Изучение возможности использования импедансометрии для диагностики давности наступления смерти (ДНС) является одним из актуальных разрабатываемых направлений современной судебной медицины. Результаты уже проведенных исследований подтверждают перспективность этого методического подхода, особенно в позднем посмертном периоде [1—5]. Известно, что характерной особенностью живых тканей является дисперсия импеданса — зависимость полного электрического сопротивления ткани от частоты переменного тока. Это обусловлено сложной, прежде всего мембранной, структурой тканей и большим разнообразием поляризационных процессов. Так, изменение функциональных способностей клеточных мембран влияет на дисперсию импеданса и в каждом конкретном случае зависит и от проницаемости клеточных мембран, соотношения между объемом клеток и межклеточных пространств, содержанием свободной воды, а при гибели ткани дисперсия импеданса снижается.

В специальной литературе изучение динамики импеданса в большинстве случаев проводилось на фрагментах различных тканей и органов. Между тем больший интерес представляет ДНС умершего человека, а не посмертные изменения отдельно взятых биологических тканей. В связи с этим важен выбор зоны исследования и модельного объекта [6], так как проведение соответствующих исследований на человеке сопряжено с рядом организационных трудностей по техническим и этическим причинам.

В мировой практике давно и эффективно в качестве модельных объектов используют трупы животных, процессы разложения которых изучают в сходных условиях. Следует отметить, что данные разных авторов отличаются. Это, в частности, объясняется отличающимися климато-географическими параметрами [7—9]. В связи с этим работу выполняли в условиях Северо-Западного региона России, где ранее подобные исследования не проводились.

Цель работы — отработать методику изучения ДНС с использованием показателей электрического сопротивления биологических тканей на модельных объектах (лабораторные животные).

Материал и методы

Изучили показатели импеданса тканей на 4 трупах свиней (месячные поросята массой около 5 кг) с известной датой смерти. Животные были умерщвлены на скотобойне обычным способом, без нарушения целостности кожного покрова.

Трупы при исследовании постоянно находились при температуре воздуха +4 °C и влажности 45%. Для измерения на трупах животных выбрали три диагностические зоны: хрящевая часть III ребра, кожно-мышечный лоскут плеча и пяточное сухожилие. При выборе диагностических зон руководствовались требованиями доступности ткани для исследования и максимального снижения влияния индивидуальных особенностей биообъекта на измерение.

Импеданс измеряли прибором Keysight U1731. Выбор прибора обусловлен его портативностью, мобильностью и простотой в использовании. Прибор имеет 2 датчика в виде игл из нержавеющей стали диаметром 0,5 мм и длиной погружной части 5 мм. Датчики жестко фиксировали на расстоянии 5 см друг от друга. При снятии показаний датчики вводили в ткань диагностической зоны на всю длину погружной части (5 мм).

Измерения импеданса проводили на 5 частотах (100 и 120 Гц; 1, 10 и 100 кГц) с 1-х до 80-х суток с момента наступления смерти с периодичностью 1—2 дня; всего сняли 1160 показаний. Периодичность снятия показаний и выбор частот определялся анализом данных литературы [1—5] и возможностями измерительного прибора.

Результаты и обсуждение

Для исследования измерения импеданса в разные сроки посмертного периода выбрали хрящ, сухожилие и кожно-мышечный лоскут.

Зона «кожно-мышечный лоскут» имеет удобное расположение и легко исследуется, но для каждого нового измерения в кожно-мышечном лоскуте производили новые проколы в связи постоянным контактом диагностической зоны с внешней средой, подсыханием краев проколов и изменением показателей импеданса.

При измерениях импеданса хряща требовался кожный разрез. Датчики вводили в ткань хряща путем прокола. Всего провели 56 измерений на 5 частотах, получили 280 значений. Для доступа к сухожилию делали вертикальный разрез длиной 5 см в проекции пяточного сухожилия (tendo calcaneus). Иглы вводили в сухожилие путем прокола. Всего в течение 3 мес провели 56 измерений на 5 частотах, получили 280 значений. Измерение импеданса кожно-мышечного лоскута выполняли путем прокола. Провели 120 измерений на 5 частотах, получили 600 значений.

Диагностические зоны «хрящ» и «сухожилие» также имеют удобное расположение, их легко исследовать, а вводимые в их ткань иглы датчика не задевают другие ткани и органы. После снятия показаний эти области легко закрываются кожей во избежание постоянного контакта диагностической зоны с внешней средой, подсыхания и изменения протекания процесса гниения. Для каждого нового измерения иглы датчика вводили в проколы, оставшиеся от предыдущего измерения.

Следует отметить, что в сроки более 32 сут с момента смерти удалось получить показания импеданса только в одной диагностической зоне (кожно-мышечный лоскут). С другими диагностическими зонами работа осложнялась их резко выраженными гнилостными (деструктивными) изменениями, развившимися к данному сроку постмортального периода.

