1РЦСМЭ МЗ РФ, 2ФГБУ НИМЦ «Базис» Миноборнауки РФ НИЦ,
3БМТ ВИЛАР, г. Москва, 4МГУ им. М.В. Ломоносова
Резюме. В работе рассматриваются проблемы, связанные с экспертизой травм от гидродинамических струй высокого давления. Получены оценки глубины области деструкции при воздействии струи, приведены данные морфологических исследований. Тем самым, заложена необходимая основа для проведения экспертных оценок и рекомендаций, направленных на
выработку практических подходов к систематической идентификации гидродинамических поражений тканей и органов.
Ключевые слова: судебно- медицинская экспер- тиза, гидродинамическая травма, идентификация.
Введение. Технологии гидродинамической обработки различных материалов в последние годы получили широкое распространение в самых различных сферах промышленного применения – автомобильная, судостроительная, авиационная промышленность, эксплуатация и ремонт нефте- и газопроводов, очистка корпусов судов, разделка рыбного филе на плавбазах, фигурная резка пла- стовых заготовок пирожных, утилизация военной техники и проч. [1-4]. Оснащение этих произ- водств специализированными станками и обору- дованием естественным образом связано с повы- шенным риском производственного травматизма.
Существует реальная опасность и предумышлен- ного использования режущей гидроструи в каче- стве орудия, способного нанести тяжкие телесные повреждения. В плане производственного травма- тизма представляют особую опасность мобильные варианты струйного оборудования, оснащенные выносными ручными манипуляторами, предназна-
ченные для резки или очистки поверхностей, в том числе и вне специально оборудованных про- изводственных помещений, в тесных пространст- вах, а также в полевых условиях. Гидродинамиче- ская травма струей высокого давления до сих пор практически не изучена и не выявлены ее иденти- фикационные особенности. Однако в судебной медицине имеются экспертизы, связанные с по- вреждениями и смертельными исходами людей от этой травмы. Таким образом, возникла необхо- димость изучения этой проблемы.
Именно с использованием такого оборудова- ния связан описанный в 2009 г. В.Д. Исаковым с соавторами [5] несчастный случай смертельного ранения струей воды.
Пострадавший производил очистку внутрен- ней поверхности бойлера от накипи с помощью установки насосной гидроочистительной (УНГ 75-63), составной частью которой является пис- толет подачи воды под высоким давлением БЛ
08.00.000. Этот пистолет был обнаружен рядом с телом. На манометре было зафиксировано рабо- чее давление 400 кг/см2 (максимальное давление установки УНГ 75-63 составляет 630 кг/см2. При- веденное подробное описание позволяет сделать вывод о том, что энергии струи оказалось доста- точно для того, чтобы пробить насквозь одежду пострадавшего (последовательно – прорезинен- ный комбинезон из плотной хлопчатобумажной ткани, рабочий комбинезон из плотной хлопчато- бумажной ткани и трикотажную хлопчатобумаж- ную футболку) и нанести «… стреляные слепые раны передней поверхности грудной клетки, про- никающие в правую плевральную полость с по- вреждением правого легкого, восходящей дуги аорты, сердечной сорочки и правого ушка серд- ца, а также стреляные слепые непроникающие раны передней поверхности грудной клетки, сса- дины, очаговые кровоизлияния». При этом рас- чет, произведенный авторами статьи [5] по фор- муле:
Vmax=a2ΔP/4µl , (1)
где a – радиус сопла 0,14 см, ΔP – давление 400 кг/см2, l – длина канала ствола 2,5 см, µ - вяз- кость жидкости (воды) – 0,018 г/см·с, показал, что рабочее давление струи жидкости в момент нанесения ран на дульном конце гидравлическо- го пистолета БЛ 08.00.000 составляло 237 атм (при максимально возможном значении для уста- новки УНГ 75-63 – 588 атм).
Максимальная длина раневых каналов соста- вила около 9 см. При этом результаты исследова- ния показали, что характер повреждений, нане- сенные гидродинамической струей, ближе всего напоминает по морфологическим свойствам стре- ляные, однако существенным отличием является отсутствие «пробивного действия», характерного для пулевого ранения. Повреждения носят скорее характер клиновидного проникновения с присут- ствием элемента ушибающего действия на по- верхности (с широким осаднением и массовыми кровоизлияниями в области ран). При этом в от- личии от пулевого ранения в гидродинамической ране совершенно отсутствуют термические и химические факторы, и небольшая глубина ран свидетельствует о быстрой потере струей кинети- ческой энергии и, соответственно, пробивной способности (в сравнении с пулей, выпущенной с близкого расстояния).
