La trasformazione degli schizzi di sangue prima dell’impatto, possono generare errori di interpretazione e causare elevata approssimazione dei risultati.

Articolo scientifico a cura di Lucia Scarcella.

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La BPA (Blood Pattern Analysis) a partire dagli anni 70, grazie al lavoro di H.L.MacDonell, diventa una branca specialistica delle scienze forensi, solo tra gli anni 80 e 90 si osserva una rivalutazione all’interno della comunità scientifica, comprovata da numerosi studi di sperimentazione e pubblicazioni, nel 2002 anche la stessa FBI organizza uno specifico gruppo di lavoro, lo SWGSTAIN ( Scientific Working Group on Bloodstain  Pattern Analysis).

L’utilità e scopo principale di questa disciplina è la ricostruzione degli eventi criminosi per determinare la dinamica dell’accaduto, tramite lo studio ed analisi della collocazione/distribuzione, forma, dimensione delle macchie di sangue che costituiscono i vari pattern presenti.

Determinando gli eventi fisici che li hanno causati e la reciproca collocazione nello spazio della vittima e in caso di atti criminosi dell’autore.

Il fulcro della ricostruzione analitica, risiede nei calcoli matematici tra la combinazione delle tracce causate dall’impatto e dal rilascio.

La traiettoria e l’analisi degli schizzi di sangue sono stati oggetto di numerosissimi, studi, talvolta molto completi ma analizzano spesso separatamente diversi fattori che dovrebbero invece essere considerati globalmente, questo per ottenere dei risultati olistici che comprendano tali dati analizzati da diversi punti di vista.

Per esporre queste considerazioni è necessario prima fare riepilogo sulla struttura ed il comportamento del sangue, essendo un liquido non newtoniano si comporta in un modo specifico legato alle sue caratteristiche intrinseche.

Prima caratteristica la viscosità che è una proprietà fondamentale dei liquidi, si riferisce alla sua resistenza al flusso o deformazione quando è sottoposto ad una forza esterna.

Nella fluidodinamica è essenziale comprendere bene il concetto di viscosità.

Essa influenza direttamente la velocità e la distribuzione della pressione all’interno di un fluido.

Si deve distinguere tra fluidi newtoniani e non newtoniani.

In genere i fluidi newtoniani come l’acqua hanno viscosità costante non dipendente dalla forza di taglio o dalla forza applicata.

I fluidi non newtoniani come il sangue mostrano invece una viscosità variabile in base alle condizioni di flusso, e varia con la frequenza di taglio e altri numerosi fattori esterni.  Il sangue è denominato fluido shear-thinnig, la cui viscosità diminuisce con il tasso di deformazione.

 E’ considerato un fluido non ideale,  in sostanza è costituito da una sospensione di cellule in un liquido.

La componente cellulare è formata da eritrociti per il 45% del volume disponibile, la sospensione liquida è composta da proteine ed elettroliti, il volume approssimativamente in un individuo adulto è di 5 litri. I globuli rossi in sospensione ha una percentuale corrispondente a circa il 95% della parte cellulare, i globuli bianchi circa lo 0,13%, le piastrine circa il 4-5%.

Il plasma ovvero la parte non cellulare contiene fibrinogeno, albumina, globulina per un totale di circa 8-9% (del plasma), e acqua per il restante 90%. Un’ altra piccola percentuale è composta da glucosio, urea, sali inorganici per un totale di 1-2%, ha una viscosità di circa 4,5 volte superiore all’acqua, con PH tra il range 7,35-7,40 (in condizioni standard).

La frazione corpuscolata del sangue è quella che influenza maggiormente la fluidodinamica e la fluidostatica del sangue, rapportata alla densità e viscosità con la tendenza del fluido a rimanere coeso. Il sangue oltre ad essere influenzato nelle sue proprietà dalla presenza di globuli rossi, bianchi e piastrine in percentuale minore, subisce un’azione dal punto di vista fisico dalle caratteristiche strutturali del sistema circolatorio, che varia a secondo della zona di scorrimento/forzatura.

Dove di conseguenza varia la sua viscosità e densità. La densità è collegata al valore dell’ematocrito e della temperatura interna del corpo in percentuale standard del 37%. La viscosità è collegata invece al fenomeno dell’attrito interno che causa una resistenza allo scorrimento delle molecole del sangue, per forza di coesione intermolecolare.

