Глава 3. Морфологические особенности повреждений эпифизов длинных трубчатых костей при однократных ударах топором с рабочим углом лезвия 21°

Для исследования характера образования повреждений при однократных ударах топором с углом заточки 21° проведено 53 экспериментальных наблюдения. Ширина полей заточки топора колебалась от 10 мм до 14 мм.

Длина разруба соответствовала, в каждом конкретном случае, размерам эпифизарной или метафизарной части кости и в среднем была равна 44 мм, среднее отклонение составляло 8,7 мм.

При исследовании двух сформированных поверхностей нами предпочтение отдавалось плоскости резания, что соответствовало скошенной стенке разруба. Противоположная стенка разруба, особенно в начальной его части, имела сколы и выкрашивание. С позиций резания материалов этот процесс рассматривается как естественный результат процесса резания – отделение конечного элемента. Наши данные соответствуют исследованиям И.В. Скопина, который в своих наблюдениях на плоских костях черепа отмечал, что скошенный край «…обладает четко выраженной плоскостью рассечения (разруба), на котором хорошо видны следы скольжения, отображающие макро- и микрорельеф лезвия рубящего орудия. Противоположный, нависающий край надламывается при рассечении, и при дальнейшем погружении клина стирается…» [118].

Во всех наблюдениях нами произведено полное рассечение экспериментального образца на две части (рис. 3.1).

Визуальное и стереоскопическое исследование показало, что плоскость разруба разделяется на шесть последовательно переходящих одна в другую зон:

• зона деформации компактного вещества;
• зона деформации (смятия) губчатого вещества;
• зона резания губчатого вещества;
• зона разрыва (преобладание деформации распора)
• зона доруба (встречалась не во всех наблюдениях, что связано в большем со степенью фиксации отделенного элемента кости окружающими мягкими тканями, и в меньшем – со степенью выраженности деформации распора);
• зона долома.

Рис. 3.1. Нативный препарат разруба эпифиза бедренной кости, нанесенный топором с рабочим углом лезвия 21°:1 – зона смятия компакты, 2– зона резания, 3– зона разрыва, 4– зона доруба, 5– зона долома

Зона смятия компактного вещества зависела от толщины собственно компакты кости на уровне разруба и в среднем была равна 1,1 мм, среднее отклонение равно 0,6 мм.

Ширина зоны смятия компактного вещества в этой группе наблюдений равна 0,5 мм, среднее отклонение 0,1 мм. Глубина разруба резания губчатого вещества в этой группе наблюдений равна 15 мм, среднее отклонение 2,9 мм.

Зона разрыва в среднем составляла 37,3 мм и зависела от размеров кости на этом уровне. Зоны долома и доруба нами метрически не исследовались, поскольку данные признаки не имели стабильности.

При сопоставлении отломков нами фиксировался дефект костной ткани, как следствие компрессии костной ткани и действия щек топора на края разруба (обтирание). Ширина зоны зияния в этой группе наблюдений равна 1,2 мм, среднее отклонение 0,2 мм.

Разруб располагался только на поперечном участке кости, контактирующей с топором, не распространяясь на боковые стенки кости (рис.3.2).

Рис. 3.2. Плоскость разруба эпифиза бедренной кости (нанесенного топором с рабочим углом лезвия 21°)

На всем протяжении плоскости разруба имелись множественные, нежные, чередующиеся валики и бороздки – трассы. В косом свете трассы нами фиксировались и на губчатом веществе кости. Трассы на этом участке разруба встречались с вероятностью 1,0 от общего числа наблюдений в этой группе.

Край разруба во всех наблюдениях был острым (вер.1,0), ровным (вер.1,0); отмечалось незначительное отжатие гиалинового хряща.

Плоскость разруба имела определенные особенности (в сравнении с разрубами плоских костей), проявляющиеся в расслоении компакты в зоне разруба (рис. 3.3, 3.4.). При исследовании невооруженным глазом, на гладкой и блестящей поверхности разруба определялись единичные концентрические беловатые (более светлые, в сравнении с остальной поверхностью) нечеткие линии. При проведении контрастирования трещины проявлялись достаточно четко. Последующее стереоскопическое исследование (стереомикроскоп МБС-10 на увеличениях 10х1, 10х2 и 10х7) позволяло определить наибольшую концентрацию трещин – ближе к губчатому веществу кости.

