 0,005 с (продолжительность одного кад-
ра 0,001 с). Отсюда можно рассчитать общее время (t), затраченное
на преодоление всего пути от начала движения головы до момента
ее удара. Зная путь головы биоманекена (S) и время, затраченное
на движение (t), можно по формуле
S
^0 = —. (4.1)
установить скорость. Угол подхода головы (а) определялся по кон-
турограммам путем соединения двух близлежащих реперных точек
прямой линией, направленной к плоскости плиты стенда. Путем
графического разложения скорости подхода головы (Vo) по правилу
64
Рис. 13. Схема направления
составляющих скорости под-
хода головы.
параллелограмма (рис. 13) можно установить касательную состав-
ляющую (Vy) и нормальную составляющую (Vx), которая фактиче-
ски являлась скоростью соударения (значение Vy при угле а, при-
ближающемся к 90°, бесконечно мало и практически равно нулю).
Время удара устанавливалось также по осциллограммам на
шлейфовых осциллографах (типа К-20-21 и Н-102) посредством дат-
чиков ДУ-5 индуктивного типа, размещенных на голове биомане-
кена.
Необходимо отметить, что любое тело, в том числе и кости
черепа, обладают известным запасом прочности, определяющим их
упругие свойства и выражающимся через так называемый коэффи-
циент восстановления К. Величина К определялась из соотношения
скорости соударения после удара к скорости в момент удара.
Полученные данные использовались для математических расче-
тов основных параметров — силы и работы. Сила удара (Г), за-
траченная на преодоление запаса прочности костей и их разруше-
ние, определялась по формуле:
F = (1 + A)-2L^L. (4.2)
где к — коэффициент восстановления, m — масса головы; ух— ско-
рость соударения; т — время удара.
Работу удара (А), затраченную на разрушение костей и выра-
жающуюся разностью между кинетической энергией тела до и после
удара, рассчитывали по формуле:
A = (4.3)
5 А. П. Громов
65
В части экспериментов для регистраций возникающих усилий ис-
пользовались мессдозы — специальные тензометрические устройства
(15), которые закрепляли между металлической плитой стенда (6)
и ее стойками (2) и соединяли проводами с регистрирующей аппа-
ратурой.
По осциллограммам определяли силу и время удара, ударный
импульс, а также коэффициент восстановления.
Тяжесть повреждений костей черепа при ударе головой зависит
не только от скорости соударения, силы и работы удара, но и
от величины возникающих при ударе перегрузок, т. е. отношения
действующей силы к массе головы. Исходя из этого, в ряде экспе-
риментов производилось измерение ударных перегрузок. Перегрузки
определяли при помощи датчиков ДУ-5 индуктивного типа. Один
датчик перегрузок монтировали на металлическую пластину, второй
крепили непосредственно к раме стола в области заголовника.
Регистрацию перегрузок производили на шлейфовом осциллографе
типа К-20-21 при скорости протяжения фотобумаги 1 мс.
Сочетание указанных методик позволило более точно установить
основные физические параметры ударных нагрузок.
При изучении повреждений, образующихся при ди-
намических дозированных нагрузках, локализующихся
в лобно-теменной, височно-теменной и затылочной
областях головы (всего произведено около 300 экспери-
ментов), были выявлены некоторые закономерности
между физическими параметрами ударных нагрузок
(сила и работа удара, время удара, жесткость и пло-
щадь поверхности соударения и др.) и характером обна-
руженных повреждений с учетом локализации ударного
воздействия на голову и индивидуальными особеннос-
тями головы (форма, толщина мягких тканей и костей
черепа, густота волосяного покрова и др.).
Костные повреждения, возникающие в результате
удара, выявлялись обзорной рентгенографией черепа в
прямой и боковой проекциях. Затем рентгенограммы,
полученные до эксперимента и после него, подвергались
сравнительному изучению и сопоставлялись с данными
судебно-медицинского исследования трупа.
Во время вскрытия обращалось внимание на состоя-
ние черепных швов, степень сращения твердой мозговой
оболочки с внутренней поверхностью свода черепа, на-
личие или отсутствие отпечатков рельефа мозговых из-
вилин, степень выраженности пальцевых вдавлений на
костях основания черепа и т. д.
Локализация и характер распространения повреж-
дений костной ткани фиксировали на контурных схемах
Сфотографировали. Часть черепов, извлеченных из тру-
пов, подвергались выварке, после чего препараты иссле-
66
довали дополнительно. Края субмакроскопических
трещин импрегнировали раствором туши.
Измерение ширины переломов основания черепа про-
изводили следующим образом. На поверхность иглы из
стандартного набора наносили тонкий слой пластилина,
несколько увеличивающий диаметр иглы. При свобод-
ном (без усилия) введении иглы в линию перелома
пластилин сдвигался кверху до тех пор, пока ширина
перелома не совпадала с диаметром иглы. На этом
уровне, т. е. по линии сдвинутого пластилина, произво-
дили измерение диаметра иглы посредством штанген-
циркуля с градуировкой шкалы до 0,01 мм.
При дозированных ударах затылочной областью го-
ловы (Н. А. Веремкович, 1969) первые макроскопически
заметные нарушения целости костей черепа появлялись
в виде единичных трещин в области задней черепной
ямки начиная с силы удара 430 кгс, работы удара
3,2 кгс-м и скорости соударения 3,7 м/с. Трещины ло-
кализовались на дне нижних отделов задней черепной
ямки и имели выраженное заднепереднее направление.
Они проходили слева или справа от средней линии и
достигали длины 0,5—1 см. Передний конец указанных
трещин слепо заканчивался в дне задней черепной ям-
ки, не доходя 1,5—2 см до одного из боковых краев
большого затылочного отверстия.
При силе удара 500 кгс степень выраженности таких
трещин в области нижних отделов задней черепной ямки
была большей. Они достигали длины 1,5—2 см. Слепо
начинаясь слева или справа от нижнего края поперечной
борозды крестообразного возвышения, трещины направ-
лялись кпереди параллельно внутреннему затылочному
гребню на расстояние 2—3 см от средней линии и за-
канчивались, не доходя 2—3 см до задней поверхности
пирамиды височной кости.
В случаях локализации удара в области затылочно-
го бугра трещины проходили тотчас около одного из
краев внутреннего затылочного гребня, заканчиваясь у
заднего края большого затылочного отверстия. Когда
же удар приходился слева или справа от затылочного
бугра, трещины шли несколько в косом направлении
на расстоянии 2—2,5 см левее или правее внутреннего
затылочного гребня. Несмотря на сагиттальное направ-
ление удара, трещины обходили внутренний затылочный
гребень, который при указанной силе удара обычно не
5* 67
повреждался. Следовательно, повреждения распростра-
нялись по наиболее слабым местам задней черепной
ямки, в частности по дну нижних ее отделов.
Если сила удара достигала 520 кгс, работа удара
3,9 кгс-м, а скорость соударения 3,8 м/с, то в области
задней черепной ямки наблюдалось образование не-
скольких трещин длиной 2—3 см, начинающихся не-
сколько выше переднего края поперечной борозды и
слепо заканчивающихся на расстоянии 1,5—2 см от
задней поверхности пирамиды височной кости.
С увеличением силы удара головой о неподвижную
преграду повреждения костей основания черепа имели
более выраженый характер. Линии переломов достигали
большей длины (3,5—5 см), начинались выше кресто-
образного возвышения, пересекали поперечные борозды
и заканчивались у заднего или боковых краев большого
затылочного отверстия.
В некоторых случаях линии переломов отклонялись
в сторону и достигали задней поверхности пирамиды
правой или левой височной кости, причем переломы
распространялись кпереди от места удара и имели не-
сколько извилистый характер. Передний конец их рас-
полагался на расстоянии 3—4 см слева или справа от
яремного отверстия.
Если место соударения располагалось слева или спра-
ва от затылочного бугра на расстоянии 3,5—4,5 см, то
в этих случаях определялось несколько линий перело-
мов. Одна из них шла параллельно внутреннему заты-
лочному гребню, а вторая, пересекая сагиттальную бо-
розду выше крестообразного возвышения, переходила в
противоположную половину задней черепной ямки и за-
канчивалась у соответствующего края большого заты-
лочного отверстия.
При дальнейшем увеличении физического воздейст-
вия (сила удара 580 кгс, работа удара 4,7 кгс-м, ско-
рость соударения 4,5 м/с) продольно идущие переломы
задней черепной ямки соединялись между собой допол-
нительными линиями переломов косого и поперечного
направления. Возникновение дополнительных переломов
наблюдалось лишь в одной половине (левой или пра-
вой) задней черепной ямки соответственно месту соуда-
рения, в то время как на противоположной стороне
проходила одиночная линия перелома, которая слепо
заканчивалась у задней поверхности пирамиды височ-
68
ной кости. Иногда от основных переломов, под острым
углом к ним, отходили дополнительные линии перело-
мов, причем вершины углов всегда были обращены к
месту соударения. Дополнительные переломы длиной
1,5—2 см чаще отходили от основной линии перелома
вблизи заднего края большого затылочного отверстия.
Дальнейшее увеличение силы удара головой сопро-
вождалось образованием в задней черепной ямке не-
правильной формы костных осколков, которые чаще
располагались в нижних ее отделах, слева или справа
от средней линии. Локализация осколочных переломов
зависела от места соударения. Если оно располагалось
слева от затылочного бугра, то осколочные переломы
образовывались в левой половине задней черепной ям-
ки, и наоборот.
Изучая характер переломов, локализующихся в об-
ласти задней черепной ямки, Н. А. Веремкович (1969)
обратил внимание на то, что максимальное зияние пере-
лома наблюдалось не в месте приложения силы, как
указывают некоторые авторы, а там. где кость наиболее
тонка. Во всех исследуемых автором случаях ширина
переломов у места их отхождения, непосредственно в
области соударения, колебалась в пределах 0,01 —
0,03 мм. На протяжении соответственно нижним отделам
задней черепной ямки, где отмечалось истончение кости,
ширина их была и равнялась 0,04—0,06.
Если сила удара превышала 600 кгс, переломы из
задней черепной ямки, пересекая пирамиды височных
костей в продольном направлении, переходили в сред-
нюю черепную ямку, достигая больших крыльев основ-
ной кости. Переходя в среднюю черепную ямку, линии
переломов принимали более медиальное направление,
заканчиваясь иногда у боковых краев турецкого седла.
Исследования Н. А. Веремковича (1969) показали,
что в большинстве случаев переломы, достигающие
средней черепной ямки, проходят через пирамиды височ-
ных костей. Относительная частота переломов может
быть объяснена их неоднородным строением. Наряду
с прочными участками (скалистая часть) в них имеются
хрупкие отдолы, такие как барабанная полость и об-
ласть внутреннего слухового прохода, где наиболее часто
встречались переломы пирамид, причем глубина пере-
ломов в области внутреннего слухового прохода была
довольно значительной,
69
С переходом переломов в среднюю черепную ямку
повреждения костей задней черепной ямки значительно
возрастали. Часть переломов из одной половины задней
черепной ямки переходила в другую, пересекая внутрен-
ний затылочный гребень спереди от крестообразного
возвышения. Кроме того, в области задней черепной
ямки находились треугольной формы костные отломки
в количестве от двух до четырех. В некоторых случаях
линии переломов, достигнув средней черепной ямки,
веерообразно разветвлялись. При этом часть ответвле-
ний длиной 1 —1,5 см заканчивалась у бокового края
турецкого седла, остальные длиной 2—3 см достигали
наружной трети больших крыльев основной кости.
В процессе проведения экспериментов было установ-
лено также, что свод черепа обладает большим запасом
прочности по сравнению с основанием и может выдер-
живать более значительные механические нагрузки.
Так, для повреждения костей свода черепа требовалась
Сила удара около 800 кгс (работа удара 7 кге-м и
скорость соударения 6 м/с). Первоначальные повреж-
дения костей свода черепа локализовались в чешуе
затылочной кости и представлялись в виде единичных
трещин длиной от 0,5 до 2 см. Указанные трещины чаще
повреждали одну костную пластинку — наружную или
внутреннюю.
С увеличением интенсивности удара возрастала и
протяженность переломов. Они начинались непосредст-
венно от места соударения, обычно шли параллельно
средней линии на расстоянии 2—3 см от нее, вертикаль-
но опускаясь на основание черепа. Затем проходили по
дну задней черепной ямки, заканчиваясь у боковых
краев большого затылочного отверстия или у заднего
края пирамиды височной кости. В ряде случаев от ос-
новного перелома под острым углом к нему отходили
дополнительные линии переломов. Место отхождения
дополнительных переломов располагалось в основном в
левой или в правой половине чешуи затылочной кости.
Ни в одном из экспериментов, сопровождавшихся по-
вреждением костей свода черепа, дополнительные ли-
нии переломов не отходили от наружного затылочного
бугра.
В некоторых экспериментах дополнительные перело-
мы располагались не только в области чешуи затылоч-
ной кости, т. е. ниже ламбдовидного шва, но могли
отходить и выше его, слепо заканчиваясь в левой или
70
правой теменной кости. Это наблюдалось тогда, когда
основная линия перелома распространялась на темен-
ную кость.
Если место соударения головы с неподвижной пре-
градой располагалось на 3—4 см выше затылочного
бугра и строго по средней линии, то при силе удара
820 кгс (работа удара 7,3 кгс-м, скорость соударения
6,1 м/с) наблюдалось частичное расхождение ламбдовид-
ного и стреловидного швов без наличия дополнительных
переломов. Чаще отмечалось расхождение лишь одной
половины ламбдовидного шва, идущее вправо или влево
от его вершины на длину 3—4 см. Расхождение ламб-
довидного шва в области его вершины всегда сопрово-
ждалось частичным расхождением нижней трети стре-
ловидного шва.
Исследования И. А. Веремковича (1969) не подтвер-
ждают данные А. С. Игнатовского (1892) о том, что
расхождение швов на своде черепа не переходит непо-
средственно в перелом. Так, при силе удара 860 кгс
повреждения свода черепа представлялись в виде рас-
хождения ламдовидного шва на длину до 7 см. Это
расхождение распространялось вправо или влево от
нижнего конца стреловидного шва почти на одинако-
вые расстояния. Кроме того, на 1,5—3 см правее или
левее вершины ламбдовидного шва, от места расхожде-
ния его отходили трещины длиной до 3 см, которые лока-
лизовались в теменной кости, где слепо заканчивались.
Характерной особенностью повреждений костей сво-
да черепа являлось также наличие трещин на наружной
костной пластинке, в то время как на внутренней плас-
тинке отмечалось образование мелких костных оскол-
ков, возникновение которых можно объяснить меньшей
сопротивляемостью кости на растяжение, чем на сжатие.
В некоторых случаях при силе удара 880 кгс в об-
ласти верхних отделов задней черепной ямки возникали
множественные, пересекающие друг друга в косом и
поперечном направлении линии переломов. При наличии
таких множественных переломов, сохраняющих в основ-
ном продольное направление, появлялись многоосколь-
чатые костные отломки треугольной и неправильной
формы размерами от 0,3X0,2X0,1 см до 0,8X0,5X0,3 см,
один край которых обычно выступал в полость черепа.
Образование таких множественных переломов и костных
отломков соответствовало месту соударения, в другой
71
половине задней черепной ямки таких переломов и Ко-
стных отломков не отмечалось.
Н. А. Веремкович (1969) не наблюдал повреждений
костей свода черепа, располагающихся строго по сред-
ней линии, хотя направление удара обычно соответст-
вовало сагиттальной плоскости. Чаще переломы прохо-
дили на расстоянии 2—3 см правее или левее средней
линии. Подобное явление можно объяснить наличием в
чешуе затылочной кости срединных участков утолщения
соответственно внутреннему затылочному гребню.
С повреждением костей свода черепа нарушался и
предел его упругости. Наступала необратимая дефор-
мация кости. В таких случаях площадь соударения го-
ловы была на 0,5—1 см2 больше, чем при повреждениях
только костей основания черепа, когда деформация сво-
да черепа, возникающая в результате удара, была
обратимой. Увеличение площади соударения вполне за-
кономерно, так как затылочная кость вследствие на-
ступления необратимой деформации уплощалась в мо-
мент удара в большей степени, чем при образовании
непрямых переломов.
При силе удара 900 кгс (работа удара 9,5 кгс-м,
скорость соударения 6,7 м/с) переломы со свода черепа
вертикально спускались на его основание, повреждая
все три черепные ямки и заканчиваясь у петушьего
гребня. Переходя в переднюю черепную ямку, линии пе-
реломов распространялись по наиболее слабым ее мес-
там, т. е. по крыше глазницы и продырявленной пласти-
не решетчатой кости. При такой силе воздействия в ря-
де экспериментов наблюдались своеобразные переломы.
От места соударения, располагающегося у вершины
лабдовидного шва, они опускались на основание чере-
па, проходя на расстоянии 0,5 см от наружного края
задней черепной ямки. Далее эти переломы отклонялись
вправо или влево от средней линии, проходили по гра-
нице свода и основания черепа. Затем, не пО|вреждая
пирамид височных костей, они переходили в среднюю
черепную ямку, заканчиваясь у линии шва между кры-
шей глазницы и малым крылом основной кости.
Если сила удара достигала 1100 кгс (работа удара
10,3 кгс-м, скорость соударения 6,8 м/с), то наряду с
повреждением свода возникал полный перелом костей
основания черепа, проходящий по средней черепной ям-
ке в поперечном направлении. Данный перелом возни-
72
кал вследствие слияния ряда линий переломов, локали-
зующихся в области трех черепных ямок черепа.
При дальнейшем увеличении силы удара переломы
свода черепа распространялись на значительное рассто-
яние от места соударения. В таких случаях наблюдалось
беспорядочное хаотичное отхождение добавочных линий
переломов в месте соударения. Образующиеся перело-
мы, пересекаясь между собой, образовывали костные
фрагменты неправильной треугольной формы в количе-
стве от двух до четырех. Переходя на теменную кость,
линии переломов пересекали лабдовидный шов и слепо
заканчивались на теменной кости. При пересечении
ламбдовидного шва линии переломов чаще сохраняли
свое первоначальное направление.
Иногда переломы на своде черепа с теменной кости,
пересекая венечный шов, переходили на лобную кость.
В этих случаях в области надглазничных отростков
лобной кости появлялись множественные линии пере-
ломов, расположенные по краям продырявленной плас-
тины решетчатой кости и местами переходящие на нее.
При наличии множественных переломов в области пе-
редней черепной ямки связь между лобной и решетча-
той костями нарушалась и дырчатая пластина решетча-
той кости свободно смещалась в вертикальном направ-
лении.
При силе удара, превышающей 1100—1200 кгс, на-
блюдалось возникновение множественных переломов
как свода, так и основания черепа, эти переломы были
столь многочисленны, что практически не представля-
лось возможным говорить о каких-либо выраженных
закономерностях. Однако при тщательном изучении дан-
ных повреждений можно было отметить основное зад-
непереднее направление линий переломов.
Рентгенологическое исследование повреждений костей
основания черепа не всегда подтверждало данные су-
дебно-медицинского исследования трупа. На рентгено-
граммах линии переломов были менее выражены и пол-
ностью не отображали истинный характер поврежде-
ний. При рентгенологическом исследовании повреждений
костей свода черепа наиболее трудно распознавались
трещины внутренней костной пластинки затылочной
кости, которые иногда принимались за тени сосудистых
бороздок. Это необходимо иметь в виду при диагностике
аналогичных повреждений у живых людей.
73
При дозированных ударах лобно-теменной областью
головы (А. В. Маслов, 1970) первые макроскопически
заметные нарушения целости костей черепа появлялись
в виде единичных трещин в области передней черепной
ямки начиная с силы удара 400 кгс. Трещины распола-
гались на дне передней черепной ямки и, начинаясь в
передней или средней трети надглазничных отростков
лобной кости, направлялись кзади, достигая длины
0,9—1,5 см. Они проходили параллельно продырявленной
пластинке решетчатой кости или через нее и заканчи-
вались у линии шва между крышей глазницы и малыми
крыльями основной кости. В ряде случаев трещины сле-
по заканчивались, не доходя до наружного края малых
крыльев основной кости. Несмотря на сагиттально на-
правленную энергию удара, трещины обходили петуший
гребень, который обычно не повреждался. Повреждения
распространялись по наиболее слабым местам передней
черепной ямки, т. е. по крыше глазницы и продыряв-
ленной пластинке решетчатой кости. При силе удара
470 кгс отмечалось появление двух трещин, проходивших
параллельно продырявленной пластинке решетчатой
кости справа и слева от нее.
По мере нарастания скорости соударения головы с
неподвижной преградой и увеличения силы удара до
510 кгс количество трещин в области надглазничных
отростков лобной кости возрастало. Трещины достигали
большей длины (2,5—3 см) и располагались не только
у краев продырявленной пластинки решетчатой кости
справа или слева от нее, но и в средней и наружной
трети надглазничных отростков. С увеличением физи-
ческого воздействия продольно идущие трещины костей
передней черепной ямки соединялись между собой до-
полнительными трещинами косого и поперечного на-
правления. Если сила удара достигала 600 кгс, возни-
кали неправильно треугольной формы костные фраг-
менты продырявленной пластинки решетчатой кости.
Вершины подобных костных фрагментов, как правило,
были обращены в сторону удара.
При силе удара головой 560—710 кгс трещины пере-
ходили в среднюю черепную ямку, принимая более ме-
диальное направление. Как правило, они пересекали
борозду перекреста зрительных нервов в средней трети
и, опускаясь далее в ямку гипофиза, в ряде случаев пе-
реходили на спинку турецкого седла.
74
При переломах костей передней и средней черепных
ямок на тело и большие крылья основной кости пере-
ходили не все трещины, располагавшиеся в области над-
глазничных отростков лобной кости и продырявленной
пластинки решетчатой кости. Часть трещин слепо за-
канчивалась, достигнув линии шва между крышей глаз-
ниц и малыми крыльями основной кости, а часть — в
области малых крыльев.
Наряду с многочисленными трещинами надглазнич-
ных отростков лобной кости, частично переходившими в
среднюю черепную ямку, возникали и поперечные тре-
щины, распространявшиеся вдоль свободных краев ма-
лых крыльев основной кости. Иногда наблюдался пере-
лом, проходивший по шву между крыльями основной
кости и крышей глазницы.
А. В. Маслов (1970) не подтверждает данные
А. С. Игнатовского (1892), П. И. Корчица (1972), кото-
рые отмечали, что трещины обычно обходят толстые
места основания черепа, а на отверстиях и швах закан-
чиваются. Результаты исследований А. В. Маслова по-
казывают, что при достаточной энергии удара швы и
естественные отверстия не оказывают влияния на на-
правление трещин, что согласуется с наблюдениями
А. И. Зебольда (1943), В. И. Крюкова (1962).
При силе удара 610 кгс отмечалось образование
двусторонних поперечных трещин костей средней череп-
ной ямки, возникавших вследствие соединения через ту-
рецкое седло медиальных концов продольных переломов
передних поверхностей пирамид височных костей. Таким
образом, эксперименты А. В. Маслова (1970) подтвер-
дили данные Н. Г. Кузнецова (1938) о том, что про-
дольные переломы средней черепной ямки по сравнению
с поперечными весьма редки. Кроме того, наблюдения
А. В. Маслова согласуются с исследованиями Т.Н. Клу-
шиной и Л. 3. Кессель (1935), которые не отмечали ни
одного поперечного перелома костей средней черепной
ямки, не захватывавшего пирамиду.
При силе удара 702—815 кгс повреждались не толь-
ко кости основания черепа, но и его свода в области со-
ударения. Почти во всех случаях трещины свода черепа
сочетались с ушибленными ранами мягких тканей лоб-
но-теменной области головы, что дает основание при
повреждении всех слоев кости отнести эти травмы к
группе открытых переломов.
75
Как правило, при указанной силе удара появлялась
единичная трещина лобной кости в месте соударения,
которая обычно располагалась справа или слева от
средней линии. В области средней или внутренней трети
одной из надбровных дуг нижний, более расширенный
конец трещины переходил в переднюю черепную ямку.
Длина подобных трещин колебалась от 4 до 6,5 см. На
протяжении трещины от нее могло отходить от 1 до 4—
5 добавочных трещин длиной от 0,5 до 1 см. Последние
образовывали с основной трещиной острые углы, верши-
ны которых были обращены к надбровным дугам. Ни в
одном эксперименте добавочные трещины не отходили в
области надбровных дуг.
При повреждении костей свода в области соударе-
ния, в передней черепной ямке, помимо трещин, слепо
начинавшихся в средних или нижних отделах надглаз-
ничных отростков лобной кости, появлялись трещины,
переходившие в переднюю черепную ямку со свода че-
репа. Они, как правило, распространялись в направле-
нии действия травмирующей силы. В таких случаях на
надглазничных отростках лобной кости появлялись
множественные пересекавшие друг друга в косом и
поперечном направлении трещины, располагавшиеся по
краям продырявленной пластинки решетчатой кости и
местами переходившие на нее. При наличии множествен-
ных трещин связь между лобной и решетчатой костями
нарушалась и продырявленная пластинка решетчатой
кости смещалась в вертикальном направлении. Че-
рез образовавшееся отверстие вытекало умеренное
количество жидкой крови, наполнявшей отдельные
ячейки решетчатой кости и пазуху основной кости.
При этом нарушалась целостность бумажной пластинки
внутренней стенки глазницы. В клетчатке верхневнут-
ренних отделов глазниц при наличии множественных
трещин выявлялись ограниченные или сливающиеся
между собой кровоизлияния насыщенно темно-красного
цвета, образовавшиеся, по-видимому, вследствие разры-
ва кровеносных сосудов при смещении глазных яблок в
момент удара.
Трещины лобной кости проходили в большинстве
случаев через лобные бугры, что объясняется их высту-
пающим положением. Наиболее выпуклый участок чере-
па при воздействии травмирующей силы уплощается
больше и, следовательно, повреждается в более значи-
76
тельной степени. Трещины, возникавшие в области лоб-
ных бугров, распространялись радиально в виде лучей,
что также связано с уплощением и последующим рас-
трескиванием кости.
При силе удара 815 кгс линия перелома лобной кости
разветвлялась в своем конечном отделе, причем ответвле-
ния достигали длины 3,5 см. Иногда в области лобного
бугра возникали радиальные трещины, распространяв-
шиеся к периферии от неповрежденного центра бугра.
По нашему мнению, механизм образования подобных
трещин следующий: область лобного бугра в месте со-
ударения с металлической плитой подвергалась упло-
щению и выпрямлению с увеличением диаметра упло-
щенного участка. Уплощенный участок растягивает,
«распирает» окружающую костную ткань, что и при-
водит к образованию радиальных трещин. Исследования
А. В. Маслова (1970) подтвердили данные А. С. Игна-
товского (1892), описавшего впервые подобные трещи-
ны «от распора».
При появлении переломов костей свода черепа в об-
ласти соударения (прямые переломы) предел упругости
свода черепа нарушался и наступала необратимая де-
формация кости. В таких случаях площадь соударения
головой была на 0,5—1 см больше, чем при переломах
лишь костей основания черепа, когда деформация свода
черепа, возникавшая в результате удара, была обрати-
мой.
При силе удара 740—1090 кгс к повреждениям костей
передней и средней черепных ямок свода черепа в об-
ласти соударения присоединялись и переломы костей
задней черепной ямки.
Если сила удара превышала 900 кгс, то возникавшие
трещины свода черепа выходили за пределы площади
соударения, распространяясь на наружную пластинку
височных костей. При силе удара около 1000 кгс наблю-
далось беспорядочное хаотичное расположение трещин
в области соударения с образованием отдельных сво-
бодно лежащих костных фрагментов и захождением
трещин на височные кости. При этом часто отмечалась
значительная деформация головы в переднезаднем
направлении вследствие возникновения множественных
переломов костей свода и основания черепа. Трещины и
их ответвления были столь многочисленны, что практи-
чески не представлялось возможным говорить о каких-
77
Рис. 14. Схема маятникового стенда для причинения дозированных
ударов в теменную область головы.
либо четко выраженных закономерностях, хотя можно
было установить переднезаднее направление переломов.
В ходе экспериментов установлено, что рентгеногра-
фическое исследование костей черепа в прямой и боко-
вой проекциях не всегда дает возможность определять
трещины как овода, так и основания черепа. Особенно
часто не выявлялись трещины задней черепной ямки, а
также повреждения лишь одной, наружной или внутрен-
ней, костной пластинки. Для более точного выявления
трещин костей черепа необходимо использование танген-
циальных проекций.
Для нанесения дозированных ударов в теменную об-
ласть головы (О. Ф. Салтыкова и др., 1972) применялся
стенд конструкции Г. С. Болонкина (рис. 14), состоящий
из горизонтально расположенного металлического сто-
ла (1), который может перемещаться в вертикальном
направлении посредством специальных подъемных и
опускающих устройств. В головном конце ствола на
неподвижно крепящихся стойках смонтирован маятник
с рамой (2), вращающийся на горизонтальной метал-
лической перекладине. При включении электрической
лебедки маятник отводился на заданные углы (фикси-
ровались на шкале сектора) от его вертикальной плос-
кости и удерживался в этом положении тормозом.
78
Под ударяющую часть маятника крепилась мессдоза,
которая позволяла с помощью регистрирующих прибо-
ров устанавливать величину ударного воздействия при
ударе маятником по голове биоманекена, лежащего в
горизонтальном положении на столе стенда. Падение
маятника осуществлялось путем отключения тормоза
и срабатывания элекртомагнитного запирающего уст-
ройства, разъединяющего сцепление маятника с его ра-
мой. Увеличение интенсивности удара происходило за
счет увеличения угла отведения маятника. Сила ударных
воздействий определялась по осциллограммам, а также
путем математических расчетов. Для проведения послед-
них сначала по массе маятника и углу его отведения опре-
деляли величину ударного импульса (S) по формуле:
IW
s = —(1 + К), (4.4)
где I — момент инерции маятника; W — угловая ско-
рость маятника; Z — длина маятника (0,77 м); К — ко-
эффициент восстановления (0,36).
Расчет средней силы удара (Fcp) производился по
формуле:
S
F ср = у1 » (4-5)
где время удара Т определялось по кадрам скоростной
киносъемки и осциллограммам.
Всего было произведено три серии опытов на трупах
людей в возрасте от 20 до 80 лет. В первой серии экс-
периментов труп и его голова не фиксировались к сто-
лу, а трупное окоченение полностью разрешалось. Раз-
личные углы отведения маятника создавали нагрузку
от 50 до 221 кгс. При этом во всех 15 экспериментах
этой серии выявились лишь незначительные поврежде-
ния мягких тканей головы соответственно месту удара
маятником, а целость костей черепа не нарушалась. Во
второй и третьей сериях экспериментов тела биомане-
кенов фиксировались, а повреждения наносились при
одном и том же угле отведения маятника (100°), соз-
дающем при падении силу удара 221 кгс. Туловище и
нижние конечности фиксировали системой ремней к
специальным скобам стола стенда. Во второй серии
произведено 22 опыта с разрешенным трупным окоче-
нением во всех мышечных группах, в том числе и шей-
79
но-позвоночном отделе позвоночника, в третьей серии-
15 экспериментов с сохранением окоченения.
Нефиксированная голова в экспериментах первой и
второй серий в момент ударных воздействий совершала
кивательные и небольшие боковые движения, аморти-
зирующие силу удара. В третьей серии экспериментов
голова биоманекенов фиксировалась мягкими проклад-
ками из хлопчатобумажной ткани, что уменьшало ин-
тенсивность кивательных движений головы, но не иск-
лючало боковых ее движений. Видимо, за счет этой
амортизации переломов костей черепа не отмечалось,
за исключением трех нижеприведенных случаев.
Последние относились к трупам лиц мужского пола
в возрасте 30, 35 и 47 лет, хорошо физически развитым
и умершим от механической асфиксии. Кривизна костей,
образующих своды черепа, была слабо выражена, тол-
щина лобной, теменной и затылочной костей была 0,3 см,
височной — 0,1—0,2 см. Во всех трех случаях голова
биоманекена фиксировалась описанным выше способом,
сила удара была 221 кгс. В одном случае наблюдался
оскольчатый перелом теменных костей с двусторонним
переходом трещин в средние черепные ямки при наличии
распространенных расхождений венечного шва. В двух
других случаях повреждения были менее значительны-
ми и выражались в расхождении стреловидного, височ-
ного и частично затылочного швов с меньшим растрес-
киванием внутренней костной пластины. Появление
указанных повреждений можно объяснить небольшой
толщиной костей (легко просвечивались на свет), а также
резким трупным окоченением шейных мышц, препятст-
вующим амортизирующим сгибательным движениям
головы и позвоночника. Этому же способствовала хо-
рошая фиксация тела биоманекена ремнями и ногами
в подошвенный упор.
Описанные три наблюдения можно рассматривать
как исключение за счет индивидуального снижения
прочности истонченных костей и уплощения свода чере<
па. Это объяснение подтверждается рядом эксперимен-
тов с утяжеленным маятником, создающим ударную
нагрузку 600 кгс, когда повреждений костей черепа не
наблюдалось, хотя использовались трупы лиц молодого
и пожилого возраста. Отсутствие костных повреждений
при силе удара 600 кгс следует объяснить не только
движениями головы, но и передачей действующих уси-
80
лий на шейный отдел позвоночника, естественный изгиб
которого оказывал амортизирующий эффект, предохра-
няя череп от появления повреждений.
Проведенные исследования показали большую устой-
чивость костей свода черепа к продольно действующим
нагрузкам при горизонтальном расположении тела не-
зависимо от степени его фиксации и выраженности
трупного окоченения. При этом ударная сила гасилась
не только за счет кивка головой, но и за счет пружи-
нящих сгибаний в тазобедренных и коленных суставах
(при разрешенном трупном окоченении).
Если подошвенный упор устраняли, то всегда отме-
чался значительный сдвиг тела по ходу ударного воздей-
ствия. Этот сдвиг при отсутствии крепления достигал
5—7 см при массе тела биоманекена от 50 до 95 кг.
Следовательно, только масса биоманекена являлась
недостаточным фактором для гашения ударной на-
грузки.
Вместе с тем проведенные исследования показали
большую прочность костей черепа к механическим на-
грузкам. Об этом же свидетельствуют результаты ра-
бот других исследователей. Так, по мнению В. Н. Крю-
кова (1971), начальные статические нагрузки, влекущие
за собой повреждения черепа, составляют 860 кгс, если
местом приложения силы являлись теменные области.
Максимальные статические нагрузки, которые выдер-
живает череп человека, колебались от 1200 до 1800 кгс.
При этом В. И. Крюковым замечена определенная за-
висимость между прочностью костей свода черепа и его
формой. Отмечалась меньшая прочность уплощенных
сводов по сравнению с выпуклыми. Например, уплощен-
ные своды черепа, по данным В. Н. Крюкова (1971),
разрушались при статической нагрузке равной 200 кгс.
Проведенное О. Ф. Салтыковой и соавт. (1972) ис-
следование показывает, что уплощенные оводы черепов
также менее устойчивы и к ударным воздействиям.
Нанесение дозированных ударов по голове (Предме-
тами с ограниченной плоской поверхностью. Экспери-
менты по моделированию повреждений тупым твердым
предметом с ограниченной поверхностью соударения
были осуществлены с помощью специального устройст-
ва (типа молотка) с вмонтированной в него мессдозой.
Это приспособление представляет собой полый метал-
лический корпус цилиндрической формы, соединенный
6 А. П. Громов
81
Рис. 15. Тензометрическое
устройство типа молотка
(схема).
1 — корпус молотка с рукояткой
(2); 3 — мессдоза: видны тензо-
датчики (4) с отходящими про-
водами (5); 6 —крепление месс-
дозы; 7 — подбойковая проклад-
ка; 8 — боек.
с рукояткой (рис. 15). Один
конец корпуса закрывают
крышкой, а на другой конец
на скользящей посадке поме-
щают боек, головка которого
имеет вид плоского стального
прямоугольника площадью
12 см2. Конструкция устройст-
ва предусматривает смену го-
ловок, которые в зависимости
от задач эксперимента могут
быть различными как по фор-
ме (плоская, сферическая, кли-
новидная и т. д.), так и по ха-
рактеру материала (металли-
ческая, деревянная, стеклян-
ная и др.). Мессдозу размеща-
ют между бойком и крышкой.
Крышку устанавливают в кор-
пусе на резьбе таким образом,
чтобы мессдоза не имела пред-
варительного сжатия. В цент-
ре корпуса данного устройства и его рукоятки имеется
отверстие, через которое выводятся провода от мессдо-
зы к измерительной аппаратуре. При нанесении удара
по биоманекену боек с закрепленной головкой произво-
дит давление на мессдозу, изменяя ее длину и силу то-
ка, что регистрируется датчиками мессдозы и передает-
ся через тензоусилитель АНЧ-8 на осциллограф. До на-
несения ударов область соударения покрывают листами
чистой и копировальной бумаги, позволяющей получать
размеры площади соударения. С использованием данно-
го устройства были нанесены удары со следующими па-
раметрами: время удара — от 0,005 до 0,04 с, максималь-
ная сила удара — от 70 до 690 кгс, величина ударного
импульса — от 1,5 до 4 кгс/с, средняя сила удара — от
50 до 550 кгс.
Расшифровка осциллограмм производилась на де-
шифраторе, который дает 10-кратное увеличение. При
этом устанавливались следующие величины: время уда-
ра, максимальная сила удара, величина ударного им-
пульса и средняя сила удара. Время удара определя-
лось по кривой, записываемой отметчиком времени. Для
этого измерялся ее участок от точек, соответствующих
82
началу и концу взаимодействия соударяющихся тел.
Максимальную силу удара устанавливали путем изме-
рения наибольшей точки осциллограммы с последующим
умножением на определенный коэффициент, вычисляе-
мый в результате тарировки мессдозы.
Местом соударения были различные области головы
биоманекенов. При этом было установлено, что повреж-
дения кожных покровов и мягких тканей головы возни-
кали во всех экспериментах либо в виде осаднения или
ушибленных ран.
Осаднения кожи, не сопровождавшиеся появлением
ран, возникали при незначительной силе ударной на-
грузки и скользящем направлении травмирующего ору-
дия. Форма осаднения была неправильная, а размеры
их колебались от 2,5 X 3,5 до 3x3,8 см.
Ушибленные раны были, как правило, линейными
длиной от 2,3 до 4 см с небольшим надрывом их краев,
локализующимся в области концов ран и достигающим
длины 0,6—1,1 см. В четырех экспериментах были по-
лучены раны Х-образной формы с длиной составляющих
сторон от 2—3,5 см. Эти раны возникали, когда наблю-
далось действие всей поверхности головки молотка, в
то время как линейные раны возникали только при уда-
ре его частью. Все экспериментальные раны имели ост-
рые концы, ровные осадненные края с наличием в их
глубине соединительнотканных перемычек, т. е. имели
вое признаки ушибленных. Соответственно точке при-
ложения травмирующей силы в глубине мягких тканей
во В’сех случаях наблюдались кровоизлияния. Форма их
была неправильно овальной, размеры колебались от
2x2,4 до 3X4 см. Данные кровоизлияния макроскопи-
чески не отличались от прижизненных.
При проведении данных экспериментов были полу-
чены следующие повреждения костей свода черепа: в
6 случаях трещины, в 6 вдавленные переломы и водном
случае дырчатый перелом. Трещины костей свода че-
репа возникали в основном при нанесении удара в об-
ласти затылочного и теменных бугров, где имеется
утолщение костной ткани. Форма их, как правило, бы-
ла линейная, протяженность же колебалась от 2 до
4 см.
Исключение составляло одно наблюдение, в котором
удар был нанесен несколько ниже и в сторону от заты-
лочного бугра. В данном случае трещина пересекала
6*
83
чешую затылочной кости, достигала длины 6 см и пе-
реходила на основание черепа, где слепо заканчивалась
в области задней черепной ямки.
Вдавленные переломы возникали при локализации
ударов в лобно-теменной и височной областях, когда
действовала не вся поверхность соударения, а лишь
ее часть. Форма этих переломов была углообразной, а
размеры колебались от 2X2 до 3x3,5 см. В трех слу-
чаях от области перелома отходили дополнительные
трещины длиной от 1,5 до 3 см.
В случае образования дырчатого перелома удар был
нанесен на границе левой теменной и лобной областей.
Площадь соударения равнялась 12 см2. На месте удара
образовался костный отломок почти правильной четы-
рехугольной формы с длиною сторон: на наружной
костной пластинке — 3; 3; 3,8 и 4 см и на внутренней —
4; 4; 4,2 и 4,5 см. Таким образом, повреждение внутрен-
ней костной пластинки по сравнению с наружной было
значительно большим. Края данного костного фрагмен-
та на отдельных участках были неровные, с большим
количеством мелких костных отломков. В этом экспе-
рименте мы наблюдали углообразный разрыв твердой
мозговой оболочки с острыми концами, ровными края-
ми, с длиной сторон 3,5 и 4,2 см, что почти соответство-
вало длине двух сторон костного фрагмента. Соответст-
венно данному разрыву имелась очаговая деструкция
мягких мозговых оболочек и нарушение целости веще-
ства головного мозга вследствие внедрения мелких ко-
стных отломков на глубину до 0,5 см.
В остальных экспериментах повреждений вещества
головного мозга и его оболочек не наблюдалось.
В процессе проведения экспериментов было обраще-
но внимание на то, что наибольшие повреждения
(вдавленные и дырчатые переломы, трещины значитель-
ной длины) возникали в тех случаях, когда направление
травмирующей силы было перпендикулярно к соударя-
емой поверхности головы. Когда же ударяющий пред-
мет действовал под острым углом, повреждения костей
свода черепа были меньшими и имели вид трещин раз-
личной длины, распространяющихся по ходу движения
предмета.
Таким образом, характер повреждений костей черепа
находится в прямой зависимости от направления дейст-
вующей силы. Эти данные могут быть использованы в
84
практических экспертизах при установлении механиз-
ма возникновения повреждений.
Кроме того, проведенные эксперименты свидетель-
ствуют о том, что данная методика может быть исполь-
зована для получения точных параметров ударных на-
грузок при действии различных предметов с ограничен-
ной и разнообразной по форме поверхностью соударе-
ния.
Биомеханическая модель определения
упругих свойств головы
При установлении величины травмирующей
силы в случаях черепно-мозговой травмы необходимо
учитывать упругие свойства головы. Эти свойства от-
дельными исследователями выражаются через разно-
родные величины, что затрудняет сопоставление полу-
ченных результатов. Для изучения же биомеханики
черепно-мозговой травмы нужно иметь точное представ-
ление об упругих свойствах тканей головы и выражать
их в единицах, приемлемых для физико-математических
расчетов параметров удара.
В связи с тем что определение физических харак-
теристик удара базируется на законах теоретической
механики, упругие свойства головы целесообразно вы-
ражать через коэффициент восстановления, т. е. вели-
чину, характеризующую взаимодействие упругих сил
соударяющихся тел. Некоторые авторы в своих работах
использовали данную величину и разработали метод ее
определения (И. И. Антуфьев и др., 1965; А. П. Громов
и др., 1967). Однако в задачу этих работ не входило
установить зависимость величины коэффициента восста-
новления от определенных факторов, а методика его
определения была трудоемкой и требовала использо-
вания дорогостоящей аппаратуры.
Указанные обстоятельства потребовали разработать
более простую методику определения упругих свойств
головы путем вычисления коэффициента восстановления,
а также изучить зависимость этой величины от пола,
возраста, формы головы, особенностей костей черепа,
мягких тканей головы и характера поверхности соуда-
рения (Л. А. Щербин, 1969). Данная методика основана
на законах действия физического маятника. Принцип
действия его состоит в том, что сообщенная тканям го-
85
Рис. 16. Схема стенда
для определения коэффи-
циента восстановления
тканей головы (объясне-
ние в тексте).
ловы потенциальная энергия маятника преобразовыва-
ется их упругими свойствами в кинетическую и пол-
ностью направлена на обратное отклонение маятника.
Исходя из этого принципа, был сконструирован и изго-
товлен специальный стенд, схематически изображенный
на рис. 16.
Стенд представляет собой металлическую конструк-
цию, состоящую из вертикальной металлической под-
ставки (АВ) высотой 88,5 см. К верхней ее части жест-
ко прикреплена П-образная металлическая рама (С, А,
АС) под углом (а), равным 30°. Стойки этой рамы и
вертикальная подставка изготовлены из стальных труб
диаметром 2 см. Жесткое крепление стенда осуществ-
ляется металлическими пластинами треугольной фор-
мы, крепящими П-образную раму к вертикальной стой-
ке. В этих треугольных пластинах на высоте 70 см
жестко закреплена стальная ось (OZ) диаметром 0,9 см.
В средней части оси при помощи двух подшипников
закреплен металлический стержень диаметром 1 см,
длиной (L) 59 см и массой 401 гс. На расстоянии
39,2 см от оси вращения в стержне имеется сквозное
отверстие (в плоскости его вращения) диаметром 0,25 см,
в котором крепятся битки. Расположение битков маят-
ника на этом уровне исключает возможность передачи
энергии удара на его ось. На оси вращения стержня
86
маятника закреплена шкала с угловыми делениями и
стрелка, приводимая в движение маятником и показы-
вающая его отклонение. В нижних концах вертикальной
и наклонной стоек стенда имеются специальные гнезда,
которыми стенд жестко крепится на носилках.
Методика определения коэффициента восстановле-
ния тканей головы при помощи данного стенда сводится
к следующему. Биоманекен в ходе эксперимента поме-
щается на носилки и крепится к ним с помощью элас-
тических резиновых жгутов так, чтобы голова его была
неподвижной. Тогда можно принять ее массу за беско-
нечно большую величину по сравнению с массой
маятника. Крепление биоманекена к носилкам произ-
водилось в области головы, плечевых суставов и груд-
ной клетки. Стенд закрепляется в головном конце но-
силок. Полное соприкосновение площади битка с по-
верхностью головы создается за счет специальных
деревянных брусков, подкладываемых под голову био-
манекена. Местом соударения битка с головой в про-
водимых экспериментах была теменная область головы
по средней ее линии. Биток в состоянии покоя распо-
лагается на расстоянии не более 1 мм от головы. Затем
маятник отводится на заведомо известный угол и опус-
кается без начальной скорости. После соударения битка
с головой маятник отклоняется на угол, который опре-
деляеся при помощи отклоняющейся стрелки.
Величина коэффициента восстановления по данной
методике равна отношению синуса половины угла откло-
нения к синусу половины угла падения и вычисляется по
формуле:
sin <р2 sin (Pi
(4.6)
где к — коэффициент восстановления; cpi и ср2 — углы па-
дения и отклонения.
По указанной выше методике Л. А. Щербиным (1969)
было произведено 195 экспериментов на биоманекенах—
трупах лиц мужского и женского пола, не имевших ка-
ких-либо повреждений головы и умерших от различных
причин (острая сердечно-сосудистая недостаточность на
почве атеросклероза, гипертонической болезни, механи-
ческая асфиксия, отравление алкоголем и его суррогата-
ми).
87
Таблица 2
Распределение материала при определении коэффициента
восстановления тканей головы по полу и возрасту
(в абсолютных цифрах)
Возрастные группы, в годах
Пол до 31 31-40 41-50 51-60 61-70 71—80 старше 80 Всего
Мужчины 6 21 26 22 23 14 8 120
Женщины 5 10 15 14 15 И 5 75
Итого 11 31 41 36 38 25 13 195
В табл. 2 приводится распределение эксперименталь-
ных наблюдений по полу и возрасту.
Все эксперименты были распределены на три группы.
В первой группе (50 опытов) производилась проверка
разработанной новой методики исследования с использо-
ванием описанного выше стенда.
Задачей второй группы экспериментов (100 наблю-
дений) было выявление зависимости упругих свойств
тканей головы от возраста, пола, формы головы, особен-
ностей мягких тканей головы и костей черепа.
В последней группе исследований (45 экспериментов)
было произведено изучение зависимости между упру-
гими свойствами головы и характером поверхности со-
ударения.
В каждом эксперименте сначала определяли коэф-
фициент восстановления при наличии волосяного по-
крова. Затем из области исследования волосы удаляли
и определяли коэффициент восстановления собственно
мягких тканей головы. После этого мягкие ткани голо-
вы обычным способом отсепаровывали, область иссле-
дования высушивали и определяли коэффициент вос-
становления костей свода черепа. Во время вскрытия
трупа для дальнейшего исследования изымали волосы,
мягкие ткани головы и кусочек кости из области соуда-
рения.
Для установления зависимости коэффициента вос-
становления от формы головы перед каждым экспери-
ментом производили ее измерения, в частности продоль-
ного и поперечного диаметров, с последующим вычисле-
нием черепного показателя. Данная величина представ-
ляет собой процентное отношение между поперечным и
88
продольным диаметрами свода черепа и вычисляется
по формуле:
. (4.7)
где В — .поперечный размер черепа; А — продольный
размер (В. И. Пашкова, 1963). В случае, если это отно-
шение меньше 75%, то череп относится к долихокран-
ным, при 75—79%—к мезокранным, а с показателем
более 80% —к брахиокранным.
Для определения зависимости коэффициента восста-
новления головы от особенностей волосяного покрова
производили следующие исследования волос: густота
волосяного покрова, толщина и упругость волос.
Густоту волосяного покрова определяли путем под-
счета количества волос на площади 1 см2 при помощи
специальной пластины. Последняя представляет собой
металлический прямоугольник длиной 8 см, шириной
6 см и толщиной 0,2 см. По средней линии пластины
располагается 10 квадратных отверстий площадью от 1
до 100 мм2 (1 см2). Подсчет волос .производился в квад-
рате, площадь которого равнялась 4 мм2. Количество
волос определялось на десяти различных участках и
выводилась средняя величина. Затем рассчитывалось
среднее количество волос на 1 см2. Измерение толщины
волос теменной области головы производилось по обще-
принятой методике окулярным микроскопом типа
АМ-9-2.
Упругость волос определялась при помощи специаль-
ного устройства. Критерием упругости служила степень
сгибания волос под действием небольшой постоянной
струи воздуха.
Для установления зависимости коэффициента вос-
становления от особенностей .мягких тканей головы оп-
ределялась их толщина и степень кровенаполнения.
Измерение толщины мягких тканей головы произво-
дилось в теменной области, т. е. в месте соударения бит-
ка маятника с головой.
Степень кровенаполнения .мягких тканей головы в
области соударения выявлялась на срезах, окрашенных
гематоксилин-эозином и по Ван-Гизону, при объективе
40 и окуляре 7 с измерительной сеткой площадью
0,64 м'м2. В каждом препарате просматривалось десять
полей зрения площадью 0,01 мм2 на разных участках и
89
подсчитывалось количество расширенных, кровенапол-
ненных капилляров.
Для установления зависимости коэффициента вос-
становления от особенностей костей черепа измеряли их
толщину (по линии распила) и определяли процентное
содержание минеральных солей. С этой целью при
вскрытии трупа из области соударения изымали учас-
ток кости размерами 1X1,5 см. Затем исследуемый
участок кости взвешивали на аналитических весах, сжи-
гали в муфельной печи-притемпературе 500°C в течение
4 ч и вычисляли процентное содержание минеральных
солей. Результаты исследования были подвергнуты ста-
тистической обработке.
