Диагностика биологических процессов, детерминирующих давность механической травмы - Автореферат

Проблема определения давности и прижизненности телесных повреждений, несмотря на многочисленность научных изысканий, проводимых в последние годы в указанном направлении, по-прежнему не получила своего исчерпывающего решения, в связи с чем продолжает оставаться актуальной. Богомолов (2006) отметил безусловную актуальность данного направления, которое, по мнению экспертов ФГУ «Российского центра судебно-медицинской экспертизы Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», является приоритетным с точки зрения важности его для практической экспертной деятельности. Безусловно, визуальное (макро-и микроскопическое) исследование морфологических изменений в тканях при их повреждении, являющееся основным способом диагностики давности травмы, не потеряло своей значимости и поныне. При этом возможно рассмотрение организма как целостной системы, что требует учета многофакторных зависимостей, выяснение которых, формирование экспертных критериев, выражение их современным математическим языком, возможно, с разработкой специализированных компьютерных программ, облегчающих использование данных критериев в практике судебно-медицинских экспертиз, безусловно, будет сопровождаться повышением точности диагностики биологических процессов, детерминирующих прижизненность и давность травмы. Цель исследования: Цель работы заключается в повышении точности диагностики давности механической травмы на трупе, путем анализа комплекса биофизических характеристик биологической ткани, регистрируемых количественными методами исследования с учетом многофакторных зависимостей.

судебный медицина биофизический репаративный

Проблема определения давности и прижизненности телесных повреждений, несмотря на многочисленность научных изысканий, проводимых в последние годы в указанном направлении, по-прежнему не получила своего исчерпывающего решения, в связи с чем продолжает оставаться актуальной.

Так, характеризуя наиболее перспективные научные проблемы судебно-медицинской науки, Д.В. Богомолов (2006) отметил безусловную актуальность данного направления, которое, по мнению экспертов ФГУ «Российского центра судебно-медицинской экспертизы Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», является приоритетным с точки зрения важности его для практической экспертной деятельности. При этом, по мнению автора, главным в указанной проблеме, является поиск новых подходов и методов исследования, которые позволили бы существенно повысить точность и конкретность определения времени травмы.

Безусловно, визуальное (макро- и микроскопическое) исследование морфологических изменений в тканях при их повреждении, являющееся основным способом диагностики давности травмы, не потеряло своей значимости и поныне. Тем не менее, необходимо отметить, что точность такового исследования, к сожалению, весьма не велика, а получаемые результаты не всегда конкретны (Акопов В.И., 1978). Между тем, развитие биофизических методов диагностики, являющихся прямым следствием внедрения в медицину современных технологий, способно, на наш взгляд, повысить точность диагностики времени травмы.

Биофизические методики оперируют количественными характеристиками изучаемых процессов, т.е., описывают их численно, в том числе и в динамике, являясь, таким образом, абсолютно объективными способами регистрации изменений, произошедших в биологическом объекте под влиянием факторов внешней среды.

При этом возможно рассмотрение организма как целостной системы, что требует учета многофакторных зависимостей, выяснение которых, формирование экспертных критериев, выражение их современным математическим языком, возможно, с разработкой специализированных компьютерных программ, облегчающих использование данных критериев в практике судебно-медицинских экспертиз, безусловно, будет сопровождаться повышением точности диагностики биологических процессов, детерминирующих прижизненность и давность травмы.

Исходя из вышеизложенного, были разработаны цель и задачи исследования.

Цель исследования: Цель работы заключается в повышении точности диагностики давности механической травмы на трупе, путем анализа комплекса биофизических характеристик биологической ткани, регистрируемых количественными методами исследования с учетом многофакторных зависимостей.

Задачи исследования: Достижение поставленной цели заключается в решении следующих задач: 1. Разработать оригинальную методику исследования биофизических параметров поврежденных тканей трупов, для характеристики динамики репаративных процессов различной локализации.

2. Исследовать особенности некоторых патофизиологических механизмов, детерминирующих биофизические параметры поврежденных тканей человека в динамике посттравматического периода.

3. Разработать математические модели динамики биофизических параметров тканей области кровоподтека, в том числе с конкретизацией степени комплекса многофакторных влияний на динамику репаративного процесса.

4. Создать математические критерии диагностического процесса установления давности механических повреждений с учетом многофакторности взаимодействий ряда биофизических параметров.

5. Выработать практические рекомендации по внедрению и эксплуатации разработанной системы определения давности травмы.

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в том, что в результате проведенных исследований с позиций адаптивного подхода изучены биофизические особенности биологических процессов, сопровождающих восстановление биологических тканей после их повреждения с учетом многофакторных влияний эндо- и экзогенного характера.

При этом раскрыты физические особенности процессов, обусловливающих изменения, выявляемые экспериментально, что сопровождалось разработкой объективных математических зависимостей с возможностью оценки давности процессов при механической травме.

Практическая значимость

Практическая значимость исследования заключается в разработке системы комплексной диагностики давности кровоподтеков на трупе биофизическими методами с учетом многофакторных воздействий, что в рамках адаптивного подхода позволяет конкретизировать время их причинения объективным способом.

