CC BY
13
Юристъ-Правоведъ. 2023. № 2(105). С. 94-99. Jurist-Pravoved. 2023. № 2(105). P. 94-99.
Научная статья УДК 343.985.4
К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ОБСТОЯТЕЛЬСТВ СМЕРТИ ПО КОСТНЫМ ОСТАНКАМ
Гнетнев Игорь Геннадьевич
Ростовский юридический институт МВД России, Ростов-на-Дону, Российская Федерация [email protected]
Шкуринский Евгений Александрович
Ростовский юридический институт МВД России, Ростов-на-Дону, Российская Федерация
Введение: в статье описывается новый метод исследования костных останков - лазерная масс-спек-трометрия. Изложена история становления метода и изложена методика проведения исследования данным методом. Раскрыты дополнительные преимущества использования метода в судебной медицине. Раскрыты некоторые перспективы его использования.
Материалы и методы: методологию исследования составили положения диалектики как всеобщего метода познания, эмпирико-теоретические общенаучные методы (наблюдение, описание, измерение), логико-теоретические методы (анализ, синтез, индукция, сравнение, исторический метод, системный метод), а также криминалистические методы.
Результаты исследования: по итогам исследования устанавливается молекулярная основа костной ткани, по которой могут быть установлены возрастные особенности, пол, а также наличие некоторых заболеваний. Необходимо отметить, что на содержание данных элементов может оказывать влияние территория проживания, а также причина смерти.
Выводы и заключения: суть данного метода заключатся в обнаружении закономерности отложения микроэлементов в костной ткани человека не только в зависимости от пола, но и от половины тела, в частности Mg и Sr. То есть, при помощи масс-спектрального анализа можно установить не только половую принадлежность костного останка, но и конкретно определить какой частью тела он являлся, даже по микроскопическим количествам костного вещества.
Ключевые слова: труп, энтомология, костные останки, ДНК, причина смерти, время смерти. Для цитирования: Гнетнев И. Г., Шкуринский Е. А. К вопросу о применении масс-спектрометрического метода для установления обстоятельств смерти по костным останкам / И. Г. Гнетнев, Е. А. Шкуринский // Юристъ-Правоведъ : науч.-теоретич. и информац.-методич. журн. Ростов-на-Дону. 2023. № 2(105). - С. 94-99.
Original paper
ON THE USE OF THE MASS SPECTROMETRIC METHOD TO DETERMINE THE CIRCUMSTANCES OF DEATH ON BONE REMAINS
Gnetnev Igor Gennadievich
Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, Rostov-on-Don, Russian Federation Shkurinsky Evgeny Aleksandrovich
Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, Rostov-on-Don, Russian Federation
Introduction: the article describes a new method of investigation of bone remains - laser mass spectrometry. The history of the method is set out and the method of examination by this method is described. Additional advantages of using the method in forensic medicine have been revealed. Some prospects of its use are revealed.
Materials and methods: the methodology of the research consisted of the dialectic as a universal method of knowledge, empirical and theoretical general scientific methods (observation, description, measurement),
logical and theoretical methods (analysis, synthesis, induction, comparison, historical method, systematic method) as well as criminalistic methods.
Results of the research: the results of the study establish the molecular basis of the bone tissue, by which can be established age characteristics, sex, as well as the presence of certain diseases. It should be noted that the content of these elements can be influenced by the territory of residence, as well as the cause of death.
Conclusions: the essence of this method consists in detecting the regularity of deposition of trace elements in the human bone tissue not only depending on gender, but also on the half of the body, in particular Mg and Sr. That is, with the help of mass-spectral analysis it is possible to establish not only the sex of the bone remains, but also to determine exactly what part of the body it was, even on the basis of microscopic quantities of bone substance.
Keywords: cadaver, entomology, bone remains, DNA, cause of death, time of death.
For citation: Gnetnev I. G., Shkurinsky E. A. K voprosu o primenenii mass-spektrometricheskogo metoda dlya ustanovleniya obstoyatel'stv smerti po kostnym ostankam [On the use of the mass spectrometric method to determine the circumstances of death on bone remains]. Jurist-Pravoved - Lawyer-Jurist. 2023. № 2(105). P. 94-99.
Много работ посвящено идентификации личности и установлению времени смерти при расследовании преступлений против личности. И, тем не менее, вопросы установления времени смерти остаются актуальными и на сегодняшний день.
Определение смерти по ранним трупным изменениям уже стало обыденностью выезжающих на место происшествия судебно-медицинских экспертов, и особенных секретов там не осталось. В каждом регионе России разработаны соответствующие таблицы по скорости развития ранних трупных изменений в зависимости от времени года и от погодных условий.
