Естественный посмертный период охватывает временной промежуток от момента наступления смерти до полной закономерно протекающей утилизации трупа представителями живой природы. Он может быть прерван случайным или преднамеренным физическим (кремация) или химическим (например, помещение биологического объекта в раствор концентрированной серной кислоты) способом. Полное уничтожение биообъекта в таких случаях, как правило, невозможно.

Утилизация мертвого тела может носить комбинированный характер, включающий как одновременное, так и последовательное (в разных вариантах очередности) действие биологических, физических и химических факторов.

Характер биологических изменений в мертвом теле позволяет применительно к решению судебно-медицинских задач успешно выделить качественно отличающиеся ранний и поздний посмертные периоды. Первый характеризуется наличием ранних трупных явлений (трупные пятна, окоченение, высыхание, охлаждение), второй начинается с возникновения разрушающих гнилостных изменений. Условное содержание этих этапов посмертного периода заключается в том, что они могут «перекрывать» друг друга, когда наблюдаются и ранние, и поздние трупные явления. Это положение дает основание с осторожностью относиться к попыткам дать количественное различие этих этапов.

На этом фоне заслуживают внимания биофизические характеристики биологических тканей. К ним относится электрическое сопротивление различных биологических тканей, обозначаемое как импеданс.

Определение давности наступления смерти (ДНС) является одним из наиболее важных вопросов судебной медицины. Решение его на основе лишь качественной оценки трупных явлений нередко оказывается весьма затруднительным, особенно в позднем посмертном периоде [1—3]. Снизить вероятные погрешности в определении продолжительности посмертного интервала возможно с помощью дополнительных объективных количественных методов. В этом плане биофизические методы для решения задач судебной медицины достаточно перспективны [4—6]. Основным достоинством последних является возможность анализа процессов, происходящих в тканях на органном и клеточном уровнях.

Метод импедансометрии основан на измерении импеданса — полного электрического сопротивления объекта. Для интерпретации результатов измерения импеданса биологических объектов используется представление об электрических свойствах этих объектов. Наличие свободных ионов в клетках и межклеточном пространстве обусловливает электропроводимость объекта и количественно характеризуется активным сопротивлением. Диэлектрические свойства биологических объектов определяются наличием структурных компонентов — мембран и явлениями поляризации, характеризуются реактивным (емкостным) сопротивлением. Для биологических объектов наблюдается дисперсия импеданса — его зависимость от частоты переменного тока. Характер дисперсии импеданса меняется при повреждении ткани, что связано с изменением как проницаемости мембран, так и концентрации ионов во внутриклеточном и межклеточном веществе. Анализ дисперсии импеданса биологической ткани позволяет оценить ее физиологическое состояние [7—9].

Биологическая смерть субъекта не означает одномоментного отмирания тканей и органов, составляющих его организм. В разных тканях биохимические и биофизические процессы (явления переживаемости) продолжают протекать еще определенное время (от нескольких минут до 2 сут посмертного периода). Одновременно с этим запускаются и процессы деструкции тканей: аутолиза, обусловленного действием на мертвые клетки собственных гидролитических ферментов с последующим самоперевариванием тканей, и путрификации (гниения), обусловленной действием на мертвые клетки и ткани ферментных систем микроорганизмов с их разложением и образованием конечных неорганических продуктов.

Таким образом, разложение трупа включает в себя множество динамических процессов, происходящих одновременно, их можно рассматривать в том числе и как изменения электрофизических свойств объекта. Количественные изменения биоэлектрического импеданса могут быть связаны с ДНС, создавая мощный потенциальный инструмент для оценки продолжительности посмертного периода [5, 10]. Поэтому при интерпретации результатов импедансометрических измерений следует учитывать как процессы переживаемости тканей, так и аутолитические процессы и протекание процессов гниения [6, 10].

Анализ данных литературы показывает, что можно выделить исследования, проводимые на отдельных кусочках тканей и органов трупа [11—15] или на целостном трупе [5, 10], с последующим анализом динамики абсолютных значений импеданса [5, 12, 13] или относительных коэффициентов, характеризующих дисперсию импеданса [10, 14]. Также можно отметить использование различных измерительных устройств и типов электродов: для накожного расположения или игольчатые. Традиционно измерения импеданса проводят на частотах переменного тока от 10 Гц до 100—200 кГц.

