О топографии напряжений в реберном кольце при статических нагрузках

При воссоздании обстоятельств травмы по обнаруженным повреждениям судебно-медицинский эксперт исходит, в частности, из характера и механизма переломов костей скелета. Механизм переломов можно объяснить, зная величину и характер деформаций костной ткани при действии травмирующего агента и ее сопротивляемости.

В промышленности для исследования распределения напряжений в объектах широко применяют электротензометрию. Указанный метод используют и в медицине при исследовании упругих свойств костной ткани (В.Е. Беленький, 1960—1962, 1964, 1965; В.Н. Крюков, 1966; Hirch и Brodetti, 1956).

Работ об исследовании напряжений, возникающих в костях грудной клетки при ее компрессии, в доступной литературе мы не встретили.

Распределение напряжений в замкнутой реберной дуге мы исследовали с помощью тензометрических датчиков сопротивления на аппарате ИСН-20м (И.И. Бродский, 1964), обеспечивающем непосредственное измерение напряжений (в килограммах на 1 см²).

Замкнутые дуги ребер с соответствующим позвонком и участком грудины брали от трупов скоропостижно умерших лиц и очищали от мягких тканей, сохраняя связки и мембраны.

На внутреннюю и наружную пластинки ребер наклеивали (8% раствором целлулоида в ацетоне) 12 тензодатчиков, ориентированных по длиннику кости. Компрессию реберной дуги производили в передне-заднем, боковом и косом направлениях на сконструированном для этой цели прессе. Соответственно 3 направлениям компрессий исследовано по 12 реберных колец и выполнено 7200 измерений.

Исследования показали, что при компрессии реберной дуги в сагиттальном направлении усилия на растяжение развиваются по всей поверхности наружной пластинки (за исключением околопозвоночной линии) и на внутренней пластинке по околопозвоночной линии. Напряжения сжатия возникают на внутренней пластинке и по околопозвоночной линии на наружной. Наибольшее растягивающее напряжение зарегистрировано по передней подмышечной линии, наименьшее — по лопаточной, где растяжение начинает (между лопаточной и околопозвоночной линией) переходить в сжатие.

При сдавлении в боковом направлении растяжение развивается на внутренней пластинке и по околопозвоночной линии на наружной, а сжатие — на наружной поверхности и на внутренней по околопозвоночной линии. Наибольшее растягивающее напряжение было зарегистрировано на внутренней пластинке по средней подмышечной линии, на наружной поверхности.

При компрессии в косом направлении нагрузку прикладывали на одном ребре между срединно-ключичной и передней подмышечной линией (ребро А), на втором между лопаточной и околопозвоночной линией (ребро Б). В ребре А растяжение возникает на наружной пластинке по средней и задней подмышечным, лопаточной и околопозвоночной линиям, на внутренней по срединно-ключичной и передней подмышечной. Сжатие зарегистрировано на наружной поверхности ребра по срединноключичной и передней подмышечной линиям и па внутренней по средней и задней подмышечным, лопаточной и околопозвоночной линиям. Наибольшее растягивающее напряжение отмечено по срединно-ключичной линии на внутренней пластинке и по лопаточной на наружной, а наименьшее — по средней подмышечной линии на наружной поверхности ребра.

В ребре Б усилия на растяжение развиваются па наружной пластинке по срединно-ключичной и передней подмышечной линиями и на внутренней по средней и задней подмышечным, лопаточной и околопозвоночной линиям. Сжатие возникает по средней и задней подмышечным, лопаточной и околопозвоночной линиям на наружной и по срединно-ключичной и передней подмышечным на внутренней пластинке. Наибольшие растягивающие напряжения отмечаются по срединно-ключичной линии на внутренней пластинке, а наименьшие — по передней и средней подмышечным линиям на наружной поверхности.

Таким образом, при сдавлении реберной дуги в различных направлениях наибольшие растягивающие напряжения зарегистрированы в разных точках: при сагиттальном — по передней подмышечной линии на наружной пластинке, при фронтальном — по средней подмышечной линии на внутренней поверхности ребра, при косом — по срединно-ключичной линии на внутренней и по лопаточной на наружной пластинке ребра А и по срединно-ключичной линии на наружной и по лопаточной на внутренней пластинке ребра Б. Именно в этих точках наиболее вероятно возникновение переломов.

Для проверки этого предположения экспериментально сдавливали грудную клетку 5 трупов лиц, умерших от различных причин в возрасте 31—59 лет. Компрессию производили в сагиттальном направлении. На перелом ребер (улавливаемый на слух) затрачивали усилие от 98 кг (труп женщины 54 лет) до 190 кг (труп мужчины 31 года). На вскрытии во всех 5 случаях обнаружены переломы с обеих сторон только по передней подмышечной линии от 1 до 10 ребер (от II до VI).

Все переломы носили характер непрямых сгибательных: расположение поперек длинника ребра, концы отломков направлены кнаружи; наибольшее зияние со стороны наружной пластинки. Линия перелома на наружной пластинке прямая или волнообразная, всегда четкая, а на внутренней ровная (реже волнообразная), нечеткая, с дефектами костной ткани, но без образования отломков. Края переломов отвесные как на внутренней, так и на наружной поверхности ребра. На внутренней пластинке у края могут возникать дополнительные поверхностные трещины, идущие вдоль ребра. При непосредственной микроскопии внутренней пластинки видны мелкие зубчики и отходящие от углообразных выемок продольные трещинки; на наружной поверхности края перелома сравнительно ровные или с пологими зубцами, от перелома отходят веерообразные трещинки.

Для уточнения данных электротензометрии мы исследовали также прочность изолированных ребер 69 трупов лиц обоего пола, умерших от различных причин в возрасте от 2,5 месяцев до 80 лет (207 экспериментов). Ребра брали вскоре после смерти, механически очищали от мягких тканей и сразу же испытывали на изгиб (на машине УГ-20/2) и на удар (на маятниковом копре МК-30).

Расстояние между опорами при определении сопротивляемости ребер сгибающей и ударной нагрузкам было постоянным — 5 см.

Результаты наших исследований показали, что ребра имеют неодинаковую прочность: наибольшую постоянно регистрировали по лопаточной линии, где сопротивляемость на изгиб достигала 85 кг (мужчина 25 лет), а наименьшую — по указанной линии— 14 кг (мужчина 80 лет). Наименьшая сопротивляемость на изгиб оказалась по срединно-ключичной линии: максимальная 66,5 кг (мужчина 19 лет), минимальная 7 кг (женщина 66 лет). Прочность ребер по средней подмышечной и околопозвоночной линиям занимала промежуточное положение.

В среднем на перелом ребер затрачивалось усилие в 28 кг по срединно-ключичной, 31 кг по средней подмышечной, 48 кг по околопозвоночной и 52 кг по лопаточной линиям. Таким образом, прочность ребер на сгибание увеличивается в направлении от переднего конца ребра к его углу.

Ударная нагрузка имела значительно меньшие колебания, но выявила большую устойчивость ребер сзади, чем спереди.

Ребра изменяют свою прочность в зависимости от возраста (становятся хрупкими после 60 лет) и пола (у мужчин ребра прочнее, чем у женщин).

Как показали наши эксперименты, при компрессии грудной клетки в передне-заднем направлении возникают непрямые сгибательные переломы ребер по передней подмышечной линии, а не в месте наименьшей прочности (срединно-ключичная линия) и не в области наибольшей выпуклости (среднеподмышечная линия) или изгиба ребра (лопаточная линия).