Судебно-медицинская диагностика давности смерти тепловыми методами

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проводя исследование теплопроводящих свойств тканей и органов тела человека мы преследовали цель – установить, можно ли за счет изменения теплопроводящей способности биологических тканей, что, безусловно, должно иметь место при различных состояниях, объяснить индивидуальность скорости посмертного охлаждения трупов, отличающихся наличием этанолэмии либо причиной смерти.

Действительно, различные ткани и органы, составляющие как центр изучаемых при термометрии диагностических зон, так и периферические их отделы, обладают уникальными значениями характеристик, описывающих их способность к проведению тепла.

В общем случае значения удельной температуропроводности, характеризующей способность биологических тканей к проведению тепла, равны (в порядке возрастания):

- жировая ткань – 1,219±0,025 м²/с;

- мышечная ткань – 1,649±0,037 м²/с;

- печень – 1,725±0,020 м²/с;

- кожа – 1,764±0,039 м²/с;

- почка – 1,894±0,023 м²/с;

- головной мозг – 1,895±0,044 м²/с;

- селезенка – 1,898±0,022 м²/с.

Второе положение, закономерно вытекающее из результатов представленных исследований, заключается в справедливости утверждений о влиянии причины смерти и наличия этанола в крови умершего на значения биофизических величин, детерминирующих скорость посмертного охлаждения его тела.

Наличие алкоголя в крови умершего оказывает влияние на теплопроводящие свойства головного мозга и печени, повышая их до значений 2,077±0,072 и 1,779±0,035 м²/с соответственно, в случае наступления смерти от ненасильственных причин. Прочие органы такой зависимости не демонстрируют, равно как и группа причин смертей, обусловленных действием механического фактора.

Корреляционных зависимостей между величиной этанолэмии и удельной температуропроводностью изученных органов не установлено. По нашему мнению, объяснение данному обстоятельству следует искать в существовании индивидуальной чувствительности людей к действию этилового алкоголя. Давно известно, что одни и те же его концентрации у разных лиц могут сопровождаться несколько различными эффектами, в некоторых случаях приводя к смерти на фоне, казалось бы, относительно невысокой степени опьянения, а в других случаях – переживание абсолютно несовместимых с жизнью концентраций этанола (Наумов Э.С., 2000; Зороастров О.М., 2003; Янковский В.Э., Казымов М.А., Тумилович Я.В., 2005). Соответственно, повышение теплопроводящей способности тканей тела человека в большей степени обусловлено не собственно значением концентрации этанола в крови, а самим фактом его присутствия.

Анализируя зависимость удельной температуропроводности биологических тканей трупа от нозологического признака, установлено влияние на ее величину некоторых причин смерти.

В частности, повышение общей теплопроводящей способности головного мозга происходит при смерти на фоне кровопотери, отравлениях этиловым алкоголем, механической асфиксии. Величина удельной температуропроводности при этом составляет от 1,771±0,093 м²/с до 2,397±0,082 м²/с.

Для ткани селезенки и печени изменение удельной температуропроводности отмечено только для отравлений этиловым алкоголем (1,995±0,036 м²/с и 1,867±0,048 м²/с), которые достоверно дифференцируются со случаями травматических причин и скоропостижной смерти.

Исследование тканей, составляющих «стенку тела» изученных диагностических зон, показало аналогичные результаты.

Повышение теплопроводящей способности кожи (до 2,079±0,079 м²/с) происходило на фоне отравлений алкоголем и причин смерти, сопровождающихся клинически и морфологически подтвержденными шоковыми состояниями (до 1,950±0,077 м²/с).

Изменение удельной температуропроводности мышечной ткани происходило только при отравлениях этиловым алкоголем (1,901±0,086 м²/с).

В тоже время жировая ткань, равно как и почка, не продемонстрировали каких-либо изменений своих теплофизических характеристик, обусловленных этанолэмией или причиной смерти человека.

Поскольку удельная теплопроводность (а, м²/с) является комплексной величиной, складывающейся из значений коэффициента теплопроводности (λ, Вт/(м×К)) – в числителе уравнения, удельной теплоемкости (С, Дж/(кг×К)) и плотности (ρ, кг/м³) – в знаменателе уравнения, изменение ее может быть обусловлено изменениями любого из этих параметров.

Действительно, анализируя величину коэффициента теплопроводности и удельную теплоемкость в группах, для которых были получены достоверные различия значений среднего арифметического удельной температуропроводности, можем констатировать, что при отравлениях этиловым алкоголем (равно как и вообще при самом факте его присутствия) и смерти от механической асфиксии происходит резкое повышение коэффициента теплопроводности тканей на фоне практически неизменных величин удельной теплоемкости (Рис. 3).