Для установления продолжительности постмертного интервала в раннем посмертном периоде Ю.И. Пиголкин и А.А. Коровин [10] использовали метод импедансной плетизмографии. Были проведены измерения импеданса трупов при накожном расположении электродов на трех частотах тока при температурах 4 и 18 °C. Для анализа результатов по полученным абсолютным значениям импеданса высчитывали относительные коэффициенты. Авторы сделали вывод о волнообразном характере аутолиза, где периоды стабильности сменяются выраженными некробиотическими изменениями. В работе E. Hansen и соавт. [5] представлены результаты измерения импеданса на 4 трупах людей при накожном расположении электродов на одной частоте при атмосферных условиях штата Колорадо. Авторы выявили наличие связи между величиной импеданса и сроком ДНС без разработки прогностической модели.

Исследование особенностей динамики импеданса биохимически активного органа (почки) и условно пассивной ткани (сухожилия) в сроки посмертного периода до 56 сут выполняли на трупном материале: на изъятых образцах фиксированных размеров, хранящихся в определенных условиях [11—13]. Было установлено наличие периодов нарастания и спада величины импеданса и выдвинуто предположение о том, что динамика импеданса исследуемой ткани обусловлена темпом и характером аутолитических процессов и гниения, развивающихся в тканях.

Изучение особенностей электропроводящих свойств стекловидного тела, получаемого путем пункции глазного яблока, показало наличие динамики в посмертном периоде [14]. Авторы проводили оценку коэффициента дисперсии, равного отношению низкочастотного импеданса к высокочастотному и характеризующего количественное изменение соотношения «жидкость — белковые структуры». Обнаружено, что в посмертном периоде изменение коэффициента дисперсии электропроводности стекловидного тела происходит в сторону его увеличения.

Таким образом, импедансометрический подход к определению продолжительности посмертного интервала базируется на фундаментальных биофизических процессах, которые протекают в биологических тканях. Следует отметить такие достоинства метода, как доступность исследования и простота, что также определяет перспективность его использования в качестве средства «экспресс-диагностики», подкрепляя инструментально данные визуальных исследований.

Цель работы — установление динамики показателей импеданса различных тканей трупа для оценки перспективности использования метода импедансометрии при диагностике ДНС.

Для реализации цели был сформулирован ряд задач, некоторые из которых возникли в процессе проведения экспериментальной работы:

1. Изучить специальную литературу о возможности использования метода импедансометрии для диагностики ДНС.

2. Провести пробные измерения импеданса на трупах людей для нескольких диагностических зон в разные сроки посмертного периода.

3. Обосновать выбор диагностических зон для измерения импеданса.

4. Выработать методику снятия показаний импеданса и анализа полученных данных.

5. Оценить трудности, возникающие при изучении динамики импеданса непосредственно в трупе человека.

6. Обосновать возможность использования трупов свиней в качестве модельных объектов для изучения динамики посмертных изменений.

7. Провести сравнение временно́й динамики импеданса тканей трупов людей и свиней, находящихся в одинаковых условиях.

Материал и методы

Объектом исследования являлись показатели импеданса тканей трупов людей обоих полов, разного возраста (30—50 лет), умерших от различных причин, с известной датой смерти и трупов поросят. Трупы при исследовании постоянно находились в стандартизированных условиях: температура воздуха +4 °C, влажность 45%. Все эксперименты проводили с соблюдением соответствующих этических норм и правовых документов (заключение Комитета по медицинской этике при МЗ и СР РК и Петрозаводском государственном университете №43 от 21.05.19) [16, 17].

Импеданс измеряли с помощью прибора Keysight U1731 с двумя датчиками, представляющими собой иглы из нержавеющей стали диаметром 0,5 мм, с длиной погружной части 5 мм. Выбор прибора обусловлен его портативностью, простотой в использовании. Измерения проводили на пяти частотах (100 и 120 Гц, 1, 10 и 100 кГц) в диапазоне 3—80 сут с момента наступления смерти с периодичностью 1—4 сут. Выбор частот определялся возможностями используемого прибора и позволял наблюдать дисперсию импеданса.