Установление времени смерти гнилостно измененных трупов тоже не является проблемой. На помощь тут приходит судебно-медицинская энтомология, в основном это установление времени смерти по личинкам мух. И тоже разработаны таблицы и рассчитаны формулы для каждого региона и времени года.
Но до недавнего времени оставался открытым вопрос об установлении времени события по скелетированным останкам. До настоящего времени рациональными методами исследования костей для определения давности захоронения трупа являлись: непосредственная микроскопия и эмиссионный спектральный анализ.
При нахождении костей в земле происходит со временем изменение их окраски, а также постепенно разрушается компактный слой, начиная с поверхности и глубжележащих слоев в виде дефектов. Это хорошо видно даже невооруженным взглядом. Но оценка изменения окраски весьма субъективна и весьма ориентировочна. Дегенеративные изменения поверхностного компактного слоя более достоверны, но на них влияет качественный состав почвы, который предопределяет их физико-химическую активность. Минимальную активность в разрушении компактного слоя костей проявляют карбонатные малогумусные черноземы. Наибольшей активностью отличаются дерново-карбонатная и темно красная лесная почвы. В них изменения в поверхностных слоях костей наблюдаются уже через 15-17 лет после попадания в них тела. В выщелоченном малогумусном мощном черноземе подобные явления наблюдаются через 20 и более лет после погребения, мягкие ткани же, связки и хрящи в такой почве полностью разрушаются через 2-3 года нахождения.
Интересно в этом смысле исследование почв на нахождение в них свободных форм фосфорной кислоты около трупа. Сравнение с контрольными образцами показало ее повышенное содержание в 100 % случаев. Криминалистически это означает, что место захоронения или нахождения трупа можно установить даже в случае его перемещения из такового.
Дополняет визуальный метод, метод непосредственной микроскопии. Он позволяет выявить начальные микроскопические дегенеративные изменения компактного слоя в виде трещин, проколов, а также его минерализацию в области диафизов длинных трубчатых костей. Минерализация костей напрямую коррелирует со временем нахождения костей в почве - чем дольше пребывание, тем более выражен такой признак. Так, начальные признаки минерализации при пребывании костей в выщелоченном малогумусном мощном черноземе наблюдались уже через 9-19 лет. Рассматриваемым методом можно в отраженном свете оценить и изменение окраски костей, но это не влияет на ориентирующий характер полученных данных.
Максимальную эффективность при установлении давности захоронения показал метод эмиссионного спектрального анализа. Установление времени захоронения данным методом
варьирует в пределах 10 лет. Данным методом анализируется качественно-полуколичественное содержание некоторых элементов (Мп, А1, Si, Fe, Sr), отражающееся на получаемых спектрограммах. Относительная количественная характеристика, выражающая отношение элементов на основании результатов фотометрирования спектрограмм с последующей статистической обработкой, дает возможность установить давность захоронения трупа в пределах от 2 до 4 лет. Данный метод позволяет проводить анализ накопления в костях сразу нескольких элементов.
Время пребывания в почве отражается и на продолжительности декальцинации костной ткани, т. е. рассчитав время, которое потребуется для декальцинации костей в различных почвах, можно установить и давность погребения. Экспериментальные данные показали значительные различия в сроках в зависимости от вида почвы, в которой пребывают кости. Опять же, максимальную активность в этом процессе проявляют темно-серая лесная и дерново-карбонатная почвы. По признаку продолжительности декальцинации можно установить давность захоронения трупа в выщелоченном мощном черноземе, в дерново-карбонатной почве на мергелях и в карбонатном малогумусном черноземе с достоверностью в пределах 2-х лет. Во избежание ошибок нужно обязательно соблюдать следующее условие - проводить комплексное исследование с анализом морфологических и физико-химических свойств среды, в которой находились кости.
На смену вышеперечисленным методам пришел более точный, которым и является лазерная масс-спектрометрия.
Зарождение данного метода произошло еще в 60-х годах прошлого века, когда именно советские ученые установили, что элементный состав костей напрямую зависит от возраста, пола, расы, региона проживания и видовой принадлежностью объекта. Но широкому распространению обычного спектрального анализа мешали его высокая стоимость, сложность и длительность проведения.
Впервые оптический эмиссионный спектральный анализ был упомянут только в 1996 г. в методических рекомендациях Минздрава России по установлению принадлежности костных останков, обнаруженных на пожарищах или при попытках сожжения трупа. [1]
Но опубликованные методические рекомендации не решили основную проблему - сложный по своей структуре анализ не мог быть проведен при отсутствии образцов для сравнительного исследования. В результате работы авторов из разных регионов не соотносились между собой. Метод абсолютно терял свою эффективность при массовом поступлении трупов ввиду малой экспрессии [2].