Для установления зависимости величины коэффи-
циента от возраста наблюдения второй серии экспери-
ментов были разделены на шесть возрастных групп,
для каждой из которых вычислено среднее значение ко-
эффициента восстановления. Величина коэффициента
восстановления для мягких тканей и костей черепа по
возрастным группам представлена в табл. 3.
Таблица 3
Величина коэффициента восстановления для мягких тканей
и костей черепа по возрастным группам
Возрастная группа Значение коэффициента восстановления Число наблюдений
мягкие ткани кость
До 31 0,386±0,0059 0,367± 0,0053 8
31—40 0,400^0,0049 0,374±0,0072 14
41—50 0,394± 0,0055 0,371±0,006 16
51—60 0,400+0,0064 0,365±0,0074 17
61—70 0,3.7Э± 0,0049 0,348±0,0042 29
71—80 0,366 + 0,0045 0,341 ±0,0065 16
Полученные Л. А. Щербиным (1969) данные свиде-
тельствуют о том, что с увеличением возраста (до 60
лет) величина коэффициента восстановления практиче-
ски остается одинаковой, а в последующие годы наблю-
дается ее снижение. С помощью коэффициента корреля-
ции установлено, что между величиной коэффициента
восстановления и возрастом имеется обратная взаимо-
связь, т. е. с увеличением возраста коэффициент восста-
новления уменьшается. Последнее обстоятельство, по-
90
видимому, связано с тем, что кости черепа в большей
степени подвержены возрастным изменениям, когда
происходит уменьшение их эластических свойств за счет
окостенения швов, обызвествления и т. д.
Эти опыты показали отсутствие зависимости значе-
ния коэффициента восстановления от пола. Так, сред-
нее значение коэффициента восстановления для мужчин
равнялось 0,389+0,0032, для женщин — 0,380—0,0032.
Разность между данными величинами несущественная
(t=l,8).
Аналогичное положение наблюдалось и при изучении
зависимости коэффициента восстановления от формы го-
ловы. В табл. 4 приведены результаты этих исследова-
ний.
Различие между средними было несущественно и
статистически недостоверно (t равнялось 0,7; 1,0; 1,8).
Зависимость коэффициента восстановления от осо-
бенностей мягких тканей головы изучалась по отноше-
нию к их толщине и степении кровенаполнения. Иссле-
дования показали, что в тех случаях, когда толщина
Таблица 4
Зависимость коэффициента восстановления от формы головы
Форма головы М ч гл Число наблюдений
Долихокранная 0,385 0,049 0,0043 43
Мезокранная 0,389 0,034 0,0038 28
Брахиокранная 0,380 0,026 0,0028 29
мягких тканей и степень их кровенаполнения были
одинаковыми, величина коэффициента восстановления
имела незначительные колебания; увеличение степени
кровенаполнения обычно сопровождалось увеличением
толщины мягких тканей и увеличением этого коэффи-
циента. Величина коэффициента восстановления мягких
тканей была несколько выше, чем у костей черепа (см.
табл. 3).
Для проверки объективности описанного выше мето-
да проведено также определение величины коэффициен-
та восстановления путем соударения выпиленного участ-
ка кости с неподвижно фиксированной металлической
пластиной. Извлеченный кусочек кости закрепляли в
91
специальном зажиме и помещали на место битка маят-
ника. Сравнение полученных при этом результатов с
величинами коэффициента восстановления, установлен-
ными ранее, показало, что между ними имеется разли-
чие, но оно весьма невелико и статистически недостовер-
но. Следовательно, можно сделать вывод, что величина
коэффициента восстановления, установленная при со-
ударении костью с металлом, несущественно отличается
от таковой при определении ее путем соударения метал-
лического битка о кости черепа. Определение коэффи-
циента восстановления путем соударения выпиленного
участка кости позволяет установить упругие свойства
головы в случаях предшествующих повреждений кос-
тей черепа.
В третьей группе экспериментов изучали зависимость
коэффициента восстановления от характера поверхности
соударения. При этом исследовали различные битки ма-
ятника, изготовленные из металла, линолеума, кафеля.
Установлено, что величина коэффициента восстановле-
ния закономерно изменялась по мере повышения твердо-
сти битка. Если принять за единицу данные, полученные
при использовании металлического битка, то величина
коэффициента восстановления линолеума уменьша-
лась на 30%, а коэффициент восстановления кафеля
увеличивался на 70%. Это обстоятельство имеет сущест-
венное значение, так как практически позволяет устано-
вить коэффициент восстановления для данных материа-
лов, зная его величину для металла.
Проведенные исследования показали, что коэффи-
циент восстановления является объективной характери-
стикой упругих свойств тканей головы, позволяющей ис-
пользовать его в расчетах травмирующей силы и энергии
удара. Установленная зависимость данной величины от
различных факторов облегчает ее применение в судеб-
но-медицинской практике. Учитывая, что повреждения
головы возникают при соударении с различными поверх-
ностями, следует использовать коэффициент восстанов-
ления тканей головы при расчетах силы удара.
На основе полученных данных для удобства опреде-
ления величины'коэффициента восстановления Л. А. Щер-
биным (1969) предложена специальная таблица (рис.
17). ;
'На наружной шкале таблицы указаны величины ко-
эффициента восстановления, на внутренней — значения
92
Рис. 17. 1'аблица для определения величины коэффициента восста-
новления (объяснение в тексте).
углов отклонения маятника при падении с 30°, 40° и
50°. Для вычисления коэффициента восстановления сле-
дует провести прямую через центр таблицы (точка 0) и
значение угла отклонения, при этом на крайней шкале
будет указана величина коэффициента восстановления.
Например: при угле падения 30° мы имеем отклонение
маятника на 11°. Соединяя точку 0 с отметкой 11 на
внутренней шкале на пересечении линии, проходящей
через эти две точки, с внешней шкалой, находим значе-
ние коэффициента восстановления. Величина коэффи-
циента восстановления может быть использована не
только в экспериментах по моделированию черепно-моз-
говой травмы, но и при расчетах силы механического
воздействия в соответствующих случаях из судебно-ме-
дицинской практики.
Глава V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАГРУЗКИ,
ВЛЕКУЩЕЙ ЗА СОБОЙ ОБРАЗОВАНИЕ
ПЕРЕЛОМОВ КОСТЕЙ СВОДА ЧЕРЕПА
Определение силы механического воздействия
по характеру имеющихся повреждений является одним
из наиболее сложных вопросов биомеханики повреж-
дений и судебно-медицинской экспертизы. Зависимость
между силой механического воздействия и характером
повреждений костей свода черепа пытались установить
ряд исследователей.
С. Э. Циммерман (1935), изучая сопротивляемость
изолированного черепа, установил, что череп обладает
значительной упругостью и сопротивляемостью к нагруз-
кам. При вертикальной нагрузке с силой 300 кгс наблю-
далось изменение линейных размеров на 0,8—3,5 мм,
при нагрузке более 400 кгс отмечался перелом основной
кости. Сходные данные получены Н. М. Пауткиным и
Д. Н. Матвеевым (1930—1935), Д. Н. Матвеевым
(1949).
Более поздние исследования с использованием со-
временной аппаратуры показали, что свод черепа обла-
дает большей сопротивляемостью к механическим на-
грузкам. При испытании на сжатие изолированных пос-
ле распила черепа сводов В. Н. Крюков (1971) устано-
вил, что свод черепа способен без разрушения перенести
нагрузку от 200 до 1800 кгс. При этом чем меньше вы-
сота выпиленного сегмента, тем меньшую нагрузку он
выдерживает. Меньшие по величине значения разру-
шающей нагрузки, полученные предшествующими ис-
следователями, автор объясняет несовершенством ме-
тодики, в результате чего переломы начинались на ос-
новании черепа и распространялись на свод.
94
В работах П. Й. Новикова (1969), В. С. Семенникб-
ва, В. Э. Янковского (1970), А. Н. Holbourn (1943),
Е. S. Gurdjian, Н. R. Lissner (1946), F. G. Evans и соавт.
(1958), V. R. Hodgson и соавт. (1966), W. Goldsmith
(1966), I. Douglass и соавт. (1968), F. Unterharnscheidt,
К. Sellier (1966) на изолированных черепах и на раз-
личных физических моделях выявлены некоторые осо-
бенности деформации черепа в зависимости от силы
механического воздействия.
В экспериментальных работах на биоманекенах уста-
новлены более определенные закономерности характера
повреждений мягких тканей, костей черепа и мозга в
зависимости от силы воздействия, места ее приложения,
толщины мягких тканей и костей черепа, возраста, дли-
ны и массы тела и т. д. На основе этих исследований
разработаны математические модели для различных
случаев травмы.
А. П. Громов и соавт. (1968) предложили следую-
щую формулу для расчета силы удара головой в слу-
чаях самопроизвольного падения человека навзничь:
где F —средняя сила удара затылочной областью голо-
вы; Pi — масса головы; g — ускорение свободного паде-
ния; т — время удара; Р — масса тела; р — средняя плот-
ность тела.
Преимущества этой модели заключаются в том, что
сила рассчитывается на основании физических свойств
тела человека. Некоторым недостатком ее является то,
что время удара и плотность тела требуют специального
определения. Плотность тела, т. е. отношение массы те-
ла к его объему, можно определить экспериментально.
Объем тела устанавливается по объему вытесненной в
специальной ванне воды. Время удара определяется с
помощью тензометрической аппаратуры.
Авторы приведенной выше работы стремились уста-
новить зависимость силы удара от физических парамет-
ров падающего навзничь тела человека (масса и плот-
ность тела, масса головы, время удара). Естественно,
что на основании подобных величин можно разрабаты-
вать модели лишь частных случаев травмы головы. Для
того чтобы решать вопрос о силе воздействия вне зави-
симости от конкретного механизма травмы, необходимо
95
учитывать механические свойства объекта, т. е. мягких
тканей головы и костей черепа.
В. Н. Крюков (1971) предпринял попытку рассчи-
тать меридиональные и кольцевые усилия в месте воз-
действия и вокруг него с учетом данных о прочности
костей свода черепа. Автор рекомендует рассчитывать
нижнюю границу силы удара, вызвавшей перелом свода
черепа при известных размерах его и пределе прочно-
сти, по следующим формулам:
Р Р • cos2 ф
NlA = 2nR sin2 Ф ; 2л/? sin2 Ф ’ (5‘2^
где NM и NK — меридиональные и кольцевые усилия;
R — радиус черепа; ср — угол, отсчитываемый от оси
вращения до точки, где определяется усилие; Р — дейст-
вующая нагрузка.
К недостаткам этой модели следует отнести исполь-
зование автором так называемой безмоментной теории
оболочек. Последняя не учитывает изменение кривизны
оболочки в момент разрушения. Вместе с тем повреж-
дение костей свода черепа всегда сопряжено со значи-
тельными изменениями его нормальной кривизы и,
следовательно, с изгибом оболочки. Кроме того, в дан-
ной модели свод черепа рассматривается как полусфера,
в то время как по форме он приближается к эллипсои-
ду вращения. Значительные трудности вызывает и точ-
ное определение угла <р. Наибольшим недостатком этой
математической модели является то, что она в отличие
от вышеописанной не прошла экспериментальной про-
верки и, следовательно, неизвестна степень ее прибли-
жения к реальным условиям.
Анализ приведенных данных литературы показывает,
что до настоящего времени не разработан метод расче-
та действующей на голову силы при различных меха-
низмах ее воздействия с учетом индивидуальных осо-
бенностей организма. К этим особенностям в первую
очередь относятся описанные выше механические свой-
ства костей свода черепа в возрастном аспекте и форма
головы. Отсюда для решения вопроса о способе расче-
та действующей на голову силы необходимо специальное
исследование для объективного определения формы
(кривизны) наружной поверхности головы.
Форма и размеры головы оказывают существенное
влияние на биомеханику и особенности ее повреждений
96
при статических и динамических нагрузках. Это под-
тверждается наблюдениями из судебно-медицинской
практики, а также экспериментами на изолированных
черепах и биоманекенах.
Абсолютные размеры и форма головы оказывают
существенное влияние на механические свойства чере-
па, что связано с различием в распределении в нем на-
пряжений. Особенности топографии напряжений в кос-
тях черепа в зависимости от его анатомических свойств
изучались П. И. Новиковым (1969), Н. Н. Семеновым
(1969), В. Н. Крюковым и Ж. Д. Мищенко (1970),
В. Н. Крюковым (1971) и др.
Форма и размеры головы детально изучены антропо-
логами, которые выделяют три группы черепов, отли-
чающихся величиной черепного показателя. Черепным
показателем называется отношение поперечного и про-
дольного диаметров головы, выраженное в процентах.
Поперечный диаметр измеряется между наиболее вы-
ступающими точками боковой стенки черепа (точка
эур-ион), а продольный — между точками глабелла и
опистокранион.
По величине черепного показателя черепа разделяют
на долихокранные (узкие), черепной показатель кото-
рых менее 75%, мезокранные — от 75 до 79,9% и бра-
хикранные (широкие)—более 80% (В. В. Бунак, 1960;
Н. С. Сысак, 1960; В. И. Пашкова, 1961 —1963; И. Г. Мар-
дерштейн, 1962; М. И. Урысон, 1962—1969; В. П. Алек-
сеев, 1966, и др.).
Характер повреждений головы зависит не только
от размеров и формы черепа в целом, но и от формы
ее в области приложения силы (В. В. Дербоглав,
1975).
Применяющийся в судебно-медицинской практике и
при экспериментальном моделировании черепной пока-
затель не дает возможности учитывать эти особенности.
При изучении свойств выпуклой оболочки в технике
большое значение придают форме ее срединной поверх-
ности (А. В. Погорелов, 1967). Количественной мерой
оценки кривизны является гауссова кривизна, т. е. про-
изведение двух главных показателей кривизны изучае-
мой области. В математике кривизной линии называет-
ся количественная характеристика, устанавливающая
меру изогнутости или искривленности этой линии. Ра-
диус кривизны есть величина обратно пропорциональная
7 А. П. Громов
97
Рис. 18. Прибор для измерения искривленности наружной поверхно-
сти головы.
степени кривизны (А. Ф. Бермант, И. Т. Араманович,
1969).
Используя основы математического анализа,
С. А. Корсаков (1972) разработал простой прибор, поз-
воляющий быстро определять степень искривленности
наружной поверхности головы. Прибор (рис. 18) пред-
ставляет собой металлическую скобу радиусом 10 см.
На этой скобе через 22,5° установлены втулки, по кото-
рым с незначительным трением передвигаются стержни.
Расстояние от втулки до риски на стержне можно опре-
делить по расстоянию от центра измерения до наруж-
ной поверхности головы. Методика измерения проста.
Скоба с помощью первого и девятого стержней, имею-
щих резьбу, фиксируется на голове так, чтобы центр
отсчета совпадал с центром тяжести головы. Последний
проецируют в место прикрепления верхнего края ушных
раковин (Н. А. Бернштейн, 1926). Затем скобу перево-
дят в первое положение, т. е. она располагается гори-
зонтально и охватывает лоб испытуемого. В этом по-
ложении измеряют радиусы на стержнях 2—8. Далее
скобу последовательно переводят в положения 2, 3, 4 и
т. д. вплоть до угла 180° от исходного, причем шаг из-
мерения равен 22,5°.
Прибор позволяет определить три координаты любой
точки наружной поверхности головы. Данный метод
описания положения точек использует сферическую си-
стему координат.
Вообще локализовать точку в пространстве можно
различными способами. Наиболее распространена си-
98
z
Рис. 19. Соотношение сферических и прямоугольных координат.
:тема прямоугольных координат, когда точка фиксиру-
ется тремя величинами (х, у, z). Может быть использо-
вана и сферическая система, в которой точка локали-
зуется с помощью трех величин: R и двух углов ср и
а. Зная координаты точки в сферической системе, мож-
но легко перейти к прямоугольной, причем координаты
сферической и прямоугольной системы связаны опреде-
ленными соотношениями (рис. 19).
С помощью описанного прибора, позволяющего оп-
ределять сферические координаты 65 точек наружной
поверхности головы, производилось изучение индиви-
дуальных особенностей формы головы у живых лиц.
По описанной методике С. А. Корсаковым (1977) про-
ведено 1300 измерений на 20 лицах в возрасте от 18 до
27 лет. На основании измерений методами математиче-
ского анализа были выведены формулы, отражающие
функциональную зависимость между координатами то-
чек. Установлено, что свод черепа по форме приближа-
ется к эллипсоиду вращения, у которого большая и ма-
лая полуоси являются переменными величинами. На
основании полученных формул путем математического
расчета можно определить кривизну и радиус кривизны
головы в месте воздействия.
В связи с большими индивидуальными особенностя-
ми строения головы и необходимостью использования
при расчете ее формы элементов высшей математики
(дифференцирование, отыскание производных неявных
7* 99
Рис. 20. Приспособление
для измерения среднего
радиуса кривизны.

месте воздействия.
функций) С. А. Корсаковым
(1977) педложено простое при-
способление, которое позволяет
непосредственно измерить сред-
ний радиус кривизны на участке
воздействия. Приспособление
представляет собой (рис. 20)
прямоугольную пластину из орга-
нического стекла. На одной сто-
роне находятся треугольные нож-
ки, расстояние между которыми
8 см. В центре скользит стрелка
с нанесенной на ней шкалой. Та-
рировка приспособления прово-
дилась на цилиндрах различного
диаметра. По степени подъема
стрелки можно судить о величи-
не среднего радиуса кривизны в
Перерасчет на среднюю кривизну
можно произвести по формуле:
^ср == (5.3)
где Кер — средняя кривизна участка головы; RCp —
средний радиус кривизны.
Сравнение теоретически рассчитанной кривизны и
измеренной с помощью кривизнометра не обнаружило
статистических различий
Располагая простым и объективным методом уста-
новления кривизны головы в месте воздействия и опи-
санными выше методами определения механических
свойств костей свода черепа, можно было приступить к
разработке способа расчета действующей на голову
силы, исходя из теории оболочек. В технике под оболоч-
кой понимается тело, ограниченное двумя поверхностя-
ми, расстояние между которыми (толщина оболочки)
мало по сравнению с остальными размерами этого тела.
В наших исследованиях по биомеханике черепно-мозго-
вой травмы толщина костей свода черепа колебалась
от 0,2 до 1,0 см, продольный и поперечный размеры
черепа превышали 12 см. Следовательно, свод черепа
можно рассматривать как выпуклую упругую оболочку,
жестко закрепленную по краю основания.
Если какая-то оболочка находится под действием не-
которой внешней нагрузки и эта нагрузка мала, то обо-
100
дочка сохраняет устойчивое состояние. При увеличении
внешней нагрузки развивающиеся деформации сопро-
вождаются значительными изменениями внешней формы
оболочки. Наименьшая нагрузка, при которой имеет
место потеря устойчивости, т. е. изменение внешней фор-
мы оболочки, называется верхней критической нагруз-
кой. Относительно свода черепа можно считать, что об-
разование трещины внутренней компактной пластины
является потерей его устойчивости и сопровождается
значительными изменениями внешней формы.
Используя метод математического анализа, С. А. Кор-
саков (1977) предложил формулу расчета верхней кри-
тической нагрузки:
_ 2Е&Н
Ре ~ ’
(5.4)
где Ре — верхняя критическая нагрузка, при которой
оболочка теряет устойчивость; Е — модуль упругости;
6 — толщина оболочки; Н — гауссова 'кривизна; ц—
коэффициент Пуассона.
Из этой формулы видно, что верхняя критическая
нагрузка свода черепа зависит от мехнических свойств
его костей (жесткость, толщина) и степени кривизны
срединной поверхности. Определение жесткости костей
свода черепа и кривизны наружной поверхности головы
позволяет на основании приведенной выше формулы
вычислить критическую нагрузку, при которой произой-
дет перелом костей черепа.
Для проверки степени достоверности получаемых по
формуле показателей критической нагрузки С. А. Кор-
саковым (1977) были проведены две серии исследова-
ний путем моделирования повреждений головы на био-
манекенах.
В первой серии экспериментов использовали специальный стенд
(рис. 21), состоящий из кресла с системой привязных ремней, обес-
печивающих жесткую фиксацию тела и головы биоманекена, а так-
же пневмоузла стенда. Пневмоузел состоит из металлического ци-
линдра с поршнем. Цилиндр сообщается с баллоном со сжатым воз-
духом, давление которого позволяет дозировать силу удара до
500 кгс. Шток поршня соединен с системой датчиков и бойком —
металлической полусферой диаметром 10 см и массой 0,5 кг. Уси-
лия, развивающиеся при воздействии бойка на голову биоманекена,
через систему датчиков регистрировались осциллографом на фотобу-
маге (рис. 22). По этим осциллограммам определяли максимальную
силу и время удара. До начала экспериментов производили тариров-
ку стенда, в результате чего получена зависимость между достиг-
101
Рис. 21. Схема пневматического стенда для моделирования повреж-
дений головы.
/ — биоманекен; 2 — фиксирующая система; 3 — боек (металлическая полусфе-
ра); 4 — регистрирующее устройство; 5 — цилиндр; 6 — манометр; 7 — баллон
со сжатым воздухом; 8 — проводники к усилителю и осциллографу.
нутой'силой-и высотой пика осциллограммы (рис. 23). Расшифровка
результатов экспериментов заключалась в измерении высоты пика
и определении времени активной фазы удара по осциллограммам
(отрезок АЕ, рис. 22). Равные интервалы времени величиной 0,01 с
регистрировали во всех экспериментах специальным отметчиком.
Во второй серии экспериментов повреждения причинялись на
специальном стенде металлическим шаром диаметром 10 см и мас-
сой 3 кг, падающим с различной высоты (рис. 24). Стенд пред-
ставляет собой металлическую треногу, в верхней части которой
укреплен блок с перекинутым через него шелковым шнуром. Макси-
Рис. 22. Осциллограмма, полу-
ченная на пневмостенде (после
апроксимации).
ЕВ — максимальная сила; АЕ — ак-
тивная фаза удара, каждое деле-
ние соответствует 0,001; АС — им-
пульс силы.
Г02
Рис. 23. Тарировочный
график зависимости силы
удара и высоты пика ос-
циллограммы.
Р — сила удара; I — высота
пика.
мальная высота Подъема шара со-
ставляла 2,37 м, а максимальная
работа удара не превышала
7,11 кгс-м. На этом стенде удар
свободно падающим шаром произ-
водился в височную область и в
область пересечения сагиттального
и венечного швов.
В ходе экспериментов
проводились следующие ан-
тропо- и краниометрические
измерения: прямой и попе-
речный диаметры головы с
последующим вычислением
черепного показателя, сред-
ние радиусы кривизны в ме-
сте удара, сферические ко-
ординаты точек в области
удара, толщина мягких тка-
ней головы, толщина костей
черепа по распилу и в месте
удара.
В первой серии экспери-
ментов, проведенных на
пневматическом стенде,
только в двух случаях из 14
были получены изолирован-
ные кожные раны. В осталь-
ных экспериментах, кроме
кожных ран, отмечались
Рис. 24. Схема стенда для мо-
делирования повреждений
головы свободно падающим
предметом.
1 — биоманекен; 2 — фиксирующая
система; 3 — металлический шар;
4 — блок; 5 — шелковый шнур.
различные повреждения ко-
стей, начиная от трещины внутренней костной пластины
и кончая многооскольчатыми вдавленными переломами.
Областью ударов во всех экспериментах на пневмостен-
де служило место пересечения сагиттального и венечно-
го швов. В 6 из 12 случаев костных повреждений были
отмечены только трещины внутренней костной пласти-
ны. Эти наблюдения являются наиболее подходящими
объектами для сравнения теоретических расчетов крити-
ческой нагрузки и фактической, полученной в экспери-
менте.
Труп мужчины 58 лет. Сила удара 340 кгс, время удара 0,07 с.
Повреждения: ушибленная линейная рана на волосистой части го-
ловы, линейная трещина внутренней костной пластины длиной 4 см.
Гауссова кривизна 0,0114 см-2, толщина кости в месте удара 0,5 см,
модуль упругости 0,98X105 кгс/см2, коэффициент Пуассона 0,35.
103
Критическая нагрузка, вычисленная по формуле, составила 304 КГС.
Следовательно, истинная нагрузка была на 36 кгс больше крити-
ческой, вычисленной по формуле.
В остальных 5 экспериментах, где отмечались толь-
ко трещины внутренней костной пластины, ударная на-
грузка колебалась от 255 до 380 кгс, время удара — от
0,04 до 0,07 с, вычисленные теоретически критические
нагрузки (составляли от 193 до 331 кгс, а разность на-
грузок— от 7 до 72 кгс. В среднем разность между
экспериментальной и критической нагрузками равня-
лась 34,3 кгс.
При анализе протяженности трещин и разности на-
грузок между ними отмечена определенная зависимость.
Например, в одном из опытов длина трещины равнялась
4,5 см, а разность между экспериментальной и крити-
ческой нагрузками составляла 72 кгс. В другом экспе-
рименте при разности между нагрузками 7 кгс длина
трещины была 2 см. В остальных опытах протяженность
трещин находилась между 2 и 4,5 см, а разность экспе-
риментальной и критической нагрузок колебалась от
7 до 72 кгс.
В трех экспериментах были получены переломы за-
тылочной и лобной костей. При этом разность расчетной
и опытной нагрузок составляла 58, 83 и 105 кгс (в сред-
нем 82 кгс).
Анализ полученных результатов показывает, что по
мере увеличения тяжести повреждений происходит уве-
личение разности опытного и расчетного значений на-
грузки. Так, для повреждений только мягких тканей
характерна отрицательная разность. При трещинах
внутренней костной пластины эта разность уже поло-
жительна и колеблется от 7 до 72 кгс, составляя в сред-
нем 34,3 кгс. При переломах костей эта разность еще
больше увеличивается, в среднем достигая 82 кгс. При
вдавленных многооскольчатых переломах с распрост-
ранением трещин на основание черепа, полученных в
трех экспериментах на пневматическом стенде, разность
составляла 122, 208 и 233 кгс, равняясь в среднем
188 кгс.
На рис. 25 обнаруживается четкая зависимость
между характером повреждений костей свода черепа и
разностью экспериментальной и верхней критической
нагрузок. Проведя математический анализ эксперимен-
тальных данных, С. А. Корсаков (1977) пришел к вы-
104
воду, что эта зависимость носит
экспоненциальный характер и
хорошо описывается уравнением:
Рр= 14,7x2,34%, (5.5)
где Рр — разность приложенной и
критической нагрузок; X — зако-
дированный цифрами характер
повреждения, 1—трещина внут-
ренней компактной пластины;
2 — перелом кости; 3 — многоос-
кольчатый перелом.
Во второй серии эксперимен-
тов расчет силы удара проводил-
ся по формуле:
Рис. 25. Зависимость ха-
рактера повреждений ког
стей свода черепа от
разности достигнутой и
критической нагрузок^
Точками отмечены до+
стигнутые нагрузки.
1 — трещина внутренней
костной пластины; 2 — пере-
лом кости; 3 — многоосколь-
чатый перелом костей свода
черепа.
где m — масса шара; V — ско-
рость соударения, определявшая-
ся по формуле V = y2gh; т — вре-
мя удара.
Поскольку масса предмета
была постоянной и составляла
3 кг, а изменялась только высота
его подъема от 1,7 до 2,37 м, бы-
ти известны две величины из
трех, входящих в данную форму-
лу. Время удара, точно определяемое в экспериментах
на пневмостенде, составляло в среднем 0,06 с при воз-
действии в теменные области и 0,05 с при ударе в височ-
ные области. Эти данные о времени удара были исполь-
зованы и во второй серии экспериментов.
В 5 случаях из второй серии экспериментов были
получены повреждения костей свода черепа в виде
трещин внутренней костной пластины (3 случая) и мно-
жественных трещин свода и основания черепа (2 слу-
чая). Трещины внутренней костной пластины образова-
лись в 2 случаях при ударе в область сагиттального
шва и в 1 случае при ударе в левую височную область.
Толщина костей в этих случаях составляла 0,4—0,5 см,
работа удара — 5,25—6,9 кгс-м. Сила удара, вычислен-
ная по последней формуле, равнялась 293, 295 и 403 кгс,
105
Рис. 26. Трещина
внутренней костной
пластины, возникшая
при ударе шаром,
упавшим с высоты
1,75 м.
а верхняя критическая нагрузка соответственно — 237,
195 и 390 кгс.
Труп мужчины 50 лет. Шар падал с высоты 1,75 м, область
удара — место пересечения сагиттального и венечного швов (рис. 26).
Скорость в момент удара 5,85 м/с. Толщина кости в месте удара
0,4 см. Гауссова кривизна 0,0116 см-2, модуль упругости
0,97X105 кгс/см2, коэффициент Пуассона 0,35. Критическая на-
грузка 237 кгс. Теоретически вычисляемая разность нагрузок
34 кгс. Отсюда предполагаемая сила удара составит (237+34) =
= 271 кгс. Сила удара, рассчитанная для падения шара при т =
= 0,06 с, равна 293 кгс. Следовательно, между величинами сил,
рассчитанными двумя способами, имеются небольшие различия.
Такие же .различия отмечены и для двух других
случаев с наличием трещин внутренней костной пла-
стины.
В двух наблюдениях из второй серии экспериментов
при боковых ударах образовались множественные тре-
щины височной и теменной костей и поперечный пере-
лом основания черепа. В первом случае высота подъема
шара составляла 1,83 м, что сопровождалось энергией
106
удара падающего шара 5,49 кгм. Толщина кости 0,3 см.
При этом сила удара составила 360 кгс, а теоретически
ожидаемая нагрузка — 324 кгс. Во втором случае высота
подъема шара 2,37 м, работа удара 7,11 кгс-м, толщи-
на кости 0,5 см, сила удара 410 кгс, а ожидаемая на-
грузка 556 кгс.
Во всех остальных опытах второй серии эксперимен-
тов отмечались различные повреждения мягких тканей,
причем критическая нагрузка всегда была значительно
меньше действительной.
Анализ методов расчета критической и действитель-
ной нагрузок в первой и второй сериях экспериментов
показывает, что в основу их положены различные фак-
торы. Если в первой серии экспериментов на пневмо-
стенде критическую нагрузку определяли на основании
данных о механических свойствах костей черепа и осо-
бенностях формы и размеров головы, то для расчета
действительной нагрузки (см. формулу 4. 7) во второй
серии использовали только физические свойства падаю-
щего шара (масса и скорость), а также условно при-
нятую среднюю величину времени удара. Это привело к
тому, что в отдельных экспериментах между критиче-
ской и действительной нагрузкой во второй серии экспе-
риментов наблюдалась разница в 100 кгс и более, что,
по-видимому, можно объяснить использованием не точ-
ных показателей времени удара, а лишь их усредненны-
ми значениями.
Отсюда методика расчета силы, необходимой для
образования определенного повреждения костей свода
черепа в конкретном случае, на основании данных об
индивидуальных особенностях формы и механических
свойств костей черепа является более достоверной. Пре-
имущества ее заключаются в том, что при расчете верх-
ней критической нагрузки учитываются возрастные из-
менения свойств костей черепа (модуль упругости), ин-
дивидуальные морфологические особенности черепа
(кривизна и толщина костей в месте удара), а также
возможность применения этой методики независимо от
механизма травмы. Следовательно, располагая данны-
ми о жесткости костей свода черепа, кривизне и толщи-
не костей в месте удара, можно вычислить верхнюю
критическую нагрузку. Затем по характеру поврежде-
ний костей черепа определяют разность приложенной и
критической нагрузок, после чего можно рассчитать
107
усилие, при котором образовалось данное повреждение.
На основании экспериментальных исследований и
математического анализа полученных результатов
С. А. Корсаков (1977) предлагает следующий алгоритм
вычисления необходимой силы, затраченной на образо-
вание определенного повреждения в любом конкретном
случае травмы.
I. Определение характера повреждений костей чере-
па в соответствии с принятой градацией: 1—трещина
внутренней костной пластины, 2 — перелом кости, 3 —
многооскольчатый, вдавленный перелом свода черепа
либо распространение трещин на основание черепа.
II. Определение модуля продольной упругости костей
свода черепа в зависимости от возраста по формуле:
Е = (0,566 1 g В - 0,003) X 105, (5.7)
где Е—модуль продольной упругости (кгс/см2); IgB—
десятичный логарифм возраста субъекта.
III. Измерение толщины костей в месте удара и кри-
визны в двух взаимно перпендикулярных направлениях
с последующим вычислением гауссовой кривизны по
формуле:
/7 = К1Х^. (5.8)
где Н — гауссова кривизна, Ki и К2 — кривизны в мес-
те удара.
IV. Вычисление верхней критической нагрузки по
формуле:
где Ре — верхняя критическая нагрузка (кгс); Е — мо-
дуль продольной упругости, вычисленный по формуле
(см. пункт II); б — толщина кости в месте удара; Н —
гауссова кривизна, вычисленная по формуле (см. пункт
III); ц— коэффициент поперечной деформации (Пуас-
сона), равный 0,35.
V. Определение разности (Рр) между затраченной и
критической нагрузками по формуле:
Рр = 14,7х2,34х. (5.10)
где х — характер повреждения в соответствии с нагруз-
кой.
108
VI. Установление силы, необходимой для образова-
ния данного повреждения, по формуле:
Рт = Ре + Рр, (5.11)
где Рт — сила, необходимая для образования данного
повреждения (кгс), Ре — верхняя критическая нагруз-
ка (см. пункт IV); Рр — разность нагрузок (см. пункт
V).
Вычисленная таким образом сила достаточно точно
отражает реальную нагрузку, при которой образовалось
определенное повреждение.
В заключение следует подчеркнуть, что описанная
разработка математического аппарата нелинейной тео-
рии упругих оболочек позволила С. А. Корсакову (1977)
по-новому подойти к вопросу определения силы, при
действии которой образовалось данное повреждение у
конкретного лица. Полученные автором результаты по-
казывают четкую зависимость между характером по-
вреждений костей черепа и разностью между приложен-
ной и критической нагрузками. Это можно объяснить
тем, что при расчете верхней критической нагрузки учи-
тываются как возрастные изменения механических
свойств костей, так и индивидуальные особенности фор-
мы и размеров черепа. Методическая полноценность
проведенных С. А. Корсаковым исследований позволяет
рассматривать предложенный им метод вычисления си-
лы, повлекшей за собой образование конкретного по-
вреждения, как весьма перспективный для дальнейшего
биомеханического изучения черепно-мозговой травмы и
в практике судебно-медицинской экспертизы.
Глава VI
БИОМЕХАНИКА
ПОВРЕЖДЕНИЙ
ГОЛОВНОГО МОЗГА
Механизм повреждений головного мозга при
закрытой черепно-мозговой травме до настоящего вре-
мени остается -недостаточно изученным. В течение дли-
тельного времени повреждения мозга при закрытой
черепно-мозговой травме связывали с отрицательным
давлением, развивающимся в полости черепа. Эта точка
зрения, впервые высказанная G. Felizet (1873), получи-
ла определенное обоснование и некоторое развитие в
последующих работах. По данным их авторов, в поло-
сти черепа соответственно зоне ударного воздействия
развивается положительное давление, а с противополож-
ной стороны — отрицательное. Это явление, обусловлен-
ное, по их мнению, смещением мозга, возникающим от
действия механической силы, является причиной ушибов
мозга, наступающих при прямых и непрямых травмах
головы.
Согласно теории ударного перемещения мозга, при
действии на голову силы повреждения головного мозга
образуются вследствие того, что мозг перемещается по
ходу действующей силы, а затем назад в сторону полу-
ченного удара. При этих перемещениях мозг ударяется
о кости черепа и таким образом получает множество
ударов (А. И. Смирнов, 1949; Б. И. Шарапов, 1962, и
др.). Г. П. Горячкина (1966) считает, что возникнове-
ние кровоизлияний в стволовом отделе мозга также
связано с ударом последнего о чешую затылочной кос-
ти.
Е. S. Gurdjian и Н. R. Webster (1959) объясняли
меньшую выраженность ушибов затылочных долей моз-
110
га при ударах областью лба тем, что при отбрасывании
мозга кзади интенсивность его движения будет меньшей
из-за демпфирующих эффектов затылочной кости, по-
крытой твердой мозговой оболочкой. Последняя вместе
с наметом полушарий мозжечка, между которыми на-
ходятся затылочные доли, осуществляет смягчение уда-
ра мозга при его смещении.
Однако эксперименты К. Sellier и F. Unterharn-
scheidt (1963), выполненные на моделях черепа, пока-
зали, что внутричерепное движение мозга не превышает
нескольких миллиметров и поэтому не может быть при-
чиной ушибов мозга. Отрицая роль ударных смещений
мозга в генезе мозговых ушибов, они экспериментально
установили повреждающее значение отрицательного
давления. Авторы наблюдали своеобразное распределе-
ние давления в момент ударного воздействия: положи-
тельное в месте удара, отрицательное — в зоне противо-
удара, нулевое — между ними. Зона нулевого давления
(так .называемая узловая точка) при экстраполяции
данных эксперимента на мозг человека располагается
в области продолговатого мозга независимо от направ-
ления ударного воздействия. Этим авторы объясняют
редкое ударное повреждение наиболее важного отдела
центральной нервной системы.
Перечисленные теории роль основного повреждаю-
щего фактора отводят фазе отрицательного давления.
Однако они не полностью объясняют, почему такое дав-
ление может обусловить повреждения мозга определен-
ной локализации, практические же данные не всегда
соответствуют теоретическим.
В 1958 г. A. I. Gross предложил оригинальную мо-
дель ушибов мозга на сосудах емкостью 2000 мл, на-
полненных водой. Эти сосуды подвергались различным
видам механического воздействия, в том числе и ударам
заданной интенсивности. Результаты экспериментальных
исследований автор сопоставил с данными, полученны-
ми в опытах на животных. Хотя полностью воспроиз-
вести ушибы мозга, наблюдающиеся у человека, авто-
ру не удалось, им был установлен'новый механизм таких
повреждений. По мнению A. I. Gross, ушибы мозга при
закрытой черепно-мозговой травме следует объяснять
не отрицательным давлением, а гидродинамическим эф-
фектом, известным в физике под названием кавитации.
В зависимости от особенностей механического воздейст-
1Н
вия на голову автор предлагает учйтывать три формы
кавитации: противоударную, ударную и резонансную.
Противоударная кавитация развивается за счет рез-
кого колебания давления в момент травмы в месте
противоудара. Здесь в веществе сместившегося мозга
за счет отрицательного давления образуются полости,
спадающиеся после повышения давления, связанного с
прекращением действия ускорения. Резкое спадение
этих полостей и вызывает повреждения, характерные
для противоудара. Последние проявляются морфологи-
чески в виде поверхностных небольших кровоизлияний
или конического участка ушиба, направленного верши-
ной внутрь мозга.
A. I. Gross объяснял и отсутствие противоударных
повреждений мозга при ударах лбом. В таких случаях
область отрицательного давления располагается вблизи
большого затылочного отверстия, откуда происходит
приток спинномозговой жидкости. Это ослабляет воз-
никновение отрицательного давления, развитие кавита-
ции и противоударных повреждений.
Ударная кавитация, т. е. кавитация в месте удара,
развивается в следствие того, что после прекращения
действия силы вдавленный участок кости выпрямляется
и в этом месте возникает отрицательное давление. От-
сюда в области удара могут быть не только ушибы
мозга от прямого воздействия силы, но и повреждения,
обусловленные последующей ударной кавитацией.
Если противоударной и ударной кавитацией
A. I. Gross объяснял поверхностные очаги поражения
мозга в местах противоудара и удара, то диффузные кон-
тузии мозга, наблюдающиеся вне области удара и проти-
воудара, он связывал с резонансной кавитацией. Послед-
няя устанавливалась автором в его опытах с тензометри-
ей стеклянных сосудов и стеклянных черепов, когда вда-
ли от места удара и противоудара отмечались пульсиру-
ющие колебания жидкости с образованием полостей.
Высокий методический уровень исследований
A. I. Gross, хорошее теоретическое обоснование получен-
ных результатов привлекли к кавитационной теории
ушибов мозга большое число сторонников, сделав эту
теорию доминирующей в понимании' механизма закры-
той черепно-мозговой травмы как клиницистами, так и
морфологами. Однако с позиций теории A. I. Gross
нельзя объяснить одинаковую локализацию поврежде-
112
ний головного мозга у людей, получивших различные
по механизму травмы головы. Кроме того, эта теория
встречает определенные возражения и в методическом
отношении, не позволяя полностью экстраполировать
полученные данные на механизм ушибов головного моз-
га у людей.
Так, исследование A. I. Gross проводилось на при-
ближенной модели черепа — стеклянных емкостях,
имеющих одинаковую толщину ctchoik. Следовательно,
механические свойства этих емкостей существенно отли-
чались от свойств черепа, не 'позволяя получать
явлений местной и распространенной деформации, да-
вая возможность изучать лишь явления вибрации.
В экспериментальных моделях черепа изучению подвер-
гались однородные среды (вода, спинномозговая
жидкость), которые по своим свойствам существенно
отличаются от вещества головного мозга. Вместе с
тем, по данным Е. И. Пальцева и Э. Б. Сировского
(1975), мозг — гетерогенная, многокомпонентная сре-
да, основными составляющими которой являются
клеточный массив, интерстициальная жидкость, сосу-
дистая сеть. Отсюда вязкоупругие свойства мозга могут
зависеть как от состояния собственно невроглиальной
ткани, так и от состояния других компонентов, в част-
ности, от кровенаполнения мозга, давления в сосудистой
системе, состояния интерстициальной жидкости и сосу-
дистого тонуса. С этой целью авторы исследовали вяз-
коупругие свойства живого мозга собак путем широкой
трепанации черепа и тензометрического способа регист-
рации сопротивления нажатию на мозг с помощью
специального датчика, вмонтированного в держатель
микроманипулятора стереотомического прибора. По-
следний позволял осуществлять и регистрировать дози-
рованное погружение контактной пластинки при надав-
ливании на глубину до 3 мм от поверхности мозга со
скоростью плавного надавливания около 0,05 мм/с.
Одновременно регистрировались давление поверхности
мозга, артериальное и венозное давление в магистраль-
ных сосудах мозга, давление интерстициальной жидко-
сти, парциальное давление газов крови. Вязкоупругие
свойства мозга изучались in vitro и in vivo, а также при
искусственно вызванной асфиксии. Результаты работы
показали, что вязкоупругость (тургор) ткани живого
мозга зависит не только от вязкоупругих свойств самой
8 А. П. Громов
113
нервной ткани, но в значительной мерё от гемодинами-
ческих показателей мозгового кровообращения. Следо-
вательно, мозг является очень сложной средой, механи-
ческие свойства которой еще мало изучены, и сравнение
его в этом отношении с водой или спинномозговой жид-
костью малообоснованно.
Кроме того, экспериментальные модели A. I. Gross
не воспроизводили анатомических особенностей чере-
па— поэтажности расположения отдельных мозговых
отделов, неровности его костных структур, наличие от-
дельных костных выступов с жестким креплением к ним
отростков твердой мозговой оболочки, создающих есте-
ственные перегородки в полости черепа. В своих экспе-
риментах A. I. Gross совершенно не учитывал биомеха-
нические соотношения, присущие телу человека, играю-
щие известную роль не только в возникновении
черепно-мозговых травм, но и являющиеся иногда важ-
ным фактором их интенсивности (амортизирующее вли-
яние шейного отдела позвоночника, мягких покровов
черепа и т. д.). Наконец, явления, полученные A. I. Gross
на моделях, не были подтверждены в опытах на живот-
ных, совершенно не проверялись в экспериментах на
биоманекенах, что также не позволяет переносить их ре-
зультаты на биомеханику черепно-мозговой травмы у
людей.
Несмотря на перечисленные замечания и возраже-
ния, теоретические и экспериментальные исследования
A. I. Gross по объяснению механизма ушибов мозга
значительно подняли методический уровень в изучении
данной проблемы, послужили хорошим стимулом к вы-
ходу новых работ по экспериментальному и математи-
ческому моделированию закрытой черепно-мозговой
травмы. В большинстве последующих работ по данной
проблеме кавитационная теория ушибов мозга получила
дальнейшее развитие (И. М. Иргер, 1963; Н. А. Сингур,
1970, и др.). Значительная часть исследований, опубли-
кованных за рубежом, выполнялись на моделях черепа.
Для этого авторами обычно использовались сферические
оболочки, заполненные гомогенной жидкостью, условно
рассматриваемой как головной мозг. Так, W. Goldsmith
(1966) рассчитал оболочку, в которой были предусмот-
рены изменения ее непрерывности, соответствующие
большому затылочному отверстию и некоторым струк-
турным особенностям содержимого черепа. В модели
114
4. E. Engin (1969) было принято в расчет ее прогиба-
ние. Модель I. V. Benedict и соавт. (1970) не учитывала
прогибание, однако и на ней при изучении ударных
процессов получены сходные результаты, подтверждаю-
щие развитие кавитации.
В нашей стране при изучении черепно-мозговой трав-
мы большее внимание уделялось острым опытам на
животных, позволяющим проследить динамику процес-
са и выявить пато,морфологическую картину эксперимен-
тальной травмы. Опыты по изучению механизма череп-
но-мозговой травмы на животных затрудняли экстрапо-
ляцию полученных данных на случаи черепно-мозговой
травмы у людей, что в первую очередь связано с явным
анатомическим несоответствием головы животных с че-
репом и мозгом человека. Кроме того, на характер об-
разующихся повреждений мозга оказывают влияние
не только анатомические, но и биомеханические особен-
ности, представляющие большие вариации у различных
подопытных животных. Исключением в этом отношении
были опыты на обезьянах, позволяющие получать дан-
ные, весьма близкие к реальным случаям черепно-моз-
говой травмы у человека.
А. К. Ommaya и соавт. (1966) на основании экспе-
риментов на обезьянах пришли к выводу, что энергия,
действующая на голову при черепно-мозговой травме,
вызывает последствия трех видов: 1) искривление чере-
па— контактный феномен удара, распределенного в
пределах крыши черепа; 2) перемещение головы по пря-
мой линии; 3) ротация головы вокруг шеи (хлыстовое
воздействие, боковые изгибы, вращательное движение
головы). Критикуя кавитационную теорию противоудар-
ных повреждений, эти авторы основное значение в ме-
ханизме ушибов мозга придают деформации черепа,
смещению мозга и удару его о гребни основной кости
и неровности лобно-височной ямы, что приводит к по-
вреждениям лобно-височных долей мозга. Относительно
гладкая поверхность затылочной кости служит факто-
ром, предупреждающим повреждения в задних отделах
мозга при лобных локализациях ударов.
Учитывая значительные трудности в разработке дос-
товерных моделей закрытой черепно-мозговой травмы,
некоторые ученые стали проводить исследования на
биоманекенах. Биоманекены применяли Е. S. Guardjian
и соавт. (1961), которым удалось установить физичес-
115
кие величины сжатия и ускорения, развивающиеся в
полости черепа в момент удара и приводящие к повреж-
дениям мозга. Перепад внутричерепного давления, по
их мнению, связан как с деформацией черепа, так и со
значительным ускорением головы.
S. Edberg, Angrisin (1967) в ходе экспериментов на
трупах применили чувствительные датчики и ускорите-
ли, которые позволили установить, что быстрый перепад
давлений в местах удара и противоудара связан с дви-
жением или ускорением свода черепа по отношению к
малоподвижному головному мозгу. Особо важное зна-
чение в механизме ушибов мозга исследователи прида-
вали отрицательному давлению, рассматривая дефор-
мацию костно-черепных образований только в пре-
делах, необходимых для развития кавитационных яв-
лений.
Анализ данных литературы показывает, что в на-
стоящее время кавитационная теория ушибов головного
мозга при закрытой черепно-мозговой травме является
доминирующей. Однако эта теория небезупречна как в
теоретическом, так и особенно в практическом отноше-
нии. Кавитационная теория не может объяснить обще-
известного факта преимущественной локализации про-
тивоударных ушибов головного мозга в области основа-
ния лобных и полюсов височных долей при различных
механизмах травмы. Так, С. В. Courville (1964) из шес-
ти типов выделенных им ударных воздействий в четы-
рех наблюдал повреждения лобных и височных долей
при диаметрально противоположных направлениях уда-
ров, что невозможно объяснить с позиции кавитацион-
ной теории. Согласно наблюдениям и многих других
исследователей, ушибы мозга чаще всего располагаются
в области основания лобных и полюсов височных долей
(Л. И. Смирнов, 1947; Д. А. Курме, Я. А. Купч, 1975;
Н. А. Синтур, 1970; Н. Spatz, 1936; Н. A. Holbourn,
1943; R. Sindenbergang, Е. Freytag, 1960; А. К. Ommaya
et al., 1973, и др.).
Основываясь на морфологических проявлениях че-
репно-мозговой травмы, не укладывающихся в рамки
кавитационной теории, в ходе экспериментального изу-
чения биомеханики травмы головы был установлен не-
известный ранее ударный эффект деформации костей
основания черепа, проявляющийся при различных меха-
нических воздействиях на голову человека с пороговой
116
силой 300—350 кгс (А. П. Громов, О. Ф. Салтыкова,
Т. С. Болонкин и др., 1977).
Максимально приблизить эксперименты к прижиз-
ненным условиям возникновения повреждений головы
помогло использование специальных стендовых устано-
вок и устройств, конструктивные особенности которых
позволяют получать дозированные механические нагруз-
ки, причиняемые по различным областям как движущей-
ся, так и неподвижной головы.
Эксперименты с ударными воздействиями по дви-
жущейся голове производили: 1) на стенде конструкции
И. И. Антуфьева, допускающего причинение нагрузок
во все области головы, кроме срединно-теменной; 2) на
стенде-раме конструкции Г. С. Болонкина, позволяющем
производить удары затылочной областью головы при
падении навзничь. Опыты с механическими воздействия-
ми по неподвижной голове осуществляли: 1) на маятни-
ковом стенде конструкции Г. С. Болонкина, на котором
наносились удары по срединно-теменной области голо-
вы; 2) посредством специального приспособления типа
молотка со съемными заменяющимися ударниками
(массой от 150 г до 4,7 кг), имеющими плоские широкие
и ограниченные (от 16 до 36 см2), а также удлиненные
(25X3 см) поверхности соударения.
Силу механических воздействий рассчитывали: 1) по
значениям осциллограмм, записанным на осциллогра-
фах К-20-21 или Н-102 через усилитель 8 АНЧ-7 с вос-
принимающих мессдоз, крепящихся под ударниками;
2) по дешифровъе кадров скоростной киносъемки (ка-
мера «Пентоцет-16» или СК-1), которой документиро-
вался ход опытов; 3) посредством математических рас-
четов на основании полученных экспериментальных
данных. Детальное описание конструкции стендов, ис-
пользованных в работе, методики проведения опытов
и регистрация параметров ударов подробно описаны
выше.
