法医学杂志, 2024, 40(3): 269-275 DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2023.431105

综述

利用犬类嗅觉搜索人体遗骸研究进展

方伟,1, 郑吉龙1, 付奕铭1, 刘轶,2

1.中国刑事警察学院,辽宁 沈阳 110048

2.新疆警察学院,新疆 乌鲁木齐 830013

Research Progress of Using Canine Olfactory Search for Human Remains

FANG Wei,1, ZHENG Ji-long1, FU Yi-ming1, LIU Yi,2

1.Criminal Investigation Police University of China, Shenyang 110048, China

2.Xinjiang Police College, Urumqi 830013, China

通讯作者: 刘轶,女,博士,教授,主要从事刑事科学技术教学和科研;E-mail:liuyi7530@163.com

编委: 张建华

收稿日期: 2023-11-16  

基金资助: 辽宁省社会科学规划基金资助项目.  L20DFX002

Received: 2023-11-16  

作者简介 About authors

方伟(1981—),男,硕士,副教授,主要从事警犬训练与使用的教学和科研;E-mail:40969291@qq.com

摘要

命案侦查过程中,准确找到被丢弃、掩埋的人体遗骸至关重要。寻找人体遗骸的方法主要有人类的视觉搜索、空中探测、地球物理技术、远程成像技术以及犬类嗅觉搜索技术等。犬类嗅觉搜索人体遗骸技术是一种公认的具有时效性的非侵入性搜索方法,是法医调查中最有价值的搜索工具。本文通过系统查阅和总结相关文献资料,以人体遗骸分解产生的挥发性有机化合物为理论基础,探寻犬类嗅觉搜索人体遗骸技术的基本原理,对以人类血迹、人体组织、尸体腐败液、气味替代物作为嗅源训练犬类搜索人体遗骸技术在法医调查中的使用进行综述,从尸体腐败过程中挥发性有机化合物的检测、气味替代物和吸附装置的研发、犬类训练与使用的技战法等角度展望犬类嗅觉搜索人体遗骸技术的应用前景,以期为我国犬类嗅觉搜索人体遗骸技术的相关研究提供参考。

关键词: 法医病理学 ; 犬类 ; 嗅觉 ; 人体遗骸 ; 挥发性有机化合物 ; 血液 ; 腐败液 ; 气味替代物 ; 综述

Abstract

In the process of murder investigation, it is of great significance to find the discarded and buried human remains accurately. The main methods of searching for human remains include human visual search, aerial detection, geophysical technology, remote imaging technology and canine olfactory search technique. Canine olfactory search for human remains is a recognized time-effective and non-invasive search method, making dogs the most valuable search tool in forensic investigation. By systematically reviewing and summarizing relevant literature, and based on the theory of volatile organic compound produced by the decomposition of human remains, this paper explores the basic principle of the canine olfactory search technique for human remains. This paper also reviews the application of training canine search technique for human remains in forensic investigation by using human blood, tissue, cadaver putrefying fluid and odor substitutes as sniffing sources. The application prospect of canine olfactory search for human remains was prospected from the perspectives of detection of volatile organic compound during cadaver decay, development of odor substitutes and adsorption devices, and technology tactics used in canine training and use, to provide references for the relevant research of canine olfactory search for human remains in China.

Keywords: forensic pathology ; canine ; olfactory ; human remains ; volatile organic compound ; blood ; putrefying fluid ; odor substitute ; review

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本文引用格式

方伟, 郑吉龙, 付奕铭, 刘轶. 利用犬类嗅觉搜索人体遗骸研究进展. 法医学杂志[J], 2024, 40(3): 269-275 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.431105

FANG Wei, ZHENG Ji-long, FU Yi-ming, LIU Yi. Research Progress of Using Canine Olfactory Search for Human Remains. Journal of Forensic Medicine[J], 2024, 40(3): 269-275 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.431105

