Линейные, весовые и объемные параметры плюсневых костей мужской стопы

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ / RESEARCH ARTICLES (3).1061

(3).1061

Изучение морфологической изменчивости скелета человека остается одной из фундаментальных задач современной антропологии и судебной медицины [1–3]. Особое значение приобретают исследования костей посткраниального скелета, которые нередко являются единственным материалом, доступным для экспертизы в случаях массовых катастроф, криминальных захоронений или археологических раскопок [4]. Стопа, как дистальный отдел нижней конечности, несет на себе отпечаток как генетически запрограммированных процессов роста и развития, так и влияния функциональных нагрузок в онто- генезе [5–6]. Однако, в отличие от кисти, стопа в меньшей степени подвержена тонкой специализации отдельных лучей, что позволяет рассматривать ее кости как относительно «нейтральные» в функциональном отношении и, следовательно, более информативные для оценки морфологический особенностей индивида, обусловленных процессами морфогенеза [3, 7].

Плюсневые кости (ossa metatarsalia [I–V]) представляют собой типичные короткие трубчатые кости, каждая из которых имеет тело (сorpus), основание (basis) и головку (caput). Их морфогенез контролируется сложным каскадом генети- ческих регуляторных механизмов, среди которых ключевую роль играют гомеозисные гены (Hox-гены), определяющие план строения конечностей у всех позвоночных [6, 8]. Экспериментальные данные свидетельствуют, что именно Hox-гены задают количество лучей и их базовые пропорции, тогда как модулирующее влияние на окончательные размеры оказывают половые стероиды, особенно андрогены, в критический период внутриутробного развития [8–9]. Это объясняет существование половых особенностей в строении стопы, который может быть зафиксирован остеометрически [10–11].

Несмотря на очевидную значимость, плюсневые кости долгое время оставались на периферии антропологических исследований, уступая место исследованию более крупных костей (таранной, пяточной) [1, 12]. Имеющиеся работы фокусируются преимущественно на длине плюсневых костей как на предикторе общего роста, тогда как поперечные размеры, объем и плотность костной ткани изучены фрагментарно [13–16]. Кроме того, большинство публикаций основано на рентгенографических данных живых лиц, что не позволяет напрямую экстраполировать результаты на сухие костные препараты [17–19].

Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется необходимостью создания детальных остеометрических стандартов для плюсневых костей на паспортизированном остеологическом материале [20–22].

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью работы явилось изучение изменчивости линейных, весовых и объемных параметров плюсневых костей мужской стопы и выявление статистически значимых закономерностей их распределения по лучам.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа выполнена на базе паспортизированной остеологической коллекции кафедры общей и клинической морфологии медицинского факультета Ульяновского государственного университета, полученной при выполнении гранта

Российского фонда фундаментальных исследований № 08-04-99059 «Биоинформационная модель этнических, возрастных и идентификационных особенностей конечностей жителей Среднего Поволжья». Коллекция сформирована в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации и правилами работы с анатомическими препаратами. Было отобрано 50 мужских правых стоп лиц в возрасте от 20 до 70 лет с полной сохранностью всех пяти плюсневых костей. Критерием исключения служили макроскопически видимые следы травм, дегенеративных изменений или аномалий развития.

После отбора стоп производилась анатомическая экзартикуляция пальцев, их маркировка, проведение длительной мацерации в горячей проточной воде до полного отделения мягких тканей, затем кости обезжиривались в спиртэфирной смеси (спирт и эфир в равных частях) и высушивались в вытяжном шкафу при комнатной температуре. Были проведены измерения цифровым штангенциркулем ШЦЦ-1-150-0,01 с точностью 0,01 мм по модифицированной авторской методике, в которой все измеряемые по классическому протоколу Мартина–Саллера механическим скользящим циркулем параметры, идентифицированы исключительно как проекционные размеры (1), соответствующим образом модифицированы (2) и адаптированы к использованию современного цифрового штангенциркуля (3) [20–21]. На рис. 1 изображены использованные в работе остеометрические параметры в виде проекций на микрофотографии плюсневой кости I пальца стопы. Для каждой плюсневой кости (I–V) фиксировали следующие параметры: костная длина, КД (bone length, BL) – расстояние от середины верхнего края суставной поверхности основания до наиболее дистальной точки головки в сагиттальной плоскости; ширина диафиза, ШД (width of the diaphysis, WD) – наименьшая ширина тела кости на уровне середины, измеренная во фронтальной плоскости; высота диафиза, ВД (height of the diaphysis, HD) – наименьшая высота тела кости на уровне середины, измеренная в сагиттальной плоскости;

