4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

	Т а б л и ц а	6
	Предел прочности позвонков
	Наименование	Предел	Наименование	Предел	Наименование	Предел
						прочности,
	позвонка	прочности,	позвонка	прочности,	позвонка
		кгс		кгс		кгс
	^с21	800	т2	436	Tio	860
		510	т3	467	Тц	917
		404		522	T l 2	1054
	Сз	408	т4	551	Lx	1 059
	Q	453	т5	619	L2	1 175
	с5	563	т6	681	L3	1269
	св	464	т7	824	L4	1 296
	с7	475	т8	840		1 286
					L
			т9

в шейном отделе, в грудном и поясничном отделах она колеблется от 82 до 100 кгс/см2.

Способность позвонков сопротивляться нагрузке ав­ торы оценивали также по их «упругой деформации», т. е. по величине деформации, лри которой еще не воз­ никают повреждения. В процессе опытов было установ­ лено, что наибольшей величиной упругой деформации обладают поясничные позвонки (1,5—1,9 мм), наимень­ шей— III—V грудные (около 1,1 мм). Одновременно вычислялась относительная упругая деформация, по­ казывающая, на какую величину в процентах может быть сжат позвонок без повреждений.

Средняя величина относительной упругой деформаци позвонков мужчин в возрасте 19—40 лет приводится в табл. 7.

Анализ морфологического материала и диаграмм нагружения позволил авторам установить пороговые ве­ личины нагрузок, влекущих за собой разрушение по­ звонков. Первые макроскопически необратимые измене­ ния в виде компрессии лимбовой зоны появлялись при деформации тел позвонков приблизительно на 12—13% от исходной высоты. Сжатие позвонков на 17-—18% вы­ зывало появление трещин и компрессии в области та­ лии. Увеличение сжатия до 24—26% от их первоначаль­ ной высоты приводило к возникновению переломов тел позвонков без смещения отломков, а продолжающееся сжатие на 36—37% вызывало переломы со смещением.

181

При увеличении относительной деформации до 40—50% наступало полное размятое тел позвонков.

Для оценки прочности губчатого вещества, из кото­ рого состоит основная масса тела позвонка, авторами проведено 17 опытов. С этой целью из тел грудных и поясничных позвонков выпиливались кубики одинаково­ го размера, которые подвергались сжатию на прессе. Направление приложенной силы соответствовало вер­ тикальной оси позвонка. Эксперименты показали, что предел прочности губчатого вещества тел" грудных и поясничных позвонков составлял в среднем 67 кг/см2, относительная упругая деформация равнялась в сред­ нем 7,5%.

После снятия нагрузки происходило частичное вос­ становление формы поврежденных препаратов. Процесс расправления тел позвонков продолжался в течение 15—17 ч. При этом их высота восстанавливалась в зна­ чительной мере даже после сжатия на 50—60%.

При сжатии тел позвонков в среднем на 11,6% их высота после снятия нагрузки восстанавливалась до 98,6% исходной высоты. Если сдавление позвонков про­ изводилось на 54,2%, то после снятия нагрузки их вы­ сота восстанавливалась до 83,6% от их первоначальной высоты. Следовательно, величина расправления тел по­ звонков зависела от степени компрессии. Так, после сжатия позвонков в среднем на 11,6% величина рас­ правления тел равнялась 10,2%, после деформирования на 54,2% расправление составляло 37,8% превоначальной высоты.

182

Полученные С. Д. Гозуловым, В. А. Корженьянцем и в. Г. Скрипником данные свидетельствуют об очень высоких компенсаторных возможностях позвонков, обус­ ловливающих значительное расправление тел даже при большой величине компрессии. По их мнению, в меха­ низме восстановления формы тел позвонков после снятия нагрузки основную роль играют упругие и эластичес­ кие свойства губчатого вещества и конструкции позвон­ ка в целом. Эти свойства позвонков обусловливали полное восстановление высоты их тел после сжатия на 5—10%. Сжатие позвонков на величину, значительно превышающую упругую деформацию, вызывало большие повреждения их структуры, что препятствовало восста­ новлению исходной высоты тел позвонков после снятия нагрузки и было причиной появления остаточной дефор­ мации.