人体遗骸可以是整具尸体,也可以是尸块、尸骨,乃至尸体的体液。从法医侦查角度而言,发现犯罪嫌疑人丢弃、掩埋的人体遗骸至关重要。运用法医病理学、法医人类学、法医物证学的理论与技术,法医工作人员可以对尸体或尸块进行个体识别[1]。然而,如何发现失踪和推定的死者一直是刑事侦查过程中最为棘手的挑战之一[2],即使在犯罪嫌疑人已经交代抛尸或埋尸地点的情况下,找到人体遗骸也并非易事。目前,寻找人体遗骸的方法主要有人类的视觉搜索、空中探测、地球物理技术、远程成像技术以及犬类嗅觉搜索技术等[3]。这些方法中,犬类嗅觉搜索技术是一种非侵入性搜索方法,是目前法医调查中最有价值和最有效的搜索工具[4-6]。研究[7]表明,5~15 mg的人体组织、血液或骨骼物,无论是埋在地下还是暴露在地表,犬类的定位能力都超过了现有的仪器。迄今为止还没有一种仪器设备能够复制犬类所表现出的选择性、灵敏度和现场多功能性于一体的特性,犬具有检测气味和自主跟踪气味羽流到其源头的双重能力,是具有成本效益的实时检测工具。与犬相比,机器则缺乏这种判断力。

搜尸犬,又称尸体犬(cadaver dogs)、尸体探测犬(cadaver-detection dog,CDD)、人体遗骸探测犬(human remains detection dog,HRDD)。在20世纪60年代,英国警方首次使用搜尸犬来寻找被害儿童的尸体,美国在1974年有了第一条搜尸犬并发挥重要作用,此后搜尸犬成为法医调查的重要手段[8]。我国警方在20世纪七八十年代开始使用犬类搜索人体遗骸[9],2002年前后开始系统研究如何使用犬类搜索人体遗骸[10],迄今为止,犬类嗅觉搜索技术在法医调查中发挥了重要作用。本文拟对犬类嗅觉搜索人体遗骸技术进行综述,以期进一步提高我国犬类嗅觉搜索人体遗骸技术在法医调查中的使用效益。

1 犬类嗅觉搜索人体遗骸技术的基本原理

1.1 人体遗骸分解产生挥发性有机化合物

人体遗骸分解过程中产生的挥发性有机化合物(volatile organic compound,VOC)客观存在且能够在地表被检测到,是使用犬类嗅觉搜索人体遗骸的客观前提。关于人体遗骸在分解过程中产生VOC的研究有很多,基于不同的实验对象、环境条件和方法,研究结论略有差异。VASS等[7]检测到被掩埋的人体遗骸在分解过程中会产生多达478种VOC,其中包含四氯化碳、甲苯、1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷、四氯乙烯、萘、三氯-氟甲烷、二甲基二硫、1,4-二甲基苯、苯、二氟二氯甲烷、1,2-二甲基苯、氯仿等在内的共30种VOC被确定为在土壤表面可检测到的人体分解的关键标志,其中的19种可在未被掩埋的表面腐烂的尸体上检测到。HOFFMAN等[11]探测到包括戊酸、己酸、己酸戊酯、己酸己酯、2-乙基-1-己醇、1-辛醇、2-壬烯醛、壬醛、四氯乙烯、2-戊基呋喃、2-庚酮、二甲基二硫等在内的共33种人类所特有的VOC。STATHEROPOULOS等[12]在人类尸体分解的早期阶段探测到11种VOC出现在所有取样周期中,分别是乙醇、2-丙酮、二甲基二硫、甲苯、辛烷、2-丁酮、甲基乙基二硫、二甲基三硫、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯。

对于人体遗骸与动物遗骸分解产生的VOC的差异,更多研究关注于人体与猪的遗骸。ROSIER等[13]发现,丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸丙酯、戊酸乙酯、吡啶、二乙基二硫、甲基(甲硫基)乙基二硫和3-甲硫基-1-丙醇共8种VOC的组合是人类和猪所特有的,根据3-甲基丁基戊酸酯、3-甲基丁酸甲丁酯、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯、戊酸丁酯和己酸丙酯这5种酯类可以区分猪遗骸与人体遗骸。CABLK等[14]检测了牛、猪、鸡等动物遗骸的VOC,与VASS等[7]探测到的30种人体遗骸VOC进行比较,结果发现猪只有其中的7种VOC,此外,在猪的样本中还探测到另外9种独特的VOC在人体样本中是不存在的。

