Кислов Максим Александрович Судебно-медицинская диагностика вида внешнего воздействия на основе анализа морфологии излома длинных трубчатых костей нижних конечностей

При переходе зоны сдвига в долом, поверхность разрушения представлена мелкоячеистой (сетчатой) текстурой (рис.4-2). В месте разъединения кости вклинение отломков слабо выражено, контур разъединения – волнистый (рис.4-1).

Иной характер разрушения определяется при исследовании образцов, поврежденных методом давления.

Такой вид внешнего воздействия порождает более поперечную общую траекторию разрушения. Так как нагружение идет с небольшой скоростью, вызывая вытягивание фрагментов остеонов из матрицы связующего вещества, текстура разрушения становится мелкобугристой.

Распространение зоны разрыва занимает до 1/2 толщины кости. Разрушение принимает своеобразный характер – микротрещины концентрируются преимущественно вокруг остеонов (рис.5).

В зоне сдвига, за счет того, что траектория разрушения формируется под менее острым углом к продольной оси кости, чем при ударе, происходит «подрытие» гаверсовых пластин остеонов с образованием мелких осколков, имеющих преимущественно вид «пылеобразных» частиц (рис.6).

В зоне сдвига концентрация микроразрушений костной ткани более выражена в стенке остеона (рис.7).

За счет глубокого продольного вклинения сопряженных поверхностей излома, а также за счет удлинения по времени конкурирующего действия «сдвига» и «среза» контур долома становится зубчатым (рис.8-1). Текстура приграничная к долому представлена мозаикой микротрещин в виде «шевронного узора» (по В.Э. Янковскому, 1974) - (рис.8-2).

Признаки разрушений при различных видах воздействия приведены в таблице 1.

Таблица 1

Дифференциально-диагностические микроскопические признаки повреждений костей при различных видах внешнего воздействия.

№	Признаки разрушений.	Виды воздействий.
		Удар.	Давление.
1	Общий вид поверхности разрушения.	Рубцовая.	Мелкобугристая.
2	Распространение зоны разрыва.	От 1/8 до 1/3 протяженности разрушения.	До 1\2 протяженности разрушения.
3	Текстура в зоне разрыва.	Крупнобугристая.	Мелкобугристая.
4	Сколы гаверсовых пластин остеонов.	В зоне сдвига.	Отсутствуют.
5	Текстура в зоне сдвига.	В виде острых углов, вершинами навстречу разрушению.	В виде гребней, параллельных друг другу.
6	Разрушение остеона.	Через гаверсовы пластины.	Вокруг гаверсовых пластин.
7	Контур края долома.	Волнистый.	Зубчатый.
8	Вид текстуры излома, приграничного к долому.	«Мелкоячеистый».	«Шевронный узор».

^ Морфология излома длинной трубчатой кости при ударном воздействии.

Общая траектория магистрального разрушения имеет резкий переход от поперечного к косопродольному направлению непосредственно от зоны разрыва.

При внешнем воздействии на кость в зоне разрыва происходит увеличение локальных напряжений в областях потенциального зарождения трещин, увеличивается число активных зародышей трещин или очагов разрушения, соединяющихся в крупный «ямочный вырыв» с четкой границей разделения разрыва и сдвига (рис.9).

Так как скорость распространения трещины имеет высокую кинетическую энергию, то на границе перехода разрыва в сдвиг происходит рассеивание траекторий разрушения, за счет чего появляются четко выраженные трещины, распространяющиеся в толщу компактного вещества.

В зоне сдвига ближе к краю излома формируются гребни, ориентированные под острым углом к поверхности кости (рис.10).

В этой зоне отчетливо выявляются два вида поверхности: сглаженной и крупнобугристой, с преобладанием первой.

В процессе развития разрушения в зоне сдвига происходит конкурирующее взаимодействие «сдвига» и «среза» с возрастанием срезывающих сил, что порождает формирование «пилообразного» края, а на изломе отмечается прохождение пасынковой трещины с элементами «подрытия».

