综述：探索人类毛发降解：一项用于估计死亡时间的初步研究

《International Journal of Legal Medicine》：Exploring human hair degradation: A preliminary study for estimating time-since-death

这篇论文利用衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术，分析了不同埋葬类型个体的头皮毛发样本，发现毛发蛋白水解与死后间隔时间（PMI）可能存在相关性，为 PMI 的估计提供了新方向，值得相关领域研究者关注。

　　### 研究背景
在法医学调查中，估计死亡时间，即死后间隔时间（Postmortem Interval，PMI），是一项至关重要却极具挑战性的任务。准确计算个体死亡时长，对于确定案件的法医学意义、协助受害者身份识别、核实不在场证明以及确定人员失踪的时间窗口等方面都起着关键作用。然而，当面对处于高度腐烂、焚烧、木乃伊化或白骨化阶段的人类遗骸时，精确估计 PMI 困难重重。这是因为内源性和外源性变量之间的相互作用复杂，尸体的分解过程在不同情况下差异较大，而且现有的估计方法存在局限性，往往只能在特定条件下应用，比如昆虫学法需要有昆虫存在，肌肉蛋白分解化学法依赖于软组织的获取。因此，迫切需要探索新的方法来解决在其他方法无法适用的情况下 PMI 的估计问题。

研究方法

1. 样本来源：研究样本来自葡萄牙不同城市的 5 个公共墓地。经死者亲属同意并依据法律规定，共开启了 11 处墓葬。死者被埋葬在有氧消耗模块（2 例，占 18.2%）、墓穴（4 例，占 36.4%）或土葬墓（5 例，占 45.5%）中。死者年龄在 75 - 99 岁之间（平均 87.6 岁，标准差 6.58），但有 3 人（1 名成年人和 2 名未成年人）年龄信息缺失。PMI 范围为 6 - 131 年（平均 34.9 年，标准差 39.2） 。同时，选取了 3 名活体捐赠者（2 名女性和 1 名男性）的头发作为对照样本，其年龄在 26 - 60 岁之间（平均 38.3 岁，标准差 15.4）。
2. 样本处理：收集的头皮毛发样本按照已发表的指南进行处理和储存。为去除潜在的外源性污染，所有样本依次用 Triton X - 100（0.5% v/v）、超纯水和丙酮清洗，并在空气中干燥过夜。对于 ATR-FTIR 分析，每个个体选取 3 根头发，将每根头发切成 1cm 长的片段并固定在粘性碳台上；若样本不足，则将较长的头发一分为二以满足实验需求。用于扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）成像的样本也按照类似方法处理，共对 7 个个体的样本进行了 SEM 成像。
3. 实验分析
   • ATR-FTIR 光谱分析：使用配备锗探头 ATR 附件的 Nicolet? iN10 FTIR 显微镜对毛发样本进行 ATR-FTIR 分析。在每 1cm 长的头发片段上取 3 个等距测量点，每个个体共获得 9 个测量数据。测量范围为 4000 - 650 cm^-1，分辨率为 4 cm^-1，采用液氮冷却的 MCT 探测器，并在每次测量前记录空气空白光谱。通过 OMNIC 软件获取 4 个红外波段区域的数据，包括约 1650 cm^-1（酰胺 I）、约 1550 cm^-1（酰胺 II）、约 1230 cm^-1和约 1174 cm^-1合并（酰胺 III（无序），包括肩峰半胱氨酸磺酸 SO₃不对称伸缩带）以及约 1074 cm^-1和约 1043 cm^-1合并（二硫代 monoxide 对称伸缩和肩峰半胱氨酸磺酸 SO₃对称伸缩带）。
   • SEM 成像：利用 Zeiss EVO LS10 可变压力扫描电子显微镜对毛发样本进行成像，通过 Zeiss Smart SEM 软件控制显微镜。样本用 2 - 5nm 的金 - 钯涂层处理，分别在 1000 倍和 3000 倍放大倍数下获取图像，加速电压为 25 kV，用于观察毛发的地形特征，如毛发角质层区域的外部损伤。
   
   
4. 数据分析：使用 R 软件对光谱数据进行统计分析。首先进行描述性统计，计算每个个体测量波段区域的相关统计量。接着计算 3 个特定红外波段区域的比值，以确定哪个降解指数与 PMI 的相关性更好，这些降解指数包括：降解指数 I（酰胺 I）/（S = O + SO₃）、降解指数 II（酰胺 II）/（S = O + SO₃）、降解指数 III（酰胺 III + SO₃）/（S = O + SO₃） 。将活体捐赠者的数据纳入计算，其 PMI 视为 0。使用 Spearman 相关系数（r_s）评估降解指数与 PMI 之间的关系，并根据埋葬类型对光谱数据进行分组分析，设定显著性水平为 p < 0.05，且数据库中未剔除异常值。