Положения, выносимые на защиту

1. Общее электрическое сопротивление биологической ткани определяется комплексом взаимовлияний резистивного (омического) сопротивления тканевой жидкости и емкостного сопротивления клеточных мембран, обусловливающего частотную зависимость импеданса;

При этом электрические сопротивления вне- и внутриклеточных жидкостей равны по своей абсолютной величине, не изменяясь в ответ на внешнее травматическое воздействие;

2. Изменения общего электрического сопротивления биологической ткани в ответ на ее повреждение обусловлены значением емкостного сопротивления клеточных мембран, установив величину которого, представляется возможным на макроуровне оценить степень повреждения микроструктур;

3. Абсолютная величина емкостного сопротивления, меняясь в широком диапазоне, оказывает сравнительно малое влияние на общий импеданс биологической ткани, что объясняется «скрадывающим» эффектом влияния тканевых жидкостей;

4. Восстановление значений емкостного сопротивления поврежденного участка биологической ткани и величины коэффициента ее теплопроводности в динамике посттравматического периода выражается экспоненциальной зависимостью, что является общим законом, характеризующим процессы, затухающие во времени;

5. Комплексная оценка изменений физического состояния биологической ткани, осуществляемая с позиций учета их многофакторных зависимостей, позволяет осуществлять математический расчет давности травмы с высокой точностью, подтверждая экспертное мнение объективными результатами количественных исследований.

Апробация диссертации

Результаты исследования докладывались и обсуждались на совместных заседаниях кафедры судебной медицины ГОУ ВПО «ИГМА Росздрава» и Республиканского общества судебных медиков Удмуртии (Ижевск, 2002, 2003), кафедры судебной медицины ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» (Уфа, 2004, 2005), конференции, посвященной 75-илетию Российского центра судебно-медицинской экспертизы (Москва, 2006).

Реализация результатов исследования

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры судебной медицины ГОУ ВПО «Ижевская государственная медицинская академия Росздрава», кафедры криминалистики Ижевского филиала ГОУ ВПО «Нижегородская академия» МВД РФ, в практическую деятельность ГУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы» Удмуртской республики, ОГУЗ «Челябинское областное бюро судебно-медицинской экспертизы», о чем имеются акты внедрения.

Личное участие автора

Весь материал, представленный в работе, получен, проанализирован, обработан лично автором.

По теме диссертации опубликовано 24 научных работы. Из них 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК России, 2 статьи в материалах Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Изданы 3 монографии, получены 3 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 215 листах, с приложением на 32 листах. Состоит из введения, обзора литературы, главы о материале и методах исследования, 3 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 264 источника, в том числе 33 зарубежных и приложения. Диссертация содержит 51 рисунок и 25 таблиц.

Содержание работы

Материал, методы и этапы исследования

Работа выполнена на практическом судебно-медицинском материале с применением комплекса общепринятых и специальных методов исследования по оригинальной методике. Приведены данные исследования 174 трупов, проходивших исследование в Государственном учреждении здравоохранения «Бюро судебно-медицинской экспертизы» МЗ Удмуртской республики г. Ижевска (ГУЗ Бюро СМЭ МЗ УР) и г. Уфа (Башкортостан) за период 2000-2006 гг.

В настоящей работе использовались различные методы исследования, аппаратно основанные на двух оригинальных разработках - измерение электрического сопротивления биологической ткани и коэффициента ее теплопроводности. Описание методов представлено ниже в порядке их использования в экспериментах.

1. Измерение электрического сопротивления

В качестве измерителя электрического сопротивления биологической ткани использован оригинальный прибор, в состав которого входят измерительный мост, блок синусоидального генератора, блок указателя равновесия моста, игольчатый датчик погружного типа, мультиметр DT-830. Прибор рассчитан на измерение сопротивления биологической ткани переменным напряжением различной частоты (Рис. 1).

Центральной частью используемого измерительного прибора является так называемый «мост Уитстона» (Юинг Г.В., 1963), относящийся к классу измерительных мостов на переменном токе.

Рис. 1. Внешний вид прибора и мультиметра DT-830.

Особенностью примененной схемотехнической разработки является значительный диапазон частот тока исследования (10...106Гц) при низких значениях коэффициента гармоник и неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). При этом с целью минимизации возможности ионизации жидкой части измеряемой биологической ткани, напряжение генератора стабилизировано на уровне 1 В.

Измерения электрического сопротивления производились на пяти дискретных частотах 10 Гц, 100 Гц, 1 КГЦ, 10 КГЦ, 100 КГЦ.

Поскольку величина сопротивления биологической ткани во многом определяется частотой переменного тока, используемого для измерения (Слынько П.П., 1972; Андреев В.С., 1973), использование токов различных частот позволяет более точно оценить вклад каждой из ее компонентов в общий импеданс.

Используемый нами диапазон (10 Гц - 100 КГЦ), позволяет оценить электрическую цепь при максимальном значении емкостного сопротивления (на частоте 10 Гц) и в случаях, когда его вклад в суммарный импеданс цепи настолько мал, что он определяется исключительно величиной резистивной составляющей.

2. Измерение теплопроводности кожи

Для определения теплопроводности исследуемых образцов применялась специально разработанная совместно с кафедрой вычислительной техники ИЖГТУ (Благодатских А.В., 1999) установка, использующая метод плоского слоя, с целью создания стационарного теплового потока, перпендикулярно плоскости образца (рис. 2).

