Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность проблемы максимально надежного определения признаков человека в целях установления его личности в настоящее время резко возросла. Огромное значение получила задача быстрой и эффективной идентификации лиц, погибших в результате преступлений, террористических актов, экологических и техногенных катастроф, при выполнении служебных обязанностей военнослужащими МО, сотрудниками МВД, ГО, военнослужащими ВВ МВД, ВВС, ВМФ, ВДВ, ФСБ, СВР, других спецподразделений. Все большую значимость приобретают экономические и морально-этические аспекты проблемы идентификации лиц погибших или без вести пропавших, чьи останки обезличены или подверглись сильному внешнему, деформирующему биологические ткани, воздействию: воды, агрессивных жидкостей, огня, хищных животных, рыб, птиц, естественному биологическому распаду (гниению) в земле, в воде, на воздухе, особенно в тех случаях, когда стоит вопрос о направлении этих останков родственникам по предназначению или о страховых выплатах.
Технические и технологические возможности пластической и эстетической хирургии, с помощью которых можно радикально изменять внешние характеристики человека (лицо, ушные раковины, особые приметы, цвет радужки, папиллярный рисунок на пальцах рук), вносят свою долю осложнений. В этих условиях возрастает идентификационная ценность неизменяемых или трудно изменяемых медико-биологических признаков, максимально стойких к агрессивному воздействию факторов внешней среды и иных воздействий. При этом важно, чтобы такие признаки, наборы признаков, показатели были «строго» индивидуальны, а их качественные и количественные характеристики вариабельны настолько, чтобы отражать весь спектр имеющихся индивидуальных медико-биологических данных людей с минимально возможной ошибкой.
Для идентификации визуально не опознаваемых тел погибших при их массовом поступлении традиционно применяются методы, основанные на сопоставлении признаков тела неизвестного погибшего и конкретного разыскиваемого лица. Алгоритмы, реализующие указанные методы, основаны на сопоставлении признаков исследуемого тела и разыскиваемого без вести пропавшего человека. Для реализации таких алгоритмов создаются базы данных пропавших без вести и погибших, в которые заносятся их общие, ориентирующие и индивидуализирующие признаки. В дальнейшем, в зависимости от метода исследования, проводится сравнительное исследование - попарное сопоставление этих сведений, в целях выявления меры близости объектов и отождествления.
Однако задача идентификации не всегда может быть решена непосредственно прямым сопоставлением признаков. Это касается случаев, когда информации для идентификации каждого конкретного погибшего недостаточно (например, когда у объектов отсутствуют выраженные индивидуализирующие признаки, объекты фрагментированы, скелетированы) либо когда есть сомнения в полноте базы данных, либо когда база данных без вести пропавших лиц отсутствует.
В указанных ситуациях алгоритмы должны быть направлены на формирование комплексной, «расширенной» оценки объектов по основным медико-биологическим показателям, исходя из имеющегося материала – трупа. В число выявляемых сведений должны входить не только традиционно используемые общие признаки человека, такие как видовая принадлежность (при дифференциации человека и животного), пол, возраст, рост, раса, но также такие специфические, информационно ёмкие (и востребованные оперативно-следственными органами) показатели, как территория проживания (геохимический аспект), природная зона, экологические условия проживания, характер питания, заболевания, давность захоронения и др. Отмеченные признаки, в случае недостаточности или отсутствия сравнительных материалов в базах данных, позволяют проводить целенаправленные розыскные действия, исходя из выявленного широкого перечня диагностированных показателей. При обнаружении, в ходе таких мероприятий, сравнительных материалов на разыскиваемое лицо, можно выполнять сопоставление признаковых описаний тел погибших и пропавших без вести, решать задачу об их тождестве.
