Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 11
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 45
2.1. Объекты исследования 45
2.2. Методы исследования 54
ГЛАВА 3. Применение метода безэталонной лазерной масс-спектрометрии для установления общих признаков личности 60
3.1. Характеристика лазерного масс-спектрометра 60
3.2. Принцип работы лазерного масс-спектрометра 61
3.3. Количественный анализ методами внутреннего внешнего стандартов 67
3.4. Метод безэталонного количественного анализа 74
ГЛАВА 4. Судебно-медицинское значение элементного состава костной ткани человека 89
4.1. Качественный и количественный элементный состав костной ткани человека 89
4.2. Установление зависимости между элементным составом костной ткани и общими признаками личности 98
4.3. Установление половой принадлежности по элементному составу костной ткани 102
4.4. Установление возраста мужчин по элементному со- ставу костной ткани 107
4.5. Установление длины тела мужчины на основе различий в элементном составе костной ткани в двух ростовых группах 111
4.6. Выявление неравномерности распределения элементного состава для различных костей скелета 115
4.7. Алгоритмы для установления общих признаков личности на основе результатов элементного состава костной ткани 121
4.8. Практическое применение предложенных алгоритмов по установлению общих признаков личности человека 126
Заключение 138
Выводы 148
Практические рекомендации 150
Список литературы
- Методы исследования
- Принцип работы лазерного масс-спектрометра
- Установление зависимости между элементным составом костной ткани и общими признаками личности
- Выявление неравномерности распределения элементного состава для различных костей скелета
Методы исследования
Проблема судебно-медицинской идентификации личности стала более актуальной в последние годы и к ней в своей работе обращается все большее количество авторов. Данное состояние проблемы связано с существованием контингентов населения с профессионально и территориально предопределённым риском для жизни, опасностью возникновения локальных вооружённых конфликтов, террористических действий незаконных вооружённых формирований, техногенных катастроф, природных катаклизмов, осложнением криминогенной обстановки и возрастающей численностью ежегодно пропадающих без вести граждан Российской Федерации. Как правило, установление личности неопознанных погибших сопряжено с использованием неполноценной информации по совокупности идентифицируемых признаков.
Совершенствование организации и технологии идентификации личности погибших в локальных вооружённых конфликтах, учитывая особенности современной боевой травмы и массовость потока обезличенных, являются практически насущной проблемой военной судебной экспертизы, социально-значимым и наукоёмким направлением развития системы медицинского и тылового обеспечения.
Создание надёжного механизма дифференциации безвозвратных потерь на категории погибших и пропавших без вести предупреждает неоправданное завышение численности военнопленных. Его косвенным следствием является погашение деструктивной антиармейской активности СМИ, а также ряда общественных организаций и зарубежных спецслужб, положительное влияние на выполнение планов призыва, ослабление тен 12 денций деморализации армии и населения, снижение напряжённости в обществе.
Используемые в настоящее время традиционные методики судебно-медицинской и криминалистической идентификации личности зачастую делают невозможным или затруднительным применение таких из них, как сравнительное исследование следов пальцевых узоров, прижизненных и посмертных рентгенограмм черепа и зубных рядов, фотосовмещение черепа и прижизненного фотоснимка лица, сравнительное исследование стоматологического статуса и другие.
В связи с обострением криминогенной обстановки в стране, на одно из первых мест, в практике судебно-медицинской экспертизы, вышла проблема идентификации личности.
Важнейшая составляющая данной проблемы - это повышение эффективности судебно-медицинской идентификации, которая основана на получении объективных сведений о признаках внешнего облика и биологических характеристиках неопознанного объекта и сравнении их с материалами, отображающими аналогичные признаки разыскиваемого человека. Кроме того, отождествление личности человека по признакам внешнего облика в настоящее время рассматривается, как одна из основных задач при установлении личности в ходе раскрытия и расследования преступлений. Причем, одной из наиболее актуальных проблем в практике раскрытия и расследования преступлений является проблема повышения эффективности применения информации о признаках внешнего облика человека в целях установления личности.
Сложность задач отождествления личности обусловлена большим разнообразием объектов идентификации по происхождению, состоянию и информативности, многоэтапностью экспертных исследований, необходимых для получения конечного результата; многочисленностью методов исследования, разнообразных по принципиальным основам, сложных по вы 13 полнению и оценке получаемых результатов.