Таблица 2

Морфологические признаки излома характерные для удара.

№	Признаки.
1	Единичный ямочный вырыв в зоне разрыва.
2	Параллельные борозды прикраевой части излома.
3	Отграничение зоны разрыва трещинами.
4	Разная протяженность участков сдвига (преобладание сглаженного над крупнобугристым).
5	Гребни под острым углом к краю излома.
6	«Пилообразный» контур края излома.
7	Сквозная трещина компактного слоя.
8	Участок «подрытия» с разрывом кости.
9	Ступенчатость на границе зоны сдвига и долома.
10	Изменение траектории магистрального разрушения с преобладанием продольного направления.

На границе зоны сдвига и долома выявляется разнотекстурная картина рельефа излома: ступенчатое разрушение в зоне сдвига и сглаженный рельеф в области долома.

Морфологические признаки излома при ударе и их диагностическая значимость представлены в таблицах 2,3.

Таблица 3

Статистическая оценка диагностической значимости морфологических признаков при ударе.

Удар.
Призн.	Ошибка	Ст. К. Ст.	СС	Достоверность различий
1	0,07413	4,008447	30	P > 0,99
2	0,08642	4,430393	70	P > 0,99
3	0,07161	3,524236	27	P > 0,99
4	0,08517	3,459796	52	P > 0,99
5	0,08517	7,134667	77	P > 0,99
6	0,08366	3,349269	47	P > 0,99
7	0,08491	2,231914	51	P > 0,90
8	0,08433	2,963376	49	P > 0,95
9	0,08008	6,890019	39	P > 0,99
10	0,06559	2,561799	108	P > 0,99

^ Морфология излома длинной трубчатой кости при давлении.

При скачкообразном протекании разрушения в процессе пластической деформации кости в зоне разрыва образуются множественные «ямочные» вырывы, что придает этой зоне мелкобугристый вид (рис.11).

В зоне сдвига отмечается общая сглаженность поверхности разрушения больше выраженная на участке, прилежащем к костномозговой полости. Ближе к краю излома текстура приобретает крупнобугристый вид с множественными углублениями и выступами. Это объясняется тем, что при давлении во время прохождения магистральной трещины образуются рубцы на поверхности излома, которые формируются только по краю излома, в результате слияния языкообразно выступающих частей движущегося фронта трещины или семейства трещин, движущихся в одном направлении, расположенных на одном уровне. Образования же их ближе к полости кости не происходит, так как невысокая скорость нагружения стремится к свободной поверхности в области наружного контура (периостального края) при переходе в продольный сдвиг для достижения максимальной деформации.

Морфология поперечного сдвига обусловлена зарождением множественных микротрещин впереди фронта движущейся магистральной трещины, вследствие чего формируются гребни, ориентированные под прямым углом к краю излома, которые для формализации отмечены нами как «гребни поперечного сдвига» (рис.12). Наложение их на краевые рубцы образует дефекты треугольной формы, направленные своим основанием к краю излома, а вершиной к костно-мозговой полости кости.

При медленном изгибе разрушение идет по менее энергоемкому пути, обходя при движении участки кости, которые имеют более выраженную твердость.

При движении трещины, в вершине которой действуют деформации продольного сдвига, края излома приобретают вид «единичных зубьев», количество которых ближе к долому уменьшается, но они увеличиваются в размерах.

Таблица 4

Морфологические признаки повреждения костей при давлении на изломе.

№	Признаки.
1	Множественные «ямочные» вырывы в зоне разрыва.
2	Гребни под прямы углом к краю излома в зоне сдвига.
3	Крупнобугристая текстура излома в зоне сдвига.
4	Сглаженность излома на участке, прилежащем к костно-мозговой полости в зоне сдвига.
5	«Дефекты» треугольной формы вершинами к костномозговой полости в зоне сдвига.
6	Контур края излома в зоне сдвига в виде «единичных зубьев».
7	«Волнообразная» траектория разрушения в зоне сдвига.
8	Однородная текстура разрушения в зоне сдвига и долома.
9	Чередование крупнобугристой и слаженной поверхности разрушения сдвига в долом.
10	Протяженность долома занимает до 1/3 общей протяженности разрушения.
11	Уплощение гребня в месте разъединения кости.
12	«Зубчатый» контур края долома.