Характер деформации костей черепа в момент ударных нагру-
зок изучали С. П. Ступаков и В. В. Королев на стенде ударных
перегрузок (рис. 27), состоящем из стальной массивной вертикально
расположенной рамы, жестко крепящейся к неподвижному фунда-
менту. По двум направляющим тросам внутри этой рамы свободно
движется платформа, к которой крепился череп с датчиками де-
формации ПКП-15 (предел измеряемых деформаций ±300-105),
соединенными через усилитель с 20-канальным осциллографом типа
К-20-21 со скоростью протяжки фотобумаги 1 м/с. Датчики дефор-
117
Рис. 27. Схема стенда ударных
перегрузок.
1 — испытуемый объект; 2 — падаю-
щая платформа; 3 — механизм уп-
равления; 4 — крешер.
мации фиксировали клеем БФ-2
чешую лобной, затылочной, височ-
ной костей, а также на кости кры-
ши глазницы и на большие крылья
основной кости. Полимеризация
клея осуществлялась в течение
10 ч при равномерном нагревании
электрическими каминами с рас-
стояния 50 см до объектов. К па-
дающей платформе стенда крепи-
лись датчики ускорения ДУ-5М с
диапазоном измеряемых перегру-
зок от 0 до 400 сд.
Ударные воздействия на этом
стенде причинялись в лобные, за-
тылочные и височные области че-
репа при высоте падения плат-
формы 180 см. Характер ударной
деформации костей черепа опреде-
ляли по пиковому значению осцил-
лограмм, величина перегрузки —
по тарировочным графикам датчи-
ков деформации.
Всего на различных стен-
дах и устройствах произве-
дено 260 экспериментов по
причинению ударных воз-
действий в лобную (А. В.
Маслов), затылочную (Н. Н.
Веремкович), теменную (И. П. Пырлина, О. Ф. Салтыко-
ва), височную (О. Ф. Салтыкова) области головы, а
также на границах этих отделов в так называемые сты-
ковые точки (О. Ф. Салтыкова). Для изучения возни-
кающих в ходе экспериментов повреждений мозга при-
менялись ангиография головного мозга, световая микро-
скопия, стереомикроскопия и анатомо-топографическое
описание. Наливка сосудов головного мозга для целей
ангиографии производилась О. Ф. Салтыковой тонко-
дисперсной водной взвесью сульфата бария, воды и
глицерина под давлением 120—140 мм рт. ст., для чего
был использован баростат конструкции В. Г. Волошина
(рис. 28).
В процессе обработки экспериментального материа-
ла было установлено: 1) возникновение повреждений
мозга в виде посмертных субарахноидальных растека-
ний крови (рентгеноконтраста в опытах с ангиографией)
и деструкций коркового вещества в области основания
лобных и шолюсов височных долей при механических
118
3
Рис. 28. Схема баростата конструкции В. Г. Волошина.
/ — корпус баростата; 2 — надмембранная крышка с дозой (3), 4 — тройник
с дозой; 5 — регулятор; 6 — анероид; 7 — клапан; 8 — емкость с контрастной
жидкостью; А, В — над- и подмембрапные полости; М —манометр.
.нагрузках как в затылочную, так и лобную области го-
ловы биоманекена (О. Ф. Салтыкова); 2) появление по-
вреждений мозга той же локализации при действии
предметов с площадью соударения 36 см2 и более, при
ударных воздействиях в вышеуказанные области голо-
вы; 3) полное отсутствие повреждений мозга при дейст-
вии предметов с ограниченной поверхностью соударе-
ния или наличие субарахноидальных кровоизлияний и
деструкций коры в области ударов в опытах, сопровож-
давшихся дырчатыми (вдавленными) переломами
(В. С. Воронцов); 4) выраженный плоскостной характер
экспериментальных повреждений мозга и несоответст-
вие их локализаций зонам кавитационных противоуда-
ров (О. Ф. Салтыкова); 5) закономерная связь между
интенсивностью повреждений мозга и толщиной костей
черепа, образующих глазничные части лобной и боль-
шие крылья основной костей (О. Ф. Салтыкова); 6) от-
сутствие экспериментальных повреждений мозга по мере
нарастания силы механических воздействий, приводя-
щих к появлению переломов в области глазничных час-
тей лобной кости, в том числе оскольчатых, сопровож-
давшихся нарушением целости твердой мозговой обо-
лочки (О. Ф. Салтыкова).
Таким образом, .повреждения мозга одной и той же
локализации возникали при диаметрально противопо-
119
ложных механических воздействиях предметами с широ-
кой плоской и удлиненной плоской поверхностями со-
ударения (при ширине не менее 4 см). Эти данные, а
также отсутствие повреждений мозга при действии
предметов с ограниченными поверхностями соударения,
независимо от их массы и формы ударяющей поверх-
ности, позволили предположить, что причиной указан-
ных выше повреждений мозга являются деформацион-
ные искривления костей основания черепа и прежде
всего в области крыши глазницы и больших крыльев
основной кости.
С целью получения объективных данных, подтверж-
дающих нашу гипотезу о некавитационном механизме
ушибов мозга, были произведены три серии эксперимен-
тов (по 25 опытов в каждой серии) по причи-
нению ударных воздействий силой 300—400 кгс в лоб-
ную и затылочную области головы. В качестве контроля
использованы ранее проведенные опыты при тех же
параметрах механических воздействий. В первой и вто-
рой сериях экспериментов (О. Ф. Салтыкова) ударным
нагрузкам предшествовали спинномозговые пункции
(до момента самопроизвольного прекращения истечения
спинномозговой жидкости) и трепанации черепа с на-
ложением фрезевых отверстий в зоне противоударов.
В третьей серии моделировалось самопроизвольное па-
дение биоманекена с ударом затылочной областью о
рыхлую землю (В. В. Дербоглав, О. Ф. Салтыкова). Во
всех указанных экспериментах производилось измерение
толщины костей черепа, в том числе и в области его
основания.
В первой серии экспериментов благодаря пункции
исключалось проявление градиента давления, который
обычно приводится в подтверждение кавитационного
происхождения ушибов мозга. Удаляли по 40—50 мл
спинномозговой жидкости, т. е. около трети общего его
количества, и тем самым исключали возможность его
амортизирующего действия. Однако ни в одном экспе-
рименте при ударах лобной областью повреждений за-
тылочных долей и мозжечка не наблюдалось. В то же
время очаги ушибов были установлены в базальных
отделах лобных и на полюсах височных долей.
Во второй серии опытов при разгерметизации черепа
путем наложения фрезевых отверстий в чешуе лобной
или затылочной костей при ударах в затылочную и лоб-
120
Мую области постоянно выявляли повреждения лобных
и височных долей, хотя сам факт разгерметизации ис-
ключал возникновение отрицательного давления и свя-
занного с ним повреждающего гидродинамического эф-
фекта. Наличие повреждений мозга в тех же областях,
в которых они наблюдались и без разгерметизации че-
репа, объективно свидетельствовало не о кавитацион-
ном, а ином механизме их образования.
В третьей серии опытов при падениях биоманекенов
навзничь на рыхлую землю ушибы лобных и височных
долей мозга отсутствовали. Это обстоятельство можно
объяснить мягкостью поверхности соударения (рых-
лость земли), когда ударные нагрузки не вызывали
распространенной деформации черепа и не сопровож-
дались повреждениями мозга.
В первых двух сериях опытов отмечалась выражен-
ная зависимость между толщиной костей в области кры-
ши глазницы, больших крыльев основной кости и интен-
сивностью повреждений мозга. Чем тоньше были эти
кости, тем значительнее повреждались основания лоб-
ных долей и полюса височных долей мозга.
Одним из доказательств деформационного механиз-
ма ушибов мозга при закрытой черепно-мозговой трав-
ме является отмечаемая на практике большая редкость
подобных повреждений у детей, имеющих эластичные
кости черепа и хрящевые межкостные прослойки, пре-
пятствующие развитию деформации черепа.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что
причиной ушибов мозга является деформация черепа.
Этому способствует то обстоятельство, что кости основа-
ния черепа отделены от мозга весьма тонкой ликворной
прослойкой, мало защищающей его ткань от ударных
искривлений деформирующихся костей.
С целью подтверждения деформационного механиз-
ма экспериментальных повреждений мозга Г. С. Болон-
киным была построена модель основания черепа, пред-
ставляющая собой пространственную шарнирную систе-
му, которая позволяет аналитическим путем установить
основные виды деформации, развивающиеся в костях
основания черепа. Эта модель (рис. 29) состоит из семи
двухшарнирных арок, шесть из которых расположены
в горизонтальной плоскости П и одна (BCiO) в сагит-
тальной плоскости. Жесткость этой системы обеспечи-
вается стержнями ОК и ON. При проекции этой систе-
121
Рис. 29. Схематическое изображение плоскопространственной шар-
нирной системы основания черепа (объяснение в тексте).
мы на основании черепа ее арки и стержни совпадают
с костными образованиями основания черепа, включая
крышу глазницы, малые, а через них и большие крылья
основной кости, части пирамидок височных костей, че-
шуй лобной и затылочной костей.
При воздействии ударной силы Pg (рис. 30) отдель-
ные элементы шарнирной системы подвергнутся следую-
щим видам деформации: арка лба AGD—растяжению
и изгибу, арки малых крыльев ОА и OD и затылка
KBN — растяжению, арки АК и ND — изгибу. Действие
ударной силы Рв (рис. 31) вызовет в арке затылка
(KBN) растяжение и изгиб, а остальные арки претер-
пят те же виды деформации, что и при ударе в точке G.
Противоположно направленная растягивающая сила Q
в обоих случаях вызывает деформацию двухшарнирных
арок OD и ОА. Это является причиной ударного растя-
жения выпуклой орбитальной части лобной кости с по-
следующим ее уплощением при ударных воздействиях
как в лобную, так и в затылочную области.
Для подтверждения соответствия качественной оцен-
ки деформации модели основания черепа истинным ви-
дам деформации, наблюдающимся в черепе человека
при травме, Г. П. Ступаковым и В. В. Королевым были
проведены тензометрические исследования на стенде
ударных перегрузок. С этой целью использовались не-
поврежденные черепа, которые не подвергались допол-
нительным термическим и химическим воздействиям.
122
Рис. 30. Распределение дейст-
вующих сил в шарнирной си-
стеме модели основания чере-
па при ударе в область глабел-
лы (Pg).
Рис. 31. Распределение дейст’
вующих сил в шарнирной си-
стеме модели основания чере-
па при ударе в область заты-
лочного бугра (Рв).
Датчики деформации ПКП-15 наклеивали в области
чешуй лобной, затылочной, височной костей, а также в
области теменных костей, крыши глазницы и больших
крыльев основной кости. Изучение полученных осцилло-
грамм показало, что зарегистрированные деформации
костей черепа в основном соответствовали деформациям,
установленным на модели основания черепа. При этом
обнаружено также, что воздействие на кости черепа, не
имеющее губчатого вещества (чешуя височной кости,
крыши глазницы, большие крылья основной кости),
сопровождалось ударной вибрацией и, в отличие от че-
шуи лобной и затылочной костей, эти кости обладали
неустойчивостью.
Если кости крыши глазницы были тонкими (0,05 см),
на осциллограммах четко определялись два пика смеще-
ния, направленные в противоположные стороны и сле-
дующие непосредственно друг за другом. При толщине
крыши глазницы 0,2—0,3 см степень выраженности ви-
брации значительно снижалась за счет их большой
жесткости. При этом преобладал какой-либо один тип
123
р
d=0
3
Т
С*
I
t=t
I
с//=/7
Рис. 32. Схематическое изобра-
жение I и II фаз движения
глазничной части лобной кости
(крыши глазницы) при ее де-
формации с ударным эффек-
том (объяснение в тексте).
14,
t-t*
*1
ti-2
d3
I
§
I
I
Л
i4?
деформации, направленной
5 сторону полости черепа
или в противоположном от
нее направлении. Следова-
тельно, тонкие орбитальные
части лобных костей (типа
мембран) имеют по срав-
нению с более утолщенны-
ми их разновидностями ка-
чественно иную деформа-
цию. Для установления ха-
рактера и особенностей этой
деформации была проана-
лизирована модель крыши
глазницы, которая показа-
ла, что деформация истон-
ченной орбитальной части
лобной кости может быть
представлена как двуфазно
протекающий во времени
процесс (рис. 32).
В первой фазе под дей-
вием ударного давления вы-
пуклая глазничная часть
лобной кости из своего пер-
воначального положения
а = 0, t = t0) начинает де-
формацию уплощения с возрастающей глубиной вдавле-
ния (си, «2, а3). Это уплощение происходит до момента,
когда а = атах, /=т, а скорость деформации а'=0.
С этого момента начинается вторая фаза деформации —
обратное движение глазничной части, обусловленное по-
тенциальной энергией, накопленной по краям уплощен-
ного участка в конце первой фазы деформации. Эта фа-
за характеризуется тем, что глубина максимального
уплощения (а = «тах) начнет уменьшаться, последова-
тельно пройдя положения а3, «2, си. При этом ’скорость
выбухания орбитальной части будет непрерывно возра-
стать и, когда эта часть дойдет до момента t2 и положе-
ния cci, появится хлопкообразный эффект ее деформа-
ции, т. е. мгновенный переход в первоначальное поло-
жение.
Такой характер деформации подтвержден Г. С. Бо-
лонкиным исследованием интеграла дифференциально-
124
го уравнения движения глазничной части лобной кости
в формуле Лагранжа:
а3 + 2ааа+ 1) Сгапа — 2С2аа = 0, (6.1)
где а — упругие свойства кости; а — скорость деформа-
ции; а — ускорение деформации; n, Ci, С2—константы,
зависящие от геометрических и физических параметров
глазничной части лобной кости (ее толщины, плотности,
солевого и микроэлементарного составов и т. д.).
Это уравнение, описывающее частный случай дви-
жения с непрерывно возрастающей скоростью, может
быть представлено в виде:
d
(аа2 + — С2а2) =0. (6.2)
Интегрируя это уравнение, получим первый интеграл
уравнения движения орбитальной части лобной кости:
аа2 + Схап+1 — С2а2 = const. (6.3)
Сокращая на а, получаем уравнение:
. const
a2+<?1a«+i-C2a-——, (6.4)
которое описывает явление хлопкообразного эффекта
деформации орбитальной части лобной кости. Такая де-
формация происходит потому, что в конце второй фазы
движения обобщенная координата а->0, а скорость вы-
бухания а->оо, т. е. наступает разрыв. Это физически
выражается в мгновенном переходе истонченной глаз-
ничной части лобной кости к своей первоначальной вы-
пуклой фор'ме. В этот момент крыша глазницы совершит
жесткий удар по базальным отделам лобных долей,
вызывая их повреждение. Растяжение малых, а затем
больших крыльев основной кости послужит причиной
их «хлопка» по полюсам височных долей.
Описанный ударный эффект деформации крыши
глазницы и крыльев основной кости развивается не
только при ударе в область затылка, но и при воздейст-
вии силы в лобную область. Направление действующих
сил на разработанной Г. С. Болонкиным модели осно-
вания черепа показывает, что при ударе по средней ли-
нии затылка или в затылочно-теменную область (рис.
33) силы FjFsFg, направленные по дуге ОВ и стержням
125
рв
' в
Рис. 33. Схема суммирования
сил (Fh F2, F3) в точке О при
ударе в область затылочного
бугра (объяснение в тексте).
Рис. 34. Схема разложения сил
в точке О на две равновели-
кие Q и R при ударе в область
глабеллы (объяснение в тек-
сте) .
ОК и ON, суммируются в точке О, которая под дейст-
вием образующейся силы сдвигается кпереди. При этом
происходит смещение основной кости в заднепереднем
направлении. Одновременно происходит смещение в
том же направлении малых крыльев основной кости
(дуг ОА и OD). Последние, уплощаясь, передадут уси-
лия на большие крылья, ударный толчок которых по-
вредит полюса височных долей мозга.
В отличие от предыдущего варианта при ударе в
область глабеллы (рис. 34) в точке О произойдет раз-
ложение сил, действующих спереди. При этом точка О
подвергнется противоположно направленным боковым
растяжениям Q, которые будут гасить и рассеивать си-
лу, приложенную спереди. Образующаяся сила R, на-
правленная кзади, будет значительно меньше сил Q, не
затрагивающих стержней ОК и ON. При таком распре-
делении сил концы дуг OD и ОА не расстягиваются в
противоположные стороны, а еще больше ударно изги-
баются, повреждая (через большие крылья) прилегаю-
щие отделы мозга только в случаях их упругого пласти-
ческого выпрямления, когда осуществляется жесткий
126
Удар .по веществу мозга. Именно та>ким распрёделёййёМ
сил можно объяснить, почему при ударах в лобную
область повреждения височных долей менее выражены
по сравнению с ударом по затылку.
Приведенные модели хорошо объясняют, почему по-
вреждения лобных и височных долей мозга будут сим-
метричными лишь при сагиттальных направлениях удар-
ных воздействий. Симметрия повреждений этих отделов
мозга нарушится, если произойдет латеральное смеще-
ние точек приложения силы, что вызывает асимметрию
деформации малых крыльев основной кости и крыш
глазниц. Степень асимметрии ушибов мозга будет тем
большая, чем ближе череп приближается к брахицефа-
лическому.
Если действующая сила направлена вдоль оси пира-
мидки височной кости, то отмечается наименьшее по-
вреждение базальных отделов лобной доли моэга на
стороне воздействия и более значительное повреждение
на противоположной стороне. Такое соотношение дости-
гает своего максимума, когда угол между осями пира-
мидок височных костей равен 90°. В подобных случаях
в момент удара пирамидка с противоположной стороны
не деформирует малое крыло основной кости, а сме-
щается только у своего конца. Поэтому устойчивость
крыши глазницы со стороны удара не нарушается, что
исключает возможность появления здесь повреждений
в области базального отдела лобной доли.
Приведенные данные о патогенетической роли кост-
но-черепной деформации в механизме ушибов мозга
позволяют более правильно оценить механизм различ-
ных случаев закрытой черепно-мозговой травмы, встре-
чающихся в судебно-медицинской практике. Результаты
экспериментов помогают объяснить, почему у постра-
давших с брахицефалической формой черепа при ударах
в область стыка между затылочной и височной костями
повреждения лобной доли со стороны удара обычно от-
сутствуют и рез1ко выражены с противоположной удару
стороны.
Проведенные исследования позволили прийти к сле-
дующим выводам: 1) посмертные повреждения головного
мозга в экспериментах по моделированию черепно-моз-
говой травмы на биоманекенах постоянно локализуются
в области лобных и височных долей; 2) возникновение
повреждений такой локализации -при диаметрально
127
Противоположных направлениях ударных воздействий,
в том числе .в условиях разгерметизации черепа и час-
тичного удаления спинномозговой жидкости, свиде-
тельствует о патогенетической связи ушибов мозга с
деформацией костей основания черепа; 3) деформа-
ционный механизм ушибов головного мозга получил
достаточное физико-механическое обоснование при изу-
чении модели основания черепа, а также посредством
математических расчетов и тензометрических исследо-
ваний.
Эти исследования также показали, что непрямые
ушибы мозга в области базальных отделов лобной и по-
люсов височных долей при действии ограниченных пред-
метов не выявлялись. В таких случаях отмечались лишь
прямые ушибы мозга в области переломов соответствен-
но зонам приложения силы.
Под действием предметов с широкой или удлиненной
ударяющей поверхностью возникающие посмертные
повреждения мозга были или непрямыми (при целости
костей черепа) или сочетались с прямыми (при нару-
шении целости костей в зоне удара). Однако и здесь
непрямые посмертные ушибы мозга (вне зоны механи-
ческого воздействия) всегда локализовались на базаль-
ных поверхностях лобных и полюсах височных долей.
В этих отделах головного мозга обнаруживались диффуз-
ные посмертные кровоизлияния (рис. 35) или их соче-
тания с мелкими очаговыми и более распространенными
деструкциями мозговой коры, иногда с нарушением
мягкой мозговой оболочки. Кортикальные повреждения
чаще располагались на вершинах прямых и орбиталь-
ных извилин, реже в области полюсов височных долей
при их постоянном отсутствии в глубине борозд. В опы-
тах с ангиографией в указанных выше областях мозга
определялось субарахноидальное растекание контраста,
которое захватывало также полюса лобных долей и их
фронтальные извилины (рис. 36).
Полученные экспериментальные данные подтверж-
даются повседневной практикой проведения судебно-ме-
дицинских экспертиз в случаях смертельных черепно-
мозговых травм. Особое значение для установления
первичной локализации ушибов мозга имело изучение
практических случаев, в которых черепно-мозговая
травма была агональной, не связанной с причиной смер-
ти (падение при обрыве петли у повешенного, падение
128
Рис. 35. Симметрич-
ные субарахноидаль-
ные кровоизлияния на
базальной поверхно-
сти лобных и полю-
сах височных долей;
полосчатые кровоиз-
лияния на нижней по-
верхности мозжечка
по ходу линий чешуи
затылочной кости
(удар в область за-
тылочного бугра).
Рис. 36. Массивное
субарахноидальное
растекание рентгено
контрастной смеси в
области лобных и ви
сочных долей при
ударной нагрузке в
лобную область (на-
ливка сосудов голов-
ного мозга под дав-
лением 120 мм рт. ст.).
9 А. П. Громов
При скоропостижной смерти от острой сёрдечнО-сосу*
диетой недостаточности и т. д.). Эти наблюдения позво-
лили изучить повреждения мозга непосредственно в зо-
не их образования без вторичных наслоений, так как
агональное падение артериального давления ограничи-
вало кровоизлияние только местом ушиба. При этом не
происходило растекания крови в прилегающие отделы
субарахноидального пространства, что обычно стушевы-
вает первоначальную картину прижизненного повреж-
дения мозга. В этих наблюдениях ушибы мозга также
ограничивались областью лобных и височных долей,
располагаясь вне зон кавитационных противоударов.
Одинаковая локализация посмертных и прижизнен-
ных ушибов мозга, их макро- и микроскопическое сход-
ство, особенно при наличии кортикальных деструкций
в области вершин извилин, дали основание О. Ф. Сал-
тыковой рассматривать экспериментальные поврежде-
ния мозга эквивалентами прижизненных ушибов мозга
и считать общим механизм их развития.
Полученные экспериментальные данные и сопостав-
ление их с практическими наблюдениями, а также фи-
зико-математическое изучение Г. С. Болонкиным моде-
лей основания черепа и крыши глазницы свидетельст-
вуют о существовании особого вида деформации —
ударного эффекта, являющегося основной причиной по-
вреждения мозга в области базальных отделов лобных
долей и полюсов височных долей головного мозга. Это
неизвестное ранее явление ударного эффекта, связанное
с анатомическим строением головы и развивающееся
при деформации костей основания черепа под действием
ударной нагрузки, имеет большое значение для судеб-
но-медицинской науки и экспертной практики, позволяя
правильно понимать механизм закрытой черепно-мозго-
вой травмы по особенностям обнаруженных поврежде-
ний головы и, в частности, по локализации ушибов го-
ловного мозга.
Распространенная в настоящее время кавитационная
теория ушибов мозга ограничивает научное экспертное
мышление при оценке различных случаев закрытой че-
репно-мозговой травмы, сводя всю сложность развиваю-
щихся при этом явлений к процессам кавитации в го-
ловном мозге и не учитывая изменений, происходящих
с костями черепа, первыми воспринимающими ударные
воздействия. Отсюда может возникать трафаретность,
130
а иногда и ошибочность судебно-медицинских выводов
при различных механизмах закрытой черепно-мозговой
травмы. Например, для дифференциальной диагностики
травмы с ускорением (отбрасывание тела при автотрав-
ме, падение с высоты и др.) с повреждениями, причи-
няемыми по неподвижной голове, в судебно-медицинс-
кой литературе рекомендуется использовать морфоло-
гическую картину ушибов мозга, основанную на кави-
тационной теории. Однако последняя не может
объяснить сходство наблюдающихся морфологических
изменений мозга при различных механизмах травмы.
Напротив, деформация крыши глазницы и ее удар-
ный эффект с последующей деформацией больших
крыльев основной кости объясняют причину постоянства
локализации ушибов мозга в области лобных и височ-
ных долей при ударных воздействиях как в передне-
заднем, так и в заднепереднем направлениях. Установ-
ленный эффект деформации объясняет также возмож-
ность развития экспериментальных повреждений мозга
независимо от явлений кавитации в условиях разгерме-
тизации черепа и частичного удаления из его полостей
спинномозговой жидкости.
Кавитационная теория не может объяснить, почему
ушибы мозга в зоне и вне зоны механических воздейст-
вий развиваются и при ударных нагрузках по неподвиж-
ной голове биоманекена при отсутствии ее предшест-
вующего ускорения. Такие ушибы мозга при ударе по
голове человека, находящегося в покое, предметами с
широкой или удлиненной поверхностью соударения воз-
никают вследствие ударного эффекта деформации лоб-
ной кости. Учет этих данных позволит экспертам (при
более тщательном анализе обстоятельств дела) выде-
лять повреждения, причиненные посторонней рукой, а
органам следствия и судам более точно устанавливать
род насильственной смерти (убийство, самоубийство,
несчастный случай).
Проведенными исследованиями установлено, что
очаги экспериментальных непрямых ушибов по сущест-
ву не являются противоударными, поскольку их локали-
зация не соответствует направлению силы, приложен-
ной к голове биомапекепа. Такие ушибы и при ударах
в затылок и в лобную область располагались на осно-
вании лобных и полюсов височных долей. Отсюда выте-
кает неправомерность понятия «противоударные по-
9*
вреждения» и диагностической ценности таких повреж-
дений при установлении механизма прижизненных
ушибов мозга.
Появление субарахноидальных кровоизлияний в
области полюсов лобных долей в случаях прижизненной
черепно-мозговой травмы, дающее основание для диаг-
ноза противоударных повреждений при затылочной ло-
кализации ударов, является, как показали опыты с на-
ливной (О. Ф. Салтыкова), результатом вторичного
растекания крови из зоны первичного повреждения моз-
га в области основания лобных долей. Это стушевывает
первоначальную морфологическую картину мозговой
травмы и может давать основание к случаям ошибоч-
ной диагностики «противоударных повреждений» соот-
ветственно зонам обнаруженных субарахноидальных
кровоизлияний.
Исходя из деформационного механизма ушибов моз-
га, связанного с ударным эффектом и определенным
распределением силы в области основания черепа, на-
ходит объяснение и частое отсутствие ушибов головно-
го мозга у детей при закрытых черепно-мозговых трав-
мах. Известно, что череп детей имеет значительные
анатомические отличия от черепов взрослых. Эластич-
ность костей черепа, широкое ликворное пространство,-
отсутствие заращенных швов и особенно наличие хря-
щевых соединений затылочной кости с височными и
теменными, замещающимися костными только в юно-
шеском возрасте, исключают из-за амортизации удара
развитие распространенной деформации и проявление
ударного эффекта при ударах затылочной областью.
Экспериментальное определение силы удара, необхо-
димой для развития эффекта ударной деформации кос-
тей крыши глазницы при различной их толщине, дают
основание высказать экспертное суждение о величине
приложенной силы механического воздействия при це-
лости костей черепа и наличии ушибов мозга. Такая
количественная оценка значительно объективизирует
•проведение судебно-медицинских экспертиз трупов и
живых лиц и даст в распоряжение экспертов необходи-
мые критерии для установления механизма причинен-
ных .повреждений.
Развитие ударного эффекта только при целости кос-
тей крыши глазницы в случае обнаружения оскольчатых
их переломов и наличия очагов ушибоц мозга в области
13?
основания лобных долей дает основание высказать эк-
спертное суждение не только о силе, но иногда и о ко-
личестве, а та'кже о последовательности причинения
механических воздействий (первый удар вызывает по-
вреждения мозга, второй— оскольчатый перелом крыши
глазницы).
Возможность возникновения ушибов лобных и височ-
ных долей мозга только при действии твердых тупых
предметов с широкой и удлиненной ударяющими по-
верхностями (эти предметы вызывают ударный эффект
деформации) и учет костных повреждений при этом
дают основание для исключения предметов, не имеющих
этих признаков, из числа предполагаемых орудий пре-
ступления. Это позволяет высказать более определен-
ные экспертные суждения о действовавшем предмете.
Используя установленное явление ударного эффекта,
мы неоднократно проводили экспертизы по материалам
уголовных дел, в которых по характеру повреждений
головного мозга и костей черепа устанавливали орудия
преступления, что способствовало изобличению лиц,
причинивших повреждения.
На основании эффекта ударной деформации с уши-
бами мозга в области основания лобных долей и полю-
сов височных долей расширились экспертные возмож-
ности для решения вопроса о характере соударяемой
поверхности в случаях падения на плоскости. Так, при
падениях навзничь и ударах головой о нежесткую по-
верхность (песок, рыхлая земля, торф и т. д.) ушибов
мозга не возникает вследствие отсутствия костной де-
формации. Наличие ушибов головного мозга при целос-
ти костей черепа или переломов в месте соударения
свидетельствует о падении на жесткую поверхность.
Опытами доказано, что локализация эксперименталь-
ных ушибов мозга, а также степень их симметричности
связаны не только с локализацией механических воздей-
ствий, но и с формой черепа, обусловливающей особен-
ности ударного эффекта деформации. Отсюда возникает
необходимость при проведении экспертиз по поводу за-
крытой черепно-мозговой травмы определять форму че-
репа, с учетом которой возможно более точное установ-
ление локализации первичного механического воздей-
ствия.
Знание формы черепа и локализации первичного
воздействия расширяет возможности для более точной
13а
топической диагностики ушибов головного мозга (вну-
тричерепных гематом), что соответственно определяет
количество и локализацию фрезевых отверстий, накла-
дываемых с диагностической и лечебной целями.
Кроме того, опытами установлено, что развитие уши-
бов мозга в области лобных долей при ударах в задне-
переднем направлении с предшествующими спинномоз-
говыми пункциями сочетается с ударным растяжением
намета мозжечка (из-за ударного искривления черепа).
Это сопровождается субарахноидальными кровоизлия-
ниями в нижних отделах затылочной долей и на верх-
ней поверхности мозжечка и является впервые установ-
ленным диагностическим признаком скрытого перелома
позвоночника, сопровождающегося утечкой спинномозго-
вой жидкости. Наличие этого морфологического призна-
ка может помочь в установлении последовательности
нанесения повреждений (первое — перелом позвоночни-
ка или разрыв атланто-затылочного сочленения, второе—
удар в затылок).
Одним из важных в судебно-медицинском отношении
выводов, вытекающих из проведенных экспериментов,
является сама возможность развития посмертной закры-
той черепно-мозговой травмы, макро- и микроскопически
сходной с прижизненной. Подобная картина особенно
выражена при значительном полнокровии мозговой тка-
ни, являющейся причиной обильного выхождения эрит-
роцитов в субарахноидальное пространство зоны уши-
бов и симулирующей прижизненные кровоизлияния.
Установление ударного эффекта деформации лобной
кости объясняет механизм развития непрямых перело-
мов в области крыши глазницы, а также отсутствие или
незначительную выраженность при оскольчатых ее пе-
реломах ушибов мозга на базальной поверхности лоб-
ных долей. При этом, согласно биомеханике развития
ударного эффекта деформации, кинетическая энергия
полностью расходуется на необратимую деформацию —
оскольчатый перелом (в фазе уплощения) и значитель-
ные повреждения прилегающих отделов мозга не разви-
ваются.
Научное и практическое использование ударного эф-
фекта деформации выходит далеко за пределы судебной
медицины и имеет большое значение для специалистов
ряда дисциплин —клинической (травматология, нейро-
хирургия, неврология и др.), спортивной и военной ме-
134
Дицины, а Также специалистов ряда технических дис-
циплин, занимающихся разработкой устройств (каски,
шлемы и др.) для предупреждения и снижения тяжести
черепно-мозговой травмы при различных видах травма-
тизма. Например, данные, связанные с развитием удар-
ного эффекта, начинают применяться и при конструиро-
вании защитных шлемов. В частности, результаты этого
исследования были использованы нами при выполнении
заказной работы по обоснованию максимальных удар-
ных нагрузок на голову человека в защитной каске.
В ходе выполнения этой работы при испытании касок с
нулевой амортизацией, находящихся на голове биома-
некенов, возникали непрямые переломы соответственно
глазничным частям лобных костей (при отсутствии
других костных повреждений). Это свидетельствовало
о том, что под влиянием локального удара (наносили
шаром по голове, защищенной каской) возникала рас-
пространенная деформация черепа с максимальным
проявлением ее разрушающей силы в области крыши
глазниц. Методика и результаты исследований по био-
механическому обоснованию защитных касок будут из-
ложены в VIII главе.
Таким образом, сведения об ударном эффекте кост-
но-черепной деформации являются основой для новой
теории ушибов мозга, которая устанавливает принци-
пиально новый подход к судебно-медицинской оценке
закрытой черепно-мозговой травмы. Они расширяют
возможности экспертов в более точном установлении
локализации механического воздействия, его направле-
ния и силы, обращают внимание на необходимость уче-
та в проводимых экспертизах формы черепа, толщины
его костей, особенно в области основания черепа,
свидетельствуют о необходимости пересмотра широко
распространенных понятий «удар—противоудар» и свя-
занных с ними травмы ускорения. Кроме того, обнару-
женный нами ударный эффект костно-черепной дефор-
мации может быть использован при обосновании ударо-
стойкости защитных шлемов и касок и повышении
эффективности этих средств индивидуальной защиты,
а также при решении вопросов, связанных с диагности-
кой и лечением закрытой черепно-мозговой травмы.
Глава VII
БИОМЕХАНИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ГОЛОВЫ
ПРИ ПАДЕНИИ ЧЕЛОВЕКА
НА ПЛОСКОСТИ
При изучении повреждений головы вследст-
вие падения человека навзничь была разработана мате-
матическая модель падения с установлением физических
параметров, характеризующих движение тела в зависи-
мости от условий падения, позы и положения головы
пострадавшего. В процессе экспериментов были уста-
новлены количественные показатели такой черепно-моз-
говой травмы и, в частности, выявлены пороговые на-
грузки возникновения повреждений головы при соударе-
нии с плоскостью. При этом изучались характер и
особенности повреждений головы в зависимости от со-
стояния поверхности соударения, в частности ее жест-
кости и рельефа. В задачи наших исследований также
входило установить, какое влияние на характер травмы
оказывает форма головы в области соударения. На ос-
новании проведенных биомеханических исследований
были установлены важные в судебно-медицинском отно-
шении признаки, позволяющие отдифференцировать
самопроизвольное падение человека на плоскости от па-
дения его при наличии предшествующего ускорения
(удара, толчка) как в головном уборе, так и без него.
Физико-математический анализ
падения человека навзничь
При разработке математической модели
(О. А. Ромодановский, и др., 1972) самопроизвольного
падения человека на плоскости был применен закон со-
хранения механической энергии, так как при этом дви-
136
жение тела не сопровождается дополнительным уско-
рением.
Согласно закону сохранения механической энергии,
при движении под действием потенциальных сил сумма
кинетической и потенциальной энергий системы в каж-
дом ее положении остается величиной постоянной
(С. М. Тарт, 1967). Отсюда этот закон может быть вы-
ражен формулой:
W = n+E, (7.1)
где W — механическая энергия системы; П — потенци-
альная энергия системы; Е — кинетическая энергия си-
стемы.
Следовательно, /перед началом движения, когда тело
находится в вертикальном положении, оно обладает
только запасом потенциальной энергии и механическая
энергия его может быть рассчитана по формуле:
Г = /7Н = Р-Я, (7.2)
где Пп — потенциальная энергия перед падением; Р —
масса тела; R — расстояние от оси вращения до центра
тяжести тела.
По мере движения тела во время падения потенци-
альная энергия его убывает, а кинетическая возрастает
и перед соприкосновением с поверхностью соударения
потенциальная энергия может быть вычислена по фор-
муле:
Пк = Рг, (7.3)
где Пк — потенциальная энергия перед ударом; Р —
масса тела; г — расстояние от уровня расположения
центра тяжести тела до поверхности соударения.
К этому времени тело обладает уже и запасом кине-
тической энергии, которая может быть рассчитана по
формуле:
£ = -1/(02, (7.4)
где Е — запас кинетической энергии перед ударом: I—
момент инерции тела; со— величина угловой скорости
тела перед ударом.
Учитывая, что в каждый момент движения сумма
потенциальной и кинетической энергии равна всей ме-
137
ханическои энергии тела, можно составить уравнение
(исходя из формул 1, 2, 3 и 4).:
p.R = P.r+-L /йЛ (7.5)
Решая это уравнение относительно угловой скорости
(со), получаем формулу для ее расчета:
со= У — (R-r). (7.6)
В представленной формуле величину расстояния от
центра тяжести тела до плоскости (г )можно выразить
через расстояние от центра тяжести тела до оси враще-
ния (R) следующим образом:
r = ^-sina, (7.7)
где a — угол устойчивости тела человека, который за-
ключен между линиями, исходящими из точки располо-
жения центра тяжести тела, к горизонтальной плоскос-
ти и к оси вращения.
Отсюда угловая скорость самопроизвольно падающе-
го человека перед соударением может быть рассчитана
по формуле:
со = у -J-Hl —Sina). (7.8)
Следовательно, для вычисления угловой скорости
необходимо знать три величины, которые могут быть
определены опытным путем. Это относится к расстоянию
от центра тяжести тела до оси вращения (R), углу
устойчивости тела человека (а) и моменту инерции те-
ла (I).
Для определения этих параметров в первую очередь
необходимо установить центр тяжести тела человека.
Центр тяжести тела человека находится в точке, к
которой приложена равнодействующая всех внутренних
сил тела и движение которой характеризует движение
всего тела. Локализация центра тяжести определяется
координатами на взаимно перпендикулярных линиях,
проходящих через точку вращения тела и в случаях па-
дения навзничь через пяточные кости тела человека.
Первое экспериментальное исследование положения
общего центра тяжести было осуществлено еще в 1679 г.
неаполитанским врачом-математиком Borelli. Онисполь-
J38
зовал балансирующую доску, на которой уравновеши-
вал испытуемых, и определил, что центр тяжести нахо-
дится между лоном и мысом крестца. В дальнейшем
были предложены другие методы установления центра
тяжести (Н. А. Бернштейн, 1926; Н. Meyer, 1853, и др.).
Для нахождения центра тяжести большое распростра-
нение получили специальные приборы, которые, однако,
не обеспечивали достаточной точности измерения. В свя-
зи с этим М. Ф. Иваницкий (1930) отмечал, что в жи-
вом человеческом теле происходит постоянное неболь-
шое изменение массы тела и его объема, отсюда опреде-
ление положения центра тяжести на живом можно
произвести лишь приближенно.
Г. С. Козырев (1962), основываясь на исследовании
1100 мужчин и женщин различного возраста, пришел
к выводу, что центр тяжести у мужчин располагается
между III и V крестцовыми позвонками, а у женщин
в среднем на уровне передненижнего края тела I крест-
цового позвонка с колебаниями от V поясничного до I
копчикового позвонка. Во фронтальной плоскости центр
тяжести незначительно (на 2,6 мм у мужчин и на 1,3 мм
у женщин) смещен вправо.
Применяемые в настоящее время методы определе-
ния локализации центра тяжести тела у живых лиц
требуют изготовления соответствующих схем испытуе-
мых, что сопряжено со значительными трудностями и
не позволяет получать точные результаты. Поэтому в
работе О. А. Ромодановского и соавт. (1972) использо-
вался специальный стенд, предложенный кандидатом
физико-математических наук доцентом Г. С. Болон-
киным.
Стенд представляет собой металлическую раму дли-
ной 190 см, шириной 25 см. Один конец ее с помощью
оси диаметром 2 см вставляется в широкие втулки, за-
крепленные на подставке. Свободный конец рамы поме-
щается на весы так, чтобы рама была в строго горизон-
тальном состоянии.
Определение локализации центра тяжести тела по
отношению к его длине (одна из его координат) произ-
водилось следующим образом. Тело человека размеща-
ли на раме так, чтобы пятки находились на уровне
средины оси вращения. Затем раму выводили в гори-
зонтальное положение и записывали показание весов,
расположенных в головном конце рамы (<2л). После
этого испытуемого взвешивали, а определение первой
139
координаты центра тяжести тела производилось nd фор-
муле:
х =
1,9-<2л
р
(7.9)
где X — вертикальная координата центра тяжести тела;
(2л—показания весов, когда на раме испытуемый ле-
жит; 1,9 — расстояние между опорами рамы; Р — масса
тела испытуемого.
Определение второй координаты центра тяжести те-
ла осуществлялось аналогичным способом, но при стоя-
чем положении испытуемого, когда вертикальная линия,
проведенная вдоль задней поверхности его тела, прохо-
дила через средину оси вращения. В этом случае также
записывались показания весов (Qc), и расчет произво-
дили по формуле:
где Y — горизонтальная координата центра тяжести
тела; Qc — показания весов, когда на раме испытуемый
стоит; 1,9 — расстояние между опорами рамы; Р — мас-
са тела испытуемого.
Таким образом устанавливали величину координат,
характеризующих расположение центра тяжести тела
относительно оси вращения, проходящей в области пя-
ток. Затем определяли расстояние от центра тяжести
тела до оси вращения по формуле:
7? = -^- Ж + <2?. (7.11)
По описанной методике О. А. Ромодановским прове-
дено исследование центра тяжести на группе студентов
(165 человек обоего пола) ростом от 164 до 183 см и
массой тела от 58 до 87 кг. В каждом эксперименте
устанавливались необходимые величины и рассчитыва-
лись показатели X, Y и R. Кроме того, в каждом наблю-
дении определялось отношение этих величин к длине
тела. Согласно полученным данным, отношение расстоя-
ния от центра тяжести тела до оси вращения к длине
тела колебалось от 0,569 до 0,623 и в среднем состав-
ляло 0,594. Сопоставление этого коэффициента с длиной
и массой тела показало его прямую зависимость от
140
длины тела и отсутствие такой зависимости по отноше-
нию к массе.
Эти исследования позволили сделать вывод, что рас-
стояние от центра тяжести тела до оси вращения нахо-
дится в зависимости от длины тела и может быть при-
нято равным 0,6 длины тела. Такое округление данного
коэффициента существенно не отразится на правильно-
сти расчетов. Отсюда первый важный параметр, необхо-
димый для вычисления угловой скорости падающего
тела, может быть рассчитан по длине тела.
Z? = 0,6-L.
(7.12)
Вторым параметром, необходимым для расчета угло-
вой скорости падающего тела, является угол устойчи-
вости (ia). Последний может быть определен по соотно-
шению координат, характеризующих расположение
центра тяжести тела X и Y и выражающихся формулой:
У2
tga = -^-. (7.13)
Проведенные расчеты показывают, что величина
угла устойчивости колеблется от 7,0 до 7,9 градусов.
Сопоставление его величины с длиной и массой тела по-
казало, что в наблюдениях, когда длина тела была по-
стоянной, угол устойчивости увеличивался с повыше-
нием веса. В тех же случаях, когда была постоянной
масса, угол устойчивости уменьшался по мере повыше-
ния длины тела.
Проведенный математический анализ позволяет
прийти к выводу, что угол устойчивости для расчетов
может быть принят в 7,5° (ошибка не превышает 7%).
Третьим параметром, необходимым для вычисления
угловой скорости, является величина момента инер-
ции (I).
Момент инерции тела — это величина, характеризую-
щая сопротивление, которое оказывается телом силе,
стремящейся вращать его вокруг какой-либо оси (в .при-
водимых исследованиях — вокруг оси, проходящей в
области пяток).
По мнению некоторых исследователей (В. А. Петров,
1967; В. Н. Тутевич, 1969), момент инерции тела чело-
141
Бёка относйТёльйб бей, проходящей в области пяток,
может быть рассчитан по формуле:
1
/ = (7.14)
где m — масса тела человека; L — длина тела.
Однако в соответствии с данными теоретической ме-
ханики по этой формуле можно рассчитывать момент
инерции однородного стержня относительно одного из
его концов (С. М. Тарг, 1967). Поэтому рекомендация
указанных выше авторов не может быть принята для
расчетов, поскольку тело человека нельзя уподобить
однородному стержню. Отсюда возникает необходимость
определять момент инерции опытным путем.
В настоящее время применяется метод определения
момента инерции тела человека с помощью качелей,
которым задаются колебания относительно вертикаль-
ной оси. При этом сначала устанавливается момент
инерции системы человек-качели, а затем — одних ка-
челей. Разница между этими показателями соответст-
вует моменту инерции тела человека. Простота описан-
ного метода осложняется необходимостью определения
расстояния от оси вращения до центра тяжести тела.
Это требуется для проведения расчетов, ибо указанным
методом определяется момент инерции относительно оси,
проходящей через центр тяжести тела. Для моделиро-
вания случаев самопроизвольного падения человека
навзничь необходимо устанавливать момент инерции
относительно оси, проходящей в области пяток.
Для определения момента инерции тела относитель-
но оси, проходящей в области пяток, Г. С. Болонкиным
разработан стенд, представляющий собой металлическую
раму длиной 200 см, шириной 25 см, один конец кото-
рой закреплен на оси посредством втулок, второй со-
единен с .пружиной и может колебаться.
Момент инерции определяли следующим образом.
Человек размещался на раме так, чтобы пятки его рас-
полагались на средине оси вращения рамы. Затем вся
система человек-рама выводилась в горизонтальное по-
ложение и ей задавались небольшие колебания (в пре-
делах 3—4°). Хронометром устанавливали время одного
полного колебания (обычно замерялось время десяти
142
колебаний 4—5 раз). Расчет производили по формуле:
1?С-Т2
1=~й ~!Р’
(7.15)
где L — расстояние от оси вращения до места прикреп-
ления «пружины (на стенде равно 1,9 м); С — жесткость
используемой пружины; Т — время одного полного ко-
лебания системы человек-рама, 1р — момент инерции
свободной рамы — определялся заранее и являлся ве-
личиной постоянной для данного стенда.
По указанной методике О. А. Ромодановским прове-
дено определение момента инерции в 156 экспериментах
на трупах мужчин (127) и женщин (29). Длина тела их
колебалась от 145 до 182 см, а масса —от 48 до 80 кг.
Величина момента инерции в этих экспериментах коле-
балась от 4,91 до 10,68 кг/м/с2. Сопоставляя момент
инерции с массой и длиной тела, было установлено, что
оба показателя в одинаковой степени оказывают влияние
на его величину. Так, в наблюдениях, где постоянной
была масса, момент инерции увеличивался по мере
удлинения тела, а в наблюдениях, где постоянной была
длина тела, момент инерции увеличивался по мере уве-
личения массы.
Проведенное исследование позволило, используя за-
коны математического анализа, в частности принцип
наименьших квадратов (Р. С. Гуттер, В. В. Овчинский,
1970), вывести коэффициент для вычисления момента
инерции по известным длине и массе тела. Для этого
величина момента инерции представлялась как функция
от произведения массы тела на квадрат его длины и
выражалась по формуле:
I = n-PL\ (7.16)
где п — искомый коэффициент.
Отсюда искомый коэффициент (п) можно определить
как частное от деления величины момента инерции на
произведение массы на квадрат длины тела. Выведен-
ный таким способом коэффициент является величиной
размерной, ибо для расчетов момента инерции приме-
няется масса тела. Согласно законам физики, масса
тела равна частному от деления веса па величину уско-
рения свободного падения 9,81 м/с2. Поэтому установ-
ленный коэффициент имеет размерность (кг-с2/м).
ИЗ
Вычисляя коэффициент в каждом эксперименте, бы-
ло установлено, что величина его колеблется от 0,0416
до 0,0453 кг-с2/м и в среднем составляет 0,0432 кг-с2/м.
Сопоставление среднего значения величины коэффи-
циента с данными, полученными в каждом эксперимен-
те, показало, что возможная ошибка не превышает 5%,
а небольшое его округление до 0,043 кг-с2/м практиче-
ски не изменяет точности расчетов. Полученный таким
образом коэффициент значительно отличается от коэф-
фициента, предложенного другими авторами (В. А. Пет-
ров, 1967; В. Н. Тутевич, 1969), и уменьшает расчетную
ошибку почти на 20%.
Следовательно, величина момента инерции тела че-
ловека относительно оси, проходящей в области пяток,
может быть вычислена по формуле:
/ = 0,043-P-L3, (7.17)
где Р — масса тела; L — длина тела.
В связи с тем что при падении человек может изме-
нять позу (взмахивать руками, сгибать ноги и т. д.),
С. А. Корсаков и соавт. (1972) определяли расстояние
от оси вращения до центра тяжести тела и величину
момента инерции в 12 различных положениях. За исход-
ное принято положение по стойке «смирно» — ноги вы-
прямлены, руки вытянуты вдоль туловища. Затем испы-
туемые изменяли позу: поднимали руки вперед и вверх
на 45, 90, 135 и 180°; сгибали ноги в коленных суставах
под углом в 120, 90 и 60°; наклоняли голову кпереди
и запрокидывали ее кзади; руки разводились в стороны
на уровне плеч. Во всех положениях определяли момен-
ты инерции и расстояние от оси вращения до общего
центра тяжести. Полученные данные были подвергнуты
статистической обработке.
Поскольку абсолютная величина момента инерции у
различных испытуемых значительно колебалась, она
выражалась в процентах по отношению к исходному по-
ложению по стойке «смирно», принятому за 100%. По
этой же причине расстояние от оси вращения до общего
центра тяжести во всех 12 положениях также выража-
лось в процентах по отношению к длине тела.
Проведенные исследования показали, что расстояние
от оси вращения до общего центра тяжести и величина
момента инерции тела зависят от позы человека. Если
в исходном положении (по стойке «смирно») расстояние
144
от оси вращения до общего центра тяжести составляет
59,0,1 ±0,23% от длины тела, то при поднимании рук
вперед вверх на 45, 90, 135 и 180° указанные параметры
постепенно увеличиваются, достигая максимального зна-
чения для центра тяжести 62,3+0,4% и момента инер-
ции 118,0±0,74. При поднимании рук на 45° изменения
незначительны и статистически недостоверны (t<2);
при 90° они составляют 60,68+0,34 и 107,5+0,6; при
135°—61,37+0,51 и 115,5+0,98; при 180°—62,30 ±0,40 и
118±0,74.
При приседании за счет сгибания ног в коленных су-
ставах под углами 120, 90 и 60° обе величины сущест-
венно уменьшаются, составляя при 120°—57,50+0,99 и
81,80+1,90; при 90°—54,40+0,43 и 66,50± 1,36; при60°—
50,90±0,75 и 52,94+1,13 (как и в предыдущей группе
первые показатели — расстояние от оси вращения до
центра тяжести, вторые — величина момента инерции).
При наклоне головы вперед и отведении кзади изме-
нения указанных величин незначительны (статистически
недостоверны, t<2). То же самое наблюдается при от-
ведении рук в стороны.
Проведенное исследование позволяет сделать вывод,
что расстояние от оси вращения до центра тяжести те-
ла и величина момента инерции зависят от позы тела
человека: при поднимании рук эти показатели увеличи-
ваются, при приседании — уменьшаются.
