水中尸体腐败及死后淹没时间推断研究进展

（中南大学基础医学院法医学系，湖南 长沙 410013）

人类尸体可在各种水环境中被发现，如江河、溪流、湖泊、沼泽、海洋、池塘及各种大型储水容器等，常为交通、生产、工作、划船、航海、游泳、水边嬉戏时发生意外，他杀后抛尸，自杀，以及海啸、洪水等自然灾害导致的死亡[1-3]，其中溺死最为常见。2004年全球溺死人数达38.8万[4]，2012年达37.2万，溺死已成为意外死亡的第三大死因[5]。水中尸体的腐败不同于陆地尸体，目前针对水中尸体开展的法医学研究仍较少，但存在的问题非常多。死亡时间（postmortem interval，PMI），即死者从死亡到被发现所经历的时间，一直是法医学研究的热点和难点。对于水中尸体，死后淹没时间（postmortem submersion interval，PMSI）即死者从入水到被发现所经历的时间，与其PMI基本一致（他杀后抛尸入水的案件除外），可为明确死者身份、推断落水地点、划定嫌疑人范围提供侦查方向。本文综述了目前水中尸体腐败及PMSI推断的国内外研究进展，为水中尸体的研究及实践工作提供参考。

1 水中尸体腐败分期

目前水中尸体腐败分期尚未统一，根据尸体是否能够上浮、尸体上是否有陆生嗜尸性昆虫活动，存在两大分类方法。1972年，PAYNE等[6]以猪为模型，研究了夏季水箱中尸体腐败过程，结合尸体在水中的位置、腐败程度及陆生嗜尸性昆虫的活动，首次将水中尸体腐败过程分为6个阶段：淹没新鲜期（submerged fresh，SF）、漂浮早期（early floating，EF）、漂浮腐败期（floating decay，FD）、肿胀变质期（bloated deterioration，BD）、漂浮遗骸期（floating remains，FR）和沉没遗骸期（sunken remains，SR）。由于陆生嗜尸性昆虫不能到达始终淹没于水下的尸体，HAEFNER等[7]将始终淹没在水下的尸体腐败过程分为淹没新鲜期（submerged fresh，SF）、漂浮早期（early floating，EF）、漂浮腐败早期（early floating decay，EFD）、漂浮腐败晚期（advanced floating decay，AFD）及沉没遗骸期（sunken remains，SR）。水中尸体腐败各阶段尸体描述见表1～2。既往针对水中可上浮尸体的研究，有沿用PAYNE分期方法的[8-10]，也有删减至5个阶段的[11-13]，针对始终淹没在水下的尸体研究均沿用HAEFNER分期方法[14-16]。

表1 水中可上浮尸体腐败分期及描述

表2 始终淹没水下尸体腐败分期及描述

2 水中尸体腐败的影响因素

水中尸体腐败较陆地更为复杂，受到自身及其所处水环境的影响，可分为非生物因素和生物因素。非生物因素包括：水体的物理因素（水温、光照），化学因素（溶解氧、酸碱度、盐度、溶解有机质），水文因素（水流方式、流速、水深），以及死者自身、穿着、是否负有重物等其他因素。生物因素包括昆虫、食肉动物等。

2.1 非生物因素

物理因素中，水温是水中尸体腐败的重要影响因素，适度的水温增高可促进微生物活动，加快腐败速度，水温降低，腐败速度减慢[17]。在各类水环境中，均发现冬季尸体腐败比夏秋季慢[6，9，15-16]。温度增高，尸体胃肠道内细菌活动增强，腐败气体产生加快，尸体上浮更早。光照可通过水温变化而影响尸体腐败。藻类需要光进行光合作用，光照会影响水中尸体藻类定植。

