Біомеханіка черепно-мозкової травми
Основні типи впливу механічної енергії
Відповідно до законів фізики, величина механічної енергії пропорційна масі об'єкта та швидкості його руху чи прискорення. Залежно від часу впливу виділяють два його основні типи - динамічне та статичне (рис. 4-1).
Динамічне вплив механічної енергії характеризується короткочасним ефектом травмуючої сили (менше 200 мсек) і може бути двох видів - ударним та імпульсним.
При ударному вигляді спостерігається короткочасний (до 50 мсек) вплив травмуючого агента на голову або удар голови, що рухається, про травмуючий об'єкт. Ударний вплив включає два основні феномени, що ушкоджують, — контактний і інерційний.
Контактний феномен характеризується зіткненням травмуючого агента та голови, які призводять до локальних ушкоджень скальпу, черепа та головного мозку. При цьому можуть спостерігатися дистанційні пошкодження під впливом ударної хвилі, деформації або переломів кісток черепа. Характер пошкоджень скальпа, черепа і головного мозку при контактному феномені залежать від сили, розмірів травмуючого агента, площі його контакту з головою, маси тіла потерпілого та ін. лінійні переломи черепа. При контактній травмі пошкодження мозку можуть локалізуватися як у місці удару, так і на відстані, у тому числі, у місці протиудару (ефект протиудару). Інерційний феномен полягає у наданні прискорення чи уповільнення голові. При цьому точкою застосування ударного впливу може бути не тільки голова, а й будь-яка інша частина тіла або все тіло.
В цілому, ударний механізм, як правило, викликає різного ступеняосередкові ушкодження мозку як у місці удару, і на віддаленні, зокрема за принципом протиудару. Вогнищеві пошкодження можуть поєднуватися з субарахноїдальними, внутрішньошлуночковими, внутрішньомозковими, епі- та субдуральними крововиливами. Залежно від обсягу останніх виникає додатковий механізм ушкодження мозку внаслідок його здавлення та дислокації.
Другий вид динамічного впливу – імпульсний, при якому голова отримує прискорення або уповільнення (при тривалості дії від 50 до 200 мсек.). При цьому типі впливу не спостерігається контакту з травмуючим агентом і основним феноменом, що ушкоджує, є інерційний у вигляді лінійного, кутового або ротаційного прискорення - уповільнення.
Статичний вплив механічної енергії характеризується більшою тривалістю (понад 200 мсек) та більшою масою травмуючого агента. Такий тип впливу спостерігається при здавленні голови важкими предметами чи механізмами.
Особливості ЧМТ залежно від її біомеханіки
Залежно від виду впливу механічної енергії м'які покриви голови, кістки черепа, мозкова тканина та судини, що володіють різними пружно-еластичними властивостями, зазнають і різного ступеня здавлення, розтягування, роздавлювання або розриву.
У реальних умовах нерідко спостерігається поєднання різних видів динамічного впливу - ударного та імпульсного. Так, при автомобільній травмі голова потерпілого може отримати раптове прискорення або уповільнення (імпульсний вплив) з наступним ударом про внутрішні частини автомобіля (ударна дія).
Послідовність подій може бути і зворотною - ударний вплив з наступним імпульсним впливом. При цьому власне травма мозку може характеризуватисьяк осередковими, і дифузними ушкодженнями.
Клінічними дослідженнями було показано, що дифузні форми ушкодження мозку переважають при автодорожніх травмах.
У чистому вигляді ударна дія з контактним феноменом спостерігається при ударі предметом по фіксованій голові. У цих умовах відсутня інерційний момент, причому ушкодження скальпу, кісток черепа та головного мозку локалізуються переважно у місці удару. Якщо при цьому площа об'єкта, що травмує, досить велика будуть переважати лінійні переломи кісток склепіння і підстави черепа. При невеликій площі об'єкта, що травмує, і достатньої силі виникають, як правило, вдавлені переломи кісток черепа.
