Прочность биологических тканей к механическим воздействиям давно интересовала судебных медиков. Неприспособленность и недоступность техники для регистрации объема разрушения биологических объектов, отсутствие в достаточной мере разработанной для медицинских нужд методологической основы изучения прочностных свойств биологических объектов, прежде всего внутренних органов, а также скептицизм многих исследователей в необходимости применения «точных» наук для исследования тканей человека до настоящего времени не позволяют пристально начать изучать проблему устойчивости биологических тканей к действию различных внешних физических факторов.
Первые попытки установить прочностные свойства биологических объектов берут свое начало в XIX веке. Так, П.Ф. Лесгафт [1] указывал, что живой организм нельзя изучать с помощью одного метода. Он отмечал: «Описательный анатом знает только мертвый материал. Механику недостаточно известен ни живой, ни мертвый механизм, чтобы правильно уяснить существующие при этом отношения и структуры. Физиолог будет исследовать функцию живого организма только путем экспериментов. Любое одностороннее исследование, проведенное только с помощью одного метода, недостаточно объективно, чтобы исчерпать гармонические проявления жизни». В своих трудах П. Францевич [2] рассматривал следующие механические характеристики биологических тканей: крепость на растяжение и сжатие, коэффициент упругости на растяжение и сжатие, а также привел сведения о полученных результатах для плотной костной ткани, реберного и костного хрящей, сухожилий и стенки артерий.
Изучением упругих свойств стенок различных сосудов на протяжении почти целого столетия занимались отечественные ученые и зарубежные исследователи [3—16]. Ученик П.Ф. Лесгафта М.И. Полетика [3] изучал эластичность продольных и поперечных срезов стенки артерий, которую определял путем последовательного увеличения массы груза. Он установил, что кривые эластичности для различных сосудов представлены различными формами; поперечная эластичность артерий меньше ее продольной; эластичность для большего веса уменьшается с уменьшением диаметра и толщиной их стенок. Им не было отмечено существенных различий в эластичности сосудистой стенки в 1-е сутки после смерти человека. А.М. Твердынский [6, 7] определил модуль упругости, коэффициент вязкости и модуль релаксации для стенок артерий, при этом обнаружил, что физиологическое состояние сосуда характеризует коэффициент вязкости. Большую научную работу по определению напряжения стенки различных кровеносных сосудов провела Л.И. Абросимова [15, 16]. Она рассчитала напряжение по формуле Г. Ламе и установила, что с увеличением диаметра сосуда увеличивается напряжение его стенки, а ее растяжимость пропорциональна растягивающему усилию, т. е. испытуемый материал подчиняется закону Р. Гука. Полученные исследователем количественные результаты показали, что уменьшение давления вызывает большее снижение напряжения стенки, чем уменьшение диаметра самого сосуда, но уменьшение толщины стенки способствует увеличению напряжения.
Многие исследователи [5, 9, 17] изучали растяжимость (эластичность) стенки аорты, нормальной и измененной патологическими процессами (склероз). Экспериментально доказано снижение эластичности аорты с возрастом и в связи с патологическими изменениями ее стенки. Первые исследования механической прочности стенки аорты провели А.С. Обысов и Н.А. Владиславлева [11—14]. Они выполнили эксперименты по установлению предельных нагрузок, требуемых для растяжения и полного разрыва стенки восходящей и нисходящей частей аорты человека. Был рассчитан предел прочности различных отделов аорты для людей разного пола и возраста, и установлены определенные закономерности разрыва сосуда. Кроме того, авторы определили относительное удлинение стенки грудной части аорты при разрыве и обнаружили прямую зависимость прочности аорты от состояния ее стенки.
Работы В.М. Шестакова и соавт. [18] и Н.Г. Копейкина [19—21] посвящены исследованию механических свойств клапанов сердца, а именно изучению прочности и запаса прочности сухожильных нитей створок клапанов, при этом в основе этих расчетов лежала теория балки с одним фиксированным концом (консоль).