Изменения указанных параметров при склонении
головы вперед или запрокидывании ее кзади незначи-
тельны, поэтому при проведении расчетов их можно не
учитывать.
Результаты проведенных экспериментов по определе-
нию расстояния от центра тяжести тела до оси враще-
ния (R), угла устойчивости (а) и момента инерции
(I) позволили вывести эмпирическую формулу для
расчета угловой скорости падающего тела на момент
соприкосновения с плоскостью соударения. Подставляя
в формулу (7. 7) значения величин R, а, I и произведя
расчет, получаем:
Коэффициент 4,89 как и коэффициент (п) для вы-
числения момента инерции является величиной размер-
ной (м/с).
Ю А. П. Громов 145
Полученная формула свидетельствует о том, что ве-
личина угловой скорости находится в обратно пропор-
циональной зависимости от длины тела, т. е. чем мень-
ше длина тела, тем больше угловая скорость. Масса
тела не оказывает влияния на величину угловой скорос-
ти. Следовательно, самопроизвольное падение человека
навзничь подчиняется законам теоретической механики,
в частности закону сохранения количества движения
(С. М. Тарг, 1967).
-При проведении экспериментов по моделированию
самопроизвольного падения человека навзничь в каж-
дом случае по известным значениям длины и массы
тела определялся коэффициент для вычисления угловой
скорости. Как показали расчеты, его значения колеба-
лись от 4,86 до 4,98 м/с, и в среднем этот коэффициент
был равен 4,95 м/с.
Таким образом, коэффициенты, один из которых рас-
считывался теоретически, а второй определялся экспе-
риментально, отличались друг от друга только на 0,06.
Исходя из этого, можно рекомендовать для расчета
угловой скорости формулу со средним показателем
коэффициента:
4,92
/Г
Возможная ошибка при использовании этого коэффи-
циента не превышает 6%.
Проведенный анализ движения тела при самопроиз-
вольном падении человека навзничь и эксперименты по
определению их параметров позволяют сделать выводы
о целесообразности использования этих формул в науч-
ных исследованиях и в практике судебно-медицинской
экспертизы.
Установление силы и времени удара
затылочной областью головы
при самопроизвольном падении
человека на плоскости
Современные знания по теории удара не поз-
воляют дать исчерпывающий ответ по вопросам проч-
ности соударяющихся тел. Поэтому возникает необходи-
мость в разработке методов расчета, которые являются
146
10ЛуэМ1ПйрйЦёскймй й опираются в значительной степе-
ни на исходные экспериментальные данные (Г. С. Ба-
туев, 10, В. Голубков, А. К. Ефремов, А. А. Федосов,
1969).
В связи с этим О. А. Ромодановский, Л. А. Щербин,
В. В. Дербоглав (1972) провели определение ударной
силы соударения головы с плоскостью путем математи-
ческого расчета на основе теории удара, разработанной
Ньютоном, и путем использования метода тензометрии,
позволившего, кроме силы, определять и время удара.
Сопоставление результатов обоих методов дало воз-
можность получить наиболее точные результаты, а так-
же проверить достоверность метода математических
расчетов.
Для определения величины ударной силы математи-
ческим путем использована теорема об изменении коли-
чества движения механической системы при ударе.
Расчет средней ударной силы был произведен по фор-
муле:
FCP = -^- (1+Х), (7.19)
где Fcp — средняя сила удара; mr — масса ударяющего
тела; Vr — скорость движения центра тяжести ударяю-
щего тела; т— время удара; К — коэффициент восста-
новления, характеризующий упругие свойства соударяю-
щихся тел.
Для практического использования этой формулы не-
которые параметры человеческого тела можно выражать
через такие легко измеряемые величины, как масса (Р)
и длина (L) тела.
Масса головы может быть выражена формулой:
= 0,0069-Р, (7.20)
а угловая скорость:
4,92
/Г
(7.21)
Для расчета линейной скорости движения центра
тяжести головы (Vr) величину угловой скорости необ-
ходимо помножить на расстояние от оси вращения до
Центра тяжести головы (в среднем равное 0,94 длины
10*
147
'1чёла). Следовательно, линейная скорость центра тяжес-
ти головы может быть рассчитана по формуле:
4 Q20 Q4-I
Vr = со 0,941 =~-7=--- =4,62 ]/L . (7.22)
У L
Величина коэффициента восстановления (К) опре-
делялась по описанной выше методике с помощью фи-
зического маятника. Проведенные эксперименты позво-
лили установить, что величина коэффициента восстанов-
ления зависела от твердости поверхности соударения:
для жесткой поверхности (бетон, кафель и т. п.) он
составлял 0,56; для полужесткой (асфальт, дерево и
т. п.)—0,41; для нежесткой (линолеум, земля)—0,22.
Исходя из этих данных, были выведены формулы
для расчета средней ударной силы при соударении с
различными по жесткости поверхностями. Путем под-
становки в формулу (7.19) значения величин шг, Vr и
К были получены следующие формулы:
для жесткой поверхности Fcp.= ~~т°5 Р]/Ц (7.23)
для полужесткой поверхности FCp.= °^45 РУЬ, (7.24)
для нежесткой поверхности Fcp.=——РУЬ. (7.25)
Результаты математических расчетов по приведен-
ным выше формулам проверялись по данным, получен-
ным в эксперименте. Для этого была использована опи-
санная выше методика определения ударных нагрузок
с помощью специальных измерительных устройств типа
мессдоз (А. П. Громов и др., 1971). Применение этой
методики позволяло в каждом случае определять: вре-
мя удара (т), максимальную силу удара (Fmax), вели-
чину ударного импульса (S), среднюю силу удара
(Fcp.), т. е. все параметры удара.
•С целью обоснованности использования указанных
выше формул О. А. Ромодановским и соавт. (1972) бы-
ли проведены эксперименты с различными поверхностя-
ми соударения: земля (9 наблюдений), кирпичная клад-
ка (14 наблюдений) и бетон (10 наблюдений). В каж-
дом эксперименте определяли параметры удара по ос-
циллограммам и рассчитывали величину средней силы
удара по формулам.
148
Эксперименты Показали, что время удара Изменялось
в зависимости от жесткости поверхности соударения:
для жесткой поверхности оно было равно 0,006—0,007 с;
для полужесткой — 0,007—0,009 с; для нежесткой —
0,021—0,030 с.
Зная время удара для каждой из взятых поверхнос-
тей, рассчитывали коэффициенты, позволяющие вычис-
лять величину средней ударной силы по массе и длине
тела. Для этого формулы (7.23—7.25) можно предста-
вить в следующем виде:
F=hPVT. (7.26)
где п — коэффициент, зависящий от времени удара
(т).
Ввиду того что время удара в каждой группе коле-
балось в определенных пределах, коэффициент был рас-
считан для среднего, минимального и максимального
его значения. Так, для расчета средней ударной силы
при соударении с жесткой поверхностью получены три
расчетные формулы:
Ртах=8,ЗР]/Д (7.27
Рср=7,7Р]/Д (7.28)
Fmin=7,lP VL. (7.29)
Приведенные формулы можно объединить в одну,
представив ее в следующем виде:
F=(7,7±0,6)P]/r (7.30)
Таким же способом выведены соответствующие фор-
мулы расчета средней ударной силы при соударении с
полужесткой и нежесткой поверхностями.
Г=(5,6±0,7)Р]/Ц (7.31)
Г = (1,6±0,3)Р]/Е (7.32)
Сопоставление значений средних ударных сил, вы-
численных по изложенным выше формулам (7.30—
7.32), с результатами, полученными при установлении
их с помощью тензометрической аппаратуры, показало,
что разница между ними не превышала 50 кгс. Это
позволяет рекомендовать приведенные выше формулы
для соответствующих расчетов для биохимических ис-
следований и в судебно-медицинской практике.
149
Экспериментальной моделирований
повреждений головы
в зависимости от условий падения
и характера поверхности соударения
Для выявления характера и особенностей по-
вреждений костей черепа, возникающих в случаях па-
дения человека навзничь при различных условиях (са-
мопроизвольное падение и падение с предшествующим
ускорением как в головном уборе, так и без него),
В. В. Дербоглавом (1975) были проведены эксперимен-
ты на биоманекенах (трупах) лиц мужского (112) и
женского (19) пола в возрасте от 14 до 88 лет, не имев-
ших следов травм или признаков патологии костной си-
стемы и опорно-двигательного аппарата. Для обеспече-
ния однородности материала эксперименты проводились
преимущественно на трупах с признаками острой смер-
ти (механическая асфиксия, отравление алкоголем,
острая сердечно-сосудистая недостаточность и т. д.) в
период от 12 до 36 ч после наступления смерти, когда
в мышцах шеи сохранялось трупное окоченение, имити-
ровавшее в какой-то степени мышечное напряжение,
присущее живому человеку.
Эксперименты проводили на стенде конструкции
Г. С. Болонкина, представляющем собой раздвижную
металлическую раму, имеющую ось вращения на под-
шипниках. Трупу, жестоко фиксированному в раме, при-
давали вертикальное положение, из которого осуществ-
лялось падение на плоскость вокруг оси вращения
рамы.
Схема стенда представлена на рис. 37.
Моделирование случаев падения человека навзничь
осуществлялось на данном стенде при следующих усло-
виях: самопроизвольное падение тела (с нулевой на-
чальной скоростью) и с наличием предшествующего
ускорения путем толчка биоманекена в грудь на уровне
плеч. Каждая из этих групп состояла из случаев паде-
ния как в головном уборе, так и без него. Эксперимен-
тальными поверхностями соударения служили замерз-
шая земля, асфальт и бордюрный камень, поскольку
такие поверхности наиболее часто встречаются на прак-
тике при падении людей навзничь на улице.
Распределение материала в зависимости от условий
эксперимента представлено в табл. 5.
150
Рис. 37. Схема стенда для моделирования случаев падения человека
на плоскости.
1 — биомапсксп; 2 — поверхность соударения; 3 — мсссдоза; 4 — опорная плита
мессдозы; 5 — раздвижная металлическая рама; 6 — ось вращения рамы; 7 —
ремни, фиксирующие биомапсксп; 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 тензо-
усилителем 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
Таблица 5
Распределение материала в зависимости от поверхности
соударения и условий падения
Поверхность соударения Падение Всего
в головном уборе без головного убора
с ускоре- нием без уско- рения с ускоре- нием без уско- рения
Асфальт 10 10 12 19 51
Замерзшая земля Бардюрный 10 10 10 10 40
камень 10 10 10 10 40
Итого . . . 30 30 32 39 131
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 Э|Кспериментальных 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.
15?
Сравнение отпечатков площадей соударения с кбиту-
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 (курвооксиципи-
тальной) 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 имели 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. Схематическое
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
выше расположена точка соударения.
Перемещение точек соударения вверх при падении
на плоскости с предшествующим ускорением приводит
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 справа 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 па 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
через одни и те же анатомические точки по кратчайше-
му пути от одного естественного отверстия к другому.
В случаях падения на плоскости с наличием пред-
шествующего ускорения отмечается такая же зависи-
мость хода переломов от точки 'соударения, а их протя-
женность обусловлена силой удара, типом черепа и
формой затылочной области.
При ударе областями, расположенными вокруг на-
ружного затылочного бугра, переломы распространяют-
ся ‘через те же анатомические образования, что и в
случаях 'самопроизвольного падения, но в отличие от
последних имеют либо большую протяженность, либо
пересекают такие костные образования, как блюменба-
хов скат, возвышение в области большого затылочного
отверстия, а также имеют тенденцию к распространению
на верхнюю половину чешуи затылочной кости.
В случаях соударения областью теменно-затылочных
швов линии переломов, как правило, направляются вниз
по ходу теменно-затылочного шва, пересекают пирами-
ды височных костей и следуют в направлении передней
черепной ямки через яремное отверстие.
Если местом соударения являются области ламбдо-
видного шва и область, расположенная на сагиттальном
шве, выше ламбдовидного, то часто возникают очень
сходные между собой повреждения костей черепа.
В области соударения образуется вдавленный перелом
костей свода черепа, от которого радиарно отходят тре-
щины, распространяясь на кости свода и основания че-
репа.
Здесь же нередко наблюдается расхождение сагит-
тального и теменно-затылочных швов на том или ином
протяжении.
Как указывалось выше, сила удара головой при
падении на плоскости находится в прямо пропорцио-
нальной зависимости от длины и массы тела пострадав-
шего. Отсюда непрямые переломы основания черепа
при падении с предшествующим ускорением чаще
встречаются у лиц высокого роста со значительной
массой тела. ••>***•'4.
' Существенное влияние на характер повреждений
мягких тканей головы и костей черепа оказывает сте-
пень жесткости поверхности соударения. При ударе го-
ловой о шероховатые поверхности (утрамбованная зем-
ля, бетон и т. д.) часто наблюдаются осаднения кожи,
156
которые иногда обнаруживаются только после удаления
волосяного 'покрова. Ушибленные раны, в ряде случаев
проникающие через 1всю толщу мяпких 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. Дербо-
глава (1975) показало, что при падении на ровную по-
верхность замерзшей земли и на асфальт (поверхности,
близкие по степени жесткости) какого-либо различия
в характере 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,
в Р/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 (шапка-
ушанка) 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 три дейст-
вии двух равных по величине сил на одинаковые объек-
ты, но с различной длительностью испытуемые образцы
оказываются менее стойкими к .нагрузкам, действующим
в более -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 шути торможения. Последнее
в практике 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
мяпких 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
Значительно возрастает возможность удара областями,
расположенными ниже наружного затылочного бугра.
Повреждения .костей черепа, которые возникают в та-
ких случаях, весьма своеобразны: трещины имеют либо
Х-образный вид, либо симметрично расходятся к ярем-
ным отверстиям. В связи с тем, что (площадь соударения
при падении на ребро бордюрного камня растянута в
юризонтальном направлении (в -горизонтальной плос-
кости), здесь могут возникать горизонтальные дугооб-
разные трещины, переходящие с чешуи затылочной кос-
ти на основание черепа.
Какой-либо разницы в характере повреждений, воз-
никающих при одинаковых условиях падения у лиц
мужского и женского пола, не имеется. Однако наличие
у женщин более длинных и более густых волос в ряде
случаев значительно амортизирует травму и способст-
вует снижению ее тяжести. Толщина мягких тканей голо-
вы при обычных ее колебаниях (0,4—0,6 см) не оказы-
вает существенного влияния на характер травмы. В этом
отношении имеют значение лишь существенные отклоне-
ния от нормы. В одном из наблюдений В. В. Дербогла-
ва в области соударения находилась липома толщиной
до 2 см, которая, увеличив путь торможения и время
удара (аналогично головному убору), обеспечила це-
лостность костей черепа, несмотря на значительную си-
лу удара.
Для дифференциальной диагностики травмы головы
в случаях падения на плоскости от других видов череп-
но-мозговых травм следует учитывать совокупность по-
вреждений головы в 'месте приложения силы (осаднения
кожных покровов, кровоизлияния в толщу мягких тка-
ней, ушибленные раны, переломы свода и основания
черепа, эпидуральные гематомы в задней черепной ямке,
ушибы мозжечка и субарахноидальные кровоизлияния
в области этих ушибов) и в области, называемой проти-
воударом (ушибы и субарахноидальные кровоизлияния
лобных и височных долей мозга), с учетом обстоятельств
происшествия и величины действовавшей силы, которая
может определяться по массе и длине тела пострадав-
шего.
Глава VlH
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЙ
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
для предохранения головы от падающих предметов,
вторые — для предупреждения тяжелой травмы при
ударах головой после падения с транспортных средств,
в частности мотоциклов.
Среди многочисленных требований (гигиенических,
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 кгс-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
повреждение костей черепа -при рассредоточенном уда-
ре /происходит с энергией не менее 5,5 кгс-м, сотрясе-
ние мозга —при 2,3 кгс-м, а передача на голову удара
с энергией до 1,2 кгс-м не вызывает каких-либо повреж-
дений, гарантируя человека и от сотрясения мозга.
Однако приведенные Е. Т. Трубниковым величины не
основаны на биомеханических исследованиях и не по-
лучали какого-либо научного объяснения.
В действующем ГОСТ 17047-71 «Каски шахтерские
пластмассовые. Технические требования. Методы испы-
таний» говорится, что каска должна обеспечивать защи-
ту головы работающего от ударной нагрузки с энергией
5,5 кгс-’м при амортизации энергии удара не менее 75%.
В этом случае голова человека испытывает нагрузку,
равную энергии удара 1,4 кгс-м. Эта величина не име-
ет научно обоснованного подтверждения, что в извест-
ной степени снижает ценность данного документа.
Я. А. Купч, Т. Ж. Валдовскис, Н. Я. Путнынып
(1975) изучали характер черепно-мозговых травм в за-
висимости от конструкции защитных шлемов. В основу
работы положен анализ 140 случаев аварий на мото-
циклах и около 100 экспериментов, проведенных автора-
ми для определения амортизационных свойств мото-
шлемов различных видов и из различного материала.
Из анализа дорожно-транспортных происшествий авто-
рами было установлено, что наиболее часто повреждаю-
тся переднебоковой сегмент шлема и лобно-височная
область головы.
Амортизационные свойства шлемов определялись
ими на испытательном стенде, который состоял из осно-
вания, макета головы с одетым защитным шлемом, сво-
бодно падающего тела. Удар наносился в нескольких
точках верхней части защитного шлема с энергией 125
Дж (около 13 кгс-м). Кроме того, исследовали экспери-
ментальные модели шлемов, у которых традиционная
экипировка ремнями была заменена выстланным слоем
пенопласта толщиной 1 см по всей внутренней поверх-
ности шлема.
Боковая жесткость мотошлемов определялась в про-
дольном и поперечном направлениях, для чего послед-
ние подвергались сжатию. Начальная нагрузка 300 Н
(~30 кгс), оптимальная 630 Н (~63 кгс). Максималь-
ная деформация шлема измерялась при максимальной
нагрузке, а после снятия нагрузки определялась оста-
11 А. П. Громов
161
точная деформация. Результаты исследований локазаЛй,
что недостатком используемых шлемов является непол-
ноценность материала (полиэтилен) и изношенность
(несостоятельность крепления -экипировки, растяжение
амортизационных ремней). Наиболее качественную
амортизацию имеют шлемы, покрытые изнутри пено-
пластом. Полученные авторами данные использованы
при разработке Государственного стандарта для мото-
шлемов.
Коллективом кафедры судебной медицины I ММЙ
имени И. М. Сеченова совместно со специалистами
Института -биофизики Министерства здравоохранения
СССР и Московского института стали и сплавов
(А. П. Громов, Н. П. Пырлина, В. И. Потапов и др.,
1976) проведены исследования по биомеханическому
обоснованию требований к защитной каске. Исследова-
ния проводились для разработки ГОСТ на защитные
каски для наземных рабочих, стандарт на которые отсут-
ствует. Необходимость разработки стандарта (была выз-
вана тем, что в настоящее время каски в недостаточной
мере защищают голову рабочего от падающих предме-
тов. До настоящего времени не были проведены биоме-
ханические исследования по обоснованию допустимых
максимальных величин нагрузок на голову человека в
защитной каске.
Целью нашей работы явилось проведение исследова-
ний по определению критических нагрузок на голову
человека в защитной каске и выдача рекомендаций по
допустимым величинам ударных нагрузок для защит-
ных касок. Анализ литературы показал, что большинст-
во авторов приводят цифровые величины по ударным
нагрузкам при действии на незащищенную голову (кон-
центрированный удар). При ударе по голове в защитной
каске энергия концентрированного удара распределяет-
ся на голову через оснастку каски, т. е. в данном слу-
чае имеет место рассредоточенный удар. При разработ-
ке величин по ударостойкости касок необходимо преж-
де всего исходить из повреждающего эффекта рассре-
доточенного удара, однако точных научных данных по
этому вопросу в литературе нет.
В задачи нашего исследования входило: 1) разра-
ботка методики по определению истинных амортиза-
ционных свойств специальной каски с «нулевой» амор-
тизацией, дающей возможность изучить действие на го-
162
лову человека рассредоточенного удара: 2) разработка
методики регистрации нагрузок, действующих на голову
и позвоночник биоманекена (трупа) в каске с нулевой
амортизацией; 3) .проведение исследований на биомане-
кенах по установлению критических нагрузок на голову
и позвоночник в защитной каске с нулевой амортиза-
цией при центральном и боковом ударах различной си-
лы с регистрацией физических параметров ударного
воздействия; 4) установление величины нагрузки, спо-
собной обусловить повреждения мягких тканей и костей
черепа при указанных направлениях воздействия; 5) вы-
дача рекомендаций по допустимым величинам ударных
нагрузок, на которые должна быть рассчитана каска,
предназначенная для защиты головы рабочих от меха-
нических повреждений.
Первоначальные исследования были направлены на
разработку соответствующей аппаратуры и приспособ-
лений для изучения действия рассредоточенного удара.
Провести исследования, используя защитные каски, вы-
пускаемые промышленностью, не представлялось воз-
можным, так как данные каски имеют большую аморти-
зацию (до 75—85%) и не выдерживают больших удар-
ных нагрузок. Для осуществления этих работ Институ-
том биофизики Министерства здравоохранения СССР
совместно с кафедрой судебной медицины I ММИ имени
И. М. Сеченова была разработана и изготовлена специ-
альная каска с практически нулевой амортизацией. Эта
каска давала возможность изучать действие на голову
человека рассредоточенного удара любой силы. В ре-
зультате данной работы был создан новый метод по оп-
ределению степени ударостойкости защитной каски с
использованием тензометрических датчиков.
В настоящее время за воды-изготовители для испытания защит-
ных касок используют методику, изложенную в ГОСТ 17047-71.
Сущность этой методики заключается в том, что усилие удара по
защитной каске, надетой на болванку, рассчитывают по диаметру
отпечатка стального шарика на алюминиевой пластине, на которую
это усилие передается через каску и болванку.
Расчет ведется по формуле:
Fn = 0,495лОД (D - уD^d^). (8.1)
где Fn — переданное через защитную каску усилие (кгс); D — диа-
метр шарика (мм); 7?— показатель твердости алюминиевой пластин-
ки по Бринеллю (кгс/см2); dep — средний диаметр отпечатка (мм).
11*
163
Рис. 39. Устройство для
испытания касок с ша-
риком (а) и с мессдо-
зой (б).
/ — платформа; 2 — основа-
ние; За — стальной шарик;
36 — мессдоза; 4 — болванка;
5а — каска; 56 — прокладка’;
5 — алюминиевая пластина.
В предложенной нами методике использовался принцип мето-
дики ГОСТ 1707-71, но вместо узла со стальным шариком устанав-
ливалась мессдоза (рис. 39), представляющая собой стальной за-
каленный цилиндр с наклеенными на внешней боковой поверхности
фольговыми тензодатчиками (рис. 40).
Электрический сигнал, снимаемый с мессдозы, подавали па
вход тензоусилителя, и усиленный сигнал с выхода усилителя ре-
гистрировался шлейфовым осциллографом Н-115. Для расшифров-
ки записанного на осциллограмме сигнала использовали тарировоч-
ные графики, полученные при испытаниях мессдозы на сжатие
с помощью механического пресса.
Преимущество применяемой в нашем исследовании методики
состояло в том, что отпала надобность производить перерасчет и,
кроме того, запись сигнала на шлейфовом осциллографе давала
возможность проследить развитие нагрузки на мессдозе во времени.
Для регистрации нагрузок, воздействующих на голову человека
при ударе по защитной каске, были использованы специальные
мессдозы (рис. 41), которые можно устанавливать в пространстве
между внутренней поверхностью защитной каски и поверхностью
головы. Данная мессдоза имеет высоту 15 мм, между основанием
164
Рис. 40. Мессдоза для измерения общего усилия удара.
/ — рабочий тензодатчик; 2 — компенсационный тензодатчик; 3 — крышка;
4 — корпус мессдозы.
(2) и крышкой (1) мессдозы расположена мембрана (3) с наклеен-
ным на ее поверхности мембранным фольговым тензодатчиком (4).
Все детали мессдозы изготовлены из легированной стали и закалены.
Под защитной каской устанавливались четыре мессдозы, причем точ-
ки крепления мессдоз могли перемещаться, что давало возможность
измерять распределение усилий, действующих со стороны защитной
каски на голову. Применяемая многоканальная аппаратура давала
возможность записывать одновременно сигналы всех мессдоз.
Для определения амортизационных свойств защитной каски
сначала требовалось измерить усилия, вызываемые падающим грузом
при ударе по незащищенной болванке. Затем на болванку надевали
защитную каску и измеряли усилия Fn, возникающие на болванке,
защищенной каской, при падении того же груза и с той же высоты.
Амортизацию (А) в процентах вычисляли по формуле:
л _ (^гпах F п) • 100
л — р
г max
Ртах (сила удара по болванке, не защищенной каской, в кгс) вычис-
ляли по формуле:
Ртах = 225/77/1, (8.3)
где т — масса сбрасываемого груза (кг); h — высота сброса гру-
за (м).
При измерении усилия Ртах на болванку устанавливали груз
(стальную прокладку, изготовленную с учетом сферической формы
болванки) массой, равной массе испытуемой защитной каски, что
позволяло избежать разницу в условиях испытаний.
Для проведения контрольных исследований и определения поро-
говых нагрузок, а также характера повреждений незащищенной кас-
кой головы биоманекена при центральном и боковом ударах ис-
пользовался стенд динамических испытаний и стальной шар массой
3 кг, свободно падающий вниз.
Для нанесения центрального удара в лобно-теменную область
головы без защитной каски, а также в каске с нулевой амортизацией
биоманекен размещали в положении сидя, прислоненным спиной
к неподвижной вертикальной преграде. Голову фиксировали в вер-
тикальном положении с помощью растяжек. Для ограничения воз-
165
Рис. 41. Мессдоза для из-
мерения силы удара по за-
щитной каске, надетой на
голову.
1—крышка; 2 — основание; 3 —
мембрана; 4 — тензодатчик.
можности наклона головы кпереди во
время центрального удара и умень-
шения амортизационных свойств шей-
ного отдела позвоночника шею фик-
сировали с помощью двух деревян-
ных отмоделированных брусков
(рис. 42).
Для бокового удара биоманекен
располагали на боку, под область
шеи подкладывали низкий плоский
деревянный брусок, удар падающего
шара приходился в правую и левую
теменно-височные области (рис. 43).
Центральный удар по незащищен-
ной каской голове биоманекена осу-
ществлялся также с помощью специального пневматического стенда.
Этот стенд позволяет наносить импульсную ударную нагрузку в лоб-
но-теменную область головы. Существенной частью стенда является
силовой ппевмоцилиндр, работой которого управляет электроклапан.
Шток пневмоцилипдра с навинченной на его конец ударяющей го-
ловкой в виде стальной полусферы диаметром 8 см приводится в
движение действием сжатого воздуха. Биоманекен размещали в позе
лежа на спине, причем его туловище фиксировали к горизонтальному
основанию стенда привязной системой, а шею — отмоделированным
по ее форме деревянным бруском, что делало невозможным ее сги-
бание во время удара. Величину нагрузки и время ее действия ре-
гистрировали на осциллографе К-20-21 путем непосредственной запи-
си осциллограмм на бумажной фотопленке.
Для экспериментов подбирали трупы лиц мужского
(82) и женского пола (9) в возрасте от 20 до 60 лет,
среднего питания, с умеренно выраженным трупным
окоченением, без последствия каких-либо заболеваний
костной системы и при отсутствии каких-либо повреж-
дений.
После проведения экспериментов исследовали состоя-
ние мягких тканей головы, костей свода и основания че-
репа, оболочек и вещества головного мозга, а также
тканей и костей шейного отдела позвоночника. Наличие
повреждений отмечалось в протоколе, свод и основание
черепа с повреждениями изымали для более детального
изучения.
В каждом случае измеряли толщину костей черепа
на распиле: лобной, височной, теменной, затылочной, а
также толщину кости в месте удара. До вскрытия чере-
па устанавливали размеры головы: прямой и попереч-
ный. Это дало возможность судить о распределении
нашего материала (биоманекенов) по форме черепа,
причем долихокранные черепа составили 26,5%, мезо-
кранные — 22,4%, брахикранные — 51,1 %,
166
Рис. 42. Схема проведения экс-
перимента при нанесении цент-
рального удара в лобно-темен-
ную область головы.
Рис. 43. Схема проведения экс-
перимента при нанесении боко-
вого удара в теменно-височную
область головы.
Исследованию подвергались также защитные каски
«Труд» и «Шахтер», изготовленные Узловоким заводом
пластмасс для практического использования. Испытания
их амортизационных свойств проводили также с по-
мощью мессдоз, что дало возможность сравнить полу-
ченные результаты с заводскими испытаниями по мето-
дике ГОСТ 17047-71.
Первым этапом нашей работы были исследования
по установлению истинных амортизационных свойств
специальных касок с нулевой амортизацией и характе-
ру распределения нагрузки по поверхности болванки
при центральном ударе. С этой целью были проведены
четыре серии экспериментов на болванках по описан-
ной выше методике.
В первой серии экспериментов определяли усилия,
возникающие при падении на незащищенную каской
болванку грузом различной массы и с различной высо-
ты, что позволило получать диапазон энергий удара от
1,5 до 12 кгс-м (52 эксперимента). При этом изучали
зависимость усилия удара от энергии падающего пред-
167
мета, от высоты падения груза й скорости падающегб
груза в момент соударения его с болванкой. Было уста-
новлено, что усилие удара находится в сложной зависи-
мости от многих факторов, поэтому при стандартных
испытаниях защитных касок следует обязательно соб-
людать не только постоянство энергии удара, но и по-
стоянство массы груза и высоты его падения.
В задачу второй серии экспериментов входило опре-
деление амортизационных свойств металлических касок
с наличием оснастки и без таковой. Испытания проводи-
ли при энергиях удара 3 и 5 кгс-м (грузы массой 3 и
5 кг, высота падения 1 м). На 3 касках проведено 20 экс-
периментов. Степень амортизации испытанных касок оп-
ределялась по приведенной выше методике и составила
40—50%. Поскольку программой нашего исследования
предусматривалось использование касок с нулевой амор-
тизацией, испытанные каски были забракованы как не
соответствующие предъявляемым требованиям.
В третьей серии экспериментов проводили испытание
сконструированных нами более прочных металлических
касок с жесткой оснасткой (каска № 3). Было проведе-
но 27 экспериментов с грузами массой 2, 3 и 4 кг, па-
дающими с высоты 0,5; 0,75; 1; 2 м. Исследования этой
серии показали, что хотя амортизационные свойства
данной каски удовлетворительны (8—10%), использо-
вать ее для последующих многократных испытаний нель-
зя, поскольку крепление оснастки недостаточно.
В четвертой серии эксперименов (всего 50) испыты-
валась каска № 4, которая представляла собой усовер-
шенствованную каску № 3 с амортизацией менее 8% и
с усиленной оснасткой. Эксперименты проводили с при-
менением груза массой 3 кг при высоте падения 1,5 м.
Мессдозы в этих опытах размещали на каске в четырех
областях: лобной, затылочной, правой и левой темен-
ных. В исходном (первом) положении мессдозы локали-
зовались на расстоянии 5 см от центра удара, затем их
перемещали с шагом 1 см до расстояния И см. Несмот-
ря на одну и ту же энергию удара, суммарная нагрузка
с четырех мессдоз изменялась, достигая максимального
значения на расстоянии 10 см от центра удара. Экспе-
рименты последней серии, кроме того, показали, что
каска № 4 отвечает требованиям последующих исследо-
ваний на биоманекенах, поскольку имеет очень незна-
чительную амортизацию, приближающуюся к нулевой.
168
Основной задачей наших исследований по биомеха-
ническому обоснованию защитной каски являлось опре-
деление критических нагрузок на голову биоманекена
без защитной каски и в каске с нулевой амортизацией
при центральном и боковом ударах. Для этого было
проведено 5 серий экспериментов (всего 91 наблюдение)
на биоманекенах: три серии по установлению 'критиче-
ских нагрузок на голову биоманекена без защитной кас-
ки (56 наблюдений) и 2 серии экспериментов :по опреде-
лению критических нагрузок на голову биоманекена в
каске с нулевой амортизацией (35 наблюдений) при
центральном и боковом ударах.
В первой серии экспериментов (22 .наблюдения) на-
несение центрального удара в лобно-теменную область
головы производилось шаром массой 3 кг при высоте
падения 167—175 см, причем нагрузка (энергия удара)
составила от 5,01 до 5,55 кге-м.
Во всех 22 экспериментах на месте удара возникали
повреждения мягких тканей — ушибленные раны линей-
ной, звездчатой, трехлучевой и зигзагообразной формы
с кровоизлияниями в окружающие мягкие ткани. Толь-
ко в одном случае повреждение мягких тканей имело
вид ссадины 3X2 см. Величина ран, как правило, не
превышала 3X3,5 см, отслоение краев было небольшое
(0,5—1,5 см). Иногда раны проникали до апоневроза.
Кровоизлияния в мягких тканях были незначительными
(в среднем 3,5X3 см, толщиной 0,1—0,3 см) в силу их
посмертного происхождения и образования ран, делаю-
щих возможным истечение -крови из тканей наружу.
Костные повреждения отмечались в 2 наблюдениях
при работе удара 5,25 кге-м, толщине костей в месте
удара 0,4 см в возрастной группе 40—49 лет. Повреж-
дения имели вид трещин внутренней пластинки темен-
ных костей, локализующихся вблизи сагиттального шва.
В одном наблюдении передний конец трещины левой
теменной 'кости длиной 2,5 см достигал венечного шва,
а задний отстоял от сагиттального шва на 1,5 см. Во
втором случае возникли множественные трещины внут-
ренней пластинки обеих теменных костей: трещина дли-
ной 2,8 см проходила по правой и левой теменным кос-
тям в направлении оправа налево, сзади наперед, пере-
секая сагиттальный шов. От заднего копца ее в области
правой теменной кости отходила трещина дугообразной
формы длиной 1 см; от передней половины трещины в
169
области левой теменной кости отходила третья трещина
длиной 0,8 см.
Во второй серии экспериментов (всего 15 наблюде-
ний) центральный удар производился .полусферой в
лобно-теменную область головы на пневматическом
стенде с нагрузкой от 160 до 380 кгс и временем дейст-
вия 0,03—0,06 с. Во всех случаях на месте удара в
лобно-теменной области образовывались ушибленные
раны, по характеру сходные с теми, которые получались
при ударе шаром. Однако в ряде случаев они имели бо-
лее крупные размеры (до 5X6 см), а разрывы их краев
достигали длины 4 см.
Костные повреждения наблюдались в 12 случаях.
Трещины имели место в 5 случаях при нагрузках 250 кгс
и ’более. Они локализовались по краям от стреловидно-
го шва или начинались от него обычно на расстоянии
2—3 см от венечного шва, достигая длины 2,5—5 см.
В 3 наблюдениях при нагрузках 360—380 кгс и времени
ее действия 0,05—0,06 с, кроме трещин внутренней плас-
тинки, отмечались растрескивания стреловидного шва.
В остальных 4 наблюдениях произошли переломы
костей (нагрузка 300—380 кгс, время ее действия 0,04—
0,05 с, толщина костей в месте удара 0,3—0,5 см). В 2
случаях отмечались переломы лобной кости, начинаю-
щиеся от места соединения венечного и стреловидного
швов и распространяющиеся до надпереносья. В одном
случае при нагрузке 315 кгс и толщине костей в месте
удара 0,3 см образовался дырчатый перелом округлой
формы диаметром 4 см с отходящими от него двумя пе-
реломами лобной и левой теменной костей, переходящи-
ми на основание черепа. Череп имел значительную вы-
пуклость в лобно-теменной области, чем и можно объ-
яснить образование дырчатого перелома.
В одном из экспериментов при нагрузке 300 кгс, вре-
мени действия 0,04 с в лобно-теменной области справа
от стреловидного шва в месте удара образовались тре-
щины наружной костной пластинки правой теменной
кости звездчатой формы, одна из которых продолжалась
в виде перелома к правому теменному бугру. От этой
основной линии перелома в верхнем его отделе и в об-
ласти правого теменного бугра отходили кпереди и кза-
ди дополнительные переломы, как бы окружающие те-
менной бугор сзади, вследствие чего можно было ду-
мать о втором ударе.
J7Q
Образование указанных переломов на значительном
расстоянии от места воздействия связано, по-видимому,
с перерастяжением костей вследствие деформации дан-
ной области. Толщина правой теменной кости была
равна 0,35 см, левой — 0,3 см, лобной — 0,4 см. Повреж-
дений тканей области позвоночника в этой серии экспе'
риментов, как и в предыдущей, не наблюдалось.
В третьей серии экспериментов (19) нанесение боко-
вого удара в теменно-височную область головы биомане-
кена производилось шаром массой 3 кг при высоте па-
дения 175—200 см. Удары наносили в левую и правую
височно-теменные области. При боковом ударе работа
(энергия) удара при той ,же массе шара 3 кг по сравне-
нию с центральным ударом возросла из-за увеличения
высоты падения и составила 5,25—7,11 кгс-м. Во всех
случаях наблюдались повреждения мягких тканей в
виде ушибленных ран (16) и ссадин (3) с кровоизлия-
ниями в подкожную клетчатку, а иногда при вдавлен-
ных переломах и в височную мышцу.
Костные повреждения в данной серии экспериментов
имели место в 13 экспериментах из 19. Они возникали
более часто, чем при центральном ударе, что объясняет-
ся главным образом отсутствием амортизирующего
влияния позвоночника и меньшей толщиной костей,
особенно височной.
Следует подчеркнуть, что повреждения костей в этой
группе экспериментов встретились во всех возрастных
группах, включая 20—29 лет.
Костные повреждения в виде трещин (6) теменной
и височной костей появлялись при работе удара 5,25—
7,11 кгс-м, когда толщина костей в месте удара была
от 0,4 до 0,6 см. Трещины в трех случаях имели дуго-
образную форму или приближались к таковой как на
внутренней, так и наружной костных пластинках.
В одном эксперименте (работа удара 5,25 кгс-м, толщи-
на теменной кости в месте удара 0,6 см) трещина на-
ружной костной пластинки имела четко выраженную
дугообразную форму с расстоянием между концами
3,5 см, высотой выпуклости, обращенной вверх на 1 см.
На внутренней же пластинке трещина носила прерывис-
тый характер, но имела вид кольца диаметром 2 см.
В остальных трех случаях трещины наблюдались толь-
ко на внутренних костных пластинках теменной (2) и
височной (1) костей и имели длину от 2 до 5 см.
171
В других 7 экспериментах образовались вдавленные
переломы теменной части (4), теменной и височной (3).
Они возникали про работе удара 5,25 кгс-м (2), 5,49—
5,55 кгс-м (3), 6,18—6,91 кгс-м (2). В первых 5 наблю-
дениях толщина костей в месте удара была 0,3—0,4 см,
в последних двух — 0,5—0,6 см. Все вдавленные перело-
мы были весьма сходны между собой: имели характер-
ную округлую форму, диаметр их был равен 4—4,5 см,
глубина вдавления — от 0,3 до 1,5 см. В 2 случаях при
небольшой глубине вдавления перелом имел характер
терассовидного.
Таким образом, в проведенных нами первой, второй
и третьей сериях экспериментов при центральном и бо-
ковом ударах по незащищенной голове (концентриро-
ванный удар) во всех случаях на месте удара возникали
повреждения мягких тканей — раны и ссадины, сопро-
вождавшиеся образованием посмертных кровоизлияний.
Костные повреждения при воздействии шара массой
3 кг, как при центральном, так и при боковом ударах,
появлялись при работе (энергии) удара 5,25 кгс-м и
локализовались в месте приложения действующей силы
(прямые переломы).
Интересно отметить, что полученные нами данные о
величине критической нагрузки при концентрированном
центральном ударе полностью совпадают с результата-
ми исследований американских ученых Е. Фон-Гирке и
Дж. В. Бринкли, опубликованными в совместном со-
ветско-американском издании «Основы космической био-
логии и медицины» (1975). Авторы установили, что по-
вреждение костей черепа при незащищенной голове
возникает при скорости соударения 4,58 м/с летящим
снарядом массой 4,54 кг, что в перерасчете соответствует
работе (энергии удара) 5,25 кгс-м.
Толщина костей свода черепа при наличии повреж-
дений в среднем составляла 0,36 -см, при отсутствии —
0,55 см. Различие формы черепа (-брахикранная, доли-
хокранная, мезокранная) не оказывало влияния на час-
тоту костной травмы.
В экспериментах, проведенных на пневматическом
стенде, кроме ударной нагрузки на голову, создавалась
компрессионная нагрузка по оси позвоночника. При
этом повреждений шейного отдела позвоночника мы не
наблюдали, что можно объяснить относительно неболь-
шой величиной динамической нагрузки (не превышала
172
380 кгс) И кратковременностью её воздействия (0,03—
0,06 с).
Согласно данным литературы, при вертикальном
ударе по голове повреждения шейных 'позвонков воз-
можны, если удар эквивалентен статическому усилию
1200 фунтов, т. е. 544 кгс (R. W. Webster, 1963). Боль-
шое повреждающее значение статических нагрузок по
сравнению с динамическими доказано в экспериментах
на биоманекенах при моделировании травмы позвоноч-
ника (А. П. Громов, Н. П. Пырлина и др., 1970).
Для установления критических нагрузок на голову
биоманекена в каске с нулевой амортизацией при цент-
ральном и боковом ударах проведены две серии экспе-
риментов.
В первой серии (20 экспериментов) нанесение цент-
рального удара в лобно-теменную область головы осу-
ществлялось грузами массой 3, 4, 5, 6 кг при высоте
падения 1,40—1,66 м.
Регистрацию нагрузки производили с четырех точек
наружной поверхности головы (лобной, затылочной, ле-
вой и правой теменных). За характеристику ударного
воздействия принята сумма нагрузок с четырех мессдоз.
Расстояние от центра удара до точек измерения месс-
дозой составляло 5—8 см. Величина нагрузки (работа
удара) в опытах колебалась от 4,2 до 9,6 кгс-м.
В результате проведенных экспериментов в 8 слу-
чаях (при работе удара 4,5—7,98 кгс-м и толщине кос-
тей 0,5—0,7 см) получены кровоизлияния в мягкие тка-
ни головы в местах расположения мессдоз (контактные
повреждения). Кровоизлияния возникали преимущест-
венно в лобной и затылочной областях, имели округлую
форму, достигая размеров 3X3 см и толщины 0,2—
0,3 см.
В 3 случаях произошли переломы костей основания
черепа в пределах передних черепных ямок (непрямые
переломы). Они отмечались при работе удара 8,4—
9 кгс-м. Толщина костей свода на распиле при этом бы-
ла равна 0,4—0,5 см. Толщина крыш глазниц, в области
которых произошли переломы, не превышала 0,10—
0,15 см. Переломы образовались у трупов лиц мужского
пола в возрасте 49, 50 и 51 года, черепа которых имели
брахикранную форму.
В одном из этих случаев перелом локализовался в
наружной части крыши правой глазницы, где линия
173
Перелома имела форму .неправильного овала и ограни-
чивала костный отломок размерами 3X2 см, связанный
с твердой мозговой оболочкой, которая не была повреж-
дена. В другом наблюдении -перелом длиной 6 см про-
ходил в сагиттальном направлении по крыше левой
глазницы и распространялся на левое надбровье.
В третьем эксперименте перелом длиной 5 см захваты-
вал обе передние черепные ямки и проходил по ходу
шва между крышами глазниц, решетчатой костью и ма-
лыми крыльями основной кости. От него по крыше пра-
вой глазницы проходила трещина длиной 2 см. В ос-
тальных экспериментах костные повреждения не обна-
руживались (толщина костей 0,5—0,7 см).
Сравнение суммарных нагрузок, которые возникали
на болванке и на голове биоманекена, позволило уста-
новить, что за счет амортизации позвоночника нагрузка
в среднем снижается на 31%. При этом повреждения
шейного отдела позвоночника биоманекена не отмеча-
лись.
Кроме определения критических нагрузок на голову
биоманекена, защищенную каской с нулевой амортиза-
цией, проводились исследования по установлению рас-
пределения нагрузки по голове биоманекена в той же
каске при центральном ударе и сопоставлению этих дан-
ных с полученными на болванке. Исследования показа-
ли, что распределение нагрузок на голове биоманекена
в основном тождественно таковому на болванке и ха-
рактеризуется увеличением их от центра удара к пери-
ферии на протяжении 7—10 см. Вместе с тем распреде-
ление усилий на голове биоманекена более равномер-
ное, чем на болванке, независимо от расстояния до
центра удара.
Во второй серии экспериментов (15) нанесение боко-
вого удара в теменно-височную область головы биома-
некена в каске с нулевой амортизацией осуществлялось
грузом массой 6 кг при высоте падения 1,5 м. Работа
(энергия) удара во всех случаях составляла 9 кгс-м.
Данная серия экспериментов проведена с примене-
нием только этой большой нагрузки, поскольку ее спо-
собность вызвать повреждения уже была выявлена в
предыдущей серии опытов при центральном ударе. Ре-
гистрация нагрузки проводилась с трех мессдоз, а не с
четырех, потому что конструкция каски не позволила
разместить более трех. При боковом ударе мессдозы
174
располагались в теменно-височной области головы на
расстоянии 3, 4, 5, 6 см от центра удара.
Кровоизлияния в мягкие ткани височно-теменной
области в местах расположения мессдоз образовались
в 3 случаях, причем в одном из них они 'были довольно
значительными (5\2 см) и локализовались в области
чешуи правой височной кости. Повреждения костей в
этих наблюдениях .не произошло.
Костные повреждения отмечались в 2 случаях на
трупах лиц мужского пола в возрасте 51 года и 52 лет,
черепа которых имели долихокранную форму. В обоих
случаях произошло расхождение височно-теменных швов
в наиболее выпуклой их части на протяжении 4 и 5 см
с трещинами наружной и внутренней пластинок темен-
ных 'костей. Толщина теменных костей, на которых об-
разовались трещины, была 0,4 см, толщина височных
костей — 0,4 и 0,35 см.
В остальных 13 экспериментах каких-либо костных
повреждений при той же нагрузке не произошло. Тол-
щина теменных костей в этих случаях была 0,4—0,6 см,
височных — 0,3—0,4 см. Следовательно, нагрузку в
9 кгс-м следует считать критической и для бокового
удара по голове в каске с нулевой амортизацией.
Четвертая и пятая серии экспериментов по нанесе-
нию цен трального уда-ра в лобно-теменную и бокового
удара в теменно-височную области головы биоманекена
в каске с нулевой амортизацией показали довольно
большие различия в величине критической нагрузки и
характере повреждений головы по сравнению с теми,
которые наблюдались в экспериментах без применения
каски.
Костные повреждения головы, не защищенной кас-
кой, при концентрированном ударе возникали в местах
приложения удара с энергией 5,25 кгс-м. Костные по-
вреждения головы в каске с нулевой амортизацией,
обеспечивающей рассредоточенный центральный удар,
возникали уже на основании черепа в пределах перед-
них черепных ямок. Повреждения образовывались при
значительно большей энергии удара (8,4—9 кгс-м). Та-
кая же критическая нагрузка установлена и для боко-
вого удара. Однако при боковом ударе образовавшиеся
повреждения более характерны для локального (нерас-
средоточенного) удара, поскольку они возникали в зоне
действия нагрузки, т. е. в теменно-височной области,
175
куда .наносился удар. Возможно, чту в условиях наше-
го эксперимента образованию локальных повреждений
способствовало наличие в узком подкасочном простран-
стве измерительных устройств—"мессдоз, через которые
нагрузка -передавалась на косФи черепа, хотя контакт-
ные повреждения мягких тканей на месте мессдоз на-
блюдались не только при боковом, но и центральном
ударах.
Нельзя исключить, что -получение рассредоточенного
удара при воздействии ударной силы сбоку вообще бо-
лее затруднительно, так как удар -приходится ближе к
краю каски, а не на верхнюю центральную ее часть,
имеющую выраженную сферическую поверхность, по
которой нагрузка может распределяться во все стороны.
Вместе с тем здесь также проявлялись свойства каски
с нулевой амортизацией—предохранять кости черепа,
в том числе и височно-теменной области, от нагрузок,
значительно превышающих те, которые вызывают
повреждения в этой области при концентрированном
ударе.
Полученные нами экспериментальные данные позво-
лили по-иному подойти к оценке допустимых величин
ударных нагрузок на голову человека в защитной кас-
ке. В частности, данные Е. Т. Трубникова (1971) о кри-
тической нагрузке при рассредоточенном ударе 5,5 кгс-м,
как вызывающей повреждения костей черепа, в наших
экспериментальных исследованиях не получили подт-
верждения.
Проведенные нами исследования не могут дать пря-
мого ответа о тех величинах ударных нагрузок, кото-
рые вызывают сотрясение головного мозга, так как оп-
ределение сотрясения головного мозга на биоманекенах
ни визуально, ни микроскопически не представляется
возможным. Исследованиями было установлено, что
костные повреждения по незащищенной голове при кон-
центрированном ударе возникают при ударе с энергией
5,25 кгс-м, тогда как каска с нулевой амортизацией
защищает голову от данных повреждений. В этом слу-
чае костные повреждения при рассредоточенном ударе
наступают при ударе с энергией 8,4—9 кгс-м.
Можно предположить, что при рассредоточенном ударе
и сотрясение мозга наступает при ударе с большей энер-
гией, чем при концентрированном. Отсюда величина
1,4 кгс-м, предусмотренная ГОСТ 17047-71 как абсолют-
176
но безопасная для человека в защитной каске, являет-
ся, по всей вероятности, заниженной.
В этом отношении особого внимания заслуживает
упомянутая выше работа американских исследователей
Хеннига Е. фон-Гирке и В. Бринкли (1975), которые
установили не только порог повреждения костей черепа,
но и порог сотрясения головного мозга. Установленная
авторами энергия удара, повреждающая костную ткань,
в полной мере согласуется с «величиной, полученной в
наших экспериментах. По данным вышеуказанных авто-
ров, порог относительно «безопасного» сотрясения мозга
наблюдается при действии тела массой 4,54 кг при ско-
рости соударения 3,05 м/с, что соответствует работе уда-
ра 2,15 кгс-м (при концентрированном ударе). Можно
предположить, что при рассредоточенном ударе энергия
величиной 2,15 кгс-м не вызовет сотрясения мозга.
Таким образом, учитывая результаты эксперимен-
тальных исследований, а также данные литературы, мы
рекомендовали изготовление защитных касок с большей
ударостойкостью, чем это предусмотрено в настоящее
время ГОСТ 17047-71.
Результаты .наших исследований показали, что для
защиты головы от ударов падающими сверху предмета-
ми, каска должна выдерживать нагрузку с энергией
удара 8,6 кгс-м (при 75% амортизации), что соответст-
вует ударной нагрузке шаром массой 4,78 кг, падающим
с высоты 1,8 м. В этом случае голова человека будет
испытывать рассредоточенный удар с энергией около
2,15 кгс-м.
