Факторный анализ в доказательстве наличия латентной системной асимметрии контрлатеральных сегментов скелета на примере бедренной кости собаки

Яшина И.Н., Иванов А.В., Клявс Ю.П., Солин А.В. Факторный анализ в доказательстве наличия латентной системной асимметрии контрлатеральных сегментов скелета на примере бедренной кости собаки// Морфологические ведомости.- 2017.- Том 25.- № 2.- С. 43-47. (25).02.07

Yashina IN, Ivanov AV, Klyavs YP, Solin AV. Factor analysis in the proof of the latent systematic asymmetry in the contralateral skeletal segments on the example of the canine femur. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological Newsletter. 2017 Jun 30;25(2):43-47. (25).02.07

Введение. Состоянию здоровья животных, обитающих рядом с человеком, в настоящее время уделяется большое внимание. В большинстве европейских стран, включая Россию допускным критерием к племенному разведению является отсутствие дисплазии крупных суставов, как правило, выявляемое при рентгенологическом исследовании тазобедренного сустава собак старше 12-ти месяцев. Тем не менее, в работах, посвященных изучению коксартроза у собак, описывается только общая анатомия бедренной кости, не акцентируется степень развития её отдельных структур, участвующих в осуществлении движений в тазобедренном суставе (далее - ТБС), отсутствует информация о билатеральных различиях анатомических структур правой и левой бедренной кости и их величине [1-4]. При этом, достаточно полно описаны варианты движений животных, предприняты попытки анализа механизма передачи силовых нагрузок на нижележащие отделы. Эксперты-кинологи считают, что при нормальном развитии ТБС, оси задних конечностей параллельны друг другу и силовая нагрузка передается на второй палец стопы. В состоянии покоя около 40% массы тела приходятся на задние лапы, а при движении нагрузка на них увеличивается. Известно, что при ходьбе и беге задние конечности совершают маятникообразные движения с большой амплитудой качания без боковых колебаний [5-7]. Анализ кинематики задних конечностей собак указывает на неравномерность двигательного толчка в начальную фазу галопа. Даже при практически одновременном касании земли в завершающую фазу галопа одна из задних лап отстает от другой на половину следа [8-12]. Учитывая взаимосвязь формы костей конечностей с выполняемой функцией, наряду с функциональной асимметрией, следует предполагать наличие структурной асимметрии контрлатеральных костей задних конечностей собаки. В ряде исследований показано наличие значимых взаимосвязей между структурной и функциональной асимметрией конечностей [13], в морфологии билатеральную асимметрию принято измерять только на основе величины и коэффициентов различий соответствующих морфометрических показателей [14].

Цель работы - доказать наличие латентной системной асимметрии в контрлатеральных бедренных костях собак.

Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на мацерированных бедренных костях 39-ти половозрелых беспородных собак, средней массой 10,68±0,24 (от 10 до 12) кг без признаков развития дегенеративнодистрофических заболеваний скелета и иных заболеваний, влияющих на морфологию задних конечностей, полученных от животных, усыпленных в ветеринарной клинике № 1 г. Курска по показаниям. С помощью цифрового штангенциркуля и транспортира на бедренных костях были измерены линейные и угловые размеры костных структур, участвующие в фиксации мышц, передающие массу тела животного на нижележащие отделы скелета и определяющие объём движения в суставах. Известно, что бедренная кость собаки состоит из диафиза, проксимального и дистального эпифизов и имеет краниальную и каудальную поверхности. Проксимальный эпифиз имеет головку, шейку, большой и малый вертелы, вертлужную ямку, межвертельный гребень. Дистальный эпифиз содержит латеральный и медиальный мыщелки и межмыщелковую ямку [15-16]. Головка бедренной кости имеет полушаровидную форму и выступает над большим вертелом. К нему вверху прикрепляются грушевидная (разгибает ТБС) и средняя ягодичная мышцы (разгибает и отводит бедро), латерально книзу - поверхностная ягодичная мышца (пронирует и разгибает ТБС). На краниальной поверхности большого вертела фиксируется глубокая ягодичная мышца (отводит конечность в ТБС). В вертлужной ямке между шейкой бедра и большим вертелом прикрепляются запирательные и близнецовые мышцы. Они супинируют ТБС. На краниальной поверхности шейки в центре межвертельной линии прикрепляется капсулярная мышца тазобедренного сустава (сгибатель ТБС). На каудальной поверхности к малому вертелу прикрепляется подвздошно-поясничная мышца (сгибает ТБС и супинирует конечность, выводит вперёд заднюю конечность). Выше малого вертела на межвертельном гребне прикрепляется квадратная мышца бедра (разгибает и супинирует ТБС). В подвертельной зоне на краниальной поверхности диафиза медиально и латерально прикрепляются латеральная, промежуточная и медиальная головки четырехглавой мышцы бедра. Она разгибает коленный сустав. На каудальной поверхности диафиза прикрепляется гребешковая мышца. Она сгибает, приводит и супинирует ТБС. Еще дистальнее, по шероховатой линии до медиального мыщелка фиксируются большая и малая приводящие бедро мышцы. Они приводят конечность. Над медиальным надмыщелком прикрепляется полуперепончатая мышца - разгибатель ТБС. В бедренных костях измеряемые параметры были разделены на параметры диафиза, проксимального и дистального эпифизов, угловые параметры. Параметры диафиза это: Дл - длина кости, измеренная от головки до плоскости, ограничивающей мыщелки; 0Д - передне-задний размер диафиза в средней трети, 0Дп - поперечный размер диафиза в средней трети. Параметры проксимального эпифиза: ПрПЭ - поперечный размер проксимального эпифиза, расстояние между большим вертелом и максимально выступающей точкой на головке бедренной кости, 0ГВ - верхне-нижний размер головки, 0ГП - поперечный размер головки, измеренный в сагиттальной плоскости, ДШВ - верхняя длина шейки бедренной кости, ДШН - нижняя длина шейки бедренной кости, ДШП - передняя длина шейки бедренной кости, ДШЗ - задняя длина шейки бедренной кости, МВР - расстояние между большим и малым ветрелами. Параметры дистального эпифиза: ПрДЭ - наружное межмыщелковое расстояние или поперечный размер дистального эпифиза, ШММЯ - внутреннее межмыщелковое расстояние или ширина межмыщелковой ямки, ДЛМ - сагиттальный размер латерального мыщелка, ДММ - сагиттальный размер медиального мыщелка. Кроме линейных были исследованы угловые параметры, образованные условными линиями, проходящими через оси диафиза, шейки и головки: ДШУ диафизарношеечный угол - угол между осями диафиза и шейки, КДУ кондилло-диафизарный угол - угол между осью диафиза и перпендикуляром к плоскости мыщелков, ТОР - угол торсии, измеряется в сагиттальной плоскости между плоскостью позади мыщелков и большого вертела и осью головки бедра при виде сбоку, АНТ - угол антеверсии, измеряется между осью шейки и мыщелками бедра во фронтальной плоскости. После определения параметров описательной статистики (среднего значения, среднего квадратичного отклонения, дисперсии, асимметрии и эксцесса) при отсутствии нормального распределения, нами были использованы методы непараметрической статистики и рассчитаны доверительные интервалы относительных значений (при а=0,05) по каждому параметру [17]. Для последующего анализа значения всех линейных параметров были переведены в относительные величины. За единицу измерения было принято значение поперечного размера диафиза в средней трети кости, что позволило учесть влияние массы тела на формирование бедренной кости [18].

