Forensic criteria for assessing injuries of the first and second cervical vertebrae

Full Text

Методом моделирования изучена биомеханика двух верхних шейных позвонков в норме и в условиях воздействия вертикально и горизонтально направ­ленных травмирующих сил. Установлено, что определяющее влияние на биомеханику сил данной области оказывает положение атланта относительно аксиса. Биомеханиче­ски обоснован характер повреждений атланто-аксиального сочленения и даны крите­рии судебно-медицинской экспертизы.

Повреждения шейного отдела позвоночника довольно часто становятся причиной смерти, поэтому выработка обоснованных судебно-медицинских критериев их экспер­тизы является важной задачей. При травмах шейного отдела позвоночника повреж­дения чаще возникают на уровне С4 — С7. Поэтому при судебно-медицинской экспер­тизе внимание сосредоточивается главным образом на этом отделе позвоночника, а верхнешейные позвонки детально не исследуются, хотя здесь могут иметь место серьезные повреждения скелета и спинного мозга.

Решению многих вопросов судебно-медицинской травматологии помогает создание моделей различных травм [3], в частности физико-математическое обоснование ти­пичных видов повреждений [4] и построение математических моделей или алгоритмирование [2]. Повреждения первого и второго шейных позвонков методом моделиро­вания детально не исследованы. Имеются лишь сведения о влиянии формы черепа, длины шейного отдела позвоночника и положения шеи в момент соударения на вид и характер травматизации шейного отдела позвоночника [5].

Мы изучали методом моделирования механогенез переломов и вывихов в атланто­аксиальной области применительно к запросам судебно-медицинской травматологии. Исследование проводили на 3 типах моделей: биологических, анатомических и мате­матических.

На биологических моделях (здоровые люди и больные с повреждениями атланто­аксиальной области) производили функциональную рентгенографию позвоночника в строго боковой проекции: в положениях максимального сгибания, разгибания и в нейтральном. На скиограммах в зависимости от наклона атланта относительно аксиса строили проекции сил осевых нагрузок. Установлено, что проекция нагрузки шейного отдела позвоночника отклоняется от срединной оси тел позвонков в зависимости от угла наклона атланта относительно аксиса.

На анатомической модели (костный препарат первого и второго шейных позвонков) с помощью тензодатчика регистрировали изменение напряжения поперечной связки атланта при его наклонах относительно аксиса. Оказалось, что напряжение попереч­ной связки возрастает только при переднем наклоне атланта.

Результаты биологического и анатомического моделирования позволили нам соз­дать математическую модель атланто-аксиального отдела позвоночника, которая при­ведена на рис. 1, где Р' и Р" — силы статической нагрузки, обусловленные весом головы и силой мышц шеи, Рѵ — результирующая вертикальная нагрузка шейного отдела позвоночника (Рѵ= Р' + Р"); Po и Ps — ее составляющие; Po — сила осевой нагрузки, равная Рѵ cos А(В); Ps — сила смещения, равная Рѵ * sin А(В); А и В— углы передне-задних наклонов атланта относительно аксиса: К — сила реакции (R = —Ps), соответствующая при переднем наклоне атланта напряжению попереч­ной связки, а при заднем его наклоне— напряжению передней дуги. Суммарная вертикальная нагрузка шейного отдела позвоночника (Р = Р' + Р") при массе головы 4,9 кг составляет 66,64 Н [6].

При расчетах мы учитывали анатомо- биомеханические особенности атланто-акси­ального сочленения, заключающиеся в от­сутствии конгруэнтности суставных поверх­ностей: при горизонтальном равновесном положении первого шейного позвонка кон­такт атланта с аксисом происходит только по «гребню соприкосновения». В условиях физиологического лордоза наклон атланта относительно аксиса кпереди составляет 0,087- 0,174 рад, а сила натяжения поперечной связки атланта (^R) — от 5,29 до 11,27 Н. Постоянное действие этой силы поддерживает определенный уровень напря­жения поперечной связки и обусловливает ее амортизирующую роль. При наклоне атланта кпереди от 0,226 до 0,783 рад возрастает сила натяжения поперечной связки от 14,7 до 46,06 Н, при наклоне атланта кзади от 0,226 до 0,417 рад возрастает напряжение передней дуги атланта от 14,7 до 22,54 Н.

Следовательно, основная биомеханическая особенность атланто-аксиального соч­ленения заключается в изменении распределения сил статической нагрузки при раз­личных положениях атланта относительно аксиса. Несомненно, что эта биомехани­ческая особенность является определяющей и при действии повреждающих факторов.

Изучение механизма травмы у 73 больных с переломами и вывихами двух верх­них шейных позвонков показало, что травматизирующая сила была приложена вер­тикально или горизонтально. Травма от воздействия вертикально направленной силы возникает главным образом при падении с высоты на голову (в наших наблюдениях— с груженого воза, автомашины, при занятиях спортом, купании, при выбрасывании из машины или мотоцикла — 54 больных). Реже травму такого типа обусловливало падение тяжести на голову или удар головой при автоавариях (7 больных). Причина­ми травм от действия горизонтально направленной силы являлись удар затылочной областью (10 больных) и удар головой спереди при езде на мотоцикле (2 чел.).