Механические свойства межпозвонковых дисков исследовались данными авторами на специально под­ готовленных препаратах. Эта подготовка состояла в ре­ зекции тел соседних позвонков, чтобы диски оставались заключенными только между ограничивающими их кост­ ными пластинками. Опорными поверхностями диска служили пограничные пластинки, которые моделирова­ лись сплавом Вуда. При этом повреждения возникали, как правило, в области фиброзного кольца на границе его переднебоковой и задней полуокружности у места прилегания к корням дуг.

Всего было исследовано 5 шейных, 23 грудных и 10 поясничных межпозвонковых дисков. Полученные сред­ ние данные представлены в табл. 8.

	Т а б л и ц а	8
	Механическая характеристика межпозвонковых дисков
	Отдел позвоночника		Предел прочности,	Упругая деформация,
			кгс	мм
			t
	Шейный		Г486	1,2
	Грудной		1 270	1,6
	Поясничный		1502	2,1

Исследование на прочность комплексов из трех по­ звонков с заключенными между ними дисками проведе­ но авторами на 14 препаратах, Данные, полученные в

183

Т а б л и ц а	9
Предел прочности и упругая деформация
трехпозвонковых комплексов
		Позвоночник (возраст умер­		Позвоночник (возраст умер­
Наименования		шего 32 года)		шего 38 лет)
комплексов		предел проч­	упругая	предел проч­	упругая
			деформация,		деформация,
		ности, кгс		ности, кгс
			мм		мм
		300	0,6	340	1,2
С4—С6		280	1,1	275	1,5
С7 12		320	1,1	275	1,7
		340	1,3	285	1,1
Т 3 - Т 5
		475	1,7	310	2,2
т6-т8
		570	2,1	440	1,8
Т.-Тц
		755	2,7	610	2,5
Tl2—Т2		940	4,3	655	3,5
L3—L5

экспериментах с трехпозвонковыми комплексами, при­ ведены в табл. 9. Эти данные показьизают, что предел прочности и упругая деформация участков позвоночни­ ка возрастают в направлении от шейного отдела к по­ ясничному.

При действии продольной нагрузки на вычлененные участки позвоночного столба, состоящие из трех позвон­ ков и соответственно двух межпозвонковых дисков, на­ блюдалась другая картина повреждений по сравнению с отдельными позвонками.

Продольное сжатие таких трехпозвонковых комплек­ сов приводило к выпячиванию в стороны фиброзного кольца межпозвонкового диска, после чего возникал короткий треск, характерный для ломающейся кости. При этом обнаружить признаки каких-либо повреждений на внешней поверхности позвонков или дисков не уда­ валось. Однако на послойных срезах декальцинированных препаратов в этих случаях авторы обнаруживали перелом центральной части пограничной пластинки и внедрение студенистого ядра межпозвонкового диска в губчатое вещество тела позвонка, что свидетельствовало о внутрипоэвонковом переломе. При детальном исследо­ вании таких комплексных препаратов, обработанных методом биологической мацерации, часто наблюдались вдавления мелких отломков пограничной пластинки в губчатое вещество. Наибольшие повреждения находи-

184

Лйсь Ё Нейтральной части пограничной пластинки, да­ вая начало мелким трещинам, расходящимся к пери­ ферии. В трехпозвонковых комплексах такой характер переломов чаще встречался в среднем позвонке.

Описанная картина повреждений объясняется авто­ рами взаимодействием между позвонками и межпозвон­ ковыми дисками. Студенистое ядро диска, заключенное в прочную капсулу и окруженное еще более прочным фиброзным кольцом, при сжатии комплекса оказывает локальное давление на соответствующую часть погра­ ничной пластинки. Это приводит сначала к прогибу пограничных пластинок, а затем к продавливанию их. В момент продавливания происходит разрыв капсулы студенистого ядра о костные отломки пограничной плас­ тинки, и содержимое ядра диска под давлением от при­ ложенной нагрузки внедряется в губчатое вещество те­ ла позвонка.

