Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Разработка и оптимизация методик определения s-, p-, d-элементов в биоматериалах при химико-токсикологических и медико-криминалистических исследованиях

На правах рукописи

ЛУЗАНОВА Ирина Сергеевна

Разработка и оптимизация методик определения е-, р-, (!-элементов в биоматериалах при химико-токсикологических и медико-криминалистических исследованиях

15 00 02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия 14.00 20 - токсикология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

□ОЗ172217

Москва 2008

003172217

Работа выполнена на кафедре фармацевтической и токсикологической химии медицинского факультета ГОУ ВПО «Российский Университет дружбы народов» и в спектральной лаборатории Бюро судебно-медицинской экспертизы Департамента здравоохранения г Москвы

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Плетенева Татьяна Вадимовна

доктор фармацевтических наук, профессор Саломатин Евгений Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор кандидат медицинских наук

Харитонов Юрий Яковлевич Остапенко Юрий Николаевич

Ведущая организация: Российский государственный медицинский университет

Защита диссертации состоится 25 июня 2008 г в на заседании

диссертационного совета Д 212 203 13 при ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» по адресу 117198, Москва, ул Миклухо-Маклая, д 6

Автореферат разослан « 23» мая 2008 г

Ученый секретарь л

диссертационного совета ^

доктор биологических наук, профессор ' Р —> Лукашева Е.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Одна из задач фармацевтической и токсикологической химии - « исследование и разработка методов определения лекарственных веществ в биологических объектах для токсикологического и эколого-фармацевтического мониторинга» (А П Арзамасцев, 2005) Элементный состав органов и тканей человека в норме, при лечении и при отравлениях — важный показатель микроэлементного гомеостаза человека (В И Вернадский, 1922, А И Венчиков, 1978, А П Авцын, 1991) В работе основной акцент сделан на определение в биоматериалах таллия, ртути и лития -элементов, соединения которых применяются (литий, ртуть) или применялись (ртуть, таллий) в лечебных целях Это особенно существенно для лекарственных средств с низким терапевтическим индексом Например, для препаратов лития (Лития карбонат, Лития цитрат), используемых при лечении маниакально-депрессивного психоза, и для элементной формы ртути, которая продолжает использоваться в качестве компонентов зубных пломб (L Björkman, BF Lundekvam, TLaegreid, 2007, P Frisk, A Danersund, R. Hudecek, 2007) или ртутной серой мази (Р G Lang, 1986), характерны узкие интервалы терапевтической безопасности Исследования ответа организма на действие высоких доз неорганических соединений также чрезвычайно важно при выборе лекарственных средств антидотного действия

Известная трапециевидная зависимость {JA Cowan, 1996, В Venugopa, TD Luckey, 1978) «доза-ответ» для микроэлементов в организме млекопитающих наглядно демонстрирует, что обсуждаемые в работе проблемы отравлений касаются правой ветви кривой (рис 1)

Рис. 1. Зависимость доза - ответ для неорганических ионов.

Это область доз/концентраций, превышающих нормальное (фоновое) содержание элементов, при которых происходит смещение гомеостатических равновесий в организме При этом необходимый, эссенциальный (essential), элемент приобретает свойства примесного, оказывая токсическое действие на организм (В И Вернадский, 1922, Г К Барашков, 2007) Изучение этой области концентраций особенно важно для фармацевтической и токсикологической химии при контроле содержания лекарственных

средств неорганической природы в организме человека и при заболеваниях, связанных с нарушением металл-лигандного гомеостаза

Химико-токсикологические исследования при диагностике отравлений (заболеваний химической этиологии) и медико-криминалистические экспертизы, включающие определение металлов выстрела при огнестрельных повреждениях, должны совершенствоваться благодаря оптимизации операций отбора проб биоматериалов, подготовки их к анализу с учетом токсикодинамических и токсикокинетических параметров и природы химических форм определяемых элементов, валидацационной оценки методик анализа, адекватной интерпретации полученных результатов

Среди методов определения элементного состава биообразцов достаточно информативными являются спектральные, на протяжении нескольких десятилетий успешно применяющиеся в химико-токсикологических и медико-криминалистических исследованиях (ГН Назаров, ТФ Макаренко, ¡994, М Saber-Tehrani, 2007, FX Reichl, S Simon, 2006, A H Hall, В Н Rumack, 2007) Эмиссионный спектральный анализ, пламенная фотометрия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия (ААС), атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) и масс-спектральным детектированием (ИСП-МС) используются для диагностики отравлений «металлическими» ядами, в том числе лекарственными средствами неорганической природы, а также для определения следов металлов при огнестрельных повреждениях кожи (идентификации орудия травмы и определения дистанции выстрела) Однако результаты разных авторов часто оказываются несопоставимыми друг с другом Так, в литературе отсутствуют однозначные сведения по токсическим дозам металлических ядов для человека Например, абсолютно смертельная доза таллия(1) сульфата для человека занимает по литературным данным достаточно широкий интервал 5-50 мг/кг, а пороговая летальная доза лития карбоната для человека колеблется от 8 до 3650 мг/кг В связи с этим не определена оптимальная доза препаратов лития, применяемых для лечения маниакально-депрессивных психозов Такая неоднозначность является отражением не только индивидуальной чувствительности человека к действию ксенобиотиков, но связана с особенностями методик определения элементов в каждом конкретном случае отравления

В практике лабораторий химико-токсикологических центров и судебно-химических отделений бюро судебно-медицинских экспертиз методически не закреплены требования к выбору объекта анализа, моменту отбора биопробы и ее количества. Например, при ташшевых отравлениях в качестве диагностического биоматериала используют кровь, что

нецелесообразно в связи с кинетикой резорбции и распределения элемента в организме человека.

Цель и задачи исследования Цель - разработка общих методических подходов к определению токсичных металлов и амфотерных элементов при химико-токсикологических, судебно-медицинских и криминалистических исследованиях

Для достижения цели были поставлены следующие задачи

- провести сравнение информативности и целесообразности использования биообъектов (кровь/моча) при диагностике заболеваний химической этиологии -отравлениях солями таллия, ртути и лития,

- на основании физико-химических критериев (К„р, Е°, рН) прогнозировать химические формы существования таллия, ртути, лития в жидких биосредах для обоснования выбора биообъекта для анализа,

- сопоставить полученные результаты анализа биоматериалов с историями болезней при отравлениях солями таллия, лекарственными препаратами лития («Лития карбонат» и «Лития цитрат») и элементной формой ртути (Не°ж , Н£°„ 1-^0ж+8 - «мазь ртутная серая»),

- обобщить результаты анализа внутренних органов при судебно-химических исследованиях смертельных отравлений соединениями тяжелых металлов для выбора оптимальных объектов исследования,

- оптимизировать методики предварительной скрининговой идентификации методом эмиссионного спектрального анализа, способа минерализации органической матрицы и количественного определения элементов методами атомной абсорбции в пламени (А£, Сс), Сг, Си, Ре, Мп, 2п, Т1, РЬ,) и с ртутно-гидридной приставкой (Ь^), пламенной фотометрии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (1л),

- разработать методики определения следов металлов на фрагментах кожи при модельных экспериментах огнестрельных повреждений для идентификации орудия травмы и установления дистанции выстрела, необходимых при производстве экспертных исследований

