Возможности гистоморфометрии в судебно-медицинской теории и практике

ОБЗОРЫ

© Ю.И. Пиголкин, И.Н. Богомолова, Д.В. Богомолов, А.Х. Аманмурадов, 2001 УДК 340.67

Ю.И. Пиголкин, И.Н. Богомолова, Д.В. Богомолов, А.Х. Аманмурадов ВОЗМОЖНОСТИ ГИСТОМОРФОМЕТРИИ В СУДЕБНО-МЕДИЦИНСКОЙ ТЕОРИИ И ПРАКТИКЕ

Российский центр судебно-медицинской экспертизы (директор — проф. В.В. Томилин) МЗ РФ, кафедра судебной медицины (зав. — проф. Ю.И. Пиголкин) ММА им. И.М. Сеченова

В работе представлен анализ современной научной литературы по вопросам возможностей гистоморфо-метрии в судебно-медицинской теории и практике. Описаны достижения и возможности математических методов в морфологии и компьютерной микроскопии. Особое внимание уделено возможностям гисто-морфометрических исследований с применением компьютерных программ, позволяющие автоматизировать процесс измерения морфологических параметров. Намечены перспективы дальнейшего использования метода для решения ряда судебно-медицинских проблем.

Ключевые слова: токсикология, идентификация личности, определение возраста, внутренние органы, мор-фометрия.

THE POSSIBILITIES OF HYSTOMORPHOMETRY IN FORENSIC MEDICINE THEORY AND PRACTICE J.I. Pigolkin, I.N. Bogomolova, D.V. Bogomolov, A.Kh. Amanmuradov The analysis of hystomorphometry’s opportunities in the forensic medicine theory and practice is presented. Particular attention is devoted to the opportunities ofhystomorphometrical investigation with usage of IBM programs, which allow to automize the process of measurement of morphological parameters. Perspectives of the further usage of this method for decision of some forensic medicine problems are selected.

Key words: toxicology, person’s identification, age definition, internal, morphometry.

Хотя судебно-медицинская наука традиционно считается прикладной, однако известно, что существенные успехи в прикладных науках возможны только путем использования результатов фундаментальных исследований для решения практических проблем. Это в равной мере относится и к клинической, и к судебной медицине.

По современным представлениям, каждая отрасль естествознания в своем развитии проходит три главных этапа: эмпирический, теоретический и математический [3]. Последние десятилетия развития биологии и медицины характеризуются расширением применения принципов и методов смежных наук, использующих математический аппарат [1]. В частности, в судебной медицине все чаще используется математическое моделирование на базе морфологических, биохимических, биомеханических и прочих методов исследования [21,22]. Традиционные описательные подходы к новым данным, получаемым благодаря успехам гистохимии, электронной микроскопии и молекулярной биологии, не могут полностью удовлетворить запросы современной медицины, в том числе судебной [3]. Роль математики и математической статистики в биологии и медицины особенно возросла в последние годы в связи с развитием теории информации, компьютерной техники и связанных с ними областей математики [1].

В связи с этим критерием развития теоретических аспектов любой отрасли знания становится степень их квантификации, т.е. интенсивность использования количественных подходов и применения математического моделирования для доказательства обнаруженных закономерностей [1]. Для судебной медицины математические методы имеют особое значение, поскольку они не только увеличивают точность описания изучаемых явлений, но и делают возможной логическую формализацию их абстрактных моделей, что значительно усиливает логику доказательства [1]. В морфологических науках математические методы начали использоваться еще в прошлом веке, положив начало антропометрическим исследованиям и медицинской статистике. Однако в полной мере возможность математизации в морфологии была создана только благодаря внедрению в практику научных исследований морфометрического метода.

Основоположник отечественной количественной патологии Г.Г. Автандилов считает, что единичное наблюдение не может быть объектом морфометрии, даже если оно имеет большую научную ценность, поскольку законы, присущие единичным событиям или величинам, не отражают в полной мере общих закономерностей, справедливых лишь для массовых явлений [1]. Однако практика показывает, что описание

новых или редких явлений на уникальном материале также требует использования количественных методов. Так, О.Х. Поркшеян, впервые в судебной медицине описывая некрозы хрящей гортани при смертельном отравлении парами бензина, счел необходимым указать, что величина участков некроза колеблется от крайне небольшой до почти 1/4 поля зрения малого увеличения, а чтобы продемонстрировать выраженность отека легких, он отметил, что переполнение альвеол транссудатом отмечается во всех полях зрения [25]. Современные патологи, желая дать читателям возможно более полное представление об особенностях туберкулезных гранулем в простате, указывают их размер и примерное количество в одном срезе [13].

