Случайное ранение сустава, например лезвием ножа или шипом, проникающим в колено, представляет собой очень серьезное дело из-за риска проникновения септических микроорганизмов в синовиальную полость либо во время травмы, либо позже. Если сустав инфицируется таким образом, наблюдается сильный отек этой области, покраснение кожи и выделение окрашенной кровью или гнойной синовии. Происходит всасывание ядовитых веществ, образующихся в результате действия микроорганизмов, и в результате возникает сильное системное расстройство. Заражение крови может таким образом угрожать жизни, и во многих случаях жизнь спасается только ампутацией. Лучшее лечение состоит в том, чтобы свободно вскрыть сустав, промыть его сильной антисептической жидкостью и устроить тщательный дренаж, зафиксировав конечность на шине. Помощь также может быть получена путем повышения способности пациента сопротивляться эффекту отравления с помощью инъекций сыворотки, приготовленной путем культивирования соответствующих септических микроорганизмов. Если конечность спасена, есть большой шанс, что колено останется навсегда тугоподвижным.
Вывих. — Легкость, с которой суставной конец кости вывихивается, варьирует в зависимости от его формы и структуры, а также от положения, в котором он оказывается в момент приложения силы. Относительная частота перелома кости и вывиха сустава зависит от прочности костей выше и ниже сустава по отношению к прочности самого сустава. Прочность различных суставов в организме зависит либо от связки, либо от мышцы, либо от формы костей. В бедре, например, присутствуют все три источника прочности; поэтому, учитывая огромный рычаг длинной бедренной кости, бедро вывихивается редко. Плечо, чтобы допускать обширные движения, не имеет костной или связочной прочности; поэтому оно часто вывихивается. Запястье и лодыжка вывихиваются редко; в результате травмы на запястье уступает лучевая кость, на лодыжке — малоберцовая, так как эти кости относительно слабее соответствующих суставов. Запястье обязано своей прочностью связкам, локоть и лодыжка — форме костей. Симптомами вывиха являются деформация и ограниченность движений при отсутствии ощущения хруста, ощущаемого при переломе, когда сломанные концы кости трутся друг о друга. Лечение заключается в вправлении вывиха, и чем раньше это замещение осуществлено, тем лучше — чем дольше задержка, тем труднее все исправить. После переменного периода времени, зависящего от природы сустава и возраста человека, замена костей может стать невозможной. Результатом будет более или менее бесполезный сустав. Введение анестетика, расслабляя мышцы, значительно облегчает операцию вправления. Промежуток времени, в течение которого сустав должен содержаться в покое после того, как он был возвращен к своей нормальной форме, зависит от его формы, но, как правило, раннее движение желательно. Но когда из-за формирования костей сустав слаб, как на внешнем конце ключицы и на локтевом конце лучевой кости, необходим длительный покой сустава, иначе вывих может повториться.
Врожденный вывих в тазобедренном суставе. — Возможно, в результате порочного положения субъекта во внутриутробной жизни головка бедренной кости покидает или не занимает в течение всего времени свое нормальное положение на тазовой кости. Дефект, являющийся очень серьезным, вероятно, не обнаруживается до тех пор, пока ребенок не начинает ходить, когда его своеобразная переваливающаяся походка привлекает внимание. Отсутствие фиксации в суставе позволяет хирургу безболезненно и характерным образом вдавливать бедренную кость вверх или вытягивать ее вниз.
Первое, что нужно сделать, — это выяснить с помощью рентгеновских лучей, существует ли впадина, в которую хирург под наркозом может счастливо получить возможность поместить конец бедренной кости. Если это не сулит успеха, открыты три пути: во-первых, попытаться под наркозом манипулировать конечностью до тех пор, пока головка бедренной кости не займет по возможности нормальное положение, а затем попытаться зафиксировать ее там с помощью шин, грузов и бинтования до тех пор, пока не сформируется новый сустав; во-вторых, рассечь ткани в области сустава, выдолбить новую впадину в тазовой кости и вогнать конец бедренной кости в нее, удерживая его там зафиксированным, как описано только что; и в-третьих, позволить ребенку бегать как ему угодно, лишь приподнимая подошву стопы короткой ноги толстым ботинком, чтобы удерживать нижнюю часть туловища на достаточном уровне, дабы не возникло вторичного искривления позвоночника. Первый и второй методы требуют многих месяцев тщательного лечения в постели. Конечный результат второго настолько часто разочаровывает, что хирург теперь редко советует прибегать к нему. Но если под наркозом в результате умелых манипуляций головку бедренной кости удается заставить войти в более или менее рудиментарную впадину, этот случай стоит всего времени, заботы и внимания, уделенных ему. Иногда результаты длительного лечения бывают настолько хорошими, что ребенок в конечном итоге оказывается способен ходить едва ли не без хромоты. Но энергичная попытка поместить головку кости в правильное положение должна предприниматься в каждом случае.
