Судебно-медицинская идентификация личности была и остается одной из актуальных и сложных задач правоохранительных органов и судебных медиков [1-3]. Алгоритмы исследования разрозненных фрагментированных останков и идентификация одного трупа (останков) или множества целых (не фрагментированных) трупов отличаются и проводятся с соблюдением определенных принципов [1, 2, 4]. И в том и в другом случае обязательным этапом судебно-медицинской идентификации является определение общих признаков личности погибших. Установление возраста позволяет существенно уменьшить количество объектов, подлежащих сравнению посредством дополнительных методов исследования, а в некоторых случаях может выступать в качестве лимитирующего признака.
В современной биологии накоплено много информации о морфологии возрастных изменений различных органов и тканей, которые целесообразно использовать для судебно-медицинского установления возраста. Долгие годы в судебно-медицинской практике возраст определяли исключительно по костному скелету человека, а возможность применения других органов и тканей человека использовалась недостаточно [5-9]. В настоящее время назрела необходимость в использовании более широкого спектра современных методов исследования и как можно большего количества органов и систем для более точного и полного анализа, в первую очередь при определении биологического возраста человека [10]. В полной мере это относится к капиллярам головного мозга, которые претерпевают выраженные морфофункциональные изменения в постнатальном онтогенезе.
Цель исследования - разработка судебно-медицинских критериев диагностики биологического возраста человека на основе изучения возрастных преобразований капилляров головного мозга.
Капилляры коры большого мозга человека изучали в разные периоды постнатального онтогенеза (от 1 мес до 83 лет). Материал, полученный при секционных исследованиях на базе 2-го танатологического отдела Бюро СМЭ Москвы, исследовали гистологическим методом (сосудисто-капиллярную сеть выявляли инъекцией туши через брюшную аорту; внутрисосудистое русло изучали на замороженных срезах мозга толщиной от 25 до 200 мкм). При гистохимическом исследовании капиллярного русла головного мозга использовали метод Gomori для выявления щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1), метод Koenig, Vial - магнийзависимой АТФазы (Mg2+-АТФазы; КФ 3.6.1.4), метод Koelle, Friedenwald - бутирилхолинэстеразы (КФ 3.1.1.8) [11-13].
В каждом объекте определяли следующие метрические параметры: 1) средний диаметр капилляров; 2) суммарную длину капиллярного русла или относительную плотность капилляров в единице объема вещества мозга [14] с использованием формулы для неравномерного распределения капилляров; 3) площадь обменной поверхности капилляров с окружающей тканью мозга по формуле:
где π=3,14, d - средний диаметр микрососудов, L - суммарная длина капилляров в 1 мм3 мозга; 4) объем капиллярного русла в 1 мм3 ткани мозга определяли по формуле:
где π= 3,14, d - средний диаметр микрососудов, L - суммарная длина капилляров в 1 мм3 мозга; 5) оптическую плотность продукта гистохимической реакции или активность фермента с помощью сканирующего интегрирующего микроденситометра Vickers M85A при длине волны: для щелочной фосфатазы - 560 нм, магниевой АТФазы - 520 нм, бутирилхолинэстеразы - 490 нм; 6) средний показатель активности фермента обменной поверхности капилляров (СПАП). Значения СПАП вычисляли как произведение величины площади поверхности капилляров и средних значений активности фермента. Полученные результаты обрабатывали современными методами автоматизированной обработки материала, при этом определяли уровень значимости отличий (p), а разницу между средними арифметическими считали достоверной при p<0,05.
Согласно данным литературы [15], активность щелочной фосфатазы в капиллярах мозга определялась на 12-14-й неделе развития, а в период с 2 до 22 лет она прогрессивно сокращается. Изменения усредненного показателя активности фермента обусловлены уменьшением количества микрососудов с интенсивным отложением продукта реакции. Активность фермента наиболее быстро снижается в сосудах обонятельной луковицы и обонятельной извилины: к 4-7 годам она на 30-18% превышает дефинитивный уровень. В гиппокампе показатель оптической плотности достигает уровня зрелого возраста к 8-12 годам и не меняется до 21 года (p>0,05). Активность щелочной фосфатазы в поясной извилине снижается более медленно: в период от 8 до 16 лет несколько стабилизируется (p>0,05) и примерно на 30% больше, чем у людей зрелого возраста (p<0,001). Данный показатель достигает величины, установленной для возрастного интервала 22-44 года, уже к 17-21 году. Снижение активности фермента отмечается после 45-54 лет, при этом в поясной извилине динамика более выраженная, чем в остальных исследованных объектах. В гиппокампе оптическая плотность преципитата снижена в период 55-64 года (p<0,05) и практически не меняется в последующем возрастном интервале (p>0,05). В обонятельной луковице и обонятельной извилине значимого снижения активности фермента не отмечается вплоть до 83 лет (p>0,05).