Получив такие результаты, мы решили выяснить ка-
кой ударостойкостью и степенью амортизации обладают
изготовляемые в настоящее время каски. С этой целью
проведены испытания касок по методике, рекомендуе-
мой в ГОСТ 17047-71 «Каски шахтерские пластмассо-
вые. Технические требования. Методы испытаний», с
применением метода измерения усилий удара тензомет-
рическими мессдозами. Испытывали три образца касок:
1) каска типа «Труд» с жестким полиэтиленовым амор-
тизатором, 2) каска типа «Труд» с матерчатым аморти-
затором, 3) каска типа «Шахтер» с полиэтиленовым
амортизатором.
В результате испытаний установлено: степень амор-
тизации касок составила 83—86%. С учетом получен-
ной степени амортизации энергия, переданная на бол-
12 А. П. Громов
177
ванку, составила 0,73—0,89 кгс-м (прй энергии падаю-
щего груза 5,5 кгс-м). '
При испытаниях с энергией падающего груза
8,6 кгс-м (груз массой 5 кг; высота падения 1,72 м)
амортизация составила 75—77%. Соответственно энер-
гия, переданная на болванку, составила 2—2,13 кгс-м.
При всех испытаниях наблюдалось касание корпуса
каски сферических «ограничителей» и не наблюдалось
касания между центром купола 'каски и болванкой. При-
веденные данные были получены при однократном уда-
ре по нескольким каскам. Далее эти же каски были
подвергнуты многократным ударам.
Исследования показали, что при энергии падающего
груза 5,5 кгс-м последующие удары не вызывают раз-
рушений касок (до 10 ударов) и не наблюдается каса-
ния между центром купола каски и болванкой. Аморти-
зация при повторных ударах понизилась до 75%.
Каски, испытанные на 8,6 кгс-м, при повторных уда-
рах получили трещины после 2—3 ударов. При этом
наблюдалось касание между центром купола и болван-
кой. Амортизация снижалась до 45—50%.
Полученные нами результаты биомеханических ис-
следований по обоснованию ударостойкости защитных
касок были переданы в Госстандарт СССР для разра-
ботки ГОСТ на защитные каски.
Глава IX
БИОМЕХАНИКА
ПОВРЕЖДЕНИЙ
ПОЗВОНОЧНИКА
Условия и механизм повреждений позвоноч-
ника, являющегося главной опорой тела, чрезвычайно
разнообразны. Они наблюдаются при различных тран-
спортных происшествиях, падениях с высоты, спортив-
ных и бытовых травмах, ;при производственном травма-
тизме и т. д. Особенности повреждений позвоночника в
зависимости от механизма травмы изучены еще недоста-
точно, в связи с чем возникает необходимость специаль-
ных -биомеханических исследований различных механиз-
мов травмы позвоночника. Эти исследования помогут
клиницистам для диагностики и лечения повреждений
позвоночника, экспертам для их медико-юридической
оценки, инженерам для создания различных устройств
по предотвращению травмы позвоночника.
Среди различных факторов, которые приходиться
учитывать в процессе биомеханических исследований
устойчивости позвоночника механическим воздействиям,
более всего поддаются изучению прочностные свойства
позвонков, межпозвонковых дисков и связочного аппа-
рата. Однако прочность отдельных позвонков, их ком-
плексов и особенно позвоночника в целом изучена еще
недостаточно (Ю. М. Аникин, 1972; 10. М. Аникин,
М. М. Ка-рманская, 1975; F. L. Evans, 1962). Это связа-
но с тем, что изучение устойчивости позвоночника к на-
грузке не могло проводиться в экспериментах на жи-
вотных из-за высокой специфичности строения скелета
человека. Поэтому большинство биомеханических иссле-
дований позвоночника и отдельных позвонков произво-
12* 179
ванку, составила 0,73—0,89 кгс-м (прй энергии падаю-
щего груза 5,5 кгс-м). 1
При испытаниях с энергией падающего груза
8,6 кгс-м (груз массой 5 кг; высота падения 1,72 м)
амортизация составила 75—77%. Соответственно энер-
гия, переданная на болванку, составила 2—2,13 кгс-м.
При всех испытаниях наблюдалось касание корпуса
каски сферических «ограничителей» и не наблюдалось
касания между центром купола каски и болванкой. При-
веденные данные были получены при однократном уда-
ре по нескольким каскам. Далее эти же каски были
подвергнуты многократным ударам.
Исследования показали, что при энергии падающего
груза 5,5 кгс-м последующие удары не вызывают раз-
рушений касок (до 10 ударов) и не наблюдается каса-
ния между центром купола каски и болванкой. Аморти-
зация при повторных ударах понизилась до 75%.
Каски, испытанные на 8,6 кгс-м, при повторных уда-
рах получили трещины после 2—3 ударов. При этом
наблюдалось касание между центром купола и болван-
кой. Амортизация снижалась до 45—50%.
Полученные нами результаты биомеханических ис-
следований по обоснованию ударостойкости защитных
касок были переданы в Госстандарт СССР для разра-
ботки ГОСТ на защитные каски.
Глава IX
БИОМЕХАНИКА
ПОВРЕЖДЕНИИ
ПОЗВОНОЧНИКА
Условия и механизм повреждений позвоноч-
ника, являющегося главной опорой тела, чрезвычайно
разнообразны. Они наблюдаются при различных тран-
спортных происшествиях, падениях с высоты, спортив-
ных и бытовых тра-вмах, при производственном травма-
тизме и т. д. Особенности повреждений позвоночника в
зависимости от механизма травмы изучены еще недоста-
точно, в связи с чем возникает необходимость специаль-
ных биомеханических исследований различных механиз-
мов травмы позвоночника. Эти исследования помогут
клиницистам для диагностики и лечения повреждений
позвоночника, экспертам для их медико-юридической
оценки, инженерам для создания различных устройств
по предотвращению травмы позвоночника.
Среди различных факторов, которые приходиться
учитывать в процессе биомеханических исследований
устойчивости позвоночника механическим воздействиям,
более всего поддаются изучению прочностные свойства
позвонков, межпозвонковых дисков и связочного аппа-
рата. Однако прочность отдельных позвонков, их ком-
плексов и особенно позвоночника в целом изучена еще
недостаточно (Ю. М. Аникин, 1972; Ю. М. Аникин,
М. М. Ка-рманская, 1975; F. L. Evans, 1962). Это связа-
но с тем, что изучение устойчивости позвоночника к на-
грузке не могло проводиться в экспериментах на жи-
вотных из-за высокой специфичности строения скелета
человека. Поэтому большинство биомеханических иссле-
дований позвоночника и отдельных позвонков произво-
12* 179
дилось на трупном материале. Однако небольшой и, как
правило, разнородный (по полу, возрасту, причинам
смерти) экспериментальный материал не позволяет де-
лать обобщенных выводов.
Существенный вклад в разработку данной проблемы
внесли С. А. Гозулов, В. А. Корженьянц, В. Г. Скрып-
ник (1972). Авторы 'изучали механические свойства по-
звонков на машине типа ZDM со скоростью нагружения
10 мм/мин при комнатной температуре. Всего было ис-
следовано 380 позвонков от трупов мужчин, умерших
скоропостижно в возрасте 19—40 лет, причем время до
начала эксперимента не превышало 30 ч после смерти.
Опорные поверхности тел позвонков моделировались
сплавом Вуда, что обеспечивало равномерное распреде-
ление нагрузки при сжатии. Заливка сплавом обеих
по'верхностей производилась с соблюдением условия их
параллельности и совпадения с горизонтальной плос-
костью, что позволяло создавать силовую нагрузку
строго по вертикальной оси тел позвонков.
В ходе каждого испытания определялась сила, с ко-
торой позвонок сопротивляется сжатию. Оценка по-
вреждений производилась на сухих костях после маце-
рации или на декальцинированных препаратах. На
сухих позвонках отчетливо определялись даже незна-
чительные поверхностные повреждения. Декальцинация
позволяла выявлять на послойных срезах препаратов
повреждения не только костных, но и связочно-хрящевых
элементов позвоночника.
Полученные данные о средней величине предела
прочности позвонков приведены в табл. 6. Из таблицы
видно, что наибольшие нагрузки выдерживали IV и V
поясничные позвонки, наименьшие — III и IV шейные;
II и главным образом I шейные позвонки в связи с осо-
бенностями их анатомического строения оказывались
более прочными, чем другие шейные позвонки. Авторы
установили также общую тенденцию увеличения пре-
дела прочности от III шейного позвонка к V пояснич-
ному. Это увеличение более отчетливо выражено в ниж-
ней части грудного и в поясничном отделах.
Прочностные свойства костной ткани тела позвонка
определялись по удельной прочности, т. е. нагрузке,
приходящейся на 1 см2 площади его верхней погранич-
ной пластинки. Эксперименты показали, что эта вели-
чина достигает наибольшего значения (117—155 кгс/см2)
180
Таблица 6
Предел прочности позвонков
Наименование позвонка Предел прочности, кгс Наименование позвонка Предел прочности, кгс Наименование позвонка Предел прочности, кгс
С1 800 т2 436 Т1о 860
С2 510 Тз 467 Т„ 917
С3 404 т4 522 Т12 1 054
с 408 т5 551 Li 1 059
с6 453 Тв 619 l2 1 175
св 563 т7 681 L3 1 269
С, 464 т8 824 Ц 1 296
ь 475 Т» 840 L6 1 286
в шейном отделе, в грудном и поясничном отделах она
колеблется от 82 до 100 кгс/см2.
Способность позвонков сопротивляться нагрузке ав-
торы оценивали также по их «упругой деформации»,
т. е. по величине деформации, при которой еще не воз-
никают повреждения. В процессе опытов было установ-
лено, что наибольшей величиной упругой деформации
обладают поясничные позвонки (1,5—1,9 мм), наимень-
шей— III—V грудные (около 1,1 мм). Одновременно
вычислялась относительная упругая деформация, по-
казывающая, на какую величину в процентах может
быть сжат позвонок без повреждений.
Средняя величина относительной упругой деформа-
ци позвонков мужчин в возрасте 19—40 лет приводится
в табл. 7.
Анализ морфологического материала и диаграмм на-
гружения позволил авторам установить пороговые ве-
личины нагрузок, влекущих за собой разрушение по-
звонков. Первые макроскопически необратимые измене-
ния в виде компрессии лимбовой зоны появлялись при
деформации тел позвонков приблизительно на 12—13%
от исходной высоты. Сжатие позвонков на 17—18% вы-
зывало появление трещин и компрессии в области та-
лии. Увеличение сжатия до 24—26% от их первоначаль-
ной высоты приводило к возникновению переломов тел
позвонков без смещения отломков, а продолжающееся
сжатие на 36—37% вызывало переломы со смещением.
181
Табл и ц а 7
Относительная упругая деформация позвонков
Наимено- вание позвонка Относительно упругая деформация, % Наимено- вание позвонка Относительно упругая деформация, % Наимено- вание позвонка Относительно упругая деформация, %
С3 8,8 Т3 5,9 Тю 6,7
с4 8,7 т4 5,8 Тп 7,6
с5 9,6 Т8 6,1 Т12 7,0
св 9,7 Те 6,3 Ц 6,7
с7 9,0 Т, 6,1 l2 6,8
Т1 7,8 Те 6,3 L3 5,9
т2 6,4 Т9 6,3 l4 6,7
l5 6,3
При увеличении относительной деформации до 40—50%
наступало полное размятое тел позвонков.
Для оценки прочности губчатого вещества, из кото-
рого состоит основная масса тела позвонка, авторами
проведено 17 опытов. С этой целью из тел грудных и
поясничных позвонков выпиливались кубики одинаково-
го размера, которые подвергались сжатию на прессе.
Направление приложенной силы соответствовало вер-
тикальной оси позвонка. Эксперименты показали, что
предел прочности губчатого вещества тел” грудных и
поясничных позвонков составлял в среднем 67 кг/см2,
относительная упругая деформация равнялась в сред-
нем 7,5%.
После снятия нагрузки происходило частичное вос-
становление формы поврежденных препаратов. Процесс
расправления тел позвонков продолжался в течение
15—17 ч. При этом их высота восстанавливалась в зна-
чительной мере даже после сжатия на 50—60%.
При сжатии тел позвонков в среднем на 11,6% их
высота после снятия нагрузки восстанавливалась до
98,6% исходной высоты. Если сдавление позвонков про-
изводилось на 54,2%, то после снятия нагрузки их вы-
сота восстанавливалась до 83,6% от их первоначальной
высоты. Следовательно, величина расправления тел по-
звонков зависела от степени компрессии. Так, после
сжатия позвонков в среднем на 11,6% величина рас-
правления тел равнялась 10,2%, после деформирования
на 54,2% расправление составляло 37,8% превоначаль-
ной высоты.
182
Полученные С. Д. Гозуловым, В. А. Корженьянцем
и В. Г. Скрипником данные свидетельствуют об очень
высоких компенсаторных возможностях позвонков, обус-
ловливающих значительное расправление тел даже при
большой величине компрессии. По их мнению, в меха-
низме восстановления формы тел позвонков после снятия
нагрузки основную роль играют упругие и эластичес-
кие свойства губчатого вещества -и конструкции позвон-
ка в целом. Эти свойства позвонков обусловливали
полное восстановление высоты их тел после сжатия на
6—10%. Сжатие позвонков на величину, значительно
превышающую упругую деформацию, вызывало большие
повреждения их структуры, что препятствовало восста-
новлению исходной высоты тел позвонков после снятия
нагрузки и было причиной появления остаточной дефор-
мации.
Механические свойства межпозвонковых дисков
исследовались данными авторами на специально под-
готовленных препаратах. Эта подготовка состояла в ре-
зекции тел соседних позвонков, чтобы диски оставались
заключенными только между ограничивающими их кост-
ными пластинками. Опорными поверхностями диска
служили пограничные пластинки, которые моделирова-
лись сплавом Вуда. При этом повреждения возникали,
как правило, в области фиброзного кольца на границе
его переднебоковой и задней полуокружности у места
прилегания к корням дуг.
Всего было исследовано 5 шейных, 23 грудных и 10
поясничных межпозвонковых дисков. Полученные сред-
ние данные представлены в табл. 8.
Таблица 8
Механическая характеристика межпозвонковых дисков
Отдел позЕОночника Предел прочности, кгс Упругая деформация, мм
Шейный 486 1,2
Г рудной 1 270 1,6
Поясничный 1 502 г : 2,1
Исследование на прочность комплексов из трех по-
звонков с заключенными между ними дисками проведе-
но авторами на 14 препаратах. Данные, полученные в
W3
Таблица 9
Предел прочности и упругая деформация
трехпозвонковых комплексов
Наименования комплексов Позвоночник (возраст умер- шего 32 года) Позвоночник (возраст умер- шего 38 лет)
предел проч- ности, кгс упругая деформация, мм предел проч- ности, кгс упругая деформация, мм
С3 300 0,6 340 1,2
С4—с6 280 1,1 275 1,5
С,-Т2 320 1,1 275 1,7
Тз-Т5 340 1,3 285 1,1
Те-Т8 475 1,7 310 2,2
T8-Tu 570 2,1 440 1,8
Т12 Та 755 2,7 610 2,5
L3—L5 940 4,3 655 3,5
экспериментах с трехпозвонковыми комплексами, при-
ведены в табл. 9. Эти данные показывают, что предел
прочности и упругая деформация участков позвоночни-
ка возрастают в направлении от шейного отдела к по-
ясничному.
При действии продольной нагрузки на вычлененные
участки позвоночного столба, состоящие из трех позвон-
ков и соответственно двух межпозвонковых дисков, на-
блюдалась другая картина повреждений по сравнению
с отдельными позвонками.
Продольное сжатие таких трехпозвонковых комплек-
сов приводило к выпячиванию в стороны фиброзного
кольца межпозвонкового диска, после чего возникал
короткий треск, характерный для ломающейся кости.
При этом обнаружить признаки каких-либо повреждений
на внешней поверхности позвонков или дисков не уда-
валось. Однако на послойных срезах декальцинирован-
ных препаратов в этих случаях авторы обнаруживали
перелом центральной части пограничной пластинки и
внедрение студенистого ядра межпозвонкового диска в
губчатое вещество тела позвонка, что свидетельствовало
о внутрипозвонковом переломе. При детальном исследо-
вании таких комплексных препаратов, обработанных
методом биологической мацерации, часто наблюдались
вдавления мелких отломков пограничной пластинки в
губчатое вещество. Наибольшие повреждения находи-
184
ЛйсЬ ё Нейтральной части Пограничной пЛастйнкй, да-
вая начало мелким трещинам, расходящимся к пери-
ферии. В трехпозвонковых комплексах такой характер
переломов чаще встречался в среднем позвонке.
Описанная картина повреждений объясняется авто-
рами взаимодействием между позвонками и межпозвон-
ковыми дисками. Студенистое ядро диска, заключенное
в прочную капсулу и окруженное еще более прочным
фиброзным кольцом, при сжатии комплекса оказывает
локальное давление на соответствующую часть погра-
ничной пластинки. Это приводит сначала к прогибу
пограничных пластинок, а затем к продавливанию их.
В момент продавливания происходит разрыв капсулы
студенистого ядра о костные отломки пограничной плас-
тинки, и содержимое ядра диска под давлением от при-
ложенной нагрузки внедряется в губчатое вещество те-
ла позвонка.
При сравнении трехпозвонковых комплексов наи-
большие повреждения наблюдались в среднем из них,
поскольку он находился в наиболее выгодных условиях.
Он как бы зажимался между двумя шарообразными
ядрами, в результате чего возникало большое локальное
давление в центральных частях пограничных пластинок.
Наружные поверхности тел и отростков верхнего и ниж-
него позвонков, служившие в качестве опорных, оста-
вались целыми. Они моделировались сплавом Вуда, что
обеспечивало равномерное распределение нагрузки во
всей опорной поверхности. В очень редких случаях це-
лостность пограничных пластинок не нарушалась, а
непрерывно увеличивающийся прогиб обеих погранич-
ных пластинок среднего позвонка приводил к компрес-
сионному перелому тела в виде песочных часов.
При большей степени деформирования С. А. Гозу-
лов, В. А. Корженьянц, В. Г. Скрыпник отмечали ком-
прессионные переломы крайних позвонков и попереч-
ные переломы (во фронтальной плоскости) тела сред-
него позвонка с вдавлением костных отломков и про-
никновением содержимого ядра дисков в глубь ячеистой
структуры всех тел позвонков.
Для выявления сопротивляемости участков позво-
ночника, имеющих физиологическую кривизну, авторами
были проведены эксперименты с приложением нагрузки
по вертикальной оси шейного, грудного и поясничного
отделов позвоночного столба. Было установлено, что
185
прочность шейного отдела колебалась от 120 до 170 кгс,
при упругой деформации — от 4 до 5,2 мм. Предел
прочности грудного отдела составлял 190 кгс при вели-
чине упругой деформации, равной 5,3 мм. Наиболее
прочным оказался поясничный отдел, который выдер-
живал нагрузку в среднем 420 кгс при упругой дефор-
мации от 5—8,5 мм.
В эксперименте с целой грудной клеткой определя-
лась прочность грудного отдела позвоночника, заклю-
ченного в замкнутую систему ребер и грудины. В этом
случае предел прочности оказался равным 240 кгс, а
величина упругой деформаций — 33 мм.
Полученные авторами результаты показали, что пре*
дел прочности вычлененных участков позвоночного стол-
ба уменьшается с увеличением количества позвонков, а
величина упругой деформации возрастает.
Сжатие отделов позвоночника вдоль вертикальной
оси вызывало их изгиб, в результате которого наи-
большая величина прогиба отмечалась обычно в средней
части препаратов, в которой в первую очередь и воз-
никали повреждения позвонков и связочного аппа-
рата.
Увеличение лордоза при действии нагрузки на . шей-
ный отдел сопровождалось разрывом передней связки
позвоночника, отрывом межпозвоночного диска от перед-
него края тела IV шейного позвонка, а также перело-
мом дужек и остистых отростков смежных позвонков.
При этом переломы остистых отростков возникали в
результате накладывания их друг на друга.
Сдавление поясничного отдела позвоночника также
сопровождалось увеличением естественной кривизны.
При этом наибольшие повреждения возникали в области
III поясничного позвонка. Они выражались в разрывах
тел позвонков, в разрывах передней связки позвоночни-
ка, отрывах передней части межпозвоночного диска от
верхней пограничной пластинки, переломах дужек и др.
Такой характер повреждений в шейном и поясничном
отделах указывает на то, что их передняя поверхность
подвергается растяжению, а задняя — сжатию.
Иногда, кроме описанных повреждений III позвон-
ка, отмечались повреждения II и IV. Пограничные плас-
тинки этих позвонков имели поперечные трещины, а их
центральные части оказывались вдавленными в губча-
тое вещество тел. Механизм этих повреждений, по мне-
186
нию авторов, такой же как и в препаратах, состоящих
из трех позвонков и двух межпозвоночных дисков.
Сдавление грудного отдела позвоночника приводило
к увеличению естественного кифоза в области III—V
грудных .позвонков, к которому часто присоединялся не-
большой сколиоз. На месте этих искривлений и возни-
кали клиновидные переломы тел позвонков, которые
всегда начинались с компрессии лимбовой зоны. При
этом разрывались надостная и межостная связки на
уровне остистых отростков III и V грудных позвонков.
Подобный характер повреждений грудного отдела
позвоночного столба авторами объясняется сжатием
вентральной и одновременным растяжением дорсальной
его части, наступающих вследствие деформации изгиба.
В. О. Плаксин (1976) дополнил исследования
С. А. Гозулова и соавт. (1972) о прочностных свойствах
и механизме переломов позвонков электротензометри-
ческими измерениями топографии силовых напряжений,
возникающих в отдельных позвонках и полных комплек-
сах при различных положениях шейного отдела позво-
ночника в момент травмы. С этой целью автором было
исследовано 15 полных шейных комплексов и 70 отде-
льных позвонков, изъятых из трупов лиц обоего пола в
возр.асте от 21 года до 60 лет, умерших от различных
причин, не позднее 24 ч после наступления смерти.
Для электротензометрических исследований прово-
лочные датчики наклеивались по методу веерных розеток
на переднюю и переднебоковую поверхности тел позвон-
ков, а также на места прикрепления дужек позвонков
к телу. Всего на одном позвонке располагалось 12 дат-
чиков, а на полном комплексе — 84. Исследуемый объ-
ект подвергался статической ступенчатой нагрузке 20,
40, 60 кгс на специальном прессе с динамометром
ДОСМ-1 в трех положениях: строго вертикальном, под
углом 60° (сгибание) и под углом 130° (разгибание).
Регистрация возникающих напряжений и обработка
полученных результатов проводились на аппаратах
ИСН-2ОМ и ЭМН-1М.
Зависимость между топографией напряжений и архи-
тектоникой губчатого вещества изучалась на фронталь-
ных, горизонтальных и сагиттальных распилах позво-
ночника (546 распилов) с использованием разработан-
ного автором мпкротранспортера, вставляемого в оку-
ляр стереомикроскопа.
187
Результаты исследований показали, что характер
распределения сил сжатия и растяжения в отдельных
позвонках зависит от многих факторов и в первую оче-
редь от формы самого позвонка. Топография напряже-
ний в целом комплексе шейного отдела позвоночника
зависит от его положения в момент нагрузки (сгиба-
ние, разгибание) и его длины. Эти данные позволяют
объяснить механизм наиболее частых переломов шей-
ного отдела позвоночника, их локализацию и морфоло-
гию.
Затем данные электротензометрии сопоставлялись с
результатами экспериментальных исследований прочно-
стных свойств и особенностей формирования переломов
на отдельных позвонках и полных комплексах. Для это-
го проводились эксперименты на 357 отдельных позвон-
ках и 32 полных комплексах путем компрессии их на
специальном прессе в вертикальном направлении со
скоростью 7 см/мин и нагрузкой на отдельный позвонок
от 280 до 1040 кгс, а полный комплекс — от 120 до
160 кгс.
Прямая травма позвоночника моделировалась уда-
рами твердым тупым предметом массой 8 кг и площадью
ударяющей поверхности 64 см2. Удары наносились
сзади наперед под углом 90° и 45° с энергией удара в
пределах 58—128 кгм. Эксперименты с ударными на-
грузками были проведены на 27 биоманекенах с изуче-
нием 76 переломов. Характер повреждений позвонков
при ударе тупым предметом сз,ади и сбоку оказался
различным, что позволило автору выявить их дифферен-
циальные признаки.
Электротензометрия шейных позвонков показала, что
при идентичных условиях воздействия топография на-
пряжений в различных позвонках имеет неодинаковую
картину. Так, при вертикальной нагрузке на арках пер-
вого шейного позвонка были зарегистрированы сжима-
ющие и растягивающие усилия, которые располагались
относительно арки позвонка под углом 145°. В области
задней дуги более четко были выражены силы сжатия.
В теле II позвонка при всех видах нагрузки преобла-
дали силы растяжения. Кроме того, исследования пока-
зали, что с увеличением нагрузки происходила транс-
формация напряжений и замена сжимающих усилий на
растягивающие. В области остистых отростков, как пра-
вило, отмечались сжимающие усилия,
188
Анализ топографии напряжений в середине шейного
отдела позвоночника показал, что в области тел по-
звонков в таких случаях отмечаются как сжимающие,
так и растягивающие усилия, равные между собой по
величине. В теле V шейного позвонка направление си-
ловых напряжений изменяло свой угол от 75 до 130°
В теле VI и VII позвонков с увеличением нагрузки по-
являлись растягивающие усилия, а направление основ-
ных напряжений было под углом 75°.
При вертикальной статической нагрузке шейных
комплексов наряду с уменьшением их высоты за счет
сжатия межпозвонковых дисков и увеличения шейного
лордоза В. О. Плаксиным выявлено перераспределение
напряжений. Наиболее напряженными участками ока-
зывались верхние и нижние позвонки. При дальнейшем
нагружении и увеличении шейного лордоза наиболее
напряженными участками оказывались тела V, VI по-
звонков и остистые отростки II, III, V позвонков.
Вертикальная нагрузка с разгибанием шейного от-
дела позвоночника сопровождалась напряжением в об-
ласти тел IV, V, VI позвонков и остистых отростков
III, IV позвонков. При сгибательном положении позво-
ночника напряженные участки находились на передней
поверхности тел нижних позвонков.
Длина шейных отделов позвоночника в исследовани-
ях В. О. Плаксина колебалась от 11 до 17 см. Сопостав-
ление данных электротензометрии и морфометрии по-
казало, что с увеличением длины шейного отдела в нем
увеличивается напряженность в тех же участках, в ко-
торых и при меньшей длине концентрируются напря-
жения. Отсюда следует, что вероятность возникновения
переломов при большей длине шейного отдела возрас-
тает. Кроме того, исследования показали, что при сги-
бательном и разгибательном положениях шейного от-
дела потеря устойчивости возникает при меньших на-
грузках, нежели при вертикальном.
Таким образом, топография напряжений в шейном
отделе позвоночника зависит не только от величины
внешнего воздействия, но и от его положения в момент
нагрузки (сгибание, разгибание), а также от некоторых
анатомических свойств (его длины, формы отдельных
позвонков).
Экспериментальные исследования свойств шейных
позвонков позволили В, О, Плаксину установить осо-
189
бенности разрушения каждого позвонка в отдельности
в условиях вертикальной компрессии и тем самым вы-
явить особенности, характеризующие данный механизм
травмы.
При исследовании прочностных свойств комплексов
было выявлено, что повреждения возникают в них при
нагрузке 120—160 кгс. Это соответствует результатам
описанных выше исследований (С. А. Гозулов и др.,
1972).
Эксперименты В. О. Плаксина, кроме того, показали,
что прочностная характеристика комплекса во многом
зависит от его длины. Так, с увеличением длины шейно-
го отдела позвоночника вероятность потери устойчивос-
ти позвоночника как конструкции была больше, а спо-
собность противостоять действию вертикальной нагруз-
ки снижалась. При этом повреждения шейных комплек-
сов обычно локализовались на его передней поверхности
(разрывы передней продольной связки, переломы верх-
них замыкательных пластинок, отрывные переломы в
области тел позвонков).
При увеличении нагрузки происходило дальнейшее
увеличение лордоза. Это приводило к накладыванию
остистых отростков позвонков и возникновению повреж-
дений как в области остистых отростков, так и дужек
позвонков.
В экспериментах В. О. Плаксина причинялись и пря-
мые повреждения позвоночника. При ударах сзади по-
вреждались остистые отростки и дужки, сбоку — остис-
тые и поперечные отростки. При ударе спереди автор
ни разу не наблюдал повреждений костного скелета, что
он объясняет большой амортизационной способностью
мягких тканей передней поверхности шеи.
Повреждения остистых отростков при прямых ударах
чаще регистрировались в области V, VI, VII шейных по-
звонков, а поперечных отростков — в IV, V позвонках.
Одной из задач работы В. О. Плаксина было изуче-
ние зависимости между прочностными свойствами по-
звонков и их структурой.
Непосредственная микроскопия показала, что струк-
тура позвонков представлена в виде полостей овоидной
и округлой формы, соединенных между собой перемыч-
ками. Компактное вещество выражено на всем протя-
жении тел позвонков равномерно в виде ровной обо-
лочки. По количеству компактное вещество в большей
190
степени представлено в I позвонке И в зубовидном 011;
ростке II позвонка.
На горизонтальных распилах тел позвонков имеют-
ся пластины, которые идут радиально от центра к перед-
небоковым и передним поверхностям, образуя дугу
между суставными отростками. Костные балки подходят
к компактному веществу под углом от 60 до 80°, и под
таким же углом соединяются между собой пластинки
губчатого вещества. На фронтальных распилах костные
пластинки, образующие спонгиозное вещество тел позвон-
ков, располагаются как в сагиттальной, так и во фрон-
тальной плоскости также под углом от 60 до 80° соеди-
няясь с рядом расположенными пластинами, образуя
овоидные полости, ориентированные по вертикали.
Такая топография костных пластинок с образовани-
ем овоидных полостей во фронтальном и сагиттальном
направлениях, по мнению В. О. Плаксина, максимально
обеспечивает противодействие вертикальным нагрузкам,
а горизонтальные костные перемычки препятствуют по-
перечному растяжению. Кроме того, описанная топо-
графия губчатого вещества идеально сочетает проч-
ность, легкость в построении, а также рассеянней отно-
сительно равномерное рассредоточение возникающих
силовых напряжений.
Н. П. Пырлина и соавт. (1972) изучили устойчивость
связочного аппарата позвоночника, межпозвонковых су-
ставов, мышц и других структур изолированного по-
звоночника к статическим нагрузкам. Ими проведено
27 опытов по установлению сопротивляемости к растя-
жению изолированного шейного и трудного отделов по-
звоночника, извлеченных из трупа вместе с затылочной
костью, первым поясничным позвонком, прилежащими
участками ребер и окружающими мягкими тканями.
Каждый из перечисленных отделов позвоночника
вычленялся по дискам: шейный отдел включал заты-
лочную кость, весь шейный отдел позвоночника (Ci—
С7) и I грудной позвонок (Ti); верхнегрудной отдел
состоял из верхнегрудных позвонков — со II по VII
включительно (Т2—Т7); нижнегрудной — из нижнегруд-
ных позвонков (Т8—Ti2) и I поясничного (Li). Иссле-
дование этих фрагментов позвоночника производилось
на специальной машине РП-100, применяемой для оп-
ределения прочности волокон пряжи и изделий из нее.
Основной частью данной машины является автоматиче-
191
Рис. 44. Схема проведе-
ния эксперимента на рас-
тяжение.
А — исследуемый объект;
Б — динамометр; В — элек-
тромотор.
Ский мёхйнйзМ, обеспёчйвающий
при растяжении испытуемого
объекта нагрузку до 100 кгс. Ис-
следуемый материал размещает-
ся между двумя смонтированны-
ми на машине крюками. При
включенном механизме расстоя-
ние между крюками постепенно
увеличивается, вследствие чего и
происходит растяжение фиксиро-
ванного за них объекта. Воз-
никающие при этом усилия
регистрируются динамометром
(рис. 44).
Для крепления испытуемых
частей позвоночного столба были
использованы специально изго-
товленные (по размерам позвон-
ков) металлические кольца, кото-
рые фиксировались на верхнем и
нижнем концах исследуемого
фрагмента позвоночника. На эти
кольца снаружи надевали метал-
лические скобы, которые и зацеп-
лялись за крюки.
На верхний конец шейного
фрагмента подобное кольцо не
надевали, а в чешуе затылочной
кости под наружным затылочным
бугром просверливали отверстие,
через которое продевали верхний
крюк.
Перед началом опыта измеряли длину фрагмента
(расстояние между кольцами) и фиксировали показания
шкалы динамометра, которые зависели от массы испы-
туемого участка позвоночника и надетых на него ко-
лец (масса не превышала 2,5 кг). Время вытяжения во
всех экспериментах составляло 4—5 с.
В процессе опыта происходило изменение конфигу-
рации исследуемого отрезка позвоночника: выпрямле-
ние его дорсальной поверхности и некоторое удлинение
всего фрагмента. Эти изменения были хорошо видны
главным образом при растяжении шейного фрагмента,
удлинение которого достигло в одном из наблюдений
192
4 см. Удлинение по вентральной поверхности для nieib
ного фрагмента не превышало 1 см, для верхнегрудно-
го— 0,5 см; длина нижнегрудного фрагмента оставалась
неизменной.
После проведения каждого эксперимента произво-
дилось тщательное послойное анатомо-топографическое
исследование препарата.
Применявшаяся нагрузка в 100 кгс не вызывала ка-
ких-либо повреждений опорно-двигательного аппарата
позвоночника и связанных с ним тканей при растяже-
нии грудных фрагментов позвоночного столба, изъятых
из трупов людей не только молодого, но и пожилого
возраста*
Растяжение первого фрагмента во всех случаях
приводило к возникновению различных повреждений,
включая разрывы мышц, связок, межпозвонковых сус-
тавов и атланто-окципитального сочленения. В момент
таких повреждений отмечался характерный звук, что
возникало при средней нагрузке 60—80 кгс. В одном
случае при нагрузке 42 кгс произошел разрыв ременной
мышцы головы, сопровождавшийся образованием об-
ширного посмертного кровоизлияния на уровне С2, рас-
слаивающего мышечные пучки (позвоночник изъят из
трупа 65-летнего мужчины).
К числу характерных повреждений шейного фраг-
мента позвоночника при растяжении его с силой 60—
80 кгс относились разрывы мышечных пучков и посмерт-
ные кровоизлияния в ременной и длиннейшей мышцах
на уровнях С2—С5, расположенные вдоль линии остис-
тых отростков; кровоизлияния на тех же уровнях в
многораздельные и полуостистые мышцы, в позадиос-
тистую клетчатку; разрывы пучков и кровоизлияния в
прямые головки наружных и внутренних мышц головы
у места прикрепления их к затылочной кости. Кроме то-
го, отмечались растяжения и кровоизлияния в заднюю
атланто-з,атылочную мембрану и мембрану между I и II
шейными позвонками. В одном случае при нагрузке 92 кгс
(возраст покойного 51 год) произошел разрыв задней ат-
ланто-затылочной мембраны. В этом же опыте отмеча-
лось повреждение переднего отдела межпозвоночного
диска С6—С7, кровоизляние в него, отделение от ниж-
ней поверхности тела Сб.
Возникающие в процессе экспериментов повреждения
указывают на то, что в результате примененной нагруз-
13 А. П. Громов
193
Происходит растяженйе мьйпц й связок, соединяю-
щих затылочную кость с атлантом, и выравнивание
шейного лордоза, что ведет к компрессии переднего и
растяжению заднего отдела позвоночника.
Растягивающая нагрузка в 100 кгс на шейные фраг-
менты позвоночников от трупов лиц в возрасте 30—
55 лет не сопровождалась дополнительными поврежде-
ниями по сравнению с описанными выше повреждения-
ми при нагрузках 60—80 кгс, только повреждения при
нагрузках в 100 кгс были более значительными.
Нагрузка в 100 кгс при растяжении шейных фраг-
ментов позвоночника, изъятых из трупов людей пожи-
лого возраста (старше 68 лет), привела в трех случаях
из шести к полному разрыву атланто-затылочного со-
членения, а также связок и мышц этой области. Кроме
того, в'о всех случаях этой возрастной группы произошли
разрывы мышц задней поверхности шеи на уровнях
от 2,5 до 6 см от мест прикрепления к затылочной
кости; частичные или полные разрывы передней и зад-
ней атланто-затылочных мембран, связок зубовидного
отростка; разрывы капсул атланто-затылочных сочле-
нений, в одном случае отмечался отрыв суставных от-
ростков затылочной кости ввиду их сращения с сустав-
ной поверхностью атланта. Капсулы межпозвоночных
суставов Ci—С2 были растянуты, а в одном случае на-
блюдался их разрыв. Отмечались кровоизлияния в мем-
брану между I и II шейными позвонками и ее разрывы.
Позвоночные артерии были разорваны в канале попе-
речных отростков на уровне Ci—С2; в одном наблюде-
нии они остались целы.
Полученные результаты дают возможность судить о
характере повреждений, возникающих при статической
нагрузке растяжения до 100 кгс, а также установить по-
роговые нагрузки (60—80 кгс) для мышечных образова-
ний задней поверхности шейного отдела позвоночника и
области его сочленения с затылочной костью.
Однако результаты перечисленных выше работ по-
зволяют лишь ориентировочно судить о биомеханике
повреждений позвоночника у живого человека, посколь-
ку эти исследования производились на изолированных
позвонках или изъятых из трупа отдельных участках
позвоночника. Поэтому для изучения биомеханики по-
вреждений позвоночника большее значение имеют ис-
следования на биоманекенах.
194
Проводимые сотрудниками кафедры судебной меди-
цины I ММИ имени И. М. Сеченова исследования путем
моделирования повреждений позвоночника на специаль-
ных стендах позволили получить результаты, близкие к
травмам, полученным в естественных условиях.
Для этого были разработаны биомеханические моде-
ли повреждений позвоночника при вентральном и боко-
вом сгибании, при вентральных динамических нагруз-
ках, при динамических нагрузках растяжения по оси,
падении на плоскости и ударе затылком о покрытие, а
также при дозированных ударах в теменную область
головы.
Моделирование повреждений шейного
и верхнегрудного отделов позвоночника
при вентральном и боковом сгибании
под действием статических
дозированных нагрузок
Н. П. Пырлиной и соавт. (1968, 1972, 1975)
проведены эксперименты по моделированию повреждений
позвоночника при вентральных и боковых статических
дозированных нагрузках (соответственно 30 и 40 экспе-
риментов). Эксперименты проводились на трупах муж-
чин в возрасте от 30 до 70 лет умеренного питания,
умерших от острой сердечно-сосудистой недостаточности
и отравления алкоголем. Следовательно, во всех случа-
ях имела место острая смерть, что в известной степени
создавало одинаковые условия для развития трупного
окоченения, степени кровенаполнения органов и мышц,
а также выраженности посмертных кровоизлияний, ко-
торые возникали в процессе экспериментов.
Перед началом эксперимента производилось разре-
шение трупного окоченения мышц шеи, туловища, верх-
них конечностей, причем на шее до такого состояния
мышц, когда при вертикальном положении тела голова
трупа и шея склонялись к груди под углом 50—55°.
Контрольные эксперименты показали, что механическое
разрешение трупного окоченения и фиксирование трупа
ремнями к стенду не сопровождалось повреждениями
мышц, связок и какими-либо кровоизлияниями.
После разрешения трупного окоченения биоманекен
в положении сидя фиксировали ремнями к спинке крес-
ла описанного выше стенда И. И. Антуфьева. Раму с
13* 195
Рис. 45. Схема стенда для вентрального сгибания позвоночника под
действием статической нагрузки (объяснение в тексте).
«битком» отодвигали, чтобы исключить касание с ним
головы биоманекена. Последний размещали в кресле,
укрепленном на поворотном столе стенда, лицом впе-
ред (при вентральных сгибаниях) или правым боком
(при боковых нагрузках).
Отклонение головы вперед вниз или вправо осущест-
влялось при помощи троса, соединенного с системой
лямок, укрепленных на голове. Натяжение троса произ-
водилось ручной лебедкой постепенно, со скоростью
0,012—0,015 м/с. Величина создаваемой нагрузки реги-
стрировалась динамометром марки ДПУ-05-2. Угол
наклона головы отмечался по угломеру (достигал 80—-
140°). Центр угломера размещался на уровне С7, нуле-
вое деление совпадало с вертикальной стрелкой, укреп-
ленной на голове.
; При вентральной нагрузке'шея ш верхнегрудной от-
дел позвоночника сгибались вперед вниз, причём шея
несколько вытягивалась. Вершина образовавшейся дуги
соответствовала остистым отросткам С7—Ti (рис. 45).
При боковой нагрузке, меняя положение блока, через
который проходил трос от головы биоманекена к дина-
мометру, можно было- несколько- изменить- направление
196
движения головы -и шеи в момент бокового наклона —
сочетать его с частичным вентральным сгибанием или,
наоборот, разгибанием шейного отдела позвоночника.
В сответствии с возможностями методики в 28 экспери-
ментах производили только боковой наклон вправо,
когда под нагрузкой голова отклонялась к правому над-
плечью, шея дугообразно изгибалась, а наибольшая вы-
пуклость дуги приходилась на отрезок С5—С7. В 9 на-
блюдениях к боковому наклону присоединялось вент-
ральное сгибание, в результате чего голова при наклоне
находилась впереди правого надплечья, а шея несколько
вытягивалась вперед. В трех экспериментах при боко-
вом наклоне вправо голова и шея слегка отклонялись
назад.
После проведения эксперимента для выявления воз-
можной травмы позвоночных артерий производилась
их ангиография. Наливка осуществлялась до
вскрытия трупа смесью сульфата бария и глицерина, а
рентгенография — в двух проекциях (фронтальной и
боковой).
После вскрытия извлекали весь шейный (вместе с
затылочной костью) и верхнегрудной отделы /позвоноч-
ника до уровня Т5—Т7 (с прилежащей частью ребер).
Извлеченный участок позвоночника подвергали рентге-
нографии (в трех проекциях, в том числе с введением
контрастного вещества в межпозвоночные диски), после
чего производилось тщательное анатомо-топографичес-
кое исследование с подробным описанием полученных
данных. При этом изучали состояние всех слоев мягких
гканей области позвоночника, связок и суставов позво-
ночного столба между затылочной костью и I—II шей-
ными 'позвонками, состояние межпозвоночных дисков,
костной ткани, а также спинного мозга после вскрытия
позвоночника. Кусочки тканей мышц, нервов, связок из
мест повреждений подвергались гистологическому ис-
следованию. Затем позвоночник вываривали и делали
описание костного препарата.
Проведенные исследования показали, что при вент-
ральном сгибании позвоночника при статических нагруз-
ках возникают повреждения шейного и верхнегрудного
отделов позвоночника, локализующиеся в основном на
уровне Сб—Т3, обусловленные в первую очередь растя-
гиванием мышц и связочного аппарата задней поверх-
ности позвоночника при сгибании (выпуклая сторона
197
дуги) и компрессией переднего отдела тел позвонков
(вогнутая сторона дуги).
Данные об условиях экспериментов по вентральному
сгибанию, частота и характер полученных повреждений
приведены в табл. 10.
Таблица 10
Особенности повреждений позвоночника и прилежащих
тканей при вентральном сгибании шеи биоманекена
Число экспери- ментов Нагрузка, кгс Угол наклона головы, градусы Характер повреждений и число случаев
кровоизлияния в мышцы растяжение и разрывы связок компрес- сионные поврежде- ния тел позвонков
глубо- кие слои поверх- ностные слои
4 40—80 80—90
6 90—95 90—100 4 — 3 —
10 100—140 85—115 10 1 7 9
10 150—250 110—140 10 8 10 10
Всего... 30 24 9 20 19
Из табл. 10 видно, что при сгибании шеи непрямая
травма сопровождалась прежде всего растяжением и
разрывом мышечных пучков прилежащих непосредст-
венно к позвоночнику глубоких мышц шеи и верхней
части спины и образованием -посмертных кровоизлия-
ний (рис. 46). Пороговой статической нагрузкой оказа-
лась нагрузка в 90 кгс при угле наклона головы 90°.
Статические нагрузки 95—100 кгс при угле наклона
головы 100° приводили к разрыву и растяжению межос-
тистых связок. С увеличением статической нагрузки до
150 кгс и более при угле наклона головы ПО—140° раз-
рывы мышц и кровоизлияния возникали также в поверх-
ностном слое мышц по бокам от остистых отростков
Ti—Т4. В этих же случаях отмечались кровоизлияния
в глубоких мышцах и позадиостистой клетчатке, кото-
рые распространялись вдоль позвоночника до уровня
С4 и вниз до уровня Т3. Они окружали проходящие че-
рез мышцы и межмышечные пространства внутренние
и наружные ветви спинномозговых нервов.
198
Рис. 46. Кровоизлияния
в виде «бабочки» под
собственную фасцию спи-
ны и в толщу трапецие-
видной мышцы на уров-
не Т2—Ть
Во всех случаях наблюдались растяжения и разрывы
межостистых связок и кровоизлияния в них, локализу-
ющиеся также на уровне Сб—Т3. Одновременно отмеча-
лись растяжения и разрывы надостистых связок, реже
разрывы желтых связок; межостистые и надостистые
связки повреждались в каком-либо одном месте, иногда
разрывались две рядом расположенные связки.
Разрывы надостистых связок иногда сопровождались
отрывными переломами вершин остистых отростков
Т2—Т3, а в одном случае произошел отрывной перелом
двух остистых отростков у их основания.
Компрессионные повреждения позвонков чаще всего
выражались в отделений верхней костно-замыкающей
пластинки тела позвонка и в переломах передневерхнего
края тела «губы» позвонка на уровне Ti—Т3 с образо-
ванием отломка треугольной формы (рис. 47). Эти по-
вреждения возникали при статической вентральной на-
грузке 100 кгс и более.
Во всех экспериментах с вентральной статической
нагрузкой более 100 кгс наблюдались повреждения верх-
199
Рис. 47. КоМпресёйЬнйыё
повреждения передних
верхних отделов тел по-
звонков Ti—Тг. Отделе-
ние краниальной костно-
замыкающей пластинки.
ней части тела позвонка. Последние свойственны ком-
прессионным переломам, при которых сгибаемый
верхний отдел позвоночника оказывает воздействие
прежде всего на верхнюю поверхность нижележащего
позвонка. Травматизация переднего участка верхнего
края позвонка при целости нижнего авторы объясняют
еще и тем, что сдвиг верхней части позвоночника кпере-
ди осуществляется вначале за счет скольжения нижней
-поверхности вышележащего позвонка по межпозвоноч-
ному хрящу. Поэтому выдвинувшийся вперед нижний
край вышележащего позвонка остается неповрежден-
ным. Вместе с тем нижняя поверхность этого верхнего
позвонка продолжает давить на меньшую площадь верх-
него края нижележащего, вызывая большее удельное
давление и как следствие его компрессионный перелом.
Необходимо подчеркнуть, что подобные костные по-
вреждения тел позвонков часто не обнаруживаются при
осмотре и ощупывании позвоночного столба во время
вскрытия трупа, а также не выявляются при рентгено-
графии позвоночника. Между тем они хорошо устанав-
200
ливались при отделении передней продольной связки,
которая сама не повреждалась, и при рассечении по-
звоночника по дискам на отдельные позвонки. В отли-
чие от передней задняя продольная связка разрывалась
в случаях полных компрессионных переломов тел по-
звонков, которые хорошо определялись при рентгено-
графии.
Кроме перечисленных повреждений, при статических
вентральных нагрузках в эпидуральном пространстве на
уровнях С4—Т3 иногда обнаруживались кровоизлияния
в клетчатку, которые окружали корешки спинномозго-
вых нервов и соединялись с кровоизлияниями в клетчат-
ку, и под фасции спинномозговых узлов и основных
стволов шейных и грудных нервов. В мягкой мозговой
оболочке спинного мозга в таких случаях также иногда
отмечались слабовыраженные кровоизлияния, подтверж-
даемые гистологически. При этом какие-либо повреж-
дения или посмертные кровоизлияния в спинном мозге
не возникали.
Эксперименты показали, что при вентральном сги-
бании шейного и верхнегрудного отделов позвоночника
под действием статических нагрузок повреждения опор-
но-двигательного аппарата позвоночника и его мягких
тканей локализуются на уровне С6—Т4.
Для выявления на вскрытии повреждений, характер-
ных для данного механизма травмы, Н. П. Пырлина
(1968) рекомендует рассекать глубокие слои мышц
позвоночно-реберного пространства, исследовать межос-
тистые и надостистые связки, отпрепарсвывать перед-
нюю продольную связку и рассекать межпозвонковые
диски, главным образом на уровнях С6—Т4, или извле-
кать указанные отделы для препарирования и мацера-
ции.
Частота и характер повреждений шейного и верхне-
грудного отделов позвоночника при боковых наклонах
головы в зависимости от условий эксперимента пред-
ставлены в табл. 11 (Н. П. Пырлина и др., 1975).
Из табл. 11 следует, что при боковом наклоне головы
вправо повреждения шейного и верхнегрудного отделов
позвоночника обусловлены действием сил растяжения
(слева), компрессии (справа), а также ротацией позво-
ночника вокруг вертикальной оси.
Наиболее характерными для данного механизма
травмы являются следующие повреждения: слева —
201
'О
Таблица 11

3 I 150-2201 90-1051 3|—| 3|-| 3Н 31 И 2Н И 1 Н 2Н 2 I 3 I - I 3 I 31 31 1 I -12Н 2 I - Н -
Боковой наклон вправо с частичным вентральным сгибанием (9 экспериментов)
4 5 100—150 150—215 100—1151 4 ПО—125 | 5 2 2 2 2 -1 ьо 1 1 1 1 4 1 3 21 2 5| 3 Ф» ьо ю ьо Li ‘ — 1 -1 СО ЬЭ | - 1 ‘Н 2 1 1 1 21 2| 2 1 1 1 2 I 2 3 J 2 1 1 1 1
Всего 40 |зб 7 13 1|17|- 30 12|1Э|1О|14|1О | 1 6 6 9 | 15 | 6 5 |13|ю|18 | 8 3 1 15 | 9 б|-
Обозначения: Л — слева; П — справа.
растяжения й разрывы глубоких мышц, межпозвонко-
вых суставов и межпоперечных мышц, перелом попереч-
ных отростков с отрывом, кровоизлияния в адвентицию
и разрывы интимы позвоночной артерии; справа — ком-
прессионные переломы поперечных и суставных отрост-
ков, размятие межпозвонковых дисков.
Повреждения локализуются главным образом на
уровне С5—Ть Величина пороговой нагрузки 75—80 кгс
при угле наклона головы вправо на 70°.
