CC BY
28
Синус ТМО — 0,0 + (34,8/2) = 17,4 ммоль/л Разница суммарной величины: 16,3 — 17,4 = — 1,1 ммоль/л В данном примере ввиду длительного постморталь-ного периода глюкоза в крови отсутствует, что исключает проведение диагностики. Несмотря на это, диагностика с учетом содержания лактата крови вполне возможна. Разница в суммарном содержании глюкозы и лактата имеет отрицательное значение, что исключает наступление смерти в результате механической асфиксии в результате сдавления органов шеи петлей. литература:
1. Акимов п.А. Постмортальная диагностика сахарного диабета и гипергликемической комы / П.А. Акимов, Н.А. Терёхина // Проблемы экспертизы в медицине. — 2001. — № 1. — С. 30-33.
2. качина н.н. Посмертная оценка гликемии по уровню глюкозы и гликозилированного гемоглобина крови / Н.Н. Качина // Судебно-медицинская экспертиза. — 1991. — № 4. — С. 7-10.
3. Литвак А.С. О практической ценности исследования реактивных изменений крови при судебно-медицинской диагностике острого расстройства мозгового кровообращения в результате сдавления шеи петлей / А.С. Литвак, А.В. Чвалун // Судебно-медицинская экспертиза. — 1979. — № 4. — С. 34-34.
4. любовицкий А.в. Изменение содержания глюкозы у погибших от механической асфиксии / А.В. Любовицкий, В.Н. Коротун, Н.В. Чемурзиева // Всероссийский съезд судебных медиков, 3-й: Мат. — Саратов, 1992. — Ч. 2. — С. 312-314.
5. потёмкина С.А. Значение биохимического исследования трупной крови в патоморфологической диагностике / С.А. Потёмкина: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — М., 1975.
6. николайчик в.в. Способ определения «средних молекул» / В.В. Николайчик, В.М. Моин, В.В. Кирковский и др. // Лаб. дело. — 1991. — № 10. — С. 13-18.
7. терёхина н.А. Биохимический анализ стекловидного тела глаза в постмортальной диагностике диабетических ком / Н.А. Терёхина, П.А. Акимов // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. — 2005. — № 2. — С. 24-25.
выводы
1. Исследуемый параметр (суммарное содержание глюкозы и лактата в крови из периферических вен) сохраняет свою значимость в течение длительного постмор-тального периода.
2. Разница в суммарном содержании глюкозы и лактата (в пересчете на глюкозу) между кровью из бедренной вены и кровью из синусов твердой мозговой оболочки, превышающая 4,5 ммоль/л свидетельствует о наступлении смерти в результате сдавления органов шеи петлей.
© Т.Г. Крымова, В.В. Колкутин, М.В. Добровольская, 2007 УДК 340.67:611-018.4:911.37
Т.Г. Крымова, В.В. Колкутин, М.В. Добровольская ДИАГНОСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЖИВАНИЯ НА ОСНОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ СОДЕРЖАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В КОСТНОЙ ТКАНИ ЧЕЛОВЕКА
111 Главный государственный центр судебно-медицинских и криминалистических экспертиз Министерства обороны
Российской Федерации (нач. — проф. В.В. Колкутин), Москва
В работе описана зависимость содержания Ca, Zn, Cu, Mn, Fe, Pb, Sr в костной ткани от природных условий проживания исследуемого индивида. Были выявлены различия содержания этих химических элементов в костной ткани для каждой из исследованных природно-климатических зон, и сделан вывод о том, что природные условия проживания человека можно определить по концентрациям ряда элементов в костях.
ключевые слова: химические элементы, кости, природно-климатические зоны, идентификация личности.
DIAGNOSTIC OF NATivE INHABITATION CONDITIONS ON THE BASE OF THE RESULTS
OF CHEMISTRY OF HUMAN BONE'S TISSUE T.G. Krymova, V.V. Kolkutin, M.V. Dobrovolskaya
Dependence of Ca, Zn, Cu, Mn, Fe, Pb, Sr concentration in bone tissue from native inhabitation conditions of individual is described in this work. Chemistry of human bone's tissue is different in investigated climatic zones. Thus, concentration of some minerals in bone tissue allows estimating native inhabitation conditions.
Key words: chemistry of bone tissue, climatic zones, person identification.