Текстура излома на границе зоны сдвига и долома приобретает однорельефный характер на всем протяжении этих участков.

Разрушение кости при медленном изгибе начинается с небольшой скоростью. При этом текстура в зоне сдвига в самом его начале имеет бугристую поверхность, но по мере продвижения разрушения становиться более сглаженной – мелкозернистой. Затем происходит спад скорости и при достижении минимального расхода энергии, разрушение идет медленно и излом приобретает крупнобугристый вид в зоне долома. Зона долома достигает до 1/3 от всей поверхности разрушения.

Для давления характерно, что последний уплощенный гребень перед разъединением составляет до 2/3 протяженности долома, что обусловлено невысокой скоростью прохождения генеральной трещины и влиянием свободной поверхности кости. При этом концевые края разъединения кости имеют «зубчатый» контур.

Морфологические признаки излома при давлении и их диагностическая значимость представлены в таблицах 4,5.


Таблица 5

Статистическая оценка диагностической значимости морфологических признаков.

Давление.
Призн.	Ошибка	Ст. К. Ст.	СС	Достоверность различий
1	0,08642	4,430393	59	P > 0,99
2	0,08206	7,452046	86	P > 0,99
3	0,07637	1,720464	96	P > 0,95
4	0,09940	0,08366	59	P > 0,99
5	0,08061	4,909182	40	P > 0,99
6	0,08563	3,087391	75	P > 0,99
7	0,07161	4,035819	27	P > 0,99
8	0,0816	6,573699	87	P > 0,99
9	0,0863	3,215318	58	P > 0,99
10	0,08061	1,433481	89	P > 0,90
11	0,08665	2,166108	62	P > 0,95
12	0,084	4,229301	48	P > 0,99

^ Особенности формирования структуры излома в сложном напряженном состоянии кости.

В ходе исследования были проанализированы морфологические признаки для каждого из видов нагружения: при давлении и ударе при нормальном развитии напряжений (В.Н. Крюков, 1966; В.Э. Янковский, 1974).

Вместе с тем сочетание различных видов деформаций может изменять нормальное развитие напряжений в костной ткани и порождать в ней сложное напряженное состояние (В.И. Бахметьев, 1992). Такое состояние кость может испытывать, например, при одномоментном сочетании изгиба и кручения, что является характерным при медленной нагрузке – давлении.

Для кручения при давлении характерно наличие ротации бедра кнутри только при давлении сзади, что обусловлено несколькими факторами:

1. 
   В условиях медленного нагружения биомеханические особенности придают ей неустойчивое положение.
   
2. 
   При давлении сзади на бедро происходит давление на заднюю группу мышц – полусухожильную (функции: разгибает бедро, сгибает голень, вращая его внутрь), полуперепончатую (функции: разгибает бедро, сгибает голень, вращая его внутрь) и двуглавую (функции: разгибает бедро, сгибает голень, вращая его кнаружи). Так как нагружение идет с невысокой скоростью, то происходит напряжение мышц еще до того, как в кости начинает образовываться перелом, вследствие чего мышцы разгибают бедро и выворачивают конечность кнутри.
   

При давлении спереди кручение бедра отсутствует, что можно объяснить тем, что передняя группа мышц относится к разгибателям и при медленном нагружении бедро практически не ротирует, т.к. функции мышц заключаются только в сгибании и разгибании бедра и голени.

В результате этого были отмечены следующие морфологические признаки, которые позволяют установить направление кручения кости:

1. 
   Разнорельефная поверхность перелома (излома) на противоположных сторонах зоны сдвига относительно вектора разрушения – смена зернистой текстуры на рубцовую по ходу кручения (рис.13).
   
2. 
   Образование гребня за счет вращательного движения кости и возникновения упругих деформаций напряжения отрыва (рис.14).
   
