Особенностью современных войн и вооруженных конфликтов является широкое применение взрывных боеприпасов как табельных, так и самодельных. Взрывные боеприпасы — это эффективные, сравнительно недорогие и достаточно доступные средства ведения боевых действий. Об этом убедительно свидетельствует изменение соотношения долей боевых санитарных потерь пострадавших от огнестрельных пулевых ранений и взрывных поражений в современных войнах и локальных конфликтах. Если в начале ХХ века (во время русско-японской войны) их доля едва превышала 20%, то в середине XX века (период корейской и вьетнамской войн, военных конфликтов на Ближнем Востоке) она возросла до 72—85% [1, 2]. В современных военных конфликтах доля минно-взрывных поражений в общей структуре санитарных и безвозвратных потерь продолжает нарастать [3—5].
По окончании боевых действий остается огромное количество минных полей, заминированных объектов, неразорвавшихся артиллерийских снарядов и бомб. Значительное большинство взрывоопасных боеприпасов сохраняет свои боевые качества в течение многих лет. По данным ООН, на территориях почти 60 стран мира в настоящее время установлено и находится в боевом положении более 110 млн мин. Ежегодно при подрывах на взрывоопасных предметах погибает около 10 тыс. человек, и примерно 20 тыс. мирных жителей получают увечья [6, 7].
С целью сокращения числа жертв среди мирного населения в 2001 г. рассматривалось предложение Международного комитета Красного Креста о запрещении боеприпасов, не имеющих в своей конструкции механизмов самоликвидации. Указанные предложения в полном объеме реализованы не были. Условия труда специалистов, занимающихся разминированием территории и уничтожением боеприпасов, остаются небезопасными. Для сокращения вероятности поражения работающего персонала (саперы) разрабатываются средства индивидуальной защиты, к которым относится защитная обувь сапера (ЗОС) [8].
Цель исследования — изучение защитных свойств ряда образцов ЗОС на основе сравнительной характеристики повреждений нижних конечностей при подрыве на противопехотной мине в эксперименте.
Материал и методы
Объектами эксперимента служили механическая модель нижней конечности и нижние конечности биоманекенов, защищенные образцами противоминной обуви сапера. Исследовали образцы ЗОС отечественного и зарубежного производства, предназначенные для защиты нижних конечностей от подрыва на противопехотной мине: так называемый сапог Шаповалова «Образец 1» отечественного производства и противоминная обувь сапера Вооруженных сил Франции «Образец 2» (табл. 1).
Таблица 1. Основные характеристики исследованных образцов защитной обуви сапера
| Характеристики противоминной обуви | ЗОС | |
| «Образец 1» | «Образец 2» | |
| Масса, кг | 4,385 | 1,790 |
| Высота, мм | 520 | 330 |
| Длина, мм | ||
| по верху | 365 | 307 |
| по низу | 310 | 300 |
| Ширина, мм | ||
| по верху | 98 | 120 |
| по низу | 151 | 125 |
| Наличие ферромагнетиков | + | — |
| Типоразмер | 42—45 | 43—44 |
| Взрывозащищенность, г (тринитротолуол) | 50 | 50 |
Согласно техническим характеристикам, оба образца ЗОС должны обеспечивать защиту от подрыва под стопой до 50 г взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте. После подрыва допускается наличие лишь тех повреждений нижних конечностей, своевременное полноценное лечение которых гарантирует сохранение анатомической целостности и восстановление функции конечности. Отличительная конструктивная особенность ЗОС «Образец 1» состоит в том, что его надевают на общевойсковую обувь (сапоги или армейские ботинки с высоким берцем на шнурках). Этим объясняется его почти в 2,5 раза большая масса.
При определении допустимых границ ударных ускорений для обеспечения условий травмобезопасности сапера использовали механическую модель из стали в виде складной конструкции, повторяющей антропометрический размер ноги до тазобедренного сустава включительно. Модель снабжена шарнирами, имитирующими движения в голеностопном, коленном и бедренном суставах (рис. 1, а на цв. вклейке).
Рис. 1. Механическая модель нижней конечности без снаряжения (а) и в снаряжении (б).
Цель экспериментов — на анатомическом материале определить объем и характер повреждений мягких тканей и костно-суставного аппарата нижней конечности. Следует отметить, что для установления степени тяжести повреждения абсолютно необходимое условие в исследовании — использование препаратов нижних конечностей человека вследствие неповторимости особенностей анатомического строения ноги человека (стопа, голеностопный сустав и голень) по сравнению с конечностями животных. В связи с этим специально отобрали ампутированные по медицинским показаниям нижние конечности мужчин 25—55 лет, не имевших прижизненной костной патологии и выраженных изменений мягких тканей. На проведение исследований получено разрешение Локального комитета по этике Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова Минобороны России.
