К вопросу определения изменений микроэлементов и минерального равновесия организма в судебномедицинских целях

Последнее время делаются попытки применить на трупах биохимические исследования, принятые в клинической практике (Шлейр, 1958), в частности определить предсмертные сдвиги целых молекул или продукты распада белковых веществ. Однако быстро наступающие трупные явления ограничивают возможность такого определения. Исследование некоторых микро- и макроэлементов в органах и тканях позволяет избавиться от вредного влияния гниения. В этом случае в распоряжении исследователя оказываются большое количество объектов и точные физико-химические методы исследования.

В настоящей работе мы попытались показать возможность определения быстро протекающих биологических процессов путем исследования сдвигов минеральных веществ.

За последние годы произведены обширные исследования микроэлементов организма. А.О. Войнар к числу их относит алюминий, кремний, марганец, свинец, титан, медь, серебро, никель, хром, барий, литий, кадмий, цинк, кобальт, молибден, висмут, галий. Микроэлементы «обладают высокой биологической активностью благодаря тесной связи с ферментами, витаминами, гормонами и участвуют в процессах тканевого обмена, роста, кровообразования, оссификации и пр.»¹.

Известно, что процессы, связанные с ферментами, гормонами, витаминами, а также синтез и ресинтез различных биологически активных веществ происходят очень быстро. По данным Х.С. Коштоянца, быстрота этих процессов может достигать тысячных долей секунды.

В работах Г.А. Бабенко, Г.А. Белых, В.Н. Галаховой, В.А. Дельви, Е.Г. Липской доказано, что в процессе раздражения изменяется количество меди и марганца в крови и в зависимости от функционального состояния центральной нервной системы может меняться концентрация микроэлементов. А.О. Войнар, в частности, установил, что при торможении в центральной нервной системе животных резко снижается содержание меди, алюминия, кремния и титана, тогда как количество марганца изменяется очень незначительно. При раздражении же увеличивается количество марганца, алюминия, кремния и титана. При резко выраженном болевом синдроме после травмы головного мозга в спинномозговой жидкости и крови увеличивается количество меди.

Микроэлементы участвуют и в защитных реакциях организма. А.И. Венчиков указывает: «При повышении концентрации микроэлементов в окружающей среде выше определенной границы стимулирующее их действие на ход физиологических процессов животного организма либо ослабляется, либо прекращается. Наступает зона „бездействия вещества". При дальнейшем увеличении концентрации микроэлементов начинает проявляться их токсическое действие»².

В.И. Городыский, И.В. Веселая, О.Н. Ростовцева определяли содержание меди, цинка, кадмия и никеля в мышцах и опухолях. В большинстве работ, указанных выше, использовались химические, полярографические и спектрографические методы. Определялось абсолютное количественное содержание отдельных микроэлементов. Мы считаем, что количественное содержание одного или двух микроэлементов в том или ином органе не может рассматриваться изолированно, поскольку в живом объекте те или иные простые количественные изменения находятся в тесной взаимосвязи со всеми остальными изменениями— одни явления обусловливают другие. Рассмотрим, например, факт увеличения содержания меди в спинномозговой жидкости при болевом синдроме. Прежде всего возникает вопрос, за счет какого источника произошло это увеличение: по-видимому, под влиянием боли, в результате реакции организма и, возможно, той «функциональной поломки» защитных барьеров, о которой пишет А.И. Венчиков; из-другого места освобождается медь и переходит в спинномозговую жидкость или кровь. Зная химизм организма, нельзя допустить, что перемещение меди-процесс изолированный. Тот факт, что в крови или спинномозговой жидкости меди стало больше, уже означает, что нарушилось равновесие всех имеющихся там химических элементов. 'Гак, например, если допустить, что алюминия в крови в абсолютных количествах было 2 (условно), кремния — 3, марганца — 4, меди—1 и т. д.,. то значит существует какое-то уравновешенное состояние, в котором:

Что же произойдет, если увеличится количество меди, если оно станет, скажем, 5 (условно)? Конечно, абсолютно количественное увеличение меди не приведет к увеличению или уменьшению абсолютных количеств алюминия, марганца, кремния, но оно приведет к резкому нарушению существующего равновесия, т. е. мы будем иметь:

Следовательно, уже количественное изменение только одного химического элемента приводит к ряду нарушений существующего равновесия минеральных элементов. Если же мы будем иметь увеличение* или уменьшение не одного, а нескольких химических элементов (что,, несомненно, имеет место при той или иной реакции организма, так как трудно представить в организме изолированное изменение только одного химического элемента), то нарушение их равновесия примет чрезвычайно сложный и динамический вид. Организм не остается инертным к нарушению количественного содержания химических элементов, и процесс перераспределения их будет идти до наступления определенного нового состояния.

