基于股骨组织形态学变化进行种属鉴别

辛彩蕊，柏思，秦治家，高泾尚，林子清，程亦斌

（1.西藏警官高等专科学校，西藏拉萨 850000；2.北京盛唐司法鉴定所，北京 100039；3.中国刑事警察学院法医系，辽宁沈阳 110854；4.西藏自治区公安厅物证鉴定中心，西藏拉萨 850000；5.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063）

基于股骨组织形态学变化进行种属鉴别

辛彩蕊1，柏思2，秦治家3，高泾尚4，林子清3，程亦斌5

（1.西藏警官高等专科学校，西藏拉萨 850000；2.北京盛唐司法鉴定所，北京 100039；3.中国刑事警察学院法医系，辽宁沈阳 110854；4.西藏自治区公安厅物证鉴定中心，西藏拉萨 850000；5.司法部司法鉴定科学技术研究所上海市法医学重点实验室，上海 200063）

目的研究成年人，成年黄牛、马、家猪、山羊、绵羊、狗、猫、长毛兔、鹅、鸭、鸡共11种动物股骨组织形态学结构，建立有效的种属鉴别方法。方法取进行尸体检验的成人（20周岁以上）右股骨中段约4cm，同时取11种常见动物右腿股骨中段约4cm，脱钙后制作成骨组织切片，在光学显微镜下观察，选取25个指标按人与哺乳动物、人与家禽、人与11种动物进行逐步判别分析。结果股骨中段骨密质的组织学结构具有明显的种属特征，且骨单位形态和数量呈现明显的生物进化趋势。选出11项指标建立人与11种动物的种属判别方程，人与哺乳动物的正确判别率可达96.3%，人与家禽的正确判别率可达100%，人与11种动物的正确判别率可达89.4%。结论本研究建立的人与其他种属动物的判别方程具有较高的正确判别率，可以用于实际检案中的种属鉴别。

法医人类学；股骨；人类；哺乳动物；家禽；种属鉴别

常见动物与人类生活密切相关，尤其常见的哺乳动物，由于经常涉及与刑事案件中的人体骨骼进行鉴别，所以很早就受到刑事专家们的重视[1-2]。近年来随着动物保护意识的增强和相关法律的完备，动物间的种属鉴别案件也越来越受到关注。目前报道[3]的骨骼种属鉴别主要集中在长管状骨的表面形态、骨单位、哈弗氏管和哈弗氏系统的形态和数量等方面，研究的动物种类较少，而且研究时使用的动物个体数量也很少，所以得出的结论有时相矛盾[1-2]。

本研究收集400例成人个体和11种常见动物

（每种50头）的股骨标本，利用光学显微镜及相关测量软件，观察和测量25项微细结构，以确立具有明显种属差别的观测指标，建立利用骨组织学方法进行人与常见动物间的种属鉴别方法。

1 材料与方法

1.1 研究对象

从沈阳市公安局和中国刑事警察学院2013年1月至2014年12月尸体检验案例中随机选取400例尸体，在征得死者家属或相关人员同意后，取死者右腿股骨中段约4cm备检。在辽宁省、吉林省和广东省的各屠宰场收集成年黄牛、马、家猪、山羊、绵羊、狗、猫、长毛兔、鹅、鸭、鸡右腿股骨中段约4cm，每种动物采集50头（只）备检。收集的人及动物骨骼标本要求没有明显畸形和肉眼可见的疾病。

1.2 处理方法

将上述检材锯成厚约0.5cm的薄片后，在10%甲醛溶液中固定3d，放入5%硝酸溶液中脱钙3d（每天更换脱钙液），水洗12h后用Cryotome FSE冰冻切片机（美国Thermo Fisher Scientific公司）切成厚约25μm的切片，经硫堇/苦味酸染色后，分别在40、100、200、400倍CX31三目生物显微镜（日本OLYMPUS公司）下拍摄图片，输入计算机，并用数字切片扫描与应用系统［麦克奥迪（厦门）医疗诊断系统有限公司］观察和测量选定的各项指标。