Возрастная трансформация активности магниевой АТФазы в капиллярах исследуемых областей обонятельного мозга человека имеет определенные особенности по сравнению с активностью щелочной фосфатазы. После рождения и по мере становления организма количество капилляров с низкой активностью фермента уменьшается, при этом в отдельных микрососудах увеличивается оптическая плотность отложения продукта реакции. В поясной извилине активность магниевой АТФазы в течение первого года жизни остается намного ниже, чем у взрослых людей. Плотность преципитата в обонятельной луковице и обонятельной извилине довольно быстро увеличивается и к 2-3 годам достигает практически 100% величины показателя у людей зрелого возраста. В последующих возрастных группах активность фермента в указанных отделах обонятельного анализатора не превышает величину показателя, характерную для дефинитивного уровня, причем в обонятельной луковице оптическая плотность преципитата выше, чем в обонятельной извилине.
С возрастного интервала 4-7 лет в гиппокампе отмечается резкое увеличение активности фермента, а к 13-16 годам величина данного показателя даже несколько превышает значения, свойственные капиллярам людей зрелого возраста. В капиллярах поясной извилины активность магниевой АТФазы растет менее стремительно: достоверные отличия значений по сравнению с возрастным интервалом 22-44 года исчезают только в период от 13 до 16 лет жизни. По мере старения за счет снижения числа сосудов с высокой и умеренной активностью фермента оптическая плотность преципитата уменьшается, при этом в поясной извилине и гиппокампе данное снижение более выражено (рис. 1).
При исследовании средней величины диаметров капилляров обонятельного анализатора головного мозга с помощью щелочной фосфатазы или магниевой АТФазы установлено, что данный показатель на протяжении онтогенеза меняется сходным образом. У новорожденных и детей первого года жизни определяются самые низкие цифры среднего диаметра капилляров. Незначительный прирост данного показателя наступает только в возрастном интервале 12-16 лет, оставаясь неизменным до 22-44 лет и увеличиваясь лишь в преклонном возрасте. Были выявлены локальные достоверные (p<0,05) отличия значений среднего диаметра капилляров: наиболее узкие капилляры наблюдаются в обонятельной извилине и обонятельной луковице; широкие - в поясной извилине. В капиллярах гиппокампа величина этого показателя во всех возрастных группах меньше по сравнению с его значениями в других исследованных областях. В возрастном интервале 65-74 лет средний диаметр капилляров в обонятельной луковице и гиппокампе возрастает на 5-7% по сравнению со значениями, установленными для периода 22-44 года, а к 75-83 годам увеличивается еще на 12-15% (p<0,05) (рис. 2).
Проведенные исследования позволили установить, что преобразования суммарной длины капилляров на протяжении онтогенеза тесно связаны с их локализацией. Данная закономерность, несомненно, является отражением гетеротопии процессов развития.
В обонятельной луковице и обонятельной извилине увеличение плотности капилляров происходит намного быстрее, чем в других центрах обонятельного мозга. В результате этот показатель достигает дефинитивного уровня к 4-7 годам жизни (p>0,5). С 4-7 и до 8-12 лет этот процесс резко активируется в гиппокампе и плотность капилляров достигает величины, установленной для периода 22-44 года (p>0,5). В поясной извилине длина капилляров соответствует таковой у людей зрелого возраста к 17-21 году и удерживается на относительно постоянном уровне (p>0,05). В последующие годы отмечается незначительное колебание величины данного показателя: от 45 до 64 лет некоторое сокращение (на 4-10%) и небольшое увеличение в обонятельной извилине и гиппокампе (на 2-3%) к 75-83 годам по сравнению с предыдущей возрастной группой.
Суммарная длина капилляров, выявляемых с помощью магниевой АТФазы, всегда больше, чем при использовании щелочной фосфатазы, однако возрастная динамика изменения величины данного показателя в обоих случаях сходна. Следует отметить, что на заключительных этапах онтогенеза отмечается более значительное снижение длины сосудов по сравнению с показателем, вычисленным с помощью щелочной фосфатазы (рис. 3).
В старости возрастает количество извитых несформированных сосудов с сужениями или бульбообразными расширениями, определяющимися по их ходу. Выявляются «пакеты» из капилляров, в стенке которых определяется очень высокая активность ферментов. Характерно наличие локальных участков уплотнения или разрежение капиллярной сети.
