Морфологическое исследование следов биологического происхождения на примере крови



В статье раскрывается понятие крови и ее химическая природа как важнейшей биологической жидкости. В ней рассмотрены экспериментальные методики определения следов крови, выбраны те, которые могут быть использованы в школьной лаборатории как основа проектно-исследовательской работы школьников по биологии.

Ключевые слова: следовое количество крови, биологическое происхождение, состав крови, проектная работа в школе.

Введение

Одной из областей криминалистики является анализ брызг (следов) крови. Первые успехи в классификации и анализе следов, оставленных на месте преступления, начались в 19 веке. В 1820-х годах французские судебные эксперты начали идентифицировать следы крови с помощью химических тестов. К тому времени медики уже догадывались, что кровь сложная смесь и идентифицировать её с помощью одного реактива не получится [6].

Объектом исследований являются следы биологического происхождения — кровь, а предметом исследований — экспериментальное изучение методик обнаружения следов биологического происхождения на примере крови.

Актуальность работы заключается в том, что биологические следы крови являются самыми распространенными объектами судмедэкспертизы и самыми достоверными. Следы крови обнаруживаются, прежде всего, по ее характерному цвету. Свежие пятна имеют красную окраску, подсохшие приобретают буровато-красный оттенок. Однако цвет крови может изменяться до коричневого, серо-зеленого, желтого и почти черного. Это зависит от срока, прошедшего после образования следа, внешних воздействий (прямого солнечного света, воздуха, температуры, влаги, гниения и т. д.), цвета и качества предмета, на котором находится след и т. п. Так, на свежей извести, пятна крови приобретают оранжевый цвет; на свежем снегу становятся светло-розовыми; на тканях и предметах, окрашенных в темные тона или красные цвета, они плохо различимы.

Цель проекта — изучить особенности следов биологического происхождения на примере крови.

Гипотеза — морфологическое определение биологических следов крови невозможно после растворения в воде, или смыва водой.

Задачи:

1. Изучить способы исследования биологических следов на примере крови
2. Изучить особенности химического состава крови
3. Подобрать оптимальные методики для проведения химического эксперимента
4. Провести эксперимент, по выявлению биологических следов крови
5. Проанализировать и оформить результаты эксперимента

Методы:

— Эксперимент

— Сравнение

— Наблюдение

— Фотографирование

— Измерение

— Анализ и синтез

Реактивы и оборудование: печень куриная, 3 %-перекись водорода, ступка и пестик, фильтр бумажный, воронка, препарат Галавит в таблетках, нашатырный спирт (водный раствор аммиака), химические стаканы, шпатель, NaCl (0,1 г), NaBr (0,1 г), NaI (0,1 г), уксусная кислота 70 % (100 мл), мерный цилиндр, спиртовка, тигельные щипцы, предметные стекла, микроскоп цифровой Levenhuk D320L BASE, монокулярный.

Основная часть

Преступления совершались всегда. Поэтому в разные времена существовали разные методы расследования преступлений, но такая наука как криминалистика появилась в конце 19 века. В 1882 г. вышла работа австрийского судебного следователя Ганса Росса «Руководство для судебных следователей как система криминалистики». В ней впервые был применен термин криминалистика.

Испанский химик и врач Жозе Орфила положил начало химическим тестам по обнаружению крови. Ученый капал кровь на ткань и замачивал ее в воде, а полученный раствор подвергали воздействию различных химических веществ: соляной кислоты, карбоната калия, растительных компонентов. Эти реагенты либо изменяли окраску раствора, либо вызывали выпадение характерного осадка, по которому можно было судить о наличии в растворе крови.

В наше время криминалистика достигла огромного развития. Сейчас для обнаружения следов крови применяют различные спектрометрические методы [6]. Но в некоторых условиях работы нужна быстрота проведения анализ, поэтому такие пробы имеют место в практической деятельности.