Значение морфометрического метода исследования связано с тем, что многие патологические изменения по существу являются не качественными, а количественными- изменяется диаметр структур, их объем, количество на единицу объема и т. д. Кроме того, каждый орган (и организм в целом) отвечает на повреждение одним и тем же стандартным набором реакций, которые принято называть общепатологическими процессами. Поэтому подавляющее большинство морфологических критериев диагностики различных видов заболеваний и повреждений также является количественными, т.е. основано на различной степени выраженности одинаковых по существу патологических процессов при различных этиологии и патогенезе повреждений. Патогномоничные симптомы представляют собой исключение, а не правило. Это верно как в отношении клинической медицины и патологии, так и в отношении судебной медицины. Так, при концентрации этанола в крови более 3,0 %о суждение эксперта об остром отравлении им как причине смерти обычно считают обоснованным. Однако известны случаи выживания людей даже при концентрации алкоголя свыше 15% [31]. Отпечаток протектора автомобильного колеса многие эксперты расценивают как несомненное доказательство переезда колесом. Однако описан случай образования отпечатка протектора на одежде пострадавшей, находившейся в момент получения травмы в кузове грузового автомобиля. Он образовался от шины запасного колеса, находившегося в кузове [16].

В подобных случаях достоверное различение нозологических форм, повреждений и даже отличие нормы от патологии возможно только на основании изучения всей совокупности условий возникновения явления, в т.ч. с использованием количественных данных [11].

Кроме того, для достижения высокой точности результатов, соответствующей требованиям современной науки и практики, необходим одновременный учет всего комплекса выявляемых изменений и всего многообразия факторов, влияющих на исследуемое явление, который осуществляется на базе системного подхода. Системный подход в настоящее время представляет собой достаточно полно разработанную методологию, неотъемлемой частью которой является математическое моделирование [29]. Оно объединяет наиболее важные переменные в систему, позволяющую выяв-

лять роль каждого изучаемого фактора и прогнозировать результат взаимодействия нескольких переменных. Кроме того, разные факторы влияют на моделируемое явление в различной степени, что также должно учитываться [5]. Если же весь комплекс причин изучаемого явления не поддается точному учету, то для исследования данного явления применяют статистический анализ, основанный на математической теории вероятностей, который позволяет формулировать гипотезы о зависимости одних явлений от других и проверять на контрольном материале вытекающие из этих гипотез следствия [1]. Реализация таких методологических подходов возможна только на базе компьютерной техники, а представление патологических процессов в виде, удобном для математического моделирования, обеспечивается применением гистоморфометрии. Таким образом, количественная характеристика нормальной и патологической морфологии человека дает возможность применять для исследований весь комплекс современного математического анализа объектов и явлений с применением диагностической и компьютерной техники [1]. Важно также отметить, что сам вывод о том, что изучаемый комплекс явлений суть часть некоей системы, несомненно требует учета количественной их стороны.

Морфометрические исследования имеют также большое практическое значение, поскольку выражение фактов числовыми показателями обеспечивает воспроизводимость новых методов диагностики и возможность сопоставления результатов, полученныхразными авторами. Поэтому многие судебно-медицинские гистологи применяют в своей практической работе примитивные количественные методы, указывая приблизительные количество различных микроскопических образований (например, клеток воспалительного инфильтрата) в поле зрения на малом увеличении микроскопа или их приблизительный размер (в случае микрокист и т.д.), выражая его в доляхполя зрения.

В настоящее время морфометрический метод стал неотъемлемой частью любого серьезного исследования как в патологии, так и в нормальной гистологии [10,11, 26]. Все шире используется он и в судебной медицине [12,18].