В возрастном интервале до 1 года величина показателя «рабочая (обменная) поверхность», маркируемого с помощью щелочной фосфатазы и магниевой АТФазы, возрастает довольно высокими темпами во всех исследованных отделах. В период 4-7 лет при использовании щелочной фосфатазы и в период 2-3 года при использовании магниевой АТФазы увеличение площади рабочей поверхности капилляров наиболее выражено в обонятельной луковице, при этом данный показатель здесь выше, чем в других областях мозга (p<0,05-0,001). Дефинитивный уровень величины рабочей поверхности капилляров в гиппокампе наблюдается в период от 4-7 до 8-12 лет жизни, в дальнейшем значения показателя практически не меняются (p>0,05). Достоверное снижение рабочей поверхности установлено лишь в поясной извилине при маркировке сосудистого русла щелочной фосфатазой (p<0,05). Следует отметить, что темпы прироста площади рабочей поверхности капилляров, выявляемых с помощью магниевой АТФазы (рис. 4)
В соответствии с проведенными исследованиями объем капилляров, а следовательно, и объем депонированной крови имеет постоянную возрастную динамику во всех исследованных отделах обонятельного мозга.
По мере взросления организма происходит естественное увеличение объема депонированной крови и объема капилляров. Установлено, что дефинитивный уровень такого показателя, как объем капилляров в 1 мм3 вещества мозга, достигается в возрасте 4-7 лет в обонятельной луковице (p>0,05), в гиппокампе - в период 8-12 лет, в поясной извилине - к 13-16 годам. В последующем отмечается постоянный рост значений данного показателя. У лиц старше 65 лет при выявлении капиллярного русла с помощью магниевой АТФазы определяется самый высокий на всем протяжении онтогенеза объем капилляров, который на 6-18% превышает соответствующие значения, установленные в возрастном интервале 22-44 года (рис. 5).
Возрастная динамика СПАП тесно связана с локализацией капилляров. В первые годы жизни наибольший прирост этого показателя наблюдается у капилляров обонятельной луковицы, далее значение СПАП увеличивается, а к 4-7 годам достигает наибольшей величины во всех исследованных отделах, превышая значения для возрастного интервала 22-44 года. В обонятельной луковице, обонятельной извилине и гиппокампе СПАП достигает значений, свойственных людям зрелого возраста, к периоду 8-12 лет, а в поясной извилине - к периоду 17-21 года. После 45-54 и до 75-83 лет во всех исследованных центрах обонятельного мозга отмечается значительное уменьшение величины СПАП (p<0,05-0,001). Наименьшие изменения (на 18%) наблюдаются в обонятельной луковице, наибольшие (на 38%) - в поясной извилине. При выявлении капилляров с помощью магниевой АТФазы значение СПАП в исследованных центрах головного мозга возрастало более низкими темпами. В обонятельной луковице зарегистрирован наибольший темп роста, чем в других отделах. Дефинитивный уровень достигается в период 4-7 лет, в обонятельной извилине - в 8-12 лет, в гиппокампе - в 13-16 лет и в поясной извилине - в 22-44 года. В пожилом и старческом возрасте снижение среднего показателя активности магниевой АТФазы обменной поверхности капилляров выражено гораздо меньше, чем в сосудах, маркируемых щелочной фосфатазой, и составляет 84-95% от значений, установленных в зрелом возрасте (рис. 6).
Результаты исследования возрастных изменений морфометрических параметров капиллярного русла в различных отделах обонятельного мозга позволяют выделить несколько периодов: 1- постепенный рост величины показателей и становление на уровне дефинитивных значений до 17 лет; 2 - стабилизации показателей на относительно постоянном уровне (от 17 до 55 лет); 3 - снижение показателей у людей старше 55-64 лет.
В онтогенезе человека изменение величины исследованных показателей, характеризующих состояние капиллярного русла, тесно связано с конкретной областью коры мозга, в кровоснабжении которой участвуют эти сосуды. Полученные результаты показывают, что развитие капиллярной сети опережающими темпами происходит в обонятельной луковице и обонятельной извилине (древний мозг). Дефинитивного уровня все показатели достигают здесь к 4-7 годам, в аммоновом роге (старая кора) - к 8-12 годам, а в поясной извилине (промежуточная кора) - к 17-22 годам. В той же последовательности происходит структурное и функциональное созревание нейронов мозга [16]. Инволютивные изменения капилляров в первую очередь начинаются в промежуточной коре, затем в старой и древней. В новой коре становление основных метрических параметров капиллярного русла происходит в более медленном темпе, а старческие изменения начинаются на 10-15 лет раньше [17].
Выявленные закономерности возрастных изменений капилляров, обеспечивающих кровоснабжение головного мозга, имеют не только теоретическое значение, но и могут быть использованы в судебно-медицинской практике для определения возраста. Активное внедрение в судебную медицину результатов фундаментальных исследований будет способствовать объективизации судебно-медицинских критериев определения биологического возраста человека и позволит придать новый импульс развитию научного направления - применению методов морфометрии для установления возраста человека.