Результаты и обсуждение

Выполнены пробные серии опытов и отработаны оригинальные методические приемы исследования импеданса тканей на цельных трупах людей. При выборе диагностических зон руководствовались такими параметрами, как низкая метаболическая активность, незначительные индивидуальные отличия и доступность. Диагностическими зонами являлись хрящевая часть третьего ребра, ахиллово сухожилие, кожно-мышечный лоскут плеча. Выбор кожно-мышечного лоскута был обусловлен максимальной доступностью и наибольшей простотой снятия показателей импеданса.

Анализ специальной литературы показывает, что изучение временно́й динамики импеданса проводилось в большинстве случаев на фрагментах различных тканей и органов. Целесообразнее фиксировать изменения импеданса различных тканей целостного трупа на протяжении длительного срока с момента наступления смерти (несколько месяцев), так как продолжительность, сущность процесса разложения целостного мертвого тела или изъятых от него частей существенно отличаются.

В связи с этим возникает необходимость изучения динамики импеданса тканей непосредственно трупа в раннем и позднем посмертном периодах. Однако проведение таких исследований сопряжено с целым рядом трудностей, основным из которых является возможность регистрации изменений сопротивления тканей только невостребованных трупов при нахождении их в отделе судебно-медицинской экспертизы до момента захоронения (что обычно составляет 2—3 нед). Экспериментальную работу, таким образом, можно осуществлять только при однотипных условиях температуры и влажности холодильной камеры. Кроме того, затруднительно стандартизировать проводимые исследования по их условиям (дате смерти объекта, его возрасту, толщине подкожной жировой клетчатки и некоторым другим параметрам, периодичности снятия показаний). Проведенные измерения показали наличие динамики импеданса тканей диагностических зон цельного трупа в посмертном периоде. Дальнейшие исследования направлены на получение статистически достоверных данных. К сожалению, в условиях пандемии проведение измерений на трупах людей оказалось затруднено в связи со значительно возросшей нагрузкой на судебно-медицинскую службу.

Исследование динамики импеданса трупа в зависимости от внешних условий (температура, влажность и т.д.) не представляется возможным без использования модельного объекта. В ранней работе приведено обоснование необходимости использования модельного объекта для изучения динамики импеданса в посмертном периоде [17]. В настоящее время результаты изучения посмертных процессов с использованием модельных объектов являются серьезной доказательной базой для судебной медицины и судебно-медицинской экспертизы [18—20]. Например, в ранее проведенных исследованиях при сравнении стадий разложения и комплекса некрофильных насекомых трупов человека и использованных модельных объектов (трупов свиней) установлено, что основными утилизаторами тканей в обоих случаях являются мухи. Ядро их комплекса составили каллифориды. Массовыми видами являются C. vicina, L. caesar и P. terraenovae, а последовательная смена состояния тканей при разложении объекта сопровождается изменением видов мух, что позволяет определять продолжительность постмортального периода [21].

На примере использованных модельных объектов для микробиологических исследований показано, что имеется сходство разновидностей видов и динамики посмертного микробного сообщества трупов свиньи и человека, что дает основание считать труп свиньи адекватной моделью трупа человека и использовать полученные данные в целях диагностики ДНС и установления условий нахождения трупа [22]. Однако, несмотря на общие закономерности жизнедеятельности данного комплекса, имеется и некоторая частная специфика, связанная в основном с условиями нахождения трупа.

В контексте обоснования использования трупа свиньи в качестве модельного объекта для моделирования процесса разложения трупа человека были проведены измерения импеданса тканей трупов свиней в стандартизированных условиях на протяжении длительного (до 80 сут) срока с момента наступления смерти. Установлена схожая картина динамики изменений показателей импеданса тканей трупов свиней и человека в процессе разложения, что позволяет использовать хрящевую ткань и кожно-мышечный лоскут плеча трупа свиньи как адекватную модель соответствующих тканей трупа человека. Полученные результаты позволяют спланировать дальнейшие исследования: проведение измерений на трупах свиней разного возраста и с разной массой тела (разной толщиной подкожного слоя); продолжение проведения измерений на трупах людей.