化学因素中，溶解氧含量与水温呈负相关，亦与水体是否污染、水流方式有关。对于水生昆虫，除少数（部分摇蚊）可适应较低的溶解氧含量和污染水源[18]，绝大多数由于呼吸作用需较高含量的溶解氧。水中真菌随溶解氧含量降低，呼吸作用降低，生长缓慢[19]。低pH值会降低异养生物pH值敏感的酶活性，影响微生物群落构成，减缓有机物腐败速度[20]。藻类有其适宜生长的盐度范围，而硅藻可适应各种恶劣水环境，在淡水、咸水、海水中广泛分布[21]。蜉蝣仅存活于淡水中，石蛾等水生昆虫可存活在淡水、咸水中[18]。水生昆虫由于取食方式不同，分为碎食者（Shredders）、收集者（Collectors）、铲食者（Scrappers）和捕食者（Predators）。碎食者取食水中的粗糙有机颗粒，如落叶、树木、河岸植物的根茎叶片；收集者取食水中的细腻有机颗粒[18]。水体的溶解氧、pH值、盐度、颗粒态有机物可能导致尸体上定植的水生昆虫、藻类、微生物的差异。

水文因素中，在不同水流方式的水体中，尸体的移动距离不同。在江河、溪流、海洋等流水系统中，尸体可移动至距离入水点很远的位置[22-23]。DILEN[24]将尸体在流水系统中的移动分为4个阶段：下沉至水底、在水底移动、上升至水面以及水面上漂移。海洋中的尸体移动与流水系统相似[25]，而静水系统中尸体主要为垂直移动，无远距离的水平移位。水深不同，其水流速度亦不同：水表层流速最快，中层次之，底层流速明显减慢[22]。降雨事件也可加快水流速度。流速较大时，湍流的剪切力可冲刷并剥离尸体软组织，促进尸体分解[7-8，26]，同时可剥离尸体表面定植的藻类[7]。水愈深，日光愈难以穿透，水温愈低，尸体腐败速度愈慢。同时，水愈深，尸体承受的水压愈大，可不上浮。

此外，死者自身脂肪与肌肉比例、骨质密度与穿着导致的尸体比重差异均可影响尸体上浮的时间，比重较低者上浮较早，甚至自落水后一直漂浮在水面上。尸体如果负有重物，则可能整个腐败过程始终发生在水下。死者的衣物可缓冲流水系统中尸体移动与河床产生的摩擦，也可避免尸体被部分食肉非脊椎动物取食。同时衣物可作为藻类、微生物附着的非有机物基质，为昆虫幼虫提供庇护所。一些小概率事件亦可能干扰水中尸体的腐败过程，如船只螺旋桨损伤水中尸体[27]。

2.2 生物因素

昆虫因素。水中尸体上浮至水面后，常见的陆生嗜尸性昆虫可在暴露于水面上的尸体部位产卵[8，28]，幼虫和成虫取食尸体，消耗尸体软组织，同时造成尸体上创口，细菌繁殖的面积增大，促进尸体腐败。尸体上创口可使尸体内腐败气体泄漏，尸体漂浮时间缩短，下沉更早。

食肉动物因素。除陆生嗜尸性昆虫可取食尸体水面上部分外，水中食肉动物（脊椎动物、非昆虫的非脊椎动物）可取食尸体浸泡在水中的部位，造成尸体上创口，加快尸体分解速度，甚至可使尸体跳过部分腐败阶段[12]。此现象在海洋及咸水环境中更为显著，海洋中常见的取食尸体的食肉动物为海星、海螺[13]，咸水中鱼、蓝蟹、鳄龟以及水域附近的鹭也会取食水中尸体[15]。淡水中虾蟹、水貂可取食水中尸体[12，29]。

3 水中尸体PMSI推断

水中尸体的PMSI推断具有重要意义。然而，由于水中尸体通常在处于漂浮阶段时被发现[1]，部分尸体高度腐败，且水中尸体腐败受多种因素影响，PMSI推断更为困难、复杂。国内外学者对一些潜在的PMSI推断指标进行了初步研究。

