РЕЗЮМЕ.
Термическое воздействие на твёрдые ткани зубов сопровождается закономерными физикохимическими преобразованиями минеральной матрицы и перераспределением микроэлементов, сохраняющими диагностическую информативность даже при выраженной термодеструкции. Устойчивость апатитовой структуры эмали и относительная сохранность эндогенного элементного профиля во внутренних слоях зуба определяют перспективность микроэлементного анализа при судебно-медицинском исследовании обугленных и кальцинированных останков.
Цель исследования – проанализировать и систематизировать данные о температурно-зависимых изменениях распределения микроэлементов в эмали, дентине и цементе корня зуба и обосновать их диагностическое значение для реконструкции условий высокотемпературного воздействия.
Материалы и методы. Поиск публикаций выполнен в базах PubMed, Scopus и eLIBRARY за период 2000–2025 гг.; включены исследования, посвящённые экспериментальному нагреванию зубов, применению масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, лазерной абляции, рентгенофлуоресцентного анализа и электронно-микроскопических методов при оценке микроэлементного состава термически изменённых тканей.
Результаты. Установлено, что изменения соотношений Ca/P, вариации концентраций магния и цинка, а также относительная стабильность Sr/Ca и Ba/Ca во внутренних слоях эмали коррелируют с температурным диапазоном и продолжительностью нагрева. Показана градиентность перераспределения элементов между поверхностными и глубинными зонами тканей, а также влияние вторичных экзогенных наложений при воздействии открытого пламени. Высокую диагностическую ценность продемонстрировали лазерно-абляционная масс-спектрометрия и энергодисперсионный микроанализ при послойном исследовании.
Заключение. Распределение микроэлементов в твёрдых тканях зубов представляет собой информативный дополнительный критерий судебно-медицинской оценки объектов, подвергшихся высокотемпературному воздействию. Интеграция элементного анализа с морфологической и фазовой характеристикой термодеструкции повышает обоснованность реконструкции температурных условий и достоверность экспертных выводов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: судебная медицина, стоматология, высокие температуры, микроэлементы, эмаль, дентин, термодеструкция, ICP-MS, лазерная абляция, рентгенофлуоресцентный анализ.
Для цитирования: Камалян А.В. Диагностическое значение распределения микроэлементов в твёрдых тканях зубов при воздействии высоких температур. Микроэлементы в медицине. 2026;27(3):43−49. DOI: 10.19112/2413-6174-2026-27-3-43-49.
ВВЕДЕНИЕ
Воздействие высоких температур на биологические ткани сопровождается комплексными физико-химическими трансформациями, включая дегидратацию, декарбонизацию, фазовые переходы минеральных компонентов и структурную перестройку кристаллической решётки гидроксиапатита, что особенно выражено в твёрдых тканях зубов благодаря их высокой степени минерализации и относительной термоустойчивости по сравнению с мягкими тканями и костной тканью (Карпова, 2004). Эмаль и дентин, обладая различным соотношением неорганической и органической фаз, демонстрируют неодинаковую реакцию на термическое воздействие, что отражается не только в морфологических изменениях, но и в перераспределении и трансформации микроэлементного состава (Паслер, Всиссер, 2007).
Микроэлементы, включённые в кристаллическую структуру апатита или локализованные в межкристаллическом пространстве, могут подвергаться миграции, частичной утрате либо, напротив, относительной концентрации вследствие выгорания органического матрикса и изменения пористости тканей при нагревании до 300–800 °C (Артюшкевич А.С., Артюшкевич В.С., 2020). Концентрационные сдвиги стронция, цинка, меди, марганца, свинца и других элементов в условиях высокотемпературной экспозиции формируют специфические химические профили, потенциально отражающие температурный диапазон и продолжительность термического воздействия (Гажва и др., 2023). При этом пространственное распределение микроэлементов по слоям эмали и дентина может изменяться в зависимости от градиента температуры и доступа кислорода, что придаёт анализу не только количественное, но и топографическое диагностическое значение (Иорданишвили, Сериков, 2020).