В частности, весьма перспективным представляется метод определения давности наступления смерти на основании данных гистоморфометрической оценки показателей аутолиза [22]. Он может применяться в относительно поздние сроки, когда термометрия и другие классические способы уже неэффективны. Недостатком данного метода является использование лишь пяти внутренних органов- легких, сердца, печени, почек и селезенки. Между тем анализ тканей, подвергающихся аутолизу особенно быстро (поджелудочная железа, слизистые оболочки желудка и кишечника, мозговое вещество надпочечников) и особенно медленно (сухожилия, связки, хрящевая и костная ткань) позволил бы расширить возможности метода. Целесообразно было бы также создать модель аутолиза ткани различных отделов головного мозга. Кроме того, в принципе возможен гистоморфометрический анализ не только ран-

них, но и поздних трупных изменений (оценка объемной доли гнилостных пузырей в тканях и т. д.). Подобные исследования могут не только повысить точность определения давности наступления смерти количественным гистологическим методом и расширить временные границы его применимости, но и заложить ос-новудля использования гистоморфометрического анализа тканей, находящихся в состоянии аутолиза или гниения, уточнив изменения размеров и соотношений различных микроструктур в процессе трупных изменений в норме и патологии и разработав систему поправочных коэффициентов для сопоставления данных количественного исследования тканей различной сохранности.

Методы гистоморфометрии широко применяются также для изучения возрастных изменений с целью обнаружения критериев установления возраста в целях идентификации личности. Разработаны методы количественного гистологического исследования и математические модели, позволяющие устанавливать возраст на основании морфометрических параметров инволюции костной ткани [21] , щитовидной железы [27], семенников [19], кожи человека и ее придатков [14], сосудов спинного мозга [20] и аорты [8]. Однако аналогичные исследования других внутренних органов и моделирование их возрастных изменений в судебно-медицинских целях не проводились, хотя они технически осуществимы и были бы полезны для повышения точности определения возраста судебными медиками.

По нашему мнению, судебно-медицинская морфология является разделом не только судебной медицины, но также антропологии и патологии человека и потому также должна включать в себя количественную морфологию в качестве двух самостоятельных разделов: количественная судебная патология (изучающая различные повреждения) и количественная судебномедицинская антропология (исследующая возрастные, половые, национальные и т. д. особенности в целях идентификации личности). Наиболее перспективным для определения возраста является гистоморфометри-ческое исследование стенок сосудов, а также стромы и капсул внутренних органов (легких, сердца, печени, почек, селезенки), в связи с относительной сохранностью этих элементов органов при выраженных трупных изменениях [17,24].

К числу других перспективных направлений гис-томорфометрических исследований следует отнести разработку методов дифференциальной диагностики острых и хронических отравлений различными веществами, диагностики прижизненности и давности повреждений различных тканей, имеющих различное происхождение (механических, термических и т. д.), а также установления вида и темпа танатогенеза в каждом конкретном случае. Последнее, в частности, необходимо для ответа на вопросы следователя о причине смерти и о возможности совершения пострадавшим тех или иных активных действий.

По нашему мнению, для решения этих проблем целесообразно создание единой электронной базы данных, включающей возраст погибших, их пол, дав-

ность наступления смерти, наличие той или иной патологии, в т. ч. хронических интоксикаций, давность обнаруженных повреждений и данные гистоморфометрии всех основных микроструктур исследуемых тканей. В частности, в случаях химических, механических или термических повреждений следует оценивать в каждом исследуемом поле зрения количество и суммарную площадь сечения клеток, находящихся в состоянии дистрофии (раздельно по каждому ее виду) и некроза, а также нейтрофилов, эози-нофилов, макрофагов, лимфоцитов и фибробластов. Кроме того, оценке подлежат доля площади препарата, приходящаяся на эритроциты, зоны отека и кровоизлияний и на элементы стромы органов. Такая методика обеспечивает оценку выраженности общепатологических процессов, представляющих собой универсальные реакции организма на повреждение, — полнокровия, отека, кровоизлияний, дистрофии, некроза, воспаления и регенерации. Наряду с этим целесообразно измерение линейных размеров и площадей основных структурных компонентов исследуемой ткани. Последующий статистический анализ позволит точно установить роль каждого фактора — возраста погибших, пола, давности наступления смерти, хронических интоксикаций, механизма и давности повреждений, — в морфогенезе наблюдаемых изменений. На основе этих данных станет возможной разработка значительно менее трудоемких практических методов решения каждой отдельной проблемы или (в случае, если следователь задает несколько вопросов) — всего их комплекса. Кроме того, использование единой базы гистоморфометрических данных для изучения разных вопросов позволит повысить точность результатов и расширить диагностические возможности. В частности, разрабатывая метод установления давности повреждений или вида отравлений, можно будет ввести поправочные коэффициенты для учета пола, возраста и степени трупных изменений, что сделает гистоморфометри-ческую диагностику возможной даже при наличии явлений аутолиза или гниения. С другой стороны, при совершенствовании способа установления давности наступления смерти по количественным гистологическим данным можно будет вносить поправки на различные виды патологии, изменяющие скорость протекания трупных изменений.

