Глава 5. Морфологические особенности повреждений эпифизов длинных трубчатых костей при однократных ударах топором с рабочим углом лезвия 45°

Для исследования характера образования повреждений при однократных ударах топором с углом заточки 45° проведено 30 экспериментальных наблюдения. Ширина полей заточки топора колебалась от 3 мм до 6 мм.

Длина разруба соответствовала в каждом конкретном случае размеру эпифизарной или метафизарной части кости и в среднем была равна 41 мм, среднее отклонение составляло 12,4 мм.

При визуальном сравнительном исследовании двух костных отломков, формирующихся в результате разруба, разницы между ними мы не выявили. В связи с этим исследованию подвергались оба сформированных в результате разруба препарата. Во всех наблюдениях нами осуществлены разрубы с полным разделением экспериментального образца (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Разруб эпифиза большеберцовой кости (рабочий угол лезвия 45°): 1 – зона смятия компакты, 2– зона резания, 3 и 4– зона разрыва, 5– зона долома

Как и в предыдущей серии наблюдений, при визуальном и стереоскопическом исследовании плоскости разруба, нанесенного лезвием с углом заточки 45° нами выделено несколько зон:

• зона смятия компактного и губчатого вещества;
• зона резания губчатого вещества;
• зона разрыва (преобладание деформации распора):
• зона долома.

Морфологических признаков, позволяющих разделить на два этапа процесс смятия губчатого и компактного вещества, нами не выявлено.

Зона смятия компактного вещества зависела от толщины собственно компакты кости на уровне разруба и в среднем была равна 1,3 мм, среднее отклонение равно 0,56 мм.

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

Зона разрыва в среднем составляла 39 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) (рис.5.2). Ширина зоны зияния в этой группе наблюдений равна 2,5 мм, среднее отклонение 0,3.

Рис. 5.2. Сопоставленные плоскости разруба эпифиза бедренной кости, нанесеннго топором с рабочим углом лезвия 45°

Разруб распространялся на боковые стенки кости. Трасы в этой серии наблюдений нами не регистрировались (вер. 1,0).

Во всех наблюдениях нами регистрировался скругленный край разруба. На участках кости с наибольшей кривизной, при формировании разруба происходило обтирание щеками края, в связи с чем, нами регистрировалось террасовидное смятие компактного вещества (вер. 1,0). В этой же области отмечали выраженное отжатие гиалинового хряща (вер. 1,0). Линия разруба с вероятностью равной 1,0, имела волнистый характер (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Сколы компакты обеспечивают волнистость края повреждения, х20

Как и в предыдущей серии наблюдений, нами регистрировались единичные концентрические (вер. 1,0) и радиальные трещины (вер. 0,68). Сколы с наружной поверхности были ярко выраженными и протяженными.

Со стороны губчатого вещества кости сколы компакты так же регистрировались во всех наблюдениях и были хорошо выражены (признак «сколы три и более» встречался с вероятностью 1,0). Сколы компакты были грубыми, отходили на значительную ширину от края разруба в глубину костного вещества (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Радиальное и концентрическое растрескивание (1, 2) и сколы компактного вещества (3), х 20

Сколы носили множественный характер во всех наблюдениях. Профильное исследование края разруба в области скола показало, что толщина скола увеличивается в направлении погружения лезвия, таким образом формируются нависающие края разруба (с обоих сторон). Кроме этого профильное исследование показало наличие трещин распора, отходящих от стенок разруба (спонгиоза) под углом около 45° кнаружи от плоскости резания.

Указанные трещины носили множественный характер, формировали выкрашивание губчатого вещества и наблюдались во всех случаях (вер. 1,0) данной серии. Такой характер трещин объясняется с позиции теоретической механики (рассмотренной нами задачей Буссинеска) [89].