Рис. 3. Средние значения теплофизических параметров

в группах, сформированных по нозологическому принципу

(головной мозг)

В то же время смерть на фоне кровопотери сопровождается резким снижением удельной теплоемкости на фоне несколько меньших (по сравнению с группой скоропостижной смерти) значений коэффициента теплопроводности, что в сумме обусловливает общее повышение теплопроводящей способности тканей.

Сравнение средних величин анализируемых теплофизических характеристик изученных тканей и органов, сформированных в группы по признаку половой принадлежности умерших, осуществлялось с использованием t-критерия Стьюдента и Q Данна. Во всех случаях вычисленное их значение не превышало установленной критической величины для уровня значимости 95%, что позволяет утверждать отсутствие влияния на теплопроводящую способность биологических тканей половой принадлежности человека.

Проведенный корреляционный анализ значений теплопроводящих способностей изученных тканей так же не сопровождался установлением зависимости их величины от возраста умерших. Во всех случаях вычисленное значение коэффициента корреляции Пирсона было сопоставимо по модулю с величиной его ошибки, а в некоторых случаях даже превышало ее.

Таким образом, проведенные исследования не только сопровождались установлением средних числовых значений теплофизических параметров тканей человеческого тела, но и показали их зависимость от ряда состояний, обусловливающих появление индивидуальности температурного тренда тела человека в раннем посмертном периоде.

Кроме того, получение численных значений теплопроводящих свойств тканей тела человека (коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, плотность тканей, удельная их температуропроводность) сделало возможным осуществление теплового моделирования процессов, происходящих в трупе при его охлаждении, что и было в последующем использовано нами для решения некоторых задач настоящего исследования.

В связи с тем, что динамика охлаждения мертвого тела во многом детерминирована комплексом влияний на тело различных факторов внешней среды, недостаточный учет которых может привести к появлению ошибки определения давности смерти, проведено изучение некоторых, по нашему мнению, наиболее значимых причин формирования погрешности термометрического метода.

На этапе регистрации температуры тела и описания ее с помощью различных математических моделей погрешность определения давности смерти может быть обусловлена сущностным характером использованной математической модели и размерностью измерения температуры, т.е. точностью термоизмерительного прибора.

В судебной медицине широко используются математические модели, основанные на самых различных законах динамики изучаемого показателя – линейном, параболическом, S-образном (логистическая модель), экспоненциальном. Естественно, что создание практических рекомендаций, преследующих цели максимально точного расчетного установления давности смерти невозможно без рассмотрения сущностных характеристик этих моделей, определяющих точность описания ими изменения температуры тела в раннем постмортальном периоде.

По нашему мнению, с точки зрения практического использования термометрического метода, наиболее значимым является период 4-16 часов посмертного периода, в течение которого осуществляется наибольшее число осмотров трупа на месте его первоначального обнаружения с термометрией объекта исследования. Соответственно, именно на данном этапе – регулярном охлаждении тела, модели, используемые для описания динамики посмертной температуры, должны обладать наивысшей точностью.

Анализ, осуществленный по разработанной нами методике, показал, что удовлетворяют требованиям современности только модели, основанные на экспоненциальной зависимости исследуемого показателя. Выделить какую-либо одну из них, на основании наших исследований – сопоставления расчетного температурного тренда и охлаждения 158-и объектов судебно-медицинского исследования – на настоящий момент времени, невозможно (Рис. 4).

Рис. 4. Температурные тренды анализируемых

математических моделей в соотношении с функцией

математического ожидания (ректальная термометрия)

Все экспоненциальные модели демонстрируют высокие показатели точности описания реального процесса (Таблица 4). Соответственно, выбор той, или иной, экспоненциальной математической модели может быть осуществлен субъективно, на основании личных предпочтений эксперта, исходя из его личного опыта и эксплуатационных характеристик конкретной математической модели.

Таблица 4

Характеристики соотношения анализируемых математических

моделей с динамикой охлаждения мертвых тел

(ректальная термометрия)

Следующей объективной причиной, обусловливающей величину ошибки расчетного определения давности смерти, является инструментальная точность используемых термоизмерителей.

Проводя анализ степени влияния точности измерения температуры тела на величину ошибки определения давности смерти, что в данном случае должно рассматриваться как инструментальная погрешность метода, установлено, что при использовании термоизмерителей с разрешающей способностью 0,1°С при температуре окружающей среды 20°С инструментальная погрешность печеночной и ректальной термометрий составляет около 30 минут в интервале от 4-х до 16-и часов посмертного периода. При этих же условиях краниоэнцефальная термометрия имеет инструментальную погрешность от 10-и до 30-и минут в интервале 4-12 часов посмертного периода и 30-45 минут в интервале 12-16 часов.

Ранее 4-х и позднее 16-и часов с момента наступления смерти термометрию трупа выполнять нецелесообразно, т.к. на этих участках температурного тренда (нестационарный тепловой режим и стадия выравнивания температур тела и среды) тепловой метод сопровождается резким ростом инструментальной погрешности (Рис. 5). Соответственно, для ликвидации ограничений, накладываемых точностью используемого инструментария, для практического использования можно рекомендовать только термоизмерительные приборы с разрешающей способностью не менее 0.001°С, что, безусловно, будет способствовать повышению точности экспертных исследований.

