Широкая доступность твердых тупых объектов в быту, производстве и других сферах человеческой деятельности является одной из причин распространенности и частоты встречаемости тупой травмы. До сих пор нет общепризнанной классификации твердых тупых предметов, что является ярким подтверждением сложности и неизученности данной проблемы. Проведенные исследования показали, что в большинстве случаев эксперт может высказаться лишь о контактирующей части травмирующего объекта (бойка). В дальнейшем при предоставлении травмирующего объекта для медико-криминалистического исследования эта информация может быть использована для его идентификации. Основу экспертной оценки свойств травмирующего предмета составляет установление площади и формы контактной поверхности, при этом твердость как основная характеристика твердого тупого объекта экспертами специально никогда не устанавливается.

В металло- и минераловедении под твердостью понимают способность материала сопротивляться деформации на поверхности образца, а также оказывать сопротивление внедрению в него тел с более твердой структурой. Самыми твердыми материалами сегодня принято считать некоторые виды легированной стали, алмаз и ультратвердый фуллерит. Общеизвестно, что в момент контакта под действием более твердого тела (индентора) деформируется более мягкий объект. Кроме особенностей кристаллической структуры, твердость любого вещества может повышаться за счет снижения температуры и повышения скорости контакта, что в физике получило название «стеклование» [1]. Все способы установления твердости материалов (шкала Мооса, единицы Шара, значения по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу, а также метод отскока по Либу и т.д.) основаны на сравнении одних образцов с другими. Контактирующая часть бойка в зависимости от ее относительной твердости имеет различную степень деформируемости, что в свою очередь меняет первоначальные показатели ее площади и формы.

При изучении травмы тела человека эталоном твердости следует считать наиболее твердую его ткань - кость.

В связи с этим травмирующие объекты могут быть разделены на такие, чья тведость больше, меньше и сопоставима с твердостью кости [2]. Так, если твердость бойка больше твердости кости, то создаются условия для деформации и разрушения последней. Если твердость предмета меньше твердости кости, то энергия удара будет расходоваться на деформацию самого бойка. При сопоставимости показателей твердости обоих объектов на объем разрушения большее влияние будут оказывать другие параметры (форма, скорость и т.п.).

Как известно, кость - это высокоорганизованная соединительная ткань, основной функцией которой является сохранение формы и объема тела (каркас). На суборганном уровне костная ткань состоит из клеточного (остеоциты, остеобласты и остеокласты) и неклеточного (неорганическая и органическая) компонентов. Неорганическая часть представлена в основном кристаллами гидроксилапатита, которые незначительно деформируются и в связи с этим выполняют опорную функцию. Органическая часть кости в первую очередь представлена фибриллами из тропоколлагеновых цепей, а также сложными белково-полисахаридными асимметричными комплексами, представляющими собой волокнистые структуры, которые придают кости, помимо твердых свойств, еще и эластические. Такое сочетание придает кости свойства композитного материала.

Кость по своей структуре неоднородна и представляет собой конструкцию с чередованием твердых (опорных) и гибких (амортизирующих) участков. В зависимости от вида соединения участков с различными свойствами костная конструкция будет обладать различной степенью жесткости. Совокупность всего перечисленного определяет прочностные свойства как конкретного участка (локальный уровень прочности), так и всей кости или костного комплекса (конструкционный уровень прочности) [2].

Общеизвестно, что при тупой травме наиболее травмируемой частью тела является голова, а череп относится к одной из наиболее сложных костных конструкций.

Цель исследования - изучение влияния твердости травмирующей поверхности на характер и объем формирования повреждений мягких тканей и костей свода черепа при основных видах внешнего воздействия.

В качестве травмирующих орудий использовали материалы, прочностные характеристики которых были сопоставимы с показателями кости (дерево береза), а также превышали (сталь, стекло) или уступали (резина) им (см. таблицу).

На I этапе исследований производили динамическое и статическое сдавливание (встречное направление воздействия) костной конструкции между широкими пуансонами с плоскими и вогнутыми контактными поверхностями в переднезаднем, боковом и диагональном направлениях. Для статического сдавливания (V=5 см/с) использовали механический пресс с электроприводом (максимальная нагрузка до 1500 кг), для динамического - копровую установку со свободно падающим молотом (V=3-5 м/с, масса 16-40 кг). Использовали пуансоны как одинаково высокой твердости (сталь), так и обладающие разной твердостью относительно кости (сталь-дерево, сталь-резина). Всего провели 54 эксперимента [2, 3].

На II этапе моделировали ударное воздействие (V≈10 м/с) на различные части свода черепа (бугры, височные линии, плоские участки) удлиненными объектами массой около 0,6-0,8 кг и различной твердости (стекло, металл, дерево, резина). Всего провели 65 подобных экспериментов [4, 5].

Анализ результатов I этапа позволил установить, что при боковом и диагональном направлениях сдавливания объем локальных разрушений на своде черепа (количество трещин, площадь разрушения) всегда был больше на стороне более твердой поверхности. Данная особенность не зависела ни от направления давления, ни от формы пуансона, а также скорости давления и подвижности пуансона (активный боек или пассивная опора). Выявили во всех экспериментах наличие выраженной остаточной деформации черепа.

