Введение
Импедансная спектрометрия как метод исследования электрических свойств материалов и сред путем измерения их полного сопротивления в зависимости от частоты электрического импульса находит свое применение во многих сферах, в том числе медицинских науках. Метод основан на подаче возмущающего сигнала малой амплитуды на исследуемую систему и изучении вызванного им сигнала-отклика на выходе. Отношение возмущения (напряжения, потенциала) к сигналу отклика (току) определяет импеданс. Количественный анализ частотной зависимости импеданса позволяет интерпретировать ее элементы в соответствии с физико-химической природой процессов, протекающих на электродах [Ошибка! Источник ссылки не найден.–3]. Использование коэффициента поляризации (как отношения полного сопротивления ткани на низкой частоте к сопротивлению на высокой частоте) позволяет характеризовать жизнеспособность тканей [4].
В специальной литературе показана заинтересованность в изучении спинномозговой жидкости (СМЖ) при разной тяжести и давности черепно-мозговой травмы (ЧМТ) [5; 6]. Естественно, что при дальнейшем изучении указанной проблемы это раскрывает определенные перспективы для практики судебной медицины [Ошибка! Источник ссылки не найден.–Ошибка! Источник ссылки не найден.]. СМЖ содержит биологически активные вещества, электролиты (хлориды, натрий, калий, магний, йод и др.), обеспечивающие ее токопроводящие свойства [Ошибка! Источник ссылки не найден.; Ошибка! Источник ссылки не найден.]. В практике получить «чистую» СМЖ при ЧМТ не всегда удается, так как при смещении и деформации мозга происходят нарушения ликвороциркуляции в остром периоде ЧМТ [Ошибка! Источник ссылки не найден.]. Продуцирование СМЖ происходит в основном в сосудистых сплетениях желудочков головного мозга, возможность изучения в таких случаях сосудистых сплетений желудочков головного мозга (ССГМ) показана некоторыми исследователями [Ошибка! Источник ссылки не найден.].
Цель исследования – изучение спинномозговой жидкости и сосудистых сплетений головного мозга методами импедансной спектрометрии в аспекте оценки давности смертельной черепно-мозговой травмы.
Материал и методы исследования
Работа выполнена на практическом судебно-медицинском материале ГБУЗ ПК «Краевое бюро судебно-медицинской экспертизы и патолого-анатомических исследований», исследованы трупы 20 лиц обоего пола (мужчин 13, женщин 7) в возрасте от 17 до 74 лет в раннем постмортальном периоде, с давностью черепно-мозговой травмы от 0 до 8 суток. Спинномозговая жидкость в объеме 1–2 мл забиралась при помощи стерильного шприца из желудочков головного мозга в момент его постмортального исследования. Сосудистые сплетения желудочков головного мозга изымались (в объеме 2–3 см3) и помещались в центрифужную пробирку. Спинномозговая жидкость и измельченные сосудистые сплетения желудочков головного мозга подвергались центрифугированию в течение 3–5 мин на 3000 оборотах. Центрифугат сосудистых сплетений желудочков головного мозга и спинномозговая жидкость подвергались измерению полного сопротивления (импеданса) прибором «АКИП-6108» на частотах от 0,1 до 100 кГц. Для характеристики токопроводящих свойств жидкости использованы понятия электропроводности (величина, обратная полному сопротивлению) и удельной электропроводности [14, с. 124–128].
Удельная электропроводность рассчитывалась по формуле
, (1)
где 
– измеренная удельная электропроводность СМЖ при конкретном значении ее температуры (t) в момент измерения, Ом-1×м-1;
θ – константа кондуктометрической ячейки;
– электрический импеданс, Ом.
При расчетах значения удельной электропроводности () приводились к значениям 
при температуре 25 °С, используя формулу
, (2)
где – удельная электропроводность СМЖ, приведенная к t равной 25 °С, Ом-1×м-1;
– электрический импеданс СМЖ при конкретном значении ее температуры (t), Ом.
Данные заносились в таблицы Excel и в последующем подвергались статистической обработке в приложении SPSS 23,0.
Результаты исследования и их обсуждение
Обработанные статистически результаты представлены в табл. 1. Средние значения удельной электропроводности спинномозговой жидкости составили 1,19±0,629 Ом-1×м-1, центрифугата сосудистых сплетений желудочков головного мозга – 1,701±0,922 Ом-1×м-1 (t = 0,41, p > 0,05). Отмечается закономерная (p < 0,05) тенденция уменьшения значений удельной электропроводности с возрастанием частоты электрического тока, 2,006±0,669 Ом-1×м-1 на 0,1 кГц, 1,342±0,525 Ом-1×м-1 на 1 кГц, 0,964±0,102 Ом-1×м-1 на 10 кГц, 0,908±0,077 Ом-1×м-1 на 100 кГц; соответственно центрифугата сосудистых сплетений желудочков головного мозга – 1,701±0,922 Ом-1×м-1 на 0,1 кГц, 1,279±0,274 Ом-1×м-1 на 1 кГц, 1,133±0,267 Ом-1×м-1 на 10 кГц, 1,104±0,262 Ом-1×м-1 на 100 кГц.