Конструктивно установка представляет собой последовательно вертикально расположенные элементы - нагреватель, датчик и холодильник.

Количество замеров коэффициента теплопроводности на один эксперимент составляло от 45 до 400 с интервалом в 0,5 минуты. Всего произведено более 24000 замеров.

3. Измерение электрического сопротивления тканевых жидкостей и плазмы крови

Объекты измельчались хирургическими ножницами и тщательно истирались в фарфоровой чашечке до получения однородной массы.

Полученная масса собиралась в стандартную стеклянную пробирку и подвергалась центрифугированию на центрифуге ОПН-8УХЛ в течение 50 мин на скорости 5000 об/мин.

Рис. 2. Установка для определения теплопроводности

Надосадочная жидкости в количестве около 1,0 мл собиралась в одноразовый пластиковый шприц объемом 2 мл. После контроля отсутствия в жидкости клеточных элементов и коллагеновых волокон ткани производилось трехкратное измерение электрического сопротивления на всех частотах тока исследования.

Всего было изучено 40 образцов жидкой крови от трупов 40 лиц различного пола и возраста. Проведено 360 измерений.

Анализ полученных результатов осуществлялся в соответствии с правилами принятыми для медицинской статистики (Елисеева И.И., Юзбашев М.М., 1996; Айвазян С.А., Мхитарян В.С., 1998): В качестве платформы для проведения математической обработки полученных результатов использован персональный компьютер с процессором Celeron 1700 и операционной системой Windows 2000. В процессе формирования базы данных, статистической обработки данных и оформления полученных результатов использовались программа обработки электронных таблиц Microsoft Excel XP, текстовый редактор Microsoft Word XP, статистический пакет SPSS 13,0 for Windows.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализируя результаты проведенных ранее исследований, в том числе биофизическими способами, можно сделать вывод о том, что их не следует считать исчерпывающими, т. к. они показывают только общую картину изученных явлений и некоторые факторы, которые, влияя на абсолютную величину параметра, не рассматривались в контексте адаптивного, системного подхода к их изучению.

На первом этапе исследований, изучая сопротивление биологических тканей переменному току различной частоты, установлено, что импеданс области кровоподтека, достоверно отличается от неповрежденного участка (Рис. 3-4).

Рис. 3. Величина электрического сопротивления области центральной части кровоподтека

Рис. 4. Величина электрического сопротивления контрольного участка тела

Установлено, что среднее значение импеданса кожи находится на уровне 9,73 - 10,22 для зоны кровоподтека и 10,37 - 10,90 для контрольного участка. Ошибка среднего арифметического (m) во всех случаях составляла не более 0,08, что косвенно свидетельствует о высокой точности проведения измерений.

Факт изменения электропроводящих свойств кожи в ответ на повреждение, не сопровождающееся внешним нарушением ее целостности (формирование кровоподтека), подтверждено нами проведением парного межгруппового анализа с использование критерия Стьюдента.

Таблица 1. Вычисленные значения коэффициента Стьюдента в соотношении с его критической величиной при сравнении средних значений импеданса повреждения и группы контроля (Р?95)

100,0 1КГЦ 10КГЦ 100КГЦ

Коэфф. Стьюдента 6,495 6,455 6,328 6,157

Колво степеней свободы 362 362 362 362

Критическое значение t 1,960 1,960 1,960 1,960

На современном этапе развития физико-математических способов описания выявляемых на биологическом объекте изменений одним из наиболее жестких требований является точное соответствие предлагаемого исследователями математического выражения конкретным условиям проведения измерения, либо индивидуальным особенностям данного анализируемого объекта, что возможно только в рамках, так называемого, «адаптивного подхода» (Швед Е.Ф., 2006).

Применительно к настоящей работе следование принципам адаптивного подхода заключалось в неукоснительном соблюдении нескольких условий: - исследование в качестве «контрольных» участков зон неповрежденной кожи (без кровоподтека) того же трупа, на котором производилось измерение импеданса повреждения;

- исследование дифференциального показателя диагностического процесса, как разницы между величиной импеданса поврежденного и неповрежденного участков соответственно: (1) где - дифференциальное сопротивление; - эл. сопротивление повреждения; - эл. сопротивление симметричного участка.

При этом отказ от абсолютных значений исследуемых параметров, замена их дифференциальными, позволяет не учитывать некоторые индивидуальные особенности изучаемых объектов, а сосредоточиться исключительно на динамике диагностического процесса.

Рассматривая последнюю, нами установлена четкая стадийность импеданса тканей области кровоподтека (Рис. 5), что подтвердило наше мнение о принципиальной возможности использования анализируемого параметра в качестве диагностического критерия давности травмы.

Рис. 5. Стадийность динамики дифференциального электрического сопротивления кожи в зависимости от давности травмы

При этом, как было установлено в ходе статистического исследования, динамика импеданса кровоподтека не зависит от пола и возраста пострадавшего (Таблица 2, Рис. 6).