3. 
   Формирование «остроугольной» формы вклинения и трещин, затухающих в направлении кручения.
   
4. 
   Треугольная форма долома, вершиной направленной в сторону продолжающейся ротации.
   

Статистическая достоверность диагностической значимости морфологических признаков при кручении, представлена в табл.6.

Таблица 6

Статистическая оценка диагностической значимости морфологических признаков при кручении.

Кручение кости.
Признак.	Ошибка	Ст. К. Ст.	СС	Дост. разл. (P>0,95)
1	0,145622187	1,806476536	16	P > 0,95
2	0,110439179	1,435709323	6	P > 0,90
3	0,152593654	1,180784228	22	P > 0,90
4	0,115799669	2,754057251	7	P > 0,95

ВЫВОДЫ:

1. 
   Различные виды внешнего воздействия формируют специфичные морфологические признаки разрушения, которые отчетливо различимы на различных структурных уровнях излома длинной трубчатой кости нижней конечности.
   
2. 
   Выявленные морфологические признаки повреждений костей на изломе позволяют дифференцировать виды внешнего воздействия по характеристике излома.
   
3. 
   В процессе пластической деформации при ударе определяются: рубцовая текстура поверхности разрушения, зона разрыва занимает от 1/8 до 1/3 от протяженности разрушения, крупнобугристая текстура разрушения в зоне разрыва, сколы гаверсовых пластин остеонов в зоне сдвига, текстура в зоне сдвига в виде острых углов, вершинами навстречу разрушению, разрушение остеона через гаверсовы пластины, волнистый контур края долома, «мелкоячеистый» вид текстуры излома, приграничной к долому;
   

при давлении наблюдаются: сглаженная поверхность разрушения, зона разрыва занимает до 1/2 протяженности разрушения, мелкобугристая текстура в зоне разрыва, текстура в зоне сдвига в виде гребней, параллельных друг другу, разрушение остеона вокруг гаверсовых пластин, зубчатый контур края долома, «шевронная текстура» излома, приграничного к долому.

4. 
   В случае завершения разрушения (при переломе) для удара характерны: параллельные борозды в прикраевой части зоны разрыва, единичный «ямочный» вырыв в зоне разрыва, отграничение зоны разрыва «пасынковыми» трещинами, гребни под острым углом к краю излома в зоне сдвига, «пилообразный» контур края излома в зоне сдвига, сквозная трещина компактного слоя в зоне сдвига, участок «подрытия» с разрывом кости в зоне сдвига, разная протяженность участков сдвига (преобладание сглаженного над крупнобугристым), ступенчатость текстуры излома на границе зоны сдвига и долома, изменение траектории магистрального разрушения;
   

для давления характерны: множественные «ямочные» вырывы в зоне разрыва, формирование гребней под прямым углом к краю излома в зоне сдвига, контур края излома в зоне сдвига в виде «единичных зубьев», «дефекты» треугольной формы вершинами к костномозговой полости в зоне сдвига, крупнобугристая текстура излома в зоне сдвига, «волнообразная» траектория разрушения в зоне сдвига, сглаженность излома на участке, прилежащем к костно-мозговой полости в зоне сдвига, чередование крупнобугристой и слаженной поверхности разрушения сдвига в долом, однородная текстура разрушения на границе зон сдвига и долома, протяженность долома до 1/3 общей протяженности разрушения, уплощенный гребень в месте разъединения кости, «зубчатый» контур края долома.

5. 
   При внешнем воздействии в виде давления выявлены морфологические признаки, позволяющие определить направление нагрузки по ротационному смещению кости. Ротацию характеризует: последовательное замещение зернистой текстуры излома на рубцовую по ходу кручения, последовательное остроугольное и «полулунное» вклинение в зоне долома по направлению кручения, формирование гребня при кручении в зоне сдвига, затухающие трещины на границе сдвига и долома.
   
6. 
   Разработана программа установления вида внешнего воздействия по характеристике текстуры излома, основанная на технологии интеллектуального анализа данных, в частности метода «дерева решений».
   

^ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ:


Диагностика механизмов переломов длинных трубчатых костей нижних конечностей при травме твердыми тупыми предметами должна осуществляться с позиций комплексного анализа объектов исследования, включающего в себя определенную очередность действий.

1. 
   Перед извлечением поврежденных костей из трупа края переломов изолируют ветошью с целью исключения их дополнительной травматизации. Затем все поврежденные кости изымают целиком путем вычленения из суставов, маркируют, очищают механическим способом от мягких тканей.
   

Далее вымачивают кости в концентрированном растворе стирального порошка в течение 24 часов (для ускорения исследования допускается мацерация путем кипячения в горячей воде в течение 3-4 часов под контролем). Затем удаляют надкостницу и остатки мышц, связок с помощью волосяной щетки и теплой проточной воды, высушивают кости при комнатной температуре, обезжиривают зону повреждений в спиртоэфирном растворе – соотношение 1:1. После чего производят распил костей на расстоянии около 3 см. от окончания затухающих трещин, отходящих от излома (во избежание дополнительного разрушения) для исследования костных отломков под микроскопом.

Все операции над переломами проделывают осторожно, учитывая тот факт, что поверхность переломов содержит много ценной информации и любое их дополнительное повреждение может затруднить в дальнейшем обнаружение и интерпретацию морфологических признаков.

2. 
   Порядок исследования изломов включает в себя определенную стадийность проводимых операций:
   

1. 
   Визуальный осмотр общего вида разрушений костей в целом и каждого повреждения в отдельности. Сопоставление изломов, отмечают направление общей траектории переломов относительно продольной оси кости на каждой ее поверхности. На этом этапе уже возможно выделение зон зарождения разрушения (разрыва), его распространения (сдвига) и завершения (долома).
   
2. 
   Перед исследованием переломов подготавливают поверхности изломов с помощью окраски спиртового раствора йода. Детально изучают поверхность излома с помощью лупы или стереомикроскопа типа МБС с увеличениями от х16 до х32. Отмечают рельеф излома в зонах разрыва, сдвига и долома.
   

Для изучения излома методом сканирующей электронной микроскопии предварительно готовят костные образцы путем выпиливания, обезжиривания в смеси ацетона и спирта (соотношение 1:1), напыления в вакууме на исследуемую поверхность разрушения тонкого слоя углерода (10-20 нм) и серебра (30-40 нм).

2. 
   Результаты исследования переломов описывают, фотографируют, вводят полученные результаты в программу для просчета полученной информации (вводятся выявленные морфологические признаки на изломе по 5 – бальной шкале и после их статистической обработки выдается процент вероятности вида внешнего воздействия).
   
3. 
   Анализируя характер излома, приходят к заключению о виде внешнего воздействия и направлении кручения (если таковое состоялось).
   

^ СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. 
   Кирилов В.А. Микроразрушение компактного слоя кости при различных видах внешнего воздействия / В.А.Кирилов, М.А.Кислов // Материалы межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Новые технологии в биологии и медицине». – Воронеж, 2004. – С. 226-229.
   
2. 
   Бахметьев В.И. Особенности разрушений костной ткани при различных способах внешнего воздействия / В.И.Бахметьев, М.А.Кислов, Н.А. Степанян // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. – М., 2006. – Т.5. – №1. – С. 192-195.
   
3. 
   Кислов М.А. Статистическая оценка диагностической значимости морфологических признаков повреждений длинных трубчатых костей на основе характеристики излома / М.А.Кислов, В.И.Бахметьев, Ю.А.Полянский // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. – М., 2007. – Т.6. - №1. – С. 252-254.
   
4. 
   Kislov M.A. Untersuchung von frakturflächen der langen röhrenknochen zur frage der rekonstruktion der bruchmechanismen (Судебно-медицинская диагностика механизмов переломов длинных трубчатых костей на основе анализа морфологии излома) // M.A.Kislov, V.I. Bachmetjev / Rechtsmedizin. – Hamburg. – 2007. – V. 4. – P. 248.