Исследование повреждений костей черепа в эксперименте при дозированных ударах

Закрытые травмы черепа составляют 12% всех повреждений (А.Л. Поленов, И.С. Бабчин, 1954) и связаны преимущественно с бытовым (40%) и уличным (35%), реже промышленным и сельскохозяйственным травматизмом (А.А. Русанова, 1956).

Одна из основных задач судебно-медицинской экспертизы при переломах костей черепа — установление орудия и механизма травмы на основании характера имеющихся повреждений. Определение механизма и происхождения обнаруженных повреждений головы особенно затруднительно в случаях их причинения твердыми тупыми предметами либо при ударах о последние вследствие падения.

Как показывает практика, клиническая и экспертная оценка отдельных случаев черепно-мозговой травмы весьма разнообразна, а порой и противоречива. Различная трактовка происхождения и механизма некоторых сходных по характеру и локализации повреждений головы создает значительные трудности в судебно-медицинской практике.

Вместе с тем органы следствия и суда все чаще представляют на разрешение судебно-медицинской экспертизы ряд сложных вопросов о механизме бытовой, транспортной, уличной или производственной травмы. Поэтому большое значение приобретает изучение экспериментальных повреждений головы, наносимых посредством дозированных по силе и скорости ударов.

Сопоставление морфологии экспериментальной травмы головы со сходными повреждениями, встречающимися в судебно-медицинской практике, поможет решению ряда вопросов, связанных с механизмом травмы головы.

Следует подчеркнуть, что число судебно-медицинских работ по экспериментальным повреждениям головы с применением дозированных ударов крайне невелико как в отечественной, так и в иностранной литературе (П.М. Пауткин и Д.Н. Матвеев, 1935; К.И. Татиев и Д.М. Кобызев, 1949; Н.Н. Семенов, 1965; Sellier и Unterharnscheidt; Kulowski; Lissner и Evans). Sellier и Unterharnscheidt изучали действие ударной силы на неподвижную голову.

Нередко тело человека, получив известное ускорение, ударяется головой о неподвижную преграду, причем характер костных повреждений в таких случаях зависит от скорости и массы тела, характера поверхности и т. д. Kulowski, Lissner и Evans исследовали в эксперименте повреждения головы при падении тела на плоскую твердую поверхность (лист жести, бетонная площадка). За критерий костной травмы они принимали удельную работу удара, которая колеблется, как показали опыты, от 5,1 до 11,7 кгм/см² (Kulowski) и от 41,5 до 90 кгм/см² (Lissner и Evans). Такое значительное расхождение результатов исследований можно объяснить неодинаковыми условиями экспериментов и различной жесткостью поверхностей, о которые происходил удар.

Большинство авторов, изучавших физические характеристики удара движущейся головы о твердые предметы, считает, что из всей суммы «действующих факторов наибольшее значение имеют скорость удара готовы, путь ее торможения, а также величина возникающей перегрузки (отношение действующей силы к весу объекта). По данным Sneveli и Chichester (1961), критическая величина перегрузок, при которых наступает повреждение костей черепа, колеблется между 60 и 550 ед.

Ввиду отсутствия единой методики опытов и, следовательно, критериев их оценки в настоящее время не представляется возможным сопоставить крайне противоречивые данные отечественных и зарубежных авторов, чтобы сделать выводы, необходимые для судебно-медицинской практики.

Нами разработана методика, позволяющая получать повреждения головы в зависимости от скорости соударения, силы удара, работы удара, возникающих перегрузок и характера соударяемой поверхности.

Эксперименты проводили на специальном стенде (рис. 1), дающем возможность наносить дозированные удары лобно-теменной и затылочной областью головы о плоскую жесткую поверхность. Стенд состоит из неподвижного основания, на котором смонтирован поворотный стол с креслом и плоской металлической плитой. На нижней части поворотного стола и основании стенда укреплено от 3 до 12 резиновых шнуровых амортизаторов диаметром 12—18 мм. С помощью лебедки стол отклоняется на определенный угол (15—75°), при этом происходит натяжение амортизаторов.