Развивающееся напряженно деформированное состояние при внедрении индентора в упругопластический материал (полупространство) в плоскости внедрения формирует конические и медианные трещины (рис. 5.5)

Рис. 5.5. Разрушение, происходящее в упругопластическом полупространстве при внедрении индентора

Формирующаяся вокруг индентора зона трехосного сжатия приводит к тому, зона гидростатического сжатия фактически становится объектом, который разрушает материал кости (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Начало разрушения фрагмента проксимального эпифиза плечевой кости при внедрении лезвия с рабочим углом 45°

В экспериментальных повреждениях, полученных ударами топора с углом заточки 45°, отмечается локализация сколов, как на поперечной части разруба, так и на боковых его стенках. Скошенный край разруба имеет сколы незначительной ширины, отмечается некоторая шероховатость и зернистость края разруба в области сколов. Ширина сколов компактного вещества достигала ширины 2,0 мм (среднее отклонение 0,1 мм).

Смятие компакты имело террасовидный характер (вер. 1,0) (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Террасовидное смятие компакты (линиями отмечен ступенеобразный край разруба)

Механизм образования террасовидного края разруба на компактном веществе исследован с предыдущей главе и в этой серии наблюдений ничем не отличается от него. Разрушение губчатого вещества имеет иную морфологию следовательно, и механизм разрушения. При погружении клина топора в глубину кости формируются глубокие и протяженные сколы и выраженное смятие компактного вещества. При погружении клина топора с рабочим углом в 45° сразу формируются выраженное смятие губчатого вещества и по мере возникновения напряжения (как следствие нагружения кости клином с большим углом) формируются конические и медианные трещины. Обтирание приводит к достаточному расширению щели дефекта, в ходе которого частицы губчатого вещества плотно сжимаются, прессуются друг с другом, образуя плотный конгломерат. Данный признак присущ только для данного вида разрушения и встречается с вероятностью 0,68. Это приводит к формированию вторичных, более глубоких и грубых сколов компакты и смятия компакты (появление террасовидной поверхности). Поскольку продвижение клина топора проходит через всю толщу кости, такой вид разрушения последовательно развивается несколько раз до тех пор, пока не произойдет полное разделение кости.

Нависающая стенка разруба по наружной поверхности имела выраженную неровность, зубчатый характер. Поверхность разруба становится крупнозернистой или зубчатой. В наблюдениях отмечается истончение стенки разруба, исчезновение ячеистости костномозгового канала в этой зоне. Сколы затрагивают преимущественно центральную часть разруба, где формируется максимальная слоистость разрушенной компакты, что свидетельствует о воздействии на стенки полей заточки топора в момент разруба.

Зона разрыва, как морфологический субстрат деформации распора, имела мелкозернистую поверхность (вер. 1,0) на всем протяжении (в сравнении с предыдущей серией наблюдений). Профильное исследование плоскости разрушения показало, что элементы ямочного вырыва, сливаясь между собой, образуют значительные по площади (более половины площади сечения кости) множественные (два и более) участки полусферического углубления/выступания (соответственно одной из сторон разруба). Указанный комплекс морфологических особенностей нами расценен как признак крупноямочного вырыва (вер. 0,75) (рис. 5.8, 5.9).

Рис. 5.8. Мелкоямочный вырыв (1). Удар топором с рабочим углом 45° по эпифизу бедренной кости

Рис. 5.9. Крупноямочный вырыв (отмечен пунктирной линией). Удар топором с рабочим углом 45° по эпифизу бедренной кости

Метрическое исследование ямок вырыва показало, что высота ямок вырыва равна 5,67 мм, среднее отклонение 0,9 мм. Длина ямок вырыва равна 4,67 мм, среднее отклонение 0,4 мм.

Электротензометрия процесса разрушения дистального эпифиза бедренной кости проводилась аналогично предыдущим сериям. Полученная кривая характеризует процесс разрушения кости под воздействием лезвия:

• плавное нарастание и умеренный пик усилия, характеризующий процесс внедрения клина (формирование разруба), с пересечением компакты и внедрением лезвия в спонгиозу;
• возникновение трещины распора характеризуется небольшим падением усилия;
• дальнейшее продвижение клина приводит к незначительному увеличению усилия, до возникновения трещины распора;
• процесс повторяется несколько раз (рис. 5.10.)
• завершение разрушения кости сопровождается резким падением усилия.

Рис. 5.10. Тензограмма разруба эпифиза бедренной кости топором с рабочим углом 45°

В предыдущих наблюдениях мы регистрировали такой процесс как доруб – когда один из отломков вновь попадал в плоскость резания. В этой серии наблюдений доруба не происходило, что объясняется мощным клиновидным действием лезвия топора.

