Специалистам / Практика / Практика (статья)

Военно-полевая хирургия: баллистика ранений

Баллистика раненийДвижущийся снаряд причиняет ранение посредством переноса на тело кинетической энергии – энергии, которая разрушает, разрывает и деформирует ткани. Ученые по сей день изучают баллистику ранений с целью понимания механизм нанесения повреждения.

С одной стороны, мы имеет поражающую способность пули, а с другой – фактическую рану, которую видит перед собой хирург.

Исследования и поведение тела человека

Описанные в статье «Боевые ранения: терминальная баллистика» эксперименты с использованием имитаторов тканей помогают понять течение процесса ранения. Тем не менее лабораторные модели являются лишь приблизительным аналогом реальности, показывающим только физическую сторону процесса. Структура тканей человеческого организма слишком сложна для того, чтобы в лабораторных условиях можно было повторить ход ранения. Недостаток имитаторов тканей в том, что они являются гомогенной средой, в то время как живая ткань, как будет показано дальше, таковой не является. Для подтверждения результатов лабораторных исследований их необходимо сравнивать с результатами клинического опыта. Именно такую методику применяют эксперты в области баллистики, в том числе и лаборатория «Armasuisse» (Тун, Швейцария).

В реальной клинической практике присутствует огромное количество переменных, поэтому трудно что-либо предсказать. Хирург не может с уверенностью утверждать, что такая-то пуля причинит именно такое-то ранение. Тем не менее можно делать выводы, анализируя факты, и после тщательного клинического исследования хирург сможет лучше понять патологию, которую он наблюдает, что привело к ней и какое требуется хирургическое вмешательство. Определяющими клиническими факторами являются тип раны, ее анатомическая локализация и фактический объем разрушенной ткани.

Взаимодействие между пулей и тканью

Когда пуля попадает в тело человека, происходит взаимодействие между пулей и тканями тела, в результате которого ткани повреждаются, при этом они оказывают обратное воздействие на пулю. Такое взаимодействие зависит от ряда факторов, сумма которых приводит к переносу кинетической энергии пули на ткани.

При таком переносе кинетической энергии происходит либо сжатие, либо рассечение, либо сдвиг тканей, результатом чего становится их раздавливание, разрывание или растягивание. При этом большее значение имеет местный перенос энергии в каждой точке траектории движения пули, чем общее количество энергии, переданное при причинении повреждения тканей.

Разрушение тканей происходит вследствие сжатия, рассечения или сдвига. При этом отмечается их раздавливание, разрыв или растягивание.

Пуля, попавшая в тело человека, образует те же самые три зоны, которые наблюдаются в лабораторных имитаторах, если, конечно, пулевой канал имеет достаточную длину. В лабораторных экспериментах с глицериновым мылом «остаточным каналом» называют то, что осталось от пулевого канала по окончании процесса и всех временных эффектов. В биологических тканях «остаточная раневая полость» пулевого канала – это результирующее повреждение тканей после завершения всех временных явлений. Это тот раневой канал, который видит хирург и который является конечным результатом раздавливания и растягивания тканей.

В хирургической литературе было много путаницы в связи с тем, что авторы называли первое раздавливающее повреждение в момент образования зоны 1 «остаточной полостью» в отличие от «временной полости», в которой наблюдается растягивающее повреждение. В соответствии с методикой лаборатории «Armasuisse», остаточной раневой полостью называют канал, который остается после завершения процесса ранения и который представляет собой сумму раздавливающих и растягивающих повреждений.

Раздавливающее и разрывающее ранение

Пуля, двигаясь по ходу пулевого канала, физически сжимает и раздирает ткани, то есть раздавливает и рвет их. Это непосредственный физический результат проникновения в тело чужеродного предмета. Пуля повреждает ткани, с которыми она вступает в непосредственный контакт, рассекает их как ножом. Такое повреждение тканей является остаточным, и оно наблюдается в причиненной пулей ране. Это главный результат воздействия оружия низкой и средней энергии, как, например, пистолетных пуль.