При снятии стопорного устройства стенда стол с размещенным на нем трупом приходит в движение в результате сокращения амортизаторов. После остановки стола на упорах голова трупа по инерции двигается и при кивке вперед (при ударах лобно-теменной областью) или откидывании назад (при ударах затылочной областью) ударяется о плиту. Скорость поворота стола зависит от угла его наклона, количества и диаметра амортизаторов, а также высоты установки кресла.

Рис. 1. Стенд для дозированных ударов.

Изменяя перечисленные условия эксперимента, можно получить различные строго дозированные скорости движения головы и силу ее ударов о плоскую металлическую плиту (которая в дальнейшем будет заменена плитами со сферической, конусообразной и другими поверхностями).

Рис. 2. Направление составляющих скорости подхода.

Скорость подхода головы к соударяемой поверхности (задавалась в пределах 0, 5—9, 5 м/сек), траектория движения головы до и после удара, угол соударения и другие особенности положения головы в момент удара определялись с помощью скоростной киносъемки (1000 кадров в секунду — камера «Пентацет»). Для этой цели производилось изучение кинограммы (кинопленки) с помощью покадрового дешифратора ППУ-3 с дистанционным управлением и масштабом изображения на экране 1:2. На кинограммах через каждые 5 кадров фиксировались контуры головы с реперными (контрастирующими) точками, начиная от 0,02—0,03 сек. до остановки стола стенда на опорах и кончая моментом полного отхода головы после соприкосновения с соударяемой поверхностью. Реперные точки прикреплялись непосредственно перед съемкой в лобной, теменной и затылочной области, а также соответственно основанию носа, ушной раковине и плечу трупа, одетого для большей четкости изображения в черный шлем и комбинезон. При дешифрировании совмещение кадров на экране контролировали по неподвижной точке, укрепленной на неподвижном фоне за стендом. Зная время каждого кадра ( +0,001 сек.) и путь (S), пройденный головой от остановки стола до удара (определяли измерением расстояний между реперными точками на кинограммах), вычисляли скорость удара головы о неподвижную плиту (V₀) по формуле:

V₀ = S / t.

Скорость удара V₀, согласно закону параллелограмма скоростей, по отношению к плоскости неподвижной плиты стенда раскладывается на нормальную составляющую V_x и касательную составляющую V_у (рис. 2).

Тяжесть повреждения костей черепа в основном зависит от нормальной составляющей V_x, в дальнейшем именуемой скоростью соударения. Последняя может быть определена решением уравнения V_x=V₀ × Sin α, где α — угол подхода головы к соударяемой поверхности (определяется по кинограммам).

Характер повреждений головы зависит не только от скорости соударения, но и от силы удара (F). Последнюю с учетом коэффициента восстановления К (отношение скорости после удара V_K к таковой до удара V₀) рассчитывали по формуле:

F = (1+K) × (m × ΔV_x) / t,

где t — время удара; т — масса головы; ΔV_x — разность между скоростями соударения до удара (V_x0) и после удара (V_KX). Время удара (t) определяли путем отсчета количества кадров на кинопленке при помощи дешифратора ППУ-3, а также по времени действия перегрузок, возникающих при ударе.

Работу удара (Г), т. е. количество кинетической энергии, затраченной на преодоление сопротивления костей черепа (или на их разрушение), с учетом коэффициента восстановления К определяли по формуле:

T = (1-K²) × (m × V²_×0 / 2),

где m — масса головы; V_x0 — скорость соударения в момент удара.

Измерение перегрузок производили при помощи аппарата ВИ 6—5 м с датчиком ДУ-5 индуктивного типа. При ударе лобно-теменной областью головы датчик перегрузок посредством специального приспособления крепили в области большого затылочного бугра таким образом, чтобы в момент удара ось чувствительности датчика была перпендикулярна к плоскости плиты стенда. Регистрацию перегрузок осуществляли на шлейфовом осциллографе типа К-20-21. При дешифрировании осциллограмм вычисляли величину перегрузок, время их действия и скорость нарастания. Перегрузку определяли по пиковому значению, скорость нарастания — по отношению этого значения ко времени роста перегрузок. Время действия перегрузок отсчитывали от начала подъема кривой до первого ее пересечения или касания нулевой линии.