На смену всем этим разработкам пришел метод определения времени захоронения масс-спектрометрией. Термин «время захоронения» универсальный и в судебной медицине применяется не только к костным останкам, находящимся в земле, но и на поверхности грунта.
Масс-спектрометрия - физико-химический способ анализа нелетучих сложномолекуляр-ных соединений, таких как белки, углеводы, пептиды. Данный метод появился сравнительно недавно. В 1987 году группой немецких ученых - М. Караса и Ф. Хилленкампа [3] была впервые продемонстрирована возможность подавления фрагментации при анализе нелетучих органических соединений [4]. Позднее японскими учеными был разработан метод МАЛДИ - матрично-активная лазерная десорбция (ионизация). В академических науках, биологии и химии данный метод хорошо себя зарекомендовал при решении различных задач, однако внедрение его в судебную медицину происходит только сейчас, и не очень успешно, несмотря на его высокую результативность.
В основном, масс-спектрометрия в судебной медицине ориентирована на анализ костной ткани. Ранее его проводили путем предварительной минерализации биоматериала, как в открытых системах, так и в химических автоклавах, с последующим анализом полученных растворов с применением различных методов. Но при исследовании такими методами происходило разрушение органической структуры из-за предварительной минерализации, что делало невозможным в дальнейшем получение полных данных о составе всей пробы, т. к. терялись некоторые элементы, что является существенным недостатком такого метода.
На настоящий момент известно, что лазер может использоваться как источник ионизации проб, которые при определенных параметрах излучений позволяют проводить анализ всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Соответственно, рационально использовать метод лазерной масс-спектрометрии при анализе костной ткани.
С помощью данного метода, по маленькой частице костного вещества, можно определить расу, территориальное происхождение, пол, возраст, принадлежность этой частицы к определенной части скелета.
Метод лазерной масс-спектрометрии иначе называется MALDI (matrix-assistedlaserdesorp-tюn/юшzatюnmassspectroscopy) - лазерная десорбционно-ионизационная масс-спектрометрия с участием матрицы. Преимуществом данного метода является то, что он не требует освобождения от органической части биологического материала. Поэтому подготовка к проведению экспертизы таким методом довольно проста и заключается лишь в высушивании образца и отбирания необходимого количества.
Процесс проведения такого исследования включает в себя несколько этапов. Первый этап -это расщепление вещества в растворителе, выбор которого зависит от того, какое вещество подлежит исследованию. Так как при криминалистической экспертизе исследуются в основном костные ткани, которые на 90 % состоят из белков (иначе их еще называют протеинами), то растворителем будет выступать смесь воды и ацетонитрила (70:30). Кроме того, необходимо добавить особое вещество, хорошо поглощающее ультрафиолетовый свет, например, В-фенилакриловая кислота или 2,5-диоксибензойная кислота. Все эти компоненты соединяются, образуя единый раствор.
На втором этапе созданный раствор помещается в вакуумную камеру, откуда откачивается практически весь воздух, вследствие чего весь растворитель испаряется, в то же время, полимеры белка, вместе с кислотой образуют слой химического соединения. Таким образом, белковые полимеры оказываются рассредоточенными в матрице из вещества, поглощающего ультрафиолет.
Третий этап заключается в том, что полученное соединение облучается лазером с волнами ультрафиолетового света, который поглощается матрицей. Полученная энергия передается так же и полимерам, которые в связи с этим, и в виду взаимодействия с материалом матрицы, становятся заряженными частицами - ионами. Поглотив всю энергию, под действием высокой температуры и низкого давления, полимеры-белки испаряются, переходя в газообразное состояние.
В вакуумной камере расположены два электрода: отрицательный (анод) и положительный (катод), между которыми и происходит испарение полимеров. При этом положительно заряженные частицы (катионы) будут двигаться к отрицательному (аноду), и наоборот, отрицательно заряженные частицы (анионы) будут двигаться к положительному (катоду). Но так как молекулы белка обладают разной массой, притягиваться они будут с разной скоростью -чем больше масса, тем меньше ускорение. Поэтому на детектор, расположенный все в той же вакуумной камере, сначала попадут более легкие молекулы, затем более тяжелые. Когда полимеры попадают на детектор, фиксируется всплеск. Все это выглядит в виде амплитуд всплеска, которые зависят от числа молекул, попадающих на детектор.
В итоге получается такой график.