Таблица 2 Вычисленные значения коэффициента Стьюдента в соотношении с его критической величиной при Р?95 при сравнении «мужской» и «женской» выборок

120

Коэфф. Стьюдента 1,474 0,392 1,472 0,811

Колво степеней свободы 50 74 12 38

Критическое значение t 2,009 1,993 2,179 2,024

В ходе же изучения влияния алкоголя в крови пострадавших на результаты экспериментального исследования установлено, что величина этанолэмии на момент смерти не оказывает какого-либо влияния на дифференциальное значение импеданса тканей ( ) (Рис. 7).

Рис. 6. Значения коэффициента корреляции Пирсона между величиной дифференциального сопротивления и возрастом исследуемого лица

Рис. 7. Значения коэффициента корреляции Пирсона между величиной дифференциального сопротивления и величиной этанолэмии

Данный факт объясним тем, что представленный выше анализ, являясь традиционным в плане стандартного его использования в научных исследованиях, по сущности своей является не совсем корректным. Происходит сравнение двух патофизиологических процессов, один из которых - опьянение, является скоропреходящим, а другой - восстановление ткани после повреждения, занимает длительное время. Действительно, было бы неверным полагать, что однократное употребление этилового спирта, пусть даже и в больших дозах, способно значительно изменить течение репаративных процессов в организме человека в последующем. Иная ситуация возможна при систематическом употреблении алкоголя, т.к. при ежедневном поступлении его в организм, комплекс патофизиологических изменений весьма разнообразен и захватывает самые различные органы и ткани (Пермяков А.В., Витер В.И., 2002), в т.ч., изменяя их реактивные свойства (Дынкина И.З., 1981).

Выявление таковых лиц, среди всей массы проведенных экспериментов, производилось путем расспроса родственников и работников правоохранительных органов о вредных привычках покойного. Катамнестические данные во всех случаях подтверждались результатами танатологического и гистологического исследований. Обращалось внимание на наличие признаков алкогольной болезни сердца (I42.6), печени (К70), энцефалопатии (G31.2) и других признаков, позволяющих подтвердить факт систематического употребления алкогольных продуктов.

В ряде случаев в связи с невозможностью однозначного отнесения наблюдения в какую-либо подгруппу (отсутствие катамнестических данных, сомнения в толковании результатов судебно-гистологического исследования) данные исключались из анализа.

Данный способ, используемый в статистических исследованиях на этапе подготовки материала к анализу, позволяет избежать возникновения ошибки, связанной с неправильной трактовкой нами предварительных сведений о массиве исследованных данных.

Рис. 8. Значение при исследовании лиц, систематически употреблявших алкоголь при жизни, и контрольной группы («норма»)

Установлено, что во всех случаях вычисленные значения для группы лиц с признаками систематического употребления алкоголя при жизни несколько ниже таковых группы контроля - лиц с отсутствием признаков заболеваний внутренних органов, характерных для хронического воздействия этанола (Рис. 8).

Как следует из результатов парного межгруппового сравнения (Таблица 3), у лиц, систематически употреблявших алкоголь при жизни, различия между участком неповрежденной кожи (контроль) и областью кровоподтека не столь выражены, как у лиц, не употребляющих алкогольные напитки.

По нашему мнению, это обусловлено своеобразными изменениями сосудистых стенок, а так же в целом нарушениями электролитного обмена в тканях, что является одним из характерных действий этилового спирта (Мазикова О.Б., 1954; Осипов А.И. с соавт., 1981; Рубинчик М.М., Богданович Н.К., 1981).

Таблица 3 Вычисленные значения коэффициента Стьюдента в соотношении с его критической величиной при Р?95 при сравнении подгрупп «признаки алкоголя» и «норма»

120

Коэфф. Стьюдента 5,752 6,799 18,066 3,136

Колво степеней свободы 40 62 12 30

Критическое значение t 2,009 1,993 2,179 2,024

Правильное понимание выявляемых экспериментально изменений, некоторые из которых представлены выше, по нашему мнению, невозможно без четкого представления сущности процессов, обусловливающих изменение импеданса биологической ткани в ответ на ее повреждение, для чего в последующем был проведен ряд специфических исследований, составивших вторую часть настоящей работы.

Перспективность и целесообразность импедансометрии для диагностики давности травмы ранее уже обосновывалась некоторыми судебно-медицинскими исследованиями (Пиголкин Ю.И., Коровин А.А., 1999; Халиков А.А., Вавилов А.Ю., Хасанянова С.В., 2005).

Тем не менее, сущность происходящих в тканях изменений, обусловливающих импедансометрические особенности повреждений, ранее не была раскрыта.

Как было указано ранее (Ремизов А.Н., 1987) и подтверждено в ходе нашего исследования, с увеличением частоты тока исследования отмечается достоверное уменьшение импеданса исследованных объектов. Анализируя ситуацию с позиций электротехники, представляется единственно верным заключение о наличии в исследуемой электрической цепи конденсатора, емкостное сопротивление которого, являясь частотно зависимым показателем, обусловливает в целом зависимость от частоты тока исследования полный импеданс изучаемой биологической ткани. В качестве такового в структурно неповрежденной ткани выступают биологические мембраны клеток, за счет способности их к поляризации - накопления электрического потенциала на различных поверхностях клеточной стенки (Тарусов Б.Н., Колье О.Р., 1968).

При этом наиболее обоснованным физико-математически является следующее современное схемотехническое представление биологической ткани (Рис. 9):

Рис. 9. Эквивалентная электрическая схема биологической ткани

Конденсатор Xc соответствует емкостному сопротивлению клеточных мембран, а резисторы R1 и R2 отражают резистивные сопротивления вне- и внутриклеточных электролитов соответственно.