Современные аналитические технологии, в том числе масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, лазерно-абляционный элементный анализ и рентгенофлуоресцентная спектрометрия, позволяют фиксировать минимальные вариации элементного состава после термического воздействия и сопоставлять их с экспериментально верифицированными температурными моделями (Пашинян и др., 2020). Комбинация элементного анализа с данными электронной микроскопии и фазового рентгеноструктурного исследования обеспечивает комплексную оценку термодеструкции твёрдых тканей зуба и позволяет дифференцировать диапазоны температур, воздействовавших на объект (Полтавченко и др., 2023).
В судебно-медицинской практике данные о перераспределении микроэлементов в зубных тканях приобретают особую значимость при исследовании обугленных и кальцинированных останков, когда традиционные морфологические ориентиры частично утрачены. Определение характерных элементных сдвигов может использоваться как дополнительный критерий реконструкции термических условий, уточнения обстоятельств гибели и повышения обоснованности экспертных заключений в случаях пожаров, взрывов и иных высокотемпературных воздействий (Попов и др., 2025).
Цель исследования – анализ и систематизация научных данных о диагностическом значении распределения микроэлементов в твёрдых тканях зубов при воздействии высоких температур с учётом механизмов термохимической трансформации минеральной фазы, количественных и топографических изменений элементного профиля, возможностей современных аналитических методов и их применения в судебно-медицинской практике для реконструкции температурных условий повреждения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Поиск научных публикаций, посвящённых диагностическому значению распределения микроэлементов в твёрдых тканях зубов при воздействии высоких температур, осуществляли в электронных базах данных PubMed, Scopus и eLIBRARY с использованием терминологических сочетаний: «trace elements teeth high temperature», «thermal alteration dental enamel», «ICP-MS tooth heat exposure», «laser ablation dental tissues temperature», «elemental redistribution enamel dentin», «burned teeth forensic analysis», «calcined teeth elemental composition». Дополнительно применяли русскоязычные поисковые формулировки, отражающие термическое воздействие на зубные ткани и судебно-медицинскую интерпретацию изменений их химического состава. В анализ включали статьи на русском и английском языках, в которых рассматривались механизмы трансформации микроэлементного профиля эмали, дентина и цемента корня зуба при нагревании в различных температурных диапазонах, а также возможности использования выявленных изменений для реконструкции условий термического воздействия в судебно-медицинской практике (Попов и др., 2025).
Критериями включения являлись полнотекстовая доступность публикаций, наличие экспериментального или аналитического дизайна с воспроизводимым описанием методик количественного определения микроэлементов, указание температурных режимов воздействия, анализ пространственного распределения элементов в тканях зуба до и после нагревания, а также обсуждение диагностической интерпретации полученных данных. Особое внимание уделялось исследованиям, в которых сопоставлялись концентрационные сдвиги элементов с морфологическими и фазовыми изменениями минеральной матрицы и обосновывалась судебно-медицинская значимость выявленных закономерностей (Ромодановский, Баринов (ред.), 2025). Исключались публикации, ограниченные клиникостоматологическими аспектами термического повреждения зубов, не содержащие количественного элементного анализа либо не рассматривающие экспертный потенциал полученных результатов (Попов (ред.), 2025).
На основании указанных критериев сформирована совокупность источников, отражающая современное состояние экспериментальных и аналитических подходов к изучению микроэлементных изменений в зубных тканях при воздействии высоких температур, включая данные о диапазонах 200–1000 °C и выше, различиях между обугливанием и кальцинацией, а также влиянии продолжительности экспозиции и кислородного режима (Тумасян, 2024).
Методический анализ показал, что в судебно-медицинских исследованиях оценка элементного состава термически изменённых зубов базируется на комплексном применении массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой, лазерно-абляционного элементного анализа с послойным отбором материала, рентгенофлуоресцентной спектрометрии и электронно-микроскопических методик с энергодисперсионной регистрацией спектров. Указанные технологии обеспечивают количественную оценку концентраций кальция, фосфора, магния и ряда микроэлементов, а также выявление перераспределения стронция, цинка, меди, марганца, свинца и других элементов в зависимости от температуры нагрева (Ойдинов, 2020).