Природно-климатические (эко-географические) зоны характеризуются многими признаками (рельеф, климат, близость океанов и морей, наличие рек, озер и болот, температурный режим, осадки, направления ветров, почвенный покров, его гумированность и глубина, растительный покров, животный мир), которые в совокупности составляют природно-экологические комплексы и определяют протекание биогеохимических процессов на данной территории. Исследования геохимии вод, почвенного покрова, биохимических процессов, определяющих жизнедеятельность растений и животных, доказывают зависимость элементного состава флоры и фауны от местных геохимических условий [2, 3].
Наши исследования возможности диагностики природно-климатической зоны происхождения костной ткани на основе результатов анализа элементного состава этого биологического материала преследовали две цели. Используя коллекцию костей с заведомо известными природно-кли-
матическими зонами происхождения, выявить значимые количественные и качественные отличия их элементного состава, связанные с исследуемым фактором. При обнаружении таких отличий, предложить алгоритм экспертного определения природно-климатической зоны происхождения костных останков при экспертизе идентификации.
Материал и методы. Объекты экспериментального исследования — фрагменты верхней трети диафиза боль-шеберцовой кости практически без губчатого вещества, отбиравшиеся с различных территорий и представлявшие различные расовые типы и этнические группы из базовых археологических коллекций захоронений за период с 1У-го тысячелетия до н.э. по XX века н.э., вскрытых на территории бывшего СССР, всего 648 образцов.
В пробах определялся с помощью атомно-адсорб-ционного анализа количественный состав следующих химических элементов: Са, 7п, Си, Мп, Бе, РЬ, 8г — всего 7 элементов.
Исследование элементного состава костной ткани проводилось на атомно-адсорбционном спектрометре «Hitachi 180-80» с эффектом Зеемана (специалистами лаборатории атомной адсорбции МГУ). При этом применялась аналитическая схема, основанная на методических разработках, принятых в практике химического анализа неорганической составляющей почв [1]. Процедура анализа включала пробозабор, пробоподготовку, проведение качественного и количественного анализа и расчет концентраций элементов на основе результатов анализа. Чувствительность метода составляет не менее 0,1х10-3 % для любого из анализируемых элементов.
Для исследования использовалась компактная часть образцов костной ткани диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Чтобы исключить влияние диагенетических процессов и загрязнений, биологический материал контролировался несколькими методами. С помощью этих методов сопоставлялся состав и структура минерального вещества живой костной ткани и исследуемой, а также концентрации химических элементов в грунте (окружающей среде захоронения) и исследуемых костных образцах.
В целях выявления территориальных различий были привлечены данные по следующим природно-климатическим зонам бывшего СССР (табл. 1).
Таблица 1.
Административные и природно-климатические характеристики территорий проживания обследованного населения
Из таблицы 1 видно, что были исследованы основные природно-климатические зоны территории России. Сопоставление различий элементного состава костной ткани, а также степени ее минеральной насыщенности (отношение массы минеральной части кости к массе всего образца костной ткани), проводилось на уровне средних арифметических величин для каждой группы индивидов из одного пункта.
Результаты исследования и их обсуждение. Параллельный анализ средовых характеристик и костей (Салехард, Центральная Литва, Чукотка, Удмуртия, Московская область, Новгородская область, Вологодская область, Киевская область, Таджикистан) показал присутствие в кости таких биогенных элементов, как серебро и цинк, в концентрациях, превышающих их концентрации в грунте в десятки и сотни раз. Выборочные исследования минерального состава этого материала показали, в основном, отсутствие в костной ткани минеральных веществ, отличающихся от группы минералов апатитовой природы. Минерализация исследуемой костной ткани, в основном, колеблется в пределах 60-70 %, в отдельных случаях достигая 75-80 %, что с учетом ошибки измерения может указывать на начальные стадии диагенеза.
По результатам проведенных исследований посмертные изменения минерального состава исследуемой костной ткани представлены разрушением органической части кости и обезвоживанием. Процессы диагенеза минеральной части кости, а также обмена элементов (микроэлементов) между костной тканью и средой захоронения выражены слабо. Это позволило сделать вывод, что костная ткань из захоронений имеет несколько худшую, чем свежая кость, но сопоставимую сохранность и может быть использована для изучения прижизненных концентраций элементов.
Исследование Са, 7п, Си, Мп, Бе, РЬ и Бг в костной ткани человека в зависимости от природно-климатических условий проживания (арктическое побережье, бореальные леса (зона таежных смешанных лесов), умеренная лесная зона, лесостепная зона, степная зона, оазисы в пустынных ландшафтах) позволило получить следующие результаты:
1) Концентрация стронция (Бг) в костях увеличивается от влажных к сухим зонам.