Общее сопротивление данной цепи описывается следующим уравнением: (2)

ГДЕRОБЩ - общее сопротивление цепи (биологической ткани) (Ом);

R1 - омическое сопротивление внеклеточных электролитов (Ом);

R2 - омическое сопротивление внутриклеточных электролитов (Ом);

XC - емкостное сопротивление биологических мембран (Ом).

Как видно из уравнения 2, все входящие в него величины находятся в полном взаимодействии и изменение любого из компонент отразиться на общем сопротивлении изучаемой биологической ткани. Естественно, что абсолютная величина последнего будет определяться тем, в какой именно из компонент схемы (Рис. 9) произошли изменения, вызванные травматическим воздействием.

Для установления компонента, наиболее подверженного внешнему воздействию, проведены исследования импеданса тканевых жидкостей области кровоподтеков и неповрежденных участков (Рис. 10).

Рис.10. Импеданс тканевых жидкостей зоны кровоподтека и контрольного участка тела

Парный межгрупповой анализ установленных величин не выявил при этом существования достоверных статистических различий между сравниваемыми участками тела пострадавших, позволив, в последующем, считать электрические сопротивления тканевых жидкостей тканей кровоподтека и неповрежденного участка равными.

При этом нами установлено, что импеданс тканевых жидкостей является постоянной величиной, что облегчает ее учет в последующем.

Поскольку все факторы (общее сопротивление тканей области кровоподтека и контрольного участка, значения импеданса тканевой жидкости), по нашему мнению, являющиеся необходимыми для расчета, установлены, нам представилось возможным перейти собственно к разработке методики определения емкостного сопротивления биологической ткани, что и было осуществлено с помощью математико-схемотехнического моделирования - составив следующий раздел нашей работы.

Таблица 4 Вычисленные значения коэффициента Стьюдента в соотношении с его критической величиной при Р?95 при сравнении средних значений импеданса электролитов зоны кровоподтека и контрольного участка

100,0 1КГЦ 10КГЦ 100КГЦ

Коэфф. Стьюдента 0,855 0,290 1,495 1,389

Колво степеней свободы 28 28 28 28

Критическое значение t 2,048 2,048 2,048 2,048

Для этого нами использована специализированная компьютерная программа Electronics Workbench 8.0 Trial, в которой была смоделирована изучаемая электрическая цепь, эквивалентная структурно биологической ткани, и изучено протекание электрического тока различной частоты при изменении параметров данной цепи.

В программе Electronics Workbench 8.0 Trial составлена электрическая цепь, эквивалентная участку биологической ткани, заключенному между электродами используемого нами измерительного прибора (Рис. 11) с включением в нее широкодиапазонного синусоидального генератора и микроамперметра переменного тока. Параметры компонентов заданы таким образом, чтобы они полностью соответствовали реальным условиям экспериментального исследования.

На различных частотах (10 Гц - 100 КГЦ) моделировалось прохождение переменного электрического тока через цепь с вычислением ее полного сопротивления.

Изменения величины емкостного сопротивления моделировалось путем последовательного увеличения емкости конденсатора C1 в пределах от 10 ПФ до 1 МКФ (в 1?106 раз).

Рис. 11. Схема эмуляции процесса измерения импеданса биологической ткани

Сопротивления резисторов R1 и R2 заданы равными 16 КОМ, что, как было установлено нами ранее с определенной степенью допущения, соответствует нормальному значению импеданса тканевой жидкости.

Смоделированные значения величины тока через изучаемую цепь и соответствующие им значения ее импеданса, представлены в таблице 5.

Установлено, что наиболее близкие по характеру распределения расчетные значения импеданса цепи их реальным величинам, полученным экспериментально, соответствуют значениям емкости С1 в интервале от 1 до 100 НФ.

Воспользовавшись уравнением 2, рассчитаем величину емкостного сопротивления XC на разных частотах, и определим теоретическую величину вклада емкостного сопротивления в общий импеданс исследуемой биологической ткани (Таблица 6).

Как следует из представленной таблицы 6, несмотря на значительные изменения величины емкостного сопротивления (со 159 КОМ до 15 Ом), общее значение импеданса цепи меняется не более чем на 6 КОМ, что обусловлено влиянием на Rобщ значения R1 - импеданса внеклеточных электролитов ткани.

Таким образом, сопротивление внеклеточных электролитов оказывает «скрадывающий» эффект, маскируя величину изменения XC - степень повреждения клеточных мембран.