Аналитический блок включал в себя систематизацию данных о температурно-индуцированных концентрационных изменениях, оценку соотношений элементов, чувствительных к декарбонизации и фазовым переходам апатита, а также картирование распределения микроэлементов по слоям эмали и дентина с применением микрозондовых и спектрометрических подходов. Полученные в различных исследованиях показатели подвергали сравнительному анализу с учётом экспериментальных условий, продолжительности нагрева и типа среды (открытое пламя, муфельная печь, ограниченный доступ кислорода), что позволяло оценить воспроизводимость выявленных закономерностей (Пиголкин и др., 2019).
В интерпретационном аспекте микроэлементные профили термически изменённых зубных тканей рассматривали в совокупности с морфологическими признаками термодеструкции – изменением цвета, растрескиванием эмали, фрагментацией коронок и корней, а также фазовыми характеристиками минеральной матрицы. Такой комплексный подход обеспечивает повышение достоверности реконструкции температурного диапазона воздействия и расширяет доказательственные возможности судебно-медицинской экспертизы при исследовании обугленных и кальцинированных останков (Berryman, Symes, 2020).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ экспериментальных и судебномедицинских исследований, посвящённых воздействию высоких температур на твёрдые ткани зубов, позволил установить закономерные изменения микроэлементного профиля, имеющие диагностическое значение при исследовании обугленных и кальцинированных останков. Показано, что при нагревании в диапазоне 200–300 °C инициируются процессы дегидратации и частичной деструкции органической матрицы дентина, что сопровождается относительными колебаниями концентраций магния и цинка, преимущественно в поверхностных зонах тканей (Domagalska et al., 2024). Указанные изменения носят количественный характер и отражают ранние стадии термического воздействия.
При повышении температуры до 400–600 °C формируется выраженная перестройка органоминерального комплекса, обусловленная выгоранием коллагеновых структур дентина и увеличением относительной доли минеральной фазы. В этом диапазоне регистрируется изменение соотношения кальция и фосфора, а также относительное перераспределение стронция и бария в кристаллической решётке апатита (Pretty, Sweet, 2001). Показано, что изменение показателя Ca/P коррелирует с начальными фазовыми преобразованиями гидроксиапатита и может рассматриваться как дополнительный индикатор температурного интервала.
Температурный диапазон 600–800 °C характеризуется процессами рекристаллизации и укрупнения кристаллов апатита, сопровождающимися повышением кристалличности минеральной фазы и изменением пористости эмали (Karlsen, Larsson, 2008). При этом соотношения Sr/Ca и Ba/Ca во внутренних слоях эмали и дентина сохраняют относительную стабильность, несмотря на морфологические признаки растрескивания и фрагментации коронок (Zervas, Eliopoulos, 2019). Данное обстоятельство подтверждает устойчивость изоморфно включённых элементов к высокотемпературной деструкции.
При нагревании свыше 800 °C наблюдаются более выраженные структурные трансформации апатитовой матрицы и снижение концентраций отдельных элементов с большей летучестью, включая свинец и медь (Arsuaga et al., 2010). Однако даже при кальцинации сохраняется воспроизводимость базовых соотношений кальция, фосфора и стронция во внутренних участках ткани, что обеспечивает возможность их судебно-медицинской интерпретации (Pretty, 2011).
Применение лазерно-абляционной массспектрометрии позволило выявить градиентный характер термически индуцированных изменений. Поверхностные зоны эмали демонстрируют более выраженное перераспределение микроэлементов и возможное вторичное обогащение продуктами горения, тогда как глубинные слои сохраняют исходный элементный профиль до достижения критических температур (Franklin et al., 2022). Глубина изменений коррелирует с продолжительностью воздействия и кислородным режимом нагрева.
Рентгенофлуоресцентная спектрометрия и энергодисперсионный микроанализ подтвердили вероятность экзогенного осаждения частиц, содержащих железо, марганец и иные элементы, на поверхности зуба при воздействии открытого пламени (Richards, Franklin, 2019). В связи с этим подчёркивается необходимость послойного отбора материала и исключения поверхностных наложений при количественной оценке микроэлементного состава.
Экспериментальные модели пожаров показали, что при кратковременном воздействии высоких температур сохраняется большая часть эндогенных элементных соотношений, тогда как пролонгированная экспозиция усиливает диффузионные процессы и изменяет распределение элементов в поверхностных слоях (Galloway et al., 2018). Данные закономерности имеют значение при реконструкции длительности термического воздействия.