Le proteine presenti nel plasma influiscono con percentuali trascurabili sulla viscosità del sangue, che ad una temperatura fisiologica e in condizioni normali presenta una viscosità specifica di circa 0,0012 oscillando fino a 0,0016  Kg/m.s  (pari a 1,5 volte quella dell’acqua).

Il dato che maggiormente influenza la viscosità totale del sangue è dato dalla frazione corpuscolata quindi dal suo ematocrito, che aumenta in proporzione dell’aumento delle cellule nel sangue.

E questo è anche direttamente proporzionale all’aumento dell’attrito fra strati vicini del sangue che ne determina la viscosità.

Si può in sostanza definire che l’ematocrito influenza le caratteristiche meccaniche, più ha valori alti, maggiore è la viscosità, se l’ematocrito è costante, un calo della temperatura determina un aumento della viscosità.

L’interazione tra il sangue e le pareti di contatto è condizionata dalla presenza di glicoproteine di membrana come i gruppi sialici (glicoforina A) che agiscono anche sull’aggregazione intracellulare, che a catena influenza l’interazione tra sangue e pareti a contatto. Il comportamento fluidodinamico del sangue è anche influenzato dalla deformabilità dei globuli rossi.

Molti farmaci e condizioni patologiche possono influenzare la fluidodinamica e fluidostatica del sangue, ad esempio anticoagulanti che ritardano l’essiccazione e lo rendono più fluido, o specifiche patologie chiamate coagulopatie, alcune importanti da ricordare e tenere presenti su un’analisi BPA sono l’emofilia (carenza fattori VIII o IX), la malattia di Von Willebrand legate spesso a carenze di vitamina K o epatopatie. Trombocitopenica idiopatica (PTI) .

Possono influenzare la normale /attesa situazione di sanguinamento anche per ferite blande ed alterare il terreno di analisi della BPA e vanno indagate prima di effettuare un ‘analisi.

Molti studi sulla velocità di impatto rimangono legati troppo a dati standardizzati che riportano ad una tipologia standard di comportamento del sangue.

Non si può sempre basarsi su dati medi in quanto i risultati perdono di precisione nel determinare la reale dinamica dell’accaduto. La velocità degli schizzi è indipendente dalla proprietà di bagnabilità della superficie e della tensione superficiale delle piccole gocce. Ma è largamente influenzata dalle caratteristiche intrinseche e reciproche del sangue come sopra descritte, e dalle caratteristiche estrinseche dell’ambiente esterno dove le gocce viaggiano.

Se si considerano ambienti come il laboratorio dati certi e precisi non possono essere estrapolati, dall’ambiente controllato sperimentale ove le variabili si possono controllare, per esportarli in situazioni esterne di ambiente naturale non controllabile.

L’influenza della pressione esterna della temperatura, umidità di un ambiente specifico al momento esatto dell’accadimento di un evento; non può essere considerato con precisione.

Un altro dato importante da considerare nei calcoli delle traiettorie e velocità degli schizzi da tener presente è intrinseca nel comportamento che ha la goccia di sangue. Nel gocciolamento se si osserva la fluidodinamica di ogni singola goccia si può ben constatare che dal momento che la forza di gravità vince sulla forza di adesione e coesione della goccia nel processo di formazione/ distacco.

I numerosi fattori che intervengono sono la tensione superficiale, la viscosità, le velocità di fuoriuscita, la forma dell’orifizio da cui il sangue fuoriesce. La goccia tende ad assumere una forma sferica e quando appunto la gravità vince sulla tensione superficiale, sulla adesione e coesione si stacca.

La viscosità varia in base alla velocità di taglio.

Il fenomeno della scomposizione della goccia più grande, o di un flusso di liquido; è descritta dall’instabilità di Rayleigh -Plateau, dall’aumento delle perturbazioni sulla superficie di getto, che causano una variazione della tensione superficiale che fa aumentare la perturbazione fino a che il getto o la goccia si rompe scomponendosi grazie all’instabilità capillare. I risultati di uno studio preliminare effettuato presso l’Università di Padova, suggeriscono che il fluido di Boger si comporta come un liquido newtoniano a pari viscosità. L’unica differenza con i liquidi non newtoniani che è stata notata; riguarda la forma più allungata delle gocce ai rapporti di flusso più bassi.

