Актуальность проблемы обусловлена недостаточной изученностью фундаментальных структурных и физико-химических механизмов повреждения и репарации органов и тканей при огнестрельных и минно-взрывных ранениях, а также других видах боевых повреждений, что ограничивает разработку эффективных способов диагностики, прогнозирования характера течения раневых процессов и лечения на этапах медицинской эвакуации.
Одним из современных методологических подходов является применение исследовательских нанотехнологий, направленных на использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, диагностических и лечебных систем, реализующих эти новые свойства [1].
Исходя из стандартизированного определения, приведенного в «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года», под нанообъектом понимается объект, содержащий структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении, не превышают 100 нм, и, благодаря этому, обладающий качественно новыми свойствами, в том числе заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками.
Атрибутивной физической характеристикой нанообъекта является зависимость его структурных и функциональных свойств от размеров межатомных расстояний. В соединительной и, прежде всего, в костной ткани к таким объектам можно отнести продольные нанокапилляры и поперечные наноцистерны формирующиеся в щелях между нитями тропоколлагенов, гидроклатраты Д-периодичности фибриллярных коллагенов кости, кожи, фасций и сухожилий, а также сетевых коллагенов базальных мембран и решеток Десцемета, кристаллизующиеся ортофосфаты и моно- и триклинные кристаллы гидроксилапатита, нанощели и наноканальцы костного матрикса, кластеры нановоды, формирующиеся в интерфейсах «вода-апатит», «вода-коллаген», в темплатах «вода-апатит-коллаген», а также в нанотубулах ультратканевых структур и внутреннего скелета клеток [2].
Цель работы - установить структурные основы повреждения костной ткани при действии высокоскоростных ранящих снарядов.
Материал и методы. Образцы плоских костей черепа человека после огнестрельных ранений высокоскоростными пулями получены в 16 государственном центре судебно-медицинских и криминалистических экспертиз Северо-кавказского военного округа. Из образцов делали сколы в области входных отверстий, а также на отдалении 10-15см. Образцы длинных трубчатых костей конечностей получены в эксперименте на лабораторных животных (собаках) с использованием выстрела из пистолета пулей «Ковбой-410» калибра 5,6 мм [3]. Методом сканирующей электронной микроскопии (на аппарате Philips SEM-515) изучена структура поверхностей раневых каналов и морфологические особенности компактного вещества в отломках и осколках поврежденных трубчатых конечностей и плоских костей черепа. Методом атомно-силовой микроскопии изучены образцы плоских костей черепа после огнестрельных переломов на аппарате INTEGRA зондовой нанолаборатории.
Результаты. Установлено, что при пулевых переломах трубчатых костей в области диафизов в зоне первичного некроза образуются множественные каверны. На поверхности раневого канала каверны представляют собой одиночно расположенные лакуны размером от 100 до 500 мкм, имеющие форму овала вытянутого вдоль траектории движения пули. Края лакун приподняты, а дно образовано разреженным костным матриксом со множественными щелями диаметром от 10 до 30 мкм. Каверны, расположенные на расстоянии от раневой поверхности до 10-15 см, дислоцированы в глубине компактного вещества и формируются преимущественно путем слияния микрополостей.
При пулевых переломах плоских костей черепа основным повреждающим фактором костной ткани являются каверны, расположенные в зоне первичного некроза входных отверстий в виде лакун. Дно лакун представлено разреженным костным матриксом и оголенными коллагеновыми волокнами. В отличие от трубчатых костей крупных каверн в глубине трабекул не найдено. Здесь характерным механизмом разрушения костной ткани является мозаичное разрежение костного матрикса с образованием щелей нано -, мезо -, и микроразмерных масштабов.
Важное значение имеют морфологические особенности коллагеновых волокон в очагах разрежения костного матрикса. В структуре волокон исчезает атрибутивное чередование «широких» и «узких» участков. С поверхностью обнаженных волокон агрегированы лейкоциты и измененные эритроциты.
По данным атомно-силовой микроскопии показано, что коллагеновые волокна в костных образцах здоровых лиц покрыты муфтами, которые образованны агрегированными кристаллами апатита, расположенных в виде наночерепиц.
В образцах костей свода черепа после огнестрельных переломов исчезает черепицеподобная структура укладки кристаллов апатитов, резко расширяются нанощели «главных» и узких периодов коллагеновых волокон. Значительная часть коллагеновых волокон лишена апатитовых темплат. Обращает на себя внимание «замусоривание» свободного пространства костного матрикса микрообломками аморфной фазы.
По данным атомно-силовой спектроскопии регистрируется резкое увеличение адгезионной силы твердой фазы с 16,0 до 53,0 микроньютонов. Одновременно с этим наблюдается, практически, двукратное (с 25,4 до 41,0 микроньютонов) увеличение адгезионной силы в области неструктурированной фазы костных образцов, анатомически соответствующей свободному пространству нанощелей, расположенных между коллагеновыми волокнами и зернами апатита [1].
Указанные обстоятельства свидетельствуют о повышенной гидрофильности микроструктур кости, поврежденной высоскоростной пулей, и прежде всего о повышенной вязкости твердой фазы костного матрикса, представленной апатитом.
Выводы. Указанные особенности и, прежде всего, то, что каверны анатомически не связаны с канальцами, а располагаются исключительно на территории костного матрикса, в нанопорах которого находится вода в виде кластеров. Это позволяют выдвинуть гипотезу о том, что в морфогенезе кавернозного повреждения костной ткани ключевую роль могут играть фазовые переходы в виде скачкообразного разупорядочивания кластерной воды, что в свою очередь приводит к резкому изменению ее плотности, стремительному расширению нанощелей (по адиабатическому механизму) и их слиянию вплоть до формирования микро- и макрополостей.

 

Список литературы:
1. Миронов, В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В. Л. Миронов. - Нижний Новгород: Российская академия наук институт физики микроструктур, 2004. - 114 с.
2. Кораго, А. А. Введение в биоминералогию. / А. А. Кораго, - СПб.: Недра, 1992. 280 с.
3. Раневая баллистика / Озерецковский, А. Б., Гуманенко, Е. К., Бояринцев, В. В. - СПб.: Журнал «Калашников», 2006. - 373 с.