Рис. 3.3. Плоскость разруба при ударе топором с углом заточки 21° (указано стрелками) по эпифизу бедренной кости

Зона разрыва, образующаяся вследствие деформации распора (как результат клиновидного действия полей заточки лезвия топора) имела мелкозернистую поверхность (вер. 1,0), которая, ближе к зоне завершения разрушения приобретала чешуйчатую, а затем гребнеобразную поверхность (вер. 1,0) (рис.3.5.).

Рис. 3.4. Край разруба (концентрические трещины компакты): а – вид сверху, б – вид со стороны раневого канала, х20

Рис. 3.5. Мелкозернистая поверхность разруба (отмечена овалом) переходящая в гребневидную поверхность (отмечена квадратом) при ударе топором с рабочим углом 21° по эпифизу большеберцовой кости

Выявленный нами феномен соответствует изысканиям, проведенным ранее, в части характера разрушения диафизов длинных трубчатых костей при изгибе [61, 62, 63].

Изначально в разрушении превалирует деформация отрыва, которая на губчатом веществе реализуется в морфологии мелкоямочного вырыва. Постепенно к деформации отрыва присоединяются касательные напряжения (завершающие разрушение), отображающиеся на поверхности разрушения кости как гребни хрупкого излома (вер. 1,0).

Метрическое исследование ямок вырыва показало, что высота ямок вырыва равна 17,7 мм среднее отклонение 4,4. Длина ямок вырыва равна 12,3 мм среднее отклонение 2,9.

Микроскопическое исследование в отраженном свете на увеличении х100 показало, что при разрубе кости под воздействием топора с рабочим углом лезвия 21° имеет место своя специфическая картина разрушения.

В плоскости разруба, в зоне резания деформация ячеек спонгиозы отсутствует (вер. 1,0) (рис. 3.6.).

Рис. 3.6. Неизмененная структура ячеек спонгиозы, х100

В тех местах, где лезвие пересекает ячейку, происходит ровное отделение конечного элемента (вер.1,0). В препарате данная картина реализуется в виде просвета ячейки, внутренняя поверхность которой имеет скругленные, а порой и зубчатые края. Указанная особенность нами объясняется тем, что балки спонгиозы неровные, то есть не имеют формы идеального круга или овала. Кроме этого и стенки ячеек, то есть балочного вещества имеют нестабильную толщину. Данные свойства объясняются гравитационной зависимостью структуры кости [63]. Если секущая плоскость действует через описанную структуру, формируется неправильной формы фигура как следствие изменение формы ячейки, а нестабильная толщина балок обеспечивает зубчатость края (рис. 3.7). В отдельных случаях нами регистрировались трещины одной из балок спонгиозы.

Рис. 3.7. Пересеченная лезвием с рабочим углом 210 стенка ячейки спонгизы, х100

Реализация множественных вырывов, локализованных по всей поверхности разруба достаточно мозаично, требует объяснения.

Для реализации поставленной цели, нами проведено электротензометрическое исследование процесса разрушения дистального эпифиза бедренной кости. В отличие от классических, судебно-медицинских способов исследования, когда тензодатчики помещают на поверхность разрушаемой кости (в критических или исследуемых местах) нами исследовался процесс формирования усилия на лезвии топора (который и приводился в движение через тензодатчик). Полученная кривая четко характеризует процесс разрушения кости под воздействием лезвия:

• возникновение и большой пик усилия, характеризующего процесс внедрения клина (формирование разруба) с единичными пиками, соответствующие процессу пересечения компакты и внедрение лезвия в спонгиозу;
• возникновение трещины распора характеризуется падением усилия;
• дальнейшее продвижение клина приводит к незначительному увеличению усилия, до возникновения трещины распора (рис.3.8.).

Рис. 3.8. Тензограмма разруба эпифиза бедренной кости топором с рабочим углом 21°

Исследование тензограммы позволило расширить знания о характере разрушения костной ткани (эпифиза длинной трубчатой кости).