1.3 观察指标

为了全面研究股骨密质骨的组织学形态特征，从环层骨板、骨单位以及骨细胞等多个层次选定了以下25个指标，包括哈弗氏系统数量（X1）、哈弗氏系统直径（X2）、哈弗氏系统面积（X3）、环层骨板数量（X4）、哈弗氏管直径（X5）、哈弗氏管面积（X6）、骨小梁宽度（X7）、骨小梁间距（X8）、骨小梁面积百分比（X9）、内环骨板厚度（X10）、内环骨板相对厚度（X11）、外环骨板厚度（X12）、外环骨板相对厚度（X13）、非哈弗氏管数量（X14）、骨陷窝数量（X15）、骨陷窝面积（X16）、哈弗氏系统形态（X17）、骨单位排列情况（X18）、旧骨单位的形态（X19）、旧骨单位的排列情况（X20）、旧骨单位环层骨板形态（X21）、骨小梁起始部骨单位情况（X22）、旧骨单位的环层骨板数量（X23）、骨陷窝的排列情况（X24）、旧骨单位数量（X25）。其中，哈弗氏系统形态（X17）、骨单位排列情况（X18）、旧骨单位的形态（X19）、旧骨单位的排列情况（X20）、旧骨单位环层骨板形态（X21）、骨小梁起始部骨单位情况（X22）、骨陷窝的排列情况（X24）为分类数据，未见到定义为0，可见且排列整齐定义为1，可见但排列不整齐定义为2。

首先在40倍、100倍镜下初步观察骨单位和旧骨单位的排列状况，200倍镜下取18项指标（X1、X2、X3、X4、X5、X6、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23、X24、X25），400倍镜下取7项指标（X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13）。以上指标均指1个视野下的情况，每项指标至少观察4个视野，取4个视野的平均值作为相应指标的测量数据。

1.4 统计学处理

随机选取人尸体股骨300例和每类动物各30例的股骨相关数据按人与哺乳动物、人与家禽、人与11种动物进行逐步判别分析，并分别建立人与哺乳动物、人与家禽、人与11种动物的判别方程。

利用预留的验证样品（100例人尸体和每类动物各20例）对判别方程的判别能力进行验证。以上统计应用SPSS 14.0软件包完成。

2 结果

2.1 组织病理学

经上述切片染色处理后，人和11种常见动物切片在显微镜下显示骨质颜色为深黄色，骨单位、骨陷窝和骨小管被染成紫褐色。

牛、马、猪等大型哺乳动物其哈弗氏系统的面积大小不一，排列不规则，而且可以见到明显的丛状骨，有些可以见到骨单位带。山羊、绵羊、狗、猫、兔等个体较小的哺乳动物哈弗氏系统形态有圆形、椭圆形和不规则形，以椭圆形为主，大小不一，总体较大型动物和人的哈弗氏系统小；内外环骨板较明显，但明显厚薄不均；骨单位带和丛状骨较常见，特别是山羊的丛状骨特别多。

鹅、鸭和鸡等家禽的骨单位排列不规则，骨单位较哺乳动物小，环层骨板数量很少，并可见到只有哈弗氏管壁一层环形骨板的原始骨单位，很少见到丛状骨和骨单位带。

人的哈弗氏系统较大，大小较均一，形态较规整，排列相对整齐，旧骨单位相对较多，没有骨单位带和丛状骨。

2.2 逐步判别方程的建立

2.2.1 人与哺乳动物

通过逐步判别，选出哈弗氏系统数量（X1）、哈弗氏系统直径（X2）、内环骨板厚度（X10）、内环骨板相对厚度（X11）、外环骨板厚度（X12）、外环骨板相对厚度（X13）、非哈弗氏管数量（X14）、骨陷窝数量（X15）以及骨陷窝面积（X16）9项指标建立人与哺乳动物的判别方程：

2.2.2 人与家禽

通过逐步判别，选出哈弗氏系统数量（X1）、环层骨板数量（X4）、内环骨板厚度（X10）、内环骨板相对厚度（X11）、外环骨板厚度（X12）、外环骨板相对厚度（X13）、非哈弗氏管数量（X14）、骨陷窝数量（X15）以及骨陷窝面积（X16）9项指标建立人与家禽的判别方程：