Полученные на биоманекенах экспериментальные
данные о характере, локализации и особенностях по-
вреждений позвоночника, о их зависимости от величины
дозированной статической нагрузки и угла вентрального
и бокового наклона головы могут помочь судебно-меди-
цинскому эксперту при решении вопроса о механизме
травмы и величине действовавшей силы.
Выявленные изменения опорно-двигательного аппа-
рата, сосудов, нервов являются морфологическим обос-
нованием болевого синдрома у людей, перенесших
подобную травму, и должны быть приняты во внимание
клиницистами при диагностике травмы.
Кроме того, вентральное и боковое сгибание шеи при
дозированной статической нагрузке можно рассматри-
вать как определенный этап в изучении «хлыстовых»
повреждений позвоночника при динамических нагрузках,
поскольку в этих экспериментах создавалась возмож-
ность, даже не прибегая к скоростной киносъемке, про-
следить движение головы и позвоночника под действием
приложенной силы, зафиксировать степень вентрально-
го или бокового сгибания, а также отметить точку наи-
большего перегиба.
Моделирование повреждений шейного
и верхнегрудного отделов позвоночника
при дозированных динамических нагрузках
При травме с ускорением, когда движущееся
тело человека ударяется О' неподвижную преграду, не-
редко возникают повреждения шейного и верхнегрудно-
го отделов позвоночного столба и окружающих его тка-
ней. Травма позвоночника в этих случаях происходит
чаще всего по типу «хлыстовых» повреждений, которые
возникают вследствие перегибов, напоминающих изги-
бы хлыста.
203
«Хлыстовые» Повреждения шей возникают тогда,
когда тело движется вперед, а голова с силой отбра-
сывается назад (толчок сзади при задних наездах
автомобиля), либо в случаях внезапного' прекращения
движения тела при сохранившемся по инерции движе-
нии головы вперед, вследствие чего она делает кива-
тельное движение (наезд автомобиля на препятствие).
Образующиеся при этом повреждения опорно-двига-
тельного аппарата позвоночника, сосудов, нервов, спин-
ного мозга могут быть причиной смертельных исходов
или приводить к тяжелой инвалидности. При обычном
клиническом обследовании таких больных, в том числе
при рентгенографии, каких-либо повреждений не выяв-
ляется. Между тем болезненные явления бывают резко
выраженными, что позволило клиницистам говорить о
«травматическом шейном синдроме» (Tung, 1966;
W. Steinhaser, 1966; К. Akasaka, 1966), клиническая ди-
агностика которого весьма затруднительна. Billig (1956)
считает, что действие инерционных сил, которые возни-
кают при «хлыстовых» повреждениях, заключается в
компрессии, растяжении, сгибании, разрывах и пере-
кручивании. В настоящее время большинство работ
иностранных авторов посвящены изучению механизма
«хлыстовых» повреждений шейной части позвоночника,
которые наблюдаются при автомобильных травмах
(Cammack, 1957; Volobra, 1964; G. Rutuccii, Falzig, 1966,
и др.).
В доступной отечественной и иностранной литературе
мы не встретили работ и по моделированию поврежде-
ний позвоночника на биоманекенах с применением до-
зированных нагрузок. Между тем эксперименты на био-
манекенах более приближаются к естественным услови-
ям травмы, чем проведение опытов на изолирован-
ных частях или даже на целиком извлеченном позвоноч-
нике.
Преимущества моделирования на биоманекенах оче-
видны: кроме травмы опорно-двигательного аппарата
позвоночника, можно проследить те повреждения, кото-
рые возникают в окружающих тканях, сосудах, нервах
области позвоночного столба; возможно точно устано-
вить характер и место расположения возникающих по-
вреждений; выяснить пороговые нагрузки; изучить трав-
му шейного отдела позвоночника под действием инер-
ционных сил при «хлыстовых» повреждениях и т. д.
204
Основными выдачами нашего Исследования (А. П.
Громов и др., 1970) явилось создание эксперименталь-
ной модели «хлыстового» механизма травмы шейного и
верхнегрудного отделов позвоночника, установление ха-
рактера возникающих повреждений и их зависимости
от нагрузки при кивке головой вперед. Для этого про-
ведено 33 эксперимента на трупах лиц мужского пола
в возрасте от 20 до 50 лет, умерших от отравления ал-
коголем, сердечно-сосудистой недостаточности, воспале-
ния легких и гриппа. От момента смерти до экспери-
мента прошло 14—28 ч. Использовались трупы лиц
умеренного питания со среднеразвитой мускулатурой,
не имевших повреждений и каких-либо системных от-
клонений в строении опорно-двигательного аппарата.
В 27 экспериментах моделировался свободный кивок
головы вперед; в 6 опытах отклонение головы ограни-
чивалось защитным устройством.
Исследования проводили на описанном выше стенде
ударных перегрузок конструкции И. И. Антуфьева.
Биоманекены размещали лицом вперед (рис. 48). Ту-
ловище фиксировали плечевым и поясным ремнями;
руки закрепляли на поручнях, а ноги — на подножке
с помощью дополнительных нейлоновых лямок. Перед
экспериментом трупное окоченение шеи, туловища и
конечностей искусственно нарушалось, причем на шее
до момента, пока голова не склонялась к груди под
углом 50—55° (что отмечалось по угломеру). Заданная
скорость движения стола осуществлялась путей изме-
нения числа и диаметра резиновых амортизаторов,
прикрепленных к задней нижней части стола, и накло-
ном последнего под углом 45—75°, что приводило К
различному натяжению амортизаторов. При снятии с
предохранителя в результате тяги амортизаторов пово-
ротный стол двигался вперед до вертикального поло-
жения, в котором резко останавливался. В этот момент
под действием инерционных сил (динамическая нагрузка
торможения) происходил свободный кивок головы впе-
ред. Стенд обеспечивал скорость движения головы в
момент остановки стола до 14 м/с при массе объектов
до 80 кг. Запрокидывание головы исключалось примене-
нием «заголовника». Скорость движения поворотного
стола стенда и шейной части позвоночника, а также
максимальную скорость головы во время кивка опреде-
ляли путем анализа материалов скоростной киносъемки
205
Рис. 48. Схема размещения
биоманекена и датчиков ДУ-5
на голове (а) и стенде (б).
Рис. 49. Контурограмма экс-
перимента (объяснение в тек-
сте) .
(600. кадров в секунду, камера «Пентоцет-16»). Показа-
тели перемещения головы и плеча после остановки
стенда, угол сгибания головы (а) и величину максима-
льного их перемещения по вертикальной (у) и горизон-
тальной (X) оси рассчитывали по контурограммам, ко-
торые строили с помощью покадрового дешифратора с
масштабом изображения на экране 1:25. Кадры совме-
щали по неподвижной базовой отметке, установленной
сзади стенда. Измерения проводили с интервалом через
5 кадров.
Расшифрованная контурограмма одного из экспери-
ментов показана на рис. 49. Максимальную скорость
движения головы (Vmax) определяли на контурограм-
мах по смещению реперной отметки, расположенной в
области центра тяжести головы. Разделив траекторию
смещения головы на отрезки, не трудно было вычислить
скорость движения ее на каждом из них. Допуская, что
скорость движения на выбранном небольшом участке
равномерна, можно воспользоваться формулой:
где S — путь, a t — время, в течение которого голова
движется, проходя этот путь.
206
Рис. 50. Изменение величи-
ны перегрузки (п) в\ зави-
симости от скорости движе-
ния головы (v).
Если движение головы происходило за п кадров при
скорости киносъемки 600 кадров в секунду, то:
1
t — - -n 0,0017-n
Для определения максимального угла отклонения го-
ловы (а) во время кивка на контурограмме через репер-
ные отметки проводили две прямые: первая — паралле-
льно отметке на шлеме — соответствовала исходному
(вертикальному) положению биоманекена, а вторая—
при максимальном смещении головы вниз (см. рис. 49).
Перегрузки, возникающие вследствие изменения ско-
рости движения головы, измеряли при помощи датчиков
индуктивного типа (ДУ-5), установленных на голове и
поворотном столе в области реперной точки (см. рис.
48). Перегрузки регистрировались на шлейфовом осцил-
лографе типа К-20-21. Для синхронизации записи
перегрузок и киносъемки применяли отметчик времени,
импульс с которого регистрировался в момент размы-
кания электрической цепи при остановке стенда.
Поскольку перегрузка (П) есть отношение действу-
ющей силы (F) к массе тела (Р), можно рассчитать
величину этой действующей силы по формуле:
F-/7-P6,
где Р — масса головы, равная в среднем 5 кг; П— вели-
чина перегрузки.
Возникающие перегрузки торможения оказывали
воздействие на позвоночник в зависимости от скорости
движения головы во время кивка, что показано на гра-
фике (рис. 50). Перегрузка в области головы в соответ-
ствии с кривой изменялась в пределах 8—12 единиц
при скорости движения головы 3—4 м/с и до 50—60
единиц при скорости 11—12,3 м/с,
207
Таблица 12
Условия эксперимента и частота возникновения
/
/ювреждении
Харпстер и частота повреждений
Скорость,
м/с
Угол
наклона
головы при
кивке,
градусы
Вели-
чина
пере-
грузки,
едини-
цы
Нагрузка,
кгс
кровоиз-
лияния в
^ышцы
3
6
4
14
3,8-4,1
4,4—5,3
5,6—6,2
7,3—12,3
80—100
95—110
100—130
110—145
8—12
12—15
18—25
30—60
40—60 ]
60—75
90—125
150—300
10 11
В процессе кивка головы вперед при фиксированном
туловище область максимального изгиба приходилась
на верхние грудные позвонки Ti—Т2, причем на вен-
тральной стороне преобладала сила сжатия, а на дор-
сальной — сила растяжения.
Скорости движения головы во время кивка колеба-
лись от 3,8 до 12,3 м/с и сопровождались отклонением
головы вперед на угол 18—145°, величины перегрузок
соответственно изменялись от 8 до 50—60 единиц. Дан-
ные об условиях эксперимента при свободном кивке голо-
вой, величине перегрузок, характере и частоте возника-
ющих повреждений приведены в табл. 12.
После эксперимента верхнегрудной и шейный отделы
позвоночника (вместе с затылочной костью) извлекали,
производили рентгенографию в трех проекциях (в от-
дельных случаях с введением контрастного вещества
в межпозвоночные диски), а затем проводили тщатель-
ное анатомо-топографическое послойное препарирование
с ламинэктомией. Мягкие ткани из мест разрывов и кро-
воизлияний исследовали гистологически, костный пре-
парат вываривали.
Повреждения при указанном механизме травмы Ло-
кализовались на задней поверхности шейного и верхне-
грудного отделов позвоночника, в основном на уровне
Сб—Т3, и проявлялись прежде всего в растяжении ц
?Qg
Рис. 51. Задние ветви шейных и грудных спинномозговых нервов
(указаны стрелками) в зоне кровоизлияний в длиннейшие мышцы
шеи и груди.
разрывах мышечных пучков глубоких мышц шеи и верх-
ней части спины, прилежащих непосредственно к позво-
ночнику, с образованием посмертных кровоизлияний.
Пороговая нагрузка, обусловившая эти повреждения,
возникала при скорости движения головы во время кивка
4,4 м/с при угле наклона 95—100°.
С увеличением нагрузки (при скорости 7,3 м/с и
более) разрывы мышц и кровоизлияния обнаруживались
также и ъ поверхностном, более мощном слое мышц.
Внутренние и наружные ветви спинномозговых нервов,
проходящие через мышцы и межмышечные пространст-
ва, 'были окружены кровоизлияниями (рис. 51), которые
обнаруживались (в том числе и гистологически) в пери-
невральной клетчатке и наружных слоях нервов и пе-
риневрии; наблюдались и разрывы этих ветвей, чаще
всего II и III грудных нервов.
При больших нагрузках (V=7,3—11 м/с) во всех
случаях обнаруживались разрывы межостистых связок
и кровоизлияния в них, локализующиеся в типйчном
месте, т. е. на уровне позвоночников С6—Т3. Здесь же
отмечались растяжения и разрывы надостистых связок.
14 А. п. Громов £09
Следует сказать, что при вентральном суйбании шейного
и верхнегрудн-ого отделов позвоночника под влиянием
статической, -медленно нарастающей 'нагрузки повреж-
далась одна связка, реже две. При диалогичных по ве-
личине динамических нагрузках в результате резкого
кивка нередко повреждалось несколько межостистых
и надостистых связок (2—3 и даже 4), причем повреж-
дения -связок, особенно межостистых, локализовались не
подряд, а через 1—2 сегмента. Разрывы надостистых
связок иногда сопровождались отрывом вершин остис-
тых отростков Т2 и Т3.
Костные повреждения выражались в типичных ком-
прессионных переломах передневерхнего края тела, «гу-
бы» позвонка на уровне Т]—Т3 с образованием отломка
треугольной формы или отделения костно-замыкающей
пластинки тела позвонка.
Названные костные повреждения тел позвонков не
обнаруживались на вскрытии трупа после эксперимента,
а также не выявлялись при рентгенографическом иссле-
довании изъятого препарата позвоночника. Однако в
этих же случаях после удаления передней продольной
связки и расчленения на отдельные позвонки описанные
выше компрессионные переломы хорошо выявлялись.
После мацерации (вываривания) они определялись
значительно отчетливее. На рентгенограммах, снятых в
боковой проекции, обнаруживали лишь выраженные
компрессионные переломы тел позвонков. В двух таких
случаях отмечали разрывы задней продольной связки
позвоночника на уровне межпозвонковых дисков Т2—
Т3. Повреждения межпозвонковых суставов выражались
в растяжении капсулы с кровоизлиянием в полость су-
става и разрывах капсулы и, как правило, сочетались с
разрывами желтых связок. Повреждения межпозвонко-
вых дисков возникали при скорости движения более
6,2 м/с и носили характер кровоизлияний и разрывов
студенистого ядра и фиброзного кольца.
При ламинэктомии иногда обнаруживались симмет-
ричные кровоизлияния в клетчатку эпидурального про-
странства, главным образом на уровне позвонков С4—
Т3. Они окружали корешки спинномозговых нервов и
соединялись с кровоизлияниями в клетчатку и под фас-
цией спинномозговых узлов и основных стволов шейных
и грудных нервов. Повреждений корешков спинномозго-
вых нервов не выявдялц. Иногда под твердой и в мягкой
210
мозговой оболочке опийного мозга отмечали Нерезкие
кровоизлияния, которые можно было видеть и при гис-
тологическом исследовании. В спинном мозге видимых
повреждений (посмертных кровоизлияний) не было.
В 6 экспериментах кивок головы ограничивался за-
щитным устройством в виде лобного и подбородочного
ремней, закрепленных на грудном ремне, проходящем
через подмышечные впадины. В таких случаях никаких
повреждений не возникало, пока скорость перемещения
головы не достигала 7—8 м/с, причем возникающие
при таких скоростях повреждения не превышали те, ко-
торые в обычных условиях эксперимента возникали при
скорости движения головы 5,3 м/с (выявлялись только
кровоизлияния в глубокие мышцы).
Таким обр.азом, данная система фиксации в значи-
тельной мере обеспечивала защиту шейного и верхне-
грудного отделов позвоночника во время кивка.
В противоположность этому в 6 экспериментах, про-
веденных по той же методике, но при наложении фик-
сирующих ремней только на тазовую область, были
обнаружены значительные повреждения (разрывы
мышц, связок, компрессионные повреждения позвонков),
локализующиеся одновременно в нижнешейном (С6'—
С7) и в верхнепоясничном (Ь2—L3) отделах позвоноч-
ного столба, где возникают его резкие перегибы кпере-
ди. Это указывает на малую эффективность ремней
подобной конструкции.
Проведенные исследования показали, что получен-
ные в экспериментах на биоманекенах данные о харак-
тере и локализации «хлыстовых» повреждений шейного
и верхнегрудного отделов позвоночника и их зависимо-
сти от параметров приложенной нагрузки позволяют
ближе подойти к решению вопроса о механизме травмы
и величине действующей силы.
С целью установления на вскрытии повреждений,
характерных для данного механизма тр.авмы, требуется
рассекать глубокие слои мышц шеи и позвоночно-ребер-
ного пространства (кровоизлияния), исследовать межо-
стистые и надостистые связки (растяжение и разрывы);
для выявления компрессионных повреждений тел по-
звонков необходимо отпрепаровывать переднюю продо-
льную связку и рассекать межпозвонковые диски
главным обр.азом на уровнях С6—Т4 или извлекать ука-
занные отделы для препарирования и мацерации. Вы-
14*
211
явленные изменения опорно-двигательйого annaparaj
позвоночника, сосудов и нервов можро рассматривать
как морфологическое проявление болевого синдрома у
людей, перенесших подобную травму. Эти изменения
создают условия для объективной судебно-медицинской
оценки «хлыстовых» повреждений при экспертизе жи-
вых лиц.
Полученные данные позволяют предусмотреть ин-
тенсивность повреждений, которые могут возникать при
указанном механизме травмы, и тем самым способство-
вать разработке более рациональных средств защиты
человека в кабине .автомобиля (привязные ремни, смяг-
чающие прокладки и т. д.).
Моделирование повреждений
шейного отдела позвоночника
при динамических нагрузках
растяжения по оси
В отличие от компрессионных травм позвоноч-
ника повреждения его при растяжении изучены крайне
недостаточно, а единичные по этому вопросу работы
проведены исключительно на фрагментах позвоночного
столба, изъятых из трупов (А. А. Саблин, 1965;
Н. П. Пырлина и др., 1972). Данные же об устойчивости
шейного отдела позвоночника к нагрузкам растяжения
по оси как у живого человека, так и в целом трупе от-
сутствуют.
Для восполнения имеющегося пробела нами (А. П.
Громов и др., 1976) проводились эксперименты на био-
манекенах с целью установить характер повреждений
шейного отдела позвоночника при дозированных дина-
мических растягивающих нагрузках по оси и определить
максимальную величину действующей на голову нагруз-
ки; которая не вызывает повреждений в шейном отделе
позвоночника., ,
Эксперименты проводили на 39 трупах лиц мужского
пола в возрасте от 22 до 50 лет, не имевших патологи-
ческих изменений и повреждений в опорно-двигательном
аппарате, умерших от отравления алкоголем, пневмо-
нии, сердечно-сосудистой недостаточности и др.
Окружность шеи биоманекенов составляла 37—42 см,
длина шеи (от наружного затылочного бугра до остис-
того отростка С7) —12—15 см. Давность смерти состав-
212
Рис. 52. Схема проведения эксперимент на пневматическом стенде.
а — пневматический зарядный пульт; б — силовой пневмоцилиндр; в — шток
пневмоцилиндра; г — баллон со сжатым воздухом; д — регулируемые тяги; е —
тензометрическое кольцо; ж — датчик удлинения.
ляла от 15 до 38 ч. Были использованы трупы с умерен-
но выраженным окоченением, в случае резко выражен-
ного окоченения его осторожно разрушали до такой
степени, чтобы голова могла отклоняться во всех на-
правлениях на 15—20°.
Эксперименты проводили на пневматическом стен-
де, разработанном и сконструированном на заводе «Зе-
нит». Стенд позволял осуществлять динамическую им-
пульсную нагрузку растяжения по оси шейной части
позвоночника, возникающую при рывке за голову.
Стенд состоит из жесткого основания, на котором в горизон-
тальном положении укреплена катапультная установка КМ-1, Био-
манекен помещали в катапультном кресле в позе лежа, фиксировали
специальной привязной системой настолько плотно, что перемещение
его по горизонтали практически исключалось (рис. 52). В передней
части основания со стороны заголовника кресла вмонтирован пнев-
матический зарядный пульт (а), на верхней панели его установлен
силовой пневмоцилиндр (б), работой которого управляет электро-
пневмоклапан. Шток пневмоцилиндра (в) приводится в движение
под действием сжатого воздуха, подаваемого из баллона (г) с конт-
рольным манометром. На голову биоманекена надевали капроновую
уздечку, которая через регулируемые тяги (д) и тензометрическое
кольцо (е— тензодатчик) соединяли со штоком пневмоцилиндра.
Управление работой электроклапана и пневмоцилиндра осу-
ществляется дистанционно при помощи автоматического пульта
управления. При срабатывании электропневмоклапана сжатый воз-
дух из баллона поступает в пневмоцилиндр, шток пневмоцилиндра
213
втягивается й через регулируемые тяГи, тензометрические коЛьцб й
уздечку создает на шейном участке биоманекеиа импульсную растя-
гивающую нагрузку с заданной силой и длительностью воздействия.
Величина нагрузки и время ее действия регистрируются контрольно-
измерительной аппаратурой. Электрический сигнал с тензометриче-
ского кольца, пропорциональный действующей на объект нагрузке,
через тензометрический усилитель АНЧ-8 поступает для регистрации
на магнитоэлектрический осциллограф К-20-21, с помощью которого
запись ведется сразу на бумажной фотопленке. В проведенных экс-
периментах применялась нагрузка от 320 до 434 кгс в течение от
0,12 до 0,5 с, скорость нарастания нагрузки 1500—3500 кгс/с.
Одновременно в 15 экспериментах с датчика линей-
ного удлинения (ж) снимали показания -по определению
величины растяжения шейного отдела -позвоночника,
включая атланто-окципитальное сочленение. Для этого
в тело VII шейного позвонка спереди и в височно-темен-
ную область сбоку забивали стальные трехгранные
фиксационные стержни, на которых закреплялся датчик
удлинения. Показания его фиксировались на той же
осциллограмме, где регистрировались нагрузки и время
их действия.
Удлинение 'позвоночника между указанными точками
в основном колебалось от 11 до 14 мм. В семи из этих
случаев морфологические изменения в результате воз-
действия нагрузки отсутствовали. В экспериментах,
сопровождавшихся повреждением мышц, связок и сус-
тавных сумок, удлинение позвоночного столба не пре-
вышало 16 мм и только при полном перерыве позво-
ночника достигало 25 мм (нагрузка 415 кгс, время
0,29 с). Наряду с этим при больших нагрузках (350—
385 кгс) повреждения, фиксируемые на осциллограмме,
в отдельных случаях возникали и при меньших удлине-
ниях шейного отдела позвоночника (10—42 мм).
При воздействии растягивающей нагрузки шея уд-
линялась, что особенно было выражено при полном пе-
рерыве позвоночника. В последних случаях на осцилло-
грамме можно было видеть характерный спад кривой,
свидетельствующий о снижении сопротивляемости тка-
ней, их разрывах. При отсутствии повреждений, даже
при значительном удлинении (14 мм), кривая осцилло-
граммы была обычной. В этих случаях растяжение обус-
ловливалось высокой эластичностью мышц связочного
аппарата и капсул суставов.
После проведения эксперимента при вскрытии трупа
фиксировали образовавшиеся повреждения, затем изы-
214
мали .шейный и верхнегрудной отделы позвоночника
вместе с затылочной костью для анатомо-топографичес-
кого препарирования и рентгенографии. Производили
вскрытие позвоночного канала и каналов позвоночных
артерий. Ткани с кровоизлияниями (мышцы, связки, со-
суды и нервы) изучали микроскопически.
Результаты исследований показали, что анатомичес-
кие повреждения шейного отдела позвоночника возни-
кали при нагрузке 330 кгс. До 325 кгс каких-либо
повреждений опорно-двигательного аппарата позвоноч-
ника, сосудов, нервных стволов и ганглиев, а также
других тканей и органов области шеи обнаружено не
было (табл. 13).
С целью определения достоверности отсутствия из-
менений в группе экспериментов с нагрузкой 320—
325 кгс (10 экспериментов) был применен критерий
знаков непараметрической статистики (Е. В. Гублер,
А. Л. Генкин, 1969). Максимальное число менее часто
встречающихся знаков (за них мы приняли поврежде-
ния), при котором различия в парных сравнениях яв-
ляются достоверными (Р = 0,01) для п='10, должно быть
нулевым. Следовательно, проделав 10 экспериментов и
не получив повреждений, можно утверждать с указан-
ной вероятностью (Р = 0,01), что динамические нагрузки
растяжения в пределах 320—325 кгс не приведут к по-
вреждениям тканей шейного отдела позвоночника био-
манекена.
Первые признаки травмы появились при нагрузке
330—340 кгс (в 6 из 8 экспериментов) и заключались
в растяжении глубоких мышц головы и шеи как на
вентральной, так и дорсальной стороне, в результате
чего возникали посмертные симметричные кровоизлия-
ния в них, в основном на уровне Ci—С2. При этих же
нагрузках отмечались наиболее характерные для данного
механизма травмы повреждения — кровоизлияния в
клетчатку, окружающую связку верхушки зубовидного
отростка, и растяжение самой связки с кровоизлияния-
ми в нее, а также растяжение и разрыв капсулы атлан-
то-затылочного сочленения.
При нагрузках 345—355 кгс повреждения имели ме-
сто в 6 экспериментах из 10, причем повысилась часто-
та кровоизлияний в суставы и связки. Растяжение кап-
сулы и кровоизлияния в полость атланто-затылочного
сочленения наблюдались 2 ра^за; дважды отмечены ха-
215
У2 Таблица 13
о
Условия эксперимента, характер и частота повреждений
Число экспери- ментов Нагрузка, кгс Время, с Удлинение позвоноч- ника, мм Отсутствие повреждений Мышцы
кровоизлияния в глу- бокие слои кровоизлияния в по- верхностные слои
10 320—325 0,2—0,5 11—14 10 — —
8 330—340 0,2—0,5 11—14 2 4 —
10 345—355 0,2—0,5 10—16 4 4 1
5 360—385 0,2—0,5 12—12,5 2 3 —
6 400—434 0,2—0,5 12—25 1 5 3
Всего 39 19 16 4
Связки Суставы
верхушки зубовидного отростка перепончатые между основа- нием черепа и Ci—Cg атланто-заты- лочный атланто- аксиальный
кровоиз- лияния разрыв кровоиз- | лияния । разрыв кровоиз- лияния разрыв кровоиз- I лияния разрыв
2 1 2 2 1 3 2 1 3 2 2 1 2 1 1 1 2 1 1 1
7 4 6 2 5 3 3 2
213
W <т о 00 <© О СП О оо о Число экспери- ментов
4^ 00 00 00 со О СП фь со to О О СП о о со со со со 00 00 Си 4^ to Ф* СП СИ О СП Нагрузка, кгс
о о о о о "to to "to "to "to 1 1 1 1 1 о о о о о си си си си сп Время, с
to to о •— t L L L L 0Л to СП ф*. 4^ СП 9 ?в п
5 •—* tO 4^ tO О Отсутствие повреждений
to 1 1 to 1 I кровоизлияния Межпозвонко- вые суставы Ci—С2, С2—Сз
СП 00 to 1 1 1 разрыв
to - - 1 1 1 отрывной пере- лом у основания Зубовидный отросток
-Illi отрыв от дуги атланта
о 4^ >— OO tO | кровоизлияния в окружающую клетчатку Спинномозго- вые ганглии Ci и С2. ко- решки, стволы нервов
- 1 1 1 1 разрывы
44 «-III кровоизлияния в эпидуральную клетчатку Позвоночный канал и спинной-» мозг
to Ы? 1 1 1 J разрывы твердой мозговой обо- лочки
- 1 1 1 1 частичное по- вреждение спин- ного мозга
to 1 1 1 1 полный перерыв спинного мозга на урорне С]—С3
П родолженш
ракФерные кровоизлияния в полость, а ё одном случае—
и надрыв капсулы сустава между зубовидным отрост-
ком и дугой атланта, кровоизлияния в капсулы и по-
лости межпозвонковых суставов Ci—С2. Кровоизлияния
в связку зубовидного отростка, перепончатые связки
основания черепа с I и II шейными позвонками имели
место в 3 экспериментах.
Интересно отметить, что эти глубокие кровоизлияния
в капсулы названных суставов, а также в связку вер-
хушки зубовидного отростка могли не сопровождаться
кровоизлияниями в мышцы и служили единственными
признаками травмы.
При указанных нагрузках наблюдались кровоизлия-
ния под заднюю .перепончатую связку между атлантом
и эпистрофеем и клетчатку, окружающую верхние шей-
ные спинномозговые узлы, кровоизлияния в клетчатку
каналов позвоночных артерий. Нарастание динамичес-
кой нагрузки растяжения до 360—385 кгс наряду с пе-
речисленными изменениями более часто (в 3 экспери-
ментах из 5) приводило к разрывам капсулы атланто-
окципитального сочленения и межпозвонковых суставов
Ci—С2, а в одном наблюдении (нагрузка 380 кгс, время
действия 0,24 с) произошел разрыв позвоночника вслед-
ствие отрывного перелома зубовидного отростка у его
основания и полного разрыва капсул межпозвонковых
суставов Ci—С2 с расхождением суставных поверхнос-
тей. Эти повреждения сопровождались разрывом части
связок зубовидного отростка с атлантом, значительны-
ми кровоизлияниями в окружающие мышцы, полным
разрывом передней продольной связки на месте перело-
ма зубовидного отростка, кровоизлияниями и разрыва-
ми предпозвоночной фасции. Задняя продольная связка
была отслоена, но ее целость, а также целость твердой
мозговой оболочки и спинного мозга была нарушена
(рис. 53).
При нагрузках 400—434 кгс (в 3 экспериментах из
6) также наблюдались разрывы позвоночника. При
вскрытии отмечались значительные кровоизлияния под
предпозвоночную фасцию, которые распространялись от
основания черепа до С3—С4. Кроме того, имели место
двусторонние разрывы межпозвонковых суставов Ci—•
С2 и С2—С3, разрывы передней и задней продольных
связок, растяжения и разрывы перепончатых связок
позвоночника с кровоизлияниями под ними в клетчатку,
218
Рис. 53. Разрыв позвоночника (Сх—С2) без перерыва спинного
мозга.
Рис. 54. Разрыв позвоночника с отрывом зубовидного отростка С2
и полным перерывом спинного мозга.
окружающую спинномозговые ганглии Ci и С2, корешки
и стволы отходящих от них нервов, кровоизлияния в
клетчатку вокруг симпатических стволов и их узлов, а
также стволов шейного и плечевого сплетений, раз-
рывы симпатических стволов. При разрывах позвоноч-
ника трижды произошли повреждения зубовидного от-
ростка: перелом у основания и отрыв его от дуги атлан-
та в области атланто-зубовидного сустава (рис. 54), в
одном случае разрыв межпозвонкового диска С2—С3.
Таким образом, характерной локализацией перерыва
следует считать верхнешейный отдел позвоночника.
Разрывы позвоночника в 2 экспериментах не сопро-
вождались повреждениями твердой мозговой оболочки
и спинного мозга, в двух других наблюдались разрывы
твердой мозговой оболочки и перерыв спинного мозга:
полный — на уровне С2—С3 при разрыве межпозвонко-
вого диска С2—Сз (нагрузка 408 кгс, время 0,3 с) и час-
тичный — на уровне Ci—С2 при отрыве зубовидного от-
ростка от дуги атланта (нагрузка 417 кгс, время 0,2 с).
В этих же случаях на месте перерыва позвоночника
произошли полные разрывы позвоночных артерий. Во
всех других экспериментах, включая разрыв позвоноч-
ника при растяжении шейного отдела на 25 мм, целость
позвоночных артерий полностью не нарушалась, наблю-
дались лишь множественные поперечные разрывы ин-
тимы, вытяжение артерий, кровоизлияния в адвентицию.
Нагрузки более 350 кгс в 50% случаев сопровождались
кровоизлияниями в клетчатку канала позвоночных ар-
терий на уровне Ci—С3.
Таким образом, при воздействии на шейный отдел
позвоночника динамических растягивающих нагрузок,
приложенных к голове биоманекена, пороговая нагруз-
ка, вызывающая повреждение мягких тканей шейного
отдела, составляет 330 кгс при продолжительности дей-
ствия 0,2—0,5 с. Увеличение нагрузки до 380 кгс в не-
которых случаях приводит к полному перерыву позво-
ночника.
Выявление пороговой динамической нагрузки, вызы-
вающей повреждения при растяжении шейного отдела
позвоночника по оси, а также установление характера
и локализации возникающих повреждений представляет
как теоретический, так и практический интерес с точки
зрения изучения вопроса сопротивляемости тканей и
обеспечения профилактики травмы при авиационных и
220
автомобильных происшествиях, при занятиях спортом
и т. д. Эти данные могут помочь клиницистам в диа-
гностике и лечении подобных повреждений, а судебно-
медицинским экспертам в установлении их на вскры-
тии при решении вопросов о механизме травмы и вели-
чине -приложенного воздействия.
Моделирование повреждений шейного
и верхнегрудного отделов позвоночника
при падении на плоскости
и ударе затылком о покрытие
Повреждения шейного и верхнегрудного отде-
лов позвоночника, возникающие при падении на плос-
кости, ранее специально не изучались. Вместе с тем
судебно-медицинская практика показывает, .что при па-
дении человека навзничь и при ударе областью затыл:
ка о твердое-покрытие, кроме черепно-мозговой травмы,
наблюдаются и случаи повреждений шейного и верхне-
грудного отделов позвоночника.
.Для .установления характера, локализации и особен-
ностей таких повреждений Н. П. ' Пырлина и соавт.
(1974) произвели эксперименты на 29 биоманекенах.
В задачи исследования входило установление механизма
возникновения повреждений шейного и верхнегрудного
отделов позвоночника и значения для их образования
величины силы удара затылком о покрытие различной
плотности.
Эксперименты- проводили на стенде для моделирова-
ния повреждений головы при падении на плоскости,
устройство которого описано в главе VII, на трупах лиц
мужского (24) и женского (5.) пола в возрасте от 17 до
70 лет (в возрасте до 50 лет — 20 экспериментов), ок-
ружность шеи которых составляла 36—40 см, а длина
ее (от наружного затылочного бугра до остистого от-
ростка С7) —12—15 см. Перед проведением эксперимен-
та механическим путем разрушалось трупное окочене-
ние мышц шеи в такой степени, чтобы голова могла
склоняться только вперед на 15—20°. Вследствие этого
при падении биоманекена 1 навзничь разгибательные
движения головы и шеи кзади были выражены значи-
тельно. В 12 экспериментах на голову биоманекена на-
девалась шапка-ушанка. Падение биоманекена осуще-
ствляли либо при нулевой начальной скорости (Vo, 14
221
экспериментов) либо после толчка (УНач«, 15 экспери-
ментов), т. е. с некоторой начальной скоростью. При па-
дении биоманекены ударялись затылком о плиту мер-
злой земли (19 экспериментов) или бордюрный камень,
имитирующий «край» тротуара (10 экспериментов),
размещенные на горизонтальной плоскости соответст-
венно уровню окружающей поверхности. Высота бор-
дюрного камня по отношению к окружающей поверх-
ности составляла 15 см.
Максимальная сила удара (F) при нулевой началь-
ной скорости (Vo) падения достигала 506—748 кгс (при
ударе о мерзлую землю) и 530—726 кгс (при ударе о
бордюрный камень); после толчка сила удара о мерзлую
землю составляла 2090 кгс (табл. 14).
Таблица 14
Условия эксперимента и частота возникновения повреждений
всех обнаруженных повреждений шейный и верхнегруд-
ной отделы позвоночника извлекали для анатомо-топо-
графического исследования с обязательным вскрытием
позвоночного канала и позвоночных артерий. Ткани с
кровоизлияниями (мышцы, связки, межпозвоночные
хрящи) изучали микроскопически. Как видно из табл. 14,
повреждения шейного и верхнегрудного отделов позво-
222
Нбйнйка Ёозййкалй ёо всех сЛуйаяк, в том чйсЛе й йрй
отсутствии переломов и трещин черепа.
Большинство повреждений позвоночника было след-
ствием непрямого воздействия при вентральном сгиба-
нии шеи и позвоночника от его растяжения в момент
удара затылком о мерзлую землю и особенно о бор-
дюрный камень. Среди повреждений преобладали раз-
рывы и растяжения глубоких мышц задней поверхности
шеи и верхней части спины (16 наблюдений) с образо-
ванием посмертных кровоизлияний в длиннейших и
полуостистых мышцах. Эти кровоизлияния обнаружи-
вались по обеим сторонам остистых отростков, чаще на
уровнях С6—Ть но иногда (4 наблюдения) от С2—С3 до
Т3—Т6. Значительно реже (3) отмечались разрывы и рас-
тяжения поверхностных мышц спины (ременных, ромбо-
видных трапециевидных) с кровоизлияниями вместе раз-
рыва и в межмышечную клетчатку на уровне С6—Ть
С7—Ti, Cs—Т3. Обычно такие повреждения сочетались
со значительными разрывами глубоких мышц. Одновре-
менно обнаруживались кровоизлияния у мест прикрепле-
ния поверхностных и глубоких длинных мышц спины и
шеи, в глубоких коротких мышцах затылка, симметрич-
ные или односторонние кровоизлияния в заднюю пере-
пончатую связку между затылочной костью и атлантом
и др.
Наиболее постоянными признаками такого механизма
травмы были кровоизлияния в заднюю перепончатую
связку между Ci и С2 и прилежащую к ней клетчатку
(23 наблюдения), что, по мнению Н. П. Пырлиной и
соавт. (1974), можно объяснить растяжением ее в связи
с большой подвижностью позвоночника в сочленении
между этими позвонками. Кроме того, наблюдались
растяжения с кровоизлияниями и разрывы межостис-
тых, надостистых и желтых связок.
Повреждения на вентральной поверхности позвоноч-
ника были менее значительными. В 4 наблюдениях из
возрастной группы 51—70 лет обнаружены компресси-
онные повреждения (кровоизлияния, размятия, разрывы)
передних отделов межпозвоночных дисков С4—С5 (1),
Сб—С6 (2), С6—С7 (1). В одном из этих случаев про-
изошел компрессионный перелом переднего верхнего
края тела С5. Передняя продольная связка при этом ока-
залась неповрежденной, и лишь в одном случае под ней
отмечалось небольшое кровоизлияние. Описанные ком-
223
прёссиоййые повреждения позвоночника могут оставать-
ся незамеченными, если не производить специального
-препарирования передней продольной связки.
В 15 экспериментах отмечались симметричные кро- ’
воизлияния в клетчатку, окружающую позвоночную ар-
терию> и в ее адвентицию на уровне С2—Сь Наиболее
значительные кровоизлияния вокруг позвоночной арте-
рии наблюдались в случаях удара затылочной областью
слева или справа от средней линии. При этом происхо-
дило резкое сгибание головы («кивок») в противопо-
ложную сторону, где возникали условия для ущемления,
прижатия артерии и окружающей ее клетчатки.
Сравнительная оценка экспериментов показала, что
повреждения позвоночника, возникающие при ударах
затылком о мерзлую землю и бордюрный камень, в ос-
новном однотипны. Однако степень выраженности по-
вреждений была более значительной при ударах о бор-
дюрный камень, что связано с более резким вентраль-
ным сгибанием шеи за счет выстояния бордюрного
камня над поверхностью падения. В этих случаях по-
вреждения позвоночника (при максимальной силе уда-
ра затылком 530—726 кгс) оказались более значитель-
ными, чем при падении тела на мерзлую землю даже
при наличии предшествующего ускорения, когда сила
удара достигала 1122—2200 кгс. Следовательно, харак-
тер и интенсивность повреждений при таком механизме
травмы позвоночника определяются не только силой
удара затылком о покрытие, а прежде всего степенью
сгибания шейного отдела позвоночника.
Вместе с тем сравнительная оценка результатов экс-
периментов падения на мерзлую землю в зависимости
от наличия или отсутствия начальной скорости (толчка)
убедительно показывает значение силы удара на интен-
сивность повреждений позвоночника, поскольку большая
сила соударения обусловливает большую степень сгиба-
ния позвоночника.
В исследованиях Н. П. Пырлиной и соавт. (1974)
не установлена зависимость между тяжестью травмы
позвоночника и костей черепа. Так, при ударах затыл-
ком о мерзлую землю (4 наблюдения) и о бордюрный
камень (1 наблюдение), когда повреждения черепа от-
сутствовали, травма позвоночника была значительной:
в 3 случаях имели место компрессионные повреждения
межпозвоночных дисков, а в одном из них — компрес-
224
сионный перелом верхнего края тела С6; в остальных
случаях наблюдались множественные разрывы связок.
Наличие головного убора не снижало тяжести трав-
мы позвоночника, а только существенно уменьшало ин*-
тенсивность повреждений головы.
Таким образом, при падении на плоскости и ударе
затылком о жесткую поверхность часто возникают по-
вреждения позвоночника, по характеру которых можно
судить о механизме травмы.
Моделирование повреждений
шейного и верхнегрудного отделов
позвоночника при дозированных ударах
в теменную область головы
При ударах теменной областью головы о пре-
граду (при нырянии, падении с высоты, травме внутри
кабины автомобиля — удар о крышу и т. д.), а также
при ударах, наносимых по данной области головы пред-
метами с плоской широкой поверхностью, наблюдаются
повреждения шейной части позвоночника.
Когда нагрузка действует строго по продольной оси,
могут образоваться вколоченные переломы основания
черепа. Если одновременно с ударом в теменную область
происходит сгибание и разгибание шеи, то возника-
ют повреждения другого характера, обусловленные
главным образом запредельным форсированным сме-
щением позвоночника, чаще вентральным его сгибанием.
Механизм и особенности подобных повреждений позво-
ночника до настоящего времени изучены еще недоста-
точно.
С целью изучения повреждений позвоночника, воз-
никающих при ударах тупым твердым предметом в те-
менную область головы, Н. П. Пырлиной и соавт.
(1972) проведены эксперименты на 22 биоманекенах.
Опыты проводили на маятниковом стенде конструкции
Г. С. Болонкина, устройство которого описано в главе
IV.
Биоманекен размещали на спине, затылок его сопри-
касался с поверхностью стола (или подложенного брус-
ка), а теменная область касалась ударяющей плоской
части маятника (при вертикальном положении послед-
него). Затем маятник отводили на угол 100° и ставили
на тормоз. Туловище и конечности биоманекена плотно
15 А. П. Громов
225
фиксировали к столу ремнями; голову, шею й бблйстй
надплечий не закрепляли. Трупное окоченение мышц
шеи предварительно искусственно разрушалось в такой
степени, чтобы голова биоманекена могла быть свобод-
но наклонена кпереди и в стороны.
В момент удара происходило резкое вентральное
сгибание головы и верхней части шеи, которые припод-
нимались над поверхностью стола, а затем при обрат-
ном ходе маятника принимали исходное положение, при-
чем голова делала ряд колебательных движений, не-
значительно отклоняясь в стороны.
Исследования проводили на трупах лиц мужского и
женского пола, умерших за 18—28 ч до экспериментов
от острой сердечно-сосудистой недостаточности (8), от-
равления алкоголем (10), недостатка кислорода во
вдыхаемом воздухе (2), туберкулеза легких (2). В за-
висимости от возраста умерших число экспериментов
было следующим: 30—40 лет — 6, 41—50 лет — 6, 51 —
60 лет —5, 61—70 лет — 5 наблюдений.
После проведения каждого эксперимента шейный
отдел позвоночника вместе с затылочной костью и верх-
негрудным отделом до уровня Т5—Т6 извлекались для
последующего анатомо-топографического исследования.
Кусочки мягких тканей из мест повреждений изучались
гистологически, позвоночник вываривался.
При анатомо-топографическом исследовании шейного
и верхнегрудного отделов позвоночика был обнаружен
ряд повреждений мышц, связок, позвонков, а также
нервов и сосудов, локализующихся в основном на зад-
ней поверхности. Кроме того, отмечались растяжения и
разрывы пучков глубоких мышц шеи и верхней части
спины, прилежащих непосредственно к позвоночнику,
а также посмертные кровоизлияния. Последние обычно
обнаруживались на уровне С2—Т2 и распространялись
в околоостистые и полуостистые клетчаточные прост-
ранства, под фасции мышц, окружая внутренние и на-
ружные ветви спинномозговых нервов.
Иногда подобные кровоизлияния распространялись
ниже, достигая уровня Т5—Т7. В экспериментах имели
место кровоизлияния и в поверхностных мышцах спины
(трапециевидной, ромбовидной, ременной), а также в
подкожной клетчатке на уровне С7. В 17 экспериментах
отмечались растяжения и разрывы двух — трех (реже
одной) надостистых и межостистых связок на уровнях
§26
с2—Сз, Сз—С4, С5—Сб, причем в 3 случаях они сопро-
вождались отрывом верхушки или всего остистого от-
ростка (С2, С4, С5).
Таким образом, при ударах в теменную область го-
ловы наблюдались повреждения, сходные с теми, ко-
торые возникали при моделировании вентрального сги-
бания шейного и верхнегрудного отделов позвоночника,
не сопряженные с ударом по голове. Следовательно,
эти .повреждения происходят за счет вентрального сги-
бания шеи в момент удара.
Однако при ударе в теменную область головы в ре-
зультате резкого сгибания верхней части шеи возникали
повреждения, характерные только для этого вида трав-
мы. Они выражались в повреждениях глубоких корот-
ких мышц затылка, малой и большой задних прямых
мышц головы, верхней и нижней косых мышц головы,
где обнаруживались кровоизлияния и разрывы мышеч-
ных пучков преимущественно в области их прикрепле-
ния к атланту и к затылочной кости. Подобные повреж-
дения отмечались в 14 экспериментах, т. е. более чем в
половине наблюдений. В этих случаях нередко выявля-
лись кровоизлияния в клетчатку, окружающую ствол
подзатылочного нерва. Повреждения затылочных мышц,
как правило, сочетались с повреждениями задней по-
верхности шеи, связок, позвонков, но в 2 эксперимен-
тах они наблюдались изолированно, когда никаких
других повреждений не было.
Второй характерной особенностью повреждений по-
звоночника при ударах в теменную область были крово-
излияния в перепончатые связки между затылочной
костью и I и II шейными позвонками. Возникновение
этих кровоизлияний связано со значительным растяже-
нием этих мембран на задней поверхности шеи и ущем-
лением на передней при сгибании головы во время
удара в теменную область. Подобные повреждения на-
блюдались в 10 экспериментах; кровоизлияния распо-
лагались симметрично по бокам от средней линии, за-
нимая иногда всю поверхность связки. Как правило,
они наблюдались раздельно — либо в заднюю или пе-
реднюю атланто-окципитальные мембраны, либо только
в задние перепончатые связки между затылочной костью
и I и II шейными позвонками. Кровоизлияния во все
указанные связки одновременно имели место лишь в 2
экспериментах. Разрывов данных связок, а также дру-
15*
227
гих связок между затылочной костью, атлантом и эпи-
строфеем, повреждений атланто-окципитального сочле-
нения не наблюдалось.
При ударах в теменную область головы часто отме-
чались также кровоизлияния в клетчатку, окружающую
позвоночную артерию в месте выхода ее из межпозво-
ночного канала и прохождения через заднюю перепон-
чатую связку между затылочной костью и атлантом.
Иногда кровоизлияния обнаруживались внутри костного
канала для позвоночной артерии до уровня С3—С4. По-
вреждений оболочек и вещества спинного мозга не от-
мечали.
Наряду с разрывами и кровоизлияниями в межостис-
тые и надостистые связки обнаруживались кровоизлия-
ния в глубоких слоях примыкающей к ним выйной
связки на уровнях С2—С7, что, по мнению Н. П. Пыр-
линой, свидетельствует о более значительной ее травма-
тизации, чем при вентральном сгибании головы во
время кивка, когда этих изменений не отмечали.
При ударах в теменную область головы повреждения
вентрального отдела позвоночника и прилежащих тка-
ней произошли в 11 экспериментах. Кроме кровоизлия-
ний в переднюю атланто-затылочную мембрану, наблю-
дались кровоизлияния в длинные мышцы головы (у ме-
ста прикрепления их к черепу) и шеи. Последние локали-
зовались на разных уровнях и часто совпадали с уров-
нями компрессионных повреждений тел позвонков, со-
провождавшихся кровоизлияниями под переднюю про-
дольную связку, что отмечено в 4 экспериментах.
Компрессионные повреждения тел позвонков и дис-
ков наблюдались на трупах лиц старше 60 лет. В одном
случае был обнаружен остеохондроз позвоночника, что
способствовало возникновению переломов одновременно
в шейном и верхнегрудном отделах (тела С3 и Т4).
В этом случае на уровне полного компрессионного пе-
релома Т4 произошли разрывы желтых связок, капсул
межпозвонковых суставов и даже переломы головок ре-
бер. Кроме того, отмечалось отслоение краниальной
костно-замыкающей пластинки С3. Диски С2—С3, Т3—
Т4, Т4—Т5 были размяты и пропитаны кровью.
В остальных случаях переломы заключались в от-
делении костно-замыкающих пластинок и отломе перед-
него края тела позвонка, причем в 2 случаях (из трех)
произошел перелом нижнего края тела позвонка, В ра-
228
нее проведенных экспериментах, когда при вертикаль-
ном положении тела биоманекена производилось
вентральное сгибание шеи с наклоном головы кпереди,
повреждений нижнего края тела позвонка никогда не
возникало. Вентральное сгибание всегда приводило к
перелому верхнего края тела позвонка в связи с дав-
лением на него верхней части позвоночника, смещаю-
щейся вперед и вниз.
При ударах в теменную область головы, когда био-
манекен находился в горизонтальном положении, эле-
мент смещения позвоночника отсутствовал, компрессия
равномерно распределялась на весь передний отдел
позвоночника и условия для перелома верхнего и ниж-
него краев тела позвонка были одинаковыми.
Таким образом, моделирование различных видов
травм позвоночника, установление при этом пороговых
нагрузок, влекущих за собой определенные поврежде-
ния самого позвоночного столба, его связок и окружаю-
щих мышц, вносит определенный вклад в изучение био-
механики повреждений позвоночника. Эти данные крайне
необходимы клиницисту для диагностики травмы и на-
значения оптимального курса лечения, а судебно-меди-
цинскому эксперту — для определения механизма трав-
мы по характеру имеющихся повреждений позвоночни-
ка. Они представят интерес и для инженеров, разраба-
тывающих различные устройства для предупреждения
и снижения тяжести отдельных видов травматизма
(привязные ремни в автомобилях, предохранительные
пояса для рабочих различных специальностей и т. д.).
Глава X
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ
ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ПОЯСА
По правилам техники безопасности во время
работы на высоте строительные рабочие должны поль-
зоваться предохранительными поясами. Существуют
различные конструкции таких поясов: однолямочные,
кушак которых охватывает поясницу, и лямочные с на-
плечными и набедренными ремнями.
Существующий у нас ГОСТ 5718-67 распространя-
ется только на однолямочные предохранительные пояса,
предназначенные для электриков, работающих на стол-
бах линий электропередач, на электростанциях и дру-
гих энергетических сооружениях. При работе на столбах
и опорах такой пояс не только предохраняет работаю-
щего от падения. В нем электромонтер занимает рабо-
чую позу, опираясь спиной на предохранительный пояс,
что позволяет работать в нем продолжительное время.
В строительстве функция предохранительного пояса
как приспособления для удобства в работе менее важ-
на. Здесь предохранительный пояс прежде всего явля-
ется средством индивидуальной защиты от падения с
высоты.