La goccia di sangue quindi inizia la sua traiettoria con un volume, un peso specifico, una data fluidità, e si comporta in base a questo verso la resistenza dell’aria con una velocità specifica. Durante il tragitto come precedentemente esposto la stessa goccia si scompone di conseguenza perde massa e tutti i parametri subiscono una variazione, si formano altre piccole gocce che non partono dall’origine, ma si sono formate per i fenomeni su citati durante il tragitto.

Di conseguenza hanno distanza dall’impatto diversa dalla goccia madre, massa, velocità e fluidità diversa. La traiettoria di origine quindi non combacia del tutto. Le tolleranze di errore nei software BPA basati sull’area di origine calcolando una linea retta non soddisfano gli standard forensi, ma considerando tutti gli elementi indicati non si raggiunge nemmeno con una traiettoria curva ad arco una corrispondenza senza margine di errore.

La rottura di una struttura liquida  che inizia il suo moto nell’aria che sia goccia, getto, lamina, è causata in genere per l’instaurarsi all’interfaccia tra liquido e gas di oscillazioni ondose che possono amplificarsi fino a portare alla disgregazione delle strutture , o ne  favoriscono il distacco in porzioni di liquido da essa.  Tali oscillazioni si producono con l’instaurarsi di un regime di atomizzazione  utilizzando energia cinetica.

Tale energia  può essere ; quella tenuta del getto di  liquido stesso, quella  posseduta dalla corrente gassosa che vi interagisce.

Un  altro sistema  è quello di fornire energia meccanica, per mezzo di dispositivi vibranti. In questo processo le forze capillari, legate alla tensione superficiale, e le forze inerziali, dovute alla velocità relativa tra le due fasi,  causano l’instaurarsi delle oscillazioni. La viscosità tende a ridurre le instabilità della struttura liquida, ritardandone la sua disgregazione, Ed aumentando le dimensioni delle strutture formatesi. Vanno considerati  i parametri  della  tensione superficiale, la densità  e la viscosità .

l’azione della tensione superficiale è quella di ridurre al minimo, la superficie della struttura liquida, l’atomizzazione tende ad aumentare la superficie stessa, quindi la tensione superficiale ( forza capillare) si oppone  ai cambiamenti di forma della superficie di interfaccia liquido-gas.  

Le forze di gravità sono prevalenti per  le  gocce o getti liquidi in caduta libera (gocciolamento), all’ aumento  invece della velocità iniziale con cui viene lanciata la goccia  (schizzo)o un  getto liquido nell’ambiente circostante, la forza di gravità produce minore influenza  nel fenomeno della atomizzazione.

L’aumento delle dimensioni delle gocce è dovuto alla forza della tensione superficiale, quindi nei liquidi con maggiore tensione superficiale le gocce cominciano a formarsi  distanza minore dal foro d’uscita rispetto agli altri. Nei liquidi molto viscosi il principale antagonista della tensione superficiale è l’effetto dissipativo anziché l’inerzia, la formazione delle gocce è determinata dalla risultanza della combinazione di tre fattori: la tensione superficiale, l’inerzia e la viscosità.

Una goccia di sangue si definisce in caduta libera quando è soggetta esclusivamente alla forza di gravità, senza calcolare resistenza dell’aria. Il moto di caduta libera include un’accelerazione costante, di circa  g = 9.81 m/s²,  e un aumento della velocità linearmente nel tempo. Le equazioni del moto in caduta libera sono simili a quelle del moto rettilineo uniformemente accelerato, ma considerando  g con  come accelerazione.

Quando invece lo schizzo di sangue viaggia verso l’alto con una velocità iniziale di V0 subisce un accelerazione negativa per l’azione della forza di gravità, che riduce la velocità fino ad un punto di massima altezza, dove si riduce a 0, e quando lo schizzo torna a cadere verso il basso, accelera e raggiunge la velocità iniziale ma nella direzione opposta ovvero di caduta.