При сравнении трехпозвонковых комплексов наи­ большие повреждения наблюдались в среднем из них, поскольку он находился в наиболее выгодных условиях. Он как бы зажимался между двумя шарообразными ядрами, в результате чего возникало большое локальное давление в центральных частях пограничных пластинок. Наружные поверхности тел и отростков верхнего и ниж­ него позвонков, служившие в качестве опорных, оста­ вались целыми. Они моделировались сплавом Вуда, что обеспечивало равномерное распределение нагрузки во всей опорной поверхности. В очень редких случаях це­ лостность пограничных пластинок не нарушалась, а непрерывно увеличивающийся прогиб обеих погранич­ ных пластинок среднего позвонка приводил к компрес­ сионному перелому тела в виде песочных часов.

При большей степени деформирования С. А. Гозулов, В. А. Корженьянц, В. Г. Скрыяник отмечали ком­ прессионные переломы крайних позвонков и попереч­ ные переломы (во фронтальной плоскости) тела сред­ него позвонка с вдавлением костных отломков и про­ никновением содержимого ядра дисков в глубь ячеистой структуры всех тел позвонков.

Для выявления сопротивляемости участков позво­ ночника, имеющих физиологическую кривизну, авторами были проведены эксперименты с приложением нагрузки по вертикальной оси шейного, грудного и поясничного отделов позвоночного столба. Было установлено, что

185

прочность шейного отдела колебалась		от	120 до 170 кгс',
при упругой	деформации — от 4 до	5,2	мм.	Предел
прочности грудного отдела составлял		190	кгс при вели­
чине упругой	деформац-ии, равной 5;3 мм.			Наиболее

прочным оказался поясничный отдел, который выдер­ живал нагрузку в среднем 420 кгс при упругой дефор­ мация от 5—8;5 мм.

В эксперименте с целой грудной клеткой определя­ лась прочность грудного отдела позвоночника, заклю­ ченного в замкнутую систему ребер и грудины. В этом случае предел прочности оказался равным 240 кгс, а величина упругой деформации — 33 мм.

Полученные авторами результаты показали, что пре­ дел прочности вычлененных участков позвоночного стол­ ба уменьшается с увеличением количества позвонков, а величина упругой деформации возрастает.

Сжатие отделов позвоночника вдоль вертикальной оси вызывало их изгиб, в результате которого : наи­ большая величина прогиба отмечалась обычно, в средней части препаратов, в которой в первую очередь и воз­ никали повреждения позвонков и связочного аппа­ рата.

Увеличение лордоза при действии нагрузки на шей­ ный отдел сопровождалось разрывом передней связки позвоночника, отрывом межпозвоночного диска от перед­ него края тела IV шейного позвонка, а также перело­ мом дужек и остистых отростков смежных позвонков. При этом переломы остистых отростков возникали в результате накладывания их друг на друга.

Сдавление поясничного отдела позвоночника также сопровождалось увеличением естественной кривизны. При этом наибольшие повреждения возникали в области III поясничного позвонка. Они выражались в разрывах тел позвонков, в разрывах передней связки позвоночни­ ка, отрывах передней части межпозвоночного диска от верхней пограничной пластинки, переломах дужек и др. Такой характер повреждений в шейном и поясничном отделах указывает на то, что их передняя поверхность подвергается растяжению, а задняя — сжатию.

Иногда, кроме описанных повреждений III позвон­ ка, отмечались повреждения II и IV. Пограничные плас­ тинки этих позвонков имели поперечные трещины, а их центральные части оказывались вдавленными в губча­ тое вещество тел. Механизм этих повреждений, по мне-

186

нию авторов, такой же как и в препаратах, состоящих из трех позвонков и двух межпозвоночных дисков.

Сдавление грудного отдела позвоночника приводило к увеличению естественного кифоза в области III—V грудных позвонков, к которому часто присоединялся не­ большой сколиоз. На месте этих искривлений и возни­ кали клиновидные переломы тел позвонков, которые всегда начинались с компрессии лимбовой зоны. При этом разрывались надостная и межостная связки на уровне остистых отростков III и V грудных позвонков.