Научная новизна исследования. Впервые в результате исследования большого массива биообъектов (>300), полученных при хронических, острых и смертельных отравлениях человека, а также при огнестрельных травмах, оптимизированы методики пробоотбора, пробоподготовки и анализа, базирующиеся на предварительной эмиссионной идентификации и последующем определении элементов методами ААС, пламенной фотометрии и ИСП-МС

Впервые в рамках химико-токсикологических исследований обобщены физико-химические характеристики (растворимость и окислительно-восстановительные потенциалы при разных значениях рН) токсикантов (Т1, Ь]), позволяющие прогнозировать химическую форму элемента в водных растворах, являющихся упрощенной моделью биожидкостей человека

Сформированный в рамках Бюро судебно-медицинской экспертизы (БСМЭ) Департамента здравоохранения г Москвы информационный банк результатов исследований позволил обосновать выбор оптимального, неинвазивного диагностического объекта - суточной мочи человека при отравлениях соединениями таллия, ртути и лития

Полученные результаты позволили подготовить рекомендации для токсикологических центров лечебных учреждений о нецелесообразности использования цельной крови или плазмы крови для диагностики таллиевых и ртутных отравлений

Осуществлено ранжирование по содержанию в суточной моче человека токсичных металлов, что позволило оценить частоту отравлений разными дозами и охарактеризовать отравления по степени тяжести

Результаты анализа желудка в сравнении с традиционно используемыми объектами (печень и почки) (А Н Крылова, 1975) позволили характеризовать источник поступления яда в организм

Впервые исследованы закономерности отложения на коже человека химических элементов («металлов выстрела») при огнестрельных повреждениях, позволяющие отличить их от механических ранений, установить вид использованного снаряда, расстояние выстрела, даже в отсутствии сведений о модели огнестрельного оружия

Практическая значимость исследования заключается в том, что содержащиеся в нем теоретические положения, экспериментальные результаты и новые методические подходы могут быть использованы судебно-медицинскими экспертами, криминалистами и клиническими токсикологами при решении задач по установлению обстоятельств отравлений и огнестрельных повреждений

Полученные результаты являются основой для дальнейшего усовершенствования методик диагностического исследования отравлений соединениями токсичных элементов, при назначении судебно-медицинских экспертиз и подготовке биоматериалов к ним

Положения, выносимые на защиту:

1 Обоснование выбора диагностического объекта химико-токсикологических

исследовании (кровь/суточная моча человека) методами спектрального анализа при отравлении соединениями таллия, ртути, лития

2 Результаты судебно-химического исследования внутренних органов пострадавших при смертельных отравлениях различными соединениями тяжелых металлов (Ag, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)

3 Алгоритм исследования отложения металлов выстрела на коже для определения характера причиненного повреждения, вида снаряда и расстояния выстрела при медико-криминалистических исследованиях

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы медико-криминалистических, судебно-химических и химико-токсикологических экспертных исследований» - 2007 г, на VIII международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке, концепции болезней цивилизации» - 2007 г, на объединенном научном семинаре кафедры фармацевтической и токсикологической химии, кафедры биохимии, биологии и общей генетики РУДН, судебно-химического отдела ФГУ «Российский центр судебных экспертиз» и БСМЭ Департамента здравоохранения г Москва - 2008 г

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, 10 из которых - статьи в рецензируемом журнале списка ВАК

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на Ф страницах и состоит из следующих разделов обзора литературы, методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, библиографического списка ffo источников, из них на русском и //í? на иностранных языках и приложения Работа содержит ^таблиц, /i рисунков

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования. При отравлениях «металлическими» ядами исследовали биологические жидкости человека (кровь, моча) и внутренние органы трупов (желудок, печень, почка), при исследовании топографии и содержания элементов, входящих в состав продуктов выстрела, - фрагменты кожи трупов

Контрольными образцами служили кровь и моча человека и органы трупов с учетом возраста и пола при условии отсутствия контакта с определяемыми элементами В случаях огнестрельных повреждений - фрагменты интактной кожи симметричных областей трупа

Высокотемпературное озоление биопробы (сухую минерализацию) проводили в кварцевых тиглях в муфельной печи при температуре 400°С в течение 0,5-2,5 ч в

зависимости от природы минерализуемого объекта При влажной минерализации использовали концентрированные растворы веществ-окислителей (HN03, H2S04, Н202, КМПО4) или их комбинации

Качественное и полуколичественное определение содержания элементов проводили методом ЭСА на кварцевом спектрографе ИСП-30 (Россия) в дуге переменного тока Расшифровку спектрограмм осуществляли на спекгропроекгоре СПП-2, используя «Атлас спектральных линий для кварцевого спектрографа» Оценку содержания элементов, характерных для огнестрельных повреждений, проводили, фотометрируя их спектральные линии на микрофотометре MD-100 (Германия)

Количественное определение Tl, Ag, Zn, Pb, Mn, Fe, Cu, Cr, Cd проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре ААС-30 фирмы "Carl Zeiss" (Германия) в ацетиленово-воздушном пламени при длине волны, ширине щели и силе тока, характерных для каждого элемента При определении Hg использовали ртутно-гидридную приставку.

Количественное определение лития проводили на пламенном фотометре М410 фирмы "Sherwood Scientific" (Великобритания) (X = 671 нм) Пламя - смесь воздух-пропан-бутан Межлабораторную оценку воспроизводимости осуществляли в физико-химической лаборатории экспертно-криминалисгического центра МВД РФ на масс-спектрометре в индуктивно-связанной плазме «Elan DRC-2» (Германия)

Все оборудование прошло валидационную проверку и сертифицировано (лицензия № 99-01-004698 от 2007) Все химические реактивы соответствовали марке «хч» или «осч» При каждом анализе проводили «холостой» опыт с использованием всех реагентов, включая стадию пробоподготовки Оценку содержания металла в пробе проводили методом калибровочного графика, для построения которого использовали фиксаналы водных растворов хлоридов или нитратов «металлических» ядов(«Мегск», Германия) Статистическую обработку результатов проводили в программе «Origin 6 0, Copyright, Inc 1991-2000»

Результаты исследования и их обсуждение 1. Химико-токсикологическое исследование биоматериалов (кровь, суточная моча человека) при определении таллия, ртути, лития

Отравления соединениями таллия. Традиционно при диагностике отравлений тяжелыми металлами в качестве биоиндикатора используют кровь Химико-токсикологическое исследование образцов крови человека, поступивших в 1998-2007 гг в спектральную лабораторию БСМЭ г Москвы в связи с предварительным диагнозом

«отравление соединениями таллия», показал, что использование ее в качестве биоиндикатора не только нецелесообразно, но и препятствует своевременной постановке диагноза Так, например, результаты спектрального скринингового определения таллия методом ЭСА в 9 пробах крови не дали ни одного положительного ответа В то же время в суточной моче пострадавших выявлено высокое содержание таллия, что соответствовало наблюдаемым симптомам, описанным в историях болезней

Для выяснения причин выявленного несоответствия были проанализированы физико-химические характеристики химических форм таллия (Кпр, Е°, рН биосред), которые использовали для расчета и построения диаграмм рН-потенциал для этого элемента (рис 2)

