Доказательство влияния компонентов костной ткани на ее деформационно- прочностные характеристики (на примере воды)

Publication in electronic media: 30.03.2012 under http://journal.forens-lit.ru/node/674
Publication in print media: Вопросы судебной медицины, медицинского права и биоэтики - Самара 2011

А.Б. Шадымов, П.А. Васькин

г. Барнаул

Судебно-медицинская интерпретация переломов костей призвана определять механизм перелома и возможные параметры травмирующего предмета. При этом большая часть исследований проводилась по следующему принципу: воздействие с условно-постоянными характеристиками (вид воздействия, характер травмирующей части твердого тупого предмета и пр.) в одни и те же области. При этом прогнозировалось формирование переломов с идентичными морфологическими признаками. В совокупности это должно было позволить реконструировать условия травмы лишь по морфологическим особенностям перелома. Такой подход в оценке свойств перелома может быть основан на утверждении изотропности физико-механических свойств кости в области воздействия. Однако при схожести переломов большинства костей скелета (трубчатые кости, кости составляющие таз, позвоночник, грудную клетку) из этого принципа выпадают кости черепа, зачастую имеющие разный характер переломов при одинаковых условиях травмирования. В первую очередь это определяется сложностью строения этого костного комплекса.

Таким образом, невозможность однозначной трактовки переломов костей черепа, с целью определения характера и условий травмирования, значительно снижает доказательность экспертных выводов. Это и определяет актуальность изучения влияния иных факторов, помимо условий внешнего воздействия, влияющих на особенности формирования переломов костей черепа.

В первую очередь внимание исследователей было направлено на конструкционные особенности черепов. К таковым относили форму с делением каждой формы на два типа по степени выраженности анатомических образований (рельефные, нерельефные), а также выделение промежуточного варианта [5]. Такое деление хоть и позволило существенно улучшить достоверность судебно-медицинской экспертизы переломов, но, тем не менее, не полностью объясняло различия переломов при однотипных воздействиях.

Помимо конструкции черепа в целом, уделялось внимание характеристикам травмируемого участка. При этом было выявлено, что наиболее значимое влияние на особенности формирование перелома оказывает кривизна, особенно наружной компактной пластинки, выраженность которой определяет площадь контакта травмируемой области с травмирующим предметом.

Сагинов Д.М. [3] объяснял неоднотипность переломов при различных воздействиях индивидуальными особенностями участка травмирования (толщина мягких тканей, упругость костей черепа).

Некоторые авторы предпринимали попытки изучения отдельных характеристик кости [1,2] таких как ее твердость, толщина, выраженность в травмируемой области диплоетического вещества. При этом не было дано четких критериев влияния изученных параметров на особенности формирования переломов. Таким образом, в настоящее время до сих пор не существует комплексного подхода к оценке индивидуальных параметров кости в механогенезе перелома.

На наш взгляд на особенности формирования переломов костей черепа большое влияние оказывают особенности строения самой кости в области травмирования, а именно: ее химический состав и различие в выраженности и архитектонике диплоетического вещества.

При изучении рентгенологической плотности [5] было выявлено различие в строении костной ткани различных участках костей свода черепа и на черепах различной степени рельефности. Это различие обусловлено неодинаковым соотношением компонентов составляющих костную ткань. К таковым нами были отнесены органический компонент (коллаген), неорганический (минеральный), вода и жир, который является составляющей наполнения пустот диплоетического вещества.

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что все вышеперечисленные факторы оказывают разное влияние на особенности формирования морфологических особенностей перелома, причем каждый из них определяет свой уровень прочности. Сопоставление ранее изученных признаков между собой позволило выделить два уровня прочности – «конструкционный» и «локальный» [6]. При этом, на фоне большого количества работ изучающих особенности строения костей черепа, относящихся к «конструкционному» уровню и их комплексное влияние на особенности механизмов и морфологии образующихся переломов, «локальному» уровню уделено значительно меньшее внимание и в основном проводилось на основе изучения традиционно измеряемых характеристик (кривизна компактных пластинок, толщина и др.) без учета строения самой костной ткани.