Подобный характер повреждений грудного отдела позвоночного столба авторами объясняется сжатием вентральной и одновременным растяжением дорсальной его части, наступающих вследствие деформации изгиба.

В. О. Плаксин (1976) дополнил исследования С. А. Гозулова и соавт. (1972) о прочностных свойствах и механизме переломов позвонков электротензометрическими измерениями топографии силовых напряжений, возникающих в отдельных позвонках и полных комплек­ сах при различных положениях шейного отдела позво­ ночника в момент травмы. С этой целью автором было исследовано 15 полных шейных комплексов и 70 отде­ льных позвонков, изъятых из трупов лиц обоего пола в возрасте от 21 года до 60 лет, умерших от различных причин, не позднее 24 ч после наступления смерти.

Для электротензометрических исследований прово­ лочные датчики наклеивались по методу веерных розеток на переднюю и переднебоковую поверхности тел позвон­ ков, а также на места прикрепления дужек позвонков к телу. Всего на одном позвонке располагалось 12 дат­ чиков, а на полном комплексе — 84. Исследуемый объ­

ект	подвергался	статической	ступенчатой нагрузке 20,
40,	60 кгс на	специальном	прессе с динамометром

ДОСМ-1 в трех положениях: строго вертикальном, под углом 60° (сгибание) и под углом 130° (разгибание). Регистрация возникающих напряжений и обработка полученных результатов проводились на аппаратах ИСН-20М и ЭМН-1М.

Зависимость между топографией напряжений и архи­ тектоникой губчатого вещества изучалась на фронталь­ ных, горизонтальных и сагиттальных распилах позво­ ночника (546 распилов) с использованием разработан­ ного автором микротранспортера, вставляемого в оку­ ляр стереомикроскопа.

187

Результаты исследований показали, что характер распределения сил сжатия и растяжения в отдельных позвонках зависит от многих факторов и в первую оче­ редь от формы самого позвонка. Топография напряже­ ний в целом комплексе шейного отдела позвоночника зависит от его положения в момент нагрузки (сгиба­ ние, разгибание) и его длины. Эти данные позволяют объяснить механизм наиболее частых переломов шей­ ного отдела позвоночника, их локализацию и морфоло­ гию.

Затем данные электротензометрии сопоставлялись с результатами экспериментальных исследований прочно­ стных свойств и особенностей формирования переломов на отдельных позвонках и полных комплексах. Для это­ го проводились эксперименты на 357 отдельных позвон­ ках и 32 полных комплексах путем компрессии их на специальном прессе в вертикальном направлении со скоростью 7 см/мин и нагрузкой на отдельный позвонок

от	280 до	1040 кгс,	а полный комплекс — от 120	до
160	кгс.
	Прямая	травма	позвоночника моделировалась	уда­

рами твердым тупым предметом массой 8 кг и площадью ударяющей поверхности 64 см2. Удары наносились сзади наперед под углом 90° и 45° с энергией удара в пределах 58—128 кгм. Эксперименты с ударными на­ грузками были проведены на 27 биоманекенах с изуче­ нием 76 переломов. Характер повреждений позвонков при ударе тупым предметом сзади и сбоку оказался различным, что позволило автору выявить их дифферен­ циальные признаки.

Электротензометрия шейных позвонков показала,что при идентичных условиях воздействия топография на­ пряжений в различных позвонках имеет неодинаковую картину. Так, при вертикальной нагрузке на арках пер­ вого шейного позвонка были зарегистрированы сжима­ ющие и растягивающие усилия, которые располагались относительно арки позвонка под углом 145°. В области задней дуги более четко были выражены силы сжатия. В теле II позвонка при всех видах нагрузки преобла­ дали силы растяжения. Кроме того, исследования пока­ зали, что с увеличением нагрузки происходила транс­ формация напряжений и замена сжимающих усилий на растягивающие. В области остистых отростков, как пра­ вило, отмечались сжимающие усилия.