Большинство групп, отнесенных к населению боре-альных и смешанных лесов, характеризуется пониженными концентрациями стронция (в пределах 10-40 ррт).
Более высокие концентрации стронция определены в образцах костной ткани из лесостепных ландшафтов (50-70 ррт).
Концентрации стронция в образцах костной ткани степной зоны, как правило, чрезвычайно высоки и превышают 100 ррт. Ряд степных групп, для которых были определены концентрации стронция ниже 100 ррт, представляют разного рода исключения, связанные с локальными (а не зональными) геохимическими условиями или спецификой питания.
Небольшое число групп из пустынных, полупустынных и оазисных ландшафтов указывает на высокую локальную изменчивость, однако преобладают группы с высокими концентрациями стронция.
Таким образом, концентрации стронция выше 100150 ррт свидетельствуют о том, что индивид провел многие годы в пределах аридных (степных и полупустынных) ландшафтов.
Данная закономерность подтверждается исследованиями по геохимии, из которых известно [4, 5, 6], что концентрация доступных форм стронция в среде (воде, почве, растениях) зонально увеличивается от гумидных (влажных) к аридным (сухим).
Концентрации стронция в костной ткани населения чукотского побережья так же высоки. Эта тенденция связана с другой, известной из геохимии закономерностью — высокие концентрации стронция наблюдаются в морской и океанической воде.
2) Концентрация цинка (7п) также увеличивается от тундровых ландшафтов к степным. В известной мере, эта тенденция сходна с тенденцией, описанной для стронция, но выражена не так четко.
В большинстве случаев, высокие концентрации цинка (выше 150 ррт) встречаются в более южных и аридных районах. Чрезвычайная биологическая важность этого элемента (в отличие от стронция) является причиной того, что концентрации этого элемента более жестко регулируются физиологически, поэтому межгрупповой размах изменчивости существенно ниже по сравнению со стронцием. Концентрация цинка в значительной мере зависит от типа питания человека.
3) Концентрация меди (Си) демонстрирует сходную закономерность повышения содержания доступных форм этого химического элемента в костной ткани в более южных аридных ландшафтах.
Природно-климатическая зона Конкретная территория
Арктическое побережье Чукотка
Бореальные леса (зона таежно-смешанных лесов) Вологодская область Новгородская область
Умеренная лесная зона Центральная Литва Центральные районы Удмуртии Московская область Смоленская область
Лесостепная зона Воронежская область Киевская область
Степная зона Краснодарский край Ставропольский край Дагестан Южный Урал
Оазисы в пустынных ландшафтах Таджикистан Туркмения
Однако для Си существует другой, не менее существенный, внешний фактор. Это интенсивность контактов человека с предметами, включающими медь. С давних времен жизнь людей насыщена металлическими орудиями, оружием, приборами, украшениями. Поэтому высокие концентрации меди в костной ткани могут означать что:
а) исследуемый объект происходит с территории богатой медьсодержащими породами;
б) выявлено техногенное загрязнение, связанное с медьсодержащим, например, металлургическим производством;
в) выявлены прижизненные особенности питания человека (в настоящей работе данный вопрос не рассматривается).
4) Концентрации марганца (Мп) высокие в гумидных (влажных) ландшафтах, низкие в арктических и аридных. Однако для элемента характерна не только зональная, но и высокая локальная изменчивость. Поэтому использование этого элемента для определения природно-климатических условий проживания недостоверно. Можно утверждать лишь, что индивид в течение ряда лет жил в условиях влажного климата.
5) Концентрация свинца (РЬ) также подчиняется общей закономерности — повышению его содержания в костной ткани в более южных аридных зонах. Однако более ярко выражена другая закономерность — загрязнение свинцом при интенсивных контактах с этим элементом. Это загрязнение может быть техногенного происхождения (металлургические производства, добыча руды) или экологического.
6) Кальций (Са) и железо (Бе) на уровне анализа их средних значений не позволяют выявить каких-либо закономерностей распределения в зависимости от природной зоны проживания.
Таким образом, между характеристиками природно-климатической зоны проживания индивидов и элементным составом его костной ткани имеются достоверные связи. Однако высокое содержание конкретного элемента может свидетельствовать о влиянии других факторов, например происхождении индивида с территории, насыщенной месторождениями этого элемента (либо о загрязнении образца).
Наиболее информативными для реконструкции типа природно-климатических условий проживания из числа исследованных элементов является стронций (Бг) и цинк (2п).
