Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Основные подходы и направления исследований при определении давности наступления смерти 9
1.2. Математическое моделирование при определении давности смерти по результатам термометрии 12
1.3. Определение давности наступления смерти при оледенении тела 15
Глава 2. Характеристика материала и методов исследования 23
2.1. Характеристика материала и описание методики при исследовании на биологических блоках 23
2.2. Характеристика материала и описание методики при исследовании целостных трупов 27
2.3. Методы обработки результатов исследования 28
Глава 3. Характеристика этапов последовательного охлаждения замерзания трупа в условиях «отрицательных» внешних температур 33
3.1. Формирование теоретических представлений о термодинамических процессах, развивающихся в трупе при оледенении и последующем оттаивании 33
3.2. Характеристика температуры фазового перехода в опытах на биоблоках и при оледенении трупа 36
3.3. Характеристика динамики фаз оледенения трупа 45
3.3.1. Динамика охлаждения тела (I фаза) 45
3.3.2. Характеристика динамики фазового перехода глубоких отделов тела (II фаза) 55
3.3.2.1. Характеристика динамики фазового перехода глубоких отделов тела легко одетых лиц 55
3.3.2.2. Характеристика динамики фазового перехода глубоких отделов тела тепло одетых лиц 60
3.3.3. Характеристика динамики обратного фазового перехода глубоких отделов тела (оттаивание тела) 64
Глава 4. Определение давности смерти человека в условиях отрицательных значений температуры окружающей среды 74
4.1. Способы и возможности определения давности смерти при «минусовых» значениях температуры окружающей среды 74
4.2. Расчетное определение давности наступления смерти человека с пребыванием его тела при отрицательных значениях температуры внешней среды 75
4.3. Экспериментальный метод определения давности наступления смерти человека в условиях отрицательных значений температуры внешней среды 78
4.4. Анализ погрешностей предлагаемых методов определения давности наступления смерти 4.4.1. Погрешность расчетного метода определения давности смерти 82
4.4.2. Погрешность экспериментального метода определения давности смерти 84
Заключение 87
Выводы 95
Практические рекомендации 96
Список литературы 99
Приложение 113
- Определение давности наступления смерти при оледенении тела
- Характеристика температуры фазового перехода в опытах на биоблоках и при оледенении трупа
- Характеристика динамики обратного фазового перехода глубоких отделов тела (оттаивание тела)
- Погрешность экспериментального метода определения давности смерти
Определение давности наступления смерти при оледенении тела
При анализе доступных литературных источников, посвященных судебно-медицинскому исследованию трупов, подвергшихся оледенению, нами установлено, что все они касались лишь одного аспекта — установления причины смерти. Каких-либо публикаций, свидетельствующих о выполнении систематических исследований, посвященных определению ДНС в случаях, сопровождающихся оледенением, нами не обнаружено.
Нами была выявлена лишь одна публикация, посвященная диагностике ДНС при исследовании оледеневшего трупа. Исследование было выполнено судебными медиками из Канады, которыми в журнале Aviation space and environmen medicine №9 за 1980 год была опубликована статья «Body cooling after death» (Остывание тела после смерти). В этой статье авторы, L.A. Kuehn, P. Tikuisis, S. Livingstone and R. Limmer, приводят практический случай экспертизы оледеневшего трупа с попыткой диагностики наступления ДНС.
Убитая восьмилетняя девочка массой 25,9 кг, ростом 1,283 м была найдена в одежде, замерзшей после 4-х дневного отсутствия дома. Смерть наступила в результате обширной черепно-мозговой травмы на месте обнаружения тела. О факте и степени его промерзания судили исключительно по внешнему виду трупа (холодные, затвердевшие мягкие ткани).
Для решения вопроса о ДНС использовались два подхода:
1. формульный расчет;
2. моделирование в реальном масштабе времени.