При более высоких энергиях, когда пуля вращается и деформируется, разрушающему воздействию ее эффективной площади сечения подвергается большая площадь тканей. Канал, оставляемый этим разрушающим воздействием, имеет переменную ширину, которая увеличивается с возрастанием рыскания пули в ткани.

Растягивающее ранение

Ткани обладают упругим пределом прочности, который сопротивляется растяжению. При достижении определенного предела растяжения капиллярные каналы лопаются и возникает контузия тканей. По достижении предела упругости сами ткани рвутся так, как это показывает линия разлома на лабораторном блоке желатина. Такое повреждение в результате растяжения может иметь как остаточный, так и временный характер.

Растяжение тканей происходит при образовании полостей, наблюдающемся во всех пулевых ранах независимо от энергии пули, характера ее движения, а также на всем протяжении пулевого канала. Образование небольшой полости возможно даже на стадии образования зоны 1 узкого канала.

Объем полости определяется количеством выделяемой энергии и упругой прочностью тканей. Это растягивающее усилие в полости прилагается к тканям, которые уже повреждены раздавливанием и, таким образом, увеличивают местное первоначальное повреждение. В ранах, причиненных пулями малых и средних энергий, это дополнительное повреждение незначительно.

Если пуля вращается (или деформируется, или разламывается на фрагменты), происходит значительно больший выброс кинетической энергии, и она накладывается на больший объем поврежденной раздавливанием ткани. В результате появляется большая временная полость зоны 2: массивное моментальное перемещение тканей во всех направлениях от траектории движения пули.

Полость пульсирует так же, как в желатине: упругое ускорение окружающих тканей сменяется замедлением, результатом чего является деформация сдвига. Почти полный вакуум, образующийся в полости, засасывает через входное отверстие (и через выходное, если таковое имеется) воздух, загрязнения и чужеродные тела (нити текстиля от одежды, пыль и т. д.), а также бактерии.

В ранах, причиненных пулями высокой энергии, объем временной полости может быть в 25 раз больше остаточной полости, а ее диаметр может быть в 10–15 раз больше диаметра пули. Несмотря на то что этот объем пропорционален выделенной кинетической энергии и что он влияет на количество повреждаемой ткани, другие факторы, относящиеся к свойствам тканей, могут оказать более существенное влияние на фактическую степень ранения.

Свойства тканей

Сопротивление раздавливанию, разрыву и растяжению различных типов тканей колеблется в широких пределах и зависит также от анатомических структур, к которым относятся эти ткани. Важными факторами, определяющими взаимодействие пули с тканями, являются степень их эластичности и неоднородности.

Эластичность тканей

Эластичные ткани хорошо выдерживают растяжение, но тем не менее могут быть подвергнуты сильному раздавливанию. Легкие и кожа обладают прекрасной сопротивляемостью, и после растяжения их остаточное повреждение относительно невелико. Скелетная мускулатура и стенка тощей кишки характеризуются хорошей сопротивляемостью. Мозг, печень, селезенка и почки не эластичны и разрываются при растяжении. Органы, заполненные жидкостью (сердце, полный мочевой пузырь, полный желудок и кишечник), плохо реагируют на напряжение, что связано с несжимаемостью заполняющих их жидкостей; они могут даже «взрываться».

Нервы и сухожилия подвижны, а кровеносные сосуды эластичны, и они обычно оттесняются в сторону при образовании полости.

Трубчатые кости обладают большой плотностью и жесткостью, сопротивляются растягиванию. Тем не менее если при образовании полости происходит энергичное ускорение достаточно большой мускульной массы, то напряжение в кости при изгибе может превзойти предел ее прочности и кость сломается. Кость, особенно диафиз длинной кости, может даже разлететься на мелкие куски. Это явление служит примером перелома кости без непосредственного удара в нее пули. Тот же самый механизм действует при переломе в результате удара тупым предметом, за исключением того, что источник переноса энергии, изгибающей кость, находится вне организма.