Рис. 2. Диаграмма pH-потенциал для таллия

Преимущественной формой существования таллия в жидких биосредах является

ион Т1+ Одинаковый ионный заряд и близость размеров Т1+(г=137 пм) и К+(г=148 пм) обусловливает механизм токсичности, проявляющийся в конкуренции в биохимических процессах и накоплении его в клетках Действительно, переход Т1+ в эритроциты и распределение по органам и тканям происходит в течение 2-4 ч после отравления (R.P Ryan, СЕ Terry 1997, Hayes WJ, Laws ER, 1991) Обеспечить отбор пробы крови пострадавшего в такие короткие временные интервалы не представляется возможным из-за поздних клинических проявлений отравления

Высокой скорости распределения и клеточной резорбции способствует прочное связывание иона Т1+ с тиоловыми группами нативных соединений (R-SH), с фосфатами и галогенидами, присутствующими в жидких биосредах, а также возможное окисление до Tl(III) и последующее образование малорастворимых оксида Т1203 и гидроксида Т1(ОН)3 (см рис 2)

В отличие от крови аначиз суточной мочи пострадавших оказался весьма информативным. Результаты, полученные нами в течение 9 лет, были ранжированы по содержанию Т!+, что позволило охарактеризовать частоту отравления определенными дозами (рис.3). В 11 из 49 случаев отравления содержание таллия в суточной моче было выше 500 мкг/л, причем у пяти пострадавших наблюдалось превышение нормы в тысячи раз. Только один предварительный клинический диагноз не был подтвержден при химико-токсикологическом исследовании - содержание тагглия в моче не превышало норму.

5000 4000-С 3000-

X 2

= 2000-о

1000-

Р^й'угтятгт

О 10 20 30 40 Услоем>й№ пробы

о/

/о

О 1000 2000 3000 4000 5000 600« Т1, мкг/л

Рис.3. Ранжирование содержания таллия в суточной моче человека (норма 01,7 мкг/л) при отравлениях -а и доля (частота) отравлений различными дозами соединений таллия (абсцисса -содержание таллия в суточной моче пострадавших) -б.

Расчет медианных значений содержания таллия в суточной моче потерпевших для ранжированной выборки свидетельствует о вероятности отравления дозами, ниже средних значений. Действительно, значение медианы меньше среднего примерно в 2 раза (табл. 1).

Таблица 1. Результаты определения содержания таллия и ртути н суточной моче человека при отравлениях

Элемент N Средняя Медиана С ■ -' П1 [ п ^

концентрация С, мкг/л М, мкг/л мкг/л мкг/л

Т1 49 558 292 4600 1,00

Щ 45 375 39 3500 0,030

При анализе суточной мочи было обнаружено, что при многократных инфузиях раствора унитиола полное выведение таллия из организма не наблюдалось, что, вероятно,

связано с существованием прочных ыэвалентных связей между таллием и атомами нативных соединений, в первую очередь с серой тиоловых соединений Так, например, в суточной моче одного из 13 рабочих предприятия по утилизации отходов при отравлении водой, содержащей ионы таллия, на фоне антидотной терапии (инфузионно унитиол - 2,3-димеркаптопропансульфонат, внутрь таблетки берлинской лазури) с интервалом около месяца было обнаружено (мкг/л) 822,0 ± 13,0 (13 11 2006 г), 373,0 ± 3,0 (05 12 2006 г)

Таким образом, в результате проведенных исследований продемонстрирована нецелесообразность применения крови в качестве биообъекта при отравлении соединениями таллия Показано, что информативным биообъектом является суточная моча пострадавшего, которая может быть использована на различных стадиях отравления - скрытой, токсикогенной и соматогенной Особо следует подчеркнуть неинвазивный характер биоматериала, используемого для диагностики

Отравления ртутью. По данным БСМЭ г Москвы, за период 1996-2007 гг из 48 отравлений семь произошли в результате абсорбции паров (Hg°r), при использовании ртутной серой мази (Hg0* + S) и при разных способах ведения металлической ртути

(Hg°J

Металлическая ртуть, находящаяся в жидкой фазе, попадая в организм перорально, практически полностью выводится при кишечной экскреции (JL Lin, PS Lim, 1993) Однако при других способах введения Hg°K (в/м, в/в, через уретру) возможно длительное депонирование металла в различных камерах организма (GD Clayton, FE Clayton, 1982, истории болезней БСМЭ) с последующим переходом через ионную форму в тиолатные и кислородсодержащие производные, что следует из диаграмм рН-растворимость и рН-потенциал (рис 4)

Е°В

рН=0-2

кровь

рН-7 35-7 45 Hg(OR)j

желудочный сок

-0 4

t Î

«g!1*) Hg(!

Hg(SR)2

Hg°

Hg°

Рис. 4. Диаграмма рН-потенциал для ртути и молекулярно-нониые механизмы токсичности элементной ртути при разных рН и окислительно-восстановительных потенциалах.

Как и в случае определения таллия, перед нами стояла задача выбора наиболее информативного, желательно неинвазивного, биологического объекта при отравлениях ртутью

При сравнительных испытаниях крови и мочи пострадавших было обнаружено, что в моче содержание ртути превышало содержание в крови в 2-10 раз Вероятно, такое соотношение в содержании элемента связано с быстрой резорбцией ионов ртути в клетки тканей и органов как следствие смещения равновесий в сторону образования прочных тиолагов и других соединений Действительно, из литературы известно {Lin J L, Lim P S, 1993, WHO, 1991), что при отравлении ртутью и ее соединениями происходит быстрая резорбция элемента в эритроциты

При сравнении результатов было обнаружено отсутствие корреляции в содержании токсиканта в суточной моче и крови (рис 5) Вероятно, это связано с тем, что пробы обеих биожидкостей отбирали не в первые часы после отравления (скрытая и токсикогенная фазы), а значительно позже, когда произошло не только частичное распределение токсиканта по органам, но и началась его активная почечная экскреция Кроме того, интенсивная детоксикационная терапия способствовала обогащению мочи ртутью за счет активной почечной экскреции образующихся комплексов ртути с антидотами

I*

I

о

to

RUffy

Ю 23 30 40

Успаен>м№ грэбы

0,6-Q5-0,4-

la i

s 0,3

О) X

о Q2-

СИ-00-

кровь

10 20 30 40 50 Услдаъй № гробы

Рис. 5. Содержание ртути в моче и крови пострадавших (норма-моча - 0 -15мкг/л; кровь - 0,002-0,02 мкг/г).