Наиболее информативными для реконструкции техногенных загрязнений из числа исследованных элементов являются медь (Си) и свинец (РЬ).
Рубрикации элементного состава для диагностики природно-климатических зон происхождения объектов, полученные на основе анализа средних арифметических величин концентраций, показаны в таблице 2.
Таблица 2.
Рубрикация концентрации химических элементов при исследовании природных зон проживания доноров костной ткани (ppm)
Алгоритм диагностики природно-климатической зоны проживания должен включать следующие операции:
1) Получение пробы костной ткани (три фрагмента компактной костной ткани диафиза большеберцовой кости).
Получение пробы грунта, находящегося в непосредственной близости от останков индивида (100 г).
Упаковка образцов в плотные бумажные пакеты с указанием административного обозначения местности, характеристики условий нахождения останков индивида:
— на поверхности земли или в грунте;
— температурный режим;
— рельеф местности (горная, равнинная, овраг, болотистая низина и пр.).
2) Подготовку двух образцов для проведения элементного анализа.
3) Проведение элементного анализа. Выполнение расчетов. Получение численных значений концентраций химических элементов, содержащихся в костной ткани.
4) Распределение значений полученных концентраций по рубрикам содержаний Бг, 7п РЬ, Си и Мп (табл. 2).
5) Применение решающих правил для диагностики природно-климатической зоны проживания. Определение природно-климатической зоны проживания:
— если концентрации всех элементов отнесены к разряду «высокий», то природно-климатическая зона происхождения — степной и полупустынный ландшафт.
— если концентрации всех элементов отнесены к разряду «высокие», а цинка — «умеренные или низкие» — степной или полупустынный ландшафт.
— если концентрации меди и (или) свинца, вне зависимости от других элементов, относятся к разряду «высокий», то индивид мог находиться в районе природного или техногенного повышения средовых концентраций этих элементов.
— если концентрации всех элементов относятся к разряду «низкий», это свидетельствует либо о длительном проживании в материковых условиях арктической зоны, либо о хронических недоеданиях на протяжении длительного времени (более 1 года).
— если концентрации всех элементов относятся к разряду «низкий» или «умеренный», а концентрация марганца — к разряду «высокий», это характеризует проживание индивида в условиях влажного леса, болотистой низменности и пр.
Последнее, на что хотелось бы обратить внимание в данной работе, это то, что для более детальной оценки природно-климатической зоны происхождения объекта требуется использование представительной выборки биологического материала, отражающего конкретные природно-климатические зоны, исследование его по единой методике на приборах, «измеряющих» одновременно большое количество химических элементов и накопление, со временем, больших статистических характеристик обучающих выборок. Это частично возможно путем проведения дополнительных исследований, но, в основном, только при совмещении процесса накопления статистик с процессом рабочего режима экспертной системы, когда после накопления определенного количества экспериментальных данных пользователь может включить процесс адаптации решающих правил для коррекции параметров системы.
Содержание Химические элементы
стронций, Sr цинк, Zn свинец, РЬ медь, Си марганец, Мп
очень низкое < 10 < 50 < 0,1 < 1
низкое 10-40 50-80 менее 5 1-10 < 50 ррт
умеренное 40-70 80-150 10-20 > 50 ррт
высокое 70-150 > 150 около 5 > 20
очень высокое > 150 > 5
Дитература:
1. Аринушкина Е.Б. Руководство по химическому анализу почв. // М.: МГУ, 1970. — 314 с.
2. Виноградов А.П. О генезисе биогеохимических провинций // Труды биогеохимической лаборатории АН СССР. — Вып. II, 1963. — С. 7-87.
3. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. // М.: «Высшая школа», 1998. — 412 с.
4. Козловская М.В. Экология древних племен лесной полосы Восточной Европы. // М.: РГНФ, 1996. — 243 с.
5. Козловская М.Б. Палеоэкологические аспекты исследования антропологических материалов могильника Сахтыш-11а // Неолит лесной полосы Восточной Европы. Антропология Сахтышских стоянок. М.: Научный Мир, 1997. — С. 93-114.