Для формульного решения вопроса, авторами были выделены три фазы оледенения:
1. Охлаждение тела от 37С ядерной температуры до 0С.
2. Период времени, позволяющий тканям тела замерзать во время которого ядерная температура остается на 0С.
3. Окончательное замерзание трупа от 0С до температуры окружающей среды.
По формулам с учетом температуры окружающей среды на месте обнаружения трупа, теплоты кристаллизации, массы убитой девочки и ее одежды была рассчитана скорость теплоотдачи, которая составила 8,04 ккал в час. Общая теплопотеря с учетом остывания тела и оледенения составила 2066 ккал. При последующих вычислениях исследователями была определена расчетная длительность оледенения, составившая 257 часов. Этот период, по мнению авторов статьи, включает в себя первую и вторую фазы, и является минимальным временем, необходимым для оледенения трупа. Однако, результаты выполненных вычислений, по указанию авторов, носили абстрактный характер, не поддающийся экспертной трактовке.
Крайне малое количество опубликованных трудов, посвященных определению ДНС при исследовании трупов подвергшихся оледенению, может быть обусловлено рядом объективных причин. Так, не смотря на длительную историю изучения проблемы диагностики ДНС при помощи термометрии, говорить о ее решении не представляется возможным (Куликов В.А., Витер В.И., 1999). Основное внимание исследователей при этом было обращено на интервал температуры, верхним пределом которого служит температура тела к моменту наступления смерти, нижним же — температура окружающей среды в пределах положительных её значений (Толстолуцкий В.Ю., 1996; Благодатских А.В., 1999).
Известно, что в раннем посмертном периоде, в пределах положительных значений температуры окружающей среды, в ряде тканей организма также происходит изменение их агрегатного состояния — формирование трупного окоченения (Любимова М.И., Энгельгардт В.А., 1939). Природа этих изменений, будучи отличной от природы оледенения по своим биологическим и физико-химическим характеристикам, тем не менее имеет с ним определенное сходство, определяемое общностью термодинамических параметров, характеризующих осуществление фазового перехода (Эккерт Э.Р., Дрейк P.M., 1961).
Возможность определения ДНС основана на оценке динамики различных посмертных процессов, имеющих ту или иную биологическую, биохимическую или биофизическую природу. При оледенении же практически все из них либо останавливаются, либо замедляются настолько, что динамика их развития при регистрации существующими методами исследования становится не пригодной для оценки ДНС (Хо-чачка П., Сомеро Дж., 1988). Единственный посмертный процесс, не прерывающий своего развития при оледенении и сохраняющий при этом динамику, достаточную для определения ДНС — это посмертное охлаждение, естественным образом продолжающееся до достижения телом температуры окружающей среды (Рамишвили А.Д., 1997).
Изменение агрегатного состояния веществ состоит в явлении фазового перехода, активно изучаемого в рамках физико-химических и основанных на них биологических исследований (Касаточкин В.И., Па-сынский А.Г., 1960; Лариков Н.Н., 1985). Термодинамика фазовых превращений, подобно любым изменениям, имеющим отношение к термодинамике, определяется соответствующими законами. Так, известно, что согласно третьему закону термодинамики энтропия системы остается неизменной лишь при условии обратимости процесса (Исаченко В.П. и соавт., 1981). При условии изучения объекта, обладающего рядом свойств и при определенных внешних условиях, которые можно определить, как стабильные, показано, что одним и тем же физическим объектом при декристаллизации энергии поглощается ровно столько, сколько ее выделяется при его кристаллизации (Венгер К.П., Кратосутский Г.И., Дебрецов В.Б., 1969; Большаков С.А., 1978; Маэно Н., 1988).
По мнению П.И. Новикова с соавт. (1988), при рассмотрении с этой точки зрения процессов оледенения и оттаивания трупа, в рамках решения проблемы определения ДНС, следует опираться на термодинамические основы теории фазовых переходов. Тело человека (равно как и любой другой биологический объект), является крайне сложным по своему устройству, а составляющие его ткани не способны к полному восстановлению при обратном изменении агрегатного состояния веществ их представляющих. Соответственно, происходящие изменения следует характеризовать, как необратимые.