1.2 犬类嗅觉原理

人体遗骸分解产生的VOC气味分子受布朗运动影响会扩散到空气中,在遗骸周围形成一个“气味池”,伴随VOC的扩散,“气味池”最终变成“气味锥”。通过训练,犬类可以从“气味锥”的边缘追踪气味,直至到达遗骸上方或集中的区域并示警[8]。嗅觉的生物学过程是气味分子进入鼻腔,VOC与嗅觉上皮中的嗅觉受体神经元相互作用产生气味感知[15]。犬科动物有可以检测VOC的受体细胞和传递气味信号的嗅觉神经,经大脑综合分析后可确定气味的身份。犬50%的鼻内区域包含嗅觉感觉细胞,并且犬大脑的近八分之一专用于嗅觉,以德国牧羊犬为例,其拥有2.2亿个嗅觉感觉细胞,嗅觉能力比人至少强44倍[16]。此外,犬科动物的嗅觉系统中约有1 300个基因,比人类多近20倍,这为其提供了对各种类型气味进行训练的能力,使其对气味具有高度的灵敏度和辨别能力[16]。由于具有极其灵敏的嗅觉,犬早已被用作现代的、超灵敏的移动区域扫描仪,在实验室外的各种环境中实时检测特定的化学信号,然后跟踪动态目标的气味找到其来源[17]

2 法医调查中犬类嗅觉搜索人体遗骸技术的使用

法医调查过程中,使用犬类嗅觉搜索技术寻找人体遗骸的能力在很大程度上取决于训练时使用的气味源,即嗅源,又称训练辅助工具。嗅源的选择直接决定了实战中能否准确发现人体遗骸。

2.1 以人类血迹为嗅源训练犬类搜索人体遗骸

犬类搜索血迹的训练主要使用新鲜、陈旧、稀释的活体人血为嗅源。目前我国的血迹搜索犬能够有效区分人血与动物血,能够对新鲜、陈旧和稀释血液示警。2020年,安徽警方使用血迹搜索犬成功找到被掩埋的被害人尸体[18]。一条训练有素的血迹搜索犬可以检测到遗留几天、几周甚至是几个月的血迹[19],即使是经过洗涤的带血衣物,依然可以被血迹搜索犬搜索到[20]。在一些特定条件下,血迹搜索犬的检测能力要比化学试剂方法强。此外,也有使用尸体血液作为嗅源训练犬类寻找人体遗骸的研究[21-22]。有研究[23]表明,在尸体血液被稀释至10-6倍时犬依然能够示警。

利用血迹搜索犬搜寻人体遗骸,其本质都是利用犬搜索血迹气味,无论是使用活体人血还是尸体血液作为嗅源训练犬类,其前提是尸体有创口存在。

2.2 以人体组织为嗅源训练犬类搜索人体遗骸

使用人体组织训练犬类的好处在于能够让犬建立牢固的气味联系反应。但是,以人体组织为嗅源开展训练存在以下几方面的问题:(1)直接使用尸体或尸块在伦理方面存在争议;(2)基于法律与道德的限制,这些与尸体相关的实物不仅难以获得,还存在一定的潜在生物危害性;(3)犯罪实践中,被掩埋的可能是尸体的全部也可能是一部分,掩埋的时间可能是几天,也可能是几个月、几年、十几年甚至更长时间。尸体分解产生的气味会随时间的变化而变化,使用人体组织作为嗅源进行训练的犬在面对已经白骨化的尸体时可能会无能为力,因为此时人体组织已经完全分解,组织缺乏导致气味也会发生变化[7]。因此,禁止直接使用人体组织开展训练是全球同行的普遍做法,这导致研究人员不得不使用间接的方法来获取人体遗骸气味,如纱布吸附法[24]、气味传输装置[25]

2.3 以尸体腐败液为嗅源训练犬类搜索人体遗骸

2.3.1 腐败液

腐败液,即人体内部组织和器官分解产生的液体。尸体的分解经历自溶、腐败、液化至最后的白骨化过程[26]。在自溶和腐败阶段,人体肠胃中的酶和细菌会分解周围的组织,身体内部的细菌和其他微生物将组织大分子分解并形成腐败液体。随着腐败的进展,腐败气体和液体会从口腔、鼻子、肛门和身体上的创口流出。尸体腐败液与腐烂尸体的气味特征非常接近,在室温或冷藏条件下,腐败液是合适的搜尸犬训练辅助工具[8]。训练有素的搜尸犬能够准确检测稀释为10-12倍且放置2年的腐败液[27]

