4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

Шественно продольной ориентацией линий расщепления

ударной вязкости для правой теменной кости в той же

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

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-

ста 50—59 лет и сохраняется на этом уровне й 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 ло способу наименьших квадратов позволило ему предложить уравнение, хоро­ шо отражающее изменение сопротивляемости костей

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

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:

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.

53

на модуль продольной

упругости костей свода т а к ж е исследовалась в зависичерепа. 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 0,805х105 кгс/см2, а при попереч­ ном— 0,814ХЮ5 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 — 0.852ХЮ5 кгс/см2, то в возрасте 60—69 лет они составляют 0,964ХЮ5 — 1,018ХЮ5 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:

Коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), который является второй характеристикой жесткости материала, определялся из соотношения:

54

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.

W

(197*0) изучали механические свойства костей своДа1 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 «остей 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 формалинизированными 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 диафизов бедренных костей кроликов непосредственно после

после смерти.

Во второй серии образцы хранили в воде при тем­ пературе +2—1-4 °С в течение 7 и 30 сут. В третьей серии образцы сохранялись совместно с мягкими тка­ нями в течение 12 сут. Часть образцов последней серии

5?

Глава IV

БИОМЕХАНИКА ПОВРЕЖДЕНИИ 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) 345X105 см (3) с укрепленными на нем двумя вертикальными па­ раллельными стойками (1). К стойкам посредством металлической

59