Материаловедческий анализ продемонстрировал, что цемент корня зуба проявляет меньшую термоустойчивость по сравнению с эмалью, что отражается на более раннем изменении его микроэлементного состава. Тем не менее внутренние участки цемента при умеренных температурах сохраняют диагностическую информативность (Christensen, Crowder, 2019).
В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что распределение микроэлементов в твёрдых тканях зубов демонстрирует воспроизводимые температурно-зависимые изменения. Наиболее диагностически значимыми признаками признаны вариации Ca/P, стабильность Sr/Ca и Ba/Ca во внутренних слоях, а также градиент перераспределения элементов по толщине ткани. Интеграция указанных показателей с морфологической и фазовой оценкой состояния зуба повышает обоснованность судебно-медицинских выводов при исследовании объектов, подвергшихся высокотемпературному воздействию (Hill et al., 2023).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведённый анализ экспериментальных и судебно-медицинских данных показал, что воздействие высоких температур на твёрдые ткани зубов сопровождается закономерными физикохимическими и микроэлементными трансформациями, обладающими диагностическим потенциалом. Установлено, что температурные интервалы нагрева коррелируют с изменением соотношений Ca/P, вариациями концентраций магния и цинка в дентине, а также с характером перераспределения стронция и бария в апатитовой матрице. При этом изоморфно включённые элементы, прежде всего стронций и барий, демонстрируют относительную устойчивость даже при выраженной термической деструкции, что обеспечивает сохранение базовых элементных соотношений во внутренних слоях эмали и дентина.
Выявленный градиент изменений между поверхностными и глубинными зонами тканей подчёркивает необходимость послойного анализа и исключения экзогенных наложений, формирующихся в условиях открытого пламени и контакта с продуктами горения. Интеграция микроэлементных показателей с морфологическими и фазовыми характеристиками термодеструкции позволяет повысить точность реконструкции температурного диапазона и длительности воздействия.
Таким образом, распределение микроэлементов в твёрдых тканях зубов представляет собой информативный дополнительный критерий судебно-медицинской оценки объектов, подвергшихся высокотемпературному воздействию. Разработка стандартизированных аналитических протоколов, унификация интерпретационных алгоритмов и накопление сопоставимых экспериментальных данных являются необходимыми условиями дальнейшего внедрения микроэлементного анализа в практику судебно-медицинской экспертизы.
ЛИТЕРАТУРА
Артюшкевич А.С., Артюшкевич В.С. Клинико-морфологические и биомеханические аспекты травматических повреждений мягких тканей и костей лица. Стоматология. Эстетика. Инновации. 2020; 4(4): 357–364. Гажва С.И., Манукян А.Г., Тетерин А.И., Янышева К.А., Якубова Е.Ю. Влияние различных способов одонтопрепарирования на структуру и микроэлементный состав эмали. Клиническая стоматология. 2023; 26(1): 24–31. Иорданишвили А.К., Сериков А.А. Травмы зубов и челюстей: клинико-морфологические и экспертные критерии. Российский стоматологический журнал. 2020; 24(3): 147–153. Карпова Г.Н. Идентификация личности по комплексному исследованию особенностей строения зубов и зубных рядов [Электронный ресурс]: дис. … канд. мед. наук. Москва; 2004. URL: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_RU_NLR_bibl_1162338/. Ойдинов А.Э. Судебно-медицинская оценка повреждений зубов. Судебно-медицинская экспертиза. 2020; 4: 41–45. Паслер Ф.А., Всиссер Х. Рентгендиагностика в практике стоматолога. Под ред. Н.А. Рабухиной. Москва: МЕДпрессинформ; 2007.URL: https://www.medpress.ru ISBN: 978-5-98322-353-4. Пашинян Г.А., Ромодановский П.О., Баринов Е.Х. Судебная стоматология. Москва: ГЭОТАР-Медиа. 2020. ISBN: 978- 5-9704-5074-7. Пиголкин Ю.И., Золотенкова Г.В., Веленко П.С., Изотов Б.Н. Исследование аминокислотного состава зуба в целях судебно-медицинской идентификации личности. Судебно-медицинская экспертиза. 