Изучение морфологии огнестрельных переломов методом атомно-силовой микроскопии

Исследования, проведённые методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), показали, что в норме в плоских костях толщина минерализованных коллагеновых волокон составляет около 100 нм, и имеется чёткая D-периодичность (рис. 20).

Рис. 20. АСМ интактной затылочной кости. Размер скана 2000 нм. Изображение минерализованных коллагеновых волокон с выраженной D-периодичностью (период 65-67 нм)

На поверхности волокон хорошо выявляются кристаллы гидроксиапатита, имеющие размер 20-25 нм, покрытые гидратной оболочкой и располагающиеся вокруг главных участков коллагена в виде черепицеподобных структур (рис. 21).

Рис. 21. АСМ интактной затылочной кости. Размер скана 10 000 нм. Изображение черепицеподобной укладки кристаллов апатита

Коллагеновые волокна в интактных трубчатых костях покрыты муфтами, образованными агрегированными кристаллами апатита и имеющими укладку в виде зерен. Данные апатитовые агрегаты определенным образом располагаются вокруг главных участков D-периодов коллагеновых волокон, придавая им вид сплюснутых с обеих сторон сфер (рис. 22).

Рис. 22. АСМ интактной трубчатой кости. Размер скана 15 000 нм. Изображение структуры рельефа поверхности минерализованных коллагеновых волокон с четко выраженной D-периодичностью (период 65-67 нм) и непропорционально широкими главными участками за счет отложения кристаллов апатита

В трубчатых костях протяженность апатитовых сфер, расположенных по длиннику коллагеновых волокон, достигает 175 нм, а диаметр 200-250 нм. Главные участки D-периодов выступают в виде ступенек высотой 25-50 нм (рис. 23).

При атомно-силовой микроскопии образцов костей, взятых непосредственно в зоне огнестрельных переломов, регистрируется почти полное исчезновение черепицеподобной укладки кристаллов апатита. Коллагеновые волокна лишаются апатитовых темплат, происходит обнажение нитей тропоколлагена и регистрируется расширение до 72-75 нм периодов «главных» и узких участков (в норме 65-67 нм) (рис. 24).

Рис. 23. АСМ интактной затылочной кости. Размер скана 2000 нм. Изображение поверхности минерализованных коллагеновых волокон с четко выраженной D-периодичностью (период 65-67 нм) и выступающими главными участками в виде ступенек высотой в пределах 100 нм

Рис. 24. АСМ в области входного пулевого отверстия затылочной кости. Размер скана 10 000 нм. Демонстрируется участок с неполной дезинтеграцией коллагеновых волокон. Стрелкой указано коллагеновое волокно с сохраненной D-периодичностью

При исследовании структуры коллагеновых волокон на протяжении обнаруживаются многочисленные очаги истончения и прореживания нанофибрилл, а также объёмные очаги дезинтеграции структур D-периодичности (рис. 25).

Рис. 25. АСМ затылочной кости. Размер скана 10 000 нм. Изображение структуры рельефа поверхности минерализованных коллагеновых волокон теменной кости в области пулевого входного отверстия. Демонстрируется участок полной дезинтеграции коллагеновых волокон

При этом в зоне огнестрельного перелома определяется «замусоривание» свободного пространства интерстиция костного матрикса обломками аморфизированной минеральной фазы и обрывками разрушенных коллагеновых волокон (рис. 26).

Рис. 26. АСМ затылочной кости. Размер скана 20 000 нм. Демонстрируется участок полной дезинтеграции коллагеновых волокон и замусоривание обломками аморфной фазы костного матрикса в области входного пулевого отверстия

При огнестрельных переломах регистрируется значительное увеличение адгезионных сил твердой фазы костного матрикса с 16,0 до 53,0 нН. В области же неструктурированной фазы костных образцов, анатомически соответствующей свободному пространству нанощелей, расположенных между коллагеновыми волокнами и нанокристаллами апатита, наблюдалось практически двукратное увеличение адгезионной силы (с 25,4 до 41,0 нН).