Площадь соударения головы, которая колебалась в пределах 25— 35 см², определяли по отпечаткам на миллиметровой бумаге, покрытой черной краской и прикрепленной к поверхности плиты.

Объектом исследования служили трупы мужчин и женщин в возрасте от 20 до 70 лет без каких-либо повреждений головы и опорно-двигательного аппарата. Контроль за состоянием костей черепа осуществляли по обзорным рентгенограммам (прямой и боковой проекциях), снятым до и после опыта (аппарат типа «Мобилискс»).

В дальнейшем производили судебно-медицинское исследование трупов с тщательным описанием обнаруженных повреждений. Субмакроскопические трещины выявляли импрегнацией раствора черной туши.

Удары лобно-теменной областью головы о плоскую неподвижную металлическую поверхность со скоростью соударения до 4,3 м/сек (F = 370 кг, T = 8,4 кгм) не приводили к повреждениям костей черепа. Первые макроскопически заметные нарушения их целости в виде единичных прерывистых продольных трещин выявляли, начиная со скорости соударения 4,4 м/сек (F = 410 кг, Т= 9 кгм, перегрузка порядка 250 ед.). Эти трещины располагались вдоль лобно-решетчатого шва на расстоянии 0, 5—1 см от него и достигали 1—1,5 см. В отдельных случаях трещины распространялись на малые крылья основной кости. Обзорная рентгенография в прямой и боковой проекциях эти трещины не выявляла. В этом отношении наши данные соответствуют данным других авторов (В.С. Майкова-Строганова и Д.Г. Рохлин, 1955; С.А. Рейнберг, 1964 и др.), которые указывают, что рентгенодиагностика трещин костей основания черепа, особенно трещин передней черепной ямки, чрезвычайно затруднительна.

С увеличением скорости соударения количество трещин глазничной части лобной кости росло, а их длина увеличивалась до 2,5—3 см. Некоторые из них соединялись друг с другом дополнительными трещинами и переходили на прилегающие участки малых крыльев. Иногда в латеральной части свободного заднего края малых крыльев образовывались небольшие треугольные дефекты, острым углом обращенные в сторону удара.

Рис. 3. Передняя обзорная рентгенограмма после удара с? скоростью соударения 5,9 м/сек. Направления трещин указаны стрелками.

При наличии множественных трещин, сохранявших в основном продольное направление, связь между лобной и решетчатой костями нарушалась. В результате этого дырчатая пластинка решетчатой кости смещалась вверх, через ее отверстия вытекало умеренное количество жидкой крови. Следует отметить, что при этом нарушалась целость бумажной пластинки внутренней стенки глазницы. При наличии множественных трещин в клетчатке верхневнутренних отделов глазниц выявляли ограниченные или сливающиеся между собой скопления темно-красной крови, образованные, вероятно, вследствие разрыва кровеносных сосудов при смещении глазных яблок в момент удара. Кровоизлияний в других отделах клетчатки глазниц и в оболочках глазных яблок не отмечали, что, по-видимому, связано с локализацией удара и соответствующим распределением сил.

При ударе лобно-теменной областью головы со скоростью соударения от 5,8 до 7,2 м/сек (F = 820,5—2237,5 кг, T=12,3—20,3 кгм, перегрузка более 315 ед.) наблюдали не только повреждения костей основания, но и свода черепа. В месте удара на своде черепа вначале появлялись единичные трещины, а при скоростях более 5, 9 м/сек (F = 975 кг, T>14,5 кгм) — множественные пересекающиеся трещины на участках овальной формы размером до 6×4, 5 см (рис. 3). Эти трещины проходили по наружной пластинке, иногда с нерезко выраженным западением ее фрагментов и уплотнением подлежащего губчатого вещества. От боковых и нижних краев зоны удара через наружную пластинку отходили дополнительные радиальные трещины длиной 2—3,5 см, которые иногда не были связаны с основными и ограничивались сверху венечным швом, а снизу переходили на глазничную часть лобной кости, где слепо заканчивались. В некоторых случаях получали оскольчатые переломы стенок лобной пазухи с образованием костных фрагментов. Почти во всех случаях такие трещины сочетались с ушибленными ранами мягких тканей лобной области.