Неоднородность тканей

Помимо факторов, относящихся к эластичности тканей, необходимо учитывать также конкретную локальную анатомию. Блок желатина приблизительно моделирует эластичность и плотность скелетной мышцы, но не ее неоднородность. Конечность или лицо человека представляют собой сочетание жестких и эластичных тканей, состоящее из фасциальных футляров, в которые заключены мышцы, сухожилий и связок, больших кровеносных сосудов и нервов, а также костей. Помимо того, что каждый анатомический элемент обладает своим упругим пределом прочности, каждое сочетание таких элементов имеет свои воздействующие друг на друга свойства. Разнообразные взаимодействия ранящего снаряда, мышечных органов и фрагментов кости могут иметь очень сложный характер.

Прочность скрепления тканей и границы

От того, насколько прочно ткани скреплены между собой и с соседними структурами, например, с фасциями различных толщин, зависит объем повреждения после растяжения полости. Если одна сторона структуры закреплена, а другая имеет возможность свободно перемещаться, то возникает срезывающее усилие. Фасциальные плоскости, являясь путями наименьшего сопротивления, могут также служить переносчиками энергии к более отдаленным тканям.

Границы, сдерживающие пульсацию временной полости, могут быть очень существенными. К ним относятся не только фасции и апоневрозы, но также границы полостных наполненных жидкостью органов: мозга в жестком черепе, сердца, полного мочевого пузыря. Пустой желудок будет просто пронзен устойчиво летящей пулей. Но та же самая пуля «взорвет» полный желудок.

Передача кинетической энергии по-разному и в разной степени отражается на различных тканях.

Наглядный лабораторный пример граничного эффекта показан на рисунках 1 и 2. На обоих рисунках видно, что происходит с полостью при прохождении пули высокой энергии. Яблоко буквально взрывается после прохождения пули. Следует иметь в виду, что полость образуется всегда после прохождения пули, но не одновременно с ее прохождением.

Рисунок 1. Демонстрация граничного эффекта на временной полости, образованной пулей высокой энергии: яблоко буквально взрывается после прохождения пули

С точки зрения клиники эти эффекты могут породить удивительные на первый взгляд явления. Например, тяжелая медленная пуля может причинить значительно более тяжелое ранение такой высокоэластичной ткани, как легкое, чем легкая быстрая пуля, обладающая большей кинетической энергией. Более тяжелая медленная пуля оказывает более сильный раздавливающий эффект, а более быстрая легкая пуля отдает больше энергии на создание временной полости, остаточное повреждение после которой невелико. С другой стороны, в менее эластичной среде (в печени, мозге), которая не выдерживает растягивающих усилий, быстрая легкая пуля причинит больше повреждений.

Анатомо-патологическое описание остаточной раневой полости

Остаточная полость раны, которую видит хирург, есть совместный результат раздавливания, разрыва и растяжения тканей. Основные повреждения при большинстве огнестрельных ранений наступают в результате непосредственного раздавливания и разрыва.

Возникает целый ряд макроскопических и микроскопических изменений. Из-за растяжения вокруг входной раны происходит резкое сужение кровеносных сосудов, что обескровливает кожу на 3–4 часа. Затем наступает гиперемическая реакция продолжительностью до 72 часов.

В ране самой скелетной мускулатуры были описаны три гистологические зоны (рисунок 2):

1. Зона раздавливания раневого канала, заполненная разорванной и некротической тканью. Диаметр этой зоны в 2–4 раза больше диаметра пули.
2. Зона контузии мускулатуры, прилегающая к пулевому каналу. Толщина этой зоны колеблется и составляет в среднем 0,5 см. Повреждение ткани в этой зоне прерывистое и неровное.
3. Зона сотрясения, на разных расстояниях от пулевого канала с застоями крови и кровоподтеками. Здесь растяжение не настолько большое, чтобы разрывать ткани, но достаточное для повреждения капилляров. Не всегда есть четкая граница между зонами контузии и сотрясения.

Рисунок 2. Схематическое изображение гистопатологических изменений в пулевом канале: 1 - геометрическое место расположения канала; 2 - фаза максимальной временной полости; 3 - остаточный раневой канал.
a) зона раздавленной ткани; b) зона контузии; c) зона сотрясения; d) неповрежденная ткань

Такие гистологические изменения имеют более серьезный характер при передаче высокой кинетической энергии (при кувыркании или деформации пули), и они заметно не меняются в течение 72 часов. Повреждение тканей неравномерно вдоль раневого канала, и вначале непонятно, насколько необратимо это повреждение. Все это, очевидно, влияет на характер лечения раны и на объем необходимого хирургического вмешательства.