Кровь является неоднородной тканью и состоит из плазмы и форменных клеток. Плазма — это жидкая составляющая, в основном состоящая из воды, она обеспечивает текучесть крови и служит средой для химических реакции. Форменные тельца в крови, представлены: тромбоцитами, лейкоцитами и эритроцитами. Каждый тип клеток имеет свою собственную функцию и свойства [7].

Эритроциты — самые распространенные клетки крови. Их основная функция перенос кислорода. Зрелые эритроциты человека представляют собой безъядерные клетки в форме двояковогнутых дисков. Характерный красный цвет эритроцитам придают молекулы гемоглобина. В каждом эритроците примерно 270 миллионов молекул гемоглобина. Эритроциты составляют примерно 70 % от всех клеток организма человека [9]. Гемоглобин — это железосодержащий глобулярный белок. Его основная функция — это переносить кислород в крови. Но гемоглобин также может служить как катализатор и переносчик электронов [1].

Химические тесты на кровь делятся на 3 большие группы: каталитические, кристаллические, методы, использующие специальное оборудование. Все эти методы относятся только к химическим анализам на кровь. Это значит, что такие тесты могут определить только факт наличия или отсутствия крови в пробе. В криминалистике также активно используются биологические пробы на кровь. Однако они имеют другой принцип работы и не рассматриваются в данной работе [4].

В практической части работы были рассмотрены следующие методики определения крови в следах биологического происхождения:

— Проба Шейнбейна

— Проба Касла-Майера

— Гваяковая проба

— Проба с Люминолом

— Тест Тейхмана

Были опробованы все из перечисленных методик и выбраны оптимальные методики для работы в школьной медико-биологической лаборатории.

Проба Шейнбейна (проба с перекисью водорода) — одна из самых часто использующихся предварительных проб. Не требует никаких особых реактивов, кроме 3 % перекиси водорода (H ₂ O ₂ ). Была разработана немецким ученым Кристианом Шейнбейном в 1863 году [2].

В основе пробы лежит способность фермента каталазы, которые содержится в живых клетках разлагать перекись водорода. В результате реакции выделяется кислород, происходит вспенивание, что можно увидеть на рисунке 1. Но у данной пробы несмотря на её простоту и удобство есть много негативных сторон: малая специфичность и чувствительность. Фермент каталаза находится в клетках почти всех живых организмов, поэтому положительный результат пробы Шейнбейна не дает полной уверенности в природе следа [3].

Рис. 1. Проба Шейнбейна (проба с перекисью водорода)

Проба с люминолом — была разработана немцем Вальтером Шпехтом в 1937 году в University Institute for Legal Medicine and Scientific Criminalistics, город Йен, Германия. Шпехт приготовил 2 раствора люминола, каждый из которых давал свечение при взаимодействии с пятнами крови. С того времени проба с люминолом была введена как часть криминалистической экспертизы. Люминол (5-амино-2,3-дигидро-1,4-фталазиндион) — был синтезирован в Германии немецким химиком Алоисом Йозефом Шмитцом в 1902 году. Хемилюминесцентные свойства были замечены только в 1920-х годах [5]. На данный момент является одной из самых точных и популярных проб. У него самая высокая чувствительность к крови из всех описанных тестов, а также он не мешает дальнейшему анализу ДНК. Реакция люминола может катализироваться и другими переходными металлами, поэтому не является строго специфичной [3].

Проба с люминолом не совсем каталитический тест. Его механизм не схож с другими похожими и является более сложным по своей сути. Реакция хемилюминесценции люминола возможна только в щелочном растворе. Так как только в нем существуют таутомеры, способные к люминесценции [2].

Для реакции с люминолом была проведена дополнительная работа по извлечению люминола из лекарственного препарата галавит, отработаны навыки использования химического оборудования и реагентов в соответствие с техникой безопасности школьной лаборатории (рисунок 2).

Рис. 2. Работа в школьной медико-биологической лаборатории

Тест Тейхмана — подтверждающий анализ крови на микрокристаллы. Позволяет точно узнать есть ли в образце кровь. Его называют гемновый или гематиновый тест, из-за образующихся в процессе кристаллов солянокислого гематина (гемина). Различные модификации теста Тейхмана позволяют определять кровь в пятнах давности более 20 лет [3].