Увеличение или уменьшение содержания какого-либо химического элемента в том или ином органе в результате физиологической или патологической реакции указывает, что те или иные реакции организма сопровождаются перемещением различных химических веществ из одного органа в другой, освобождением их связей, образованием новых связей и эквивалентных состояний как реакционных сред для лечения специфических биохимических процессов.

Таким образом, для выявления реакции организма при помощи исследования его минерального состава принципиальное значение имеет установление изменений соотношений химических элементов (эквивалентного состояния среды).

Если в условиях эксперимента можно взять кровь животного до опыта в качестве контроля, то количественные изменения могут быть показателем сдвигов минеральных элементов в организме; если же такая возможность отсутствует, эти изменения теряют свое значение ввиду больших физиологических колебаний, существующих у различных индивидуумов. Установить пределы изменения отдельных элементов в нормальных организмах можно путем набора большого экспериментального материала.

Как показатель сдвигов минеральных веществ в организме мы избрали установление нарушения минерального равновесия в отдельных органах и в организме в целом.

Спектрографическое установление нарушения минерального равновесия организма может быть осуществлено следующими способами.

1. Определение абсолютных концентраций химических элементов но эталонам с последующим анализом их соотношений.
2. Определение относительных количественных характеристик химических элементов без применения эталонов. В качестве элемента сравнения выбирался тот или иной элемент, обнаруженный в исследуемом объекте.

Второй способ имеет ряд преимуществ — он проще, не требует сложных и трудно изготовляемых эталонов, снижает влияние многих ошибок эксперимента, дает наглядный, удобный для статистического анализа материал.

В.М. Колосова указывает на эффективность этого способа в тех случаях, когда возможен статистический анализ полученных данных (в качестве количественной характеристики используется либо коэффициент К= n₁/n₂ либо ΔS).

В качестве количественной характеристики двух элементов нами использовался коэффициент К_i= n₁/n₂ (например, K_Ca/Cu=n¹Ca/n²Cu, где n — плотность почернения определенной линии элемента, а индекс i обо-значает наименование взятых элементов).

При спектрографическом анализе режим источника, навеска, экспозиция подбираются таким образом, чтобы при единичном анализе с достаточной интенсивностью выявились необходимые для фотометрирования линии изучаемых элементов.

При подборе линий для фотометрирования надо стараться свести к минимуму влияние факторов эксперимента, подобрать линии, находящиеся по мере возможности близко друг от друга, в рабочей части характеристической кривой, и имеющие более или менее близкую плотность почернения. Мы пользовались для кремния λ = 2506,9 Ǻ, фосфора λ=2554,9 Ǻ, железа λ = 2739,5 Ǻ, магнезии λ = 2776,7 Ǻ, алюминия λ = 3082,2 Ǻ, кальция λ =3158,9 Ǻ, меди λ = 3274,0 Ǻ, титана λ = 3372,8 Ǻ. Для предварительных полуколичественных определений линий натрия λ = 3302,3 Ǻ, калия λ = 3446,7 Ǻ.

Для исследования берется 5—10 г объекта в химически чистые фарфоровые стаканы, высушивается до постоянного веса, а затем оголяется в муфеле при температуре 380—500°. Техника спектрографиро-вания подбирается применительно к цели и объекту исследования.

При наших исследованиях спектрографирование велось в угольных электродах с глубиной кратера 4—7 мм при навеске объекта 15—25 мг, смешанной с 10 мг угольного порошка; экспозиция 4А—15 секунд, далее 8А — до 1 или 2 минут, спектрограф ИСП-22.

Для пояснения приведем простейший пример определения коэффициента К для кальция и фосфора в двух крайних случаях.