Проблемой идентификации личности человека занимались многие исследователи, как в нашей стране, так и за ее пределами. Большое количество работ посвящено судебно-медицинской идентификации останков людей, погибших в результате авиационных катастроф.
Л.С.Велишева и В.В.Томилин (1981) свою работу посвятили организации судебно-медицинских исследований при авиационных катастрофах, изложили этапы исследования трупов и их частей в морге.
И.М.Алпатов, В.И.Невинчаный и А.Г.Ластовецкий (1982) систематизировали свои данные об опыте работы по идентификации личности погибших при авиационной катастрофе в аэропорту Санта-Крус-де-Тенериф на Канарских островах в марте 1977 г., унесшей жизни более 500 пассажиров. При этом, несмотря на использование различных методов и методик идентификации, были идентифицированы останки лишь 212 жертв авиационной катастрофы.
С.С.Абрамов, И.В.Алексеев, И.А.Гедыгушев и соавт. (1999) провели анализ опыта работы по идентификации останков тел погибших в результате трех авиакатастроф, произошедших на территории Иркутской области в течение 1994-1999 годов. Обосновали методологические подходы к оптимальному решению вопроса идентификации личности погибших и отметили этапы процесса идентификации тел и останков погибших людей в результате авиационных катастроф.
Также имеются работы, посвященные анализу идентификационной работы при установлении личности погибших людей в результате стихийных бедствий и техногенных катастроф.
Е.С.Тучик (1993) анализирует опыт работы по идентификации тел погибших при крупномасштабных катастрофах - кораблекрушении в Новороссийске (1986 г.), авариях на железной дороге в Арзамасе (1988 г.) и Башкирии (1989 г.), а также формулирует основные принципы организа 14 ции судебно-медицинской экспертизы при чрезвычайных ситуациях, работах по ликвидации последствий различных видов стихийных бедствий, технологических, экологических катастроф и аварий.
А.П.Чернышов, А.И.Авдеев, С.В.Леонов, В.Р.Журавлев (1996) проанализировали опыт работы судебно-медицинских экспертов при массовых человеческих жертвах после землетрясения в поселке Нефтегорске в мае-июне 1995 г. и предложили ряд практических рекомендаций по оптимизации судебно-медицинской работы организационного характера, направлениям и объему работы в целях максимально быстрой и эффективной идентификации тел погибших.
В.Н.Звягин, М.А.Григорьева, М.Е.Березовский, В.В.Королев (1998) указывают, что необходимость в исследованиях по установлению принадлежности расчлененных останков человека одному или нескольким трупам возникает при экспертизе расчлененного или сожженного трупа, при чрезвычайных ситуациях (авиационные происшествия, взрывы и пожары на предприятиях, транспорте и т.п.). Авторы предлагают методику, основанную на результатах спектрального исследования и остеометрии наиболее часто встречающихся фрагментов костей скелетов.
Ряд авторов опубликовали работы по особенностям отождествления трупов погибших в региональных вооруженных конфликтах.
И.А.Толмачев, Е.А.Дыскин, С.Л.Семенов (1996) указывают на особенности отождествления неопознанных трупов людей, погибших от боевой травмы, заметно отличающиеся от привычного хода идентификационного процесса: трупы, как правило, не могут быть подвергнуты надлежащему полноценному осмотру на месте обнаружения; часть необходимой для установления первичной информации безвозвратно утрачивается, ограниченность в силах и средствах, отсутствие необходимого для проведения экспертной идентификации достаточного времени, исключительная социальная значимость идентификации погибших.
Принцип работы лазерного масс-спектрометра
Для получения статистически значимых результатов элементного и изотопного состава костной ткани методом лазерной масс-спектрометрии, а также для выбора наиболее оптимальных режимов проведения лазерного масс-спектрометического анализа костной ткани человека применялись методы баланса, внутреннего и внешнего стандарта.
Метод внутреннего стандарта служил для снижения случайных погрешностей, связанных с изменением условий анализа от стандартного образца к пробе или от экспозиции к экспозиции.
При проведении данного метода анализа учитывалось следующее: - элемент внутреннего стандарта не должен присутствовать в пробе на уровне чувствительности метода; - концентрация элемента внутреннего стандарта должна быть на уровне содержаний определяемых элементов (чтобы измерять на тех же экспозициях); , - в качестве элемента внутреннего стандарта желательно использовать одноизотопный элемент с нечетным массовым числом (чтобы избежать наложений линий его двухзарядных ионов на линии элементов пробы).