Результаты исследования и обсуждение. Значения доверительных интервалов относительных значений линейных параметров и доверительные интервалы абсолютных значений угловых параметров представлены в таблице 1. Сравнение абсолютных и относительных значений линейных размеров показало отсутствие выраженной билатеральной асимметрии в строении бедренной кости. Отмечается несколько большая размерность доверительного интервала в группе относительных значений левых костей по сравнению с правыми, но перекрытие диапазонов доверительных интервалов не позволяет считать это сколько-нибудь достоверным. Тем не менее, отчетливо видно, что относительные размеры проксимального эпифиза превалируют над размерами дистального эпифиза, а форма головки бедренной кости приближена в правильной полусфере. Полученные данные объясняются тем, что формирование проксимального эпифиза бедренной кости собаки находится под влиянием работы мышц, фиксирующихся в области вертелов. Это группа экстензоров-флексоров и медиальной части подвертельной зоны - приводящие мышцы и четырехглавая мышца бедра. Межвертельный гребень при этом располагается в зоне изменения направления сил, действующих на кость. Геометрия шейки определяется не только передачей массы тела на нижний отдел конечности, но и ограниченностью отведения бедра собаки во время движения. ДШН достоверно больше, чем ДШВ, но в передне-заднем направлении размеры шейки практически одинаковы. Значение ДШУ было меньше или не отличалось от значений данного параметра, описанного другими исследователями [1, 2, 4]. Измеренные в настоящей работе параметры могут быть использованы для разработки способов витальных неинвазивных способов остеометрических измерений [19], что в свою очередь может существенно расширить практическое использование полученных в настоящей работе данных.

С целью изучения взаимозависимости исследуемых переменных и степени их участия в системной организации бедренной кости был проведен анализ ранговой корреляции Спирмена, отдельно для костей каждой стороны. Дальнейшему анализу и интерпретации были подвергнуты статистически значимые корреляции при p<0,05, составившие связи средней силы (0,60-0,69) и сильные (0,7 и выше) [17, 20]. Корреляционные связи, выявленные для правой и левой бедренных костей представлены в таблице 2. Наличие сильных корреляций между длиной и размерами шейки снизу и сзади, длиной и шириной межмыщелковой ямки средней силы могут свидетельствовать об одинаковом участии контрлатеральных бедренных костей в передаче массы тела на обе задние конечности и формировании плеч рычага с центром в межвертельной области. Корреляционная связь средней силы, обнаруженная между размерами головки и поперечным размером дистального эпифиза, поперечным размером проксимального эпифиза и шириной межмыщелковой ямки указывают на стабилизацию биомеханической системы - тазобедренный-коленный сустав и отсутствие в последнем боковых вращательных движений. Корреляции между параметрами эпифизов обеспечивают балансировку сил, передающихся через них. При анализе силы корреляционных связей обнаруживается тенденция к снижению значений силы корреляций Спирмена в группе левых костей как между размерами шейки длиной кости Дл-ДШВ и шириной межмыщелковой ямки ДШН-ШММЯ, так и внутри проксимального - ДШЗ-ДШП, ДШЗ-ДШН и дистального ДЛМ-ДММ эпифизов. При этом по ряду параметров (ШММЯ, ПрПЭ, ДШН), связанных с верхне-нижним размером головки обнаружено усиление связей. Это может свидетельствовать о начинающейся функциональной дифференциации задней конечности собаки.

Величина доверительных интервалов (при α=0,05) значений линейных параметров

Таблица 1

Таблица 2

Общие статистически значимые корреляционные связи, выявленные между исследуемыми параметрами внутри групп правосторонних и левосторонних препаратов

Примечание: R - сила связей в группе правой бедренной кости, L - сила связей в группе левой бедренной кости