Аналогичные данные для другого случая при патологически измененных органах: K_Ca/P = 2,71 (табличные расчеты не приводятся). Сравнивая коэффициент K_Ca/P для двух измененных органов, мы видим разницу — изменение в соотношении двух элементов, выраженное некоторой цифрой. Дальнейший анализ экспериментальных данных статистическим методом оценки стандартных ошибок приводит к установлению надежной статистической разницы для полученных двух значений — Д'са/р. Таким образом, изменения коэффициента Кi дают возможность определить сдвиг в минеральном составе организма, нарушение его минерального равновесия, увеличение или уменьшение определенного химического элемента, образование новой эквивалентной среды, специфичной для данного морфологического или функционального состояния, без абсолютных количественных определений концентрации химических элементов.

Следует, однако, помнить, что полученные при таких исследованиях данные нельзя трактовать как показатель концентрации химического элемента. Так, например, установив K_Ca =1,5, а Р_Fe = 2,5, нельзя делать заключение, что в объекте кальция в абсолютных количествах меньше, чем железа. Для изучения нарушений минерального равновесия можно использовать разные органы и ткани при самых различных патологических состояниях. Так, мы исследовали кровь, мозг, легкие, печень, селезенку, почку, костный мозг, кость, мочу, жидкость из брюшной и плевральной полости и из околосердечной сумки, злокачественные новообразования. Исследовали органы собак при отравлениях цианом, дифосгеном, табуном, мышьяком, ртутью, а также при утоплениях в различных жидкостях.

Из человеческих трупов брали для исследования органы при раке, лимфогранулематозе, лимфосаркоме, отравлениях мышьяком, медью, в случаях утопления в различных жидкостях. У больных исследовали кровь и мочу при анемии и лейкозах неизвестной этиологии.

В настоящее время мало известно относительно существования физиологических вариантов минерального равновесия организма и процента их колебаний по отношению к средним значениям. Такие варианты равновесия организма, связанные с бытом, географическими условиями и прочими факторами, несомненно, должны существовать. Возможны также быстрые изменения в момент смерти при различных вариантах, входящих в контрольную группу. Окончательно этот вопрос можно будет решить только после изучения очень большого материала и статистической обработки его.

Указанные выше обстоятельства надо помнить и сравнительные исследования вести по таким соотношениям, при которых патологические изменения не перекрываются колебаниями контрольной группы. Наши предварительные данные показывают, что, помимо прямого сравнения отдельных коэффициентов, например: коэффициент K_Ca/Si при контроле 2,12, при отравлении 0,88, при лимфогранулематозе 43,2, при раке легкого 1,27; хорошим показателем происшедшего нарушения минерального равновесия является установление места в убывающем ряду.

Так, например, специфичность нарушения минерального равновесия при отравлении парижской зеленью и преимущественное поражение почек при отравлении этим ядом можно хорошо распознать перемещением соотношений по количественному значению с 1-го, 2-го, 3-го места на 5-е, 12-е и 17-е место и т. д.

То же можно сделать для быстро протекающих с первого взгляда одинаковых процессов: утопление в различных жидкостях. Отношение для контроля равно 2,54, для утопления в речной воде — 3,4, для утопления в морской воде—1,3.

Разница по отношению к контролю будет для утопления в речной воде — 0,86, для утопления в морской воде + 1,24.

Данные коэффициентов K_i для Al/Si и для Fe/P имеют следующие значения.

При простом сравнении приведенных цифр можно заметить нарушение минерального равновесия по отношению к контролю в обоих случаях.

Вывод

При патологических реакциях происходит специфическое нарушение минерального равновесия в органах. Это нарушение можно установить спектрографически (безэталонный прием со статистической обработкой количественных характеристик).

¹ А.О. Войнар. Распределение и обмен микроэлементов в центральной нервной системе. VIII Всесоюзный съезд физиологов, биохимиков и фармакологов. Тезисы докладов, 1955, стр. 133—135.

² Первая конференция физиологов, биохимиков и фармакологов Средней Азии и Казахстана. Тезисы докладов. Ташкент, '1956, стр. 54.

От редакции. Редколлегия рассматривает данную статью как предварительное сообщение.