В специальной литературе рассматриваются фазовые переходы первого и второго рода (Исаченко В.П. и соавт., 1981; Эккерт Э.Р., Дрейк P.M., 1961). При фазовых переходах первого рода происходит скачкообразное изменение первых производных термодинамического потенциала (удельной энтропии s и удельного объема v) . Те же превращения, при которых первые производные остаются непрерывными, а скачкообразному изменению подвергаются только вторые производные (удельная теплоемкость ср, коэффициент теплового расширения а, изотермический коэффициент сжатия вещества у) относятся ко второму роду (Исаченко В.П. и соавт., 1981).
Все фазовые переходы первого рода сопровождаются выделением или поглощением тепла. К ним относятся процессы плавления, испарения, возгонки, кристаллизации. Фазовые превращения второго рода не сопровождаясь выделением или поглощением тепла приводят к изменениям различных свойств вещества — магнитного состояния, проводимости, текучести (Бучко Н.А., 1962).
Переходы первого рода, включая в свой состав различные типы, обладают рядом общих характеристик — скрытая теплота, область сосуществования фаз, скачок параметра порядка и пр. Различия же типов определяются влиянием таких факторов, как дефекты, примеси, неоднородности (Исаченко В.П. и соавт., 1981). Так, опираясь на теорию фазовых переходов Ландау, выделяют две основных категории переходов. Первая категория включает в себя переходы, поведение которых определяется свойствами симметрии системы. Вторая же категория включает в себя переходы, зависимые от параметра порядка, описание которых на основе симметрии невозможно (Эккерт Э.Р., Дрейк P.M., 1961).
Характеристика температуры фазового перехода в опытах на биоблоках и при оледенении трупа
Известно, что в процессе кристаллизации (оледенения) и декристал-лизации (оттаивания) каждому веществу присуща своя температура фазового перехода (Касаточкин В.И., Пасынский А.Г., 1960). При этом для смеси веществ, солевых растворов температура фазового перехода определяется в известных границах (Сырников Ю.П., 1973), которые могут расширяться, если речь идет о замораживании или оттаивании вещества, пропитывающего поры какого-то субстрата. Данная характеристика вполне применима к трупу, так как он представляет собой крайне сложно организованный комплекс биологических тканей, находящихся в различных агрегатных состояниях, что можно характеризовать как гетерогенную термодинамическую систему.
Очевидно, что и при оледенении трупа и при его оттаивании, граница раздела фаз не будет представлена тонким слоем вещества (изотермической поверхностью) с определенными физическими границами, задаваемыми достаточно четко фиксированной температурой фазового перехода и особенностями исходного и результирующего агрегатных состояний, как это имеет место при замораживании (оттаивании) химически чистых веществ (Перель-ман В.И., 1948; Гуйго Э.И., 1986). В биологическим объекте (трупе) область фазовых изменений, определяемая достаточно широкими пределами перепада температуры фазового перехода, может быть достаточно обширной. Она будет настолько обширной, насколько это позволит ей температурный градиент, характеризующий темп потери тепловой энергии.
По данным литературы (Kuehn L.A. et al., 1980) температурные границы фазового перехода для тканей животного происхождения колеблются в пределах от (-)1 до (-)2С. В каких же пределах находится значение температуры фазового перехода для различных тканей трупа человека не установлено. Также не установлена динамика процесса изменения фазового состояния тканей трупа при оледенении. Не исследовано в том числе, каким образом происходит охлаждение оледеневших тканей, фазовый переход в которых завершен.