Для анализа характера изменения импеданса и его дисперсии оценивали абсолютные значения импеданса и относительные коэффициенты k₁ и k₂, рассчитанные через значения импеданса на различных частотах.

Коэффициент k₁ — отношение разности значений импеданса на частотах 1 (Z₁) и 10 (Z₁₀) кГц к разности значений импеданса на частотах 10 (Z₁₀) и 100 (Z₁₀₀) кГц:

k₁ = (Z₁ — Z₁₀)/(Z₁₀ — Z₁₀₀).

Коэффициент k₂ — отношение разности значений импеданса на частотах 10 (Z₁₀) и 100 (Z₁₀₀) кГц к значению импеданса на частоте 100 кГц (Z₁₀₀):

k₂ = (Z₁₀ — Z₁₀₀)/Z₁₀₀.

При выборе формул для расчета коэффициентов руководствовались данными, приведенными в работе Ю.И. Пиголкина и А.А. Коровина [10].

Для каждой диагностической зоны трупов свиней выявлено характерное волнообразное изменение импеданса. Таким образом, абсолютные значения импеданса могут совпадать в разные сроки ДНС. Динамика относительных коэффициентов имеет направленный характер: увеличение k₁ и уменьшение k₂. Значимость различий значений коэффициентов для разных сроков ДНС была определена по критерию Вилкоксона для зависимых выборок [17].

Проведенный разведочный анализ позволяет выдвинуть гипотезу о существовании зависимости значений импеданса и коэффициентов дисперсии от срока ДНС, а комплексная оценка значений импеданса ткани и коэффициентов k₁ и k₂ может позволить уточнять продолжительность постмортального интервала.

Следует отметить, что в позднем посмертном периоде, в интервале от 61 до 80 сут, для трупа свиньи удалось получить показания импеданса только на кожно-мышечном лоскуте. Невозможность работы с другими диагностическими зонами определялась их резко выраженными гнилостными (деструктивными) изменениями к данным срокам постмортального интервала.

Сравнение абсолютных показатели импеданса трупов людей и свиней представляется затруднительным. Разница в числовых значениях импеданса для данных объектов исследования может быть обусловлена рядом причин, например разной толщиной кожи и подкожной жировой клетчатки объектов (трупов поросят и людей), недостаточностью данных по трупам людей и невозможность их группировки хотя бы по одному признаку и т.д.

В настоящем исследовании было проведено предварительное оценочное сравнение динамики значений коэффициентов k₁ и k₂ в посмертном периоде для хрящевой ткани и кожно-мышечного лоскута плеча (см. таблицу) трупов свиней и трупов людей. Схожий характер зависимостей позволяет планировать дальнейшие исследования для получения статистически достоверных данных (в стандартизированных условиях).

Величины средних значений коэффициентов k₁ и k₂ на разных сроках ДНС для кожно-мышечного лоскута разных объектов

Для показателей k₁ и k₂ трупов людей были рассчитаны только средние значения без определения значимости различий в разные сроки ДНС.

Выводы

1. Анализ специальных источников литературы и результаты собственных исследований показывают, что импедансометрический подход перспективен для оценки ДНС при судебно-медицинском исследовании трупа именно в позднем посмертном периоде.

2. В результате проведенных исследований посмертной электрической сопротивляемости биологических тканей установлены зависимость комбинации прямых и производных импедансометрических показателей от ДНС, обоснование оптимальной биологической модели (свиньи) для этого вида исследований, выбор рациональных зон-мишеней и методики изучения их электрической сопротивляемости.

3. Объективность, воспроизводимость, количественная фиксация результатов, простота исполнения и экономическая доступность метода импедансометрии позволяют рекомендовать его для решения научных и научно-практических задач при проведении судебно-медицинских исследований по определению ДНС в раннем и, что особенно важно, в позднем посмертных периодах.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.