В остаточной полости наблюдается также бактериальная флора. Разрежение в полости засасывает бактерии снаружи, да и сама пуля не стерильна, поскольку тепла во время выстрела мало и оно действует недостаточно долго для стерилизации пули.

Применение в клинической практике

Внешний вид пулевой раны может вводить в заблуждение. За очень маленькими входными и выходными отверстиями нередко скрываются большие внутренние повреждения.

Длина пулевого канала в теле, наличие или отсутствие выходной раны, а также характеристики конкретных структур, сквозь которые прошла пуля, – от всего этого в решающей степени зависит состояние раны, причиненной пулей с высокой энергией, которую видит перед собой хирург.

С клинической точки зрения очень важно, в каком месте пулевого канал расположена временная полость зоны 2. На рисунке 3 показана траектория прохождения в лабораторном блоке мыла винтовочной пули в сплошной металлической оболочке. Видны небольшое входное отверстие и три возможных положения выходного отверстия.

Рисунок 3. В зависимости от длины пулевого канала в теле выходные раны могут появиться перед образованием полости, во время или после ее образования

Раненая часть тела может быть недостаточно протяженной для образования временной полости. На рисунке 4 показаны небольшие входные и выходные раны на узком канале зоны 1 при небольшом повреждении промежуточных тканей.

Рисунок 4. Небольшие входная и выходная раны, сквозное ранение. На рентгеновском снимке видно небольшое отверстие, пробитое пулей в акромионе. Здесь имеется только узкий раневой канал зоны 1.

Выходная рана большая, если выход пули происходит в момент образования полости (рисунок 5).

Рисунок 5. Огнестрельная рана бедра. Небольшое входное отверстие на медиальной стороне бедра и большое выходное отверстие на латеральной стороне. Тяжелый раздробленный перелом бедренной кости и фрагментация пули. Выходное отверстие появилось во время образования полости. Фрагментация пули является красноречивым свидетельством очень тяжелого повреждения тканей. Оценка раны в баллах: группа 3, тип F.

Если небольшая выходная рана появилась после образования полости, повреждение может быть очень тяжелым (рисунок 6).

Рисунок 6. Небольшие входная и выходная раны при тяжелом повреждении тканей между ними. На втором фото та же рана после иссечения и частичного заживления.

При ранении пистолетной пулей размер полости минимален, а остаточный раневой канал является почти полностью результатом раздавливания независимо от длины пулевого канала (рисунок 7).

Рисунок 7. Рана в бедре от пистолетной пули. Небольшие входная и выходная раны от пистолетной пули в сплошной металлической оболочке.

Случаи попадания пули в кость

Непосредственное воздействие пули на кость зависит от того, в какой части пулевого канала это происходит. В зависимости от зоны пулевого канала могут возникнуть три клинические ситуации. В первом случае устойчиво летящая пуля в зоне 1 пробивает небольшое отверстие. Возникает небольшая полость, и кость разрушается. Окончательное отверстие меньше калибра пули (рисунок 4).

Во втором случае в результате большего поперечного сечения движущейся пули в фазе зоны 2 выделяется больше кинетической энергии, и кость разрушается на большое количество осколков (рисунок 8). Каждый осколок причиняет свое собственное раздавливающее повреждение, и мышца разрезается этими осколками. После этого временная полость воздействует на эту разорванную мышцу, обладающую пониженной прочностью на разрыв; размер полости больше, а окончательный остаточный раневой канал шире. Осколки кости всегда остаются внутри временной полости, и они не создают новой раны вне полости. Внутри раны, которая обычно бывает очень тяжелой, обнаруживаются свободные куски мышцы и осколки кости. Это имеет очевидное клиническое значение для лечения таких ран.

Рисунок 8. Тяжелый раздробленный перелом большой берцовой кости

Объем повреждения кости в фазе образования зоны 3 пулевого канала зависит от количества кинетической энергии, остающейся у пули. Если энергии очень мало, то кость останавливает пулю, не разрушаясь при этом.