Особенно широкие возможности предлагаемый метод открывает для дифференциальной диагностики отравлений. Как известно, гистологические изменения при отравления разными веществами неспецифичны и различаются главным образом выраженностью и локализацией. Динамика их также однотипна и зависит при отравлении веществами одной группы более от тяжести отравления и реактивности организма, чем от химической структуры вещества, которое его вызвало. Поэтому качественные описания микропрепаратов не всегда достаточно эффективны для экспертной практики. Зато гистоморфометрическое исследование органов и тканей может выявить количественные критерии дифференциальной диагностики отрав-

лений разными веществами, а также способствовать решению вопросов о дозе и давности приема токсичного вещества.

В настоящее время для гистоморфометрических исследований все шире применяются компьютерные анализаторы изображений [2,10]. Компьютерная микроскопия позволяет перейти к количественному анализу гистоцитологических объектов с применением двух- и трехмерных данных, сложных методов математической статистики и моделирования и новейших компьютерных технологий [2]. Применение компьютерных методик и специализированных математических программ позволяет объективизировать морфологический анализ [15]. Повышенная объективность и точность количественных методов по сравнению с качественными базируется не только на автоматизированном компьютерном анализе признака, но и на данных регистрирующей аппаратуры, полностью исключающей субьективизм исследователя [1].

Новые возможности в патологии и судебной медицине открывает компьютерный трехмерный анализ строения микроскопических структур, основанный на применении гистотопографии и современных компьютерных технологий, позволяющих определять взаимоотношения всех тканевых структур по всему обье-му исследованных блоков ткани [7].

Еще одним из перспективных направлений в изучении морфологических изменений при различных видах патологии и повреждений является их стереометрическая реконструкция и двухмерное графическое моделирование, заключающееся в определении удельного веса различных форм и их размеров в каждом конкретном случае путем графического распределения в координатной сетке. Такой подход позволяет не только уточнить формы и размеры исследуе-

Яитература:

1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия: Руководство. —М. — Медицина. — 1990. — 384 с.

2. Автандилов Г.Г. Компьютерная микротелефотометрия в диагностической гистоцитопатологии. — М. — РМАПО. — 1996. — 256 с.

3. Автандилов Г.Г. // Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С.7-8.

4. Бережной Р.В. Руководство по судебно-медицинской экспертизе отравлений. — М.: Медицина. — 1980. — 424 с.

5. Богомолов Д.В., Казерская И.Н. // Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций патологоанатомов. — М. — 1999г. — C. 40-42.

6. Гвоздевич В.Д. //Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С.58.

7. Даниленко В.И., Шапошникова И.В., Ягубов А.С. //Тезисы 2-го сьезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С. 74-75.

8. Ефимов А.А. Комплексная количественная оценка инволютивных изменений аорты человека. — Автореф. дисс. ... канд. мед. наук — Саратов. — 1999. — 24 с.

9. ЖакиповаА.А, Муканов К.Н. // Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С. 99.

10. Зинченко О.В. //Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов.—Москва.—1999. — С. 116-117. 11.Зубрицкий А.Н. Морфометрия легочного сердца при хронических неспецифических заболеваниях легких. — М. — Медицина. — 2000. — 160 с.

12.Индиаминов С. Гистостереометрическое исследование сосудов головного мозга при политравме и его судебно-медицинская оценка. Автореф. дисс. . канд. мед. наук — Москва. — 1987. — 26 с.

13. Калдыбаев М.М., Пругло Ю.В., Скороходова Е.А., Вилер Т.М. //Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С. 136.

14.Каукаль В.Г. Критерии судебно-медицинской идентификации личности по свойствам и особенностям кожи и ее дериватов. — Автореф. дисс. . докт. мед. наук. — М. — 1996.

15. КолтовойН.А. //Тезисы 2-го съезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва.—1999. — С. 155.

16. Купов И.Я., Чернобородов Г.Д. //Судебно-медицинские записки. — Кишинев: Штиница, 1977. — С. 17-18.