т

Анализ топографии напряжений в середине шейного отдела позвоночника показал, что в области тел по­ звонков в таких случаях отмечаются как сжимающие, так и растягивающие усилия, равные между собой по величине. В теле V шейного позвонка направление си­ ловых напряжений изменяло свой угол от 75 до 130° В теле VI и VII позвонков с увеличением нагрузки по­ являлись растягивающие усилия, а направление основ­ ных напряжений было под углом 75°.

При вертикальной статической нагрузке шейных комплексов наряду с уменьшением их высоты за счет сжатия межпозвонковых дисков и увеличения шейного лордоза В. О. Плаксиным выявлено перераспределение напряжений. Наиболее напряженными участками ока­ зывались верхние и нижние позвонки. При дальнейшем нагружении и увеличении шейного лордоза наиболее напряженными участками оказывались тела V, VI по­ звонков и остистые отростки II, III, V позвонков.

Вертикальная нагрузка с разгибанием шейного от­ дела позвоночника сопровождалась напряжением в об­ ласти тел IV, V, VI позвонков и остистых отростков III, IV позвонков. При сгибательном положении позво­ ночника напряженные участки находились на передней поверхности тел нижних позвонков.

Длина шейных отделов позвоночника в исследовани­ ях В. О. Плаксина колебалась от 11 до 17 см. Сопостав­ ление данных электротензо'метрии и морфометрии по­ казало, что с увеличением длины шейного отдела в нем увеличивается напряженность в тех же участках, в ко­ торых и при меньшей длине концентрируются напря­ жения. Отсюда следует, что вероятность возникновения переломов при большей длине шейного отдела возрас­ тает. Кроме того, исследования показали, что при сги­ бательном и разгибательном положениях шейного от­ дела потеря устойчивости возникает при меньших на­ грузках, нежели при вертикальном.

Таким образом, топография напряжений в шейном отделе позвоночника зависит не только от величины внешнего воздействия, но и от его положения в момент нагрузки (сгибание, разгибание), а также от некоторых анатомических свойств (его длины, формы отдельных позвонков).

Экспериментальные исследования свойств шейных позвонков позволили В, О. Пдаксину установить осо-

189

бенности разрушения каждого позвонка в отдельности в условиях вертикальной компрессии и тем самым вы­ явить особенности, характеризующие данный механизм травмы..

При исследовании прочностных свойств комплексов было выявлено, что повреждения возникают в них при нагрузке 120—160 кгс. Это соответствует результатам описанных выше исследований (С. А. Гозулов и др., 1972).

Эксперименты В. О. Плаксина, кроме того, показали, что прочностная характеристика комплекса во многом зависит от его длины. Так, с увеличением длины шейно­ го отдела позвоночника вероятность потери устойчивос­ ти позвоночника как конструкции была больше, а спо­ собность противостоять действию вертикальной нагруз­ ки снижалась. При этом повреждения шейных комплек­ сов обычно локализовались на его передней поверхности (разрывы передней продольной связки, переломы верх­ них замыкательных пластинок, отрывные переломы в области тел позвонков).

При увеличении нагрузки происходило дальнейшее увеличение лордоза. Это приводило к накладыванию остистых отростков позвонков и возникновению повреж­ дений как в области остистых отростков, так и дужек позвонков.

В экспериментах В. О. Плаксина причинялись и пря­ мые повреждения позвоночника. При ударах сзади по­ вреждались остистые отростки и дужки, сбоку — остис­ тые и поперечные отростки. При ударе спереди автор ни разу не наблюдал повреждений костного скелета, что он объясняет большой амортизационной способностью мягких тканей передней поверхности шеи.

Повреждения остистых отростков при прямых ударах чаще регистрировались в области V, VI, VII шейных по­ звонков, а поперечных отростков — в IV, V позвонках.

Одной из задач работы В. О. Плаксина было изуче­ ние зависимости между прочностными свойствами по­ звонков и их структурой-

Непосредственная микроскопия показала, что струк­ тура позвонков представлена в виде полостей овоиднои и округлой формы, соединенных между собой перемыч­ ками. Компактное вещество выражено на всем протя­ жении тел позвонков равномерно в виде ровной обо­ лочки. По количеству компактное вещество в большей

190