Механизм и морфология разрушения плоских костей при резании

/ Плаксин В.О. Леонов С.В.  // Мат. VI Всеросс. съезда судебных медиков. — М.-Тюмень, 2005. — С. 224.

Плаксин В.О., Леонов С.В. Механизм и морфология разрушения плоских костей при резании

(Москва-Хабаровск)

ссылка на эту страницу

Процесс разрушения образца под действием резца состоит из резания материала и колки материала [Рахманов С.И., Гороховский К.Ф., Лившиц Н.В. Основы расчета станков для раскалывания лесоматериалов].

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, 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.

С точки зрения механики деформированного твердого тела кость следует рассматривать как анизотропный материал. Это связано с неоднородностью химической структуры кости: наличие органического и неорганического матрикса. Неоднородность материала присутствует и при физическом рассмотрении проблемы: разная степень остификации, а значит и неоднородность отложения кристаллов гидроксилаппатита. Однако основой неоднородности костной ткани лежит в ее архитектонике – в строго упорядоченном расположении остеонов. Преобладающая продольная ориентированность материала относительно постоянно прилагаемой нагрузки приводит к различным прочностным характеристикам кости к прилагаемым в разных плоскостях силам. Это подтверждается и предшествующими исследованиями: прочность кости имеет существенное различие по отношению к продольной и поперечной нагрузкам [Крюков В.Н. Механизмы переломов костей. – М.: Медицина, 1971].

Учитывая структурные особенности кости как материала можно выделить три главных вида резания (рис.1.):

  • в торец – направление (то есть скорость V) и плоскость  резания перпендикулярны к остеонам (осевому направлению);
  • вдоль волокон – скорость и плоскость  резания параллельны остеонам;
  • поперек волокон - скорость резания перпендикулярна остеонам, а плоскость резания параллельна им.

а)

б)

 в)

Рис.1. Главные виды резания: а) торцовое, б) продольное, в) поперечное. 1- резец; 2- костная ткань; 3- остеон; V – скорость резца.

Учитывая слоистость костей черепа можно предположить, что при разрушении черепа (при первичном контакте) и встречном угле порядка 90°, будет наблюдаться или поперечное или торцевое резание костной ткани. Механизм разрушения нам представляется следующим:

1 этап. Первичный контакт режущей кромки и кости. Формирование незначительного участка уплощения (или прогиба). Резание кости на протяженном участке (по длине) и на минимальную глубину.

2 этап. Погружение резца в глубину кости. Формируются участки краевого смятия. Далее, по мере погружения резца (или топора) и увеличения силы давления передней и задней грани (полей заточки) на стенки материала кости, формируются участки выкрашивания.

Выкрашивание краев перелома в фрактологии характерно для участка зоны сжатия при деформации изгиба или взаимодействия краев перелома при повторной травматизации. Отличие выкрашивания, формирующегося при торцевом резании, заключается в наличии четкой границы зоны выкрашивания, отделяющей демаркиционной линией зону поврежденных и не поврежденных тканей. Наличие четкой границы обусловлено вторичностью выкрашивания, формирующегося вслед за участками краевого смятия, и последующего развития краевых трещин.

3 этап.  Увеличение силы давления полей заточки приводит к формированию деформации изгиба на наружной костной пластинке (за счет вовлечения свободного края разруба полем заточки топора во внутрь) (рис.2.).

Рис. 2.Мехинизм формирования краевых сколов на НКП под воздействием поля заточки топора.

Этот этап приводит к формированию краевых сколов на НКП. 

4 этап.  По мере погружения резца (или топора) и увеличения силы давления щек топора на стенки разруба, сочетающегося с поступательным движением вглубь, трение щек топора и стенок разруба приводит к стиранию последних.

В результате в глубине разруба обнаруживаются осколки (рис.3.), которые «…если поместить на первоначальные места, то линия рассечения их свободного края не совпадает с прямолинейным краем основного повреждения, что указывает на разновременность образования краев отломков и краев основного повреждения…» (Скопин И.В., 1960).

Рис. 3. При сопоставлении осколка и края отмечается неполное соответствие между осколком и краем разруба (места несоответствия помечены стрелками).

Процесс формирования  неполного соответствия между осколком и краем разруба происходит поэтапно (рис.4.):

Рис. 4. Процесс формирования краевых сколов и (обтирания) стирания стенок разруба.

а) формирование краевого скола; б) формирование обтирания стенки разруба (отмечено пунктиром); в) при сопоставлении осколка и края отмечается неполное соответствие между осколком и краем разруба (за счет уменьшения глубины скола при обтирании стенки разруба).

 Несоответствие между костным осколком и стенкой разруба доказывает не только этапность разрушения костной ткани, но и позволяет косвенно судить о глубине погружения следообразующего объекта. Обнаружение краевых смятий, сколов, выкрашиваний свидетельствует о погружении на глубину полей заточки следообразующего объекта. А наличие стирания (обтирания) края и обнаружение несоответствия между костным осколком и стенкой разруба – о погружении на глубину щек топора.

Разница  морфологической картины разрушения на третьем и четвертом этапе (в одном случае стенка резца (топора) формирует протяженные сколы, а в другом – стирание стенки) объясняется различным встречным и задним углами.

Поскольку процесс разрушения кости при разрубе достаточно скоротечен и протекает преимущественно по хрупкому типу, отделение костных элементов носит взрывообразный характер. Формирующиеся осколки (сколы) вещества кости отлетают на значительное расстояние, поэтому в оригинальных наблюдениях отмечаются множественные недостающие костные дефекты.