Расчет медианных значений содержания ртути (см табл 1) в суточной моче для ранжированной выборки свидетельствует о вероятности отравлений низкими дозами -

среднее и медианное значения содержания ртути в суточной моче пострадавших отличаются на порядок (рис 6)

мкг/л

Рис 6. Доля (частота) отравлений различными дозами ртути (абсцисса -содержание ртути в суточной моче пострадавших)

В 13 из 45 случаев содержание ^ в суточной моче превышало 200 мкг/л, а в 7 из этих проб содержание Щ превышение составляло от 1000 до 3500 мкг/л

Таким образом, на основе накопленного банка данных по ртутным отравлениям в крупном мегаполисе (г Москва) может быть сделан анализ тяжести отравлений в соответствии с содержанием ртути в суточной моче пострадавших С учетом анамнеза и клинических признаков примерно одну треть исследованных отравлений можно характеризовать как тяжелые

Нами обнаружено, что даже на фоне интенсивного лечения, включающего внутривенное введение полидентатных лигандов (унитиол, купринил и др) полного выведения ртути из организма не удается достичь не только в течение месяца, но и в течение нескольких лет Это объясняется поступлением ионной формы ртути в различные органы и ткани из депо, содержащих металлическую (элементную) ртуть Истории болезней пострадавших свидетельствуют о том, что роль таких депо играют легкие, сердечная сумка, язвенные образования на слизистой ЖКТ Это подтверждается проведенными нами анализами суточной мочи пострадавших Например, для больной X с интервалом в 4 месяца получены следующие результаты (мкг/л) 1060±115 (21 02 2001 г), 440±13 (26 Об2001 г)

Подобные результаты особенно удручающи при отравлениях детей Девочка шести

лет, наблюдающаяся в течение 2 лет по поводу ртутного отравления, вынужденно продолжает получать ежегодно инфузионно 2,3 -димеркаптопропансульфонат (унитиол) Результаты анализа мочи свидетельствуют о присутствии ртути в депонированной форме в организме и продолжающейся почечной экскреции

Таким образом, наличие межфазной границы между двумя несмешивающимися жидкостями в системе «Hgx/жидкие среды организма» не предохраняет человека от меркуриализма и участия ртути в токсическом воздействии на ионно-атомном, молекулярном, субклеточном, клеточном, органном и организменном уровнях

Роль информативного и неинвазивного биоматериала для контроля содержания ртути в организме играет суточная моча человека

Определение содержания лития в; суточной моче человека при острых отравлениях (модельная система). Промышленное использование (R.J Lewis, 1993) и применение в медицине при маниакально-депрессивном психозе (American Médical Association, Council on Drugs, ¡994, N Gerhard, 2002, В H Rumack, 2007, G A Trapp, 1985) - основные источники поступления лития при острых и хронических отравлениях человека

В связи с низким терапевтическим индексом препаратов лития (=1,3-1,7) пациенты психиатрических клиник проходят строгое клиническое наблюдение, включающее тщательный дозовый контроль и мониторирование содержания лития в крови

При пероральном поступлении растворимых солей лития происходит практически полная абсорбция ионов Li+ из тонкой кишки через Ка+-каналы (ИВ Маркова, В В Афанасьев, ЭК Цыбулькин, 1999) Абсорбированный литий равномерно распределяется между внутри- и внеклеточными жидкостями, что подтверждает рассчитанная и построенная нами диаграмма рН-потенциал для лития

Терапевтический уровень лития в плазме крови соответствует интервалу 0,6-1,2 ммоль/л (В H Rumack, 2007) Период «полужизни» лития в плазме - t^fLi^) равен 17-36 ч Однако незначительное превышение предельного значения терапевтического уровня лития в плазме крови (2 ммоль/л) приводит к острым отравлениям и смертельной интоксикации

Ион лития легко замещает другие однозарядные биогенные катионы (К+, Na+), что обусловливает механизмы его токсичности Некоторые соли лития менее растворимы, чем соли других щелочных металлов, а с жесткими основаниями, например, фторидами или фосфатами, Li+ образует прочные ковалентные связи, в результате чего нарушаются обменные процессы, в которых участвуют вышеназванные анионы

Для контроля содержания лития в организме пациентов с маниакально-депрессивным психозом традиционно использовали кровь При острых и хронических отравлениях с невыясненной этиологией и неустановленным моментом поступления яда в организм информативным неинвазивным биологическим объектом может служить суточная моча человека, поскольку для лития характерна преимущественно почечная экскреция

Нами оптимизирована методика количественного определения лития в суточной моче человека методом пламенной фотометрии с оценкой правильности метода (по стандартному образцу) и воспроизводимости результатов анализа сравнением двух методов (сравнение дисперсий) Методика представлена на рассмотрение Росздравнадзора в качестве «Новой медицинской технологии» Для ее реализации была собрана суточная моча 12 практически здоровых людей, не контактирующих с соединениями лития (возраст 25-65 лет) В модельные образцы мочи вводили аликвоты стандартного раствора лития в количествах, обеспечивающих конечную концентрацию 1л+ в пробах 200-800 мкг/л

Количественное определение лития в суточной моче человека проводили методом пламенной фотометрии Для оценки правильности и воспроизводимости методики использовали в качестве референтного метода - масс-слекгрометрию с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)

Для характеристики методики анализа по правильности и воспроизводимости применяли I - критерий Стьюдента и Р - критерий Фишера. Поскольку 1рассч < и Ррассч < Ртаал (Р=0,99, $ и Г2=11), разрабатываемая и контрольная методики характеризуются как не содержащие систематической ошибки с требуемой воспроизводимостью

Таким образом, разработанный проект методики дает возможность определения содержания лития в суточной моче человека методом пламенной фотометрии в химико-токсикологических лабораториях и судебно-химических отделениях Бюро СМЭ, в центрах по лечению острых отравлений и в других лечебных учереждениях Внедрение разработанной методики позволит избежать токсические эффекты у пациентов, получающих литиевые препараты и диагностировать острые и хронические отравления неясной этиологии или при суициде этими соединениями

2. Судебно-химическое исследование внутренних органов трупов при смертельных отравлениях соединениями тяжелых металлов.

В БСМЭ г Москвы за период 1996-2007 г было проведено более 50 экспертиз по определению содержания тяжелых металлов (Ag, Cd, Сг, Си, Fe, Mn, Pb, Zn) во внутренних органах трупов при смертельных отравлениях

Тяжелые металлы распределяются и депонируются в органах и тканях человека и сохраняются в них в течение нескольких месяцев, а иногда и нескольких лет (F Schweinsberg, L Karsa, 1990, L Gerhardsson, V Englyst et al, 2002) Эти элементы накапливаются в печени и почках, что объясняется, в частности, биосинтезом в этих органах белка — металлотионеина, богатого тиоловыми группами и играющего роль нативного антидота (MA Lyles, 2003, О Andersen, J Aaseth, 2002, N Pourang, J H Dennis, 2005, J Cowan, 1996) Поэтому при судебно-химических исследованиях в первую очередь анализируют ткани печени и почек

Принимая во внимание различие природы и массы предоставляемого биоматериала, а также результаты предварительного скринингового ЭСА, перед количественным определением использовали разные способы разрушения органической матрицы биоматериалов Так, влажную минерализацию применяли для разрушения органов, имеющихся в достаточном количестве (масса сырого органа >5 г) При малом количестве объекта (<5 г) использовали сухую минерализацию (высокотемпературное окисление органической матрицы, Т<400°С), обеспечивающую последующее минимальное разведение пробы

Определение содержания элементов в пробе проводили методом ААС в воздушно-ацетиленовом пламени Одним из наиболее ответственных вопросов оценки полученных результатов количественного содержания металла в биообъекте был выбор контрольного уровня содержания - значения нормы Содержание элементов в разных органах, определяемое в разных лабораториях, разными методами с различной чувствительностью, нижним пределом обнаружения занимает некоторый интервал значений Поэтому мы постоянно проводили оценку содержания тяжелых металлов в «норме» (естественный уровень) для используемых биологических объектов, полученных от пострадавших, не контактирующих с определяемыми элементами Результаты, полученные для контрольных образцов, были идентичны по используемому методу и конкретной методике, применявшихся при химико-токсикологических исследованиях Сопоставление с литературными источниками позволяло нам обосновать использование их в качестве контрольных значений