Таблица 5 Значения величины тока (Y, МКА) через цепь и соответствующие им значения ее импеданса (R, Ом)

10 PF 100 PF 1 NF

Гц Y R Y R Y R

10 62,49 16002,6 62,50 16000,0 62,51 15997,4

100 62,50 16000,0 62,50 16000,0 62,51 15997,4

1000 62,50 16000,0 62,50 16000,0 63,45 15760,4

10000 62,51 15997,4 63,44 15762,9 99,35 10065,4

100000 63,45 15760,4 99,38 10062,4 124,60 8025,7

10 NF 100 NF 1 MF

Гц Y R Y R Y R

10 62,52 15994,9 63,45 15760,4 99,34 10066,4

100 63,45 15760,4 99,35 10065,4 124,50 8032,1

1000 99,35 10065,4 124,50 8032,1 125,00 8000,0

10000 124,60 8025,7 125,00 8000,0 125,00 8000,0

100000 125,00 8000,0 125,00 8000,0 125,00 8000,0

Таблица 6 Значения емкостного сопротивления (XC, Ом) при емкости конденсатора 100 НФ и расчетные значения импеданса биологической ткани (Rобщ, Ом)

Гц C XC Rобщ

10 100 НФ 159235,67 14661,34

100 100 НФ 15923,57 10658,16

1000 100 НФ 1592,36 8379,22

10000 100 НФ 159,24 8039,61

100000 100 НФ 15,92 8003,98

Кроме того, результатом проведенного исследования явилась методика расчетного определения величины емкостного сопротивления, допускающая использование ее в практической деятельности:

(3)

ГДЕRОБЩ - общее сопротивление цепи (биологической ткани) (Ом);

RТКЖ - омическое сопротивление тканевой жидкости исследуемой области тела (Ом);

XC - емкостное сопротивление биологических мембран (Ом).

В дальнейшем, по разработанной нами методике, был произведен перерасчет значений импеданса тканей области кровоподтека и контрольной группы, с целью установления величины емкостного сопротивления данных участков.

Изучая данные величины, подтверждено, что именно изменением величины емкостного сопротивления в ответ на повреждение биологической ткани, обусловлены изменения ее биофизического состояния, фиксируемые методом импедансометрии.

Емкостные сопротивления тканей области кровоподтека и контрольного участка достоверно различаются между собой (значение t-критерия 4,588 при критическом значении t=1,972 для Р>95). При этом в отличие от ранее исследованного общего сопротивления биологической ткани, разница между указанными значениями, выраженная в абсолютных числах имеет больший размер (6,34 КОМ против 0,64 КОМ общего сопротивления - раздел 3.2 Главы 3), что облегчает учет выявляемых изменений.

Изучая возможность влияния на величину емкостного сопротивления биологической ткани половой принадлежности исследуемого субъекта, его возраста, давности смерти и значения этанолэмии, зависимостей не обнаружено.

Все три представленных фактора оказывают существенное влияние на клеточные мембраны, а, следовательно, как мы предполагали первоначально, и на величину емкостного сопротивления ткани.

Так в частности с увеличением возраста снижается проницаемость гемотканевого барьера, связанная со снижением роли эндотелия в транспорте веществ (Королев В.В., 1973), происходит общее увеличение объема интерстициальной ткани (Беляева Н.Н., 1957; Волкова О.В., Пекарский М.И., 1976). Наблюдается атрофия и дистрофия отдельных клеток капиллярного звена. Некоторые исследователи, тем не менее, считают клеточную мембрану достаточно устойчивой и мало изменяющейся в процессе старения (Артюхина Н.И., 1979). Однако в процессе старения в наружной клеточной мембране все же наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения.

Между тем, проведенными нами исследованиями зависимости между возрастом и значением емкостного сопротивления ткани не установлено. Возможно, это обусловлено тем, что согласно современной классификации, основанной на оценке многих средних показателей состояния организма, пожилыми, следует считать людей, хронологический возраст которых достиг 60-74 лет (Ярыгин В.Н., 2003). Именно начиная с данного возрастного периода, начинают фиксироваться указанные выше изменения тканей организма. В настоящей же работе изученный интервал, хотя и составляет 25-85 лет, характеризуется явным преобладанием лиц молодого возраста (155 объектов лиц молодого возраста против 24 лиц пожилого).

Преобладание «молодых» лиц над «пожилыми» объясняется более активным социальным образом жизни первых, в связи с чем, они чаще чем «пожилые» являются объектами судебно-медицинского исследования в случаях различного рода травм.

Как указывалось в литературе (Пиголкин Ю.И., Коровин А.А., 1999; Пиголкин Ю.И. и др., 2000; Никифоров Я.А., 2003; Никифоров Я.А., Прошутин В.Л., 2003), длительность посмертного периода, является фактором, влияющим на значение импеданса биологической ткани.

Тем не менее, необходимо отметить, что все выявляемые указанными выше авторами изменения, фиксировались только на поздних сроках посмертного периода (более 3-х, 4-х суток), в то время как в настоящей работе максимальная давность смерти исследуемых лиц составляла не более 60 часов. Изучение же биофизических показателей тканей организма на поздних сроках посмертного периода, хотя и представляет безусловный научный и практический интерес, в задачи настоящего исследования не входило.

Поскольку одним из действий алкоголя на клеточные мембраны является увеличение их проницаемости (Томилин В.В., Ширинский П.П., Капустин А.В., 1982), что в большей степени характерно для острой этанолэмии, нежели для хронического воздействия (Мазикова О.Б., 1954), мы так же ожидали установления зависимости между концентрацией алкоголя в крови и значением емкостного сопротивления ткани.