Принято считать, что температура фазового перехода для той или иной ткани организма должна быть величиной относительно стабильной, поскольку состав самих тканей относительно постоянен, а каждое из включенных в него веществ обладает собственной температурой фазового перехода (Kuehn L.A. et al., 1980). Соответственно, колебания температуры фазового перехода той или иной ткани организма могут определяться происходящими в ней качественными и количественными изменениями (отек, дегидратация, воспаление, дистрофия, гипертрофия и пр.).
С целью установления значения температуры фазового перехода в биологической ткани, нами произведен ряд экспериментов на био блоках (мышца бедра), которые подвергались замораживанию и оттаиванию по методике, изложенной в Главе 2 данной работы.
На рисунке 3.2. представлен температурный тренд, иллюстрирующий динамику охлаждения биоблока, регистрируемую игольчатым датчиком электронного термометра, при расположении его в центральных отделах. На рисунке отчетливо виден горизонтальный участок температурной кривой, соответствующий зоне фазового перехода. С целью конкретизации сроков начала и окончания фазового перехода, нами произведено определение абсолютной скорости изменения температуры, для чего производилось вычисление величины уменьшения температуры центрального отдела блока в единицу времени (час). Полученные при этом результаты представлены на рисунке 3.3.
Как следует из представленного на рисунке 3.3 графика, в первые 12 часов с момента начала охлаждения блока отмечалось постепенное нарастание скорости его охлаждения, в дальнейшем сменяющееся постепенным ее уменьшением - I фаза. С 41-го до 52-го часа с момента начала эксперимента, скорость охлаждения биоблока равна 0, что позволяет считать отрезок температурной кривой (Рис. 3.2) данной продолжительности соответствующим фазовому переходу - II фаза.
Фиксируя температуру биологической ткани в течение данного промежутка времени, установлено ее значение на уровне -1,4С.
Подобным же образом была установлена температура фазового перехода для всех биоблоков, соответственно количеству проведенных экспериментов (Таблица 3.1).
Как указывалось в литературе (Kuehn L.A. at al., 1980; Мревлишвили Г.М. с соав. 1973; Большаков С.А., 1978; Сырников Ю.П., 1973), для тканей животного происхождения значения начальной и конечной температуры зоны фазового перехода варьирует в интервале от (-)1 до (-) 2С.
При этом, как свидетельствуют данные В.И. Перельмана (1948), температура фазового перехода может быть обусловлена наличием нефизиологических включений электролитов в животные ткани, что возможно при различного рода отравлениях. Наиболее часто этот вопрос возникает в случае отравления этиловым алкоголем различной степени. Как указывал В.И. Перельман (1948) - при увеличении концентрации водного раствора этилового спирта на 1%, температура кристаллизации его снижается на 0,62С . Это означает, что при наличии в тканях животного происхождения 1%о этилового алкоголя температура кристаллизации их снизится на 0,06С.
С целью установления наличия таковой зависимости на исследованном нами материале, произведено сравнение средних значений температур фазового перехода соответственно уровню алкогольной интоксикации.
Вычисленные значения критерия Ньюмена-Кейлса меньше величины его критического значения (2,95 при Р 5) (Гланц С, 1999), что позволяет говорить об отсутствии достоверной зависимости между величиной алкогольэмии и температурой фазового перехода, на изучаемом нами материале.
Данный вывод подтверждается малым значением t-критерия (Стью-дента) при сравнении средних значений температуры фазового перехода мужской и женской выборок соответственно.
Изучение возможности влияния возрастного фактора на величину температуры фазового перехода проведено нами с использованием корреляционного анализа (Таблицы 3.5-3.6).
Характеристика динамики обратного фазового перехода глубоких отделов тела (оттаивание тела)
Известно, что решение проблемы определения ДНС относится к числу обратных задач (Толстолуцкий В.Ю., 1994). Следовательно, исходя из данного положения, определение давности смерти человека в условиях отрицательных условий внешней среды, возможно не только на основании изучения прямых процессов - охлаждения тела и кристаллизации биологических жидкостей, но и обратных им, соответственно, декристаллизации жидкостей и нагреве тела.