Для анализа характера изменения импеданса и его дисперсии оценивали абсолютные значения импеданса и относительные коэффициенты k₁, k₂ и k₃, рассчитанные через значения импеданса на различных частотах. Коэффициент k₁ — отношение разности значений импеданса на частотах 1 кГц (Z₁) и 10 кГц (Z₁₀) к разности значений импеданса на частотах 10 кГц (Z₁₀) и 100 кГц (Z₁₀₀): k₁=(Z₁—Z₁₀)/(Z₁₀—Z₁₀₀). Коэффициент k₂ — отношение разности значений импеданса на частотах 10 кГц (Z₁₀) и 100 кГц (Z₁₀₀) к значению импеданса на частоте 100 кГц (Z₁₀₀):k₂=(Z₁₀—Z₁₀₀)/Z₁₀₀. Коэффициент k₃ — отношение разности значений импеданса на частотах 1 кГц (Z₁) и 10 кГц (Z₁₀) к значению импеданса на частоте 100 кГц (Z₁₀₀): k₃=(Z₁—Z₁₀)/Z₁₀₀.

При выборе формул для расчета коэффициентов руководствовались данными, приведенными в работе Ю.И. Пиголкина и А.А. Коровина [1]. Авторы проводили измерения сопротивления при накожном расположении электродов на 3 частотах: 1 кГц (R₁), 10 кГц (R₂) и 200 кГц (R₃) — и оценивали динамику относительных коэффициентов: (R₁—R₂)/R₃, (R₂—R₃)/R₃ и (R₁—R₂)/(R₂—R₃). Согласно их данным, разница R₁—R₂ соответствует сопротивлению некробиотически измененных клеток, R₂—R₃ — сопротивлению клеток с неизмененной мембраной; R₂ характеризует сопротивление всех клеточных форм и волокнистых структур, R₃ — преимущественно состояние межтканевой жидкости. Исследование зависимости данных коэффициентов от срока ДНС позволяет судить о скорости и направленности аутолитических процессов (периоды «стабильности» или выраженные некробиотические изменения). Такие положения авторы выдвинули, используя клинические и экспериментальные данные, приведенные другими авторами, а также результаты собственных исследований.

Из-за большого объема материала по всем исследуемым зонам в статье представлены результаты исследования одной из диагностических зон — хрящевой ткани трупов четырех свиней. При ДНС до 31 сут получены достаточно устойчивые и воспроизводимые на различных объектах результаты. Для всех частот наблюдали качественно идентичные зависимости импеданса от срока ДНС (периоды нарастания и спада), что, вероятно, обусловлено темпом и характером развивающегося в тканях процесса гниения. Это указано и в работах других исследователей [1, 4, 5].

Для зависимости импеданса хряща от продолжительности посмертного интервала можно выделить три условных интервала: интервал I — от 0 до 7 сут; интервал II — от 9 до 22 сут; интервал III — от 25 до 31 сут, характеризующие волнообразное изменение импеданса. Для каждого срока ДНС высчитали средние значения и стандартные отклонения импеданса (рис. 1).

Рис. 1. «Диаграмма размаха» для зависимости импеданса хрящевой ткани на частоте 1 кГц от срока ДНС.

Здесь и на рис. 2: квадрат в центре прямоугольника — среднее значение импеданса; высота прямоугольника — удвоенное стандартное отклонение; концы «усов» — края статистически значимой выборки.

Для оценки различий средних значений импеданса в соседних временных интервалах использовали непараметрический критерий Вилкоксона для зависимых выборок. Все расчеты производили в программе Statistica 8. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для интервалов I и II различия средних значений импеданса высокозначимы на уровне P=0,05 (P_эксп=0,0004). Для интервалов II и III различия незначимы на уровне P=0,05 (P_эксп=0,39). Таким образом, можно говорить о волнообразном характере изменения импеданса, но судить о сроке ДНС только по абсолютной величине импеданса не представляется возможным.

Для выяснения возможности установления ДНС по показателям импеданса рассчитали относительные коэффициенты k₁, k₂ и k₃. Наиболее «яркие» зависимости от срока ДНС получили для k₁ и k₂.

Проанализировали временные зависимости коэффициентов k₁ и k₂ для хрящевой ткани исследованных объектов. Коэффициент k₁ увеличивался по мере увеличения срока ДНС (рис. 2). Различие значений k₁ для интервалов I — II по критерию Вилкоксона высокозначимы на уровне P=0,05 (P_эксп=0,00003). Для интервалов II и III также можно говорить о наличии различий значений k₁ (P_эксп=0,00094). Следует отметить, что во временном интервале I k₁<1, а в интервалах II и III k₁>1. Согласно данным Ю.И. Пиголкина и А.А. Коровина [1] коэффициент k₁ определяется отношением сопротивления некробиотически измененных клеток к сопротивлению клеток с неизмененной мембраной. При k₁<1 сопротивление некробиотически измененных клеток меньше, чем сопротивление клеток с неизмененной мембраной, а при k₁>1 наоборот. С увеличением срока ДНС значение k₁ возрастает, т.е. увеличивается количество некробиотически измененных клеток.