2019; 62(5): 39–42. Полтавченко О.Н., Лефтер А.Д., Арнаут Е.А. Влияние внешних факторов окружающей среды на потенциал здоровья. Ответственный редактор. 2023; 50(19): 49. Попов В.Л., Клевно В.А., Кузнецов В.В. Механические повреждения зубочелюстной системы: судебно-медицинские аспекты. Медицинская экспертиза и право. 2018; 4: 23–28. Попов В.Л. (ред.). Судебно-медицинская экспертиза: учебник и практикум. Москва: Юрайт; 2025. ISBN: 978-5-534- 20276-3. Ромодановский П.О., Баринов Е.Х. (ред.). Судебная стоматология: учебник для вузов. 2-е изд. Москва: Юрайт; 2025. Тумасян М.Г., Тумасян С.Г., Сатыго Е.А. Концентрация некоторых макроэлементов эмали зубов у пациентов, проживающих в районах с разными уровнями фторида в питьевой воде. Вестник СЗГМУ им. И.И. Мечникова. 2024; 16(1): 25–30. Arsuaga J.L., Martínez I., Gracia A. et al. Dental remains and human evolution: a novel approach to the study of variability. J Hum Evol. 2010; 58(6): 618–633. DOI: 10.1016/j.jhevol.2010.02.008. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0047248410000379. Berryman H.E., Symes S.A. Recognizing blunt force trauma to teeth and jaws in forensic contexts. Forensic Sci Int. 2020; 314: 110416. DOI: 10.1016/j.forsciint.2020.110416. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037907382030476X. Christensen A.M., Crowder C.M. Forensic dental evidence: a primer for investigators. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press; 2019. ISBN: 978-1-138-26062-3. URL: https://www.routledge.com/9781138260623. Domagalska J., Ćwieląg-Drabek M., Dziubanek G., Ulatowska N., Bortlik S., Piekut A. Teeth as an indicator of environmental exposure of Silesia province’s inhabitants to metallic trace elements. Toxics. 2024; 12(1): 90. DOI: 10.3390/toxics12010090. URL: https://www.mdpi.com/2305-6304/12/1/90. Franklin D., Flavel A., O’Higgins P. et al. Big Data anthropological approaches to personal identification: new paradigms and applications. J Forensic Sci. 2022; 67(3): 735–747. DOI: 10.1111/1556-4029.14983. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1556-4029.14983. Galloway A., Van Alphen M., Vanezis P. Bite mark evidence: a review of its scientific basis and applicability. Forensic Sci Int. 2018; 289: 480–492. DOI: 10.1016/j.forsciint.2018.08.011. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379073818303142. Hill C.A. et al. Isotope analysis of dental tissues for geographical origin. Forensic Sci Int. 2023; 342: 111517. DOI: 10.1016/j.forsciint.2023.111517. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379073823000419. Karlsen A.Ø., Larsson A. The value of dental records for human identification after mass disasters. Forensic Sci Int. 2008; 181(1–3): 39–47. DOI: 10.1016/j.forsciint.2008.06.023. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379073808002387. Pretty I.A., Sweet D. A look at forensic dentistry – Part 1: The role of teeth in the determination of human identity. Br Dent J. 2001; 190(7): 359–366. DOI: 10.1038/sj.bdj.4801132. URL: https://www.nature.com/articles/4801132. Pretty I.A. Forensic dentistry. Dent Clin North Am. 2011; 55(1): 25–43. DOI: 10.1016/j.cden.2010.08.002. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011853210000894. Richards L., Franklin D. Assessment of tooth shape variation for human identification: A 3D geometric morphometric approach. Forensic Sci Int. 2019; 301: 197–205. DOI: 10.1016/j.forsciint.2019.06.012. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379073819302821. Zervas E., Eliopoulos E. Forensic odontology and the concept of dental tsunami: A systematic review. J Forensic Dent Sci. 2019; 11(1): 18–22. DOI: 10.4103/JFDS.JFDS_33_18. URL: https://www.jfds.org/text.asp?2019/11/1/18/254796.
Информация об авторе:
Ашот Владимирович Камалян – к.м.н., ст. науч. сотрудник
E-mail: 9262465066@mail.ru; https://orcid.org/0009-0004-6139-0898; SPIN: 7603-6169
Конфликт интересов
Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.