Тем не менее, проведенным анализом таковой зависимости установлено не было. Объяснением этого может явиться то обстоятельство, что как уже было доказано нами ранее (раздел 4.1.1), изменения количества тканевой жидкости (что сопровождает повышение сосудистой проницаемости на фоне этанолэмии) не способно оказать влияния на величину емкостного сопротивления ткани. Клеточные же мембраны, оставаясь структурно неповрежденными, сохраняют при алкогольной интоксикации свои поляризационные свойства, и, следовательно, свое сопротивление.

Изучая динамику емкостного сопротивления области кровоподтека (Рис. 12), для чего нами специально были отобраны случаи с заведомо точно известным временем травмы, установлено, что в течение первых 60 часов наблюдается закономерное уменьшение анализируемой величины, описываемое экспоненциальным уравнением вида: (4)

гдеу - величина емкостного сопротивления на момент окончания исследования, R - значение емкостного сопротивления на момент начала исследования, x - время, а - коэффициент, характеризующий наклон тренда и, соответственно, темп изменения емкостного сопротивления.

Тщательный разбор математической зависимости емкостного сопротивления от давности травмы и соотнесение его с внутренним контролем в рамках адаптивного подхода, позволило разработать математическое выражение, применение которого в течение первых 60 часов способно объективизировать процесс диагностики времени травмы: (5)

Где ДП - искомая давность повреждения (час), RП - величина емкостного сопротивления повреждения (КОМ), RK - значение емкостного сопротивления контрольного участка (КОМ), а - коэффициент, характеризующий динамику изменения емкостного сопротивления.

Рис. 12. Изменение величины емкостного сопротивления области кровоподтека в динамике после травмы по стадиям процесса

Поскольку в основе определения давности травмы предлагаемым нами способом лежит количественный метод, применение его сопровождается установлением давности повреждения, выражаемой численно, в часах с момента травмы до момента смерти.

Ранее в литературе неоднократно указывалось, что многие физические величины, несмотря на различную сущность обусловливающих их процессов, имеют сходный характер изменения под влиянием факторов окружающей среды.

Наиболее часто сопоставимыми являются тепловые и электрические процессы (Новиков П.И., 1986; Толстолуцкий В.Ю., 1995; Куликов В.А., Вавилов А.Ю., Рамишвили А.Д., 1997). Между тем, различие физической сущности этих процессов является фактором, определяющим некоторые особенности, не позволяющие принять их в качестве полных аналогов друг друга, но совместное их применение, комплексом устанавливаемых и оцениваемых величин, по нашему мнению, способно повысить точность диагностики давности травмы.

В отличие от электрических процессов, процессы теплопередачи обусловливаются за счет компонента ткани, имеющего максимальную теплопроводящую способность, каковым является жидкая составляющая. Вода в отличие от всех прочих компонентов биологической ткани имеет самую высокую теплопроводность (Благодатских А.В., 1999) и именно изменениями ее количества в ткани объясняются некоторые особенности, фиксируемые исследователями при проведении экспериментов (Вавилов А.Ю., 2000; Хохлов С.В., 2001).

Именно в связи с данным обстоятельством, нами было решено провести очередное экспериментальное исследование, составившее следующий раздел работы, с целью математического описания выявляемых изменений в рамках используемого нами адаптивного подхода и комплексной оценки получаемых результатов.

Изучая коэффициент теплопроводности тканей области кровоподтека и неповрежденных участков тела методом, подробное описание и практическое внедрение которого осуществляется с 2000 года (Вавилов А.Ю., 2000; Хохлов С.В., 2001) была использована своеобразная оценка фиксируемых изменений, не применяемая ранее.

В отличие от предыдущих исследователей, нами предложено использование дифференциального показателя теплопроводности, что позволило более объективно подойти к оценке изменений теплопроводности биологической ткани в ответ на ее повреждение.

Рассматривая динамику дифференциального показателя теплопроводности, установлено, что в отличие от дифференциального значения сопротивления, изученного ранее в Главе 3, данный показатель характеризуется равномерным его уменьшением в течение всего рассматриваемого нами периода (Рис. 13).

Рис.13. Динамика дифференциального показателя теплопроводности в зависимости от давности травмы

По нашему мнению, принципиальное отличие динамики дифференциального показателя теплопроводности от подобного показателя импеданса биологической ткани, объясняется различием сущностных сторон явлений, обусловливающих изменение соответственно теплопроводности и электрического сопротивления в зоне кровоподтека.

В ранних работах, посвященных изучению теплопроводящих свойств биологической ткани тела человека (Вавилов А.Ю., 2000; Бабушкина К.А., 2006) неоднократно указывалось на зависимость теплопроводности от концентрации алкоголя в крови человека на момент его смерти. Тем не менее, проведенными нами исследованиями, такой зависимости обнаружено не было (Рис. 14).

Рис. 14. Значения коэффициента корреляции Пирсона между дифференциальным показателем теплопроводности и величиной этанолэмии

Полученный результат только на первый взгляд является противоречащим приведенным выше научным работам.

Безусловно, теплопроводность биологической ткани зависит от концентрации этанола в крови человека. Отсутствие в наших расчетах таковой зависимости обусловлено тем, что анализу подвергнуты не абсолютные значения теплопроводности, что проделано в предыдущих работах, а величина ее изменения после травмы - дифференциальный показатель теплопроводности. Изменение же последнего, оказалось не зависящим от величины этанолэмии на момент смерти пострадавшего.