6. козловская М.Б. К вопросу о возможности исследования кремированных костей // Историческая экология Человека. Методика биологических исследований. — М., 1998. — С. 174-18
© Т.Г. Крымова, В.В. Колкутин, М.В. Добровольская, 2007 УДК 340.67:611-018.4:911.37
Т.Г. Крымова, В.В. Колкутин, М.В. Добровольская ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРА ПИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА КОСТНОЙ ТКАНИИ
111 Главный государственный центр судебно-медицинских и криминалистических экспертиз Министерства обороны
Российской Федерации (нач. — проф. В.В. Колкутин), Москва
В статье приведены литературные данные о схемах реконструкции типа питания на основе изучения микроэлементного состава костной ткани. Авторами было также проведено исследование микроэлементов индивидов из трех малых групп из захоронения близ Кисловодска. В каждой группе были выявлены отличия содержания микроэлементов в костной ткани, характеризующие тип питания исследованных людей. Был сделан вывод о том, что пониженная концентрация цинка может рассматриваться как наиболее достоверный симптомом пищевой недостаточности.
Ключевые слова: идентификация личности, определение характера питания, элементный состав костей.
INVESTIGATION OF HUMAN FEEDING ON THE BASE OF THE RESULTS OF CHEMISTRY
OF HUMAN BONE'S TISSUE
T.G. Krymova, V.V. Kolkutin, M.V. Dobrovolskaya There are devoted literature data about reconstruction of human feeding on the base of investigation of minerals concentration in bone tissue. The authors studied several burial places near Kislovodsk. In each group there were discovered microelement differences in bone's tissue, which can characterize human feeding. Low zinc concentration can be considered as significant symptom of malnutrition.
Key words: person identification, definition of human feeding, chemistry of bone tissue.
Диагностика типа питания в целях идентификации личности на сегодняшний день, казалось бы, довольно экзотическая проблема. Однако она имеет свои основания и возможности.
Своеобразие распределения макро- и микроэлементов в костной ткани человека зависит от эндогенных и экзогенных факторов. Эндогенные факторы генетического порядка регулируют биохимические процессы в организме и общие механизмы поступления микроэлементов из внешней среды. Активные физиологические реакции способствуют накоплению одних элементов и выведению других, в итоге изменчивость их содержания в организме человека существенно ниже, чем в окружающей среде. Другие эндогенные факторы, например заболевания, напротив, могут приводить к значительным отклонениям концентраций химических элементов в кости от «нормы» и к увеличению изменчивости.
В рассматриваемом плане экзогенные факторы, такие как общие геохимические, природные, экологические условия проживания индивидов, отражаются на составе и количестве доступных форм биогенных, а также примесных элементов, накапливающихся в окружающей среде: почве, воде, воздухе, растениях и животных. На индивидуальном уровне эти элементы человек получает с пищей, водой, воздухом. При этом абсолютные концентрации различных химических элементов, содержащихся, например, в костях, отражают биохимический состав местных продуктов питания, воздуха и воды, в том числе, состав биогенных, а также пассивно усваиваемых химических элементов, включенных в метаболические процессы и различные пищевые цепочки. В результате, питание является одним из основных по значимости (и мощности воздействия) факторов, определяющих распределение химических элементов в органах и тканях человека, а ежедневный рацион — основным «инструментом», регулирующим долгосрочное и краткосрочное поступление пищи в организм, поддержание обменных процессов, в
частности, накопление химических элементов в костях на определенном уровне содержания.
Зависимость элементного состава костной ткани человека от различных эндогенных и экзогенных факторов позволяет применять концентрации химических элементов в ней для установления пола, возраста, геохимических, природных, экологических условий проживания, выявления заболеваний, некоторых видов профессиональной деятельности, других признаков, а также определения типа питания, которые, в свою очередь, можно использовать для идентификации индивидов.
В основу реконструкции типа питания человека на основе результатов анализа элементного состава костной ткани положены закономерности, известные по обширным эмпирическим данным [26] об избирательном накоплении некоторых элементов в скелете потребителей той или иной пищи. Одним из первых элементов-индикаторов питания был выделен Бг, он избирательно аккумулируется в костях растительноядных животных. Содержание 7п в костях увеличивается при употреблении животных белков и падает при преобладании растительной пищи в рационе. Повышенные содержания М§, по результатам некоторых исследований [13], связаны с употреблением в пищу морских продуктов. Резкое снижение концентраций Ва в костной ткани также используют для индикации употребления в пищу морских продуктов [6, 7, 10]. Работы многих авторов [4, 12, 15-17, 19-22] содержат сводные материалы, демонстрирующие возможности реконструкций типа питания с использованием всех, применяющихся в данной области элементов. Они же содержат информацию о конкретных элементах и реконструкциях на основании данных об их концентрациях.
В практике палеодиетологических реконструкций используются ряд элементов, их соотношений и схем реконструкции.
1) Реконструкция типа питания на основании исследования Бг и Бг-Са соотношения основывается на сле-