Le traiettorie degli schizzi di sangue in alcuni studi del 2011 presso la Washington State University, sono stati paragonati al moto del proiettile includendo forza di  gravità e resistenza dell’aria , dalle traiettorie tese tracciate per determinare il punto di origine si evidenzia una stima dell’altezza superiore rispetto a quella delle traiettorie paraboliche.

Questi esperimenti e quelli condotti da Laan presso l’Università di Amsterdam hanno portato ad una riduzione di errore  di un valore pari a circa 8% ,mentre i metodi lineari non si sono molto discostati dalla percentuale alta di 42% di errore sulla stima del punto di origine del pattern.

Sono stati condotti numerosi studi utilizzando un sostituto sintetico del sangue (FBS) per lo studio dell’area di origine, su traiettoria lineare i risultati hanno mostrato stime ritenute comparabili con il sangue naturale, ma con risultati sempre riportati agli standard di laboratorio non tenendo quindi in piena considerazione tutte le variabili che possono essere tantissime.

Le tolleranze di errore non sono quindi state standardizzate.

Le conclusioni che si traggono sono spesso soggettive a causa delle numerose variabili coinvolte, spesso le analisi si basano sull’interpretazione delle prove. I numerosi software in commercio e open source per calcolare la traiettoria delle gocce di sangue, che in realtà forniscono una stima dell’Area di Origine, calcolata mediante misurazione degli schizzi ellittici e direzionali basandosi principalmente su traiettorie lineari. Gli standard forensi devono essere garantiti tramite validazione e revisione, la convalida fornisce garanzia dell’affidabilità del metodo.

Tutte le conclusioni tratte dai calcoli dell’Area di Origine, devono essere accurate ma interpretate con la consapevolezza dei limiti derivanti dalle sperimentazioni. La convalida richiede la descrizione dell’applicabilità della procedura, negli standard europei devono essere anche accompagnati da un rapporto di verosimiglianza, con due o più proposizioni reciprocamente conclusive. Le limitazioni devono essere chiare e riportate con trasparenza.

Negli Stati uniti lo standard Daubert è utilizzato in ambito forense, anche nei tribunali federali, per la determinazione della metodologia forense.

Anche lo SWGSTAIN (Working Group on Bloodstain Pattern Analysis) specifica requisiti simili agli standard ANSI/ASB 072 e Daubert. Nel calcolo della traiettoria deve essere inclusa la gravità e la resistenza dell’aria oltre alle caratteristiche delle gocce. È necessario inserire il volume e la velocità di impatto di ciascuna macchia di sangue, le metodologie dei fili o della tangente considera come tese le traiettorie delle gocce, con il rischio di una sovrastima dell’altezza nella collocazione dell’area di origine, molti studi calcolano il volume iniziale della macchia, considerando le gocce più piccole adiacenti e il numero delle spine formatosi intorno.

Uno studio interessante ha determinato il volume iniziale di una macchia prima della sua scomposizione, dopo che sia essiccata, l’acqua evapora e rimangono i globuli rossi, il valore di essiccazione aumenta linearmente ai valori dell’ematocrito. Dalla misurazione della larghezza di una macchia ellittica e al suo volume all’origine, si può determinare con buona approssimazione la velocità di impatto di ciascuna.

Misurando l’angolo direzionale, l’angolo di impatto, e volume. Tornando però alle possibili variabili intrinseche ed estrinseche del sangue, ci può essere una differenza dell’evaporazione della componente liquida in base alle differenti condizioni climatiche che non sono standard come nel laboratorio e alle differenti proporzioni della variabilità individuale e composizione del sangue.

Anche i valori dell’ematocrito variano e di conseguenza varia il rapporto dei parametri dell’essiccazione della goccia, in modo direttamente proporzionale, all’aumentare del primo aumenta anche il rapporto del secondo.

Questo studio ammette la possibilità di errore proprio per la frammentazione delle gocce dopo il punto di origine, e la parziale se pur minima dispersione in volo.

Le differenze dei vari metodi; seppur con limiti che al momento non sembrano del tutto superabili a causa delle innumerevoli variabili, consentono ugualmente una stima accurata con un errore che viene considerato trascurabile ai fini della stima del punto di origine dello spattern.