Механизм реакции основан на способности железа связываться с галогенами и образовывать галогенпроизводные феррипротопорфиринового кольца [8]. Кислота в данном случае служит для разрушения связи гема и белковой молекулы. А соли позволяют связываться гемоглобину с галогенами и образовывать нерастворимый кристаллический гемин. Нагрев увеличивает выход реакции и помогает кристаллизации благодаря испарению жидкости [2]. В микроскоп можно отчетливо разглядеть характерные кристаллы крови, это проиллюстрировано на рисунке 3.

Рис. 3. Микрокристаллы крови под микроскопом после обработки химическими реагентами по тесту Тейхмана

Выводы

Из проб, которые получились, можно сделать выводы, что ни одна проба по отдельности не является идеальной.

Некоторые слишком мало специфичны (предварительные пробы), а подтверждающие пробы слишком долгие и занимают много времени, что не подходит для быстрой диагностики, а подходят только для исследования в лабораторных условиях.

Эксперимент с галавитом, показал, что он работает как замена люминола, пусть и менее эффективным результатом, но вполне зрительным — ярким свечением в ультрафиолетовом излучении.

В итоге, гипотеза, поставленная в начале проекта, была опровергнута. Исследование следов крови возможно и после их растворения, и после удаления их водой.

Цель проекта — изучить особенности следов биологического происхождения на примере крови, была достигнута. Все поставленные задачи успешно выполнены. Проведение эксперимента по смыву крови чистящими средствами и их последующий анализ в данной работе не проводились.

Исследования следов крови в работе показали, что их сокрытие с помощью воды (не разрушающей структуру гема) — бесполезно.

Современные методы криминалистики ушли далеко вперед и позволяют идентифицировать различные улики намного лучше, чем раньше.

Литература:

1. Paoli Massimo, Marles-Wright Jon, Smith Ann (2002). Structure–Function Relationships in Heme-Proteins. DNA and Cell Biology 21(4): 271–280. DOI: 10.1089/104454902753759690
2. Library // Forensic Reader. — Текст: электронный. — URL: https://forensicreader.com/ (дата обращения: 07.02.2024).
3. Судебно-медицинская энциклопедия // Судебно-медицинская энциклопедия. — Текст: электронный. — URL: https://forensicmedicine.ru/wiki/Судебно-медицинская_энциклопедия (дата обращения: 07.02.2024).
4. R. V. Winchester, Heather Wansbrough: Blood Detection by chemical methods . New Zealand Institute of Chemistry. 2002. — Текст: электронный. — URL: https://www.nzic.org.nz/ChemProcesses/biotech/12A.pdf (дата обращения: 07.02.2024).
5. Schmitz, A. J. (1902). Ueber das Hydrazid der Trimesinsäure und der Hemimellithsäure. Германия: J. Hörning.
6. Любой преступник оставляет след: 11 ключевых дат в истории криминалистики // Институт судебных экспертиз и криминалистики. — Текст: электронный. — URL: https://ceur.ru/news/specproekty/item351761/ (дата обращения: 07.02.2024).
7. Machlus Kellie R., Thon Jonathan N., Italiano Joseph E.(2014) Interpreting the developmental dance of the megakaryocyte: a review of the cellular and molecular processes mediating platelet formation. British Journal of Haematology DOI: 165 (2): 227–236. — Текст: электронный. — URL: https://doi.org/10.1111/bjh.12758 (дата обращения: 07.02.2024).
8. R. E. Gaensslen. Sourcebook in forensic serology, immunology, and biochemistry. Washington, D. C. U. S. Dept. of Justice, National Institute of Justice. 1983. — Текст: электронный. — URL: https://www.ojp.gov/pdffiles1/pr/92422_part1.pdf (дата обращения: 07.02.2024).
9. Carl E. Rhodes, Deanna Denault, Matthew Varacallo. Physiology, Oxygen Transport. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing 2022 Nov 14. — Текст: электронный. — URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30855920/ (дата обращения: 07.02.2024).