мых структур, но и выяснить особенности их взаимосвязи с другими тканевыми и клеточными структурами органа [9].

Большое распространение получили компьютерные программы, позволяющие автоматизировать процесс измерения гистоморфометрических параметров («Гистоцитоскан» ит. д.) [2]. Однако, по нашему опыту, оптимальные возможности для количественных гистологических исследований предоставляет использование графического редактора Photoshop в версии от 4.0 до 5.5. Эта программа позволяет выделять фрагменты изображения произвольной формы и с помощью команды «Гистограмма» меню «Изображение» определять количество пикселов (точек экрана), соответствующее выделенному фрагменту. После проведения калибровки с помощью изображения объект-микрометра становится возможным измерение длин и площадей гистологических структур. Это несомненное преимущество, поскольку автоматизированные системы, как правило, жестко ограничивают возможности исследователя.

Таким образом, для повышения методического уровня научных исследований и качества практической экспертной работы необходимо использование компьютерной техники, включая анализаторы микроскопических изображений. В качестве универсального программного средства для обеспечения гистомор-фометрических работ можно рекомендовать графический редактор типа Photoshop. Важно отметить, что, несмотря на большие перспективы использования количественных методов анализа патологических процессов и повреждений, составляющих предмет изучения судебной медицины, приоритет остается за комплексным исследованием объектов экспертизы как со вниманием к традиционным методам такового, так и с привлечением новых методических подходов.

17.Лушников Е.Ф., Шапиро H.A. Аутолиз (морфология и механизмы развития). — М.: Медицина, 1974. — 200 с.

18. Орлова A.A. Морфометрическое изучение щитовидной, надпочечных желез и атеросклеротического процесса в случаях скоропостижной смерти от острой ишемической болезни сердца жителей жаркой аридной зоны. — Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. — Ашхабад. — 1976. — С. 30.

19.Павлов A.B. Возрастная динамика основных структурных компонентов семенников человека в оценке биологического возраста. — Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. — Саратов. — 1999. — 25 с.

20. Пиголкин Ю.И. Функциональная морфология нервного аппарата кровеносных сосудов спинного мозга в норме и при механической травме. — Автореф. дисс. ... докт. мед. наук. — Ленинград. — 1991. — 56 с.

21. Пиголкин Ю.И., Щербаков B.B., Самоходская О.В., ЗолотенковаГ.В, ФедуловаМ.В, Богомолова И.Н. //Проблемы судебной медицины, экспертизы и права. — Краснодар: Изд-во КГМА, 2000. — С. 66-69.

22. Пиголкин Ю.И., Коровин A.A., Богомолов Д.В., Богомолова И.Н. // Судебно-медицинская экспертиза. — №1. — 2001. — С. 3-6.

23. Пиголкин Ю.И., Богомолов Д.В., Богомолова И.Н, Баранова М.Я., Оздамирова Ю.М.// Проблемы экспертизы в медицине. — 2001. — № 1. — С. 18-20.

24. Попов Н.В. Основы судебной медицины: Пособие для студентов медицинских институтов. — Медгиз. — 1938. — С. 594.

25.Поркшеян О.Х. // Сборник работ по теории и практике судебной медицины. — Ленинград. — 1962. — С. 301.

26. СапинМ.Р., Юрина H.A., Этинген Л.Е. Лимфатический узел. — М.: Медицина, 1978. — 272 с.

27. Спиридонов A.В. Возрастные изменения щитовидной железы и их судебно-медицинская оценка. — Автореф. дисс. ... канд. — Саратов. — 1997. — 24 с.

28. Ступина A.C., Квитницкая-Рыжова Т.Ю., МежиборскаяНЛ. //Тезисы 2-го сьезда Международного Союза Ассоциаций Патологоанатомов. — Москва. — 1999. — С. 294-295.

29. Толстолуцкий В.Ю. Математическое моделирование динамики температуры в постмортальном периоде для определения давности наступления смерти. — Автореф. дисс. ... докт. мед. наук. — М. — 1995. — 38 с.

30. Харченко В.П., Саркисов Д.С., Ветшев П.С., Галил-Оглы r.A., Зайратьянц О.В. Болезни вилочной железы. — М.: Триада-Х, 1998. — 232 с.

31.KnightB. Simpson’sforensicmedicine.-NewYork.-Oxforduniversitypress.— 1997. — P. 181-186.