Биомеханика дорожно-транспортных происшествий (ДТП) (стр. 2 из 3)

Раны от удара об капот и ветровое стекло. Обычно высота капота над уровнем дорожного полотна постоянна у автомобилей различных типов. У некоторых моделей легковых автомобилей передний срез капота находится на уровне верхней части бедра. В зависимости от силы и других характеристик удара капотом могут произойти кровоизлияния под кожу, может быть содрана кожа, а также могут быть и другие виды травмирования. Травмы от удара капотом, внешне кажущиеся легкими, на самом деле нередко являются очень тяжелыми - разрывы и кровоизлияния в мышцы бедра, переломы таза, поясницы, ушибы и разрушения брюшной полости. В некоторых случаях пешеход подбрасывается капотом вверх и затем падает на проезжую часть. При этом он ударяется о покрытие головой или другими частями тела.

Биомеханика основных видов ДТП

В процессе наиболее тяжелых ДТП (столкновения, наезды на неподвижные препятствия, опрокидывания) вначале деформируется кузов автомобиля, происходит первичный удар. Кинетическая энергия автомобиля при этом тратится на поломку и деформацию деталей. Человек внутри автомобиля продолжает движение по инерции с прежней скоростью. Силы, удерживающие тело человека (мышечные усилия конечностей, трение о поверхность сиденья), невелики по сравнению с инерционными нагрузками и не могут воспрепятствовать перемещению. Когда человек контактирует с деталями автомобиля – рулевым колесом, панелью приборов, ветровым стеклом и т.п., происходит вторичный удар. Параметры вторичного удара зависят от скорости и замедления автомобиля, перемещения тела человека, формы и механических свойств деталей, о которые он ударяется. При высоких скоростях автомобиля возможен также третичный удар, т.е. удар внутренних органов человека (например, мозговой массы, печени, сердца) о твердые части скелета.

На рис. 1 показан механизм образования травм при встречных столкновениях у водителя легкового автомобиля. В начале удара водитель скользит по сиденью вперед, и его колени ударяются о панель приборов (рис. 1, а и б). Затем сгибаются тазобедренные суставы, и верхняя часть туловища наклоняется вперед до удара о рулевое колесо (в и г). При больших скоростях автомобиля возможен удар о ветровое стекло (д и е), а при боковых столкновениях – повреждение головы об угловую сторону кузова. Передний пассажир, перемещаясь вперед, также ударяется сначала коленями о панель приборов, затем головой о ветровое стекло (рис. 2, а–г). В случае движения автомобиля с большой скоростью возможно травмирование подбородка и груди пассажира о верхний край панели приборов (рис. 2, д и е). При боковых ударах повреждаются плечи, руки и колени. Таким образом, источниками травм водителя наиболее часто являются рулевая колонка, рулевое колесо, панель приборов. Для передних пассажиров опасность представляют панель приборов и ветровое стекло, а для задних – спинки передних сидений. Кнопки и рычаги управления, пепельницы, детали радиоприемника обычно не наносят серьезных ранений. Однако при ударе о них головой у водителя и пассажиров может быть повреждено лицо. Также источниками повреждений являются детали дверей. Большое число травм получают люди при выбрасывании через двери, открывшиеся вследствие удара.

Рис. 1. Механизм образования травм у водителя при столкновении автомобилей

Рис. 2. Механизм образования травм у переднего пассажира

Кроме того, необходимо учитывать, следующие моменты:

– двигатель, который у большинства современных автомобилей находится впереди, в результате удара вполне может оказаться внутри салона и упасть на ноги;

– если автомобиль “догоняют” сзади, то резкое запрокидывание головы – верный перелом позвоночника;

– отдельные детали интерьера могут при ударе срываться со своих мест и отправляться в путешествие по салону.

Характерные травмы с учетом вида ДТП

Удары (наезды) сзади. При наездах на автомобиль сзади характерны повреждения в шейном и верхнегрудном отделах позвоночника. В первый момент столкновения возникает резкий перегиб в области шеи назад, после чего голова перемещается относительно туловища вперед, при этом происходит не только повреждение шеи, ее мягких тканей и позвоночника под действием сил растяжения, но и определенный сдвиг головы относительно первых шейных позвонков. Возможны травмы сосудов, нервов шеи, связок, а также разрывы сочленения между черепом и первым шейным позвонком, перелом зубовидного отростка второго шейного позвонка с травмой спинного мозга, компрессионные переломы тел позвонков.

