Конечно-элементный анализ влияния внутричерепных кровоизлияний на посмертную краниоэнцефальную температуру

Термометрическое определение давности наступления смерти (ДНС) характеризуется большим разнообразием реализующих его методов, отличающихся по структуре лежащих в их основе математических моделей охлаждения трупа и локализации диагностических точек [1][2]. Одним из наиболее востребованных методов определения ДНС по-прежнему остается метод, предложенный немецким судебным медиком C. Henssge, основанный на измерении краниоэнцефальной температуры (КЭТ) [3]. Для его реализации на практике необходимо однократно измерить КЭТ трупа и температуру внешней среды, а также оценить начальную КЭТ в момент наступления смерти, значение которой согласно рекомендациям C. Henssge следует принимать равным 37,2 °С [3].

В норме начальное (прижизненное) температурное поле головного мозга приближенно является стационарным и однородным за исключением его поверхностного слоя, в котором наблюдается монотонное снижение КЭТ [4][5]. Однако при наличии травматических и нетравматических внутричерепных кровоизлияний (ВЧК), температурное поле головного мозга уже при жизни перестает быть однородным за счет локального повышения температуры в их области [6][7]. Поэтому наличие ВЧК, как и иных церебральных повреждений, считается противопоказанием для использования КЭТ в целях определения ДНС.

Между тем степень влияния ВЧК различных типов на посмертная динамику КЭТ до сих пор не изучена. В первую очередь это было связано со сложностями сбора эмпирических данных. Однако в настоящее время указанная задача может быть решена с помощью компьютерного моделирования, основным инструментом которого, позволяющим численно подтверждать или опровергать теоретические выкладки практически во всех областях науки, является метод конечных элементов.

В связи с изложенным целью настоящего исследования явилась оценка степени локального влияния ВЧК различных типов на посмертную КЭТ методом конечно-элементного моделирования посмертного температурного поля головы.

Материалы и методы исследования

Методологический дизайн исследования представляет собой сравнительное двумерное конечно-элементное моделирование посмертного температурного поля головы при наличии и отсутствии ВЧК различных типов, выполненное с использованием приложения ELCUT 6.5.

Геометрию интактного мозгового отдела головы из-за ее осевой симметрии представляли в виде квадранта, проходящего через центр многослойной полусферы сечения с равномерным распределением четырех однородных слоев: кожно-апоневротического лоскута, костей свода черепа, ликвора субарахноидального пространства и головного мозга (рис. 1). Толщину, плотность, теплопроводность и теплоемкость указанных анатомических слоев головы, а также теплофизические параметры крови задавали согласно установленным данным, опубликованным в специальной литературе [4][5][8]. Построение сетки конечных элементов осуществляли в соответствии с описанной ранее методикой [8]. При нахождении начального температурного поля на метках ребер конечно-элементной модели (КЭМ) задавали значения температуры, присущие интактным тканям головы при температуре поверхности кожи 31 ºС [4][5][8]. Начальную температуру глубинных отделов мозга принимали, как и в рамках феноменологической модели С. Henssge, равной 37,2 ºС. В целях моделирования локальной гипертермии в зоне ВЧК для оболочечных и внутрижелудочковых кровоизлияний начальную температуру задавали на 2 и 1,2 ºС выше таковой соответствующих локализаций интактного мозга.

Результаты

Анализ картины посмертного температурного поля показал, что наличие двусторонних конвекситальных оболочечных кровоизлияний само по себе никак не влияет на КЭТ. Термограммы в точках начала координат с наличием оболочечных кровоизлияний и при их отсутствии полностью совпадали. Для объяснения данного явления во всех геометрических моделях были проведены контуры интегрирования, направленные от центра начала координат к внешнему ребру. Термограмма вдоль контура интегрирования при наличии оболочечных кровоизлияний отличалась от термограммы интактного мозга только в начале процесса охлаждения и только на уровне локализации кровоизлияний (участок с радиальной координатой от 70 до 93 мм). Затем зона кровоизлияний быстро остывала и уже через час после смерти термограммы вдоль интегрирующих контуров обеих КЭМ полностью совпадали (рис. 2). Увеличение толщины конвекситального оболочечного кровоизлияния до 8 мм не оказывало какого-либо существенного влияния на температурное поле головы.

В отличие от оболочечных, внутрижелудочковые кровоизлияния сопровождались значительным повышением температуры в точке начала координат. Однако, несмотря на повышенную начальную КЭТ, охлаждение глубоких отделов мозга протекало с плохо выраженным температурным плато, вследствие чего уже через час после смерти термограммы в точке начала координат при наличии и отсутствии внутрижелудочковых кровоизлияний совпадали (рис. 2).

Обсуждение

Проведенное исследование показало ограниченное по времени (до 1 ч после наступления смерти) и сугубо локальное влияние оболочечных ВЧК на температурное поле головы и отсутствие их непосредственного влияния на посмертную динамику температуры в диагностической точке начала координат. Наличие внутрижелудочковых кровоизлияний ввиду их локализации непосредственно в области диагностической точки может сопровождаться повышением начальной КЭТ. Однако из-за выраженного градиента температур охлаждение вентрикулярной зоны мозга при этом протекает довольно быстро, вследствие чего уже через час после наступления смерти наличие внутрижелудочковых кровоизлияний на КЭТ существенного влияния также не оказывает.

В целом полученные данные соответствуют таковым для посмертного температурного поля головы при открытой проникающей черепно-мозговой травме с наличием очаговых субарахноидальных кровоизлияний и ушиба мозга [8]. Данное обстоятельство позволяет использовать КЭТ для термометрического определения ДНС при наличии любых ВЧК.

Однако результаты выполненного моделирования будут верны только в том случае, если наличие ВЧК не приведет к умиранию по гипертермическому типу. Такой вариант танатогенеза возможен, поскольку лихорадка является нередким осложнением оболочечных кровоизлияний [7][9-11]. Поэтому для исключения ошибок определения ДНС, связанных с возможным умиранием по гипертермическому типу, а также вызванных локальным воздействием внутрижелудочковых кровоизлияний, целесообразно применять КЭТ в целях определения ДНС только после ее снижения менее 36 ºС. После достижения указанного температурного порога внутрижелудочковые кровоизлияния не являются противопоказанием к термометрическому определению ДНС по методу С. Henssge, а потенциальное влияние возможных отклонений начальной КЭТ от заданной значительно снижается.

Также посмертная динамика КЭТ при ВЧК, по локализации или объему отличающихся от параметров, заданных в построенной модели, может отличаться от расчетной. Тем не менее данные отличия не будут значимыми, поскольку в рамках выполненного моделирования были заданы размеры и объемы внутрижелудочковых и оболочечных ВЧК, близкие к предельным.

Заключение

1. Методом конечно-элементного моделирования показано отсутствие в условиях конвективного посмертного теплообмена непосредственного влияния конвекситальных оболочечных кровоизлияний на посмертную динамику КЭТ.
2. Наличие внутрижелудочковых кровоизлияний может сопровождаться повышением начальной КЭТ. Однако охлаждение глубоких отделов мозга при этом протекает с плохо выраженным температурным плато, вследствие чего уже через час после наступления смерти наличие внутрижелудочковых кровоизлияний на КЭТ существенного влияния не оказывает.
3. КЭТ может использоваться для определения ДНС при наличии любых ВЧК. Для исключения ошибок определения ДНС, связанных с возможным умиранием по гипертермическому типу, а также вызванных локальным воздействием внутрижелудочковых кровоизлияний, целесообразно применять КЭТ в целях определения ДНС только после ее снижения менее 36 ºС.

Конфликт интересов: автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования: автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.