В основе данного предположения лежит известное из теплофизики положение о симметричности прямого и обратного переходов при изменении фазового состояния вещества (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е., 1983). При этом, как указывалось выше, количество энергии, выделяемое при кристаллизации должно уравновешиваться поглощением ее при декристаллизации. Однако, в силу отмеченной выше специфики объекта исследования — трупа — состоящей в определении его как сложно организованной гетерогенной термодинамической системы, предполагать полную симметрию энергетических процессов его оледенения и оттаивания не представляется возможным. Соответственно при сопоставлении временных характеристик этих процессов будет важным определение степени их различия с целью выведения соответствующего поправочного коэффициента при расчете ДНС. С учетом данного обстоятельства, процесс декристалли-зации (оттаивания) трупа можно рассматривать как наиболее адекватный эквивалент его оледенения. И, соответственно, длительность оттаивания — как наиболее точный эквивалент длительности оледенения.
Изучая длительность оттаивания трупов лиц, ранее подвергнутых заморозке (Раздел 3.3.2.1 настоящей Главы) устанавливалась продолжительность декристаллизации, определяемая нами как процесс, обратный прямому фазовому переходу (Рис. 3.9).
С целью установления наличия и вида много факторной зависимости между учитываемыми параметрами и длительностью обратного фазового перехода глубоких отделов тела, был проведен многофакторный регрессионный анализ с использованием программы SPSS 13,0 for Windows.
Представленные в таблице 3.19 данные показывают, каким образом изменялись характеристики регрессионного анализа при поэтапном включении новых предикторов в уравнение регрессии.
С возрастанием числа предикторов значения R и R возрастают, в то время как значение стандартной ошибки убывает.
Та же тенденция наблюдается и в отношении числа степеней свободы, суммы квадратов и среднего квадратов отклонений (Таблица 3.20).
Таким образом, подтверждается положение, что длительность обратного фазового перехода, так же как и прямого, определяется температурой воздуха в помещении, в котором находится труп, и массой его тела.
С точки зрения определения давности смерти по длительности раз-морозки трупа, наибольшее значение имеет факт соотнесения длительности обратного и прямого фазовых переходов, с целью обратной аппроксимации результатов оттаивания трупа на динамику его замораживания.
Для установления возможности определения длительности прямого фазового перехода по продолжительности обратной ему фазы (декристал-лизация), так же проводился многофакторный регрессионный анализ (Таблицы 3.22-3.24).
Представленные в таблице 3.22 данные показывают, каким образом изменялись характеристики регрессионного анализа при поэтапном вклю чении новых предикторов в уравнение регрессии.
С возрастанием числа предикторов значения R и R возрастают, в то время как значение стандартной ошибки убывает, что отмечается так же в отношении числа степеней свободы, суммы квадратов и среднего квадратов отклонений (Таблица 3.23).
По данным L.A. Kuehn et al. (1980) и Э.И. Гуйго (1986) существует обратно-пропорциональная зависимость между перепадом температур и временем течения процессов оледенения и оттаивания. И если перепад температуры при оттаивании, относительно температуры фазового перехода задать равным её перепаду при оледенении, то длительность этих двух процессов будет наиболее близкой.
Тем не менее, данное положение при проведении практической экспертизы трупа может не учитываться, т.к. предлагаемое нами уравнение 3.7 позволяет производить оттаивание трупа при любом значении температуры окружающей среды.
Это предопределяет возможность осуществлять таковые исследования не только в условиях термокамер с задаваемой извне температурой, но и в любом другом приспособленном помещении (секционный зал, спец. помещение для хранения трупов), температура в котором, в том числе, не может быть произвольно регламентирована исследователем.