Например, в случаях отравлений «паяльной» кислотой (кислый раствор ZnCl2) были получены следующие результаты по содержанию цинка в сырой ткани органа,

мкг/г печень - 706,00, почки - 256,00 Эти результаты значительно выше почученной нами значений «нормы» (печень - < 40 мкг/г, почки - < 40 мкг/г) и согласуются с интервалами значений, включающих сведения из различных литературных источников

В существующей практике судебно-химической экспертизы при анализе печени и почек не всегда возможно оценить путь поступления яда в организм и время отравления Проведенный нами анализ желудка открыл возможности для оценки характера отравления Например, в одном из химико-токсикологических исследований - при отравлении «паяльной» кислотой - содержание цинка в стенке желудка составляло 3010,0 мкг/г сырой ткани, что свидетельствовало об остром пероральном отравлении

Другой пример также подтверждает необходимость, кроме традиционно поступающих тканей печени и почек, анализировать желудок После смертельного отравления неизвестным ядом желудок, взятый на исследование, был розового цвета с отложениями кристаллического вещества Результаты анализа показали, что в стенке желудка содержание марганца составило 6560 мкг/г В печени и почке марганец не был обнаружен Учитывая обстоятельства дела и результаты анализа, нами был сделан вывод о том, что данное смертельное отравление является острым пероральным Таким образом, при исследовании только традиционных объектов могло быть сделано неверное судебно-медицинское заключение

В некоторых экспертизах содержание токсичного элемента в печени и почке значительно превышало его содержание в желудке Это объясняется непероральным поступлением токсиканта в организм человека или завершением абсорбции и распределения токсиканта при поступлении per os

Таким образом, включение стенки желудка в круг анализируемых объектов при смертельных отравлениях является обязательным, позволяющим диагностировать острое пероральное отравление даже в отсутствие проб печени и почки Как было показано выше, важным моментом является выбор способа минерализации в зависимости от количества биообъекта и содержания в нем определяемого элемента

3. Элементный анализ препаратов кожи трупов после огнестрельных повреждений при медико-криминалистических исследованиях.

В последние годы в связи с ухудшением криминогенной ситуации в стране и относительной доступностью разных типов огнестрельного оружия участились случаи применения его в преступных целях (С В Шигеев, В Б Шигеев, 2005) Рост числа этой категории преступлений обусловливает постановку правоохранительными органами перед экспертами задачи по усовершенствованию таких методик, как определение

«огнестрельности» исследуемого повреждения, характеристики огнестрельного отверствия (входного/выходного), вида снарядов, образующих огнестрельное повреждение, расстояния выстрела

Пуля (снаряд), проходя через преграду, образует огнестрельное повреждение и оставляет на поверхности преграды продукты выстрела Совокупность непосредственно повреждения и продуктов выстрела представляет собой следы выстрела (Я Колее, 1981, МА Сонис, ИН Шлюндина, 1985) Изучение следов выстрела является одним из наиболее важных этапов при исследовании огнестрельных повреждений, позволяющих ответить на многие вопросы следствия и воссоздать достоверную картину происшествия

Следы выстрела условно делят на две группы по механизму их образования Первая группа - следы, образованные на преграде проходящим через нее снарядом (пулей) Это - непосредственно повреждение и так называемый поясок обтирания или край повреждения - участок кожи (~3 мм), примыкающий к отверстию Вторая группа -следы, образованные газо-пороховой струей, основная часть которой движется при выстреле вслед за пулей Эти следы (для нарезного оружия) образуются в области, диаметром до 15 см в зависимости от расстояния выстрела В наших исследованиях использовали кольцо, прилегающее к пояску обтирания, шириной 7 - 10 мм

Пояски обтирания (края повреждения) содержат элементы, входящие в состав поверхности пули и элементы взаимодействия пули и канала ствола РЬ (или сплав РЬ и ЙЬ) - безоболочечные пули, Си, N1 или Си, Ъп - оболочечные пули, Ре, 81, А1, М§ - от ржавчины и пыли в канале ствола и на пуле, Эп - материал прокладки на капсюль, БЬ, РЬ, Ва, Щ, А1, - продукты разложения различных ударных составов (Г Я Назаров, ТФ Макаренко, 1994)

Элементный состав газо-пороховой струи, движущейся вслед за пулей, представлен продуктами горения пороха и разложения капсюльного состава Содержание элементов, входящих в продукты выстрела, зависит от расстояния выстрела (В И Нусбаум, 1995) Особенности отложения основных металлов выстрела в области огнестрельных повреждений на препаратах кожи людей хорошо изучены для отдельных моделей оружия и патронов к нему (Я В Демидов, И С Лузанова, МА Сонис, 2006) Однако необходимо учитывать, что все чаще появляется новое оружие и патроны к нему, самодельное оружие, снабженное глушителями, разрабатываются ударные составы, не содержащие соли «тяжелых» металлов Поэтому нами был проведен сравнительный элементный анализ препаратов кожи трупов после огнестрельных повреждений в зависимости от расстояния выстрела из различного оружия с целью создания банка данных по

огнестрельной травме

Для получения огнестрельных повреждений на коже от трупов людей мы провели экспериментальные выстрелы из разных видов оружия Выбор оружия был обусловлен, в основном, широкой распространенностью его в криминальной среде, а патронов -некоторыми характерными особенностями

Для определения микросодержания элементов в препаратах кожи трупов при огнестрельных повреждениях использовали ЭСА с последующей оценкой относительного количественного содержания путем фотометрирования спектральных линий на микроденситометре (ТФ Макаренко, И С Лузанова, О Г Чиркова, ¡998) Фотометрические показатели интенсивности спектральных линий элементов служили критерием уровня их содержания

В ходе проведенного ЭСА образцов, приготовленных из мишеней, полученных при стрельбе из различных моделей оружия с разных дистанций, установлено, что в области повреждений, как по их краям (пояски обтирания), так и в прилегающих к ним кольцах, откладываются продукты выстрела («металлы выстрела»)

Наиболее информативными элементами для определения обстоятельств выстрела являются Sb, Pb, Sn, Cu, Ва(7"Ф Макаренко, И С Лузанова, О Г Чиркова, 1998, МА Сонис, 2007) Сурьма, свинец и олово известны как примесные элементы и в норме присутствуют в организме человека в незначительных количествах Медь, как и Fe, Si, Mg входят в состав тканей человека (необходимые микроэлементы) Поэтому в наших исследованиях мы использовали их с осторожностью, сравнивая с содержанием в организме

Исследуя элементный состав поясков обтирания огнестрельных повреждений, нами было установлено, что при использовании безоболочечных пуль обнаружено большое количество РЬ (117,0±0,1) при относительно малом содержании Си (39,5±0,1) и Sn (3,0±0,1) При повреждении объектов оболочечной пулей в поясках обтирания содержится в большом количестве Cu (185,0±0,1), Sn (133,0±0,1), но незначительно - РЬ (73,5±0,1), для никелированных пуль - Ni (82,0±0,2) и Си (204±17)

Нами было показано, что присутствие Sb и Sn в поясках обтирания характеризует тип повреждения (огнестрельное, входное) В выходном повреждении эти элементы не обнаруживаются Присутствие Sb в кольце, прилегающем к пояску обтирания, дает возможность сделать предварительный вывод о расстоянии выстрела и спланировать, с каких дистанций необходимо провести экспериментальную стрельбу для уточнения дистанции выстрела Например, в результате выстрела из пистолета ТТ с дистанции 10 см

нами было получено количественное содержание 8Ь в кольце огнестрельного повреждения (80,0±2,0), а с дистанции 50 см - (4,0±1,0). Такие значения важны в случаях проведении экспертизы, в которой отсутствуют сведения о расстоянии выстрела.