При скорости соударения от 5,8 до 7,2 м/сек наряду с трещинами в глазничных частях лобной кости появлялись трещины в области турецкого седла и ската. Эти трещины начинались от заднего края дырчатой пластинки, а при скорости соударения 7,2 м/сек являлись продолжением описанных выше радиальных трещин. Независимо от места своего начала трещины проходили через основание турецкого седла, пересекая его переднюю и заднюю стенки (реже располагались вдоль боковых его краев), и слепо заканчивались на скате, не доходя до большого затылочного отверстия. В единичных случаях они сопровождались симметричными или односторонними дополнительными трещинами, располагавшимися вдоль передних поверхностей пирамид височных костей, без перехода на их чешую.

Таким образом, при ударах лобно-теменной областью головы переломы костей основания черепа встречали чаще, чем свода, что, очевидно, связано с меньшей прочностью костей основания черепа. Ни в одном эксперименте не наблюдали дырчатых и вдавленных переломов костей черепа, так как для их возникновения необходимы предметы с ограниченной поверхностью соударения. В части опытов отмечали не только нарушения целости стенок лобной пазухи, но и других воздухоносных полостей костей черепа.

При ударах затылочной областью головы единичные трещины возникали в задней черепной ямке при скорости соударения 5,8 м/сек, (F = 964,8 кг, Т = 13,7 кгм). Эти трещины начинались слева или справа от наружного затылочного бугра, шли кпереди до заднего или боковых краев большого затылочного отверстия, реже отклонялись под острым углом и заканчивались у основания задней поверхности пирамид височных костей. Иногда от основных трещин под острым углом к ним через наружную костную пластинку отходили дополнительные мелкие, слепо заканчивавшиеся трещины длиной 1 —1,5 см. Интересно отметить, что вершина угла, образованного основной и дополнительными трещинами, всегда была направлена к месту удара.

Если место соударения находилось на 2—3 см справа, слева или выше затылочного бугра, трещины располагались соответственно в правой или левой половинах кости, шли параллельно внутреннему гребешку до боковых краев большого затылочного отверстия. Если площадь соударения локализовалась на расстоянии 3—4 см от затылочного бугра, то трещины переходили на противоположную половину задней черепной ямки, заканчивались у основания пирамид височных костей, реже — у боковых краев большого затылочного отверстия.

При скорости соударения 6,2 м/сек (F = 1011,8 кг, Т= 17,2 кгм) трещины начинались от наружного затылочного бугра или от вершины ламбдовидного шва, откуда по средней линии (или вблизи от нее) спускались на основание черепа, пересекая в поперечном направлении пирамиду одной из височных костей, и заканчивались у малых крыльев основной кости.

Если скорость соударения была 7,1 м/сек (F= 1985, 2 кг, Т = 19, 5 кгм), то наряду с описанными выше повреждениями наблюдали частичные расхождения стреловидного или ламбдовидного швов и переломы задней трети теменных костей. Отсюда трещины переходили на основание черепа, где пересекали в поперечном направлении вершины пирамид височных костей, переходили в среднюю и переднюю черепные ямки, заканчиваясь у дырчатой пластинки решетчатой кости. В некоторых подобных случаях от основных трещин, проходивших вблизи большого затылочного отверстия, отходили две дополнительные трещины, которые, заканчиваясь у края большого затылочного отверстия, образовывали несколько вдавленные треугольные костные отломки размером до 1,5×1 см.

Выводы

1. Предлагаемая методика обеспечивает получение экспериментальных повреждений движущейся головы при ударе о твердую плоскую поверхность с максимальным приближением к практическим условиям (транспортные происшествия, падения и т. д.) и позволяет достаточно точно рассчитать скорость соударения головы и силу удара.

2. Удары лобно-теменной областью головы сопровождаются переломами костей черепа при меньших скоростях соударения и силе ударов по сравнению с ударами затылочной областью.

3. Кости основания черепа менее резистентны к действию сил, возникающих при ударах лобно-теменной областью головы о плоскую твердую поверхность, и более устойчивы к таковым при ударах затылочной областью.

Поступила в редакцию 22/XII 1966 г.