Следует отметить, что в случае отсутствия явных повреждений костных частей шеи диагностика затруднена (особенно, если пострадавший находится в тяжелом или бессознательном состоянии и не может сообщить врачу о своих ощущениях), так как зачастую каких-либо внешних признаков повреждений на шее не наблюдается. В ряде случаев повреждения связок и тел по звонков определялись только по результатам вскрытия трупов.

Опрокидывание. Характерных механизмов травмирования при опрокидывании установлено не было. Основными причинами травмирования является выбрасывание человека из автомобиля, деформация автомобиля с нарушением жизненного пространства, а реже удар головой о выступающие элементы салона. Применение ремней безопасности и оптимизация ударно прочностных свойств верхней части кузова (кабины) позволяют практически исключить тяжелые случаи повреждения тела человека в автомобиле при опрокидывании.

При изучении перемещений человека в автомобиле при ДТП тело человека с учетом требований общей биомеханики целесообразно рассматривать как биомеханическую систему, состоящую из биокинематических звеньев с наложенными связями, определяющими характеристики движений. Биокинематическая цепь (базисная модель) тела состоит из следующих основных подвижно соединенных твердых звеньев: головы, туловища, бедра и голени. Перемещения человека изучаются относительно недеформируемой части автомобиля и поверхности дороги. В качестве базовых точек, характеризующих положение человека в автомобиле, принимаются точки координаты относительно конструкции автотранспортного средства.

Для исследования повреждений, которые люди получают при ДТП, ученые в основном используют манекены.

Большинство исследователей для измерения повреждений используют манекены. На таких манекенах определяют и измеряют повреждение организма во время ДТП.

При изучении кинематики и динамики человека в автомобиле в условиях ДТП с учетом современных требований к техническому оснащению биомеханических исследований, как правило, используют скоростную киносъемку (скорость съемки 6001000 кадров в секунду), измерительно-регистрирующий комплекс электронной аппаратуры с применением автоматизированной обработки результатов на ЭВМ и кинодешифраторе. В пределах, допустимых техникой безопасности, объектом исследования является человек, в случаях невозможности выполнения техники безопасности исследования проводятся на антропометрических манекенах. Биокинематика и биодинамика движений человека при ДТП в большой степени определяются использованием водителями и пассажирами специальных защитных удерживающих средств. В настоящее время наиболее распространенным типом специальных защитных удерживающих средств являются ремни безопасности, поэтому биомеханика движений человека при ДТП должна исследоваться как для случая применения ремней безопасности, так и для случая их отсутствия.

Преимущества манекенов в том, что они могут быть использованы в гораздо большем количестве экспериментов. Однако для анализа желательно сравнивать результаты отдельных экспериментов, проводимых с одним и тем же или, в крайнем случае, с похожими манекенами. Неудобство использования манекенов заключается в отсутствии прямого ме-тода измерений повреждений манекена. Схожесть скелета манекена и человека ограничена позвоночным столбом, ребрами и несколькими другими костями. Сочленения скелета - обычные шарниры, в то время как у человека в каждом сочленении имеется большее число степеней свободы. Из-за иного способа прикрепления мягких тканей при ударе возникают иные силы и ускорения, которые вызывают иные повреждения, чем у реального человека. Стандартный манекен является аналогом мужчины среднего роста и имеет соответствующие размеры, вес и свободу перемещений в отдельных суставах. Одно из важных требований к манекену - это совпадение центра тяжести отдельных его частей с реальными данными для мужчины среднего роста, так как в противном случае кинематика частей манекена при аварии не будет отражать реальной картины, происходящей при ДТП.

Основная трудность при разработке стандартов на манекены заключается в том, что в настоящее время очень мало данных, характеризующих антропометрию и кинематику движения человеческого тела. Поэтому трудно вывести какие-нибудь усредненные достаточно достоверные данные. Работа в этом направлении ведется, причем классификация осуществляется по половому и возрастному признакам с учетом физического состояния. Манекены обычно изготавливают из резины и снабжают стальным каркасом с необходимым числом шарнирных соединений. Шарнирам металлического каркаса стремятся придать жесткость, идентичную жесткости суставов скелета человека, а прочность отдельных частей сделать равной прочности соответствующих частей человеческого тела.