2.3.2 吸附腐败液的纺织品

在尸体分解过程中,腐败液会被纺织品(如衣物)吸收。NIZIO等[28]将棉T恤与猪埋在一起,收集不同腐败阶段的棉T恤,使用顶空固相微萃取技术收集纺织品的VOC数据,并使用全二维气相色谱-飞行时间质谱进行分析,结果显示,棉T恤的VOC分布反映了大量尸体分解气味,且气味特征是动态的,随着时间的推移而变化。这说明与腐败尸体相接触的纺织品可以成为训练犬搜索人体遗骸的辅助工具,也表明犬训练时要接受从不同死后间隔时间(postmortem interval,PMI)获得的纺织品的气味联系训练。OESTERHELWEG等[29]的研究结果表明,犬可以检测到未直接接触人体遗骸的纺织品上的残留人体分解气味。

2.3.3 吸附腐败液的土壤

尸体在分解过程中,腐败液会进入尸体周围的土壤中。ALEXANDER等[30]认为,尸体分解过程中渗入土壤的尸体腐败液是犬搜索过程中真正寻找的对象,并使用8头训练有素的犬测试了犬识别土壤中人体遗骸气味的灵敏度和准确性,结果表明,无论是PMI长达915 d的人体遗骸土壤样本,还是人体遗骸被移走长达667 d的土壤样本,犬都能够有效识别,其准确率都在75%~100%。刘补吾等[31]主张使用以上方式训练犬类,并在搜索行动中使用犬发现了25年前埋于地下1.2 m深的一包尸骨[32]

2.4 以气味替代物为嗅源训练犬类搜索人体遗骸

天然气味通常被认为是最有效的训练辅助工具,然而,伦理的限制让犬类训练无法直接使用尸体或尸块[27],气味替代物便成为一种广受欢迎的训练辅助工具。

2.4.1 动物遗骸

在动物遗骸中,使用猪的遗骸作为嗅源较为常见[33]。在我国,李玉森[10]首先提出搜尸犬的训练要以血腥和尸体腐败气味为依据,而尸体腐败气味可以用猪的遗骸来代替。叶建强等[34-35]使用腐败猪肉开展犬类搜尸训练,并在实战中发挥了作用。

以猪的遗骸作为人体遗骸气味替代物开展训练的前提假设是二者气味特征是一致的。由于猪的内部解剖结构、脂肪分布、毛发密度和肠道微生物群与人类具有相似性,故成为人体尸体分解气味研究的最佳替代物[36]。但是,现有研究[13-142537]表明,猪组织产生的VOC特征不同于人体遗骸,因为目前尚不清楚到底是哪些化合物激活了犬的嗅觉受体,因此,尽管实践中确有成功案例,但这并不意味着不会失败。毕竟,人类与非人类动物的分解模式和速率、微生物群落分布和昆虫分布存在差异[38],故搜尸犬训练时应尽量使用人体遗骸气味,而非猪的遗骸[3339]

2.4.2 化学合成气味替代物

化学合成气味替代物是通过识别真实材料的VOC成分,并使用纯化合物来创建这些成分的物理混合物,以模拟气味特征[40]。国外关于化学合成气味的研究工作开展较早,我国学者刘书明[41]在2017年首次申请并获得尸体气味替代物的发明专利。自化学合成气味替代物问世以来,我国就有学者主张使用其训练搜尸犬[34]

但是,关于化学合成气味替代物在犬类搜索人体遗骸训练中的作用并不有效。TIPPLE等[42]研究表明,只接受过常规训练的搜尸犬无法定位合成气味。HOFFMAN等[11]研究表明,只接受化学合成替代物训练的犬在野外遇到人体遗骸时可能不会示警。出现这种情况的原因是研发气味替代物时未对尸体分解气味进行仔细的化学分析。一个有效的合成训练辅助物应该准确地代表人体分解的气味特征[43],能够在多种条件下使用,保持稳定,并且能够被犬检测到[42]。有研究[284244]显示,气味替代物是对尸体分解气味的过度简化,替代物中的VOC没有一种与人体分解气味特征存在明确联系。目前使用较多的气味替代物主要是尸胺和腐胺的人造气味,但是,尸胺和腐胺还没有被确定为死亡人体组织气味中独有的气味,这些物质还广泛地存在于所有腐烂的有机物质中,且在人的唾液中也能被检测到[2945]

3 展望

一直以来,使用犬类嗅觉搜索人体遗骸技术在公安实践中发挥着重要作用。为更好地发挥犬类嗅觉的天然优势,未来的研究应在加强尸体VOC化学检测的基础上积极研发化学合成气味替代物,同时开发尸体气味吸附装置,以解决训练过程中嗅源难以获得的难题。同时,为确保犬类能够适应法医调查的现实需要,在犬类接受多种辅助工具训练的同时,要积极探索犬类搜索人体遗骸技战法。