(E. O.*)
СУСТАВЫ в технике могут классифицироваться либо (a) по их материалу, как в камне или кирпиче, дереве или металле; либо (b) по их назначению — для предотвращения утечки воздуха, пара или воды либо для передачи силы, которая может быть направлена на сжатие, растяжение или сдвиг; либо (c) в зависимости от того, являются ли они неподвижными или движущимися («рабочими» на техническом языке). Многие суставы, подобные суставам корабельных листов и листов котлов, должны одновременно выполнять обе задачи, упомянутые под пунктом (b).
Все каменные суставы сколько-нибудь значительного рода являются неподвижными. Поскольку неэкономно отделывать поверхности камней, лежащих друг на друга, гладко и так, чтобы они были точно плоскими, между ними прокладывается слой раствора или другого цементирующего материала. Он затвердевает и служит для передачи давления от камня к камню без его концентрации в «высоких точках». Если ингредиенты цемента подобраны так, что в затвердевшем состоянии цемент имеет примерно тот же коэффициент сжимаемости, что и камень или кирпич, давление будет распределяться почти равномерно. Цемент также прилипает к поверхностям камня или кирпича и позволяет суставу выдерживать определенную степень напряжения на растяжение. Он также предотвращает проскальзывание камней друг относительно друга, т. е. придает суставу весьма значительную прочность на сдвиг. Состав цемента подбирается в зависимости от того, должен ли он «схватываться» на воздухе или в воде. Суставы делаются непроницаемыми для воздуха или воды путем «расшивки» их внешних краев высококачественным цементом.
Деревянные суставы также почти все неподвижны. Они делаются частично герметичными для жидкости с помощью «шпунтования и гребневания» и «конопачения» паклей или аналогичным материалом. Если дерево насыщено водой, оно разбухает, края суставов прижимаются ближе друг к другу, и суставы становятся тем более герметичными, чем выше давление воды, стремящееся вызвать утечку. Относительно своей более слабой общей прочности дерево является лучшим материалом, чем железо, с точки зрения передачи усилия сжатия через сустав. Как только на сустав начинает действовать сильное давление, все мелкие неровности соприкасающихся поверхностей сминаются, и в результате получается приблизительно равномерное распределение давления по всей площади (т. е. при отсутствии изгибающих сил), так что ни одна часть материала не подвергается чрезмерным напряжениям. Для достижения этого результата соприкасающиеся поверхности должны быть хорошо подогнаны друг к другу, а болты, связывающие детали воедино, должны быть расположены так, чтобы гарантировать, что они не помешают деревянным поверхностям войти в этот тесный контакт. Вследствие своей слабой прочности на сдвиг по сечениям, параллельным волокну, древесина исключительно не подходит для соединений на растяжение. Если детали, создающие тянущее усилие, просто соединены болтами с помощью деревянных или железных болтов, суставу нельзя доверять в плане безопасной передачи сколько-нибудь значительной силы. Напряжения становятся интенсивно локализованными в непосредственной близости от болтов. Тем не менее, можно изготовить довольно прочное деревянное соединение на растяжение, если сделать так, чтобы две детали соприкасались торцами и соединялись с помощью железных пластин, покрывающих сустав и приболченных к боковым сторонам брусьев болтами, проходящими сквозь дерево. Эти пластины должны иметь поверхности, прилегающие к дереву, с рифлением в направлении, поперечном к тянущему усилию. Болты должны входить в свои отверстия с зазором и быть хорошо затянуты так, чтобы ребра врезались в поверхность древесины. После этого на внутренние части древесины будет действовать очень мало локализованных напряжений на сдвиг.
