累積日度在死亡時間推斷中的研究進(jìn)展

朱偉豪，楊夢姿，鄭哲，孫凱，莫耀南

1.河南科技大學(xué)法醫(yī)學(xué)院，河南 洛陽 471003；2.重慶醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系，重慶400016

死亡時間（postmortem interval，PMI）推斷作為法醫(yī)病理學(xué)的重要課題，歷經(jīng)幾個世紀(jì)的探索，已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但準(zhǔn)確性及適用性仍有待提高[1-3]。尸體腐敗是一個復(fù)雜的過程，受尸體自身和外在環(huán)境等多種因素的影響，既往研究通過控制變量，僅考慮單因素影響，難以保證PMI 推斷的準(zhǔn)確性，但可優(yōu)先考慮對腐敗過程影響的主要因素（環(huán)境溫度和經(jīng)歷時間）[4-5]。累積日度（accumulated degree days，ADD），指某一段持續(xù)期間內(nèi)日平均氣溫與經(jīng)歷時間的乘積，常作為研究溫度與生物發(fā)育速率關(guān)系的一種指標(biāo)，從溫度強(qiáng)度和作用時間兩個方面探索對生物生長發(fā)育的影響[6-8]，累積小時度（accumulated degree hours，ADH）是其另一種表達(dá)方式。近年來，通過累積死后的每日平均溫度，建立ADD 與某些評價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型用于推斷PMI 的研究不斷增多，本文將簡述ADD的研究歷史，在PMI 推斷的應(yīng)用，以及面臨的問題，為進(jìn)一步提高ADD 推斷PMI 的精度提供參考。

1 ADD 的研究歷史

ADD 概念最早由法國植物學(xué)家DERIOMIR 于1735 年提出。BOUSSINGAULT 教授在1837 年 將發(fā)育期間每日平均溫度乘以經(jīng)歷日數(shù)計(jì)算出各類農(nóng)作物完成一次發(fā)育周期所需要的“總熱量”，以“日度”為單位[8]，正式拉開定量計(jì)算ADD 的序幕。20 世紀(jì)50 年代，蘇聯(lián)開始將ADD 應(yīng)用于氣象服務(wù)中，之后，國內(nèi)也廣為應(yīng)用[9]。目前，ADD 研究已擴(kuò)展至氣象災(zāi)害預(yù)測[10]、昆蟲發(fā)育和防治[11]、農(nóng)作物育種和增產(chǎn)[12]等領(lǐng)域。1855 年，BERGERET 將昆蟲學(xué)與PMI 推斷建立聯(lián)系后[13]，ADD 開始被用于法醫(yī)昆蟲學(xué)研究[14-17]。2003 年，AMES 等[18]發(fā)現(xiàn)，在昆蟲發(fā)育歷期中使用ADD 或ADH 存在局限，尤其在發(fā)育過程中經(jīng)歷低溫期，會增大PMI 推斷誤差，該研究促進(jìn)了精確計(jì)算ADD 方法 學(xué)的發(fā)展。1992 年，VASS 等[19]將ADD 轉(zhuǎn)化應(yīng)用于尸體分解研究，把尸體周圍土壤中揮發(fā)性脂肪酸和各種陰陽離子的數(shù)據(jù)與ADD 建立模型，來幫助準(zhǔn)確推斷PMI。MEGYESI 等[20]在2005 年建立了尸體腐敗總積分（total body score，TBS）與ADD 的回歸方程，展示出ADD 在法醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用潛力。近年來，國外PMI 推斷研究較多使用ADD 替代單一時間變量作為首選自變量[21-23]，國內(nèi)ADD 主要集中于法醫(yī)昆蟲學(xué)研究[2，13]，其他PMI 推斷領(lǐng)域有關(guān)ADD 的研究還較少，值得大家重視。