2.2.3 人与11种动物

通过逐步判别分析，选出哈弗氏系统数量（X1）、哈弗氏系统直径（X2）［哈弗氏系统面积（X3）］、环层骨板数量（X4）、哈弗氏管直径（X5）［哈弗氏管面积（X6）］、内环骨板厚度（X10）、内环骨板相对厚度（X11）、外环骨板厚度（X12）、外环骨板相对厚度（X13）、非哈弗氏管数量（X14）、骨陷窝数量（X15）以及骨陷窝面积（X16）11项指标建立人与11种动物的判别方程：

2.3 判别效果评价

利用预留的验证样品对判别公式的判别能力进行评价，人与哺乳动物的误判率为3.7%（即正确判别率为96.3%），人与家禽的误判率为0%（即正确判别率为100%），人与11种动物的误判率为10.6%（即正确判别率为89.4%）。

3 讨论

不同动物的骨骼都具有适应期生存环境和身体状况的特点，一般情况下很容易区分开来，但在公安实际工作中，经常会遇到碎骨片需要进行种属鉴别的情况[4-5]，特别是由于日常生活中的常见动物，其骨骼碎片也常存在于人们的生活环境中。目前常用的骨骼种属鉴别方法是用抗原抗体法鉴别骨骼中蛋白质的种属特异性，或者利用DNA检验技术判别动物DNA的种属特异性，这些方法大多以鉴别是人或动物为目的，而且在陈旧骨骼、焚烧过的骨骼等案件中DNA和蛋白质等大分子物质已经消失或被毁坏，无法通过蛋白质或DNA检测技术进行骨骼种属的检验[6]。

本研究系统观察和检验了人、哺乳动物、家禽三大生物种群的常见股骨组织学形态，发现在较低等的动物中存在着由只有一层哈弗氏管壁的原始骨单位，而且随着动物进化等级的降低，这类骨单位的数量会逐渐增加；而且，在家禽中可以看出，原始骨单位由靠近外环骨板的位置出现，逐渐向骨髓腔方向靠近，在靠近的过程中其环层骨板数量逐渐增多，同时哈弗氏管的管腔直径逐渐增大，靠近骨髓腔时，哈弗氏管的管腔变得极大，形态不规则，逐渐进入到骨髓腔后，管壁变成骨小梁，管腔变成了骨小梁之间的间隙。

从整体来看，股骨组织形态学具有明显的生物进化的特征，主要表现为从人到哺乳动物、再到家禽的骨单位面积越来越小，200倍显微镜下的单个视野内骨单位数量越来越多，排列越来越不规整，骨单位的环层骨板数越来越少，在猫、兔及家禽中可以看到由只有一层形成哈弗氏管壁的环层骨板形成的原始骨单位，而且其数量也是由猫到鸡逐渐增多。而且，结构比较复杂的骨单位带和丛状骨只在猫以上的较大型哺乳动物中出现，人和家禽没有发现。这些形态学差

异表明在生物进化的过程中，股骨组织学形态也随着生物进化的程度而呈现出与之相对应的、符合动物进化程度的特征，这也为研究生物进化提供了一个新的领域，并为证明生物进化的程度提供了一个新的证据。所以，观察动物骨骼的组织学形态，不仅能够判断其种属，还能在一定程度上推断出其进化程度，对考古学、法医学的种属鉴别提供了新的方法和手段，同时也为研究生物进化提供了新的观察指标。