研究结果

1. 光谱数据特征：共获得 126 个红外光谱，分析结果显示毛发样本存在内部和个体间的变异性。描述性统计结果表明，酰胺 III 与肩峰半胱氨酸磺酸 SO₃不对称伸缩带组合的数值分布范围最小；而酰胺 I 带的变异系数（Coefficient of Variation，CoV）最低，说明其相对均值的标准差最小，稳定性较好，适合用于与半胱氨酸酸带进行变化比较。
2. 相关性分析结果：对 14 个个体（包括活体捐赠者）的所有降解指数与 PMI 进行相关性检验，发现均存在统计学显著差异（p < 0.05），但相关性较弱或中等（指数 I：r_s = -0.35；指数 II：r_s = -0.45；指数 III：r_s = -0.35） 。按埋葬类型分组分析后，结果有所不同。在有氧消耗模块中，降解指数 I（p = 0.37）和降解指数 III（p = 0.47）与 PMI 无显著相关性；在土葬墓中，降解指数 I 和 II 与 PMI 有相关性（p < 0.05）；在墓穴中，所有指数与 PMI 均有显著相关性（p < 0.05）。综合来看，降解指数 II 在所有埋葬类型中似乎都更适合用于 PMI 估计，在有氧消耗模块、土葬墓和墓穴中的 p 值分别为 8.42e^-4、3.4e^-4和 1.14e^-6，Spearman 相关系数 r_s分别为 -0.48、 -0.41 和 -0.57，呈现中等程度的负相关。
3. SEM 成像结果：SEM 图像证实了部分样本的物理降解情况。在个体 CMA/19 的毛发轴中观察到隧道，表明可能存在真菌介导的损伤；个体 CMA/40 的毛发出现分裂；个体 CPR/18 的毛发角质层脱落。除 LDS/03 外，所有毛发样本均显示出疑似菌丝体团块。

研究讨论

1. 毛发降解与光谱变化机制：研究中考虑的降解指数源于半胱氨酸酸峰比值的变化。在活体个体中，头发暴露于自然辐射或化学处理（如漂白、染色）后，半胱氨酸会通过光化学氧化转化为半胱氨酸酸，导致约 1043 cm^-1波段的强度增加。本研究中的样本也呈现出类似趋势，二硫代 monoxide 对称伸缩（S = O）和半胱氨酸磺酸 SO₃对称伸缩带组合的波段区域相对于均值的标准差最大，说明其随时间变化最为明显。同时，文献表明酰胺 I、II 和 III 的光谱特征会因外部因素而改变，其变化程度与头发处理方式有关，且在不同生物亲和性个体（如欧洲人、非洲人）的头发样本中反应不同。但由于本研究缺乏死者生前头发自然色素沉着和头发处理的信息，且未确定死者的血统，因此这些因素在本初步研究中未作为变量考虑。
2. 埋葬条件对相关性的影响：尽管研究样本数量较少（n = 14），但在评估 PMI 与氧化半胱氨酸酸的相关性时，仍发现 3 个降解指数均存在统计学显著差异（p < 0.05） 。结果显示，PMI 增加会导致所考虑的比值降低，表明半胱氨酸酸含量随时间增加，证实了研究假设。按埋葬类型分组分析后，墓穴埋葬的个体由于 PMI 较长（40 - 131 年），所有指数均与 PMI 存在显著相关性，反映出半胱氨酸酸带强度随时间增加。在有氧消耗模块中，毛发纤维可能因缺乏角质溶解微生物或微生物活动环境不佳而未被强烈降解，这可能与尸体的木乃伊化状态有关，导致该模块中只有降解指数 II 与 PMI 有显著相关性。此外，即使在同一墓地不同墓穴中埋葬相同时间（如 CMA/40 和 CMA/19，均埋葬 40 年）的个体，毛发降解情况也存在差异。
3. 毛发特性对研究的影响：人类毛发在宏观（如颜色、形状和大小）和微观结构上存在很大差异，这些差异会影响毛发对外部因素的抵抗能力和损伤程度，进而导致实验中 4 个波段区域分析结果的多样性。因此，深入了解分解环境及其对人类毛发降解的影响至关重要。

研究结论

本初步研究表明，人类毛发化学成分的变化有潜力用于死亡时间评估，尤其是分析酰胺 II（约 1550 cm^-1）与二硫代 monoxide 对称伸缩（约 1074 cm^-1）和半胱氨酸磺酸 SO₃对称伸缩（1043 cm^-1）波段组合的比值时。研究发现，PMI 越长，该比值越小，这是由于二硫键（S = O）氧化强度增加所致。鉴于这些有前景的结果，建议后续开展更大样本量、更广泛 PMI 范围和更多样化沉积环境的研究，以进一步验证和完善利用毛发降解估计 PMI 的方法，为法医学实践提供更可靠的技术支持。