Для определения влияния некоторых составляющих костной ткани на особенности зарождения перелома в месте воздействия нами была проведена серия экспериментов. Как уже было сказано выше выделяют 4 основных компонента кости. Причем 2 из них входят в состав только костной ткани (органический и минеральный компоненты), жир структурно не связан с костной тканью и вода, которая подразделяется на «свободную» и «связанную» (в виде гидроксильных групп связанных с белком). Очевидно, что наибольшее влияние оказывают компоненты непосредственно входящие в состав костной ткани.

С целью изучения влияния «связанной» воды на прочностные и эластические свойства костной ткани из костей свода черепа из симметричных участков сразу после изъятия выпиливались дуги размером 10х0,5 см, измеряли их массу, объем, толщину и ширину. Дуги подвергали постепенно нарастающему нагружению до формирования перелома. Один конец дуги был фиксирован неподвижно, а второй свободно скользил по миллиметровой бумаге. По ходу эксперимента фиксировали критическую нагрузку, а также степень удлинения хорды дуги. Причем дуги из одной половины черепа подвергали нагружению сразу после выпиливания, а дуги из другой половины – после предварительного высушивания до постоянной массы. В дальнейшем эти же дуги помещали в муфельную печь и сжигали при температуре 800 градусов по Цельсию до «серого» каления (что в среднем составляло 35-40 минут). При таком температурном воздействии органический компонент полностью выгорает, поэтому полученный остаток считали неорганическим компонентом. Далее повторяли измерения массы и объема. Всего было изучено 104 дуги.

Полученные результаты заносили в таблицу с последующей математической и статистической обработкой в программе Excel из пакета программ Microsoft Office 2003. Поскольку толщина кости была неодинакова во всех дугах то для оценки использовали не абсолютное значение критической нагрузки, а удельную нагрузку (кг/см²). Значение удельной нагрузки на дугах подвергшихся предварительному высушиванию составило 39,3±9,7 кг/см², а на нативных (невысушенных) дугах – 42,9±9,0 кг/см², при этом удлинение хорды на высушенных дугах составило 0,76+0,22 мм, а на нативных – 0,94±0,23 мм. Показатели удельной нагрузки нативных дуг также сопоставляли с процентным соотношением массы неорганического компонента костной ткани к ее нативной массе, которое составило 59,82±8,64%.

Оценка полученных результатов показала значимое (p<0,05) снижение средней удельной нагрузки высушенных дуг в сравнении с нативными, а также сильную корреляционную связь процентного содержания неорганического компонента с удельной нагрузкой нативных дуг. Это позволяет сделать вывод о значительном влиянии строения костной ткани на ее физические свойства (эластичность, прочность и прочее), а следовательно, и особенности механогенеза перелома. Дальнейшее изучение степени этого влияния и его морфологических признаков позволит улучшить судебно-медицинскую диагностику и интерпретацию переломов костей свода черепа.

Библиографический список

1. Бачинский В.Т. Значение структурно-морфологических свойств костей свода черепа в судебно-медицинской оценке повреждений головы тупыми предметами: Дис. … канд. мед. наук. – М., 1988. – 176 с.
2. Нагорнов М.Н., Вазохин А.В. Влияние пористости костей свода черепа на механизм и морфологию их переломов // Актуальные проблемы патологической анатомии и судебной медицины. – Саратов, 2001. – с. 198-200.
3. Сагинов Д.М. К вопросу о возникновении переломов костей черепа олт воздействия твердого тупого предмета // Ж. «Здравоохранение Таджикистана», 1964, 1, с. 42-44
4. Шадымов А.Б. Экспертное значение оценки строения поврежденного черепа для установления закономерностей его разрушения // Альманах судебной медицины (г. Санкт-Петербург).- 2001. – №2. – С. 14-20.
5. Шадымов А.Б. Судебно-медицинское определение механогенеза и идентификационной пригодности переломов черепа при основных видах внешнего воздействия – Дисс.докт.мед.наук., М, 2006, 365 с.
6. Шадымов А.Б., Евдокимов С.Н., Васькин П.А., Григорович Д.С. Соотношение компонентов костной ткани в ее рентгеновской плотности // Актуальные вопросы судебной медицины и практики. – Новосибирск, 2003. – с. 196-197.