Общая методика практической идентификации личности конкретного человека, принятая сегодня в судебно-медицинской практике, состоит из трех этапов (Попов В.Л., 1999): 1) раздельного исследования характеристик искомого человека с одной стороны, и трупа неизвестного человека, с другой стороны; 2) сравнительного исследования разыскиваемого индивида и трупа; 3) оценки результатов исследования. На этапе раздельного исследования проводится поиск и изучение признаков личности искомого человека; выявление совокупности признаков при исследовании трупа неизвестного человека. Этап раздельного исследования завершается формулировкой суждения о комплексе признаков личности искомого человека и комплексе признаков трупа. Сравнение предполагает сопоставление индивидуального неповторимого комплекса признаков, характеризующих личность разыскиваемого и индивидуального неповторимого комплекс признаков, характеризующего труп или неизвестного человека, оставившего следы. Сравнение проводится в целях подтверждения или исключения тождества.
В указанном отношении элементный анализ предоставляет нам уникальную возможность оперировать при идентификационных исследованиях широким кругом медико-биологических признаков индивида, построенных на основе концентраций химических элементов (и их разнообразных соотношений), присутствующих в биологических образцах.
Цель работы
Системное исследование подхода к идентификации личности человека, основанного на использовании результатов элементного анализа его биологических материалов, прежде всего костной ткани, выявление комплекса медико-биологических признаков индивида, определяемых с применением химических элементов, создание модели, разработка и описание системы диагностики медико-биологических признаков в целях последующей идентификации человека на основе результатов анализа элементного состава костной ткани.
Основные задачи исследования:
Поставленная цель определила следующие задачи:
1. Разработка теоретических и экспериментальных основ, путей и методов создания системы комплексной диагностики медико-биологических признаков в целях последующей идентификации человека на основе результатов анализа элементного состава костной ткани.
2. Сравнительный анализ методов определения элементного состава биологических объектов (отличающихся большой органической составляющей), а также применимости различных биологических материалов человека, выявление методов элементного анализа и биологических материалов наиболее эффективных для определения медико-биологических признаков и идентификационных исследований; адаптация методик определения элементного состава биологических проб применительно к выбранным аналитическим методам и биологическим материалам (костная и зубная ткань) для элементов в диапазоне от водорода (H) до урана (U).
3. Проведение экспериментальных исследований костной ткани трупов и зубов живых лиц в целях установления состава химических элементов одновременно присутствующих в пробах, нижних уровней и диапазонов концентраций, характеристик коллекции биологического материала, необходимых для получения первичных данных (элементного состава костной ткани и зубов) и установления «круга» медико-биологических признаков, определяемых на основе элементного анализа.
4. Проведение статистических исследований первичных данных в целях выявления медико-биологических признаков человека, групп элементов, значимых для определения этих признаков, а также критериев, параметров, рубрикаций параметров и алгоритмов системы диагностики.
5. Разработка модели системы диагностики признаков в целях последующей идентификации человека с применением элементного анализа костной ткани и зубов.
6. Разработка алгоритмов системы диагностики медико-биологических признаков человека, а также общего алгоритма диагностики и идентификации индивидов с использованием выявленных признаков.
Научная новизна работы:
1. Разработаны теоретические основы, показаны подходы и методы создания системы комплексной диагностики медико-биологических признаков человека в целях последующей его идентификации на основе результатов анализа элементного состава костной ткани. Построена модель системы.
2. В отличие от предшественников, существенно увеличено количество определяемых элементов. Впервые установлено содержание в зубах одновременно около 45-ти элементов, а также в костной ткани суммарной концентрации легких элементов (H+C+O+N) и (Si). Концентрации элементов в костной ткани и зубах человека впервые использованы для проведения комплексных идентификационных исследований.
3. При измерении концентраций элементов (от H до U) в костной ткани и зубах впервые определены нижние уровни и диапазоны концентраций элементов. Это позволяет адекватно подойти к выбору метрологических характеристик оборудования для комплексного исследования признаков, определяемых с использованием концентраций элементов в костной ткани и зубах.
