肝组织生物力学性状和形态结构时序性变化及其构效关系推断死亡时间研究

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背景与目的:  推断死亡时间(Postmortem Interval,PMI)指从机体死亡时刻至尸检时的间隔时间。许多非自然死亡案件发生的时间不清楚,所以准确地推断PMI,对于提供案件侦查线索、划定侦查范围、确定犯罪嫌疑人和案件性质,阐明作案过程及嫌犯审判等方面均有重要司法意义。确定PMI一直是法医实际鉴定工作中头等重要的问题,随着医学科学技术的快速发展,国内外法医工作者利用生物物理学、生物化学、免疫组织化学、分子生物学等方法和技术,进行了大量推断PMI的研究,但由于尸体受到自身自溶腐败和尸周各种环境因素的综合影响,迄今为止,仍无一种公认的准确可靠、简单易行的推断PMI方法。  生物力学在临床医学及生命科学等各领域得到了很好应用和发展,其大多是利用活体或新鲜组织研究生物体的形态结构、生理功能与力学的关系。生物力学在法医学各种机械性损伤成伤机制的研究和各种损伤方式、致伤物推断等法医鉴定方面也有较多的报道和应用。但利用尸体组织生物力学性状时序性变化来推断PMI的研究报道较少。生物体各组织因具有不同的物质成分、空间结构及形态特点,决定了其特有的生物力学性状,组织结构不变时,力学性状不会发生变化,而组织结构的变化则必定导致生物力学性状的变化。根据物质构效关系法则推测,在不可逆的进行性尸体组织自溶腐败和风化等综合性因素作用下,组织的形态结构和组成成分均发生剧烈且持续性破坏,具有不同形态结构、不同成分及其构成比的各种尸体组织,必然发生相应的生物力学性状构效关系的时序性变化,存在各组织的最佳“窗口期”及其组合,利用敏感的生物力学性状检测指标,可在其相关性最佳的“窗口期”内准确量化地推断PMI。  本实验应用生物力学理论和技术,探讨了尸体肝组织生物力学性状时序性变化规律与PMI的关系。综合肝组织大体形态、显微组织结构、扫描电镜超微结构观察,结合计算机图像处理技术,量化分析肝组织生物力学性状与其形态结构的构效关系,及其与PMI的相关性,结合生物力学和量化病理学用于PMI的推断,为法医学推断PMI提供一种新的检测方法。  材料与方法:  深圳市公安局技术处法医检验中心2011年3月~7月明确PMI不同死因男性尸体36例,18~40周岁,除2例外,均-5℃±3℃冰柜冷冻数小时~数月,室温解冻后,常规尸检取肝,室温保湿存放,按即时、12h、24h、36h、48h、60h、72h、84h、96h、108h、120h、132h、144h、156h及168h时间点分组取材。另成年家猪10头,体重150±20kg,常规屠宰取肝,25℃湿度70%±5%恒温恒湿保存,分组时间点增加18h和30h,余同上。  定位人肝右叶膈面前中部向深部切取肝组织,大小1.5×1×1cm3长方体,每组3-5个试件,4%甲醛液1:10固定72h;猪肝左外、左内、右内、右外四叶最厚部位,余同上。  采用便携式生物力学检测仪(KDI-0.2),纵向压缩肝组织试件,检测:力-变形曲线、应力-应变曲线、极限载荷、断裂力、极限应力、极限应变、弹性模量、屈服应力、屈服应变、25%压缩载荷及最大吸收能量等指标。同时,观察试件大体形态变化,取部分试件备制常规切片HE染色、胶原纤维染色和网状纤维染色、扫描电镜组织形态学观察,计算机图像处理量化分析肝组织及其胶原、网状纤维的面积、光密度、胶原纤维空隙面积等指标。  SPSS16.0统计软件进行单向方差分析(One-way ANONA)及独立样本t检验分析实验数据,结合死亡原因、环境温度、冰冻等因素,探讨肝生物力学性状与组织形态结构的构效关系,及其时序性变化与PMI相关性。  结果:  大体形态改变  1、人肝组织大体形态,失血性休克死者肝淡红色,含血含液少;颅脑损伤等死者肝暗红色,含血含液多。总体上,即时~12h光泽,弹性好,质实,无臭味;24h~36h略混浊,软化有形,渗液多,少量腐败液气泡及臭味;48h~60h组织肿胀,软化变形,臭味大,泡沫器官形成;72h~84h无光泽,瘫软,臭味大,泡沫器官;96h~108h污秽,腐败液外溢,臭味大,泡沫器官;120h后混浊,腐败液多、臭味减小,泡沫器官。  2、猪肝组织大体形态,即时~12h暗棕红色,光泽,弹性好,质实,无臭味,无渗出;12h~18h渗液,色泽度降低;24h~30h渗液多,瘫软,臭味;36h~60h腐败肿胀,臭味大,泡沫器官形成;72h~84h臭味大,泡沫器官,部分出现蝇卵;96h~108h臭味大,泡沫器官,部分蝇蛆;120h后臭味减小,泡沫器官,部分蝇蛆。  肝组织生物力学性状  1、人肝组织生物力学性状。