Железо и другие часто используемые металлы обладают в разной степени высокими качествами, желательными для веществ, из которых должны изготавливаться суставы. Соединяемые концы металлических деталей могут быть легко оформлены в любую выгодную форму и размер без отходов материала. Также эти металлы предоставляют исключительные возможности для резки (шлифовки) своих поверхностей с относительно небольшими затратами настолько гладко и ровно, чтобы обеспечить тесный контакт по всей их площади соприкасающихся друг с другом поверхностей. Это имеет высочайшее значение, особенно в суставах, предназначенных для передачи силы. Кованое железо и мягкая сталь лучше всех других металлов подходят для соединений на растяжение, где нет непрерывного быстрого движения. Когда такое движение происходит, под железом помещается слой, или, как технически называется, «втулка» из латуни. Тогда сустав обладает высокой прочностью сустава из кованого железа и в то же время хорошими фрикционными качествами латунной поверхности. Утечку через движущиеся металлические суставы можно предотвратить путем очень точной подгонки поверхностей друг к другу. В качестве примеров можно привести золотники паровых машин и их гнезда, а также поршневые «уплотнительные кольца» и цилиндры, в которых они работают туда-сюда. В других ситуациях используется вспомогательное сжимаемое «уплотнение», пример которого можно увидеть в «сальниках», предотвращающих утечку пара из цилиндров паровой машины через отверстие штока поршня в крышке цилиндра. Фиксированные металлические суставы делаются герметичными для жидкости — (a) путем чеканки клепаного соединения, т. е. путем забивания края металла зубилом с квадратным краем (чем плотнее должен быть сустав против утечек, тем ближе должен быть шаг заклепок — сравните шаг заклепок в суставах мостов, кораблей и котельных листов); (b) путем вставки между поверхностями слоя одного из различных видов цемента, причем слой является толстым или тонким в зависимости от обстоятельств; (c) путем вставки слоя мягкого твердого вещества, называемого «прокладкой» или «вставкой».
Помимо цементированных и склеенных суставов, большинство суставов образуются путем вырезания одного или нескольких отверстий в концы соединяемых деталей и вставки в эти отверстия соответствующего числа штифтов. Слово «штифт» технически ограничено значением цилиндрического штифта в подвижном суставе. Слово «болт» используется, когда цилиндрический штифт затянут гайкой так, чтобы быть неподвижным. Когда штифт не завинчен, а закреплен путем расклепывания на любом из концов, он называется «заклепкой». Штифт иногда имеет прямоугольное сечение и сужается или идет параллельно по длине. Примерами последнего являются «клинья» и «чеки». Крайне редко фиксированные суставы имеют свои штифты, подвергающиеся простому сжатию в направлении их длины, хотя они часто подвергаются простому растяжению в этом направлении. Хорошим примером является сустав между паровым цилиндром и его крышкой, где болты должны сопротивляться всему давлению пара и в то же время поддерживать сустав паронепроницаемым.
СУСТАВЫ в геологии. Все горные породы более или менее полностью пронизаны вертикальными или сильно наклонными плоскостями разделения, называемыми суставами. Мягкие породы, действительно, такие как рыхлый песок и не уплотненная глина, не показывают этих плоскостей; но даже мягкий суглинок после стояния в течение некоторого времени, уплотненный собственным весом, обычно обнаруживает приобретение таковых. Суставы варьируют по четкости очертаний, по регулярности своего перпендикулярного или горизонтального хода, по своей латеральной устойчивости, по количеству и направлениям их пересечений. Как правило, они наиболее четко выражены пропорционально мелкозернистости породы. Они часто совершенно невидимы, являясь лишь плоскостями потенциальной слабости, пока не выявляются медленными разрушительными эффектами выветривания, которое вызывает разрушение вдоль их плоскостей предпочтительно перед другими направлениями в породе; именно вдоль тех же плоскостей горная порода разрушается легче всего под ударом молотка. В крупнозернистых породах, с другой стороны, суставы склонны проявляться в виде нерегулярных трещин, вдоль которых порода оказалась разбита, так что они представляют собой неровный извилистый ход, ветвящийся в разных направлениях. Во многих породах они спускаются вертикально на не очень неравные расстояния, так что пространства между ними размечены на множество подобных стенам масс. Но эта симметрия часто уступает место более или менее извилистому ходу с латеральными суставами в различных, по-видимому, случайных направлениях, тем более там, где в осадочных породах пласты имеют разнообразные литологические характеры. Один сустав иногда можно проследить на многие ярды или даже на несколько миль, особенно когда порода мелкозернистая и довольно жесткая, как в известняке. Там, где текстура грубая и неоднородная, суставы, хотя и многочисленные, переходят друг в друга таким образом, что ни один конкретный не может быть идентифицирован на столь большое расстояние. Количество суставов в массе породы варьирует в широких пределах. Среди пород, которые претерпели малоdisturbance (возмущений), суставы могут быть отделены друг от друга интервалами в несколько ярдов. В других случаях, где движение земной коры оказалось значительным, породы сочленены суставами настолько, что приобрели от этого расщепляющийся характер, который почти стер их тенденцию раскалываться по линиям напластования.