Указанная статья [5] является первым опы- том описания и практической идентификации ранения, причиненного гидродинамической стру- ей высокого давления.
Наши исследования по развитию методики гидродинамической резки биологических тканей до последнего времени были посвящены главным образом исследованиям процессов взаимодейст- вия режущей гидродинамической струи с биотка- нями, изучению морфологических характеристик и топографических особенностей поверхностей биологических тканей после разрушающего гид- родинамического воздействия. Эти исследования
первоначально не имели своей целью фрактогра- фические приложения, представляющие интерес для судебно-медицинской экспертизы, однако полученные результаты могли бы быть полезны и в этой области. Эти соображения подкрепляются и тем фактом, что выводы, сделанные судебно- медицинскими экспертами при осмотре и анализе характерных особенностей ран, нанесенных гид- родинамической струей [5], во многом подобны результатам систематических морфологических исследований, проведенных как нами, так и дру- гими авторами [6, 7]. В частности, все исследова- тели подчеркивают отсутствие каких-либо при- знаков карбонизации на поверхности разреза вне зависимости от величины давления режущей струи, т.к. при гидродинамической резке в прин- ципе отсутствует гипертермия. Это хорошо видно на гистологических препаратах, например, тканей печени, в сравнении с характерными зонами нек- роза при применении лазерного скальпеля или электрокоагулятора.
Глубина проникновения режущей гидроди- намической струи в биологические ткани зависит от большого числа различных параметров. Это, прежде всего, механические свойства самих тка- ней – их упругие свойства и прочностные харак- теристики. Однако главным параметром все-таки является энергетика струи, определяемая в пер- вую очередь ее давлением (см. формулу 1) [5].
Оценка максимальной силы удара струи Pmax
(в Ньютонах) о поверхность твердого материала может быть сделана с использованием выражения:
Pmax=120(p/100)1,15dc1,75 , (2)
где p – давление, dc – диаметр сопла струе- формирующего блока [1]. Причем обычно вели- чина диаметра сопла в гидроструйных установ- ках изменяется в небольших пределах и составля- ет, как правило, от 0,1 мм до 0,4 мм. Значение же главного параметра – давления может варьиро- ваться в зависимости от конкретных применений в очень широком диапазоне, вплоть до несколь- ких тысяч атмосфер [1]. Диапазон изменения дав- ления, необходимого для эффективной резки мяг- ких биологических тканей, значительно меньше [6-9]. Так, для гидродинамического разрушения стекловидного тела глаза достаточно давления струи всего в 5-10 атм. Гидроструя под давлени- ем 20-30 атм способна разрезать мышечную ткань на глубину до 2-3 см, а печень – до 8-10 см.
Исходное давление струи, в описанном [5]
случае смертельного травмирования рабочего на выходе из дульного конца гидравлического пис- толета БЛ 08.00.000, составляло 237 атм. С уче- том приведенных выше количественных характе- ристик для различных видов тканей представля- ется естественным, что такая струя смогла нанес- ти проникающие ранения с поражением всех мяг- ких тканей на пути своего распространения: кож- ных покровов, мышечных тканей, легкого, проч- ных и упругих стенок аорты, сердечной мышцы.
Причем, струя явно была ослаблена при прохож- дении через ткань прорезиненного комбинезона.
В противном случае, можно предполагать, что глубина раневых каналов могла бы быть и боль- ше.
В цитируемой статье [5], к сожалению не приводится никаких данных о результатах гид- родинамического поражения костей пострадав- шего.Вместе с тем по нашим данным гидродина- мическая струя может эффективно резать и кость. Правда, при этом ее энергетика должна быть существенно выше. В описанном случае [5]
давление составляло 237 атм, что действительно может быть не достаточно для поражения кости ( в данном случае ребер).
Теоретические расчеты, проведенные в рамках модели действия сосредоточенной и распределенной нагрузки на однородное полупространство с механическими характери- стиками компактной костной ткани, показывают, что задавая параметры струи – давление в камере РК и радиус струи R, а также величину критического разрушающего напряжения s* (в данном случае для кости s*=110,9... 324 МПа), можно оценить глубину области деструкции:
. (3) Динамическое решение, фиксирующее мак- симальные значения напряжений, показывает, что сильные акустические волны, возникающие после резкого включения струи, могут приводить к увеличению зоны деструктивного воздействия струи в 1,5-2 раза.