3.1 加强尸体VOC化学检测研究

犬科动物通常不会对目标物质本身作出反应,而是对与该物质相关的气味作出反应。犬对人体遗骸的示警是对人体遗骸腐败过程中产生的VOC的示警。但“死亡气味”是一种复杂的混合物,包括作为人体分解过程的副产品或最终产品释放出来的VOC[46]。尽管已经开展了诸多研究,但人类尚未完全清楚死亡气味的构成,应加强对尸体VOC的研究。尸体VOC的鉴定需要开发有效的分析工具,能够收集、分离、鉴定和量化尸体在分解过程中释放的数百种化合物。在以往的研究中,主要采取气相色谱-质谱法、综合二维气相色谱法、四极杆质谱法、飞行时间质谱法等,未来的研究还应利用高分辨飞行时间质谱、四极杆飞行时间质谱等增强的方法,与先进的分离技术相结合,以确保检测到具有代表性数量和类型的VOC,便于后续的识别[47]

3.2 加强化学合成气味替代物的研发

尽管目前化学合成气味替代物并不十分适合犬类嗅觉搜索人体遗骸训练使用,但通过确定分解过程中存在的人类特异性化合物将有助于开发犬类嗅觉搜索人体遗骸训练辅助工具[38]。在确定死亡气味的基础上,进一步加强人工合成化合物气味替代物的研发工作,以解决训练辅助品难以获得的限制。需注意的是,研发的气味替代物要能够真正反映死亡的气味,检验气味替代物的有效性是必要的,即用气味替代物训练的犬要能够对人体遗骸有效示警,同时使用常规训练方法训练的犬也要对气味替代物有效示警。

3.3 开发气味吸附装置

因为不能直接使用尸体或尸块作为犬类训练的嗅源,使用纱布吸附的方式以提取尸体或尸块的气味便成为一种有效的气味提取方式[24]。为了进一步降低遗骸存在的潜在生物危险,DEGREEFF等[45]开发了一种气味传递装置,将尸体气味吸附到纱布上。与纱布直接吸附相比,使用气味传递装置是一种更为安全的方法。但无菌纱布并不意味着没有气味,无菌只是被假设为没有微生物,这与气味的取样没有直接关系[48]。未来的研究中应加强对气味吸附介质材料的研究,以确保提取的气味是纯净的遗骸气味。

3.4 犬类应接受多种训练辅助工具的训练

尸体气味由多达800个分子组成,这些分子几乎囊括所有的化学家族,包括烷烃、酮类、芳烃、胺和硫化合物,不同腐败阶段VOC的组合也是不同的[49]。尸体在不同腐败阶段分解的气味特征是动态的,随着时间的推移而变化[283350]。这表明,一条训练有素的搜尸犬应接受不同程度腐败气味的训练,只有这样才能够确保实战中搜索的有效性。

3.5 积极探索犬类搜索人体遗骸技战法

使用犬类搜索人体遗骸并不是毫无条件的。即使犬已经训练有素,但警察使用方法不当,或者受现场环境、天气等因素的限制,存在犬不能示警的情况,因此需要积极探索使用的技战法。训练有素的犬在目标气味最强位置的示警可能并不总是在埋葬人体遗骸的正上方[51]。搜索环境最佳条件是地面潮湿,土壤疏松,有微风循环气味,气温凉爽;最坏的情况是炎热干燥,没有空气流动,下雨或者下雪,特别是严重的降水。对于被掩埋的人体遗骸,埋藏深度和土壤渗透性直接影响犬的作业效果[52]。尽管犬类嗅觉搜索人体遗骸技术是一种强大的非侵入性遥感技术,但完全依靠犬类也可能无法发现客观存在的人体遗骸,搜索过程中综合运用其他适当的方法将提高犬作业效果。土壤探针的方法可以解决土壤渗透性差的问题[53]。我国湖南警犬技术实战团队从警犬搜索人体遗骸现场出发,创新了警犬搜索技战法,采取钢钎打孔技术[24]、机械打孔并输送氧气[31]等方法,也被证明可以解决埋藏较深的人体遗骸气味扩散问题,大大提高了警犬搜索人体遗骸的效率。

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