2 ADD 在PMI 推斷中的應(yīng)用

2.1 尸體分解與ADD關(guān)系推斷PMI

尸體分解是一個連續(xù)的進(jìn)程，然而，由于個體因素（如身高、體質(zhì)量、年齡等）[24]和外部因素（如溫度、土壤酸度、昆蟲活動等）[15-19，25-27]的影響，導(dǎo)致尸體分解也是一個高度可變的過程，開發(fā)一種多因素下精確推斷PMI 的方法是法醫(yī)工作者的奮斗目標(biāo)。MEGYESI等[20]將尸體分為3 個區(qū)域（頭頸部、軀干和四肢），再細(xì)分為十幾個評價(jià)指標(biāo)，并對每個指標(biāo)出現(xiàn)的位置和嚴(yán)重程度進(jìn)行賦值，匯聚成TBS，再建立其與ADD 的回歸模型。結(jié)果顯示，ADD 的增加與TBS 的增加具有很強(qiáng)的相關(guān)性，還發(fā)現(xiàn)ADD 約占影響分解因素的80%，最好的分解評價(jià)模型取決于ADD，而不僅僅是時間[20]。MOFFATT 等[28]修 正MEGYESI回歸方程中的統(tǒng)計(jì)誤差，并利用原始數(shù)據(jù)對ADD 進(jìn)行以10 為底的對數(shù)處理，與調(diào)整后TBS 建立的方程更加可靠，具有更小的置信區(qū)間。VASS[29]也提出一種利用ADD、溫度、濕度等因素與分解百分?jǐn)?shù)關(guān)系進(jìn)行PMI 推斷的公式。在內(nèi)布拉斯加州和夏威夷地區(qū)驗(yàn)證Vass 模型發(fā)現(xiàn)，其可成功推斷79%死亡場景的PMI[30]。MARHOFF等[31]在澳大利亞地區(qū)應(yīng)用ADD 和分解程度指數(shù)（degree of decomposition index，DDI）2種方法推斷PMI時，所有實(shí)驗(yàn)樣本的PMI 均被低估。但是，與DDI 方法相比，ADD 法隨著時間推移顯示出更高的準(zhǔn)確性。國內(nèi)，WANG 等[6]則客觀地比較了人類尸體和動物尸體的分解過程，并分析其差異，所建立的TBS 與ADD的線性回歸關(guān)系，更適合用于推斷PMI。HEATON等[32]基于TBS 提出水中腐敗評分（aquatic decomposi?tion scoring，ADS）系統(tǒng)，用于推斷水中尸體浸沒時間（postmortem submersion interval，PMSI），驗(yàn)證分析顯示水中尸體的ADS 與PMSI（以ADD 為衡量指標(biāo)）具有較強(qiáng)相關(guān)性[33-34]。自ADD 首次轉(zhuǎn)化應(yīng)用于尸體分解研究以來，利用ADD 量化和推斷PMI 將成為一種新趨勢[20，28-37]。

2.2 法醫(yī)昆蟲學(xué)的ADD數(shù)據(jù)推斷PMI

建立準(zhǔn)確的嗜尸性昆蟲發(fā)育數(shù)據(jù)對提高最短死亡時間（minimum postmortem interval，PMImin）推斷的準(zhǔn)確性具有重要意義[38-39]。目前，用于確定昆蟲年齡的方法有發(fā)育時間、ADD 和幼蟲大?。w長或體質(zhì)量）[40-44]，其中應(yīng)用最廣泛的是ADD 模型[45-46]，因?yàn)锳DD 是控制嗜尸性昆蟲生長發(fā)育的主要因素[47]。2001 年，MARCHENKO[48]報(bào)道ADD 可用于描述和確定法醫(yī)昆蟲的發(fā)育狀態(tài)，即由公式計(jì)算出同一飼養(yǎng)溫度下昆蟲發(fā)育所需的總熱量。計(jì)算公式為ADD=n（Ti-Ts）。其中n為發(fā)育天數(shù)，Ti為環(huán)境溫度，Ts為發(fā)育溫度閾值。ZHANG 等[49]在16 ℃、19 ℃、22 ℃、25 ℃、28 ℃、31 ℃和34 ℃7 個恒溫條件下，研究了大頭金蠅的ADH、發(fā)育持續(xù)時間、幼蟲體長和形態(tài)變化，用于推斷PMImin。CERVANTèS 等[50]研究結(jié)果與此一致。SIMMONS 等[51]將每間隔50 日度的TBS 作為分解率，報(bào)道了昆蟲對野兔死后分解速率的影響。也有學(xué)者以ADD 為自變量，記錄了兔子尸體分解過程中4 種雙翅目昆蟲在不同演替階段的表現(xiàn)[52]。SHIRAVI 等[53]的研究顯示，白頭裸金蠅、絲光綠蠅及某麻蠅屬由卵孵化至成蟲階段的ADD 分別為130～195、148～222 和221～323 日度。WANG 等[54]也研究了恒定溫度下廄腐蠅的發(fā)育與ADD 的關(guān)系，用于推斷PMImin。同時，家蠅[55]和野亞麻蠅[56]在不同恒溫環(huán)境下的ADH 也被記錄，為推斷PMImin提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)已系統(tǒng)研究了緋顏裸金蠅、亮綠蠅、烏足錫蠅、巨尾阿麗蠅、絲光綠蠅在內(nèi)的12 種具有重要法醫(yī)學(xué)意義的昆蟲發(fā)育歷期[57]，為嗜尸性昆蟲研究作出重大貢獻(xiàn)。