Метод внешнего стандарта подразумевает под собой сравнительный анализ элементного и изотопного состава костной ткани человека с элементным составом эталонного образца и служит для снижения случайных погрешностей, связанных с изменением условий анализа от стандартного образца к пробе или от экспозиции к экспозиции. Метод безэталонного анализа (баланса) представляет собой расчет полученных концентраций элементного и изотопного состава костной ткани человека по методике суммирования аналитических сигналов всех составляющих масс-спектра, при условии, что сумма аналитических сигналов ионных токов всех элементов одной пробы составляет 100 %.
Полученные данные подвергались статистической обработке при помощи персонального компьютера с применением электронных таблиц Excel и пакета статистического анализа данных Statistica 6.0 for Windows (StatSoft Inc., USA). Достоверность полученных результатов проверены посредством Q-критерия оценки грубых промахов. Все количественные показатели представлены в виде Х±ш, где X - среднее значение, a m -стандартная ошибка среднего. При проверке совпадения законов распределения исследуемых количественных показателей с нормальным в группах пользовались критерием согласия Колмогорова-Смирнова. В случае нормального закона распределения достоверность различий показателей определяли при помощи t-критерия Стьюдента. В случаях, когда малый объем выборок изучаемых числовых величин лимитировал применение параметрических критериев сравнения, достоверность различий проверяли при помощи U-критерия Манна - Уитни (попарные сравнения независимых совокупностей показателей) и W-критерия Вилкоксона (сравнение попарно связанных выборок данных). Различия считали достоверными при р 0,05.
Для обобщения полученных статистически значимых результатов для всех элементов по непреобразованным данным были построены корреляционные матрицы, из которых следовало, что показатели ряда элементов статистически значимо взаимосвязаны. Для классификации объектов, описываемых многими переменными, например, в настоящей работе - половая принадлежность, или для выявления и прогноза зависимостей, описываемых градуальными признаками, в данном случае это - возраст и длина тела, был применен метод пошагового дискриминантного анализа (Лакин Г.Ф., 1980; Боровиков В.П., 1997).
Все перечисленные методы, а именно, изъятие биологического материала для исследования, метод безэталонной лазерной масс-спектрометрии, методы анализа полученных данных и математической статистики были применены в целях решения задач настоящей работы для установления общих признаков личности на основе элементного состава костной ткани человека.
Установление зависимости между элементным составом костной ткани и общими признаками личности
Данные, приведенные в таблице 3.1, свидетельствуют о том, что воспроизводимость результатов измерений несколько повышается при введении внутреннего стандарта Lu в виде раствора, по сравнению с Рг, веденным в виде порошка. Гомогенность распределения внутреннего стандарта, введенного в исследуемый образец по разработанной методике, не меньше, чем в образце сравнения.
Исследование элементного состава негомогенизированного образца костной ткани показало, что в различных слоях кости он не однороден. Кроме того, характеристики лазерного излучения зависят от состояния поверхности образца и неровности на поверхности кости, таким образом, приводят к значительным случайным погрешностям.
Сравнение масс-спектров просушенных и сырых образцов показывало, что в последних содержится значительное количество гидроксидов элементов, находящихся на уровне 10-100 масс %, таких как кальций, фосфор, магний, натрий. Линии этих гидроксидов, накладываясь на линии-других элементов, также являются источником погрешностей при обработке масс-спектра. В связи с этим при подготовке пробы необходимо было растирать образцы, просушивать их и после введения внутреннего стандарта таблетировать.
Для устранения погрешностей анализа, связанных с неоднородностью состава пробы, образец костной ткани предварительно измельчали в специальной аналитической мельнице (IKA А 11 basic), а затем растирали со спиртом в агатовой ступке трижды досуха по 15 минут. Размер частиц после окончания измельчения около 3 мкм.
Затем навеску пробы (150 мг) переносили в кварцевый тигель (объемом 5 мл) и помещали в термостат, где при температуре 110 С доводили до постоянного веса посредством удаления гигроскопической воды. Высушенные пробы хранили в эксикаторе до введения внутреннего стандарта.