На основании такого графика устанавливается состав всех элементов таблицы Менделеева, содержащихся в костных останках, что необходимо для использования полученных результатов при идентификации личности по костным останкам.
number of molecules
и
time -
molecular weight
По итогам исследования устанавливается молекулярная основа костной ткани, по которой могут быть установлены возрастные особенности, пол, а также наличие некоторых заболеваний. Необходимо отметить, что на содержание данных элементов может оказывать влияние территория проживания, а также причина смерти.
Масс-спектрометрическим методам исследования подверглась и ДНК. Результаты исследований были поразительными. Если традиционные методы исследования позволяют судить только о наличии и количестве тандемных повторов в соответствующих локусах, т. е. обеспечивает количественный анализ, то масс-спектральный анализ позволяет выявить количественно саму последовательность нуклеотидов в исследуемом локусе. Важным в этом аспекте является то, что масс-спектральный анализ обладает способностью выявить однонуклеотид-ный полиморфизм, присущий только каждому конкретному индивидууму. Другими словами, традиционными методами исследования ДНК близнецы не различимы, но с помощью масс-спектрального анализа становится возможным отличить каждого из них [5; 6]
Подводя итог, необходимо отметить необходимость сбора микроскопических частей скелета и назначения подобной экспертизы, так как она дает большой массив информации, позволяющий установить личность погибшего и даже причину смерти.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Звягин В.Н., Иванов В.К., Куликов А.Ю. Методические рекомендации № 94/264. М., 1996.
2. Карас М., Бахманн Д., Бахр Д. «Матричная ультрафиолетовая лазерная десорбция нелетучих соединений» // Вн. J. MassSpectrom. Ионные процессы - 1987. № 78.
3. Назаров Г.Н., Макаренко Т.Ф. Методы спектрального анализа в судебной медицине. М., 1994.
4. Безэталонная лазерная масс-спектрометрия - новый метод элементного анализа костной ткани при решении идентификационных задач / В. В. Колкутин и др. // Судебно-медицинская экспертиза. 2004. № 5.
5. Колосова В.М., Туровцев А.И. Материалы 5-й Всесоюзной научной конференции судебных медиков. Л., 1969. Т. 1.
6. Попов В.В. Идентификация личности молекулярно-генетическими методами. URL: / https://cyberleninka.ru/ (дата обращения: 18.02.2023).
7. Назаров Г.Н., Макаренко Г.Ф. Методы спектрального анализа в судебной медицине: практическое руководство). М., 1994.
8. Колосова В.М., Туровцев А.И. Материалы 5-й Всесоюзной научной конференции судебных медиков. Л., 1969. Т. 1.
REFERENCES
1. Zvyagin V.N., Ivanov V.K., Kulikov A.Yu. Methodological recommendations № 94/264. Мoscow, 1996.
2. Karas M., Bachmann D., Bahr D. «Matrix ultraviolet laser desorption of non-volatile compounds» // Int. J. MassSpectrom. Ionic processes - 1987. № 78.
3. Nazarov G.N., Makarenko T.F. Methods of spectral analysis in forensic medicine. Мoscow, 1994.
4. Laser mass spectrometry without reference - a new method of the elemental analysis of a bone tissue at the decision of identification problems / V.V. Kolkutin et al. // Forensic medicine expertise. 2004. № 5.
5. Kolosova V.M., Turovtsev A.I. Materials of the 5th all-union scientific conference of forensic doctors. Л., 1969. V. 1.
6. Popov V.V. Identification of personality by molecular-genetic methods. URL: / https://cyberleninka.ru/ (accessed 18.02.2023).
7. Nazarov G.N., Makarenko G.F. Methods of spectral analysis in forensic medicine: practical manual.). Мoscow, 1994.
8. Kolosova V.M., Turovtsev A.I. Materials of the 5th all-union scientific conference of forensic medicine. L., 1969. V. 1.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Гнетнев Игорь Геннадьевич, кандидат юридических наук, профессор кафедры криминалистики и оперативно-разыскной деятельности. Ростовский юридический институт МВД России. 344015, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, ул. Еременко, 83.
Шкуринский Евгений Александрович, адъюнкт. Ростовский юридический институт МВД России. 344015, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, ул. Еременко, 83.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Gnetnev Igor Gennadievich, PhD in Law, Professor, Department of Forensic Science and Operational-Search Activities. Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 83, Eremenko St., Rostov-on-Don 344015 Russian Federation.
Shkurinsky Evgeny Aleksandrovich, adjunct. Rostov Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 83, Eremenko St., Rostov-on-Don 344015 Russian Federation.