Однако дистанцию выстрела наиболее целесообразно определять по совокупному содержанию элементов (прежде всего БЬ и 8п) в кольцах, прилегающих к краям огнестрельных повреждений с обязательным учетом уровня их содержания в поясках обтирания (рис.7).

X <с ео ю то Цсм

Рис 7. Зависимость содержания сурьмы и олова от расстояния выстрела в краях повреждений (а) и в прилегающих к краям повреждений кольцах (б).

Зависимости приведены для пистолетов ПМ, ТТ, ПСМ, автоматов Калашникова АК-74, А-91, револьвера «Наган», карабина СКС.

С этой целью нами была выявлена зависимость количественного содержания химических элементов, характерных для огнестрельных повреждений в краях и кольцах повреждений от дистанции вь трела для разных видов оружия и патронов. Таким образом, можно наблюдать экспоненциальное снижение содержания элементов с ростом дистанции выстрела. Кроме того, отмечено различие в отложении основных «металлов выстрела» в области огнестрельных повреждений по их краям и кольцам в зависимости от вида оружия и использованного патрона. Например, уровень Си в крае повреждения -(169,0±0,1), в кольце -(112,6±20,6), что значительно выше по сравнению с содержанием

других элементов Например, уровень РЬ в крае повреждения (65,2±0,1), а в кольце (10,4±2,1) наглядно доказывают, что была использована оболочечная медьсодержащая пуля В области огнестрельных повреждений, нанесенных из пистолета ТТ штатными патронами (пули в которых оболочечные, те медьсодержащие), обнаруживается в значительных количествах РЬ край повреждения - (97,5±0,3), кольцо -<79,2±2,9)

Таким образом, имеющийся банк полученных нами результатов позволяет установить характер повреждения («огнестрельность», вход-выход), вид использованного снаряда (оболочечный, безоболочечный), ориентировочную дистанцию выстрела даже в отсутствии сведений о модели огнестрельного оружия Исследования огнестрельных повреждений позволили выработать алгоритм проведения спектральных исследований в судебно-медицинской экспертизе, в основе которого лежит элементный анализ участков огнестрельных повреждений

ВЫВОДЫ

1 Оптимизированы методики определения б-, р-, Л- элементов для задач химико-токсикологических, судебно-медицинских и криминалистических исследований

2 На основании диаграмм рН-потенциал и рН-растворимость и литературных данных по токсикокинетике продемонстрирована необходимость использования суточной мочи человека вместо традиционного биологического объекта - крови - для диагностики отравлений соединениями таллия, ртути и лития

3 Расчет медианных значений содержания Т1 в суточной моче потерпевших (п=49) для ранжированной выборки свидетельствует о частых отравлениях дозами токсиканта ниже средних значений медиана меньше среднего в 2 раза При ртутных отравлениях (п=45) среднее и медианное значения различаются на порядок, что свидетельствует о высокой вероятности отравления малыми дозами ртути

4 Разработан проект «Новой медицинской технологии», посвященный определению содержание лития в суточной моче человека методом пламенной фотометрии в химических лабораториях Бюро судебно-медицинских экспертиз, центрах по лечению острых отравлений, а также в психиатрических клиниках у пациентов, получающих литиевые препараты («Лития карбонат» и «Лития цитрат») для лечения маниакально-депрессивного психоза

5 Оптимизированы методики определения б-, р-, <1-элементов (1л, РЬ, Ag, Сё, Сг, Си, Ре, Мл, Zn) в биоматериалах после смертельных отравлений (п=55) Показано, что включение стенки желудка в круг анализируемых объектов является обязательным и

позволяет диагностировать острое пероральное отравление даже в отсутствие проб печени и почки

7 Результаты сравнительного анализа отложения «металлов выстрела» при стрельбе из различных моделей огнестрельного оружия (п=209) позволяют определять характер повреждения (огнестрельный/неогнестрельныи), вид использованного снаряда (оболочечный/безоболочечный), дистанцию выстрела даже в отсутствие сведений об огнестрельном оружии

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1 Вознесенская Т В , Лузанова И С Определение ртути в биологических объектах на ртутно-гидридной приставке к атомно-абсорбционному спектрофотометру AAS-30// Судебно-медицинская экспертиза -1997 - № 3 - С 32-34

2 Макаренко Т Ф, Лузанова И С , Чиркова О Г «О возможностях применения в судебно-медицинской практике химико-аналитического комплекса на базе спектрометра «Спектроскан»// Судебно-медицинская экспертиза.- 1998 - № 1 - С 27-29

3 Макаренко Т Ф, Лузанова И С, Чиркова О Г Применение эмиссионного спектрального анализа при судебно-медицинской экспертизе огнестрельных повреждений (экспериментальные исследования)//Судебно-медицинская экспертиза - 1999 - № 2 - С 5-12

4 Макаренко Т Ф, Лузанова И С , Чиркова О Г, Щиплецов А Л Установление методом эмиссионного спектрального анализа особенностей повреждений, причиненных выстрелами из газового ствольного оружия//Судебно-медицинская экспертиза - 1999 - № 6 - С 20-27

5 Демидов И В, Лузанова И С, Пущинская Е В Комплексное исследование повреждений, образованных выстрелами травматическими патронами из бесствольного пистолета ПБ-4// Судебно-медицинская экспертиза - 2006- № 3 - С 6 -9

6 Демидов И В, Лузанова И С, Сонис М А Оценка особенностей отложения продуктов выстрела на мишенях при стрельбе из короткоствольного оружия с глушителем для установления расстояния выстрелов//Судебно-медицинская экспертиза - 2006 - № 6 - С 19-23

7 Лузанова И С , Вознесенская Т В, Меницкая В И, Пущинская Е В Определение содержания лития в биообъектах человека (печень, почки) человека методом пламенной фотометрии// Судебно-медицинская экспертиза - 2007 - № 5 - 38-39

8 Лузанова И С , Демидов И В , Сонис М А , Шигеев С В Топография сурьмы диффузно-контактным методоми на мишенях из кожи биоманекенов при выстрелах с близких дистанций из пистолета Макарова// Судебно-медицинская экспертиза-2007-№6-С 13-16

9 Лузанова И С, Плетенеьа Т В, Саломатин Е М, Сыроешкин А В Проблемы отравления соединениями таллия — прошлое, настоящее, будущее// Материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Ю М Кубицкого «Современные проблемы медико-криминалистических и химико-токсикологических экспертных исследований» -М - 2007 - С 241-244

10 Лузанова И С , Саломатин Е М , Плетенева Т В Оценка токсичности элементной ртути в жидкой фазе// Научные труды VIII международного конгресса «Здоровье и

образование в XXI ьеке, концепции болезней цивилизации» - Москва, 2007 - С 392

11 Лузанова И С , Плетенева Т В , Максимова Т В , Саломатин Е М , Луцкий Я М Определение содержания таллия в моче человека при острых отравлениях методом атомно-абсорбционной спектрометрии Принято 05 04 2008 г к печати на заседании редколлегии журнала «Судебно-медицинская экспертиза»