Для обеспечения защиты от падения предохрани-
тельный пояс должен обладать достаточной прочностью,
быть надежным и удобным «в эксплуатации, иметь не-
обходимые амортизирующие свойства. Прочность оте-
чественных предохранительных поясов для электромон-
теров по ГОСТ 5718-67 (при статической нагрузке)
должна достигать 1500 кг. Максимальное усилие, вос-
принимаемое работающим в случае падения на длину
фала крепления пояса, не должно превышать 700 кгс.
230
Однако эта предельная нагрузка на тело работающего
не имеет достаточного научного обоснования.
Практика показывает, что при падении человека на
предохранительном поясе, в том числе соответствую-
щем ГОСТ 5718-67, возникают различные повреждения,
приводящие в некоторых случаях к смертельному исхо-
ду. Возникновение этих повреждений зависит как от
воздействия элементов самого пояса на тело человека,
так и от неравномерного развития торможения различ-
ных частей тела: когда взаимодействующая с предо-
хранительным поясом часть тела тормозится, а дисталь-
ные части продолжают свое движение. В результате
мгновенно развивающегося отрицательного ускорения
происходит смещение и травма костей и внутренних ор-
ганов.
Наибольшую опасность во время падения в предо-
хранительном поясе представляет удар вследствие вне-
запного натяжения фала, когда развиваются динами-
ческие усилия, в 7—8 раз превышающие массу тела.
Это может повлечь, за собой переломы костей, травму
органов, а иногда и смерть (G. Ardouin, 1973). Отсюда
следует, что предохранительные пояса нуждаются в тех-
ническом усовершенствовании за счет введения в их
систему энергопоглощающих устройств, увеличения пло-
щади распределения нагрузки и перенесения места
преимущественного воздействия нагрузки на наименее
травмируемые части тела. Для решения этих вопросов
необходимы специальные исследования.
Французские ученые (G. Ardouin, 1972) провели
большую экспериментальную работу по изучению меха-
низма падения гибкого манекена в предохранительных
поясах различных конструкций и пришли к выводу, что
с точки зрения защитного действия ношение предохра-
нительного пояса на талии нецелесообразно. По их мне-
нию, предохранительный пояс должен размещаться на
нижней части грудной клетки с точкой крепления фала
к поясу в области спины.
В отечественной и зарубежной литературе нет дан-
ных о механизме образования и характеристике повре-
ждений у человека при падении в предохранительном
поясе.
Упоминавшиеся выше французские исследователи
изучали уровень переносимости воздействия предохра-
нительных поясов на тело у живых людей (самих экспе-
231
риментаторов, добровольцев) при небольших нагрузках.
Независимо от ширины предохранительного пояса за
абсолютный уровень предельно допустимой нагрузки
они принимали 200 кгс, нормируя ее по болевому ощу-
щению, возникающему у человека при воздействии на
его тело лямочного предохранительного пояса. По на-
шему мнению, более правильным и объективным пока-
зателем в этом отношении является наличие или отсут-
ствие телесных повреждений. При этом за допустимый
уровень нагрузок, очевидно, следует принять те, при
которых отсутствуют значительные повреждения, при-
чиняющие вред здоровью. Однако до настоящего време-
ни в нашей стране экспериментальные работы по обос-
нованию допустимых максимальных нагрузок на тело
человека в предохранительном поясе не проводились.
Исходя из актуальности проблемы, сотрудниками
кафедры судебной медицины I ММИ имени И. М. Сече-
нова совместно со специалистами научно-исследова-
тельского и проектного института труда в строительстве
Госстроя СССР и Московского института стали и спла-
вов (А. П. Громов, Н. Н. Живодеров, С. А. Корсаков и
др., 1976, 1977) проведено экспериментальное исследо-
вание по изучению влияния на человека динамических
нагрузок, возникающих при защитном действии предо-
хранительного пояса.
Целью работы являлось определение величины ди-
намических нагрузок, возникающих в случаях падения
в предохранительном поясе, которые не вызывают по-
вреждения различных органов и систем, опасных для
жизни и здоровья человека. Эти данные необходимы
для создания эффективных предохранительных поясов и
в первую очередь для решения следующих вопросов:
а) выбор принципиальной схемы пояса с наиболее бе-
зопасным распределением нагрузок; б) определение пре-
дельно допустимой для человека динамической на-
грузки при падениях на поясах различных конструкций
в) выбор оптимальной ширины несущих лент и без-
опасного размещения элементов однолямочного пояса.
В наших исследованиях на биоманекенах определя-
лись предельно допустимые нагрузки при использова-
нии однолямочных предохранительных поясов шириной
105 и 50 мм и лямочного пояса с наплечными и набед-
ренными ремнями. В процессе экспериментов учитывали,
что при падении тела и резкой его остановке в зоне со-
232
Рис. 55. Кинематическая схема стенда-имитатора динамической
нагрузки.
1 — платформа; 2 — груз; 3 — биоманекен; 4 — пояс; 5 — электродинамометр;
6 —’ блоки; 7 — трос; 8 — упор.
прикосновения предохранительного пояса и тела возни-
кают динамические нагрузки, зависящие от ряда факто-
ров, в частности высоты падения, равной длине фала
крепления, массы тела, положения тела в момент оста-
новки, наличия вращения вокруг продольной и попереч-
ной осей. Для обеспечения одинаковых условий воздей-
ствия нагрузок участниками работы был сконструиро-
ван специальный стенд-имитатор, позволяющий осущест-
влять дозированные динамические нагрузки при рывке
за предохранительный пояс. Кинематическая схема стен-
да представлена на рис. 55.
Динамическое усилие удара груза по платформе передается
через трос на биоманекен и преобразуется с помощью электродина-
мометра в электрический сигнал, который записывается светолуче-
вым осциллографом (Н-115). Электродинамометр представляет со-
бой стальной стержень с наклеенными па нем тензодатчиками
сопротивления. Тензодатчики соединены по схеме полумоста.
233
Электрический сигнал, возникающий в тензодатчиках электродинамо-
метра, усиливается и фиксируется на светочувствительной бумаге.
Электродинамометр с применяемой аппаратурой предварительно та-
рировался с помощью стандартного механического динамометра.
Тарировку стенда проводили перед каждым экспериментом. Для
этого применяли мешок с песком, масса которого регулировалась
дополнительным балластом, что позволяло подгонять массу мешка
к массе биоманекена.
На указанном стенде-имитаторе было проведено 114 экспери-
ментов. В 64 экспериментах применяли пояса шириной 50 мм, из
которых в 22 случаях фал к предохранительному поясу крепился
сзади, в 24 — спереди, в остальных экспериментах точка крепления
фала находилась сбоку. В других 22 экспериментах использовали
пояс шириной 105 см, причем в 10 случаях фал крепили спереди
и в 12 случаях — сзади. Различные места крепления фала позволили
изучать повреждения, возникающие при воздействии ударной на-
грузки на область передней брюшной стенки, спины или боковых
поверхностей туловища. Лямочный пояс с наплечными и набедрен-
ными ремнями использовали в 14 экспериментах.
Чтобы сравнить динамические нагрузки, которые возникали в
экспериментах на стенде-имитаторе, с нагрузками, действующими
при падении на предохранительном поясе, было проведено 14 экспе-
риментов со сбрасыванием биоманекенов в предохранительном поясе
шириной 50 мм с различной длиной фала. Для этого на основании
стенда-имитатора была установлена лебедка с тросом, перекинутым
через ролик горизонтальной штанги, и биоманекен с помощью лебед-
ки подтягивали к горизонтальной штанге. Стальной трос с электро-
динамометром крепили к предохранительному поясу, и после нажа-
тия на спусковое устройство биоманекен свободно падал и повисал
на тросе различной длины. Последний имитировал фал предохра-
нительного пояса.
Объектами исследования служили трупы мужчин и женщин
в возрасте от 21 года до 60 лет без выраженной костной патологии
и повреждений тела; причиной смерти были острая сердечно-сосуди-
стая недостаточность, повешение, отравление алкоголем. Экспери-
менты проводили в период от 12 до 36 ч после наступления смерти.
К этому времени в мышечной ткани развивалось трупное окочене-
ние, которое в определенной степени имитировало мышечное напря-
жение, присущее живому человеку В процессе экспериментов прово-
дили измерение длины тела, окружности живота; труп обязательно
взвешивали. Предохранительный пояс надевали поверх одежды на
уровне средней трети живота биоманекена. Кроме нагрузки в фале
предохранительного пояса, определяли также площадь контакта
пояса с телом, для чего под пояс помещали алюминиевую фольгу,
на которой в момент рывка отпечатывалась площадь прижатия
пояса к туловищу. Это позволяло определять усредненное давление
под лентой предохранительного пояса. Положение биоманекена
в момент динамической нагрузки фиксировали скоростной кино-
съемкой.
Кроме исследований на биоманекенах, с целью определения
пороговых нагрузок, влекущих за собой первоначальные функцио-
нальные изменения и анатомические повреждения, было проведено
20 экспериментов на собаках. Опыты на животных проводили на
пневматическом стенде, устройство которого описано в главе IX.
Стенд позволял осуществить динамическую импульсную нагрузку
234
Рис. 56. Размещение подопытного животного на стенде (объяснение
в тексте).
на переднебоковую поверхность живота подопытного животного при
воздействии предохранительного пояса. Собаку фиксировали за
передние и задние конечности в положении лежа на животе. Для
предотвращения значительного смещения животного во время рывка
перпендикулярно основанию стенда была вмонтирована упорная
площадка с прорезями для пояса, который размещали на уровне ре-
берных дуг животного или несколько ниже (рис. 56). Концы пояса
шириной 50 мм пропускались в прорези упорной площадки и через
регулирующие тяги и тензометрическое кольцо (тензодатчик) соеди-
няли со штоком пневмоцилиндра. Последний приводили в движение
действием сжатого воздуха, подаваемого из баллона с контрольным
манометром.
Управление работой электроклапана и пневмоцилиндра осущест-
вляли дистанционно при помощи автоматического пульта управле-
ния. При срабатывании электропневмоклапана сжатый воздух из
баллона поступал в пневмоцилиндр, шток пневмоцилиндра втяги-
вался и через регулируемые тяги, тензокольцо пояса создавал на
брюшном отделе тела животного импульсную нагрузку с заданной
силой и длительностью воздействия.
В проведенных экспериментах на животных были применены
нагрузки от 20 до 265 кгс; продолжительность их действия от 0,12
до 0,21 с. Одновременно с нагрузкой во всех опытах регистрировали
частоту сердечных сокращений и дыхания, для чего к конечностям и
грудной клетке животного крепили специальные датчики.
Проведенные эксперименты на биоманекенах и жи-
вотных позволили получить новые данные, необходимые
для биомеханического обоснования защитного действия
предохранительного пояса различной конструкции.
235
Результаты экспериментов
на биоманекенах
Однолямочный предохранительный пояс ши-
риной 50 мм. Величина нагрузки при креплении фала
сзади составляла 412—697 кгс, время воздействия на-
грузки колебалось от 0,06 до 0,1 с, площадь прилегания
предохранительного пояса к брюшной стенке была в
пределах 205—275 см2. В данной серии экспериментов
предохранительный пояс располагался ниже уровня ре-
берных дуг.
Из 22 экспериментов этой серии повреждения наблю-
дались в 8 случаях. Повреждения мягких тканей в об-
ласти прилегания пояса отмечались при нагрузке 510 кгс
в виде кровоизлияний площадью 3x2 см и толщиной
0,2 см. Повреждений поверхностных и глубоких мышц
ни в одном эксперименте не отмечалось.
Разрывы брыжейки тонкой кишки возникали при силе
воздействия 495 кгс. Они располагались в начале тонкой
кишки и достигали длины 4,5 см. С дальнейшим увели-
чением нагрузки количество разрывов брыжейки и их
протяженность возрастали. Так, при нагрузке 523 кгс
отмечалось появление трех продольных разрывов бры-
жейки размерами 5X1 см каждый, которые локализо-
вались в начальном отделе тонкой кишки и на расстоя-
нии 7—8 см друг от друга. С увеличением нагрузки до
535 кгс отдельные разрывы брыжейки достигали 7 см, а
при нагрузке 545 кгс — 30 см.
Перелом позвоночника при креплении фала сзади
наблюдался лишь в одном случае, когда при динамичес-
кой нагрузке в 462 кгс отмечался неполный разрыв меж-
позвоночного диска между III и IV шейным позвонком.
Возникновение этого разрыва, по-видимому, связано с
резким кивком головы кзади в момент рывка. Разрывы
внутренних органов при нагрузке до 697 кгс не отмеча-
лись, что, по-видимому, объясняется возможностью сме-
щения их в момент рывка.
Интервал роста нагрузки в наших экспериментах со-
ставлял 10—12 кгс. Увеличение нагрузки на фале сопро-
вождалось увеличением давления в зоне контакта предо-
хранительного пояса с телом биоманекена. В большинст-
ве экспериментов, сопровождавшихся повреждениями,
усредненное давление в зоне контакта составляло 2—
2,5 кгс/см2.
236
Величина нагрузки при переднем положении креп-
ления фала к предохранительному поясу составляла
412—640 кгс, время воздействия — 0,06—0,09 с, площадь
прилегания предохранительного пояса к поясничной
области колебалась от 200 до 335 см2. В этой серии
экспериментов предохранительный пояс располагался
на уровне края реберных дуг или его верхний край про-
ходил на уровне остистых отростков I или II пояснич-
ного позвонка.
Из 24 экспериментов этой серии в 15 наблюдались
повреждения, из которых легкие отмечались только в
4 случаях. Кровоизлияния в мягкие ткани спины появ-
лялись при нагрузке 412 кгс, когда в подкожной жиро-
вой клетчатке поясничной области и под поверхностной
фасцией супины возникли очаговые, местами сливающие-
ся друг с другом темно-красные кровоизлияния толщи-
ной до 0,8 см. С увеличением нагрузки аналогичные
темно-красные кровоизлияния, достигавшие размеров
6x5 см, отмечались и в отдельных пучках глубоких
мышц спины. При нагрузке 575—625 кгс кровоизлияния
распространялись в глубочайшие мышцы спины, дости-
гая размеров 13x6 см, причем толщина их составляла
1,8—2 см.
Первые костные повреждения появлялись при на-
грузке 412 кгс, когда отмечался полный перелом XI реб-
ра справа и переломы остистых отростков I—II—III
поясничных позвонков. Увеличение нагрузки до 445 кгс
сопровождалось переломами поперечных отростков I
поясничных позвонков у места их отхождения и пере-
ломами XII ребер на расстоянии 6 см от их головки.
При нагрузке в 480 кгс в одном случае имели место
перелом тела первого грудного позвонка, переломы по-
перечных отростков I поясничного позвонка и переломы
XI—XII ребер. Помимо костных повреждений, в данном
случае отмечался надрыв брыжейки нисходящей обо-
дочной кишки длиной 4 см. Такие обширные поврежде-
ния в этом опыте можно объяснить слабым развитием
мускулатуры исследуемого биоманекена, его относи-
тельно малой массой (56,8 кг), что обусловило вторичное
подбрасывание тела после рывка с возможным образо-
ванием «вторичных» повреждений.
С увеличением нагрузки до 640 кгс появлялись раз-
рывы межпозвоночных дисков, которые располагались
на уровне XII грудного и I поясничного позвонков или
237
между I и 11, 11 и 111 поясничными позвонками. Неред-
ко такие повреждения сопровождались двусторонними
переломами поперечных отростков и переломами XI—
XII ребер, которые имели характер вывихов с повреж-
дением суставных сумок. Кроме того, йри указанной
величине воздействия в позвоночном канале на уровне
I—II поясничных позвонков под твердой мозговой обо-
лочкой отмечалось наличие кровоизлияния, распростра-
нявшегося на протяжении 4—5 см. В 2 эксперимен-
тах при нагрузке 585 и 605 кгс наблюдались одно- и дву-
сторонние разрывы крестцово-подвздошных сочлене-
ний.
При боковом креплении фала было произведено 18
экспериментов, из которых в 9 было правое боковое
крепление и в 9 — левое. Величина нагрузки в этой се-
рии возрастала от 280 до 620 кгс, время воздействия
0,07—0,08 с. При правом боковом креплении фала, ког-
да нагрузки превышали 473 кгс, повреждения наблюда-
лись в 4 случаях. В одном из них отмечалась ссадина в
месте прилегания пояса, в 2 случаях — переломы X —
XII ребер слева и еще в одном наблюдался разрыв
брыжейки нисходящей кишки. При левом боковом
креплении фала повреждения возникали при нагрузке,
превышающей 465 кгс. Они наблюдались в 5 экспери-
ментах, из которых в двух отмечались ссадины в месте
прилегания пояса, в одном — перелом XII ребра справа
и еще в двух имели место разрывы брыжейки восходя-
щей и тонкой кишок.
Однолямочный предохранительный лояс шириной
105 мм. В первой серии опытов при креплении фала спе-
реди (на животе) повреждения в виде кровоизлияний в
мышцы спины возникали при нагрузке 560 кгс, действу-
ющей 0,06 с. Последнюю можно считать для данного
пояса пороговой. Нагрузки в 575 кгс при времени воз-
действия 0,06—0,07 с вызывали более значительные по-
вреждения: множественные переломы поперечных от-
ростков и разрывы межпозвонковых дисков поясничных
позвонков, переломы XII ребра справа и слева, обшир-
ные повреждения мышц спины и поясничной области.
Нагрузки 620—785 кгс (время действия 0,06—0,08 с)
сопровождались возникновением и других опасных для
жизни повреждений: полным переломом поясничного
отдела позвоночника, двусторонними разрывами крест-
цово-подвздошных сочленений костей таза.
238
Во второй серии экспериментов с креплением фала
сзади (в вёрхней части поясничной области), пороговой
нагрузкой, обусловившей повреждения мышц спины, яв-
лялась нагрузка 540 кгс (время действия 0,06 с). При на-
грузке 580 кгс и том же времени действия кровоизлияния
в поверхностные мышцы спины и поясничной области
достигали 14X9 см и располагались симметрично спра-
ва и слева. Кроме того, были обнаружены множественные
разрывы глубоких мышц спины и межостистых связок
поясничных позвонков. При нагрузке 660 кгс и времени
действия 0,07 с произошел разрыв брыжейки тонкой
кишки на протяжении 15 см. Одновременно отмечались
симметричные переломы XI ребра справа и слева, про-
ходившие поперечно на расстоянии 12 см от места при-
крепления их к позвоночнику.
Лямочный предохранительный пояс. В 14 экспери-
ментах этой серии нагрузки колебались от 415 до
550 кгс. Лишь в 2 случаях, когда нагрузки превышали
510 кгс, отмечались небольшие повреждения: очаговое
кровоизлияние в толщу связки печени и ограниченные
кровоизлияния в брыжейку подвздошной и поперечной
ободочной кишок.
Свободное падение в однолямочном поясе шириной
50 мм. Из 14 экспериментов данной серии в 10 фал
крепился спереди и каких-либо амортизаторов не при-
менялось— первая группа. Во вторую группу вошли
4 эксперимента, в которых фал крепили к поясу также
спереди, ню посредством амортизирующей ленты.
В первой группе экспериментов повреждения имели
место только в 2 случаях при нагрузке 480 кгс. В одном
из них отмечался перелом остистого отростка IV пояс-
ничного позвонка с кровоизлиянием в окружающие
мягкие ткани, в другом — обнаружена ссадина 5X1 СлМ
по ходу наложения пояса, а также надрыв межпозво-
ночного диска между III и IV поясничным позвонком.
Во второй группе наблюдений, где применялись
амортизирующие ленты, отмечалось значительное сни-
жение нагрузки на фале (до 230—250 кгс), несмотря
на увеличение высоты падения до 120 см, в то время
как при падении в поясе без амортизирующего устройст-
ва максимальная высота падения достигала лишь 87 см.
Увеличение высоты падения сопровождалось увеличе-
нием запаса кинетической энергии тела при падении.
Однако из 4 наблюдений этой группы в двух поврежде-
239
ний не было обнаружено, в остальных двух имелись
лишь отпечатки предохранительного пояса на теле био-
манекена. Следовательно, применение амортизирующих
лент вдвое уменьшает нагрузку на фал, не! вызывая на-
ружных и внутренних повреждений. Это в первую оче-
редь связано со значительным увеличением времени
действия силы.
Первая группа экспериментов при свободном паде-
нии в предохранительном поясе шириной 50 мм без
амортизирующих лент показала, что повреждения при
свободном падении возникают при таких же нагрузках,
что и на стенде-имитаторе. Данные скоростной кино-
съемки также подтвердили, что характер перемещения те-
ла при этих способах нагружения практически аналогичен
на что указывает и форма полученных тензометрических
кривых.
Следовательно, полученные нами результаты на
стенде-имнтаторе могут приниматься без каких-либо
поправок для биомеханического обоснования защитного
действия предохранительных поясов различных конст-
рукций. Сравнивая результаты биомеханических иссле-
дований поясов различных конструкций, следует под-
черкнуть, что защитные свойства их весьма различны.
Наибольшее число экспериментов было проведено с
однолямочными поясами шириной 50 мм, поскольку
они наиболее распространены на производстве. Малая
ширина такого пояса позволяет снизить габаритно-ве-
совые характеристики, что является необходимым усло-
вием повышения эксплуатационных показателей средств
индивидуальной защиты. Однако нашими исследования-
ми было установлено, что уровень переносимости на-
грузок для этой ширины предохранительного пояса не-
сколько ниже по сравнению с широкими поясами. Если
для предохранительного пояса шириной 105 мм наи-
меньший уровень нагрузки, при котором возникают
повреждения, составляет 540 кгс, то для поясов шири-
ной 50 мм пороговые нагрузки составляют 470 кгс.
Вместе с тем полученные данные показывают, что
пороговые нагрузки зависят и от индивидуальных осо-
бенностей биоманекенов. Так, повреждения в одних
случаях возникали при 470 кгс, а в других не появля-
лись при нагрузках порядка 600—700 кгс. Это свиде-
тельствует о том, что эксперименты проводились в
диапазоне нагрузок, которые не вызывали обязательные
240
повреждения, т. е. уровни нагрузок, при которых повре-
ждения будут во всех случаях, не были достигнуты. Та-
ким образом, говоря о пороговой нагрузке 470 кгс для
поясов шириной 50 мм, следует подчеркнуть, что появ-
ление при ней тяжких и менее тяжких повреждений ве-
роятно, но не обязательно во всех случаях.
Анализируя характер повреждений при различных
положениях крепления фала, следует отметить, что
число опасных для жизни повреждений при положении
точки крепленя фала спереди при относительно неболь-
ших нагрузках (500—550 кгс) больше, чем во всех ос-
тальных положениях. Учитывая, что общее количество
повреждений в этом положении также больше, можно
говорить, что крепление фала спереди наиболее опасно
для работающего.
В серии экспериментов с лямочными предохрани-
тельными поясами повреждения не возникали в связи
с их большими амортизирующими свойствами. Следова-
тельно, пределы переносимости динамических нагрузок
на этом поясе выше, чем на однолямочном. Однако во
время приложения динамической нагрузки, по данным
киносъемки, происходит резкое вращательное движение
вокруг точки крепления фала к лямкам предохранитель-
ного пояса с перемещением головы вниз, что нежела-
тельно для безопасности работающего.
Проведенные исследования на собаках показали,что
при динамических импульсных нагрузках первоначаль-
ные функциональные изменения проявлялись прежде
всего со стороны дыхания, а затем со стороны сердечной
деятельности. Во всех экспериментах при нагрузке до
180 кгс частота дыхания и сердечных сокращений вос-
станавливалась за сравнительно короткий период вре-
мени после рывка (до 20—30 с). С увеличением на-
грузки до 200 кгс для восстановления этих показателей
было необходимо более длительное время (до 80 с).
При нагрузке 250 кгс (пояс находился на уровне
грудной клетки) было проведено контрольное вскрытие
(собаку забивали путем введения воздуха в полость
сердца) и отмечено, что кровоизлияний в месте удара
поясом, а также повреждений внутренних органов не
наблюдалось.
Анатомические повреждения внутренних органов
возникали у собак при нагрузках 265 кгс. Они выража-
лись в виде обширных кровоизлияний в околопочечную
16 А. П. Громов
241
клетчатку левой почки, множественных разрывов левой
почки длиной до 3,5 см, кровоизлияний в брыжейку тон-
кого кишечника, кровоизлияний в мышцы задней брюш-
ной стенки на уровне левой почки. Перечисленные по-
вреждения, исходя из их локализации, произошли в
результате удара левой боковой поверхностью живота
об упорную площадку. Справа на уровне наложения
пояса, под брюшиной, покрывающей правую почку,
также имелись мелкие кровоизлияния темно-красного
цвета. В мягких тканях правой боковой поверхности
живота на уровне наложения пояса повреждений не
было.
Проведенные эксперименты на собаках позволили в
известной степени определить соотношение пороговых
нагрузок при появлении функциональных изменений и
анатомических повреждений.
Выводы и предложения
1. Переносимость человеком механических
воздействий при защитном действии предохранительно-
го пояса должна нормироваться по уровню динамичес-
кой нагрузки, измеряемой в фале.
2. Для однолямочного предохранительного пояса
шириной 50 мм, расположенного на талии, предельно
допустимая нагрузка при защитном действии должна
быть не более 400 кгс за время 0,05—0,1 с.
3. Для однолямочного предохранительного пояса
шириной 105 мм, расположенного на талии, предельно
допустимая нагрузка при защитном действии должна
быть не больше 500 кгс за время 0,05—0,1 с.
4. Наиболее безопасное положение точки крепления
фала к предохранительному поясу сзади между средней
подмышечной и позвоночной линиями. Крепить фал к
предохранительному поясу спереди и слева не рекомен-
дуется.
Глава XI
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕХАНИЗМА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРАВМЫ
ПО ХАРАКТЕРУ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Установление механизма травмы по особен-
ностям имеющихся повреждений является одним из
наиболее сложных вопросов судебно-медицинской экс-
пертизы. Особенно трудно определение механизма и
происхождения повреждений в случаях черепно-мозго-
вой трав,мы и повреждений позвоночника, причиненных
различными тупыми предметами либо вследствие паде-
ния. Оценка клинических и экспертных наблюдений
отдельными авторами по этому вопросу нередко проти-
воречива, о чем наглядно свидетельствует разнообраз-
ная клиническая и судебно-медицинская казуистика.
Последняя показывает, что при сходных и даже анало-
гичных условиях травмы нередко возникают различные
по морфологическим признакам повреждения головы и
позвоночника, что вызывает значительные трудности
при их судебно-медицинской оценке. Создание специаль-
ных моделей различных травм и последующее сопостав-
ление экспериментальных повреждений со сходными
повреждениями, встречающимися в повседневной прак-
тике, помогает установлению механизма травмы по осо-
бенностям имеющихся повреждений.
Накопленные сведения по клинике, морфологии и
биомеханике черепно-мозговой травмы, травмы позво-
ночника и грудной клетки позволили установить основ-
ные механизмы возникновения подобных повреждений.
Кроме выявления отличия импрессионной травмы и
травмы с ускорением, в настоящее время изучена не-
которая зависимость между физическими параметрами
воздействующей на голову, позвоночник, грудь силы,
16*
243
местом приложения и направлением движения травми-
рующего предмета, с одной стороны, и тяжестью, лока-
лизацией, особенностями возникающих повреждений —
с другой. В этом отношении за последние годы выпол-
нен ряд исследований на биоманекенах, механических
и математических моделях с использованием биомеха-
нических методов исследования-, применительно к по-
вреждениям отдельных органов и систем или к отдель-
ным видам травмы.
Степень научной разработки установления механиз-
ма травм головы, позвоночника и груди по характеру
обнаруженных повреждений при разных видах травма-
тизма и особенно возможность внедрения научных до-
стижений в практику судебно-медицинской экспертизы
весьма различна. По нашему мнению, лучше изучены
биомеханические закономерности между особенностями
механизма травмы и характером возникающих повреж-
дений в случаях травмы головы при падении на плос-
кости. При этом виде травмы выявлена определенная
взаимосвязь между общим характером и особенностями
повреждений мягких тканей, костей черепа, вещества
головного мозга и ростом, массой пострадавшего, нали-
чием или отсутствием предшествующего падению уско-
рения (толчка, удара), наличием или отсутствием на
голове пострадавшего головного убора, степенью жест-
кости и формой поверхности соударения, локализацией
места удара и некоторыми индивидуальными особен-
ностями (форма головы, толщина костей черепа, мягких
покровов головы, степени минерализации костей, сте-
пень оволосения и т. д.). Изученные закономерности
позволяют судебно-медицинскому эксперту существенно
детализировать механизм подобной травмы, что помо-
гает органам следствия в расследовании сложных и
запутанных происшествий с такими травмами. Опыт
проведения ряда трудных экспертиз при падении лю-
дей на плоскости убеждает нас в том, что наступила
пора делать этот опыт достоянием всех судебно-меди-
цинских учреждений.
1. Прокуратурой Литовской ССР было возбуждено уголовное
дело по факту смерти гр-на А., труп которого был обнаружен на
обледеневшей тропинке недалеко от его дома. При судебно-медицин-
ском исследовании трупа были установлены три ушибленные раны
в затылочной области головы, идущие в продольном направлении
параллельно друг другу и имеющие ровные, почти неосадненные
края и острые концы. Дном ран являлась кровоподтечная подкож-
244
ная жировая клетчатка и сломанные кости черепа. В мягких тканях
головы соответственно ранам имелось кровоизлияние темно-красного
цвета на участке 5X8 см. Других повреждений мягких тканей голо-
вы не было. При исследовании черепа обнаружен оскольчатый пере-
лом его свода с образованием множественных костных фрагментов,
удерживающихся на надкостнице. Наибольшее растрескивание на-
блюдалось в области теменных костей и чешуи затылочной кости,
откуда две линии перелома переходили на основание черепа в зад-
нюю черепную яму, где достигали краев большого затылочного
отверстия. Твердая мозговая оболочка соответственно этим линиям
перелома была разорвана с образованием двух дефектов 3,5X0,7
и 3X0,5 см. В области полюсов лобных и затылочных долей мозга
соответственно установлены очаговые субарахноидальные кровоиз-
лияния на участках 3X2,5 и 4X2 см и размягчение коркового веще-
ства с мелкими сливающимися кровоизлияниями в прилегающих
отделах мозга. Обнаружены ссадины и кровоподтеки в области
лба, задней поверхности шеи, спины и кистей.
В заключении первичной судебно-медицинской экспертизы гово-
рилось, что указанные выше повреждения в области головы возник-
ли от 3—4 ударов тупогранным предметом в затылочную область
головы.
Однако несоответствие данного заключения материалам рассле-
дования послужило поводом к назначению повторной судебно-меди-
цинской экспертизы, на разрешение которой был поставлен вопрос
о механизме возникновения повреждений, в том числе о возможно-
сти их причинения при самопроизвольном падении гр-на А. навзничь.
Изучив материалы дела, в том числе данные исследования
эксгумированного трупа, комиссия при повторной судебно-медицин-
ской экспертизе к определенному заключению не пришла ввиду
«отсутствия в специальной литературе каких-либо сведений о воз-
можном возникновении подобных повреждений при самопроизволь-
ном падении человека с высоты собственного роста». По решению
Прокуратуры Литовской ССР проведение новой судебно-медицин-
ской экспертизы было поручено кафедре судебной медицины I ММИ
имени И. М. Сеченова и на ее разрешение были поставлены те же
вопросы.
Из материалов уголовного дела, касающихся описания места
происшествия, дополнительно выяснилось, что труп гр-на А. был
обнаружен рядом с сугробом плотно слежавшегося обледеневшего
снега (высотой около 0,5 м), через который проходила указанная
выше узкая пешеходная тропинка (с уклоном около 45°). Голова
трупа находилась в луже крови, расположенной у основания сугро-
ба. Локализация и характер травмы мягких тканей головы и веще-
ства головного мозга свидетельствовали о возникновении поврежде-
ний при ударе движущейся головы о неподвижную твердую пре-
граду. При исследовании скелетированного черепа, доставленного
на комиссию, было установлено истончение его костей.
Для решения поставленного перед комиссией вопроса были ис-
пользованы данные исследований по моделированию повреждений
головы, возникающих как при самопроизвольном падении человека
навзничь и ударе затылочной областью о твердую плоскую поверх-
ность, так и при ударе об аналогичную поверхность той же обла-
стью головы с предварительным сообщением ей добавочного ускоре-
ния. Расчеты показали, что при самопроизвольном падении гр-на А.,
массой 75 кг п ростом 170 см, голова его ударяется о твердое по-
245
крытие с силой около 800 кгс. Однако характер повреждений,
обнаруженных на трупе гр-на А., свидетельствовал о действии силы
около 900 кгс. Следовательно, для удара с такой силой и возникно-
вения обнаруженных повреждений тело гр-на А. должно было по-
лучить небольшое добавочное ускорение. Последнее могло возник-
нуть при скольжении гр-на А. по обледеневшей тропинке. Характер
и число ушибленных ран, обнаруженных в затылочной области голо-
вы трупа, не противоречат возможности их возникновения при одно-
кратном ударе о твердую поверхность дорожки.
Моделирование повреждений мягких тканей головы показывает,
что при экспериментальных ударах затылочной областью головы
об идеально гладкую поверхность при указанной выше механиче-
ской силе возникают не только единичные, но и множественные ушиб-
ленные раны. Последние характеризуются параллельностью их рас-
положения, а по характеру краев и углов напоминают резаные, от
которых они отличаются, не считая перемычек, осадненностью краев.
Небольшие осаднения краев ран в данном случае можно объяснить
защитным действием шерстяного берета, одетого в момент удара на
голове гр-на А., о чем свидетельствует обнаружение линейных раз-
рывов его ткани.
На основании вышеизложенного и с учетом наших эксперимен-
тальных исследований экспертная комиссия пришла к выводу, что
повреждения, обнаруженные в области головы трупа гр-на А., воз-
никли при самопроизвольном падении его навзничь; их обширности
могла способствовать тонкость костей черепа покойного. Множест-
венные ссадины и кровоподтеки, обнаруженные на трупе, возникли
от действия твердых тупых предметов или при ударах о таковые,
возможно, при неоднократных падениях гр-на А.
Данное заключение было полностью подтверждено материалами
дальнейшего расследования.
2. В постановлении Прокуратуры Латвийской ССР о назначе-
нии судебно-медицинской экспертизы сказано, что гр-н 3., 25 лет,
ночью 21 декабря 1974 г. был обнаружен в бессознательном состоя-
нии в подъезде дома. В 4 ч 25 мин он был доставлен в больницу,
где через 14 ч скончался.
В процессе расследования происшествия было проведено не-
сколько судебно-медицинских экспертиз, которые не установили ме-
ханизма смерти гр-на 3. Последняя комиссионная экспертиза была
поручена сотрудникам кафедры судебной медицины I ММИ име-
ни И. М. Сеченова (А. П. Громов, В. В. Дербоглав, С. А. Корса-
ков) спустя 3^2 года после смерти гр-на 3. На разрешение эксперти-
зы были поставлены следующие вопросы:
1. Какие повреждения имеются на трупе гр-на 3., их характер,
локализация? Правильно и точно ли отмечено расположение повреж-
дений в заключениях судебно-медицинских экспертиз, предшествовав-
ших данной? 2. Каков механизм образования повреждений? 3. Воз-
никли ли повреждения, повлекшие смерть гр-на 3., при падении
навзничь на бетонную площадку с высоты около 45 см? Возникли
ли телесные повреждения в результате самопроизвольного падения
или падению предшествовало ускорение от толчка, удара? 4. Если
гр-ну 3. были причинены повреждения в результате ударов, то чем
они были нанесены? Каково наиболее вероятное взаимоположение
нападавшего и потерпевшего? Количество нанесенных ударов?
Для ответа на поставленные перед экспертизой вопросы была
произведена эксгумация трупа гр-на 3. с изъятием черепа для по-
246
следущего изучения. После освобождения от остатков мягких тканей
произведено детальное краниометрическое исследование черепа.
При краниометрии установлено, что череп имеет следующие
размеры: 1. продольный диаметр 20,50 см; 2. поперечный диаметр
14 см; 3. высотный диаметр 14 см; 4. Длина основания черепа
10,50 см; 5. наименьшая ширина лба 9,75 см; 6. ширина основания
черепа 12,59 см; 7. ширина затылка 10,50 см; 8. сосцевидная шири-
на 10,70 см; 9. окружность черепа 54 см; 10. сагиттальная хорда
17 см; 11. лобная хорда 11,67 см; 12. теменная часть сагиттальной
хорды 11,65 см; 13. длина большого затылочного отверстия 3,72 см;
14. ширина большого затылочного отверстия 3,50 см; 15. скуловой
диаметр 10,62 см; 16. длина основания лица 10,25 см; 17. верхняя
высота лица 6,60 см; 18. полная высота лица 11,47 см; 19. верхняя
ширина лица 10,22 см; 20. средняя ширина лица 11,30см; 21. высота
носа 5,30 см; 22. ширина орбиты (левой) 3,65 см; 23. мыщелковая
ширина 11,60 см; 24. бигониальная ширина 8,72 см; 25. высота тела
нижней челюсти 3,50 см. Толщина костей черепа: лобная от 0,252 до
0,476 см; височная левая от 0,11 до 0,25 см; височная правая от
0,15 до 0,21 см; теменная левая от 0,25 до 0,70 см; теменная правая
от 0,30 до 0,525 см; затылочная от 0,525 до 0,89 см. Толщина костей
измерялась по линии распила.
Толщина костного образования наружный затылочный бугор—
крестовидное возвышение: в области наружного затылочного бугра
0,77 см, в области крестовидного возвышения 1,11 см. Центры кре-
стовидного возвышения и наружного затылочного бугра смещены
относительно друг друга по вертикали на 2 см.
Черепной показатель (процентное отношение поперечного и
продольного диаметров) составляет 68%, что позволяет отнести
его к группе долихокранных (узких) черепов.
Высотный показатель (процентное отношение высотного и про-
дольного диаметров) составляет 68%, что соответствует хамекран-
ному (низкому) черепу.
На костях черепа имеется распил (рис. 57, а, б), проходящий
параллельно основанию черепа на 0,8 см ниже центров лобных и
на 3,75 см ниже центров теменных бугров (частично захватывая
чешуйчатые швы височных костей). В задних отделах теменных
костей линия распила под тупым углом направляется кверху и про-
ходит на 1 см выше места соединения стреловидного и теменно-заты-
лочных швов. Соответственно правому теменному бугру имеется
трепанационное отверстие № 1 неправильно округлой формы разме-
рами 2,7X2,5 см с фестончатыми краями. Аналогичные отверстия
(см. рис. 57, а) имеются на 1 см ниже и кпереди от левого теменно-
го бугра (отверстие № 2) размерами 2,4X2,1 см и на 2,5 см кзади
от него — отверстие № 3 размерами 4,1X2,9 см, нижний край его
доходит до левого теменно-затылочного шва. Кости черепа сломаны.
На наружной костной пластинке трещина начинается от правого те-
менно-затылочного шва (см. рис. 57,6), пересекает в виде дуги, вы-
пуклой книзу, чешую затылочной кости в 1,8 см от стреловидного
шва. В области левого теменно-затылочного шва, в 1,6 см от стре-
ловидного шва, трещина направляется вниз и доходит до заднениж-
него края трепанационного отверстия № 3. Далее трещина отходит
от передненижнего края этого отверстия и на протяжении 4 см идет
параллельно распилу костей (рис. 57, а), направляясь к задненижне-
му краю трепанационного отверстия № 2. Затем трещина прослежи-
вается у нижнего края этого отверстия (в средней трети) и направ-
247
Рис. 57. Вид черепа трупа гр-на 3. слева (а) и сзади (б).
Лйется вййз на чешую Левой височной кости В виде дуги дЛийой
2 см, выпуклой кпереди. В дальнейшем трещина в виде волнистой
ломаной линии проходит кпереди по чешуе височной кости (длина
ее на этом участке 4,65 см), примерно в средней части чешуи отхо-
дит книзу дополнительная трещина длиной 0,5 см. Дойдя до левого
большого крыла основной кости, трещина направляется вверх под
тупым углом и через 0,85 см заканчивается.
На внутренней костной пластинке (рис. 58, 59) трещина имеет
следующий вид: на чешуе затылочной кости трещина, достигнув
правого теменно-затылочного шва, следует по нему на протяжении
3,2 см. В 0,95 см от правого конца ее пересекает трещина, идущая
от распила сверху вниз, справа налево, протяженностью 4,3 см.
Трещина отстоит от вертикальной ветви крестовидного возвышения
в верхней части на 4,7 см, в нижней — на 2,6 см (см. рис. 59).
На внутренней пластинке чешуи левой височной кости (см.
рис. 58) трещина в основном повторяет ход трещины наружной
костной пластинки, но имеет более ломаный вид, а именно: отойдя
от нижнего края трепанационного отверстия № 2, трещина имеет
вид ломаной дуги, выпуклой кпереди, длиной 2,1 см. Затем в виде
плавной дуги направляется кпереди (длина 2,7 см), в средней трети
от нее отходит дополнительная трещина, идущая вниз и несколько
кзади по направлению к пирамиде левой височной кости (аналог
вышеописанной трещины наружной костной пластинки), длиной
1,8 см. На левом большом крыле основной кости трещина внутрен-
ней костной пластинки направляется резко вниз в виде крутой дуги,
выпуклостью обращенной вниз, расстояние между концами ее 2,2 см.
В связи с тем что трещина проходит через два трепанационных
отверстия и пересекает распил, установить место наибольшего зия-
ния ее не представляется возможным. В области концов как основ-
ная, так и дополнительные трещины волосовидно истончаются и
постепенно сходят, на нет.
При исследовании трещины под стереомикроскопом МБС-1 при
25-кратном увеличении установлено выкрашивание по краям тре-
щины наружной костной пластинки на участке, расположенном меж-
ду правым теменно-затылочным швом и трепанационным отвер-
стием № 3. Края трещины на чешуе височной кости и большом кры-
ле основной кости имеют мелкозубчатый вид.
Толщина костей по ходу линии перелома составляет: чешуя
затылочной кости в области правого теменно-затылочного шва
0,74 см, в средней трети 0,8 см, в области левого теменно-затылоч-
ного шва 0,6 см; в задне-нижнем отделе левой теменной кости
0,65 см; в области левого теменно-височного шва 0,40 см; на чешуе
левой височной кости 0,1 см; в области левого большого крыла
основной кости 0,01 см.
Кривизна затылочной области измерялась в трех участках: по
средней линии на уровне трещины, в местах пересечения трещины
с левым и правым теменно-затылочными швами. По средней линии
кривизна в сагиттальной плоскости составляет 0,105263 см-1, в го-
ризонтальной— 0,153846 см-1, гауссова кривизна, т. е. их произве-
дение, равна 0,016194 см-2. Средняя кривизна в сагиттальной плос-
кости в области правого теменно-затылочного шва равна
0,090909 см-1, в горизонтальной — 0,14285 см-1, гауссова кривиз-
на— 0,01298 см-2. Средняя кривизна в сагиттальной плоскости в
области левого теменно-затылочного шва составляет 0,153846 см-1,
в горизонтальной — 0,090909 см-1, гауссова кривизна — 0,01398 см-2.
249
Рис. 58. Трещина на внутренней костной пластинке костей средней
черепной ямки.
Рис. 59. Трещина на внутренней костной пластинке чешуи затылоч-
ной кости.
Толщина костей в участках измерения кривизны составляет: по
средней линии 0,8 см, в области правого теменно-затылочного шва
0,6 см, в области левого теменно-затылочного шва 0,65 см.
На основании изучения материалов уголовного дела и черепа
эксгумированного трупа гр-на 3. судебно-медицинская экспертная
комиссия, в соответствии с поставленными вопросами, дала следую-
щее заключение:
При поступлении гр-па 3. в 1-ю Рижскую городскую клиниче-
скую больницу 21/XII 1974 г. у него были обнаружены следующие
повреждения: «подкожные гематомы» в области носа, левой щеки
и челюсти слева, подкожная гематома в левой височно-теменной
области, переходящая на правую сторону, две раны «в правой
теменной и право?! теменно-затылочной области: в теменной обла-
сти ушибленная рана длиной 2 см, в затылочной — звездчатая рана
диаметром 3,5 см», кровь в носовых ходах. В процессе трепанации
черепа были обнаружены субдуральные гематомы в объеме: слева
275 мл, справа 25 мл. Рентгенологически был установлен перелом
«костей свода черепа, горизонтально идущий в левой теменно-заты-
лочной области».
При судебно-медицинском исследовании трупа гр-на 3. (акт
№ 1522 от 24/XII 1974) установлено наличие следующих поврежде-
ний: обширные прерывистые ссадины на волосистой части головы
(результат подготовки к операции двусторонней трепанации чере-
па?), кровоподтек на нижнем веке правого глаза, ссадина на спинке
носа и две ссадины на подбородке, прерывистое кровоизлияние
в мягких тканях головы: «в лобной и середине теменных областей
соответственно ссадинам на коже» и соответственно трепанацион-
ным разрезам, субдуральное (180 мл) и субарахноидальное крово-
излияние «в левом полушарии», ушиб вещества головного мозга
в области «височных долей со стороны основания и в левой лобной
доле», кровь в желудочках мозга, перелом костей черепа: «в левой
височной области с основания черепа проходит трещина. На осно-
вании черепа трещина проходит горизонтально через среднюю череп-
ную ямку, доходя до турецкого седла».
При судебно-медицинском исследовании черепа эксгумирован-
ного трупа гр-на 3. (акт № 67 от 15/VI 1977) был обнаружен пере-
лом костей черепа (см. рис. 57—59), захватывающий чешую заты-
лочной кости, задненижний отдел левой теменно?! кости, чешую
левой височной кости и заканчивающийся на левом большом кры-
ле основной кости. При этом от основной трещины в области чешуи
левой височной кости отходит дополнительная трещина в направле-
нии к пирамиде левой височной кости (см. рис. 58), на внутренней
костной пластинке правой половины чешуи затылочной кости имеет-
ся косо-вертикальная трещина (см. рис. 59), идущая в направле-
нии сверху справа, вниз налево.
Таким образом, при первичном судебно-медицинском исследова-
нии трупа гр-на 3. имевшийся у него перелом костей черепа был
описан недостаточно полно. Схема перелома костей черепа, предло-
женная судебно-медицинской экспертной комиссией (акт № 5а от
25/1—15/11 1977) и составленная на основании описания характера
перелома в акте первичного исследования трупа, также не соответст-
вует истинному характеру и виду перелома.
В связи с тем что в акте первичного исследования трупа описа-
ние характера повреждений, имевшихся на лице и голове, а также
изменений со стороны оболочек и вещества головного мозга произ-
251
ведено очень кратко, недостаточно квалифицированно и принимая
во внимание несовпадение данных истории болезни с описанием по-
вреждений в ходе судебно-медицинского исследования трупа, комис-
сия считает возможным основываться в своих выводах в первую
очередь на данных исследования черепа эксгумированного трупа
гр-на 3.
Характер трещин, располагающихся на наружной и внутренней
костных пластинках чешуи затылочной кости, позволяет сделать
вывод о том, что именно данная область явилась местом приложения
травмирующей силы. Данное положение подтверждается ходом пе-
релома, выкрашиванием краев трещины на наружной костной пла-
стинке (при исследовании под стереомикроскопом) и наличием не-
полного перелома чешуи затылочной кости справа и правой темен-
ной кости (косо-вертикальная трещина, идущая сверху справа, вниз
налево).
Трещина, продолжающаяся на левую теменную, левую височную
кости и левое большое крыло основной кости, возникла в результа-
те действия распирающих усилий, обусловленных деформацией
(уплощением) участка кости в области контакта с поверхностью
соударения, о чем свидетельствуют мелкозубчатые края перелома.
Особенности перелома на чешуе затылочной кости позволили
сделать вывод о том, что областью соударения явился участок,
расположенный в верхней части чешуи затылочной кости в области
ламбдовидного шва. При этом основная нагрузка пришлась на об-
ласть, расположенную вблизи от левого теменно-затылочного шва.
В момент удара произошло уплощение чешуи затылочной кости,
что обусловило вклинение этого участка в кости свода черепа, в ре-
зультате чего возникла трещина, распространяющаяся до левого
большого крыла основной кости.
При длине тела 172 см и массе 70 кг гр-н 3. в случае само-
произвольного падения навзничь должен был удариться затылоч-
ной областью о бетонную
755 кгс.
При падении с высоты
(высота 0,45 м) траектория
щательное движение вокруг
ния подошв с плоскостью, до горизонтального положения и в даль-
нейшем свободное падение с высоты 0,45 м. Следовательно, скорость
в момент удара должна определяться как сумма линейной _скорости
движения головы при вращательном движении (V=4,62 УЬ) и ско-
рости свободного падения (V = y2gh). Проведенные расчеты показы-
вают, что сила удара затылочной областью головы при таком меха-
низме должна составлять от 748 до 875 кгс.
Силу, при которой образовался данный перелом костей черепа,
можно рассчитать, исходя из свойств черепа (гауссова кривизна,
толщина и жесткость костей черепа в месте удара). Жесткость
костей черепа гр-на 3. определялась по следующей формуле:
Е= (0,566 1g В—0,003) XI О5 кгс/см2 и составляет 0,8161IX
ХЮ5 кгс/см2. Коэффициент поперечной деформации (ц) 0,35.
С учетом этих данных сила определяется как сумма критической
2F<j277
нагрузки, рассчитываемой по формуле Рк=——------------- и разности
у 3U Iх/’
критической и приложенной нагрузок Рр = 14,7Х2,34Х, где X —ха-
рактер повреждения костей черепа (в данном случае Х=2).
252
площадку с силой в пределах 651 —
третьей ступеньки лестничного марша
движения головы иная, а именно: вра-
оси, проходящей в месте соприкоснове-
При ударе областью левого теменно-затылочного шва критиче-
ская нагрузка равна 534 кгс, разность нагрузок — 80 кгс, отсюда
сила равна 714 кгс. При нефиксированной голове около 30% энер-
гии удара расходуется на амортизацию мягких тканей, позвоночника,
и, следовательно, сила, приложенная в данном случае к области
теменно-затылочного шва, равна 1020 кгс. Подобные же расчеты
были проведены для области правого теменно-затылочного шва и
чешуи затылочной кости по средней линии; силы соответственно
составляют 831 и 1705 кгс.
Для определения возможной площади соударения на миллимет-
ровой бумаге был получен отпечаток предполагаемой области
соударения (левая половина верхней трети чешуи затылочной кости)
площадь которого оказалась равной 8 см2. Данная величина пло-
щади соударения, несомненно, меньше действительной площади, так
как не учтены толщина мягких тканей головы, степень выражен-
ности волосяного покрова головы (длина, толщина, густота и жест-
кость) и характер головного убора.
При данной площади соударения на единицу поверхности в слу-
чае самопроизвольного падения навзничь должно приходиться от
81,4 до 94,4 кгс/см2, а при падении с третьей ступеньки лестничного
марша (высота 0,45 м) —от 93,5 до 109,4 кгс/см2.
