Резание костной ткани с позиции теории резания материалов

Процесс разрушения кости под действием резца состоит из резания материала и колки материала [2].

Напомним, что зону резания образуют режущий клин, отделяемый слой и сформированная поверхность резания.  Механизм отделения срезаемого материала заключается в последовательных сдвигах локальных участков вдоль поверхности максимальных касательных напряжений. Начальный этап отделения объема срезаемого слоя – внедрение резца (резец перемещается в направлении приложенной силы, и внедряется в повреждаемый объект). На следующем этапе по мере внедрения резца в материал объекта происходит нарастание сопротивления деформированию. В тот момент, когда действующая в плоскости максимальных касательных напряжений составляющая силы давления достигает величины, достаточной для преодоления сопротивления материала кости сдвигу, происходит образование первого элемента стружки. На последующих этапах, по мере продвижения резца по материалу кости, происходят последовательные сдвиги элементов срезаемого объема по условным плоскостям сдвига.

В результате сдвигов наружная поверхность стружки получается пилообразной. На поверхности, контактирующей с передней поверхностью резца (полем заточки), неровности обычно сглаживаются за счет трения.

Рис.1. Виды стружек: а – сливная;
б – суставчатая; в – элементная;
г – надлома.

Элементная, суставчатая (рис.1 а, б), сливная стружки образуются при резании пластичных материалов. По мере увеличения твердости и прочности повреждаемого материалов стружка из сливной переходит в суставчатую или элементную [1].

Характер стружки также зависит от условий резания. И, как показывают наши наблюдения, он зависит от вида резания и от переднего, рабочего углов резания. Экспериментальные наблюдения

 показали, что при малом переднем угле резания (17⁰-25⁰) разрушение костной ткани практически отсутствует и выявить его можно только при помощи специальных методов (например, контрастирования, стереомикроскопии и т.д.). Наоборот, при отрицательных передних углах разрушение принимают обширный, локально-конструкционный характер. 

Сливная стружка в наших практических наблюдениях встречалась, только в случаях чистки костей неопытным лаборантом, при помощи ножа. Такая стружка формируется при соскобах. Легко представить условия для формирования такой стружки: острый резец двигается параллельно поверхности кости, отделяя достаточно тонкий слой костной ткани (продольное резание).

Рис. 2. Резание костей. Сколы компакты и
осколки имеют сходство с суставчатой
стружкой.

Суставчатая стружка наблюдалась нами при формировании разрубов топором с малым и средним рабочим углом лезвия (передний угол более 45°). В наших наблюдениях такие сколы компакты кости мы именовали как «двойные сколы». Принципиальное отличие осколков при этом виде стружкобразования от остальных заключается в том, что они располагаются вдоль слоев компакты в 2 и более рядов и слоев, имеют уплощенную форму, легко сопоставимы друг с другом условиях резания.

Таким образом, выявленный характер стружкобразования наглядно демонстрирует упругие и пластические свойства костной ткани при определенных условиях резания.

Учитывая тот факт, что кость человека обладает хрупкими свойствами, при резании кости будут наблюдаться сколы и костные осколки, схожие с теми видами стружек, которые характерны для резания хрупких материалов: элементная стружка (рис.1,в.) и стружка надлома (рис.1,г.).

Стружку надлома называют стружкой отрыва, так как ее образование связано не со сдвигом, а с отрывом элементов отделяемого объема. Эта стружка, как и элементная состоит из отдельных, не связанных друг с другом кусочков различной формы и размеров. Поверхности отделения элементов стружки надлома могут располагаться ниже поверхности резания. В результате поверхность резания оказывается покрытой вырывами, углублениями. [1]. На рис. 3.  видны мелкие костные осколки и сколы, расположенные в зоне разруба (нависающая сторона) имеют сходство с элементной стружкой. На рис. 4.  крупные костные осколки, расположенные в зоне разруба (нависающая сторона) имеют сходство со стружкой надлома. Характерная для стружки надлома обработанная поверхность неровная, имеет множественные, порой грубые сколы (рис.5).

Последние два вида резания с образованием элементной стружки и стружки надлома образуются при продольно-торцевом и торцевом видах резания, при переднем угле 90° и -20°-30°.

Рис. 3. Резание костей. Мелкие костные осколки и сколы, расположенные в зоне разруба (нависающая сторона) имеют сходство с элементной стружкой.	Рис. 4. Резание костей. Крупные костные осколки, расположенные в зоне разруба (нависающая сторона) имеют сходство со стружкой надлома.
Рис. 5. Резание костей. Неровные поверхности резания.

Таким образом, экспериментальные наблюдения показали изменение упруго-пластических свойств костей (изменение характера стружкобразования) в зависимости от условий резания.