ширина основания, ШО (base width, BW) – расстояние между наиболее выступающими медиальной и латеральной точками суставной поверхности основания; высота основания, ВО (base height, BH) – расстояние между тыльной и подошвенной точками основания перпендикулярно его суставной поверхности; ширина головки, ШГ (head width, HW) – максимальный поперечный размер суставной поверхности головки; высота головки, ВГ (head height, HH) – максимальный дорсо-плантарный размер суставной поверхности головки (Hyer et al., 2004). Массу кости в г определяли на электронных весах «BS-100 Touchscreen» (American Weigh Scales, Inc., США) с точностью 0,01 г. Объем (см³) измеряли методом погружения в градуированный цилиндр с дистиллированной водой (t = 20 °С) с фиксацией нижнего мениска (точность 0,05 мл). Плотность (г/см3) рассчитывали, как отношение массы к объему [23].

Рис. 1. Проекция остеометрических параметров на фотоизображения I плюсневой кости

Fig. 1. Projections of osteometric parameters onto photographs of the first metatarsal bone

Данные обрабатывали в пакете OriginPro 2024 (OriginLab Corporation, USA). Рассчитывали среднюю арифметическую (M), стандартное отклонение (σ), стандартную ошибку средней (m), коэффициент вариации (CV = σ/M × 100%). Проверку нормальности распределения проводили с использованием Shapiro-Wilk W Test. Для оценки группы лучей одного номера плюсневых костей применяли однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с апостериорным критерием Bonferroni. Корреляционная таблица остеомет-рических показателей построена на основе корреляции Pearson (r). Критический уровень значимости принимали p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты описательной статистики для всех изученных параметров представлены в таблице 1. Наибольшая костная длина зафиксирована у II плюсневой кости (72,7 ± 0,81 мм), что достоверно превышает длину I (60,5 ± 0,81 мм) и V (63,4 ± 0,68 мм) костей (p < 0,05). Минимальная длина характерна для I кости. Ранжированный ряд по убыванию длины имеет вид: II > III > IV > > V > I. Коэффициент вариации длины минимален для IV кости (7,2%), что свидетельствует о стабильности этого признака, и максимален для I кости (9,1%). Полученные данные согласуются с результатами других авторов, отмечающих наибольшую длину II плюсневой кости в различных популяциях [11, 24–26].

Ширина диафиза (ШД) максимальна у I плюсневой кости (12,7 ± 0,41 мм), минимальна – у II (6,9 ± 0,29 мм). Ранжированный ряд по убыванию ширины имеет вид: I > V > IV > III = II. Коэффициент вариации ШД колеблется от 21,1% (I кость) до 30,4% (IV кость), указывая на умеренную изменчивость. Высота диафиза (ВД) также доминирует у I кости (13,2 ± 0,40 мм), наименьшие значения отмечены у III кости (7,4 ± 0,27 мм). Примечательно, что ВД II кости варьирует наиболее сильно (CV = 33,1%), что, вероятно, отражает функциональную вариабельность этой опорной точки переднего отдела стопы [6, 27].