При найчастішому механізмі черепно-мозкової травми (падіння на потилицю з висоти свого зростання) має місце ударний вплив як з контактним, і інерційним феноменами. Ушкодження скальпу, а також лінійні переломи нерідко локалізуються a потиличній ділянці, у той час як ушкодження мозку у вигляді осередкових ударів — у полюсно-базальних відділах лобових і скроневих часток на кшталт протиудару. Механізми останніх — інерційний феномен, який зумовлює усунення великих півкуль мозку вздовж нерівних контурів крил основної кістки та основи передньої черепної ямки, а також розвиток негативного тиску з феноменом кавітації у місцях протиудару. Можливі інші варіанти протиударних пошкоджень черепа.
Додаток ударної сили в лобовій ділянці може призводити до перелому лобової кістки з пошкодженням даху орбіти і виникнення вогнища в місці протиудару (рис. 4 - 2). Було показано особливості біомеханіки ЧМТ, що супроводжується непрямим ушкодженням зорового нерва. Місцем застосування травмуючої сили при такому пошкодженні, як правило,є зовнішні частини надбрівної дуги і прилеглі відділи лобової, скроневої та скуло-очникових областей (рис. 4-3).
Залежно від тривалості здавлення голови виникають різного ступеня ішемічні ушкодження м'яких покривів голови: від локального набряку та наступної атрофії (рис. 4-5), аж до великого некрозу (рис. 4-6, 4-7, 4-8, 4- 9, 4-10). Крім того, тривале стискання голови, що викликає деформацію черепа (особливо у немовлят при еластичності кісток черепа), може викликати також тривале стискання мозку, внутрішньочерепні крововиливи, порушення венозного відтоку з порожнини черепа з розвитком дифузного набухання мозку (рис. 4-11).
Мал. 4 - 6. Дитина 4 міс. Фронтальний тип тривалого здавлення голови (другий тиждень після травми): а, б) ділянки некрозу м'яких тканин у лобовій та тім'яно-потиличній областях праворуч.
Мал. 4-7. Дитина 2 років. 7 добу після травми.
Мал. 4-8. Дитина 3 років. Третій тиждень після травми.
Мал. 4 - 9. Дитина 1 року. Два тижні після травми: а) велика зона некрозу скронево-тім'яної області; б) ця ж дитина через 6 місяців після травми.
Мал. 4-10. Дитина 10 років, 4 доби після травми. Великий набряк голови, шиї, грудної клітки.
Мал. 4 - 11а. Новонароджений; другу добу після травми, отриманої під час руйнування пологового будинку через кілька хвилин після народження.
Найбільш складне поєднання різних типів впливу механічної енергії спостерігається під час вибухів, у тому числі мирного часу (техногенні катастрофи та аварії, терористичні акти).
З погляду фізики, під вибухом розуміють вивільнення великої кількості енергії в обмеженому просторі та протягом короткого періоду часу. У дії вибухової хвилі виділяють кілька факторів, що пошкоджують. Первинний ударно-струсальний вплив вибухової хвилі тим більше, чим ближче знаходиться постраждалий до місця вибуху. Так, у безпосередній близькості до місця вибуху великої сили можуть спостерігатися повне руйнування (дезінтеграція) тіла, відриви кінцівок та евісцерація. При вибухах меншої сили або на відстані від його епіцентру можуть спостерігатися різного ступеня тяжкості дифузні ушкодження (рис. 4-12) та забиття мозку, а також різні прояви баротравми.
До вражаючих факторів вибухової хвилі відносять також удари та поранення осколками снарядів, інших предметів, а також імпульсний вплив вибухової хвилі, що спричиняє переміщення або відкидання тіла потерпілого з подальшим ударним впливом внаслідок падіння тіла або зіткнення його з перешкодою. Додатковим фактором, що ушкоджує, може бути здавлення голови та інших частин тіла важкими предметами a внаслідок руйнування будівель і споруд.
Отже, при черепно-мозковій травмі, обумовленій вибухом, спостерігається складний, поєднаний вплив ударного, імпульсного, а в деяких випадках і статичного механізмів. У клінічних умовах не завжди можна визначити питому вагукожного з цих доданків. Тим паче, що вибухові поразки нерідко супроводжуються комбінацією як механічного, і термічного чинників.
Аналіз біомеханіки травми дозволяє припускати можливі варіанти та тяжкість первинного пошкодження мозку та певною мірою прогнозувати розвиток тих чи інших вторинних механізмів ушкодження. Це важливо задля розробки адекватних алгоритмів патогенетичного лікування.