Исследование тензограммы позволило расширить знания о характере разрушения костной ткани (эпифиза длинной трубчатой кости) при разрубе эпифиза топором с рабочим углом 30°.

Горизонтальная часть параболы имеет мелкую зубчатость (режущая кромка топора повреждает гиалиновый хрящ и вступает в контакт с компактой). В сравнении с предыдущими наблюдениями при величине клина 21-30° нами регистрируется еще более плавное нарастание нагрузки, меньшая зубчатость тензограммы на этом участке (рис. 5.11). Особенность этого процесса обусловлена большим углом встречи полей заточки и как следствие – распределением нагрузки на костную ткань разрушаемого объекта.

Рис. 5.11. 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. 5.12). В отличие от серии с рабочим углом лезвия топора 21 градус этот участок более пологий (порядка 45 градусов), а в отличии от наблюдений с рабочим углом 30 градусов он имеет выраженную вогнутость, что свидетельствует о нелинейности нарастания нагружения.

Прорезывание компакты так же имеет пик, но, в отличии от предыдущей серии имеет место падение усилия, а, в отличии от серии с рабочим углом клина 21 градус после падения напряжения имеет место длительно плато.

Данный признак указывает на то, что до момента прорезывание компакты произошло ее смятие и упрочнение подлежащих участков спонгиозы в области разрушения, а затем при прорезывании компакты возникла трещина распора, которая продвинулась вглубь уплотненной спонгиозы (рис. 5.13).

Рис. 5.12. Начало процесса – врезание лезвия топора в эпифиз кости

Рис. 5.13. Прорезывание лезвием топора компакты и уплотненных подлежащих слоев губчатого вещества

В этой серии наблюдений нами регистрировалось 3 пика, соответствующих процессу формирования трещины распора. Расположение пиков на равныз расстояниях указывает на одинаковые прочностные харктеристики кости на этапе разрушения губчатого вещества (реализуется в трех последовательных процессах колки) (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Три пика указывают на развитее последовательно трех трещин распора

Как и в предыдущих сериях, перед разрушением объекта имеет место плато, свидетельствующее о достижении предела прочности эпифиза кости, как конструкции (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Процесс упрочнения и развитие трещины распора, пересекающей разрушаемы образец на две трети

Последний этап разрушения представлен в виде нулевого хода резца с однократным полным, без доруба отделением конечного элемента (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Доруб объекта

Микроскопическое исследование на увеличении х100 показало, что для разрушения кости под воздействием топора с рабочим углом лезвия 45° имеет место своя специфическая картина разрушения.

В плоскости разруба ячейки имели множественные трещины стенок (вер. 1,0). Нами регистрировалось замятие стенок ячеек. Исследование с изменением глубины резкости позволило исследовать «дно» ячеек, на которых выявлялись множественные трещины (рис. 5.17.).

Рис. 5.17. Деформированная структура ячеек спонгиозы, трещины дна ячеек, х100

Регистрируемые макроскопически мелкие крошковидные частицы губчатого вещества в значительном количестве представлены и в микропрепаратах (вер. 1,0) (рис. 5.18).

Резюме

Таким образом, подгруппа повреждений, сформированных ударами топора с рабочим углом 45°, имеет следующие особенности:

• волнистый край разруба – вероятность 1,0;
• скругленный край разруба – вероятность 0,75;
• радиальное расслоение компакты в зоне разруба – вероятность 1,0;
• отсутствие трасс – вероятность 1,0;
• средне и крупно ямочный вырыв в зоне отрыва – вероятность 0,76 и 1,0 соответственно;
• наличие гребней хрупкого излома (гребневидность и чешуйчатость поверхности) – вероятность 1,0;
• трещины стенок ячеек спонгиозы – вероятность 1,0;
• смятие стенок ячеек спонгиозы – вероятность 1,0.

Рис. 5.18. Крошковидные частицы губчатого вещества , х100

В отличие от групп экспериментальных повреждений для ударов, сформированных топором с рабочим углом лезвия 21°, при проведении дифференциального диагноза наибольшей информативностью обладали следующие признаки-повреждения (ДК):

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