Рикошет

При исследованиях на имитаторах тканей, летящая рикошетом пуля в сплошной металлической оболочке причиняет ранение, напоминающее ранение пулей «Дум-Дум», частично покрытой оболочкой: происходит раннее высвобождение энергии посредством раздавливания и растяжения (рисунок 09). Это явление может быть очень существенным для солдата в бронежилете. Если пуля пробьет бронежилет, то рана может оказаться более тяжелой, чем если бы солдат был без защитного снаряжения.

Рисунок 9. Летящая рикошетом пуля в сплошной металлической оболочке причиняет ранение, напоминающее ранение пулей «Дум-Дум». У данного пациента головка плечевой кости буквально взорвалась

Человека ранят не в стандартном анатомическом положении. Расположение группы мышц меняется в зависимости от положения тела в момент ранения, и поэтому траектория пули в теле может быть неясной, удлиненной или укороченной.

Разрушение пули и вторичные осколки

При скорости в момент удара больше 700 м/с и ведении огня с близкого расстояния (<30–100 м) стандартные пули в сплошной металлической оболочке обычно разрушаются в тканях. Некоторые из этих осколков пуль продолжают двигаться по своим собственным траекториям, раздавливая ткани. Разрушение тканей в результате фрагментации пули имеет усиливающийся характер: целостность тканей нарушается многими металлическими осколками, а затем они подвергаются растягивающим усилиям в результате образования полости. Ранение очень тяжелое. Такое же явление наблюдается при применении дроби: каждая дробинка пробивает свой собственный разрушительный путь.

С клинической точки зрения рентгеновский снимок, показывающий «свинцовый дождь», который образовался в результате разрушения пули, должен привлечь внимание хирурга к тому, что, возможно, произошел перенос большого количества кинетической энергии на ткани и, соответственно, имеет место тяжелое ранение (рисунок 10).

Рисунок 10. Разрушение пули и «свинцовый дождь»

Другими вторичными ранящими снарядами являются объекты, которым пуля сообщает достаточное движение посредством передачи им кинетической энергии. Это могут быть такие посторонние тела, как пряжка от ремня, маленький камешек, металлические предметы из кармана одежды или бронежилета. Также это могут быть и части собственного тела: зубы, зубные пломбы и осколки кости (хирурги даже обнаруживают кусочки разбитой челюсти, застрявшие в шее пациента).

Звуковая ударная волна в тканях

Летящий снаряд сопровождается серией волн, распространяющихся со скоростью звука (330 м/с в воздухе). Когда ранящий снаряд попадает в человека, звуковая волна распространяется по телу со скоростью звука в тканях (эта скорость в четыре раза больше скорости звука в воздухе).

Эта звуковая ударная волна может обладать большой амплитудой, но продолжительность ее очень коротка и недостаточна для перемещения или ранения ткани. Исследователи, однако, зафиксировали микроскопические изменения в клетках, а также возбуждение периферических нервов в тех случаях, когда создаваемое волной давление достигало определенного предела. Если стимуляция нерва происходит мгновенно, то повреждения в клетках обнаруживаются только по прошествии 6 часов. В некоторых случаях кратковременная нейропраксия является, по-видимому, единственным клинически заметным повреждением.

Волна давления в тканях и кровеносных сосудах

Волна давления сопровождает образование временной полости, и ее не нужно путать со звуковой ударной волной. Внешняя граница полости состоит из «фронта» сжатой ткани, которая создает волну давления при достижении тканью предела упругости при сжатии. Эта волна достигает максимального значения только после образования полости и ослабевает с расстоянием. Продолжительность ее составляет миллисекунды (в тысячу раз продолжительнее звуковой ударной волны). Поэтому волна давления может повредить капилляры или спровоцировать их закупорку, разорвать полный кишечник или печень, а также привести к отслоению или повреждению сетчатки глаза, находящейся на большом расстоянии от полости.

Кроме этого, при сжатии ткани происходит неожиданное обжатие и опорожнение содержащихся в ней кровеносных сосудов. Это создает волну гидравлического удара в столбе крови, который распространяется во все стороны от места возникновения полости. Клиническим результатом этого гидравлического удара может быть тромбоз, либо рассечение интимы, либо мышечного слоя.