Рис. 2. «Диаграмма размаха» для зависимости коэффициента k₁ от срока ДНС.

При ДНС до 30 сут значение k₂ уменьшается. Это представляется логичным, так как Ю.И. Пиголкин и А.А. Коровин [1] считают, что k₂ определяется отношением сопротивления, характеризующего состояние клеток с неизмененной мембраной, к сопротивлению, характеризующему состояние преимущественно межтканевой жидкости.

В таблице приведены численные значения импеданса хрящевой ткани и коэффициентов k₁ и k₂ для конкретных сроков ДНС. С увеличением срока ДНС среднее значение k_1ср возросло в 6,6 раза, а среднее значение k_2ср уменьшилось в 10 раз при практически одинаковых абсолютных значениях импеданса Z.

Значения импеданса хрящевой ткани и коэффициентов k₁ и k₂ в различные сроки ДНС

Как следует из данных таблицы, судить о сроке ДНС только по величине импеданса не представляется возможным: в интервалах I и III не обнаруживается существенных различий его абсолютных значений. Комплексная оценка значений импеданса ткани и коэффициентов k₁ и k₂ позволяет уточнить продолжительность постмортального интервала.

Аналогичные исследования провели на сухожилии и кожно-мышечном лоскуте плеча. Для этих зон оказались характерны свои зависимости импеданса и коэффициентов дисперсии. Например, для кожно-мышечного лоскута плеча в период от 0 до 31 сут при общей тенденции уменьшения импеданса выделялись области повышения и понижения величины Z на всех частотах (три максимума, положение которых для различных объектов может отличаться на 1—4 сут), а в период от 61 до 80 сут наблюдалось более «спокойное поведение» импеданса с меньшим значением Z по сравнению с начальным периодом (в среднем в 4 раза). Для коэффициентов k₁ и k₂ оказались характерны временные зависимости, качественно схожие с зависимостями аналогичных коэффициентов для хрящевой ткани.

Проведенный предварительный анализ позволяет выдвинуть гипотезу о существовании зависимости значений импеданса биологических тканей и соответствующих коэффициентов от срока ДНС для исследованных объектов. При этом анализ абсолютных показателей импеданса во всем диапазоне исследованных частот позволяет выявить волнообразную зависимость электрического сопротивления тканей от срока ДНС. Кроме того, выдвинуто предположение, что по комбинации значений импеданса и соответствующих коэффициентов возможно судить о сроке ДНС.

Для проверки гипотезы о зависимости импеданса и коэффициентов дисперсии от срока ДНС и расчета достоверных числовых значений этих показателей необходимо изучение большего массива экспериментальных данных, получение которых связано с объективными трудностями. Одна из них — невозможность снять показания одновременно с большого количества объектов. Для дальнейшей работы в этом направлении, возможно, потребуется длительное время.

Анализ динамики показателей импеданса трупов свиней, безусловно, позволяет судить о биологической сущности процесса, но на данном этапе наших исследований это не является приоритетным. Анализ числовых данных помогает установить наличие или отсутствие динамики показателей импеданса ткани от срока ДНС и планировать дальнейшие исследования. На данном этапе исследований представлены результаты, свидетельствующие о наличии такой динамики.

Сравнительный анализ динамики импеданса тканей трупов людей, на протяжении длительного срока с момента наступления смерти находившихся в стандартизированных условиях, и данных, полученных на животных, в контексте обоснования моделирования процесса разложения трупа человека будет представлен в следующем сообщении.

Выводы

1. Изменения импеданса представляют собой устойчивую волнообразную динамику абсолютных его показателей в виде начального снижения, определенного промежутка плато и дальнейшего пологого подъема, что повторяется в различных зонах исследования.

2. Производные величины базируются на соотношениях показателей импеданса на различных частотах (k₁ и k₂). Они отражают определенную динамику на протяжении 30 сут ДНС, что создает возможность в течение этого времени говорить о продолжительности постмортального интервала.

3. Промежуточные результаты, полученные на трупах животных, требуют дальнейшего сравнения с данными, полученными на трупах людей.

4. Анализ абсолютных и относительных (коэффициенты) показателей импеданса биологических тканей позволяет не просто оперировать числовыми данными, но и способствует углубленному пониманию динамики процессов, лежащих в основе разложения мертвых тканей. Для определения срока ДНС приемлемо использовать показатели импеданса (числовые значения). Чтобы применять показатели импеданса для установления срока ДНС, необходимо получить статистически достоверные данные, т.е. исследовать достаточно большое количество объектов. Это позволит составить таблицу значений показателей импеданса для различных сроков ДНС и/или построить математическую модель.

5. Для получения достоверных результатов требуются соблюдение стандартных комплексных условий окружающей среды (температура и влажность), методических подходов (условия методики проведения и учета результатов) и выбор показателей, объективно отражающих динамику постмортального разложения биологических тканей как одного из маркеров ДНС.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема №0752-2020-0007) и реализации Программы развития опорного университета ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет» на период 2017—2021 гг.