3.1 根据腐败分期

已知水中尸体到达腐败各阶段所需时间的情况下，根据腐败分期可倒推尸体PMSI。由于温度为尸体腐败的主要影响因素，累积度日（accumulated degree day，ADD）被引入水中尸体PMSI相关的研究。ADD是入水后（n天）日平均水温（Ti）的总和，即[30]。根据腐败各阶段所需ADD来推断PMSI，可较大程度减少温度对结果的干扰（表3）。理论上，根据水中尸体形态估计腐败分期，选取已获得的相似地理环境、水体、季节的ADD资料作为参考，推断ADD范围，结合近期该水域日平均水温可估计尸体入水时间范围。然而目前腐败分期资料均根据水中猪尸体腐败实验获得，猪尸体与人尸体体型等多方面存在差异，同时，尸体分期易受主观因素和各种客观因素影响，限制了其在实践中的应用。

表3 水中尸体腐败各阶段所需ADD （℃）

3.2 根据尸体现象

水中尸体有一些特有的尸体现象，如鸡皮样皮肤、漂妇样变、尸蜡等，然而水中尸体亦有与陆地腐败相似的尸体现象，这些尸体现象出现的时间点与进展速度不同。周国平[31]将150具溺死人类尸体置于原现场或相同环境温度的水中，观测了不同温度梯度下尸体的形态变化，如角膜混浊、尸僵缓解、尸绿、手脚皮肤套样脱落、尸蜡等，并记录这些尸体现象出现所需的时间，为依据尸体形态推断PMSI提供了时刻表。BACCINO等[32]证实空气及水环境中猪头部（已证实猪头部尸冷过程与整猪相似）温度降低曲线均为指数曲线，且相同水温和气温条件下，水中尸体较空气中尸体冷却快，温度越低（＜20℃）该规律越显著。该研究发现了静水环境中尸冷与PMSI的指数关系，证明尸冷有推断早期PMSI（约8h内）的潜能。相同季节，湖泊中尸体冷却至水温需8 h，溪流中仅需3 h[8]。流水系统中，水的流动可使尸冷加快，而流水环境中尸冷与PMSI的关系尚需进一步系统研究。

近年来，结合水中尸体的尸体现象与ADD的PMSI推断方法更加可靠。HEATON等[1]回溯河流内发现的共187具人类尸体资料，根据尸体形态，将头部、躯干、四肢的腐败程度分级。依据量表（表4）计算各部位水中腐败分值，求和得到总体水中腐败分值（total aquatic decomposition score，TADS）。排除ADD小于10℃的案例，TADS与ADD的回归方程为TADS=-3.706+7.778 log10ADD（R2=0.77）。de DONNO等[33]回溯海水中发现的68具人类尸体资料，再次验证了该方程（R2=0.88），对于浸泡较久的尸体（PMSI＞30d），该方程准确性有所下降（尸蜡的形成减缓了水中尸体腐败），误差约为12%～18%，但仍在可接受范围内。HUMPHREYS等[34]用相同评分方法检测了水泥储水池淡水中猪尸体TADS与ADD的关联性（TADS=-13.746+4.8518ADD，R2=0.950 5）。van DAALEN等[35]回溯海水中发现的38具人类尸体资料，将各部位水中腐败分值简化至6个分值，证实TADS与PMSI具有显著正相关（R2=0.82）。以上研究均证实可利用TADS推断PMSI，使用该方法时需考虑尸蜡形成的干扰作用，对于水中腐败较久、有尸蜡的尸体，建议酌情延长PMSI预测值。