Для расчетов сил, возникающих в атланто-аксиальной области при действии вер­тикальной или горизонтальной травмирующей силы, мы применили теорию удара, принятую в механике [1]. Согласно этой теории, средняя величина ударной реакции (Т) равна ударному импульсу за время соударения. С помощью формул математиче­ского расчета ударной реакции было установлено, что если масса тела равна в сред­нем 70 кг, а время соударения — около 0,1 с, то при падении с высоты роста че­ловека ударная реакция составит 3920 Н-м, с высоты 10 м — 9604 Н-м, при не­посредственном ударе головой — 666,4 Н-м. Схема действия вертикально и гори­зонтально приложенных травмирующих сил приведена на рис. 2.

Действие вертикальной травмирующей силы (Тс, см. рис. 2, а) вызывает увели­чение общей нагрузки на шейный отдел позвоночника (Рѵ), а следовательно, и ее составляющих (Ps и Po), величина которых зависит от угла наклона атланта относи­тельно аксиса.

При непосредственном вертикальном ударе головой (например, о крышу автома­шины при подбрасывании или переворачивании ее), в случае переднего наклона ат­ланта от 0,226 до 0,783 рад максимальную нагрузку (от 147,0 до 460,6 Н) испыты­вает его поперечная связка, что может явиться причиной переднего вывиха атланта с разрывом его поперечной связки (транслигаментозный вывих) или переломом зуба (трансдентальный вывих).

При вертикальном падении на голову с высоты роста человека и более (до 10 м) в случае переднего наклона атланта нагрузка поперечной связки возрастает от 882,0 до 6722,8 Н, а осевая нагрузка — от 2744,0 до 9354,1 Н. Следовательно, создаются условия для трансдентального или транслигаментозного повреждения с передним вывихом атланта и травмы спинного мозга.

При наклоне головы и атланта относительно аксиса кзади значительное возраста­ние силы осевой нагрузки (2160,9—3841,6 Н) происходит только при падении с высоты, превышающей рост человека, причем сила осевой нагрузки оказывается при­ложенной на задний, более слабый, отдел суставной площадки второго шейного поз­вонка, что может явиться причиной перелома корня дуги аксиса со смещением его тела кпереди (так называемый «травматический спондилолистез») с возможным по­вреждением спинного мозга.

При значительных осевых нагрузках (3920,0—9604,0 Н), когда наклон атланта относительно аксиса отсутствует, анатомическая и биомеханическая оси шейного от­ дела позвоночника совпадают, контакт между первым только по «гребню соприкосновения». В этих случаях становится возможным возникновение «взрывных переломов» Джефферсона (одновремен­ных переломов передней и задней дуг первого шей­ного позвонка).

При горизонтальном воздействии травмирующих сил (удар затылочной или лобной областью), как представлено на рис. 2, б, где Та — удар сзади, Тв — удар спереди, изменяется нагрузка только поперечной связки или передней дуги атланта (Ps) без изменения осевой нагрузки позвоночника (Po). Наиболее опасным для возникновения выви­хов атланта кпереди с переломом зуба или разры­вом поперечной связки атланта является удар заты­лочной областью, а для задних вывихов атланта с переломом зубовидного отростка аксиса — удар лобной областью. Наклон атланта относительно аксиса существенного влияния на величину нагрузок поперечной связки, передней дуги и зубовидного отростка не оказывает, так как значение сил меняется в пределах, не превышающих 49 Н.

Таким образом, при проведении судебно-медицинской экспертизы повреждений верхнешейного отдела позвоночника можно рекомендовать следующие критерии для выяснения механогенеза и обстоятельств происшествия:

1. наличие переднего, вывиха атланта с разрывом его поперечной связки или переломом зубовидного отростка второго шейного позвонка говорит о том, что имели место или непосредственный удар головой при падении с высоты и наклоне головы вместе с атлантом кпереди (вертикальное направление травмирующей силы), или удар затылочной областью (горизонтальное действие травмирующей силы). Уточняющим фактором является нахождение места приложения травмирующей силы;
2. перелом корня дуги второго шейного позвонка и смещение его тела кпереди (травматический спондилолистез) происходят при падении с высоты и непосредствен­ном ударе головой при наклоне головы с атлантом кзади (вертикальное действие травмирующей силы);
3. одновременный перелом передней и задней дуг атланта является результатом действия силы, направленной строго по оси позвоночника без наклона головы и ат­ланта;
4. задний вывих атланта с переломом зубовидного отростка второго шейного поз­вонка указывает на горизонтальное действие травмирующей силы, приложенной к лобной области.

About the authors

V. I. Evseev

Kazan Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Kazan State Pedagogical University named after V., I. Lenin, Medical Institute. S. V. Kurashova

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Department of Traumatology and Orthopedics; Department of Forensic Medicine

Russian Federation

A. A. Rumyanceva

Kazan Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Kazan State Pedagogical University named after V., I. Lenin, Medical Institute. S. V. Kurashova

Email: info@eco-vector.com

Department of Traumatology and Orthopedics; Department of Forensic Medicine

Russian Federation

V. S. Semennikov

Kazan Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Kazan State Pedagogical University named after V., I. Lenin, Medical Institute. S. V. Kurashova

Email: info@eco-vector.com

Department of Traumatology and Orthopedics; Department of Forensic Medicine

Russian Federation

L. M. Lomovsceva

Kazan Research Institute of Traumatology and Orthopedics, Kazan State Pedagogical University named after V., I. Lenin, Medical Institute. S. V. Kurashova

Email: info@eco-vector.com

Department of Traumatology and Orthopedics; Department of Forensic Medicine

Russian Federation

References

Supplementary files