Причина образования суставов в горных породах. — Непрекращающееся состояние движения в земной коре является первопричиной большинства суставов. Суставы ограничены самыми внешними слоями литосферы; в том, что ван Хиз описал как «зона разрушения», которая, по его оценкам, может простираться на глубину 12 000 метров в случае жестких пород. Ниже зоны разрушения суставы не могут образовываться, так как там породы склонны течь, а не ломаться. Каменистая кора, медленно приспосабливаясь к сжимающейся внутренней части Земли, подвергается непрекращающимся напряжениям, которые вызывают образование суставов путем растяжения, сжатия и крушения (скручивания). Таким образом суставы производятся во время медленных циклических движений поднятия и опускания, а также более энергичными движениями землетрясений. Суставы растяжения наиболее широко распространены; они естественным образом наиболее многочисленны над областями подъема. Суставы сжатия обычно связаны с более интенсивными движениями, которые включали сдвиг, мелкомасштабное сбрасывание и сланцеватую клиновидность. Незначительной причиной образования суставов растяжения является усадка, обусловленная либо охлаждением, либо высыханием. Самым поразительным типом образования суставов является тот, который производится охлаждением магматических пород, благодаря чему развивается регулярно колоннадная структура, часто называемая базальтовой структурой, такая как встречается у Дороги гигантов. Эта структура описывается в связи с современными вулканическими породами, но она встречается в магматических породах всех возрастов. Она так же хорошо представлена среди фельзитов Нижнего Олд-Ред-Сандстона и базальтов каменноугольного возраста, как и среди третичных лав Оверни и Виваре. Этот тип образования суставов может заставлять породу распадаться на грубо шестигранные призмы не толще карандаша; с другой стороны, во многих долеритах и диоритах призмы гораздо грубее, имея диаметр 3 фута или более, и они более нерегулярны по форме; они могут быть настолько длинными, что простираются вверх по лицу утеса на 300 или 400 футов. Колоннадоподобный сустав часто накладывался на осадочные породы в результате контакта с интрузивными магматическими массами. Песчаники, сланцы и уголь можно наблюдать в таком состоянии. Колонны расходятся перпендикулярно от поверхности внедряющегося изменяющего вещества, так что когда последнее вертикально, колонны горизонтальны; или когда оно волнисто, колонны следуют его изгибам. Прекрасные примеры этого характера встречаются среди пластов угля Эйршира. Иногда призматическая форма суставов может наблюдаться в неизмененных пластах; в этом случае она обычно наблюдается среди тех, которые образовались химическим путем, как в гипсе, где, как заметил Джукс в Парижском бассейне, некоторые пласты разделены сверху донизу вертикальными шестиугольными призмами. Высыхание, как показывают трещины, образующиеся в грязи при ее высыхании, вероятно, сыграло роль в возникновении суставов в ограниченном числе случаев среди осадочных пород.
Движение по плоскостям суставов. — В некоторых конгломератах можно видеть суставы, пересекающие заключенные гальки, а также окружающую матрицу; крупные блоки твердого кварца разрезаются ими так резко, будто они были разрезаны машиной гранильщика. Подобное явление можно наблюдать в кремнях, как они лежат в мелу, и те же суставы можно проследить непрерывно через много ярдов породы. Такие факты показывают, что агент, которому обязано образование суставов в горных породах, должен был действовать со значительной силой. Дальнейшее указание на движение предоставляется натертыми и исчерченными поверхностями некоторых суставов. Эти поверхности, называемые зеркалами скольжения, очевидно, были стерты друг о друга.