4. В отличие от ранее известного, установлены важнейшие требования к основной аналитической схеме, учитывающие наличие в образцах большой органической составляющей; самостоятельную значимость органической составляющей для диагностики ряда признаков; зависимость признаков от различных групп элементов; зависимость признаков одновременно от ряда элементов, входящих в различные группы. Сложная зависимость признаков от элементов является причиной использования многоэлементных спектров и, соответственно, многоэлементных методов и приборов с высокими метрологическими характеристиками.
5. Впервые установлены состав и группы значимых элементов в костной ткани и зубах, а также некоторые изотопные отношения в зубах человека, которые могут быть использованы для диагностики его медико-биологических признаков и проведения идентификационных исследований.
6. Впервые представлены модели диагностики широкого круга медико-биологических признаков и идентификации человека с применением результатов элементного анализа костной и зубной ткани.
7. Впервые разработаны общие алгоритмы системы диагностики, в том числе, для определения медико-биологических признаков с использованием результатов элементного анализа костной и зубной ткани.
8. Доказана возможность определения пола и возраста с применением данных о концентрациях химических элементов в костной ткани.
9. Выявлена ранее неизвестная связь между концентрацией Na, Si, P, Ca, S, легких элементов (H+C+O+N) в костной ткани и полом (возрастом) человека. Разработана оригинальная методика определения пола и возраста с применением элементного анализа костной ткани.
Положения, выносимые на защиту:
1. Разработаны теоретические и экспериментальные основы системы комплексной диагностики медико-биологических признаков человека, позволяющие выявлять широкий круг медико-биологических данных индивидов, решать задачи идентификации с использованием элементного анализа костной ткани и зубов.
2. Адаптированы методики определения элементного состава костной ткани и элементного и изотопного состава зубов, позволяющие получать первичные данные для «свежей» костной таки, субфассильной костной ткани, зубов живых лиц и создать базы данных для статистических исследований.
3. Проведены экспериментальные исследования, в результате которых:
- выявлены концентрации, нижние уровни и диапазоны концентраций в костной ткани следующих, установленных методом ЛМС, элементов: (H+C+N+O), F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe, Cu, Zn Sr и Pb – всего 16 элементов;
- определены нижние уровни и диапазоны концентраций в субфассильной костной ткани Ca, Zn, Cu, Mn, Fe, Pb, Sr и Ni, исследованных методом ААС;
- выявлены содержания, нижние уровни и диапазоны концентраций в зубной ткани следующих, установленных методом ICP MS, элементов: Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U - всего 60 элементов;
- определены соотношения стабильных изотопов Sr, Nd, Pb в зубной ткани: 87Sr/86Sr, 84Sr/86Sr, 143Nd/144Nd, 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb, установленные методом TIMS-MC;
- обобщены, по всем доступным источникам, данные о нижних уровнях и диапазонах концентраций элементов в костной ткани и зубах человека.
4. Проведены статистические исследования первичных данных (концентраций элементов), позволившие:
- выявить корреляционные связи между отдельными элементами (H+C+O+N), Na, Si, P, Ca и S;
- определить дискриминантные функции для диагностики пола, возраста и длины тела с использованием данных о концентрациях (H+C+O+N), Na, Si, P, Ca и S в костной ткани;
- выявить связь между распространенностью элементов в окружающей среде и в зубной ткани человека;
- показать возможность дифференциации трёх территорий специфических в геохимическом отношении с применением элементного и изотопного состава зубов;
- выявить параметры межгрупповой изменчивости концентраций химических элементов в зависимости от природной зоны проживания и характера питания;
- выявить диагностические комплексы для установления локальных условий среды, заболеваний и этно-территориальной принадлежности;
- выявить причины неработоспособности показателя этно-территориальной принадлежности при исследовании его с применением химических элементов – этот показатель является смешением ряда других показателей (природные, геохимические и экологические условия проживания);
- показать способность нейронной сети «извлекать» из обучающей выборки (поступившей после обработки ее методами многомерной статистики) схему разделения признаков.