Исходя из имеющейся информации об ориентировочном составе элементов и изотопов, содержащихся в костной ткани (извне или по предварительному обзорному анализу), было учтено следующее: - элемент внутреннего стандарта не должен присутствовать в пробе; - концентрация элемента внутреннего стандарта должна быть на уровне содержаний определяемых элементов (чтобы измерять на тех же экспозициях); - в качестве элемента внутреннего стандарта желательно использовать одно-изотопный элемент с нечетным массовым числом (чтобы избежать наложений линий его двухзарядных ионов на линии элементов пробы).
Поскольку КОЧ зависит от природы химической связи, внутренний стандарт должен был введен в пробу и в стандартный образец в одной форме, по возможности близкой к той, в которой находились в пробе определяемые элементы.
Основное внимание уделяли отношению распространенностей изотопов элемента внутреннего стандарта. Хорошие результаты в качестве внутреннего стандарта для элементного анализа костной ткани дал лютеций, имеющий два изотопа с отношением их распространенностей 37,4. Кроме того, для охватывания всего диапазона содержаний элементов в некоторых случаях наряду с лютецием вводился празеодим.
Для приготовления стандартного раствора - навеску особо чистого оксида лютеция (сумма примесей 10"4 масс %) помещали в тигель, добавляли концентрированную азотную кислоту и при нагревании доводили до мокрой соли, которую затем количественно переносили в мерную колбу и разбавляли деионизованной водой. Титр лютеция в растворе, определённый весовым методом из нескольких аликвот, обычно составляет около 1 мг/мл; рН раствора 1-3. При этих условиях потери лютеция минимальны. Периодически титр лютеция в растворе контролировали. Непосредственно перед введением лютеция в пробу исходный раствор разбавляли деионизованной водой до нужной концентрации, которую рассчитывали для каждой пробы после её предварительного обзорного анализа.
Также использовался готовый стандартный раствор. Чтобы охватить весь диапазон содержания элементов в пробе, её делили на две части, если позволяла навеска, и вводили в них лютеций так, чтобы его концентрация в двух навесках различалась в 200 раз. Объём вводимого раствора должен быть надёжно измеряемым, и, в тоже время, не превышать объёма пробы во избежание потерь материала на стенках тиглей. Следовательно, степень разбавления исходного раствора определялась содержанием искомых элементов и объёмом пробы (навеской).
Так, если концентрации лютеция в двух навесках пробы составляли 5-10" и 2-10" масс %, то можно было определять содержание элементов от 5 масс % до 5-Ю масс % на одной экспозиции с лютецием, сравнивая аналитические линии, имеющие близкие коэффициенты пропускания.
Раствор вводили с помощью микропипетки объёмом 0,1 мл с ценой деления 0,001 мл. Минимальный объём раствора (около 0,025 мл) лимитируется объёмом одной капли.
В случае, если количество пробы недостаточно для того, чтобы разделить её на две части, в пробу вводили два внутренних стандарта: для определения содержаний основных компонентов пробы и для малых количеств содержащихся элементов. Расчёт количеств стандартов производится для каждой пробы таким образом, чтобы содержание празеодима было на уровне содержания 10 масс % (для расчёта концентраций кальция и фосфора), а содержание лютеция - на уровне 0,1 масс % для определения остальных элементов (кроме органической основы, состоящей из водорода, углерода, азота и кислорода). Расчёт органической основы производился вычитанием концентраций всех элементов из ста процентов.
Порошок оксида празеодима просушивался в сушильном шкафу при 105 С до постоянного веса. Рассчитанная навеска просушенного порошка добавлялась в подготовленную, как описано выше, навеску пробы и тщательно перемешивалась (с добавлением спирта) фторопластовой палочкой. Затем в полученную смесь вводили лютеций в виде раствора. После введения стандартов образцы просушивали в термостате при 105 С.
Пробу в нагретом состоянии равномерно укладывали в пресс-форму, покрывали плёнкой из фторопласта, после чего прессовали на ручном о прессе под давлением Рх= 5-10 Па. Таблетка готова к анализу после трёх о кратного падения давления от 5000 атм (5-10 Па) до атмосферного.
Выявление неравномерности распределения элементного состава для различных костей скелета
В результате проведенного исследования элементного состава костной ткани методом безэталонной лазерной масс-спектрометрии выявлен следующий качественный и количественный элементный состав костной ткани человека.
