Investigación bioquímica y aproximación proteómica de fluidos biológicos en muertes por sumersión

Abstract

En el mundo han aumentado las muertes por sumersión llegando a ser la segunda causa de muerte no intencional. Su diagnóstico en patología forense es un reto en la práctica diaria ya que la ausencia de prueba diagnóstica específica y absolutamente fiable provoca la necesidad de realización de exámenes complementarios a la autopsia médico-legal, tales como investigaciones histopatológicas, biológicas y bioquímicas para identificar la causa de la muerte, por las implicaciones judiciales que se presentan. Los avances en la investigación del análisis de elementos trazan en fluidos biológicos y en medio de sumersión y el estudio de proteínas con expresión diferencial en muertes por sumersión contribuirían al diagnóstico postmortem de sumersión. Los objetivos fueron analizar concentraciones de elementos traza en sangre y en humor vítreo en casos de sumersión y otras causas de muerte, así como investigar por primera vez el perfil proteómico de casos de sumersión para mejorar el conocimiento de su fisiopatología y su posible aplicación en el diagnóstico y tratamiento en casos de supervivencia. Material y métodos: La muestra estuvo formada por 137 cadáveres (n=111 casos de sumersión y n=26 casos de otras causas de muerte) cuyas autopsias se realizaron en el Instituto de Medicina Legal y Ciencias forenses de España. La edad media de los sujetos fue 48,58 años y el intervalo postmortem medio 27,87 horas. De cada caso se obtuvieron muestras de sangre de ambos ventrículos y periférica y humor vítreo. En los casos de sumersión se recogió agua del lugar de los hechos. En cada muestra se analizaron litio, potasio, magnesio, bromo, boro, calcio y estroncio mediante las técnicas ICP-MS. Para el análisis proteómico, mediante la aplicación de tecnologías basadas en la Espectrometría de Masas, identificamos proteínas de expresión que pudieran actuar como potenciales biomarcadores en el diagnóstico postmortem de sumersión. Realizamos un experimento proteómico piloto con inclusión de dos ahogados y dos casos forenses de control, validado en 25 casos, con determinación de apolipoproteína A y α-1 antitripsina. Resultados: El análisis de diferencias de concentraciones de elementos en sangre reveló mayores concentraciones en muertes por sumersión que en otras causas de muerte salvo en el caso de potasio, junto a concentraciones más elevadas a nivel de ventrículo izquierdo. Las concentraciones de todos los elementos en humor vítreo fueron significativamente superiores en sumersión, salvo para el calcio. En los casos de sumersión hallamos correlaciones estadísticamente significativas entre concentraciones de elementos en sangre, humor vítreo y agua para el litio, calcio y estroncio. No encontramos correlaciones significativas entre el intervalo postmortem y elementos traza en sangre ni humor vítreo en muertes por sumersión. En el análisis de las curvas ROC en sangre la mayor capacidad discriminante se halló para las concentraciones de estroncio, litio y magnesio, mientras que en humor vítreo se halló para las concentraciones de estroncio, litio, boro, bromo y magnesio. El análisis multivariante reveló concentraciones de estroncio y bromo en ventrículo izquierdo y boro en sangre periférica como factores predictivos en la muerte por sumersión, mientras que en humor vítreo el bromo se reveló como primer factor asociado a la muerte por sumersión. Tanto apolipoproteína A1 como α-1 antitripsina son factores predictivos independientes de muertes por sumersión. Evidenciamos correlaciones significativas entre concentraciones de elementos en sangre y humor vítreo. El estudio piloto proteómico revela que tanto apolipoproteína A1 como α-1 antitripsina son factores predictivos independientes de muertes por sumersión. Conclusiones: La determinación conjunta de elementos traza en sangre y humor vítreo junto a la determinación proteómica de apolipoproteína A1 y α-1 antitripsina contribuiría como pruebas complementarias al diagnóstico de muertes por sumersión en agua salada.

Drowning deaths have increased worldwide to become the second cause of unintentional death. Therefore, its diagnosis in forensic pathology is a challenge for our daily practice since the absence of specific and absolutely reliable diagnostic test causes requires complementary examinations to the medical-legal autopsy, such as histopathological, biological and biochemical investigations to identify the cause of death, due to the judicial implications present. Consequently, advances in the research of trace element analysis in biological fluids and in immersion means as well as the study of proteins with differential expression in drowning deaths would contribute to the postmortem diagnosis of drowning.

Our objectives were analyzing concentrations of trace elements in blood and in vitreous humor in drowning cases among other causes of death, as well as investigating for the first time the proteomic profile of drowning cases so as to enhance our knowledge of their physiopathology and their possible application in the diagnosis and treatment in survival cases.

Material and methods: The sample consisted of 137 bodies (n=111 drowning cases and n=26 cases of other causes of death) whose autopsies were performed at the Institute of Legal Medicine and Forensic Sciences of Spain. The average age of the subjects was 48.58 years and the average post-mortem interval was 27.87 hours. In all case, blood samples were obtained from both ventricles and peripheral and vitreous humor. More specifically, regarding drowning cases, water was collected from the scene. We analyzed lithium, potassium, magnesium, bromine, boron, calcium and strontium in each sample by means of ICP-MS techniques.

Concerning proteomic analysis, we identified expresión proteins that coul act as potential biomarkers in the post-mortem diagnosis of drowning through the application of Mass Spectrometry based technologies. Additionally we carried out a pilot proteomic experiment including two drownings and two forensic control cases, validated in 25 cases, with apolipoprotein A and α-1 antitrypsin determination. Results: The analysis of differences in blood element concentrations in drowning deathsrevealed a higher concentration in all elements but potassium along with higher concentrations at the left ventricle level. With regards to vitreous humor, high concentrations were also found in all elements in drowning cases except for calcium. Furthermore, correlation between blood, vitreous and water was evidenced for lithium, calcium and streontium.

No relationship between postmortem interval and trace elements in blood or vitreous humor was found in drowning deaths.

The ROC curves showed the higher discrimination capacity for strontium, lithium and magnesium concentrations in blood; otherwise, in vitreous humor it was found for strontium, lithium, boron, bromine and magnesium concentrations. The multivariate analysis revealed strontium and bromine concentrations in the left ventricle and boron in peripheral blood as predictive factors in drowning death. On the other hand, in vitreous humor bromine was revealed as the first factor associated to drowning death.

Both apolipoprotein A1 and α-1 antitrypsin are independent predictors of drowning death.

The, we showed significant correlations between concentrations of elements in blood and vitreous humor. The proteomic pilot study reveals that both apolipoprotein A1 and α-1 antitrypsin are independent predictors of drowning deaths.

Conclusions: The joint determination of trace elements in blood and vitreous humor together with the proteomic determination of apolipoprotein A1 and α-1 antitrypsin would contribute as complementary tests to the diagnosis of seawater drowning deaths.