Подводя итог изложенному выше, представляется возможным говорить о существовании четкой этапности теплофизических процессов, протекающих в трупе, находящемся в условиях низкой («отрицательной») температуры.
На первом этапе, обозначенном нами как «охлаждение тела», происходит снижение температуры трупа по экспоненциальному закону, со стабилизацией ее значений глубоких отделов тела на уровне -1,332±0,027С -температуры фазового перехода.
Начало стабилизации температуры на уровне -1,3С является моментом начала второго этапа - фазового перехода, в течение которого биологические жидкости тела переходят в твердое состояние, что сопровождается выделением некоторого количества тепла.
По окончании кристаллизации биологических жидкостей (окончание фазового перехода) вновь отмечается снижение температуры тела, до выравнивания ее с температурой окружающей среды - стадия охлаждения замерзшего трупа. Поскольку в замерзшем состоянии ткани трупа не претерпевают каких-либо изменений (консервация тела), а измерение его температуры на практике затруднительно из-за невозможности введения термодатчика, характеристика данного этапа нами не проводилась.
Погрешность экспериментального метода определения давности смерти
При исследовании динамики постмортальной температуры трупа человека в условиях отрицательных значений температуры окружающей среды, в каждом отдельном случае, после достижения глубокими слоями тела III фазы (охлаждение замерзшего тела), производилось его размораживание при различных значениях температуры окружающего воздуха. С целью установления погрешности экспериментального метода определения ДНС используем полученные значения длительности декристаллизации (обратного фазового перехода) с расчетом времени прямого фазового перехода по уравнению 3.7.
Результаты такового анализа представлены в таблице 4.2.
Как следует из представленной таблицы, погрешность экспериментального метода не превышает таковую для ранее предложенной расчетной методики.
Таким образом, можно сделать . вывод о принципиальной возможности установления времени смерти человека с последующим пребыванием его тела в условиях низких температур любым из предложенных нами способов.
Подводя итог вышеизложенному, считаем возможным говорить о принципиальной возможности установления давности смерти человека в условиях отрицательных температур внешней среды.
При этом искомое время смерти может устанавливаться либо исключительно расчетным путем, по предлагаемым математическим выражениям, либо экспериментальным способом, моделируя на конкретном изучаемом объекте (трупе) динамику изменения его температуры в условиях термокамеры.
В пользу предлагаемых способов свидетельствует так же тот факт, что до настоящего времени, не создано методик определения давности смерти в условиях низких температур окружающей среды, оперирующих конкретными значениями постмортальнои температуры и опирающихся на современный математический аппарат.
Анализируя погрешность обеих способов, констатируем максимальную ее величину на уровне ±4,5 часов (10%), что, следует признать, в целом, удовлетворяющей запросам работников правоохранительных органов.
Проведенный анализ современных литературных источников свидетельствует об отсутствии в настоящее время современных методик установления давности смерти в условиях отрицательных значений температур окружающей среды, как при охлаждении тела, так и при последующем его замерзании.
При развитии общих представлений о проблеме нами были выделены два основных направления:
1) анализ термодинамических процессов, происходящих в трупе при оледенении;
2) разработка методики определения времени, как одного из параметров, характеризующих анализируемые процессы.
В начальном периоде процесса оледенения и до завершения стадии фазового перехода, труп представляет собой сложную термодинамическую систему с внутренним источником энергии. Ткани трупа под воздействием низкой (отрицательной) температуры изменяют свое агрегатное состояние, переходя из своего естественного состояния в оледеневшее. При этом для процесса фазового перехода (как для всех фазовых переходов первого рода) является характерным выделение в виде тепла энергии кристаллизации. При этом температура тканей некоторое время удерживается на уровне, близком к температуре фазового перехода Цп, формируя своеобразное плато. По окончании процесса кристаллизации происходит дальнейшее охлаждение уже оледеневших тканей трупа с градиентом, не испытывающим активного сопротивления внутреннего источника тепла.