Обращает на себя внимание направленность (p < 0,05) к уменьшению удельной электропроводности спинномозговой жидкости с увеличением давности получения черепно-мозговой травмы до 8 суток: с 2,006±0,669 до 0,998±0,417 Ом-1×м-1 на 0,1 кГц; с 1,342±0,525 до 0,462±0,116 Ом-1×м-1 на 1 кГц. На частоте электрического тока 100 кГц наблюдаются достоверные (t = 4,17, p < 0,001) изменения (рост значений) с 0,908±0,077 до 1,812±0,466 Ом-1×м-1. Изменения значений удельной электропроводности центрифугата сосудистых сплетений желудочков головного мозга не носят такого выраженного достоверного характера (p > 0,05).
Таблица 1
Удельная электропроводность спинномозговой жидкости (СМЖ) и сосудистых сплетений желудочков головного мозга (ССЖМ) при разной давности черепно-мозговой травмы (ДЧМТ)
|
ДЧМТ, суток |
УДЭ25_СМЖ, Ом-1×м-1 |
УДЭ25_ССЖМ, Ом-1×м-1 |
|
0,1 кГц |
||
|
0 |
2,006±0,669 |
1,701±0,922 |
|
1 |
1,359±0,897 |
0,299±0,014 |
|
4 |
0,594±0,136 |
2,594±0,003 |
|
6 |
2,714±0,008 |
0,309±0,001 |
|
8 |
0,998±0,417 |
1,138±1,032 |
|
1 кГц |
||
|
0 |
1,342±0,525 |
1,279±0,274 |
|
1 |
0,95±0,496 |
1,548±0,041 |
|
4 |
0,386±0,099 |
1,196±0,001 |
|
6 |
1,087±0,001 |
1,871±0,001 |
|
8 |
0,462±0,116 |
1,42±0,279 |
|
10 кГц |
||
|
0 |
0,964±0,102 |
1,133±0,267 |
|
1 |
0,902±0,403 |
1,398±0,027 |
|
4 |
1,131±0,694 |
1,046±0,001 |
|
6 |
0,889±0,01 |
1,739±0,001 |
|
8 |
1,181±1,044 |
1,279±0,275 |
|
100 кГц |
||
|
0 |
0,908±0,077 |
1,104±0,262 |
|
1 |
0,819±0,39 |
1,37±0,026 |
|
4 |
1,100±0,355 |
1,022±0,001 |
|
6 |
0,859±0,001 |
1,713±0,004 |
|
8 |
1,812±0,466 |
1,292±0,292 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Учитывая полученные результаты, авторами высказана гипотеза об изменении электропроводящих свойств СМЖ и ССЖМ после полученной травмы в зависимости от длительности посттравматического периода. Для подтверждения этой гипотезы и наглядной визуализации изменений рассчитывался коэффициент (К) поляризации как отношение измеренных значений СМЖ и ССЖМ на низкой частоте к сопротивлению на высокой частоте (табл. 2). Учитывались все возможные сочетания: значения 0,1 к 10 кГц (К1/10); 1 к 10 кГц (К1/10); 0,1 к 100 кГц (К0,1/100); 100 к 1 кГц (К1/100). Для оценки динамики полного сопротивления на разных частотах в зависимости от давности ЧМТ применялся также коэффициент наглядности (КН) как отношение двух коэффициентов К различных сроков ЧМТ (3).
, (3)
где КН – коэффициент наглядности;
К0 – коэффициент поляризации при давности ЧМТ равной 0 суток;
Кn – коэффициент поляризации при давности ЧМТ равной n суток.