12 Плетенева Т В , Лузанова И С , Саломатин Е М , Максимова Т В , Успенская Е В «Проблемы отравлений соединениями лития - прошлое и настоящее» Принято 05 04 2008 г к печати на заседании редколле1 ии журнала «Судебно-медицинская экспертиза»

Лузанова Ирина Сергеевна (Россия) Разработка и оптимизация методик определения s-, р-, d-элементов в биоматериалах при химико-токсикологических и медико-криминалистических исследованиях

В работе проведено определение элементного состава биообъектов при химико-токсикологических, судебно-химических и медико-криминалистических исследованиях методами эмиссионного спектрального анализа, атомно-абсорбционной спектрометрии, пламенной фотометрии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой Доказано, что при отравлении соединениями таллия, элементной ртутью и лекарственными формами лития диагностическим объектом является суточная моча человека. Разработан проект новой медицинской технологии, позволяющий определять содержание лития в суточной моче человека При диагностике смертельных отравлений показана необходимость включения желудка в круг исследуемых объектов Выработан алгоритм проведения спектральных исследований огнестрельных повреждений, в основе которого лежит элементный анализ огнестрельных повреждений

InnaS Luzanova (Russia) Creation and optimize methods of determination s-, p-, d-elements in biological objects for chemical- toxicological, forensic and medical-criminalistical investigations

The determination of s-, p-, d-elements in biological objects for chemical- toxicological, forensic and medica-crimmalistical investigations have been pursued by using methods of emissive spectral analysis, atomic-absorptive spectrometry, flaming photometry and inductive-coupled plasma mass-spectrometry was given

It was proved that at the moment of intoxication by thallium compounds, elemental mercury and medicinal formulation of lithium the best diagnostic object is the daily human urine

The project of new medical technology was created which could help to determine lithium's content in daily human's urme

The necessity of stomach's inclusion m range of investigated questions during the diagnostics of fatal intoxication was shown

The algorithm of realization spectral investigations of gunshot wounds was originated on the basis of elemental analysis of gunshot wounds

Подписано в печать 20 05 2008 г Печать трафаретная

Заказ № 437 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56, (499) 788-78-56 www autorefeiat ru

Актуальность темы; „

Одна из задач фармацевтической химии - «.исследование и.разработка методов; определения лекарственных^ веществ в биологических объектах для; токсикологического и эколого-фармацевтического мониторинга»* [6]1 Элементный» состав органов и тканей человека в норме, при? лечении« и при? отравлениях — важный!показатель микроэлементного гомеостаза человека [1; 8, 9]. В работе основной акцент сделан на определение в биоматериалах таллия, ртути и лития» - элементов; соединения; которых применяются» (литий, ртугь) или. применялись (ртуть, таллий) в лечебных целях. Это особенно существенно для лекарственных средств с низким терапевтическим индексом. Например, для препаратов лития (Лития карбонат, Лития цитрат), используемых при лечении маниакально-депрессивного психоза, и для элементной формы; ртути, которая продолжает использоваться в качестве компонентов зубных пломб. [65, 86] или ртутной серой мази [114], характерны узкие интервалы терапевтической- безопасности. Исследования ответа организма на действие высоких доз неорганических соединений также чрезвычайно важны при выборе лекарственных средств, антидотного действия.

Известная трапециевидная зависимость [71, 162] «доза-ответ» для микроэлементов в организме млекопитающих наглядно демонстрирует, что обсуждаемые в работе проблемы, отравлений касаются правой ветви кривой; (рис.1).

Ответ

Дефицит

Избыток Доза

Рис. 1. Зависимость доза - ответ для неорганических ионов.

Это область доз/концентраций, превышающих нормальное (фоновое) содержание элемента в организме, при которых происходит смещение гомеостатических равновесий в организме. При этом необходимый, эссенциальный (essential), элемент приобретает свойства примесного, оказывая токсическое действие на организм [3, 9]. Изучение этой области концентраций особенно важно для фармацевтической химии при контроле содержания лекарственных средств неорганической природы в организме человека и при заболеваниях, связанных с нарушением металл-лигандного гомеостаза.

Химико-токсикологические исследования при диагностике отравлений (заболеваний химической этиологии) и медико-криминалистическая-экспертиза, включающая определение металлов выстрела при огнестрельных повреждениях, должны совершенствоваться благодаря- оптимизации операций отбора проб биоматериалов, подготовки их к анализу с учетом токсикодинамических и токсикокинетических параметров и природы химических форм определяемых элементов, валидационной оценки методик анализа, адекватной интерпретации полученных результатов.

Среди методов определения*элементного состава биообразцов достаточно , информативными являются спектральные, на протяжении нескольких,, десятилетий успешно применяющиеся в химико-токсикологических и медико-криминалистических исследованиях [38, 142]. Эмиссионный спектральный анализ, пламенная фотометрия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия (ААС), атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. (АЭС-ИСП) и масс-спектральным детектированием (ИСП-МС) используются для диагностики отравлений «металлическими» ядами, в том числе лекарственными средствами неорганической природы, а также для определения следов металлов при огнестрельных повреждениях кожи (идентификации орудия травмы и определения дистанции выстрела). Однако результаты разных авторов часто оказываются несопоставимыми друг с другом. Так, в литературе отсутствуют однозначные сведения по токсическим дозам металлических ядов для человека. Например, абсолютно смертельная доза таллия (I) сульфата для человека занимает по литературным данным 6 достаточно широкий интервал 5+50 мг/кг, а пороговая летальная доза лития карбоната для человека колеблется от 8 до 3650 мг/кг. В- связи с этим не определена оптимальная доза препаратов лития, применяемых при маниакально-депрессивном психозе. Такая неоднозначность является отражением не только индивидуальной чувствительности человека к действию ксенобиотиков, но связана с особенностями методик определения элементов в каждом конкретном случае отравления.

В практике лабораторий химико-токсикологических центров и бюро судебно-медицинских экспертиз методически не закреплены требования к выбору объекта анализа, моменту отбора биопробы и ее количества. Например, I при таллиевых отравлениях в качестве диагностического биоматериала используют кровь, что нецелесообразно в связи с кинетикой резорбции и распределения элемента в организме.

Цель И! задачи исследования. Цель - разработка общих методических подходов к определению токсичных металлов и амфотерных элементов при химико-токсикологических, судебно-медицинских и криминалистических исследованиях.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи: провести сравнение информативности и целесообразности использования биообъектов (кровь/моча) при диагностике заболеваний химической этиологии - отравлениях солями таллия, ртути и лития; на основании физико-химических критериев (Кпр, Е°, рН) прогнозировать химические формы существования таллия, ртути, лития в жидких биосредах для обоснования выбора биообъекта для анализа;

- сопоставить полученные результаты анализа биоматериалов с историями болезней при отравлениях солями таллия, лекарственными препаратами лития («Лития карбонат» и «Лития цитрат») и элементной формой ртути Н§°ж+8 - «мазь ртутная серая»), что позволит достоверно диагностировать отравления с последующим выбором наиболее эффективной терапии;

- обобщить результаты анализа внутренних органов при судебно-химических исследованиях смертельных отравлений соединениями тяжелых металлов для выбора оптимальных объектов исследования; оптимизировать методики предварительной скрининговой идентификации методом эмиссионного спектрального анализа; способа минерализации органической матрицы и количественного определения элементов методами атомной абсорбции в пламени (А§, Сё, Сг, Си, Бе, Мп, Хп, Т1, РЬ,) и с ртутно-гидридной приставкой (Hg), пламенной фотометрии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (1л);

- разработать методики определения* следов металлов на фрагментах кожи при модельных экспериментах огнестрельных повреждений для идентификации орудия травмы и установления дистанции выстрела.