При фрактографическом исследовании выявляется несоответствие краевых сколов на наружной костной пластинке (НКП) сколам на внутренней костной пластинке (ВКП). Визуально и стереоскопически выявляются трещины, проходящие в плоскости губчатого вещества кости. Нередко при исследовании разрубов наблюдаются множественные, протяженные дефекты костной ткани со стороны НКП при наличии практически сопоставимых краев со стороны ВКП (рис. 5.)

Рис. 5. Торцевое резание. Разрубы на костях свода черепа.

Подобная морфология картина позволяет определить следующий механизм разрушения плоской кости. Под действием резца происходит деформация костной ткани за счет уплощения кривизны кости в зоне приложения травмирующей силы и смятие губчатого вещества кости (за счет «надвигания» НКП на ВКП). Формируются плоскостные трещины, проходящие в плоскости кости по губчатому веществу. Далее происходит резание НКП.  По мере погружения резца в разруб на края его начинают воздействовать поля заточки (передняя и задняя грани резца). Поступательное их воздействие приводит к локальной деформации изгиба краев НКП в направлении снаружи во внутрь. Режущая кромка резца в этот момент формирует деформацию изгиба внутренней костной пластинки (так называемое «вспучивание»). Подобные изменения наблюдаются при тупой травме, при действии предметов с ограниченной контактной поверхностью соударения, с той разницей, что в данном случае «вспучивание» носит строго линейный характер, соответствующий линии действия режущей кромки. Поскольку подложки (то есть жесткой или упругой опоры) у внутренней костной пластинки нет, процесс резания как более энергоемкий, заменяется формированием трещины.  Формирующаяся трещина, располагается в зоне максимума деформации растяжения, что примерно соответствует линии режущей кромки рубящего объекта. Погружаясь вглубь, поля заточки резца (топора) воздействуют на внутреннюю костную пластинку. Это приводит к изгибу и формированию сколов ВКП более протяженных, на большую ширину и с обнажением губчатого вещества кости, нежели чем на НКП.

Причина большей подверженности ВКП травматическому  воздействию лежит в архитектонике плоской кости, а именно, в ее трехслойности. Вернемся к механизму разрушения плоской кости. Режущая кромка  резца формирует локальный изгиб (или уплощение кривизны кости), формируются плоскостные трещины губчатого вещества в зоне разрушения (рис.6, а). За счет несоответствия радиусов кривизны наружной и внутренней компакты происходит «выдвижение» внутренней компакты в зону разруба (рис.6, б), либо формирование «палаткообразного вспучивания» (рис.6, в).

Рис. 6. Торцевое резание. Разрубы на костях свода черепа.

 Таким образом, в основе формирования сколов компакты по наружной поверхности лежит локальный изгиб. В основе формирования сколов компакты с внутренней поверхности (и «палаткообразного вспучивания»)  кости лежит, в большей степени, конструкционный механизм: относительное «удлинение» внутреннего слоя кости за счет меньшего искривления. Реально происходит укорочение наружной компакты за счет локального изгиба кости  на участке резания. Параллельно с процессом разрушения, направленным снаружи во внутрь (локальное, поперечное разрушение) происходит и разрушение костной ткани, носящее продольный, конструкционный характер. Поля заточки резца, а затем и его рабочие поверхности (применительно к топору – щеки топора) в виде клина, погружаясь в костную ткань оказывают поперечное давление на края линии разрушения. Возникает своеобразный «распор», деформация отрыва, в результате которой от углов зоны резания формируются «опережающие трещины». Далее процесс разрушения схож с колкой слоистого материала.

похожие материалы в каталогах

Повреждения режущими предметами

Переломы

похожие статьи

Судебно-медицинские особенности резаных ран сформированных предметом с различной остротой лезвия / Леонов С.В., Бадяев В.В. // Медицинская экспертиза и право. — 2009. — №3. — С. 33-34.

Морфологические свойства резаных ран и деформации волос кожного покрова головы в зависимости от конструкции лезвия и свойств преграды / Саркисян Б.А., Карпов Д.А., Шадымов М.А. // Медицинская экспертиза и право. — 2009. — №3. — С. 35-37.

Практические рекомендации по исследованию резаных повреждений кожного покрова с целью идентификации режущего объекта по признаку остроты лезвия / Бадяев В.В., Бадяева Е.Е. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2016. — №15. — С. 28-34.

Современные возможности диагностики острой травмы / Саркисян Б.А. // Вестник судебной медицины. — Новосибирск, 2015. — №2. — С. 11-14.

А.П. Загрядская, Н.С. Эделев, М.А. Фурман. Судебно-медицинская экспертиза при повреждениях пилами и ножницами, г. Горький, Волго-Вятское книжное (издательство. 1976, 119 с. / Бедрин Л.М. // Судебно-медицинская экспертиза. — М., 1977. — №2. — С. 59.

Характер и вид деформаций и разрушения, морфология разрушения кости в зависимости от вида внешнего воздействия / Крюков В.Н., Буромский И.В. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 155.

Изломы хрящей ребер при ударном и компрессионном разрушениях / Светлаков А.В. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 148-149.

Фрактография повреждений длинных трубчатых костей при неоднократных внешних воздействиях / Бахметьев В.И. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 143-144.

Диагностика механизмов микроразрушений костной ткани лабораторными методами исследования / Бахметьев В.И. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 142-143.

Микрофрактография переломов ребер / Клевно В.А. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 139.