Таблица 2
Коэффициент поляризации (К) и коэффициент наглядности (КН) биологических тканей спинномозговой жидкости и сосудистых сплетений желудочков головного мозга при разной давности черепно-мозговой травмы (ДЧМТ)
|
ДЧМТ, суток |
К0,1/10 |
К1/10 |
К0,1/100 |
К1/100 |
КН0,1/10 |
КН1/10 |
КН0,1/100 |
КН1/100 |
|
СМЖ |
||||||||
|
0 |
2,08 |
1,48 |
0,46 |
0,61 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
|
1 |
1,51 |
1,16 |
0,6 |
0,71 |
0,72 |
0,78 |
1,29 |
1,15 |
|
4 |
0,53 |
0,35 |
2,15 |
3,13 |
0,25 |
0,24 |
4,64 |
5,10 |
|
6 |
3,05 |
1,27 |
0,29 |
0,68 |
1,47 |
0,86 |
0,63 |
1,10 |
|
8 |
0,85 |
0,25 |
1,4 |
7,11 |
0,41 |
0,17 |
3,01 |
11,58 |
|
ССЖМ |
||||||||
|
0 |
1,5 |
1,16 |
0,75 |
0,95 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
|
1 |
0,21 |
1,13 |
6,55 |
1,21 |
0,14 |
0,98 |
8,68 |
1,27 |
|
6 |
2,48 |
1,17 |
0,42 |
0,87 |
1,65 |
1,01 |
0,56 |
0,92 |
|
8 |
0,18 |
1,09 |
9,79 |
1,57 |
0,12 |
0,94 |
12,98 |
1,65 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Коэффициент поляризации спинномозговой жидкости на частотах до 10 кГц снижается (К0,1/10) с 2,08 (смерть в день получения ЧМТ) до 0,85 (смерть при давности ЧМТ 8 суток), то есть с 1 до 0,41 (КН); при (К1/10) 1,48 до 0,25, то есть с 1 до 0,17 (значительнее). Коэффициент поляризации спинномозговой жидкости на частотах 100 кГц, наоборот, увеличивается, (К0,1/100) с 0,46 до 0,61, то есть с 1 до 3,01 (КН); (К1/100) с 1,4 до 7,11, то есть с 1 до 11,58 (КН). Коэффициент поляризации центрифугата сосудистых сплетений желудочков головного мозга снижается (К0,1/10) с 1,5 (смерть в день получения ЧМТ) до 0,18 (смерть при давности ЧМТ 8 суток), то есть с 1 до 0,12 (КН); при (К1/10) 1,16 до 1,09, то есть с 1 до 0,94 (незначительно). Коэффициент поляризации центрифугата сосудистых сплетений желудочков головного мозга на частотах 100 кГц, наоборот, увеличивается (К0,1/100) с 0,75 до 9,79, то есть с 1 до 12,98 (КН); (К1/100) с 0,95 до 1,57, то есть с 1 до 1,65 (КН). Следовательно, коэффициент поляризации спинномозговой жидкости и сосудистых сплетений желудочков головного мозга оказался информативным при разной давности черепно-мозговой травмы. Чтобы убедиться в наличии устойчивой связи между этими величинами [15], применили коэффициент корреляции Пирсона (Pearson Correlation) (табл. 3).
Таблица 3
Сила и направление взаимосвязи давности черепно-мозговой травмы с коэффициентом поляризации спинномозговой жидкости и сосудистых сплетений желудочков головного мозга
|
|
Рearson Correlation |
|||
|
К0,1/10 |
К1/10 |
К0,1/100 |
К1/100 |
|
|
СМЖ – спинномозговой жидкости |
-0,01 |
-0,262* |
-0,307* |
-0,434* |
|
ССГМ – сосудистых сплетений желудочков головного мозга |
-0,10 |
0,19 |
-0,09 |
-0,343* |
* – корреляция значима (р ≤ 0,01).
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Данные таблицы указывают на наличие взаимосвязи давности черепно-мозговой травмы с коэффициентом поляризации спинномозговой жидкости и сосудистых сплетений желудочков головного мозга. Наиболее выражено оно при расчете коэффициента на частотах 100 кГц (p ≤ 0,01). Несмотря на то, что сила и направление носят умеренный характер и требуют дополнительного анализа, можно утверждать о заинтересованности коэффициента поляризации для анализа давности черепно-мозговой травмы.
Заключение
Таким образом, проведенное исследование показало, что импедансная спектрометрия является методом, позволяющим объективно визуализировать изменения, происходящие в спинномозговой жидкости и в сосудистых сплетениях желудочков головного мозга в ответ на черепно-мозговую травму.
Выявляемые изменения имеют достаточно выраженную зависимость их от давности черепно-мозговой травмы, что наиболее явно выявляется на частоте тока исследования 100 кГц, однако и другие частоты демонстрируют аналогичную динамику исследованных коэффициентов (снижение на частотах до 10 кГц и рост на частоте 100кГц).
Авторы считают, что выявленные ими изменения могут быть положены в основу посмертной инструментальной диагностики давности формирования черепно-мозговой травмы объективным количественным способом – импедансной спектрометрией. Для этого необходимо дальнейшее исследование, заключающееся в математическом моделировании установленных зависимостей с оценкой точности полученных моделей на реальных судебно-медицинских случаях с разработкой рекомендаций по практическому применению созданного оригинального диагностического способа.