2.3 埋葬尸體ADD推斷PMI

研究埋葬尸體的分解及其與周圍環(huán)境的相互作用，以了解分解過程和分解速率，測定腐敗遺骸下的土壤化學(xué)可幫助推斷PMI[58-60]。VASS 等[19]的研究結(jié)果顯示，尸體周圍土壤中揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）、陰離子和陽離子與ADD 具有較強(qiáng)的相關(guān)性，可用于推斷PMI，還發(fā)現(xiàn)土壤的pH 值在幾個日度范圍內(nèi)升高，在750 日度時達(dá)到峰值，之后開始下降，約3 750 日度時下降至控制值以下，4 500 日度后趨于穩(wěn)定。同時，有研究[61-62]顯示，電導(dǎo)率在人類和其他哺乳動物遺骸下面的土壤中也表現(xiàn)出先增加后減少的時序性變化規(guī)律。AITKENHEAD-PETERSON 等[63]以埋藏深度7 cm 的腐爛尸體為實(shí)驗(yàn)對象，發(fā)現(xiàn)尸體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)隨ADD 的增加逐漸擴(kuò)散，其擴(kuò)散方向和速率與墓地的土壤坡度有關(guān)。SINGH 等[64]檢測尸體周圍土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果顯示，隨ADD 的增加，微生物的相對豐度顯著增加。TROUTMAN 等[65]每間隔100 日度，記錄TBS 和尸體內(nèi)部溫度，發(fā)現(xiàn)亂葬坑中不同位置對尸體分解和內(nèi)部溫度均有顯著影響。CARTER 等[66]研究顯示，尸體埋葬導(dǎo)致土壤中茚三酮反應(yīng)氮（indotriketone reactive nitrogen，NRN）顯著增加，其土壤含量比基礎(chǔ)NRN 含量高約15 μg/g，在105～154 日度達(dá)到峰值水平，NRN 和ADD 的關(guān)系可用于推斷早期PMI（死后1～2 d；0 日度≤ADD≤105 日度）。目前，埋葬尸體研究普遍將ADD 作為自變量，統(tǒng)計(jì)尸體周圍土壤信息，對環(huán)境生物監(jiān)測和法醫(yī)學(xué)PMI 研究具有重要價(jià)值。