Рис. 5. Зависимость погрешности определения давности смерти

от длительности посмертного периода для температуры

окружающей среды 20С и точности термометра 0,1С

По нашим наблюдениям, одним из наиболее частых нарушений процедуры термометрического исследования мертвого тела на месте его обнаружения, является несоблюдение практическими экспертами рекомендаций по техническому выполнению термометрии головного мозга и печени. Как правило, вместо послойного последовательного поиска «температурного ядра тела» – зоны с самыми высокими значениями температур, осуществляется простое введение температурного датчика в геометрический центр тела. Как указывал П.И. Новиков (1986), при подобных нарушениях процедуры термометрического исследования, погрешность определения давности смерти может достигать 5%.

Проводя компьютерное моделирование с использованием установленных нами теплофизических характеристик биологических тканей тела человека и сопоставляя полученные расчетные данные с результатами экспериментальных замеров температур в трупе установлено, что на этапе регулярного охлаждения тела для внешней температуры, равной 0ºС, при краниоэнцефальной термометрии ошибка в диагностике давности смерти может составлять 3,3%, а при 20ºС – до 5,2%, при условии отклонения температурного датчика от центра диагностической зоны не более чем на 0,2 диаметра тела (Рис. 6).

Рис. 6. Величина погрешности расчета, обусловленная «диагностическим промахом» (t_среды=20°С) (краниоэнцефальная термометрия)

Термометрия печени при этих же условиях характеризуется несколько большими значениями ошибки – 6,5% при 0ºС и 7,8% при 20ºС (Рис. 7). Таким образом, «диагностический промах» мимо температурного ядра тела может сопровождаться достаточно большой ошибкой определения давности смерти, не сопоставимой, впрочем, с некоторыми другими, грубыми нарушениями диагностической процедуры.

По нашим наблюдениям, часто до момента осмотра тела судебно-медицинским экспертом, оно подвергается воздействиям со стороны родственников и других участников исследовательских действий, в первую очередь, работников судебно-следственных органов.

Рис. 7. Величина погрешности расчета, обусловленная «диагностическим промахом» (t_среды=20°С) (термометрия печени)

При этом, самым частым действием является переворачивание мертвого тела, с целью открытия лица, имеющихся на теле ран, их фотографирования и т.д. Проводя изучение влияния переворачивания мертвого тела на результаты его термометрического исследования, установлено, что в каждом случае переворачивание приводит к «ломке» естественного процесса охлаждения, регистрируемого в полости черепа и в печени, что сопровождается появлением диагностических ошибок от 2,3 до 6,4 часов в сторону уменьшения значений давности смерти (Рис. 8).

В тоже время ректальная термометрия не демонстрировала подобных зависимостей, что позволяет считать ее проведение приоритетным в тех ситуациях, когда судебно-медицинскому эксперту точно известно об имевшем место изменении положения мертвого тела, предшествующего его термометрии.

Известно, что в условиях реальной экспертизы трупа, получаемые значения давности смерти, несколько отличаются от идеала. Как неоднократно указывалось в судебно-медицинской литературе, объяснение данному факту следует искать в особенностях величины начальной температуры тела человека, которая на момент его смерти может отличаться от общепринятых значений, и в колебаниях температуры окружающей среды, что так же далеко не во всех случаях известно эксперту.

Рис. 8. Экспоненциальные тренды динамики температуры трупа до и после его переворачивания (Краниоэнцефальная термометрия)

Анализируя проблему расчетного определения давности смерти в условиях неполной начальной информации, был сделан вывод, о перспективности использования методов оптимизации – например, т.н. оптимизационного алгоритма Пауэлла (Куликов А.В., Коновалов Е.А., Вавилов А.Ю., 2009). Принцип этого алгоритма состоит в том, что на каждом этапе поиска определяется минимум квадратичной функции, которой аппроксимируется целевая функция (в нашем случае, температурная кривая), вдоль каждого из сопряженных значений температуры ко всем предыдущим. Затем выбирается новая система направлений с использованием результатов поиска и утверждения до тех пор, пока результаты этих сопряжений не будут сведены к точке, в которой градиент равен нулю. Эта точка является локальным экстремумом по начальным критериям (в нашем случае, температура окружающей среды, температура трупа на момент смерти).

Рис. 9. Зависимость температуры тела от времени после смерти

Для трупа при заданной начальной температуре Т_{0_з} и измеренной температуре среды Т_{с_изм} (Рис. 9), с интервалом Δτ экспериментально измеряются две точки с температурами Т₁ и Т₂. По этим точкам и температурам Т_{0_з} и Т_{с_изм}, вычисляется расчётное значение интервала измерения