5. В результате проведенных исследований получены данные о костной ткани человека, позволяющие разработать общую модель диагностики медико-биологических признаков, включающую в свой состав частные модели:
- модель диагностики видовой принадлежности останков в случае дифференциации человека и животного;
- модели диагностики пола, возраста и роста;
- модель диагностики территории проживания (геохимический аспект) на основе элементного и изотопного анализа зубов;
- модели диагностики природной зоны проживания, экологических и локальных условий среды;
- модель диагностики заболеваний;
- модель диагностики характера питания;
- модель диагностики среды и давности захоронения.
6. Проведённые статистические исследования концентраций элементов в костной ткани (зубах) и сформированные модели диагностики признаков позволили разработать
- общие алгоритмы формирования системы комплексной диагностики медико-биологических признаков человека;
- общие алгоритмы определения пола, возраста, длины тела, территории проживания (геохимический аспект), природной зоны проживания, экологических и локальных условий среды, заболеваний, характера питания, среды и давности захоронения индивида, а также общий алгоритм комплексной оценки останков на основе результатов анализа элементного состава костной ткани и зубов.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Впервые выявлен комплекс медико-биологических признаков человека, определяемых с применением элементного анализа костной и зубной ткани. Разработаны теоретические основы, показаны пути и методы создания системы диагностики медико-биологических признаков человека в целях последующей его идентификации на основе результатов анализа элементного состава костной ткани. Построена модель такой системы. Это позволяет применить в практике судебных экспертиз новый комплексный подход к определению признаков и идентификации человека.
Предложены методы и способы установления широкого круга признаков человека для индивидов, на которых нет (или недостаточно) сведений в базах данных, обеспечивающих целенаправленное проведение розыскных мероприятий, резкое сужение круга поиска при исследовании трупов и последующую их идентификацию.
Результаты исследования могут использоваться в антропологии, медицине, криминалистике, археологии, а также при решении проблем безопасности. В целом они имеют значение для развития общетеоретических представлений о человеке и решении системных задач в антропологии и медицине.
Личный вклад автора. Результаты, приведенные в исследовании, получены самим автором, либо под его руководством и при его непосредственном участии. Автору принадлежит выбор направления исследований, постановка задач и методов их решения, трактовка и обобщение основных полученных результатов. Он принимал непосредственное участие в постановке экспериментов, в их обработке и обсуждении; ему принадлежит выявление основных закономерностей и формулировка основных выводов, а также разработка моделей и алгоритмов. Соавторы участвовали в проведении экспериментов и расчетов, обсуждении постановки отдельных задач и полученных результатов.
Апробация работы и внедрение результатов. О результатах работы было доложено в 2004 году на Научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования органов судебно-медицинской экспертизы Вооруженных Сил Российской Федерации (Москва); в 2005 году на Научно-практической конференции судебно-медицинских экспертов, посвященной 60-летию образования государственных судебно-экспертных учреждений Министерства обороны Российской Федерации на территории Приволжко-Уральского военного округа (Самара); в 2005 году - на заседании межрегиональной ассоциации «Судебные медики Сибири» (Новосибирск); в 2007 году на семинаре 111 Главного государственного центра судебно-медицинских и криминалистических экспертиз МО РФ (Москва). Результаты работы внедрены в практику судебно-экспертных учреждений Министерства обороны Российской Федерации
Результаты исследования были использованы в научно-исследовательской работе «Исследование возможности создания системы идентификации личности на основе результатов анализа элементного состава костной ткани», а также при подготовке тактико-технического задания на опытно-конструкторскую работу (ОКР) «Создание программно-технического комплекса идентификации личности на основе результатов анализа элементного состава костной ткани» (Приложение X диссертации), работа включена в Гособоронзаказ 2006 года (на 2007-2010 г.г.) и выполняется в настоящее время.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 статей и 1 сборник трудов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 2-х томов; 1-й том включает: введение, четыре главы, заключение, список литературы из 511-и наименований, в том числе 177 иностранных авторов, содержит 266 страниц, в том числе 51 таблицу и 31 рисунок на 65-ти страницах; 2-й том включает 17 приложений, содержит 166 страниц, в том числе 33 таблицы и 9 рисунков на 109 страницах.