В результате проведенных исследований можно говорить о том, что основу костной ткани практически по всех образцах составили шесть элементов периодической системы Д.И.Менделеева, такие как водород, углерод, кислород, азот, кальций и фосфор. При этом количественные характеристики концентраций данных элементов имеют следующие значения: концентрация водорода, углерода, кислорода и азота в совокупности составила - 32,00-59,00 масс %, концентрация кальция - 25,00-68,00 масс % и концентрация фосфора- 5,5-15,50 масс %.
Известно, что значительное различие содержания кальция в костной ткани может быть обусловлено возрастом, половой принадлежностью, наличием некоторых заболеваний, а также еще различными причинами, которые могут носить и индивидуализирующий характер.
С целью определения зависимости элементного состава костной ткани от половой принадлежности весь исследуемый материал был разделен на две группы по половому признаку, после чего при помощи U-критерия Манна-Уитни была оценена достоверность различий основных неметаллов и металлов в костях мужчин и женщин и составлена таблица
Анализ содержания основных неметаллов в исследованном массиве костной ткани выявил преобладание совокупного количества азота, углерода, водорода и кислорода у женщин над таковым у мужчин. Вместе с тем, костная ткань, изъятая от трупов мужчин, отличалась более высоким содержанием кремния и хлора.
В ходе проведенного исследования зарегистрировано различное содержание металлов в изучаемом материале. Костная ткань мужчин содержала на 10% больше натрия и на 5 % больше магния против аналогичных показателей элементного состава костной ткани, изъято й от трупов женщин.
Во фрагментах костей, полученных от трупов женщин, отмечалось достоверное превышение содержания натрия и свинца над таковым в исследованном материале, изъятом от мужчин: в 1,3 раза и 1,2 раза соответственно.
Кроме того, костная ткань, изъятая от трупов женщин, содержала статистически достоверно больше свинца, чем изученные образцы костной ткани представителей мужского пола (табл. 4.2).
Компонент элементного состава костной ткани Концентрация вобразцахкостной тканимужчин,масс % Концентрация вобразцахкостной тканиженщин,масс % Достоверность различий
Не подвергается сомнению, что в процессе старения изменяется состав внутренней среды организма, что не может не сказаться на содержании макро- и микроэлементов в костной ткани. Поскольку определение возрастной группы, к которой принадлежал объект идентификации, относится к разряду часто встречаемых, в ходе изучения данных безэталонной лазерной масс-спектрометрии обращалось внимание на различия в показателях представителей мужского пола в возрасте до 50 лет по сравнению с таковыми в материале, изъятом от мужчин старше 50 лет.
Проведенный анализ элементного состава мужчин двух больших возрастных групп выявил различия как в количественных показателях неметаллов, так и в данных, описывающих содержание основных металлических элементов (табл. 4.3). Судя по среднегрупповым показателям, костная ткань, изъятая от мужчин возрастной группы до 50 лет, содержит на 12% меньше фтора и на 13 % меньше серы, чем образцы костной ткани от мужчин старше 50 лет. Концентрация кремния, напротив, выше в образцах костной ткани мужчин до 50 лет.
Концентрации основных неметаллов в костной ткани мужчин и женщин по данным безэталонной лазерной масс-спектрометрии (Х±т, масс %) Компонент элементногосостава костной ткани Концентрация в образцахкостной тканимужчин,до 50 лет,масс % Концентрацияв образцах костной тканимужчин,старше 50 лет,масс % Достоверность различий
Как видно из таблицы 4.4, в которой приведены данные, описывающие концентрацию основных металлов в образцах костной ткани, изъятой от трупов мужчин, свидетельствуют о том, что старение сопровождалось снижением концентрации магния и кальция в костях. Следует отметить, что в группе старше 50 лет выявлено существенно более низкое содержание магния, которое на 25 % ниже такового в образцах костной ткани, изъятой от трупов мужчин моложе 50 лет.
Длина тела человека, являясь одним из общих признаков личности, требует ее установления в ходе проведения идентификации неопознанных погибших. Образцы костной ткани, изъятой от трупов мужчин длиной тела до 175,0 см, как видно из таблицы 4.5, содержат достоверно больше азота, углерода, водорода и кислорода по их совокупной концентрации, а также больше фосфора, чем образцы костной ткани, изъятой от трупов мужчин с длиной тела свыше 175,0 см