Полученные величины силы удара явно недостаточны для воз-
никновения данного перелома с учетом типа черепа (долихокран-
ный, хамекранный), формы затылочной области и толщины костей
черепа по ходу перелома.
С учетом силы, определенной по формуле, предложенной
С. А. Корсаковым (1977), на единицу поверхности соударения долж-
на приходиться нагрузка от 127,5 до 213,1 кг/см2, что могло обус-
ловить возникновение обнаруженного на костях черепа перелома.
Следовательно, для возникновения данной силы в случае удара
затылочной областью при падении с высоты 0,45 м на бетонную
площадку необходимо предшествующее ускорение (толчок или удар).
Подтверждением этого могут служить две ушибленные раны
в затылочной области (образование ушибленных ран при падении
в головном уборе типично для случаев с наличием предшествующе-
го ускорения), а также признаки так называемого противоудара
со стороны головного мозга (ушиб вещества головного мозга в об-
ласти височных и левой лобной долей).
Учитывая характер и локализацию повреждений на лице гр-на 3.
(кровоподтек на нижнем веке правого глаза, ссадина на спинке
носа и две ссадины на подбородке), можно полагать, что они воз-
никли 21/XII 1974 г. от не менее чем двукратного воздействия тупых
твердых предметов, что обусловило падение гр-на 3. со ступенек
лестничного марша. Наиболее вероятно, что потерпевший и нападав-
ший в момент причинения ударов находились стоя лицом друг
к другу.
Данное заключение позволило органам следствия установить
истинную картину происшествия и привлечь к ответственности ви-
новного, от толчка которого пострадавший упал навзничь и получил
смертельную черепно-мозговую травму.
Наряду с повреждениями при падении на плоскости
выявлены определенные закономерности между физи-
ческими параметрами механических роздействий и осо-
253
бенностями возникающих повреждений при других ви-
дах черепно-мозговой травмы. В частности, установлена
зависимость направления переломов костей свода и ос-
нования черепа от направления удара тупым твердым
предметом при распространенном действии, при ударе
предметом с ограниченной поверхностью соударения
при различной форме и неодинаковой площади, при
перпендикулярном воздействии предмета и под углом,
влияние на ход переломов, проходящих через швы и
естественные отверстия, выявлена определенная зави-
симость повреждений головы от силы удара и т. д.
Как показывает судебно-медицинская практика, ор-
ганы следствия и суда все реже удовлетворяются за-
ключениями экспертов о причинении повреждений ту-
пыми орудиями или предметами, действующими со
«значительной» или «небольшой» силой, а указывают на
необходимость получения более конкретных данных о
силе ударного воздействия, явившегося причиной того
или иного повреждения.
Определение величины травмирующей силы является
одной из наиболее сложных задач, возникающих в ходе
экспертиз по поводу механических повреждений. Вот по-
чему разрешение подобных вопросов стало в настоящее
время все чаще и чаще являться поводом к проведению
повторных судебно-медицинских экспертиз.
В этом отношении весьма показательна экспертиза, проведенная
комиссией по сложным делам при Московском городском бюро
судебно-медицинской экспертизы в связи с насильственной смертью
мальчика К., 11 дней (О. Ф. Салтыкова, Н. П. Пырлина, Г. С. Бо-
лонкин и др., 1972). Согласно материалам расследования, младенец
получил травму головы в результате удара о плоскую спинку одно-
го из двух стульев, на которых была размещена его временная
постель. Со слов отца ребенка, причинившего травму, удар произо-
шел в момент перекладывания его на рядом стоящую кровать
(с целью пеленания) и явился результатом его неосторожных дей-
ствий. Непосредственно после травмы каких-либо отклонений в по-
ведении ребенка его отец не заметил. Однако когда пришла времен-
но отсутствовавшая мать младенца, она сразу обратила внимание
на хриплое дыхание сына, пену, выступающую изо рта и «вздутие»
в области его головы. Ребенок вскоре был доставлен в поликлинику,
откуда с диагнозом «обширная гематома правой теменной области;
травма черепа» направлен в больницу имени И. В. Русакова. При
осмотре мальчика хирургом было отмечено: «резкая деформация
головы за счет гематомы в правой теменно-затылочной области,
рвота, редкое дыхание, брадикардия». На рентгенограмме установлен
перелом правой теменной кости. Состояние младенца с каждым
часом ухудшалось и в тот же день при явлениях остановки сердсч-
254
ной деятельности последовала его смерть. Реанимационные меро-
приятия эффекта не дали. При судебно-медицинском исследовании
установлено: труп ребенка мужского пола, массой 3125 г, длиной
тела 53 см. В правой теменной области — припухлость сине-багро-
вого цвета на участке 4,5X3 см, соответственно которой в мягких
тканях обнаружено кровоизлияние темно-красного цвета толщиной
1,2 см, которое распространялось на затылочную и частично височ-
ную области. Соответственно правой теменной кости обнаружен
линейный горизонтально расположенный перелом, идущий через
вершину теменного бугра, длиной 7 см, доходящий до венечного и
ламбдовидного швов, где соответственно на участках длиной 1,5 и
1,3 см наблюдались их расхождения. Остальные кости свода и
основания черепа целы. Под неповрежденной твердой мозговой
оболочной височно-теменных областей усматривалось небольшое
скопление жидкой крови, а в левой лобно-височной области — суба-
рахноидальное кровоизлияние на участке 4X2 см, в желудочках
мозга — кровянистая жидкость. В позвоночном канале — небольшое
количество жидкой крови. Под твердой мозговой оболочкой спинного
мозга на всем его протяжении — жидкая кровь. При гистологическом
исследовании в веществе мозга обнаружены мелкие очаги кровоиз-
лияний, в легких — участки ателектазов.
Согласно заключению эксперта, смерть младенца последовала
от «ушиба головного мозга, наступившего от действия тупого твер-
дого предмета. Место приложения силы — правая теменная область
головы с образованием закрытого перелома правой теменной кости».
В связи с подозрением на умышленное причинение повреждений и
для решения вопроса о виновности отца ребенка важное значение
для следствия имело установление силы удара, причиненного мла-
денцу. В ходе первой экспертизы этот вопрос разрешен не был, что
и послужило поводом к назначению повторной судебно-медицинской
экспертизы.
На разрешение экспертной комиссии была поставлена задача —
по характеру причиненных повреждений дать заключение о силе
удара в момент получения травмы, а в зависимости от этого уста-
новить, были ли обнаруженные повреждения причинены случайно
или для их получения необходимо было применить дополнительные
усилия со стороны подозреваемого.
Каких-либо сведений в отношении определения силы удара по
характеру повреждений костей черепа новорожденных или младен-
цев первых дней жизни ни в отечественной, ни в зарубежной лите-
ратуре обнаружено не было. Это обстоятельство потребовало про-
ведения специальных опытов по моделированию повреждений голо-
вы новорожденных, осуществленных в условиях, максимально при-
ближенных к имевшимся на месте происшествия. Эксперименты
осуществлялись на стенде конструкции Г. С. Болонкина (описанного
в главе IV), работающего по принципу физического маятника и
обеспечивающего в зависимости от углов падения различные силы
удара плоской ударяющей поверхностью. Для экспериментов исполь-
зовались биоманекены — трупы 6 новорожденных, умерших при
явлениях внутриутробной асфиксии и не имеющих каких-либо по-
вреждений мягких тканей головы и костей черепа. Эксперименты
проводились в течение первых 24 ч после смерти, когда не успевали
развиться гнилостные изменения, что позволило сопоставить экспери-
ментально полученные повреждения с прижизненной травмой, обна-
руженной при вскрытии трупа ребенка.
255
Перед опытом биоманекены младенцев помещали в специаль-
ную подставку, которая фиксировала туловище в горизонтальном
положении (по аналогии с пеленанием). При этом головка остава-
лась свободной и могла свободно перемещаться. Удар заносился
в правую височно-теменную область головы с углами наклона маят-
ника от 5 до 30°. Процесс удара фиксировали скоростной кино-
съемкой, дешифровка кадров которой позволила установить время
удара и путь, пройденный маятником, что использовалось для рас-
четов скорости подхода маятника и силы удара.
Проведенные эксперименты показали, что первые повреждения
теменных костей черепа новорожденных возникали при силе удара
200 кгс. В этих случаях на теменных костях появлялись две линей-
ные, горизонтально расположенные трещины длиной 1,5 и 3 см,
начинающиеся на границе теменной кости с затылочной и лобной,
которые слепо заканчивались, не доходя 2—2,5 см до теменного
бугра. При увеличении силы удара до 340—360 кгс трещины при-
обретали большую распространенность, сохраняли горизонтальное
направление и проходили через теменные бугры, достигая соответст-
вующих швов, или на расстоянии 0,5—1 см от них спускались вниз
на участках длиной 2—2,5 см. По своему характеру эти трещины
были наиболее близки к обнаруженным при экспертизе трупа мла-
денца. При силе удара более 390—410 кгс трещины резко отлича-
лись от последних — локализовались в области теменных бугров и
имели крестообразный вид, а их горизонтальные и вертикальные
части соответственно достигали венечных, затылочных и продольных
швов.
Проведенные опыты позволили установить, что перелом правой
теменной кости, обнаруженный у младенца, является результатом
удара силой более 200 кгс. Такой удар, с учетом конкретных усло-
вий его причинения — небольшого расстояния от головки младенца
до места соударения — спинки стула, не мог иметь место без допол-
нительных усилий, и случайное его нанесение полностью исклю-
чается. Данное заключение получило подтверждение в процессе рас-
следования преступления.
Проведенные эксперименты показали также большую
резистентность костей свода черепа новорожденных к
ударным воздействиям, что следует объяснить значи-
тельной упругостью и эластичностью их костей. При
этом нельзя не учитывать также, что отсутствие компак-
тных швов между отдельными костями свода черепа
новорожденных и младенцев обеспечивает их большую
подвижность, значительно амортизирующую ударные
усилия.
Приведенные примеры показывают сложность про-
ведения подобных экспертиз и необходимость биомеха-
нических исследований для разрешения поставленных
перед экспертизой вопросов.
Эксперименты на биоманекенах подтверждают дан-
ные судебно-медицинской и клинической практики о том,
что при различных механизмах травмы, причиненной
256
тупыми предметами, возможны сходные повреждения.
Например, при моделировании падения человека на
плоскости и ударе его о жесткую поверхность областью
затылочного бугра часто образуются овальные перело-
мы основания черепа. Эти переломы имеют сходство с
кольцевидными переломами основания черепа, наблю-
дающимися при ударах головой у ныряльщиков и в слу-
чаях падения с высоты на ноги и ягодицы.
В наших исследованиях при однократном ударе за-
тылком о гладкую жесткую поверхность в ряде случаев
отмечались не только одиночные, но и множественные
параллельные ушибленные раны, которые обычно рас-
сматриваются как последствия многократно нанесенных
ударов.
Такое сходство может служить источником эксперт-
ных ошибок, если при оценке обнаруженных повреж-
дений в каждом конкретном случае, наряду с тщатель-
ным анализом обстоятельств происшествия, детальным
исследованием имеющихся повреждений, не будут при-
ниматься во внимание результаты биомеханических
исследований по моделированию подобных поврежде-
ний.
17 А. П. Громов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В отличие от биомеханики движений биоме-
ханика повреждений начинает только развиваться.
Свидетельством этому является сравнительно неболь-
шое число исследований, опубликованных в медицинской
и другой специальной литературе. Подавляющее боль-
шинство работ касается прочностных свойств отдельных
костей и других тканей человека и животных. Резуль-
таты этих исследований весьма противоречивы, что
связано с большим разнообразием изучаемых объектов
и методик исследования, значительная часть которых
не позволяет получить достоверные данные. Это обсто-
ятельство весьма затрудняет использование методик
как для дальнейшего развития биомеханики, так и для
применения полученных результатов в медицинской
практике, в частности в судебно-медицинской эксперти-
зе. Кроме того, проводимое до сих пор эксперименталь-
ное изучение повреждений на животных, на изолиро-
ванных костях и других тканях человека является для
медицины лишь ориентировочным из-за невозможности
проведения четких анатомо-физиологических парал-
лелей.
Экспериментальное моделирование повреждений на
биоманекенах лишено этих недостатков. Оно открывает
широкие пути к всестороннему изучению травм не толь-
ко в клинико-анатомическом и судебно-медицинском
аспектах, но и в биомеханическом обосновании новых
средств защиты (защитные каски, шлемы, привязные
ремни в автомобилях, предохранительные пояса мон-
тажников и др.).
Нами обобщен 10-летний опыт работы коллектива
кафедры судебной медицины I ММИ имени И. М. Се-
ченова по биомеханике черепно-мозговой травмы, по-
вреждений позвоночника и грудной клетки. Проведение
258
биомеханических исследований на специальных стендах
и устройствах, большинство из которых сконструировано
и изготовлено самими экспериментаторами, с использо-
ванием комплекса современных методик исследования
на биоманекенах позволило получить новые результаты.
Высокому методическому уровню этих исследований спо-
собствовало участие в них ряда высококвалифицирован-
ных специалистов точных наук (математиков, физиков,
инженеров).
Большинство наших исследований касалось черепно-
мозговой травмы и повреждений позвоночника, посколь-
ку биомеханика подобных повреждений наименее изуче-
на, а мнения отдельных авторов по этим вопросам весь-
ма противоречивы.
Основное внимание уделялось моделированию по-
вреждений костей. Это связано с тем, что проведенные
исследования прочности живой и консервированной ко-
стной ткани показали, что прочностные свойства «жи-
вой» и «мертвой» кости в течение длительного времени (1
мес и более) существенно не изменяются и фактически не
различаются между собой. Хранение костной ткани в
формалине и воде не оказывает заметного влияния на
сопротивляемость ее к ударным нагрузкам. Отсюда
правомерно сравнение характера экспериментальных
повреждений костей с повреждениями, встречающимися
в практике, что дает основание использовать полученные
результате в клинике и судебно-медицинской экспертизе.
В процессе проведения экспериментальных исследо-
ваний широко использовался метод определения усилий
и ударных импульсов с помощью тензометрических уст-
ройств типа мессдоз, защищенный авторским свиде-
тельством в 1973 г.
Полученные данные позволили установить опреде-
ленные закономерности между величинами действующих
сил и особенностями повреждений, которые находятся
в зависимости не только от параметров удара, но и его
локализации и индивидуальных особенностей организ-
ма. Это дает возможность использовать полученные ре-
зультаты в практике судебно-медицинской экспертизы
для установления величин действующих сил и механиз-
ма травмы по характеру имеющихся повреждений.
При выявлении математической зависимости между
параметрами механического воздействия и характером
образующихся повреждений мы стремились к тому, что-
17
259
бы эта сложная зависимость была выражена теми вели-
чинами, которые доступны для измерения любому врачу
(длина тела, масса, форма головы и т. д.).
Учитывая большую вариабельность индивидуальных
особенностей человеческого организма, существенно
влияющих на характер повреждений, мы стремились
учитывать их путем проведения большого числа экспе-
риментов и статистической обработки материала, в кото-
ром имели место различные отклонения в анатомичес-
ком строении тела (истончение и утолщение костей че-
репа, различная форма черепа, длинная и короткая шея,
различная форма грудной клетки и др.).
Экспериментальные данные по определению проч-
ности и жесткости костей свода черепа с учетом воз-
раста человека, толщины его костей, кривизны и радиу-
са наружной поверхности головы позволили вывести
алгоритм определения величины нагрузки, влекущей за
собой образование переломов костей свода черепа.
Кроме чисто прикладных задач, в процессе наших
исследований удалось получить ряд данных, имеющих
большое теоретическое значение. В первую очередь это
относится к установлению нового механизма закрытой
черепно-мозговой травмы. Проведенные эксперименты
показывают, что основным фактором в механизме за-
крытой черепно-мозговой травмы является деформация
костей черепа, что получило подтверждение и в про-
цессе математического моделирования. Эти данные по-
зволили существенно поколебать теорию кавитации
(A. I. Gross, 1958), которая сейчас является домини-
рующей в объяснении механизма закрытой черепно-
мозговой травмы. Наша теория закрытой черепно-
мозговой травмы хорошо объясняет однотипность уши-
бов мозга при различных механизмах травмы, что имеет
большое значение в клинике и судебно-медицинской
экспертизе.
К настоящему времени накоплен значительный опыт
по применению данных биомеханики в практике прове-
дения ряда сложных судебно-медицинских экспертиз,
в которых результаты наших исследований получили
практическую апробацию и подтверждение в процессе
следствия и суда.
ЛИТЕРАТУРА
Авдеев Б. А. Техника определения механических свойств металлов.
М., Машгиз, 1952, 412 с.
Алексеев В. П. Остеометрия. — Методика антропологических иссле-
дований. М., Медгиз, 1966, 251 с.
Аникин Ю. М. Прочность позвонков человека в возрастном аспекте.
Автореф. дис. канд. Казань, 1872, 17 с.
Аникин Ю. М., Карманская М. М. Расчет прочности позвонков че-
ловека. — В кн.: Биомеханика. Труды Рижского НИИ травма-
тологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 43—45.
Аникин Ю. М., Обысов А. С. Структура и прочность позвонков че-
ловека.— В кн.: Биомеханика. Труды Рижского НИИ травмато-
логии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 45—46.
Антуфьев И. И., Бойцов В. М., Лемасов В. Б. и др. Повреждение
костей черепа при дозированных ударах. — В кн.: Сборник тру-
дов науч, об-ва судебных медиков Лит. СССР. Каунас, 1965,
т. 2, с. 93—95.
Батуев Г. С., Голубков Ю. В., Ефремов А. К., Федосов А. А. Инже-
нерные методы исследования ударных процессов. М., «Машино-
строение», 1969, 248 с.
Белова Т. И., Хрисанфова Е. Н. Линии расщепления на скелете че-
ловека. — Труды 6-го Всесоюз. съезда анатомов, гистологов и
эмбриологов. Харьков, 1961, т. 2, с. 554—556.
Беляев Н. М. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.
М., Гостехиздат, 1956, 286 с.
Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М., «Наука», 1965, 856 с.
Бермант А. Ф., Араманович И. Г. Краткий курс математического
анализа. М., «Наука», 1969, 736 с.
Бернштейн Н. А. Общая биомеханика. Основы учения о движениях
человека. М., РИО ВСЦПС, 1926, 416 с.
Богданов В. А., Прудковский Б. А., Воронов В. А. К физико-техни-
ческой экспертизе падения человека с высоты. — В кн.: Моде-
лирование повреждений головы, грудной клетки и позвоночника.
М., 1972, с. 16—28.
Болонкин Г. С. К вопросу определения центров масс и моментов
инерции человека. — Труды Московск. ин-та радиотехники, элек-
троники и автоматики, 1969, вып. 38, с. 72—95.
Бугуев Г. Т. Обоснование судебно-медицинских критериев поврежде-
ний скелета грудной клетки при травме тупыми предметами.
Автореф. дис. канд. Барнаул, 1969.
261
Бунак В. В. Лицевой скелет и факторы, определяющие вариации
его строения. — В кн.: Антропологический сборник. М., 1960,
т. 2, с. 84—152.
Бунак В. В. Линии расщепления костей черепа в сопоставлении
с линиями силовыми и ростовыми. — «Арх. анат»., 1964, № 3,
с. 43—53.
Веремкович И. А. Повреждения костей черепа при дозированных
ударах затылочной областью головы. Автореф. дис. канд. М.,
1969.
Гернет М. М., Ратобыльский В. Ф. Определение моментов инерции.
М., Машиностроение, 1969, 228 с.
Гладышев Ю. М. Формирование и перестройка первичных гаверсо-
вых систем. — «Судебно-медицинская экспертиза», 1965, № 4,
с. 9—15.
Годлевска М. А. Изменение механических свойств мозговых артери-
альных сосудов с возрастом. — В кн.: Биомеханика. Труды
Рижского НИИ травматологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13,
с. 137—141.
Гозулов С. А., Корженьянц В. А., Скрынник В. Г. Исследование
прочности и механизма переломов позвонков. — В кн.: Моде-
лирование повреждений головы, грудной клетки и позвоночни-
ка. М., 1972, с. 122—130.
Горячкина Г. П. Клинико-анатомические сопоставления в остром
периоде закрытой травмы черепа и головного мозга. — В кн.:
Сборник, посвященный памяти В. Н. Шамова. Киев, 1966, с. 32.
Гринбейн С. В. К вопросу определения прочностей костей черепа.
В кн.: Вопросы судебной травматологии. Киев, 1969, вып. 2,
с. 9—12.
Громов А. П., Прудковский Б. А., Ромодановский О. А. и др. Новый
метод измерения силы удара в судебной травматологии. — «Су-
деб.-мед. эксперт.», 1971, № 2, с. 8—10.
Громов А. П., Пырлина Н. П., Потапов В. И. и др. Биомеханические
обоснования требований к защитной каске. — В кн.: Тезисы
докл. Всесоюз. конф. «Пути повышения качества и эффективно-
сти средств индивидуальной защиты и совершенствования ме-
тодов их оценки». М., 1976, с. 116—119.
Г ромов А. П., Салтыкова О. Ф., Антуфьев И. И. и др. Исследова-
ние повреждений костей черепа в эксперименте при дозирован-
ных ударах. — «Судеб.-мед. эксперт.», 1967, № 3, с. 14—20.
Громов А. П., Пырлина Н. П., Живодеров И. Н. и др. Исследование
устойчивости шейного отдела позвоночника к динамическим
нагрузкам растяжения по оси. — «Судеб.-мед. эксперт.», 1976,
№ 3, с. 7—11.
Г ромов А. П., Пырлина Н. П., Антуфьев И. И. и др. Моделирование
повреждений позвоночника при дозированных динамических на-
грузках.— «Судеб.-мед. эксперт.», 1970, № 4, с. 6—12.
Г ромов А. П., Ошанин И. Д., Маслов А. В. К определению силы
удара головой при падении человека с высоты своего роста. —
В кн.: Вопросы судебно-медицинской экспертизы. М., 1968,
вып. 4, с. 10—12.
Громов А. П., Щербин Л. А., Ромодановский О. А. и др. К вопро-
су установления параметров удара при действии предмета с ог-
раниченной плоской поверхностью. — В кн.: Моделирование по-
вреждений головы, грудной клетки и позвоночника. М.-, 1972,
с. 43—47.
262
Гуттер Р. С., Овчинский В. В. Элементы численного анализа и ма-
тематической обработки результатов опытов. М., Наука, 1970,
472 с.
Данилов В. И. Динамика прочностных свойств межпозвонковых дис-
ков шейного отдела позвоночного столба человека в возрастном
аспекте. — В кн.: Биомеханика. Труды Рижского НИИ травма-
тологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 46—49.
Дербоглав В. В. Судебно-медицинская оценка повреждений костей
черепа в зависимости от условий падения на плоскости и харак-
тера поверхности соударения. Дис. канд. М., 1975.
Дербоглав В. В., Живодеров И. Н., Фарбер Ф. Е. Эксперименталь-
ное установление характера переломов костей черепа в зависи-
мости от локализации удара и поверхности соударения. — В кн.:
Моделирование повреждений головы, грудной клетки и позво-
ночника. М., 1972, с. 71—74.
Добряк В. И. К особенностям минерализации костной ткани в за-
висимости от возраста по данным микрорентгенографии. — В кн.:
Проблемы геронтологии и гериатрии в ортопедии и травмато-
логии. Киев, 1966, с. 70—72.
Зайченко А. И. Структура костей свода черепа человека. Труды
7-го Междунар. конгресса антропологических и этнографиче-
ских наук. М., 1967, т. 2, с. 503—508.
Зебольд А. Н. Возникновение переломов основания черепа. Дис.
докт. Т. 1—2. Л., 1943.
Зорохович О. Л. Пластика дефектов костей свода черепа костными
трансплантатами. Автореф. дис. канд. М., 1973.
Иваницкий М. Ф. К учению о центре тяжести человеческого тела. —
В кн.: Труды 4-го Всесоюз. съезда зоологов, анатомов и гистоло-
гов. Киев, 1930, с. 241—242.
Игнатовский А. С. К вопросу о переломах черепа. Из судебно-меди-
цинского кабинета университета св. Владимира. Киев, 1892, 78 с.
Иоффе И. Л., Черномаигенцев А. Н., Ярцев Ю. А. Вопросы изучения
механических свойств некоторых мягких тканей и органов тела
человека. — В кн.: Биомеханика. Рига, 1975, вып. 13, с. 174—177.
Иргер И. М. Патогенез, дифференциально-диагностические признаки
и лечение разных видов внутричерепных кровоизлияний травма-
тической этиологии. — Труды науч, сессии ин-та им. Склифосов-
ского. М., 1963, т. 8, с. 27—34.
Касавина Б. С., Торбенко В. П. Жизнь костной ткани. М. «Наука»,
1972, 143 с.
Клушина Т. И., Кассель Л. 3. Переломы основания черепа. — «Сов.
хир.». 1935, № 6, с. 294—307.
Ковнер С. История древней медицины. Вып. 2. Киев, 1888, 360 с.
Козырев Г. С. Центр тяжести человека в норме и при некоторых
заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Автореф. дис
докт. Харьков, 1962.
Корсаков С. А. Прибор для определения кривизны свода черепа
человека. — В кн.: Материалы 34-й Науч, студенческой сессии
1-го Московск. мед. ин-та. М., 1972, с. 135—136.
Корсаков С. А. Механические свойства свода черепа человека и
их судебно-медицинское значение. Дис. канд. М., 1977.
Корсаков С. А., Савостин Г. А. Сравнительная характеристика, жи-
вой и мертвой костной ткани при статической и динамической
нагрузках. — В кн.: Механика полимеров. Рига, 1975, № 4,
с. 647—649.
263
Корсаков С. А., Ромодановский О. А., Щербин Л. А., Маслов А. В.
К вопросу о зависимости положения общего центра тяжести и
величины момента инерции от позы человека. — В кн.: Модели-
рование повреждений головы, грудной клетки и позвоночника.
М., 1972, с. 40—43.
Корчиц П, И. Механизм и классификация переломов основания чере-
па у долихо- и брахицефалов. Дис. Минск, 1927.
Кочеткова В. И. Факторы, определяющие форму и рельеф эндокра-
на.— «Вопр. антропол.», 1960, № 1, с. 15—30.
Крюков В. И. Значение топографии напряжений в костной ткани
при установлении механизмов и условий травмы. — В кн.: Мате-
риалы 5-й Всесоюз. науч. конф, судебных медиков. Л., 1969,
т. I, с. 143—145.
Крюков В. Н. Механизмы переломов костей. М., Медицина, 1971у
108 с.
Крюков В. Н. О некоторых физических явлениях, возникающих
в костной ткани при механических нагружениях. — В кн.: Во-
просы судебной медицины и экспертной практики. Чита, 1973,
вып. 5, с. 256—258.
Крюков В. Н., Мищенко Ж. Д. К вопросу о механизме повреждений
костей лицевого скелета при травме тупыми предметами. —
«Судеб.-мед. эксперт.», 1970, 3, с. 9—14.
Крюков В. Н., Плаксин В. О. Особенности переломов шейного отде-
ла позвоночника в зависимости от его биомеханических свойств-
при некоторых видах травмы. — «Судеб.-мед. эксперт.», 1977,
№ 4, с. 10—12.
Кузнецов И. А. Некоторые данные о химическом составе костей. —
Труды Саратовского мед. ин-та. Саратов, 1960, с. 31/48, с. 127—
131.
Кузнецов Н. Г. Переломы основания черепа. — «Хирургия», 1938,.
№ 9—10, с. 71—85.
Купч Я. А., Валдовскис Г. Ж., Путныныи К. Я. Проблема амортиза-
ции черепно-мозговых повреждений с помощью защитных шле-
мов. — В кн.: Биомеханика. Труды Рижского НИИ травматоло-
гии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 11—44.
Курме Д. А. Механические свойства базальных артерий головного
мозга при смертельной черепно-мозговой травме. — В кн.: Биоме-
ханика. Рига, 1975, вып. 13, с. 143—146.
Курме Д. А., Купч Я. А. Черепно-мозговые повреждения в зависи-
мости от пусковых механизмов. — В кн.: Биомеханика. Труды
Рижского НИИ травматологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13,
с. 14—16.
Лабадзе Т. С., Мчедлишвили Г. И. Исследование биомеханики сте-
нок внутренних сонных артерий. — В кн.: Биомеханика. Рига,
1975, вып. 13, с. 146—149.
Мунтян С. С. Новые признаки переезда тела железнодорожным
транспортом. — В кн.: Вопросы травматологии, токсикологии,
скоропостижной смерти и деонтологии в экспертной практике.
М., 1966, вып. 3, с. 20—23.
Латышенко В. А. Диагностика жесткости и прочности материалов.
Рига, «Зинатне», 1968, 320 с.
Лесгафт П. Ф. Основы теоретической анатомии. Ч. 1. СПб., 1892г
337 с.
264
Лощилов В. И. Внутренние собственные напряжения в трубчатых
костях животных. — «Ортопед, травматол.», 1971, № 8, с. 63—68.
Маслов А. В. Повреждения костей черепа при дозированных ударах
лобно-теменной областью головы. Дис. канд. М., 1970.
Матвеев Д. Н. Травма головы и связанные с нею повреждения уха
и носа. Дис. докт. Хабаровск, 1949.
Налимов В. В. Теория эксперимента. М., Наука, 1971, 207 с.
Никитюк Б. А. Экспериментально-морфологическое исследование зна-
чения функции М. temporalis и М. Masseter в формообразова-
нии черепа. — «Арх. анат.», 1959, № 12, с. 56—71.
Никитюк Б. А. Влияние височных мышц на формообразование чере-
па. (Экспериментальное исследование). — В кн.: Труды 6-го
Всесоюз. съезда анатомов, гистологов и эмбриологов. Харьков,
1971, т. 1, с. 282—284.
Никитюк Б. А. О роли зубного аппарата в формообразовании чере-
па. (Экспериментально-морфологическое исследование). — «Сто-
матология», 1965, 3, с. 73—77.
Николаев Г. А., Лощилов В. И., Газарян А. С., Бабаев Э. П. Соб-
ственные напряжения в черепной костной ткани. — В кн.: Био-
механика. Рига, 1975, вып. 13, с. 29—31.
Новиков П. И. Об упругих деформациях костей черепа при ударах
тупыми предметами. — В кн.: Материалы 5-й Всесоюз. науч,
конф, судебных медиков. Л., 1969, т. 1, с. 127—129.
Новиков П. И. Основные характеристики прочности костей черепа
челО1века. — В кн.: Моделирование повреждений головы, грудной
клетки и позвоночника. М., 1972, с. 79—84.
Обысов А. С. Надежность биологических тканей. М., «Медицина»,
1971, 104 с.
Обысов А. С., Владиславлева Н. А. Эласто-динамическпе свойства
крупных сосудов человека. — В кн.: Тезисы 7-го Всесоюзн. съез-
да анатомов, гистологов, эмбриологов. Тбилиси, 1966, с. 59.
Овечкин А. М. Расчет железобетонных осесимметричных конструкций
(оболочек). М., Госстройиздат, 1961, 259 с.
Пальцев Е. И., Саровский Э. Б. Вязкоупругие и пластические свой-
ства живого мозга. — В кн.: Биомеханика. Труды Рижского
НИИ травматологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 16—23.
Пауткин Н. М., Матвеев Д. Н. Структура черепа в математической
перспективе. Казань, 1930, 20 с.
Пауткин Н. М., Матвеев Д. Н. Сопротивление черепа человека ме-
ханическим воздействиям. Казань, 1934, 30 с.
Пауткин Н. М., Матвеев Д. Н. Сопротивляемость головы человека
механическим воздействиям. Казань, 1935, 46 с.
Пашкова В. И. Очерки судебно-медицинской остеологии. М., Мед-
гиз, 1963, 155 с.
Перышкин А. В. Курс физики. Ч. II. М., «Просвещение», 1966, 240 с.
Петров В. А. Момент инерции тела человека и его ориентировочный
расчет. — «Теор. и практ. физкульт.», 1967, № 12, с. 48—52.
Плаксин В. О. Судебно-медицинские критерии обстоятельств проис-
шествия в случаях травмы шейного отдела позвоночника. Авто-
реф. дис. канд. Барнаул, 1976.
Повицкий А. С., Рабинович Б. А., Тардов В. М. и др. Купол с плос-
ким основанием как модель черепа человека при механических
нагрузках. — «Биофизика», 1974, № 6, с. 1087—1091.
Погорелов А. В. Геометрические методы в нелинейной теории упру-
гих оболочек. М., «Наука», 1967, 280 с.
265
Поляков А. Н. Возрастная характеристика структуры минерального
компонента костной ткани человека. — «ОртопеД- травматол.»,
1968, № 5, с. 36—39.
Пырлина Н. П., Щербин Л. А., Богуславская Т. Б. и др. К методике
определения устойчивости связочного аппарата И других струк-
тур изолированного позвоночника к статическим нагрузкам. —
В кн.: Моделирование повреждений головы, грудной клетки и
позвоночника. М., 1972, с. 138—141.
Пырлина Н. П., Салтыкова О. Ф., Живодеров Н. Н. и др. Модели-
рование повреждений шейного и верхнегрудного отделов позво-
ночника при боковых наклонах головы под действием стати-
ческих дозированных нагрузок. — «Судеб.-мед. экспеРтиза», 1975,
№ 3, с. 6—11.
Пырлина Н. П., Салтыкова О. Ф., Корженьянц В. А. и др. Модели-
рование повреждений шейного и верхнегрудного отделов позво-
ночника при вентральном сгибании под действием статических
и динамических дозированных нагрузок. — В кН- Моделирова-
ние повреждений головы, грудной клетки и позвоночника. М.,
1972, с. 111 — 122.
Пырлина Н. П„ Салтыкова О. Ф., Болонкин Г. С. и др. Характери-
стика экспериментальных повреждений шейного и верхнегрудно-
го отделов позвоночника при дозированных ударах в теменную
область головы. — В кн.: Моделирование повреждений головы,
грудной клетки и позвоночника. М., 1972, с. 131—135.
Пырлина И. П., Дербоглав В. В., Салтыкова О. Ф. « др. Экспери-
ментальные повреждения шейного и верхнегрудного отделов
позвоночника при падении на плоскости и ударе затылком о по-
крытие.— «Судеб.-мед. эксперт.», 1974, № 4, с. 5—9.
Пырлина Н. П., Корженьянц В. А., Богуславская Т. Б- и др. Харак-
теристика повреждений шейного и верхнегрудного отделов.
Прудковский Б. А., Громов А. П., Ромодановский О- А. и др. Уст-
ройство для моделирования нанесенных по телу человека уда-
ров. Авт. свид. СССР, № 383447. М., 1973.
Ромодановский О. А., Щербин Л. А., Дербоглав В. В- Установление
силы и времени удара затылочной областью головы при само-
произвольном падении человека на плоскости.—'В кн.: Модели-
рование повреждений головы, грудной клетки и позвоночника.
М„ 1972, с. 36—39.
Ромодановский О. А., Щербин Л. А., Савостин Г. А., Дербоглав В. В.
К вопросу о математическом моделировании самопроизвольного
падения человека на плоскости. — В кн.: Моделирование по-
вреждений головы, грудной клетки и позвоночника. М., 1972,
с. 28—36.
Салтыкова О. Ф., Болонкин Г. С., Пырлина Н. П. tA др. К вопросу
об экспериментальном определении прочности когтей свода чере-
па. — В кн.: Моделирование повреждений головгЫ, грудной клет-
ки и позвоночника. М., 1972, с. 74—79.
Салтыкова О. Ф., Антуфьев И. И., Пырлина Н. П. и др. Методика
моделирования повреждений костей черепа и значение экспери-
ментальных данных для судебно-медицинской пр актики. — В кн.:
Моделирование повреждений головы, грудной клетки и позво-
ночника. М., 1972, с. 61—71.
Свадковский Б. С. Возрастная перестройка костной ткани. М.,
Изд-во Акад. пед. наук РСФСР, 1961, 110 с.
266
Семенников В. С., Янковский В. Э. О предварительном определении
топографии напряжений в костной ткани методом хруПких /ла_
ковых) покрытий. — В кн.: Актуальные вопросы мрпшшии
Барнаул, 1970, с. 20—21. рицины.
Семенов И. Н. К вопросу о крепости костей детского чеоепа —
В кн.: Судебно-медицинская экспертиза и кримина/1иетвка ’ на
службе следствия. Ставрополь, 1965, вып. 4, с. 223—225.
Семенов Н. Н. Электротензометрические исследования свода дет-
ского черепа при дозированных нагрузках. — В кн.: Матепиалы
5-й Всесоюз. науч. конф, судебных медиков. Л., 19rq р т
с. 118—120. ’ ’
Сингур Н. А. Ушибы мозга. (Механизмы возникновения, патологи-
ческая анатомия, судебно-медицинская диагностика), дд ддр
дицина», 1970, 224 с.
Смирнов Л. И. Патологическая анатомия и патогенез 'травматиче-
ских заболеваний нервной системы. Ч. 2. М., 1949, 266 с
Степин П. А. Сопротивление материалов. М., «Высшая школа>> 1968
424 с.
Суетина В. А. Механическая прочность на удар лобной чещуи HQB0.
рожденных. — В кн.: Биомеханика. Труды Рижского НИИ трав-
матологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13, с. 26—-2g р
Сысак Н. С. Материалы для возрастной морфологии черепа челове-
ка. В кн.: Антропологический сборник. М., I960 вып о
с. 29—41. ’ ’
Таре С. М. Краткий курс теоретической механики. М., «НауКа>> 1957
478 с.
Татиев К. И., Кобызев Д. М. К вопросу о крепости костей челове-
ка.— Труды Гос. НИИ судебной медицины. М., 1949, с yj________
Трубников Е. Т. Исследование и совершенствование средСтв инди’
видуальной защиты головы горнорабочего от травм. ДИс канд
Москва—Донбасс, 1971.
Тутевич В. И. Теория спортивных метаний. М., «Физиуп, Tvn„
спорт», 1969, 312 с. УР
Угрюмое В. М. Закрытая травма черепа и головного мозга
Труды 1-й Всесоюз. конф, нейрохирургов. Л., 1958, с' 83JL90
Уемов А. И. Аналогия в практике научного исследования М
«Наука», 1970, 264 с.
Урысон М. И. Связь степени развития височных мышц с морфологи-
ческими особенностями мозгового и лицевого отделов черепа
человека. — В кн.: Вопросы антропологии. М., 1965, вып ц
с. 3—15.
Урысон М. И. Материалы к исследованию вариабельности абсолют-
ных размеров сагиттальной дуги черепа и ее компонентов у со-
временного человека. — В кн.: Вопросы антропологии, д^ incg
вып. 32, с. 172—181.
Фон-Гирке X. Е., Бринкли Дж. В. Ударные ускорения.________3 кв •
Основы космической биологии и медицины. М., 1975 т 2
с. 232—264.
Циммерман С. Э. К вопросу о методах сопротивляемости живой
ткани механическим силам. — В кн.: Труды Среднеазиатского
мед. ин-та. Ташкент, 1935, т. 1, вып. 1, с. 300—351.
Чернейкин В. А., Шолпо Л. Н. Дальнейшее изучение модели черепа
человека в виде купола с плоским основанием. — «биофизика»
1976, № 2, с. 376—381.
267
Шарапов Б. И. Изменения в головном и спинном мозге при за-
крытой травме черепа. Кишинев, Картя молдавеняскэ, 1962,
112 с.
Шульман X. М., Данилов В. И. Динамика прочностных свойств меж-
позвонковых дисков поясничного отдела позвоночного столба
человека в возрастном аспекте. — В кн.: Биомеханика. Труды
Рижского НИИ травматологии и ортопедии. Рига, 1975, вып. 13,
с. 68—72.
Шумаков В. И., Новосельцев В. Н., Сахаров М. П., Штенгольд Е. Ш.
Моделирование физиологических систем организма. М., «Меди-
цина», 1971, 352 с.
Щербин Л. А. Судебно-медицинская оценка упругих свойств головы.
Дис. канд. М., 1969.
Щербин Л. А., Ромодановский О. А., Савостин Г. А., Дербоглав В. В.
Значение определения упругих свойств головы при моделирова-
нии черепно-мозговой травмы. — В кн.: Моделирование повреж-
дений головы, грудной клетки и позвоночника. М., 1972г
с. 55—60.
Эрдеди А. А., Аникин И. В., Чуйков А. С., Медведев Ю. Л. Техни-
ческая механика. М., «Высшая школа», 1971, 543 с.
Яблонский А. А. Курс теоретической механики. Ч. II. М., «Высшая
школа», 1971, 486 с.
Akkas N. Dynamic analysis of a fluid — filled spherical sandwich
shell — a model of the human head. — J. Biomech., 1975, v. 8,
p. 275—284.
Alexander R. (Александер P.) Биомеханика. Пер. с англ. М., «Мир»,
1970, 339 с.
Ardouin G. Etude experimentale. Ceintures de securite. — In: Cahiers
des comites de prevention du batiment et des travaux publics,
1972, 27, 2, p. 42—49.
Ardouin G. Etude experimentale sur les ceintures de securite. In: Ca-
hiers des comites de prevention du batiment et des travaux pub-
lics, 1973, 28, 1, p. 2—11.
Ascenzie A., Bonucci E.t Simkin A. An approach to the mechanical
properties of single osteonic lamellae. — «J. Biomech.», 1973, v. 6,
p. 227—235.
Benedict I. V., Harris E. H., Rosenberg D. U. An Analytical investiga-
tion of the cavitation hypothesis of brain damage. — «J. Bas.
Eng.», 1970, v. 70, p. 597—603.
Bruns P. Beitrage zur klinischen Chirurgie. Ttibingen, 1886.
Bunn D. I., Turner P. The measurement of skull shape and size.—
«J. Anat.», 1960, v. 94, p. 82—87.
Bursteiti A. H., Frankel V, H. The viscoelastic properties of some bio-
logical materials. — «Ann. N. Y. Acad. Sci.», 1968, v. 146, p. 158—
165.
Burstein A. H., Currey J. D., Frankel V. H. et al. The ultimate proper-
ties of bone tissue: the effects of yielding. — «J. Biomech.», 1972,
v. 5, p. 35—44.
Courwill С. V. Forensis ncuropathologie. Illinois, 1964.
Dempster W. T. Correlation of types of cortical grain structure with
architectural features of the human skull. — «Amer. J. Anat.», 1967,
v. 120, p. 7—31.
268
Dempster W. T., Coleman R. F. Tensile strength of bone along and
across the grain. — «J. Appl. PhisioL», 1961, v. 16, p. 355—360.
Dempster W. T., Liddicoat R. T. Compact bone as non-isotropic mate-
rial. — «Amer. J. Anat.», 1952, v. 91, p. 331—362.
Dominok G. Die Gesetzmassigkeiten des Alterns des Knochengcwebes
aus morphologischer Sicht. — «Beitr. Orthop. Traum.», 1975, Bd 22,
p. 669—671.
Engin A. E. The axisymmetric response of a fluid — filled spherical
shell to a local radial impulse — a model for head injury.—
«J. Biomech.», 1969, v. 2, p. 325—341.
Evans F. L., Lissner H. R. Tensile and compressive strength of human
parietal bone. — «J. appl. Physiol.», 1957, v. 10, p. 493—497.
Evans F. L., Lissner EL R., Lebow M. The relation of energy, velicity
and acceleration to skull deformation and fracture. — «Surg. Gy-
nec. Obstct.», 1958, v. 107, p. 593—601.
Felizet G. Recherches anatomiques et experimcntales sur le fracture
du crane. Paris, 1973.
(Fing K., Rohrbach Ch.) Финк К., Рорбах X. Измерение напряжений
и деформации. Пер. с нем. М., Госнаучтех. изд-во машипостр.
лит., 1961, 535 с.
Frankel Е. К. Response of the human skull to mechanical vibrations. —
J. acoust. Soc. Amer., 1956, v. 28, p. 1277—1284.
Galford I. E., McElhaney I. H. A viscoelastic study of scalp, brain
and dura. — J. Biomech., 1970, v. 3, p. 211—222.
Granic G., Stein I. Human ribs: Static testing as a promising medical
application. — J. Biomech., 1973, v. 6, p. 237—240.
Gross A. I. New theory of the dynamics of brain in concussion and
brain injury. — J. Ncurosurg., 1958, v. 15, p. 548—561.
Gurdjian E. S., Lissner H. R. Deformations of skull in head injury
studied by «stresscoat» technique, quantitative determinations. —
Surg. Gynec. Obstet., 1946, v. 83, p. 219—233.
Gurdjian E. S., Webster EL R. Mechanism, diagnosis and management
of injures to the head. London, 1959.
Gurdjian E. S., Lissner FL R., Evans F. G. et al. Intracranial pressure
and acceleration accompanying head impacts in human cada-
vers.— Surg. Gynec. Obstet., 1961, v. 113, p. 185—190.
Harris С. M., Crede С. E. The effect of shock and vibration on man.
Washington, 1967.
Hirsch C., Silva O. da. The effect of orientation on some mechanical
properties of femoral cortical specimens. — Acta Orthop. Scand.,
1967, v. 38, p. 45—56.
Hodgson V. R., Gurdjian E. S., Thomas L. M. Experimental skull de-
formation and brain displacement demostrated by flash x-ray
technique. — J. Neurosurg., 1966, v. 25, p. 549—552.
Holbourn A. H. S. Mechanics of head injuries. — Lancet, 1943, v. 2,
p. 438—441.
Hubbard R. P., Melvin 1. W. Flexure of cranial sutures. — J. Biomech.,
1971, v. 4, p. 491—496.
lamada H. Strength of the biological materials. Baltimore, 1970.
King A. K., Show С. C. Mathematical modelling simulation and expe-
rimental tessting of biomechanical system crash response. —
J. Biomech., 1976, v. 9, p. 301—317.
Kopecky I. A., Ripperger E. A. Closed brain injuries: an engineering
analysis. — J. Biomech., 1969, v. 2, p. 29—34.
269
Lindenberg R., Freytag E. The mechanism of cerebral contusions.
A pathologic-anatomic study. — Arch. Path., 1960, v. 69, p. 440—
469.
McElhaney I. H. Dinamic response of bone and muscule tissue. —
J. appl. Physiol., 1966, v. 20, p. 1231 —1236.
McElhaney Y. H., Fogle I. L., Melvin I. W. et al. Mechanical pro-
perties of cranial bone. — J. Biomech., 1970, v. 3, p. 495—512.
Melvin I. W., Robbins D. Et., Roberts V. L. The mechanical behavior
of the diploe layer in human skull in compression. — Develop.
Meeh., 1970, v. 5, p. 811—818.
Messerer O. Ober Elastizitat und Festigkeit der Knochen. Stuttgart,
1880.
Messerer O. Experimentclle Untersuchungen fiber Schadelbriiche. Miin-
chen, 1884.
Minns R. L, Soden P. D., Jackson D. S. The role fo the fibrous com-
ponents and ground substance in the mechanical properties of bio-
logical tissues. — J. Biomech., 1973, v. 6, p. 153—165.
(Neuman W. F., Neuman M. W.) Е[ыоман У. Ф., Ньюман M. Мине-
ральный обмен. Пер. с англ. М., Изд-во иностр, лит., 1961.
Nickell R. Е., Marcal Р. V. In — vacuo model dynamic response of the
human skull. — «J. Bas. Eng.», 1974, v. 96, p. 103—109.
(Norman L. G.) Норман Л. Г. Несчастные случаи на дорожном транс-
порте. Эпидемиология, меры борьбы и профилактики. Пер. с
англ. М., Медгиз, 1962.
Оттауа A. R. Mechanical properteis of tissue of the nervus sistem. —
«J. Biomech.», 1968, v. 1, p. 127—138.
Оттауа A. R., Corrao P. L., Letcher F. S. Head injury of the chim-
panzee. 1. Biodynamics of traumatic unconsciousness. — «.J Neu-
rosurg.», 1973, v. 39, p. 152—166.
Оттауа A. R., Hirsch A. E., Flatnm E. S. Cerebral contussion in the
monkey: an experimental model. — Science, 1966, v. 153, p. 211 —
212.
Pope M. H., Outwater J. O. The fracture characteristic of bone sub-
stance.— «J. Biomech.», 1972, v. 5, p. 457—465.
(Powiertowski H.) Повертовски Г. Лобно-лицевые травмы. Механизм,
патология и принципы хирургического лечения. Пер. с польск.
Варшава, 1968.
Pugh I. W., Rose R. М. Elastic and viscoelastic properteis of bone:
dependence of structure. — «J. Biomech.», 1973, v. 5, p. 475—
485.
Pugh J. W., Rose R. M., Radin E. L. A structural model for the mecha-
nical behavior of trabecular bone. — «J. Biomech.», 1973, v. 5,
p. 657—670.
Roberts S. B., Ward С. C., Nahum A. M. Head trauma—a parametric
dynamic study. — «J. Biomech.», 1969, v. 2, p. 397—415.
Roth H. Stosswirkung und dynamische Reaktion des Korpers.
Moglichkeiten und Grenzen des bemannten Fluges. Berlin, 1956.
Sellier R, Unterharnscheidt F. Mechanik und Patomorphologie der
Hirnschaden nach stumpfer Gewalt auf den Schad 1. Berlin,
1963.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . ....................... 3
Глава I. Физико-математические данные о механических воз-
действиях на тело человека, методы их измерения и расчета 8
Глава II. Методы исследования механических свойств биоло-
гических тканей............................................ 20
Глава III. Определение прочности и жесткости костей свода
черепа......................................................43
Глава IV. Биомеханика повреждений мягких тканей головы
и костей черепа ........................................... 59
Глава V. Определение величины нагрузки, влекущей за собой
образование переломов костей свода черепа .... 94
Глава VI. Биомеханика повреждений головного мозга . НО
Глава VII. Биомеханика повреждений головы при падении
человека на плоскости ............................... 136
Глава VIII. Биомеханические обоснования к средствам инди-
видуальной защиты головы человека от травмы . . . . 160
Глава IX. Биомеханика повреждений позвоночника . . 179
Глава X. Биомеханические обоснования защитного действия
предохранительного пояса............................ .... 230
Глава XI. Биомеханические основы определения механизма
возникновения травмы по характеру повреждений . 243
Заключение . 258
Литература 261
ИБ № 1645
Александр Петрович Громов
БИОМЕХАНИКА ТРАВМЫ
(повреждения головы, позвоночника
и грудной клетки)
Редактор В. В. Томилин
Художественный редактор С. М. Лымина
Корректор Т. В. Полухина
Техн, редактор А. М. Миронова
Переплет художника Ф. К. Мороз
Сдано в набор 05.06.79. Подписано к печати
17.08.79. Т—12367. Формат бумаги 84Х108’/з2.
Бум. тип. № 1. Лит. гари. Печать высокая.
Усл. псч. л. 14,28. Уч.-изд. л. 15,13.
Тираж 10 000 экз. Заказ 1607. Цена 1 р. 20 к.
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство «Медицина», Москва,
Петроверигский пер., 6/8.
Московская типография № И Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, 113105, Нагатинская ул., д. 1.