Nuove sperimentazioni si stanno dirigendo lo studio delle macchie di sangue dirette verso il basso, e non di proiezione su una superficie verticale. Lo studio è più complicato dovendo considerare l’influenza maggiore della forza di gravità, ma possono dare nozioni importanti per determinare con maggiore esattezza la posizione della vittima al momento dell’impatto.

Si pone la necessità di implementare gli studi della fluidodinamica in modo specifico e non solo comparativo del sangue con gli altri fluidi.

L’analisi studio della formazione delle macchie di sangue; va suddiviso come una consecuzione di eventi concatenati, che iniziano con delle forze fisiche, tramite leggi della fisica e della dinamica, e la conseguenza di formazione degli spattern determinata da eventi.

Formazione delle gocce, schizzi, la loro traiettoria nell’aria, l’impatto con la superficie e la formazione della configurazione delle macchie.

Tutto questo va analizzato secondo una ricostruzione a ritroso dalla configurazione finale alla traiettoria fino al punto di origine.

Si pone un problema importante, anche se determinato con buona approssimazione con indice di errore trascurabile la posizione della vittima, la determinazione della causa non può spesso essere certa.

Compatibili tipologie di macchie; possono essere state prodotte da meccanismi diversi. La discussione della BPA come scienza, si poggia sulle basi della fisica, le innumerevoli variabili citate, si pongono nella sperimentazione come a un problema di complessità computazionale legato ai calcoli matematici. La differenza delle superfici di impatto è una tra queste variabili da considerare con attenzione.

Come le caratteristiche dei materiali, delle superfici, le caratteristiche di assorbenza, durezza.

Causano deformazione delle forme standard attese nell’esame, tutto questo in associazione agli angoli di impatto, le inclinazioni, le resistenze dell’aria, il mezzo che lo ha causato contribuiscono a complicare tutto il quadro. La velocità di fuoriuscita del sangue dalla ferita nel corpo umano, può essere differente a secondo che esso provenga da arteria o da una vena, variandone anche la traiettoria più o meno tesa. Non c’è possibilità in oltre di replicare realisticamente la fuoriuscita di sangue dai tessuti umani specialmente microvascolari. Questo pone limiti alla validità pratica e teorica.

L’unica strada è l’implementazione di studi specifici che si concentrino su ognuno dei parametri da considerare.

Per sviluppare un approccio maggiormente quantitativo, e legato alla sperimentazione pratica.

Che devono rendere risultati coerenti, e spesso questo non accade.

Il rischio di bias confermativo è molto presente, ignorando elementi che vengono in contraddizione.

Nel campo operativo si è visto che si ottengono minori di incappare nei bias confermativi se si evita di fornire agli operatori di BPA minori informazioni contestuali ritenute irrilevanti.

La BPA negli ultimi anni ha in sostanza fatto molti passi avanti al pari con i progressi legati alla tecnologia, con il contributo di questi supporti, sullo studio del comportamento “scientificamente riconosciuto” del sangue, non su supposizioni o inferenze. I risultati ottenuti sono sicuramente validi per confermare e supportare le risultanze delle altre discipline forensi, applicate nell’indagine degli avvenimenti criminosi o casuali.

Il limite ancora presente è legato come esposto; all’impossibilità al momento di prevedere ed analizzare tutte le variabili possibili intrinseche ed estrinseche, dovendo accettare un errore se pur minimo di approssimazione.

Le sperimentazioni in atto legate soprattutto all’evoluzione tecnologica dell’intelligenza artificiale sembrano promettere la possibilità di maggior controllo su queste numerose variabili, che dovranno essere adattate e confrontate di volta in volta sull’evento specifico, necessitando però alla base di una solida standardizzazione.

Lo scopo finale è tenere sempre in considerazione i limiti specifici della materia, con onestà intellettuale, ed illustrare chiaramente i possibili errori; senza cadere in approssimazioni o eccessiva standardizzazione dei dati, considerati come certi; e applicarli a tutte le situazioni, che riguardano le ricostruzioni degli eventi legati alla BPA.

Conoscere i punti deboli e forti di una disciplina può sicuramente contribuire ad attribuirle maggior credibilità e scientificità quando esposta nei tribunali.

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