Осколочные раны

Неаэродинамическая форма осколков означает, что они быстро теряют скорость в воздухе. Если их начальная скорость достигает 2000 м/с, то скорость в момент удара о человека, оставшегося в живых, обычно значительно ниже. Если человек находится очень близко к взрывному устройству, то осколок глубоко проникает в тело, если же далеко, то жертву только слегка «осыпает» многочисленными осколками.

Осколки не вращаются в тканях, как показали исследования на имитаторах тканей. Поэтому большая часть повреждений носит характер раздавливания. В конце траектории своего движения острые неровные края осколка режут ткани. В отличие от этого пуля в конце своей траектории стремится раздвинуть ткань. Форма раны напоминает конус разрушения ткани, максимальный диаметр которого находится на входе, поскольку большая часть энергии отдается на поверхности. Диаметр входной раны зависит от скорости осколка в момент удара, от его массы и формы и может в 2–10 раз превышать размер осколка (рисунок 11 и 12).

Рисунок 11. Демонстрация осколочной раны на блоке мыла

Рисунок 12. Осколочное ранение с большим входным и малым выходным отверстиями

Крупные, медленно летящие осколки глубже проникают и сильнее ранят раздавливанием, мелкие, быстролетящие в большей степени ранят растягиванием. Это значит, что крупные, медленно летящие осколки причиняют раны одинакового типа независимо от вида ткани, а раны от мелких быстрых осколков зависят от степени эластичности ткани. Тем не менее во всех осколочных ранах площадь повреждения тканей всегда больше размера осколка.

Анатомо-патологическое описание раневого канала

На острых неровных краях осколка в рану попадают кусочки кожи и материала одежды. На осколочных ранах, так же, как и на огнестрельных, видны зоны разной степени поражения тканей. Полость раны содержит некротическую ткань, окруженную зоной фрагментации мышечной ткани с кровоизлияниями, как в тканях, так и между ними. Еще дальше находится область острых воспалительных изменений и отека.

Неравномерное распределение тканевых повреждений в зонах сотрясения и контузии в литературе описывают как «скачки» или «мозаику». Объясняется это, по-видимому, тем, что перенос энергии происходит как вдоль мышечного волокна (эффект раздавливания), так и поперек него (эффекты сдвига и растягивания).

ДИНАМИКА РАНЫ И ПАЦИЕНТ

Общая кинетическая энергия показывает, какой может быть нанесен ущерб. А перенесенная кинетическая энергия – это та энергия, которая действительно наносит ущерб. Фактическое повреждение тканей зависит от эффективности этой передачи энергии.

Рана претерпевает цикл своего развития, от момента ранения до полного заживления. Степень повреждения тканей зависит от ряда физических факторов. Тем не менее физическое воздействие переноса энергии ничего не говорит обо всех патологических и физиологических последствиях факта ранения.

Ткани внутри и вокруг раны испытывают обратимые и необратимые патологические изменения, а также воспалительные реакции. Исключительно сложно с уверенностью сказать, какая поврежденная ткань заживет, а какая нежизнеспособна и не заживет.

Важно еще раз обратить внмание на тот факт, что небольшие снаряды могут причинить либо небольшие и незначительные раны, либо большие и серьезные, а также то, что за малой входной раной может скрываться большое внутреннее повреждение. Ничто не может заменить хорошее клиническое обследование пациента и раны. Степени раздавливания и растяжения хорошо описываются в специальной системе оценки, которая будет рассмотрена в отдельной статье.

Однако для пациента опасные факторы ранения не исчерпываются лишь местной патологией. Так же как и при любых травмах и многих болезнях, при ранениях необходимо учитывать физиологическое и психологическое состояние жертвы. Физически сильные молодые военнослужащие, хорошо подготовленные к участию в боевых действиях и психологически подготовленные к возможности ранения и к ранению и убийству других людей, очень отличаются от гражданских лиц. Психологический настрой невозможно вычислить методами баллистики. Именно этим объясняются многочисленные случаи, когда человека как будто убили – да еще и не один раз, – а он продолжал атаковать и сражаться в бою...