2.4 ADD應(yīng)用于其他PMI推斷指標(biāo)的研究

ADD 除用于以上PMI 推斷主要領(lǐng)域外，也逐步被用于PMI 相關(guān)的各項(xiàng)研究。如HANSEN 等[21]在一段時間內(nèi)向4 個尸體施加單個固定振幅的電流，并測量電阻和電抗，結(jié)果顯示，阻抗和ADD 之間具有顯著的拋物線關(guān)系，可用于PMI 推斷。LARKIN 等[22]采用3 種不同方法從豬骨骼肌中提取DNA，探究ADD 對DNA量值的影響，結(jié)果證實(shí)，描述DNA 降解的最佳模式是ADD，而不是時間，骨骼肌內(nèi)DNA 含量下降與ADD 的相關(guān)性最好。GRANRUD 等[23]則利用ADD 量化切牙脫落狀況，以推斷PMI，其中6 顆牙齒剝脫的ADD 范圍為1 539.7～2 006.7 日度，去角質(zhì)所需的平均ADD 為（1 788.0±198.1）日度。該研究所報(bào)道的切牙剝脫所需的ADD 范圍較小，可用于推斷PMImin。同理，也有學(xué)者利用3 種ADD 模型（MEGYESI、NAWROCKI 和HASKELL 開發(fā)的回歸方程）研究了馬的關(guān)節(jié)脫位規(guī)律與PMI 的關(guān)系，結(jié)果顯示，通過MEGYESI 方程推斷的預(yù)期PMI 與實(shí)際PMI 之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[67]。

3 應(yīng)用ADD 面臨的困難

3.1 ADD計(jì)算過程有待簡化

自ADD 概念提出，已有200 多年的歷史，依據(jù)自身學(xué)科研究開發(fā)了多種ADD 計(jì)算方法。無論何種計(jì)算方法均需人工計(jì)算，當(dāng)面臨晚期PMI 時，海量數(shù)據(jù)的計(jì)算過程十分繁瑣，且結(jié)果易錯。簡化ADD 計(jì)算過程，提高精確率更有助于PMI 研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)分析的發(fā)展，司國新等[68]基于接口描述語言（interface description language，IDL）開發(fā)了一種自動計(jì)算ADD 的程序，該程序不僅計(jì)算簡便高效，且準(zhǔn)確率也明顯提高，但在法醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用效果有待驗(yàn)證。

3.2 ADD溫度起始點(diǎn)測定任務(wù)艱巨

要使用ADD 模型，就必須先確定一個最小溫度閾值（一般通過實(shí)驗(yàn)測定和統(tǒng)計(jì)得到[53]）。如溫度起始點(diǎn)有誤，必然造成對PMI 的高估或低估。對于尸體腐敗分解和法醫(yī)埋葬學(xué)研究的ADD 常選取0 ℃作為溫度起始點(diǎn)，但該溫度起始點(diǎn)是人為規(guī)定的，準(zhǔn)確性有待深入研究[20，28]。在法醫(yī)昆蟲學(xué)領(lǐng)域，除不同昆蟲溫度起始點(diǎn)不同外，同種昆蟲在發(fā)育各階段溫度起始點(diǎn)也不盡相同[45-50]。因此，不同昆蟲的ADD 溫度起始點(diǎn)數(shù)據(jù)需要大量學(xué)者不斷完善。

3.3 部分ADD模型具有地域性

FORBES 等[69]在南非開普敦地區(qū)驗(yàn)證Megyesi 和Moffatt 模型的準(zhǔn)確性時發(fā)現(xiàn)，二者均不適用于南非地區(qū)。這與MYBURGH 等[70]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。之后，在澳大利亞[31]、得克薩斯州[71]等地區(qū)的驗(yàn)證結(jié)果也表明，為一個地區(qū)或在一個地區(qū)開發(fā)的ADD 模型應(yīng)用于其他地區(qū)是不切實(shí)際的，因此需要建立適合不同地區(qū)的ADD 方程來推斷PMI。尤其在地域遼闊、東西南北差異較大、且歷經(jīng)不同氣候變化的中國，此點(diǎn)更應(yīng)得到重視。

4 展 望

在法醫(yī)學(xué)PMI 推斷研究中，使用基于ADD 的模型比基于單一時間變量的通用方法更符合實(shí)際情況，各地可以依據(jù)特定地域環(huán)境條件研究適合的預(yù)測模型。當(dāng)然，期望尋求單一簡便的方法用于PMI 推斷還不現(xiàn)實(shí)，在建立ADD 模型過程中不能忽視所面臨的困難。為了解決這些問題，一方面，可以建立區(qū)域特定標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出適宜本區(qū)域特定的公式，獲得不同區(qū)域間腐敗分解的細(xì)微差別；另一方面，期望可利用“大數(shù)據(jù)分析”建立更復(fù)雜的模型，這些模型來自更全面的影響因素、降解速率指標(biāo)和模式的考量。