От момента контакта клина топора с объектом происходит непрерывное нарастание нагрузки в виде параболической линии. Горизонтальная часть параболы имеет мелкую зубчатость, что соответствует процессу врезания – когда режущая кромка топора повреждает гиалиновый хрящ и вступает в контакт с компактой (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Начало процесса – врезание лезвия топора в эпифиз кости

После контакта с компактным слоем лезвие топора встречает сопротивление со стороны биологического объекта – парабола переходит в косо вертикальную линию (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Начало процесса – врезание лезвия топора в эпифиз кости

Первый пик соответствует прорезыванию компакты – клин топора проникает в губчатое вещество (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Прорезывание лезвием топора компакты

Далее развивается процесс упрочнения: реализующийся в том, что с одной стороны лезвие топора, практически не встречая сопротивления прорезывает стенки ячеек губчатого вещества, а с другой стороны начинает формироваться клиновидное действие полей заточки лезвия – происходит частичное смятие ячеек губчатого вещества (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Процесс упрочнения – смятие компакты

Потом нами регистрировалось 3 четких пика, соответствующих процессу формирования трещины распора (или опережающей трещины). Между пиками нами регистрировались процессы упрочнения губчатого вещества, в виде смятия компакты полями заточки и щеками топора (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Три пика указывают на развитее последовательно трех трещин распора

Вслед за последним периодом упрочнения, накопленная упругая энергия в костной ткани, превышения предела прочности губчатого вещества разрушаемого объекта, за счет продолжающегося нагружения клином топора приводит к развитию мощной трещины распора, которая пересекает разрушаемый образец более чем на две трети. Вслед за реализацией мощной трещины мы регистрировали расхождение краев разрушаемого объекта – отделение конечного элемента (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Процесс упрочнения и развитие трещины распора, пересекающей разрушаемы образец на две трети

Последний этап разрушение представлен в виде нулевого хода резца поскольку его продвижение по разрушенному на две трети биологическому объекту практически не встречало сопротивления, затем незначительное нагружение и (доруб) и окончательное, полное отделение конечного элемента (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Доруб объекта

Указанный процесс в соответствии с теорией резания материала характеризуется как колка материала кости [111].

Проведенное исследование показало, что кость разрушается в несколько этапов, характеризующихся нарастанием и падением деформации растяжения (что и объясняет мозаичность расположения вырывов губчатого вещества).

Резюме

Таким образом, подгруппа повреждений, сформированных ударами топора с рабочим углом 210, имеет следующие особенности:

• острый край разруба – вероятность 1,0;
• ровный край разруба – вероятность 1,0;
• концентрическое расслоение компакты в зоне разруба – вероятность 1,0;
• наличие трасс на компакте и частично на губчатом веществе в зоне разруба – вероятность 1,0;
• мелкозернистая поверхность в зоне отрыва – вероятность 1,0;
• наличие гребней хрупкого излома (гребневидность и чешуйчатость поверхности) – вероятность 1,0;
• единичные трещины стенок ячеек спонгиозы – вероятность 1,0;

В отличие от групп экспериментальных повреждений для ударов, сформированных топором с рабочим углом лезвия 30°, при проведении дифференциального диагноза наибольшей информативностью по диагностическим коэффициентам (ДК) обладили следующие признаки-повреждения:

В отличие от групп экспериментальных повреждений для ударов, сформированных топором с рабочим углом лезвия 45°, при проведении дифференциального диагноза наибольшей информативностью по диагностическим коэффициентам (ДК) обладили следующие признаки-повреждения:

Для оценки достоверности полученных результатов нами была проведена проверка методом «слепого» эксперимента (рис. 3.16.), когда повреждения были нанесены статистом топором, с неизвестным исследователю рабочим углом лезвия. При изучении полученных повреждений эпифизов длинных трубчатых костей (малоберцовая кость) были выявлены повреждения, представленные в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Сравнительное исследование с использованием ДК.

Полученные результаты свидетельствуют, что при сравнении возможных вариантов рабочего угла лезвия топора, которым могли быть сформированы экспериментальные повреждения, преобладание по статистически достоверным результатам получено для группы повреждений, образующихся от воздействия топора с рабочим углом лезвия 21°.

Рис. 3.16. Макропрепарат повреждения малоберцовой кости, полученный при проверке результатов «слепым» методом.

Данный вывод был подтвержден при замере рабочего угла лезвия после окончания «слепого» эксперимента и построения математической модели травмы с использованием диагностических коэффициентов.