表4 尸体水中腐败分值对照表

3.3 根据昆虫发育

嗜尸性昆虫泛指尸体上常发现的昆虫，在陆地环境中已被广泛研究。陆生嗜尸性昆虫可分为尸食性（necrophagous）昆虫，杂食性（omnivorous）昆虫，尸食性昆虫的寄生虫和捕食者（parasitoids and predators），以及偶然出现的（adventitious）昆虫，基于尸食性蝇类幼虫的生长发育周期和嗜尸性昆虫的演替规律可以推断陆地上尸体PMI[36]。在某些案件中，嫌疑人将尸体负重沉入水中，尸体不能浮出水面，陆生嗜尸性昆虫无法到达尸体。水中尸体浮出水面后，陆生嗜尸性昆虫可在尸体露出水面部分活动[8-10，28]，如丽蝇（Diptera：Calliphoridae）、麻蝇（Diptera：Sarcophagidae）、家蝇（Diptera：Muscidae）、葬甲（Coleoptera：Silphidae）、阎甲（Coleoptera：Staphylinidae），这些陆生嗜尸性昆虫可作为水中尸体上浮的标志[8]。水流的冲击及天气情况的干扰影响陆生嗜尸性昆虫成虫定殖，同时也干扰其蝇类幼虫发育，绝大多数幼虫在化蛹前死亡，95%现场采集的幼虫在实验室饲养过程中死亡[12]，绝大多数活蛹浸泡在水中3～4d后死亡[37-38]。陆地尸体上的昆虫证据可保存数月，而水中尸体上的蝇类幼虫在死亡后易被水流冲走，在实际检案中较难收集到完整的昆虫学数据。

法医昆虫学家普遍认为不存在真正意义上的尸食性水生昆虫，单纯依靠水生昆虫推断PMSI尚不成熟。绝大多数水生昆虫以藻类、腐殖质、微生物、有机颗粒为食，少部分水生昆虫为食肉昆虫，可取食尸体或其他昆虫[39]。相较取食尸体并在尸体上产卵、生长发育的陆生尸食性昆虫（如丽蝇、麻蝇），水环境中没有专性尸食性昆虫，水生昆虫主要将尸体作为庇护所或取食尸体上生长的藻类、生物膜，即使水生昆虫取食尸体也是偶然事件[40]。摇蚊（Diptera：Chironomidae）[8，41-44]、蜉蝣（Ephemeroptera）[41，43]幼虫为水中尸体上的常见昆虫，取食尸体表面上的藻类、微生物和细有机颗粒物。石蛾（Trichoptera）取食植物叶片和根茎，可将尸体作为基底，用丝构建“房屋”，幼虫发育过程中蜕去的外骨骼可黏附在该结构上，HASKELL等[40]猜想这个结构可能为推断PMSI提供线索。WALLACE等[45]在溪流肢解尸体案例中发现了沼石蛾Pycnopsyche guttifer和 Pycnopsyche lepida（Trichoptera：Limnephilidae）幼虫及其管状结构“房屋”，沼石蛾幼虫已经进入休眠期的初始阶段，依据沼石蛾的生长发育规律，推断抛尸入水时间约为四月底到五月底。

腐败各阶段水生昆虫在尸体上均有出现，但未发现某个腐败阶段特有的水生昆虫物种及明显的演替规律，且目前水生昆虫发育周期与演替研究数据较少。KEIPER等[42]采集了溪流中大鼠尸体上的水生昆虫，摇蚊幼虫数量随PMSI呈先增加后减少的趋势，约于浸泡20 d时达到峰值，尸体上摇蚊Orthocladius幼虫的出现表明PMSI超过13 d。HOBISCHAK等[12]鉴定了池塘和溪流中猪尸体上的水生昆虫，池塘中沼石蛾、黾蝽（Hemiptera：Gerridae）幼虫和泥甲（Coleoptera：Dryopidae）成虫与尸体显著相关，溪流中摇蚊幼虫与尸体显著相关。BARRIOS等[8]记录了淡水湖泊和溪流中猪尸体上的昆虫演替，湖泊中猪尸体上观察到较丰富的摇蚊、蜻科（Odonata：Libellulidae）、蜓科（Odonata：Aeshnidae）幼虫，划蝽（Hemiptera：Corixidae）、仰泳蝽（Hemiptera：Notonectidae）成虫与水龟虫（Coleoptera：Hydrophilidae）成虫和幼虫，溪流中猪尸体上观察到较丰富的摇蚊、蚋科（Diptera：Simuliidae）幼虫与水龟虫成虫。