Минно-взрывные работы проводили в натурных условиях на территории полигона с соблюдением необходимых требований техники безопасности. В каждой серии выполнили по два аналогичных подрыва. В первых двух сериях при подрывах использовали механическую модель нижней конечности, при этом в 1-й серии защищенную образцом отечественной ЗОС «Образец 1», а во 2-й — образцом зарубежной ЗОС «Образец 2». В 3-й и 4-й сериях экспериментов применяли препараты ампутированных нижних конечностей: в 3-й серии нижняя конечность была защищена ЗОС «Образец 1», а в 4-й — «Образец 2».
Для обеспечения единых условий проведения эксперимента под пяточной областью объекта испытания размещали имитатор противопехотной мины (безоболочечный заряд взрывчатого вещества тринитротолуола в форме цилиндра массой 50 г). Инициирование производили электрическим способом с помощью электродетонатора ЭРП и подрывной машинки КПМ-1А.
Подрывы проводили на грунте средней плотности (мокрый песок). Заряд взрывчатого вещества устанавливали в грунт без маскировочного слоя. Препарат нижней конечности закрепляли с помощью приспособления для фиксации костно-мышечных препаратов таким образом, чтобы подошва надетой на него защитной обуви плотно прилегала к грунту по всей поверхности. Сверху конечность во всех случаях нагружали массой 35 кг для моделирования среднего вертикального давления, создаваемого военнослужащим (массой его тела) при срабатывании противопехотной мины (рис. 1, б на цв. вклейке), при этом дополнительно обеспечивался плотный контакт стопы с поверхностью опоры.
Для определения величины ударных ускорений (g) использовали датчики ДУ-5С, которые устанавливали в области нижней трети голени механической модели конечности и биоманекена, обутых в ЗОС. Ускорение, действующее на нижнюю конечность, регистрировали с помощью виброизмерительной аппаратуры ВИ-6ТН. Цифровую обзорную рентгенографию нижних конечностей производили в стандартных укладках в двух взаимно перпендикулярных проекциях на аппарате Vertex (фирма Siemens).
В исследовании применили метод моделирования тяжести состояния при взрывных повреждениях, основанный на принципах системного подхода и предусматривающий совместное использование одномерных и многомерных статистических методик [9, 10].
Полученные данные заносили в карты для статистической обработки материала. Анализ информации осуществляли на персональном компьютере AMD K6-1600+ Athlon. Цифровые данные формировали по группам и проводили математико-статистический анализ. В соответствии с решаемыми задачами использовали методы, реализованные в системе программ для статистической обработки данных Statistica 6.0 для Windows. Разницу между средними значениями показателей считали достоверной при p<0,05.
Результаты и обсуждение
По результатам исследований определили средние значения величины ударного ускорения образцов при подрыве (табл. 2).
Таблица 2. Результаты измерения ударных ускорений
| Серия эксперимента | Ускорение при подрыве, g | |
| «Образец 1» | «Образец 2» | |
| Механический манекен нижней конечности | ||
| 1-я | 7,8 | 9,9 |
| 2-я | 8,0 | 8,3 |
| Среднее значение | 7,9* | 9,1* |
| Нижняя конечность биоманекена | ||
| 3-я | 7,7 | 9,8 |
| 4-я | 8,3 | 9,5 |
| Среднее значение | 8,0* | 9,7* |
Установили, что вертикальные ударные ускорения, воздействующие на механическую модель нижней конечности и биоманекена при использовании «Образец 1», в среднем на 1,5 g меньше. Это объясняется особенностями конструкции данного образца ЗОС (наличие специального клиновидного металлического рассеивателя в подошве и разрушаемых материалов), а также большей высотой его подошвы (защита расстоянием) и большей массой.
При подрыве заряда взрывчатого вещества массой 50 г под механической моделью, помещенной в штатную обувь военнослужащего и «Образец 1», ударное ускорение составило 7,8 g (эксперимент №1); была разрушена только платформа защитной обуви. В эксперименте №2 при ударном ускорении 8 g образец противоминной обуви был разрушен на составные части (рис. 2, а на цв. вклейке). Повреждений защитного чехла голени (берца) в обоих случаях не обнаружили.
Рис. 2. Состояние платформ образцов обуви после подрыва.
а — «Образец 1», ударное ускорение 8 g; б — «Образец 2», ударное ускорение 8,3 g.
При подрыве заряда взрывчатого вещества под механической моделью, помещенной в «Образец 2», ударное ускорение в эксперименте №1 составило 9,9 g, в эксперименте №2 — 8,3 g. В обоих случаях отметили частичное разрушение и пробитие опорной платформы образца (рис. 2, б на цв. вклейке).