Более интересны, на наш взгляд, результаты, получаемы при анализе группы лиц, систематически употреблявших алкоголь при жизни.

Во всех группах, сформированных по признаку давности травмы (Рис. 15), в подгруппе лиц систематически употреблявших алкоголь («признаки алкоголя») значения дифференциального показателя теплопроводности несколько превышали таковые для группы лиц, алкоголем не злоупотреблявших («норма»), что подтверждено статистически.

Рис. 15. Значение ДПТ при исследовании лиц, систематически употреблявших алкоголь при жизни, и контрольной группы («норма»)

Таким образом, наиболее значимым с точки зрения влияния на величину дифференциального показателя теплопроводности, является не количество алкоголя в крови пострадавшего, а систематичность употребления его при жизни.

Проведенный в последующем многофакторный регрессионный анализ, позволил нами разработать выражение, математически описывающее установленные нами особенности изучаемых биофизических показателей, в рамках адаптивного подхода, показав их комплексную взаимозависимость: (6)

Где ДПК - давность причинения кровоподтека (час); ДПТ - дифференциальный показатель теплопроводности; Хс - значение емкостного сопротивления кровоподтека (КОМ).

Сопоставление расчетных значений ДПК с полученными экспертным путем, подтвердило достаточно высокую точность представленного математического выражения (Рис. 16).

Рис. 16. Соотношение реального значения давности травмы (ось Х) и его вычисленных значений (ось У)

Тем не менее, анализируя ее, установлено, что в течение первых десяти часов после травмы отмечается некоторое расхождение между расчетными значениями ДПК и реальными. При этом фиксируется ошибка расчета ДПК в сторону уменьшения ее значений. В последующем, начиная с 10 часов, ошибки ДПК не отмечено.

Таким образом, учитывая возможность ошибки определения ДПК на ранних стадиях развития кровоподтека, можно рекомендовать разработанное нами уравнение для расчета ДПК в пределах 10-60 часов после травмы.

Проводимые нами «слепые опыты», с анализом получаемых результатов, как комплексным способом, так и исключительно по величине емкостных сопротивлений биологической ткани, подтвердив вышеуказанное, позволили сформировать ряд практических рекомендаций, выполнение которых объективизирует результаты судебно-медицинских исследований, подкрепляя данные качественных морфологических исследований количественными способами.

Выполнение работы сопровождалось созданием методик, приоритет которых подтвержден получением трех патентов на изобретения (Патенты №№ 2328737, 2328738, 2328739. Приоритет от 26.02.07 г.).

Выводы

1. Результатом работы явилось создание оригинальной методики оценки результатов биофизических исследований тканей трупа, осуществляемых комплексным способом с позиций адаптивного похода, что позволило раскрыть сущностные стороны процессов, регистрируемых объективно численным способом.

2. Установлено, что фиксируемые экспериментально изменения общего электрического сопротивления биологической ткани в ответ на ее повреждение, обусловлены изменением значения емкостного сопротивления клеточных мембран, для установления величины которого, разработана оригинальная методика, позволяющая на макроуровне оценить степень повреждения микроструктур (клеточных мембран).

При этом абсолютная величина емкостного сопротивления биологической ткани, в норме составляя 18,66±1,08 КОМ, не завися от пола и возраста исследуемых лиц, а так же их давности смерти и величины этанолэмии на момент смерти, при механическом повреждении, меняется в широком диапазоне. Тем не менее, ее вклад в общий импеданс биологической ткани является сравнительно небольшим, что обусловлено «скрадывающим», маскирующим эффектом влияния тканевых жидкостей;

3. Для оценки степени изменений физических характеристик поврежденной биологической ткани разработана математическая модель, в динамике описывающая фиксируемые биофизические параметры, рассматриваемые с позиций многофакторности их взаимодействий;

4. Установлены математические критерии давности механических повреждений, в качестве которых приняты дифференциальное емкостное сопротивление и дифференциальный показатель теплопроводности, с высокой степенью достоверности (R2 = 0,9994) оптимизирующие диагностику давности травмы.

5. Комплексная оценка изменений физического состояния биологической ткани позволила разработать ряд практических рекомендаций, предусматривающих установление давности повреждений как «экспресс-методом» на месте происшествия, так и с высокой степенью точности последовательным клинико-лабораторным исследованием. При этом мнение лица, проводящего практическую судебно-медицинскую экспертизу, подтверждается объективными результатами количественных исследований, не применяемых в судебной медицине ранее.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Учитывая различия в возможности применения программно-аппаратных средств в условиях судебно-медицинской лаборатории и при исследовании трупа на месте происшествия, нами созданы две методики, первая из которых, отличаясь простотой и возможностью использования ее в качестве «экспресс-метода» позволяет быстро осуществить расчет давности причинения кровоподтека, обладая, впрочем, несколько повышенной погрешностью.

Второй способ, требуя проведения нескольких инструментальных исследований, занимает достаточно продолжительное время в условиях судебно-медицинской лаборатории, но отличается высокой точностью.

1. Экспресс-метод диагностики давности кровоподтека: - используя любой стандартный электронный мультиметр, позволяющий производить измерение сопротивления переменным током, осуществить вкол игл датчика на всю их глубину в центральную часть кровоподтека, получив, таким образом, значение общего сопротивления тканей