3.4 根据生物膜

尸体或其他基质淹没在水中后，体表可逐渐形成生物膜（biofilm）。生物膜是指附着于基质表面由胞外聚合物（extracellular polymeric substance，EPS）包裹的有三维结构的微生物群体，包括细菌、真菌、藻类和原生动物[46]。生物膜中EPS能协助微生物抵抗环境变化[47-48]，获取以及储存营养物质[49-51]，产生酶类分解有机质[52-53]。生物膜附着的基质类型影响生物膜的群落构成及能量代谢，如岩石上生物膜中藻类为主要成分，营养代谢多为自养，而腐败植物上生物膜有大量真菌群落，营养代谢多为异养[54-55]。生物膜形成过程中，微生物群落存在演替规律，生物膜结构也由简单逐渐变复杂。初始时水中的特殊细菌和尸体皮肤固有的细菌构成生物膜的底层，随着浸泡时间的延长，细丝状藻类附着在生物膜上[50]。在生物膜成熟时，大型藻类和真菌参与其构成。尸体腹腔破溃后，尸体内部的细菌也参与构成生物膜。生物膜群落构成及多样性、结构复杂性与浸泡时间存在关联，尸体上生物膜有推断PMSI的潜能，但地理位置、季节、光照等因素会影响生物膜群落构成，将其应用于实践时需以本地水域为背景开展多季节研究。

细菌是水中尸体上最早的定植者，在生物膜形成整个过程中始终存在。DICKSON等[15]首次观测了海洋中猪头部腐败过程中的细菌演替规律，证实腐败晚期的细菌与初始时在很大程度上不同，秋季和冬季猪尸体细菌群落构成不同。在秋季实验中，希瓦氏菌属、气单孢菌属、肉杆菌属仅在第7天出现，拟杆菌目的新属Genus 8从第5天开始出现，海单胞菌属和拟杆菌目的新属Genus 2、Genus 4从第10天开始出现，研究证实某些仅在特定时间出现和存在的菌属可用于特定PMSI推断。BENBOW等[16]首次使用Roche 454 GS FLX高通量测序技术，证实了淡水溪流中猪尸体皮肤上的生物膜细菌群落随浸泡时间有显著变化（P＜0.05），夏冬两季的生物膜细菌群落有差异（P=0.006），然而两季的猪尸体上的生物膜细菌群落演替有相似规律。在门水平，均发现变形菌门相对丰度逐渐降低，厚壁菌门相对丰度逐渐增高。在属水平，细菌群落构成更为复杂：夏季优势菌属由初始时的假单胞菌属、嗜冷杆菌属、爱文菌属，第7天变为克雷伯菌属、嗜冷杆菌属、柠檬酸杆菌属，第14天变为动胶菌属、梭菌属、脱氯单胞菌属、Desulfosporomusa属，第21天变为梭菌属、肠球菌属、乳杆菌属；冬季优势菌属由初始时的嗜冷杆菌属、假单胞菌属、肠球菌属，第14天变为乳杆菌属，第28天变为Proteocatella属、梭菌属、韦荣球菌属，第42天变为韦荣球菌属、梭菌属。在夏季，猪尸体水中腐败速度更快，猪尸体上的生物膜细菌群落演替速度也更快。LANG等[56]使用自动核糖体间隔基因分析（automated ribosomal intergenic spacer analysis，ARISA）技术对比夏季两条淡水河流中猪尸体与瓷砖上生物膜细菌群落，再次证实生物膜附着的基质类型是影响群落构成的主要因素，尸体与瓷砖上生物膜的细菌群落显著不同（P＜0.000 1）；地理位置不同的两条溪流水质也不同，可影响生物膜细菌群落的构成（P＜0.0001）。尸体与瓷砖上生物膜的细菌群落均显示出与PMSI相关的演替规律，0～3 d、7～14 d、17～24 d的细菌群落聚为3个独立的簇，考虑第3～7天与第14～17天发生了明显的群落变化。第一次变化（3～7d）是猪尸体皮肤固有的细菌群落转变为以环境为基础的生物膜细菌群落，第二次变化（14～17 d）是尸体上生物膜的细菌群落演替，第一次转变较第二次转变更显著。