Необходимо подчеркнуть, что гидродинами- ческая деструкция костного образца при высоком давлении режущей струи как правило, сопровож- дается формированием гладкой – без выражен- ных трещин и сколов – поверхности, а гистологи- ческие исследования поверхностей реза свиде- тельствуют о высокой степени сохранности кле- точных структур костных и хрящевых тканей [4,10]. С понижением давления режущей струи характер поверхности меняется на шероховатую с волнообразным профилем. По мере проникно- вения режущей струи вглубь костного вещества происходит быстрая потеря энергии с формиро- ванием дугообразной траектории.
Вывод
Результаты теоретических расчетов в сово- купности с данными морфологических исследо-
= ∗
=
∗σ σ π
2
2 3 2
3 F P R
Z
D kваний создают необходимую основу для проведе- ния экспертных оценок и рекомендаций, направ- ленных на выработку практических подходов к систематической идентификации гидродинами- ческих поражений тканей и органов.
Литература
1. Гидрорезание судостроительных материалов / Р.А. Тихомиров, В.Ф. Бабанин, Е.Н. Петухов [и др.]. – Л.: Судостроение, 1987. – 164 с.
2. Гидрорезание биологических тканей / В.В. Розанов, Ю.И. Кудряшов, С.К. Сальников, Н.Н. Сысоев. – М.:
Изд-во НЭВЦ ФИПТ, 1999 г.
3. Розанов В.В. Высокоэнергетическое гидродинамиче- ское воздействие на биологические ткани – новая перспективная биомедицинская технология / В.В. Ро- занов // Наукоемкие технологии. – 2003. – № 6. – С. 35-43.
4. Осипенкова Т.К. Гидродинамическая травма. Харак- терные особенности и возможности идентификации / Т.К. Осипенкова, В.В. Розанов, И.В. Матвейчук //
Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы и патологической анатомии, вып. 12. – Хабаровск, 2012. – С. 134-135.
5. Исаков В.Д. Случай смертельного ранения струей воды / В.Д. Исаков, А.Ю. Рылов, М.Ю. Милютин //
Суд.-мед. экспертиза. – 2009. – № 2. – С. 43-45.
6. Гидродинамические технологии в биологии и медици- не / В.В. Розанов, Ю.И. Денисов-Никольский, И.В. Матвейчук [и др.] // Технологии живых систем. – 2005. – Т. 2, № 4-5. – С. 28-40.
7. Осипенкова Т.К. Идентификация повреждений тканей гидродинамической струей / Т.К. Осипенкова, В.В. Розанов, И.В. Матвейчук : материалы научно- практической конференции с международным участи- ем [«Актуальные проблемы судебно-медицинской экспертизы»], (Москва, 17-18 мая 2012 г.); Сборник тезисов. – М., 2012. – С. 75-77.
8. Моделирование процессов гидродинамической инци- зии костной ткани / В.В. Розанов, Ю.И. Кудряшов, И.В. Матвейчук, Н.Н. Сысоев : материалы VIII Меж- дународной научно-технической конф. [«Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии»]
ФРЭМЭ’2008, Владимир-Суздаль, июль 2008 // Труды конф. Кн. 1. – С. 266-270.
9. Темиров Н.Э. Гидротомия в глазной микрохирургии / Н.Э. Темиров // Офтальмол. ж. – 1980. – № 7. – С. 437-439.
10. 10. Осипенкова Т.К. Морфологические изменения в костной и хрящевой тканях в результате механическо- го и гидродинамического разделения / Т.К. Осипен- кова, И.В. Матвейчук, В.В. Розанов : материалы 6-ой научно-технической конф. [«Медтех-2004»], Греция, Крит, 10-17 окт. 2004 // Сборник докладов конф. – С. 81-82.
ОСОБЛИВОСТІ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ТРАВМИ ТА ЇЇ ІДЕНТИФІКАЦІЯ Т.К. Осипенкова, В.В. Розанов, І.В. Матвейчук, С.А. Шутєєв
Резюме. У статті розглядаються проблеми, пов’язані з експертизою травми від гідродинамічної струмини високого тиску. Отримані оцінки глибини ділянки деструкції при дії струмини, наведені дані морфологічних дослі- джень. Тим самим, закладена необхідна основа для проведення експертних оцінювань і рекомендацій, направлених на вироблення практичних підходів до систематичної ідентифікації гідродинамічних уражень тканин і органів.
Ключові слова: судово-медична експертиза, гідродинамічна травма, ідентифікація.
УДК 572.788-340.982.325
Ю.И. Пиголкин, Г.В. Золотенкова