Затем механическую модель заменили на человеческую нижнюю конечность и получили аналогичные результаты: при одинаковых условиях подрыва происходили лишь частичное разрушение и несквозное пробитие платформы ЗОС «Образец 2» противоминной обуви, в то время как опорное основание ЗОС «Образец 1» разрушилось полностью.
На нижней конечности, защищенной отечественным образцом ЗОС, отсутствовали внешние признаки повреждения кожного покрова, деформации стопы и голени (рис. 3, а на цв. вклейке), а на стопе конечности, помещенной в зарубежный образец, обнаружили обширные повреждения мягких тканей с одновременным значительным разрушением костей стопы (рис. 3, б на цв. вклейке).
Рис. 3. Состояние стоп после подрыва в образцах обуви.
а — «Образец 1»; б — «Образец 2».
При рентгенологическом исследовании нижних конечностей после подрыва в ЗОС «Образец 1» выявили следующие повреждения: многооскольчатые переломы дистального метаэпифиза большеберцовой кости (пилона) со смещением отломков, многооскольчатые переломы нижней трети малоберцовой кости со смещением отломков. В ЗОС «Образец 2» рентгенологически установили более многочисленные и разнообразные многооскольчатые переломы: дистального метаэпифиза большеберцовой кости (пилона) со смещением, наружной лодыжки голени и верхней трети малоберцовой кости со смещением, переломы таранной кости и пяточной кости, а также множественные переломо-вывихи плюсневых костей.
В экспериментах с пробитием подошвы на рентгенограммах обнаружили рентгеноконтрастные первичные осколки электродетонатора, а также самих образцов ЗОС.
Для совокупной оценки тяжести взрывной травмы использовали шкалу оценки тяжести повреждений «ВПХ-П (МТ) конечностей»: ВПХ — кафедра военно-полевой хирургии, П — повреждения, МТ — механическая травма. Шкалу разработали специалисты кафедры военно-полевой хирургии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова на основе анализа опыта оказания хирургической помощи раненым в локальных войнах и вооруженных конфликтах последних десятилетий [10, 11].
То или иное повреждение оценивали в баллах, а затем баллы суммировали (табл. 3).
Таблица 3. Оценка тяжести полученных повреждений по шкале «ВПХ-П (МТ) конечностей»
| Вид повреждения | Оценка повреждения, балл | |
| «Образец 1» | «Образец 2» | |
| Переломы костей голени: | ||
| большеберцовой | 0,7 | 0,7 |
| малоберцовой | 0,7 | 0,7 |
| Переломы: | — | 0,9 |
| пяточной или таранной костей | ||
| костей стопы с обширным повреждением мягких тканей | — | 1,0 |
| Всего | 1,4 | 3,3 |
Установили, что сумма баллов для нижней конечности, защищенной ЗОС «Образец 1», составила 1,4 балла, а ЗОС «Образец 2» — 3,3 балла, т.е. почти в 2,5 раза больше, при этом в обоих случаях повреждения относились к категории тяжелых (от 1 до 12 баллов) с риском летальности от 1 до 50%.
После подрыва нижней конечности в отечественном образце ЗОС прогноз более благоприятный: инвалидизация не более чем в 15—20% случаев, а необходимость в ампутации голени маловероятна. После подрыва нижней конечности в зарубежном образце ЗОС инвалидизация будет наблюдаться практически в 100% случаев при высокой вероятности ампутации на границе средней и нижней трети голени.
Обращает на себя внимание большая степень разрушения самого образца отечественной ЗОС по сравнению с зарубежным. У ЗОС «Образец 1» лучшие защитные характеристики. Отсюда можно предположить, что на разрушение структурных элементов образца затрачивается значительная часть энергии повреждающих факторов взрыва и, соответственно, меньшая ее часть расходуется на разрушение непосредственно тканей самой нижней конечности, при том что она дополнительно защищена общевойсковой обувью (сапоги или армейские ботинки с высоким берцем на шнурках).
Заключение
Проведенное экспериментальное исследование показало, что отечественная система комплексной защиты нижних конечностей сапера обладает более высокими, чем зарубежная, защитными характеристиками как по величине воздействующих на стопу ударных ускорений (соответственно 7,8 и 9,3 g), так и по объему разрушения нижних конечностей (тяжесть взрывной травмы соответственно 1,4 и 3,3 балла), а как следствие — по прогнозу инвалидизации соответственно 15—20 и 100%.
Использование предложенной методики моделирования позволит не только сравнивать защитные свойства различных образцов противоминной обуви и оценивать наличие (или отсутствие) признаков отягощения повреждения при подрыве на противопехотной мине, но осуществлять судебно-медицинскую оценку объема и тяжести полученной взрывной травмы.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.