Механизм разрушения трубчатых костей при рубящем воздействии

Теоретически, рассматривая процесс разрушения длинной трубчатой кости вместе с мягкими тканями, с нашей точки зрения, можно выделить четыре этапа разрушения.

• Первый этап — уплотнение мягких тканей под воздействием рубящего предмета и собственно их разделение до момента контакта рубящего предмета с костью. Этот этап наиболее изучен. (Авдеев М.И., 1976; Дементьева С. Ф , 1955; Скопин И.В., 1960).
• Второй этап — загружение кости и возникновение внутренних напряжений. В зависимости от условий опирания конечности формируются внутренние напряжения. На формирование сложнонапряженного деформированного состояния влияет множество различных условий. Вот далеко не весь их перечень: условия опирания кости; плотность фиксации кости к подложке; свойства подложки; реакция суставов в пределах разрушения кости, охватывающая проксимальную и дистальную головки. С точки зрения механики деформированного твердого тела, реакцию суставов можно рассматривать как тип фиксации концов: жесткий, шарнирная опора или консоль. Этот второй этап наименее изучен. Поскольку здесь рассматриваются реакции суставов и подлежащих мягких тканей, далее этот этап будет именоваться как этап биомеханики загружения кости.
• Третий этап — собственно разрушение кости. Фундаментальным исследованием в области рубленых повреждений являются исследования Скопина И.В. (1960). В данном источнике широко отражены особенности рубленых повреждений плоских костей. Что наиболее важно, впервые отмечается клиновидное действие топора на стенки разруба. В других публикациях высказываются лишь рекомендации по исследованию расчлененных останков, определению направления удара. Таким образом, собственно разрушение трубчатой кости под воздействием рубящего объекта не изучено.
• Четвертый, заключительный, этап — разруб подлежащих тканей. Из практических наблюдений известно, что разруб подлежащих тканей встречается не всегда (только при отчленении мелких членов).

Рассматривая разрушение диафиза трубчатой кости с учетом толщины мышечного слоя, условий ее опирания, учитывая форму сечения кости на уровне разрушения, можно расценивать данный процесс как биомеханический аспект разрушения диафизов трубчатых костей.

Собственно разрушение кости под действием рубящего предмета находится в прямой зависимости от угла заточки (рабочего угла) топора. то есть от утла схождения полей заточки. ГОСТ подразумевает угол заточки плотницкого топора в 30 градусов. Однако в учебниках по плотницкому и столярному делу Федорова П.А. (1992) указано, что имеются топоры для рубки и для тески дерева. Колун (вид топора) имеет угол заточки 45 градусов. Таким образом, в зависимости от цели и назначения используются разные рабочие углы лезвия топора. Топоры с малым (20°) рабочим утлом предназначены для тески дерева, а топоры с большим (45°) утлом — для колки. Топор с углом заточки 30 градусов по ГОСТу именуется как строительный и используется универсально.

Рассмотрим процесс разрушения трубчатой кости под действием рубящего следообразующего объекта. Далее будет представлен процесс взаимодействия разрушаемого объекта и топоров с разными рабочими углами — двадцать и сорок пять градусов.

Топор с рабочим углом в 200 имеет следующие конструкционные особенности: малый рабочий угол (порой за счет формирования на полях заточки топора двух фасок); широкие поля заточки. Сила трения, возникающая между полем заточки и стенкой разруба, зависит от коэффициента трения и площади контакта. Принимается условие, что коэффициент трения — величина постоянная (поля заточки имеют одинаковую степень гладкости, а разрушаемый материал во всех наблюдениях однороден). Поля заточки топора с рабочим углом в 20° при погружении в материал кости встречают наибольшее сопротивление, так как площадь контакта наибольшая.

Лезвие топора оказывает режущее воздействие на материал. Вслед за лезвием в материал погружаются поля заточки топора. Продвигаясь в глубь материала, поля клина не приводят к значительному расхождению полей разруба материала в стороны. Иными словами, расхождение полей разруба в результате действия клина топора недостаточно для формирования или развития опережающей трещины. Продвижение топора вглубь материала все больше затрудняется. Однако сила, сосредоточенная собственно в топоре, продолжает воздействовать на кость. Далее кость реагирует как конструкция. Рассматривается одно условие опирания кости — на слое мягких тканей (наиболее вероятная фиксация). На рис. 1а показано, как за счет упругих свойств основания (мягких тканей), максимально выраженных на концах кости, с одной стороны, и поперечной нагрузки в средней части (удар топора), с другой стороны, формируется деформация изгиба. Из схемы (рис. 16) видно, что изгиб приводит к формированию зоны сжатия на ВОГНУТОЙ стороне, то есть на стороне разруба. Такое загружение объекта приводит к защемлению полей заточки (попросту — лезвия) топора в материале. С этого момента рубящее действие прекращается. Далее как результат изгиба кости формируется на основании кости зона разрыва, затем зона распространения перелома и долом.

Рис. 1. Разрушение кости при действии топора с рабочим углом 20°:

• а) условия опирания и изгиб кости;
• б) защемление клина топора.

Это подтверждается экспериментальными исследованиями, в ходе которых выявлено, что деформация изгиба — превалирующая в механизме разрушения кости при рабочем угле 20 градусов. Встречная трещина максимальной длины, зачастую завершающая разрушение, малая глубина разруба, отсутствие либо короткие опережающие трещины — вот основные признаки разрушения кости при таком рабочем угле клина.

Рассмотрим разрушение кости под действием топора с рабочим углом 45 градусов (рис. 2) . Лезвие топора работает так же, как и в предыдущем случае. Поля заточки клина воздействуют на материал кости под большим встречным углом. Волна сжатия, формирующаяся режущей кромкой топора, продолжается и исходит от полей заточки. Учитывая их малую ширину, поля и режущая кромка действуют совместно: лезвие надсекает материал, а поле заточки доламывает. Так возникает процесс дробления (рис. 2а). Щеки топора при неглубоком погружении на материал, учитывая их малый рабочий угол, оказывают незначительное клиновидное воздействие, на уровне обтирания выступающих отломков. При достаточном погружении (обычно более половины диаметра кости) клиновидное действие не может реализоваться только за счет обтирания, и формируются растягивающие напряжения со стороны разруба. Это приводит к формированию трещин распора, завершающих разрушение кости (рис. 26).

Рис. 2. Разрушение кости при действии топора с рабочим углом 60°:

• а) условия опирания и изгиб кости, стрелками показано клиновидное действие топора;
• б) трещины распора как результат действия клина топора.

Это подтверждается экспериментальными исследованиями, в ходе которых выявлено, что клиновидное действие — превалирующий механизм разрушения кости при ударе топором с рабочим углом 45°— 60°. Трещины распора максимальной длины, завершающие разрушение, значительная глубина разруба, отсутствие либо короткие встречные трещины — основные признаки разрушения кости при ударах топором с рабочим углом 60 градусов.

Механизм разрушения кости при ударе топором с рабочим углом 30" занимает промежуточное положение, сочетая в себе механизм изгиба кости под действием топора и раскалывающий (расклинивающий) момент как следствие действия собственно клина топора.

Таким образом, рассматривая разрушение кости под действием топоров с разным рабочим углом, получено два принципиально отличающихся механизма разрушения кости.