В результате разрушения трещины конструкционной зоны на своде всегда были ориентированы вдоль вектора действующей силы. Они формировались в значительно большем количестве и имели более выраженную степень зияния на тех костях свода черепа, которые также контактировали с более твердой поверхностью. Конструкционные (меридиональные) трещины нередко затухали, не доходя до локальных переломов, образующихся на костях, контактирующих с деревянной или резиновой поверхностью.

Разрушение основания черепа в этих случаях также превалировало на стороне воздействия металлического травмирующего объекта. Оно было представлено обилием коротких трещин, среди которых выделялась непрерывная магистральная трещина, соединяющая зоны локальных разрушений. Эта трещина имела большую степень зияния на стороне воздействия твердого предмета.

Интересно, что при сдавливании в сагиттальной плоскости независимо от локализации смягчающей прокладки объем локальных, локально-конструкционных разрушений на своде и конструкционных на основании черепа обычно был больше на лобной кости. Это объясняется различиями в анатомическом строении лобной и затылочной костей, определяющими их прочность. Так, в исключительных случаях, когда разрушению подвергали череп с тонкой, относительно плоской затылочной костью в сочетании с особым строением лобной кости (в виде «толстого» компактного вещества внутренней поверхности в сочетании с выраженной кривизной наружной пластинки на лобных буграх), то большее разрушение формировалось на затылочной кости. Таким образом, твердость травмирующих объектов в данном случае решающего значения не имела.

На II этапе [6, 7] экспериментального исследования установили, что в результате ударов пуансоном, твердость которого значительно превышала твердость кости (сталь), всегда формировались вдавленные переломы без изменений общей формы черепа. Со стороны наружной компактной пластинки эти переломы имели классический вид ланцета, а площадь разрушения была меньше, чем со стороны внутренней. Концы этих переломов всегда были остроугольные. Вне зоны контакта почти всегда формировались линейные локально-конструкционные и конструкционно-локальные переломы (полные и неполные). В некоторых случаях переломы имели вид «по типу вдавленного» с шатровидным вспучиванием на внутренней компактной пластинке. Все эти переломы не ограничивались локальным разрушением. Вне контактной зоны появились локально-конструкционные трещины вплоть до образования в единичных случаях паутинообразного перелома с первичным радиальным растрескиванием.

При ударах деревянными объектами, обладающими сопоставимой с костью твердостью, в область височной линии, лобных и теменных бугров возникала частичная деформация самого орудия, а в зоне контакта из-за прогиба костной ткани формировались различные линейные переломы. Вне зоны контакта также появлялись единичные трещины (локально-конструкционные и конструкционно-локальные переломы). Удары в плоские участки костей свода черепа приводили к образованию вдавленных переломов, которые имели форму овала, длинником ориентированного вдоль оси травмирующего орудия.

При ударах твердым, но хрупким стеклянным объектом обычно наблюдали полное разрушение самого орудия травмы, а переломы нередко были представлены лишь изолированными трещинами наружной компактной или Ж-образным растрескиванием внутренней компактной пластинки, не отображающими форму травмирующего объекта. Удар в плоский участок иногда мог сопровождаться формированием вдавленного перелома, напоминающего картину при ударе деревянным бойком.

Минимум идентификационной информации можно извлечь из повреждений, образующихся при ударах предметом, твердость которого значительно меньше твердости кости, - резиновой дубинкой. Среди проведенных экспериментов только в 2 случаях получили идентичные конструкционные линейные переломы с наличием трещины вне контактной зоны (в височной ямке). Такие результаты объясняются тем, что большая часть энергии в этом случае расходуется на деформацию самого орудия травмы.

Интересно, что характер повреждений мягких тканей головы также зависел от твердости бойка и не имел прямой корреляции ни с видом внешнего воздействия, ни с объемом разрушения костей черепа.

Установили, что, если действие металлического пуансона формировало ушибленную рану, одновременно разрушались все слои мягких тканей головы. Соединительнотканные перемычки хорошо просматривались в области ее дна, ширина размозжения и осаднения вдоль краев раны были минимальными.

При контакте с деревянным пуансоном ушибленная рана возникала чаще при ударном воздействии. Ее зияние было прерывистым, соединительнотканные перемычки заполняли большую часть раны по всей толщине тканей. Размозжение и осаднение краев были сопоставимы с шириной самой раны.

Резиновый пуансон мог образовывать ушибленную рану только в области большой кривизны костей черепа. Повреждения мягких тканей были представлены обширным размозжением глубоких слоев тканей. По площади эти повреждения превышали площадь выступающей поверхности бойка в покое. На коже этой области обычно отмечали либо обширное осаднение, либо поверхностное разрыхление эпидермиса, иногда с участками точечных внутрикожных кровоизлияний.

Результаты проведенного исследования подтвердили первоочередное влияние твердости бойка на объем и морфологические особенности переломов черепа. Установлена зависимость объема повреждения мягких тканей головы при действии тупых предметов различной твердости. Доказано также влияние деформационно-прочностных свойств травмируемых участков головы на характер образующихся повреждений.