С целью визуализации особенностей корреляционных связей изучаемых признаков в зависимости от принадлежности к стороне тела, были построены корреляционные плеяды, которые представлены на рис. 1. В группе препаратов правой стороны (рис. 1 – А) отмечается наличие связей между передне-задним размером головки и длинами мыщелков. Они, очевидно, свидетельствуют о балансе разнонаправленных сил полуперепончатой мышцы, фиксирующейся на медиальном мыщелке и мышц сгибателей скакательного - заплюсневого сустава, фиксирующихся на каудальной поверхности, преимущественно латерального, мыщелка. Связь межвертельного расстояния и длиной шейки сверху формируется под действием тяги ягодичных мышц - разгибателей ТБС. Расположение головки бедренной кости по отношению к диафизу в пространстве выражено корреляциями между диафизарно-шеечным углом и углом торсии головки. Отрицательная связь между углом торсии и размером дистального эпифиза может свидетельствовать об ограничении движений в ТБС за счет работы коленного сустава. В группе препаратов левой стороны (рис. 1 – Б) обнаружено увеличение числа связей между параметрами проксимального и дистального эпифизов, активно задействован латеральный мыщелок. Размер дистального эпифиза коррелирует с передней длиной шейки, межвертельным расстоянием и поперечным размером проксимального эпифиза. Это свидетельствует, в большей степени, о вовлечении левой бедренной кости в торсионные движения в ТБС и дополнительно подтверждается наличием отрицательных корреляций между диафизарно-шеечным углом и антеверсией шейки, антеверсией шейки и ее передней длиной.

Результаты факторного анализа [20] исследуемых параметров - линейных и абсолютных значений угловых величин в относительных единицах методом максимального правдоподобия (Maximum likelihood factors) с вращением Equamax normalized с учетом латерализации костей на основе корреляционной матрицы Спирмена (рис. 2), доказали наличие асимметрии факторов, влияющих на строение правой и левой бедренных костей собак.

Заключение. Перекрытие доверительных интервалов значений абсолютных и относительных величин линейных параметров указывает на отсутствие статистически значимых различий в строении контрлатеральных бедренных костей собак. По результатам факторного анализа выявлена асимметрия факторов, влияющих на строение бедренной кости в за-

Рис. 1. Корреляционные плеяды исследованных параметров бедренной кости. А – в выборке правых бедренных костей, Б – в выборке левых бедренных костей.

Рис. 2. Диаграмма результатов факторного анализа параметров в относительных единицах линейных и абсолютных значений угловых величин. Метод максимального правдоподобия с вращением Equamax normalized с учетом латерализации костей на основе корреляционной матрицы Спирмена.

симости от принадлежности к стороне туловища. Так, большую факторную нагрузку под действием первого фактора испытывают в препаратах правой стороны передне-задний размер головки, свидетельствующий о площади контакта между костями в тазобедренном суставе и длины мыщелков, отвечающие за амплитуду сгибания коленного сустава. Под действием второго фактора находятся параметры отвечающие за передачу массы тела (длина, длины шейки) и ограничение ротационных движений в коленном суставе (ширина межмыщелковой ямки). В выборке костей левой стороны большую факторную нагрузку под действием первого фактора испытывают поперечные размеры эпифизов, принимающие массу тела -межвертильное расстояние, являющееся местом изменения векторов мышц тазобедренного и коленного суставов и длины мыщелков, отвечающие за амплитуду сгибания в коленном суставеэ. Второй фактор оказывает влияние на диафизарно-шеечный угол. Корреляционный анализ Спирмена, проведённый с учетом принадлежности к правой и левой стороне тела выявил статистически достоверные связи средней силы (0,6-0,69) и сильные (0,7 и выше), присутствующие как в обеих группах, указывающие на общность строения бедренной кости независимо от принадлежности к стороне тела, так и определил наличие латентной асимметрии системного строения препаратов бедренной кости собаки. Использование метода построения корреляционных плеяд позволяет обнаруживать латентные отличия в организации гомологичных систем, вызванные действием одного или более факторов вследствие тонких функциональных отличий сравниваемых систем, не имеющих морфологических отличий, подтвержденных методами описательной и вариационной статистики.