藻类和硅藻除应用于鉴定水中尸体死亡原因、协助指认犯罪嫌疑人与死亡现场外，明确尸体上已知生长阶段的藻类或其他水生植物所需的生长时间，可用于推断PMSI[57-61]。KEIPER等[42]的实验表明，溪流中大鼠尸体上1周即可形成明显的藻类膜。CASAMATTA等[60]首次鉴定了溪流中大鼠尸体上定植的藻类物种，浸泡3周内藻类物种（尤其是鼓藻）逐渐增加并达到稳定，鼓藻可作为PMSI推断的潜在指标。HAEFNER等[7]研究了两条溪流内猪尸体与瓷砖上藻类的生长情况，浸泡40d内藻类生长（叶绿素a生成）与时间成正比，且猪尸体上藻类生长较瓷砖上显著增多（P＜0.005）。ZIMMERMAN等[14]验证了两个咸水池塘内猪尸体与瓷砖上硅藻的多样性与PMSI的规律，猪尸体上硅藻的多样性与PMSI成反比（P＜0.05），即尸体在水中浸泡越久，尸体上硅藻种类越少，而瓷砖上没有发现相似规律；猪尸体上硅藻种类与瓷砖上不完全相同，两个池塘内猪尸体上的硅藻种类也不完全相同。

3.5 根据理化方法

国内学者亦研究过具有推断PMSI潜能的物理化学指标。卜俊等[61-62]证实水中大鼠尸体血、肺、肝组织内腐败挥发性产物乙醇、正丁醇含量随PMSI逐渐增高，3种检材中肺组织为最佳，将乙醇与正丁醇结合检验准确性更好，且乙醇、正丁醇量的变化规律在不同水质浸泡的尸体中无显著差别，即该法具有一定的普遍适用性。唐谷等[63]研究了水中大鼠尸体软组织生物力学性状随PMSI的时序性变化，其原理为组织自溶或腐败会破坏软组织的结构，反映抗拉能力、弹性、韧性的参数极限载荷、应变、最大应力随之降低。该研究发现皮肤、肌肉、小肠、结肠等软组织的生物力学参数均存在随PMSI或快或慢的下降期与平台期，并总结了各类软组织生物力学参数适宜推断PMSI的窗口期。

4 总结与展望

目前国内外针对水中尸体开展的法医学研究明显少于陆地尸体研究，仍然没有可以准确推断PMSI的方法，然而对水中尸体腐败相关研究的需求日益增长。HEATON等提出的水中尸体腐败分值系统及PMSI推断公式在根据国内水中尸体验证、修正后，有望直接应用于法医学鉴定实践。生物膜在活体或尸体落水后才逐渐形成，起到水中“时钟”的作用，利用尸体上的生物膜进行水中尸体PMSI推断值得进一步深入研究。Daubert规则指出，作为科学证据的理论或技术是否可靠应从以下4个方面进行判断：该理论或技术是否可以被重复检验，是否被同行评估过或已公开出版，已知的或潜在的错误率是否可以被接受，是否被相关科学团体所接受以及接受的程度[64]。今后水中尸体的法医学相关研究也应以Daubert规则为指导，更加注重研究的准确度及可信度，从而为法庭提供更加可靠的证据。