Научная новизна диссертационного исследования. Впервые в результате исследования большого массива биообъектов'(>300), полученных при хронических, острых и смертельных отравлениях человека, а также при* огнестрельных травмах, оптимизированы методики пробоотбора, пробоподготовки и анализа; базирующиеся на предварительной эмиссионной, идентификации и последующем определении элементов методами ААС, пламенной фотометрии и ИСП-МС.

Впервые в рамках химико-токсикологических исследований обобщены физико-химические характеристики (растворимость и окислительно-восстановительные потенциалы при разных значениях рН) токсикантов (Т1,

1л), позволяющие прогнозировать химическую форму элемента в водных растворах, являющихся упрощенной моделью биожидкостей человека.

Сформированный в рамках Бюро судебно-медицинской экспертизы (БСМЭ) г. Москвы информационный банк результатов исследований позволил обосновать выбор оптимального, неинвазивного диагностического объекта при отравлениях соединениями таллия, ртути и лития - суточной мочи человека.

Полученные результаты позволили подготовить рекомендации для токсикологических центров лечебных учреждений о нецелесообразности 8 использования цельной крови или плазмы крови для диагностики таллиевых и ртутных отравлений.

Осуществлено ранжирование по содержанию в суточной моче человека токсичных металлов, что позволило оценить частоту отравлений разными дозами и охарактеризовать отравления по степени тяжести.

Результаты анализа желудка в сравнении с традиционно используемыми объектами (печень и почки) [28] позволили характеризовать источник поступления яда в организм.

Впервые исследованы закономерности отложения на коже человека химических элементов («металлов выстрела») при огнестрельных повреждениях, позволяющие отличить их от механических ранений, установить вид использованного снаряда, расстояние выстрела, даже в отсутствии сведений о модели огнестрельного оружия.

Практическая значимость исследования заключается в том, что содержащиеся в нем теоретические положения, экспериментальные* результаты и новые методические подходы могут быть использованы судебно-медицинскими экспертами, криминалистами и клиническими токсикологами при решении задач по установлению обстоятельств отравлений и огнестрельных повреждений.

Полученные результаты являются основой для дальнейшего усовершенствования методик диагностического исследования отравлений 1 соединениями токсичных элементов, при назначении судебно-медицинских экспертиз и подготовке материалов к ним.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование выбора диагностического объекта химико-токсикологических исследований (кровь/суточная моча человека) методами спектрального анализа при отравлении соединениями таллия, ртути, лития.

2. Результаты судебно-химического исследования внутренних органов пострадавших при смертельных отравлениях различными соединениями тяжелых металлов (Ag, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn).

3. Алгоритм исследования отложения металлов выстрела на коже для определения характера причиненного повреждения, вида снаряда и*расстояния выстрела при медико-криминалистических исследованиях.

Апробация работы: Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы медико-криминалистических, судебно-химических и химико-токсикологических экспертных исследований» - 2007 г, на VIII международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке; концепции болезней цивилизации» - 2007 г, на объединенном научном семинаре кафедры фармацевтической и токсикологической химии; кафедры биохимии, биологии и общей генетики РУДЫ; судебно-химического отдела ФГУ «Российский центр судебных экспертиз» и БСМЭ г. Москва - 2008 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, 10 из которых - статьи в рецензируемом журнале списка ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 140 страницах и состоит из следующих разделов: обзора литературы, методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, библиографического списка 170 источников, из них 60 на русском и 110 на иностранных языках и приложения. Работа содержит 30 таблиц, 13 рисунков.

ВЫВОДЫ

1. Оптимизированы методики определения б-, р-, (1- элементов для задач химико-токсикологических, судебно-медицинских и криминалистических исследований.

2. На основании диаграмм рН-потенциал и рН-растворимость и литературных данных по токсикокинетике продемонстрирована необходимость использования суточной мочи человека вместо традиционного биологического объекта - крови - для диагностики отравления соединениями таллия, ртути и лития.

3. Расчет медианных значений содержания Т1 в суточной моче потерпевших (п=49) для ранжированной выборки свидетельствует о частых отравлениях дозами токсиканта ниже средних значений: медиана меньше среднего в 2 раза. При ртутных отравлениях (п=45) среднее и медианное значения различаются на порядок, что свидетельствует о высокой вероятности отравления малыми дозами ртути.

4. Разработан проект «Новой медицинской технологии», позволяющий определять содержание лития в суточной моче человека методом пламенной фотометрии в химических лабораториях Бюро судебно-медицинских экспертиз, центрах по лечению острых отравлений, а также в психиатрических клиниках у пациентов, получающих литиевые препараты («Лития карбонат» и «Лития цитрат») для лечения маниакально-депрессивного психоза.

5. Оптимизированы методики определения б-, р-, ё-элементов (1л, РЬ, Ag, Сё, Сг, Си, Ре, Мп, Хп) в биоматериалах после смертельных отравлений (п=55). Показано, что включение стенки желудка в круг анализируемых объектов является обязательным и позволяет диагностировать острое перора льное отравление даже в отсутствие проб печени и почки.

6. В результате сравнительного анализа отложения «металлов выстрела» при стрельбе из различных моделей огнестрельного оружия было получено, обработано и обобщено большое количество фактического материала (п=250) по огнестрельной травме. Выработанный на основе банка результатов алгоритм исследования позволяет определять характер повреждения (огнестрельный/неогнестрельный), вид использованного снаряда (оболочечный/безоболочечный), дистанцию выстрела даже в отсутствие сведений об огнестрельном оружии.

Заключение

В результате исследования большого массива биообъектов (>300), полученных при хронических, острых, в том числе смертельных отравлениях человека, а также при огнестрельных травмах, нами были оптимизированы методики пробоотбора, пробоподготовки и определения б-, р- и ё-элементами в биоматериалах, базирующиеся на предварительной эмиссионной идентификации и последующем определении элементов методами ААС, пламенной фотометрии и ИСП-МС.

3.1.1. Отравления соединениями таллия

Традиционно при диагностике отравлений тяжелыми металлами в качестве биоиндикатора используют кровь. Химико-токсикологическое исследование образцов« крови человека, поступивших в 1998-2007 гг в спектральную лабораторию Бюро судебно-медицинской экспертизы- Департамента здравоохранения г. Москвы в связи с предварительным диагнозом «отравление соединениями таллия», показал, что использование ее в качестве биоиндикатора не только нецелесообразно, но и препятствует своевременной постановке'диагноза. Так, например, результаты спектрального скринингового определения таллия^ методом ЭСА в 9 пробах крови не дали ни одного положительного ответа. В' то же время в суточной моче пострадавших выявлено высокое содержание таллия (табл. 10), что соответствовало' наблюдаемым симптомам, описанным в историях болезней.