另外，本研究通过骨骼的微观形态特征建立的种属判别方程，可以弥补蛋白质、DNA技术在实际案例中的不足。通过比较人与11个种属的股骨骨骼微观形态，最终筛选出11项有统计学差异的指标，包括哈弗氏系统数量、哈弗氏系统直径（哈弗氏系统面积）、环层骨板数量、哈弗氏管直径（哈弗氏管面积）、内环骨板厚度、内环骨板相对厚度、外环骨板厚度、外环骨板相对厚度、非哈弗氏管数量、骨陷窝数量以及骨陷窝面积，并应用这些指标建立了人与11个种属的判别方程。经过预留样本的验证，人与11个种属的判别方程可达到89.4%的正确判别率。通过逐步判别分析，人与哺乳动物、人与家禽均筛选出9项指标建立判别方程。其中人与哺乳动物的正确判别率为96.3%，人与家禽的正确判别率可达100%。统计分析认为，本研究建立的种属判别方程具有良好的判别能力，各组的正确判别率都很高。建议在实际检案过程中，可以对未知检材分别进行人与11种动物、人与哺乳动物、人与家禽的判别，根据三大类判别方程的判别结果进行综合判断未知检材的种属属性。本研究建立的各种属判别方程能够满足实际工作的需要，在遇到无法应用蛋白质和DNA手段的案件中，可以将本研究的成果加以应用。

[1]Owsley DW，Mires AM，Keith MS.Case involving differentiation of deer and human bone fragments[J].J Forensic Sci，1985，30（2）：572-578.

[2]张继宗，谭祖鑫.法医骨组织学研究[J].刑事技术，2004，（4）：32-36.

[3]Dittmann K.Histomorphometric study of bonemicrostructure of primates and domestic animal with the goal of species identification with reference to the effects of domestication[J].Anthropol Anz，2003，61（2）：175-188.

[4]张继宗.骨骼种属鉴定的组织学研究[J].法医学杂志，2001，17（3）：139-141.

[5]张继宗，赵树民.烧骨残片种属鉴定的研究[J].刑事技术，2000，（6）：5-6.

[6]郭景元，李伯龄.中国刑事科学技术大全：法医物证学[M].北京：中国人民公安大学出版社，2002：601-610.

Species Identification Based on Morphological Variability of Femur

XIN Cai-rui1,BAI Si2,QIN Zhi-jia3,GAO Jing-shang4,LIN Zi-qing3,CHENG Yi-bin5
（1.Police Junior College of Tibet,Lhasa 850000,China;2.Beijing Shengtang Institute of Forensic Science, Beijing 100039,China;3.Department of Forensic Medicine,National Police University of China,Shenyang 110854,China;4.Institute of Forensic Science,Public Security Department,Tibet Autonomous Region,Lhasa 850000,China;5.Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine,Institute of Forensic Science,Ministry of Justice,P.R.China,Shanghai 200063,China）

Objective To study the morphological characteristics of femurs of adult human and 11 kinds of adult animals from cattle,horses,pigs,goats,sheep,dogs,cats,rabbits,geese,ducks,chickens,and to establish an effective species identification method among various species.Methods The 4 cm mid-diaphyseal segment of the femur from adult human（older than 20 years old）at autopsy was obtained.Additionally,the 4 cm ones from 11 kinds of adult animals were obtained.After decalcification,all femurs were made into slices,and then were observed by optical microscope.The 25 indexes were selected and analyzed by step discriminant analysis according to differences between human and mammal,human and poultry,and human and 11 kinds of animals.Results The histological structure of bone mineral density of middle part of femur had obvious characteristics among the species.And the morphology and number of osteon showed the trend of obvious biological evolution.There were 11 indexes with significant differences between human and 11 kinds of animals to establish some mathematical models to discriminate all species.The correct discrimination rate was 96.3%between human and mammal.The correct discrimination rate was up to 100%between human and poultry,and was 89.4%among human,mammal and poultry.Conclusion The mathematical models have good correct discrimination rate among human and the other animals,which could be applied in the practical species identification cases.

forensic anthropology;femur;humans;mammals;poultry;species identification

DF795.6

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2015.06.004

1004-5619（2015）06-0428-04

2015-05-18）

（本文编辑：高东）（

2015-07-22）

辛彩蕊（1979—），女，讲师，主要从事法医人类学、法医物证学科研工作；E-mail：824594866@qq.com

林子清，男，教授，主要从事法医物证学研究和鉴定；E-mail：lziqing2003@sohu.com

通信作者：程亦斌，男，主任法医师，主要从事法医临床学、法医人类学研究和鉴定；E-mail：chybfy_teacher@hotmail.com