36例即时-72h之间均呈明显下降趋势,与PMI相关性明显,极限载荷 R2=0.9734、极限应力 R2=0.9648、25%压缩载荷 R2=0.9485、最大吸收能量R2=0.9744。12例失血性休克死者肝即时组各项生物力学性状与PMI呈一定相关性,极限载荷R2=0.757,极限应力R2=0.7514;而25%压缩载荷和最大吸收能量与PMI的相关性较差,分别为R2=0.5499,R2=0.6776。经医疗救治的肝组织各项生物力学性状与PMI无相关性。  2、家猪肝组织生物力学性状。10例猪肝组织各项生物力学性状随PMI均呈下降趋势,在即时-PMI60h,极限载荷及极限应力与PMI相关性最好,R2=0.9308及R2=0.9334,0h-24h-30h-36h-60h之间比较P<0.05;25%压缩载荷与PMI相关性R2=0.8996,0h-18h-30h-60h之间比较P<0.05;最大吸收能量与PMI相关性R2=0.9278,0h-18h-24h-30h-36h-60h之间比较P<0.05,推断PMI精确度达6h。  人和猪肝的断裂力、极限应变、弹性模量、屈服应力和屈服应变等变化均与PMI无相关性。  肝组织形态学变化及其显微图像量化分析  1、人肝组织  ⑴不同死因和室温的差别较大。即时~12h肝索排列规则,细胞浆强嗜酸性,核浆清晰;24h~36h肝索排列拥挤,细胞稍肿大,边界略模糊;48h~60h肝索排列紊乱,细胞肿大,核模糊;72h以上肝索解离,松散,部分细胞溶解。  ⑵肝细胞累积光密度(IOD)随PMI呈先升后降的抛物线变化趋势,但受死因影响较大:①失血性休克死者的肝细胞IOD与PMI相关性R2=0.765,各组间比较P<0.05,推断PMI精确度达24h;②颅脑损伤死者的肝细胞IOD与PMI相关性R2=0.8729,各组间比较P<0.05,推断PMI精确度达12h。但人肝细胞平均面积和总面积均没有明显规律性。  ⑶肝组织胶原纤维总面积和胶原纤维IOD随PMI呈上升趋势,而非胶原纤维总面积呈下降趋势,分别呈明显的正负相关性。但受死因影响较大:①失血性休克死者肝胶原纤维总面积、胶原纤维IOD及非胶原纤维总面积与PMI相关性分别为R2=0.9387、R2=0.8564、R2=0.9353,各组间比较P<0.05,推断 PMI精确度达36h;②颅脑损伤死者三项指标与PMI相关性分别为R2=0.8922、R2=0.8539、R2=0.8424,各组间比较P<0.05,推断PMI精确度达24h。  2、家猪肝组织  ⑴肝组织形态观察,即时~12h肝索排列规则,细胞边界清晰;12h~18h肝索排列稍紊乱,细胞边界略模糊;24h~30h肝索排列紊乱,细胞肿大,核模糊;36h~60h肝索解离,松散,核消失;72h以上肝细胞松散、部分细胞溶解。但猪肝细胞IOD、平均面积和总面积随PMI呈无规律变化,无相关性。  ⑵肝组织胶原纤维总面积和胶原纤维IOD随PMI呈上升趋势,而非胶原纤维的总面积呈下降趋势,分别呈明显的正负相关性,三者分别为R2=0.773、R2=0.7522、R2=0.7287,各组间比较P<0.05,推断PMI精确度达36h。  ⑶相同时间点的不同极限载荷比较:①即时组肝细胞IOD、胶原纤维总面积及胶原纤维IOD均无统计学差异(P>0.05);②PMI48h组肝细胞IOD无统计学差异(P>0.05),但胶原纤维总面积及胶原纤维IOD均呈显著性差异(P<0.05)。  ⑷扫描电镜观察,肝胶原纤维空隙平均面积随 PMI呈下降趋势,呈负相关性R2=0.8774,各组间比较P<0.05,推断PMI精确度达12h。  人和猪肝组织非胶原纤维IOD、胶原纤维平均面积、平均光密度及网状纤维面积、光密度等变化均无明显规律性,与PMI无相关性。  结论:  1、肝组织生物力学性状随PMI延长呈时序性下降趋势,与PMI之间呈明显的量化相关性,其中最大吸收能量、极限载荷、极限应力和25%压缩载荷的精确度达6h,提示检测尸体组织生物力学性状可作为一种客观量化、准确简便的推断PMI技术手段。  2、死亡原因、环境温度、冰冻等均可影响尸体组织生物力学性状,需进一步积累案例及其相关因素数据,建立多因素推断PMI数理模型公式。  3、尸体组织形态时序性变化与PMI呈一定相关性,随PMI延长不同组织成分对生物力学性状的作用力不同,构成组织生物力学性状的物质形态基础,呈明显的构-效关系。但是,形态学指标精确度明显低于生物力学性状指标。组织形态学及其生物力学性状指标变化均存在明显的种属差异性。  4、甲醛液固定组织可保持取材时间点的组织结构、强化生物力学性状,便于检测和准确推断PMI。
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