Первые работы по изучению физико-механических свойств сухожилий появились еще в XIX веке [22]. Научная достоверность полученных результатов является относительной вследствие отсутствия систематизации материала (пол, возраст и т. д.). Глубокое исследование пяточного сухожилия провел А.С. Обысов [14, 23], который изучил его как модель, отражающую аналогичные свойства всех других сухожилий человека. Автор установил показатели упругих свойств сухожилия для различных возрастных групп, составленных на основе гистоморфологических преобразований структуры сухожилия в зависимости от возраста. Он отметил, что нарастание коэффициента упругости прямо пропорционально увеличению возраста; в прямой зависимости от возраста находится также и предельная нагрузка, необходимая для полного разрыва испытуемого участка сухожилия. Кроме того, автор исследовал прочностные свойства связочного аппарата верхних и нижних конечностей, используя некоторые положения теоретической механики с применением законов механики деформируемого твердого тела. А.С. Обысов [14] установил, что направления линий разрыва связок различны, что может быть связано с направлением деформирующих сил и их сложным взаимодействием.
Многие работы по определению прочностных свойств кожи в кожевенной промышленности относятся к началу XX века. Эксперименты производили на коже животных с использованием машины системы Шопера [24, 25]. Одна из первых экспериментальных работ по изучению эластичности кожи человека выполнена M. Ridge и соавт. [26], которые исследовали растяжимость полосок кожи из эпигастральной области, спины и предплечья, полученных при вскрытии с давностью смерти, не превышающей 24 ч. Авторы установили, что наиболее растяжима кожа, взятая из эпигастральной области.
Изучением упруго-вязких свойств кожи из области шеи, груди и живота занимались А.С. Обысов [14] и В.В. Милацкова [27]. Они определили такие параметры кожи, как относительное удлинение, предел прочности и др. В результате исследований установили, что наименьшие сопротивляемость разрыву и растяжимость у кожи шеи, а наибольшим пределом прочности и относительным удлинением обладает кожа живота у детей в возрасте от 5 до 9 лет и у взрослых 20—35 лет.
Анализ научной литературы показал, что большое количество работ было посвящено прочностным свойствам костной ткани и морфологии ее разрушения [14, 28—39]. Данные о прочностных характеристиках позвоночника приведены в работах Т.П. Виноградовой [40], Д.И. Фортушнова [28, 41], И.П. Дегтярева [42] и др. Авторы установили зависимость между прочностью позвоночного столба, обусловленной химическим и микроэлементным составом хрящей, и возрастом человека, объяснив данную закономерность сложностью анатомического строения позвоночника и его функциональной нагрузкой. Эксперименты по изучению биомеханики поясничного отдела позвоночника с применением статических и динамических нагрузок разной силы провели болгарские ученые Г. Глыбов и В. Васильев [29], которые установлили, что межпозвонковые диски малоустойчивы к сжатию, особенно при ударе. А.С. Обысов и А.А. Саблин [14, 30, 31] изучали предел прочности позвонков и межпозвонковых дисков на сжатие и растяжение на прессе Гагарина и разрывной машине Шопера (тип МФ-100). Авторы наглядно продемонстрировали изменчивость сопротивляемости межпозвонковых дисков к механическим нагрузкам с увеличением возраста. Проф. В.Н. Крюков [32, 33] привел способы расчетов жесткости кости в зависимости от формы ее поперечного сечения, а также определил показатели устойчивости костной ткани к различным видам нагрузки (растяжение, сжатие, кручение). Проф. В.Э. Янковский [34, 35] занимался изучением прочностных особенностей костей и крупных суставов нижних конечностей.
Заимствование и применение некоторых методов исследования из технических дисциплин (сопротивление материалов, строительная механика и др.) встречаются во многих работах авторов [43—48], изучавших механизм образования повреждений костей и мягких тканей. Именно из технических наук были внедрены в судебную медицину методики регистрации (фрактография) и закономерности разрушения кости (фрактология) с учетом вида и направления травмирующего воздействия [49—54]. А.А. Карандашев [55] использовал физические законы упругой деформации в решении вопросов о механизме травмы селезенки (место и направление травмирующего воздействия) при решении судебно-медицинских вопросов, связанных с тупой травмой живота.
Таким образом, многочисленные научные труды исследователей наглядно подтверждают успешное применение способов и методов технических дисциплин для изучения прочностных свойств биологических объектов, прежде всего костей, суставов, межпозвонковых дисков, мягких тканей и др. Вместе с тем анализ научной литературы показывает, что до настоящего времени каких-либо значимых исследований в области изучения прочностных характеристик внутренних органов еще не проводилось. Данное направление является актуальным и перспективным для более точного установления механизма образования повреждений внутренних органов, что без сомнения усилит доказательную базу экспертных заключений.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.