Ширина основания I плюсневой кости (26,4 ± 0,97 мм) почти вдвое превышает аналогичные показатели остальных костей (от 10,9 мм на IV до 14,9 мм на II). Ранжированный ряд убывания ширины основания имеет вид: I > II > V > > III > IV. Высота основания также максимальна на I кости (25,3 ± 0,58 мм) и снижается к IV (16,4 ± 0,52 мм), с небольшим подъемом на V (17,6 ± 0,45 мм). Эти данные соответствуют на-

Таблица 1. Остеометрические показатели мужских плюсневых костей стопы человека (M ± m, n = 50)

Table 1. Osteometric parameters of the male metatarsal bones of the human foot (M ± m, n = 50)

Признак	Порядковый номер плюсневой кости
	I	II	III	IV	V
Костная длина (мм)	60,51 ± 0,81	72,71 ± 0,81	68,10 ± 0,69	66,44 ± 0,71	63,40 ± 0,68
Ширина диафиза (мм)	12,72 ± 0,41	6,90 ± 0,29	7,12 ± 0,26	7,41 ± 0,33	8,52 ± 0,36
Высота диафиза (мм)	13,20 ± 0,40	8,32 ± 0,41	7,44 ± 0,27	8,10 ± 0,36	8,82 ± 0,33
Ширина основания (мм)	26,44 ± 0,97	14,91 ± 0,49	12,74 ± 0,38	10,91 ± 0,33	14,61 ± 0,29
Высота основания (мм)	25,32 ± 0,58	19,72 ± 0,54	18,53 ± 0,46	16,43 ± 0,52	17,63 ± 0,45
Ширина головки (мм)	21,71 ± 0,60	10,23 ± 0,38	8,51 ± 0,29	8,41 ± 0,34	9,12 ± 0,37
Высота головки (мм)	20,54 ± 0,53	14,54 ± 0,45	13,80 ± 0,40	13,52 ± 0,42	12,24 ± 0,44
Масса (вес) (г)	8,93 ± 0,37	5,31 ± 0,18	4,21 ± 0,13	4,22 ± 0,12	4,53 ± 0,19
Объем (см3)	9,51 ± 0,44	4,20 ± 0,13	3,62 ± 0,11	3,34 ± 0,09	4,30 ± 0,16
Плотность (г/см3)	0,92 ± 0,02	1,31 ± 0,03	1,24 ± 0,03	1,30 ± 0,03	1,14 ± 0,03

блюдениям о большей массивности первой плюсневой кости как основного опорного элемента переднего отдела стопы [23, 28]. Как ширина, так и высота головки закономерно убывают от I к V лучу, хотя для ширины головки V кости (9,1 ± 0,37 мм) отмечено несколько более высокое значение, чем для IV (8,4 ± 0,34 мм). Ранжированный ряд по убыванию ширины головки имеет следующий вид: I > II > V > III > IV; ряд высоты: I > II > III > IV > V. Коэффициенты вариации размеров головки (18–28%) сопоставимы с таковыми для диафиза.

Масса и объем костей максимальны у I плюсневой кости (8,9 ± 0,37 г и 9,5 ± 0,44 мл соответственно) и минимальны у IV (4,2 ± 0,13 г и 3,3 ± 0,09 мл). Объем V кости (4,3 ± 0,16 мл) несколько превышает объем II (4,2 ± 0,13 мл). Коэффициенты вариации массы и объема составляют от 19,8% до 31,6%, что указывает на значительную меж-индивидуальную изменчивость этих показателей. Полученные значения массы и объема могут быть использованы для оценки минеральной насыщенности и биомеханических свойств костей [29].

Результаты дисперсионного анализа по апостериорному критерию Бонферрони. Статистически значимые различия (p < 0,05) между большинством сравниваемых пар костей подтверждены для всех параметров. Исключения составили пары, для которых различия не достигали уровня значимости: длина плюсневых костей: I и

V (p = 0,06), III и IV (p = 1,0); ширина диафиза: II, III, IV (p = 1,0); высота диафиза: II и III (p = 0,79); ширина основания: III и IV (p = 0,21); высота основания: II и V (p < 0,05); ширина головки: II и V (p = 0,66), III и IV (p = 1,0); высота головки: II и IV (p = 0,90), III и IV (p = 1,0); масса: II и V (p = 0,05), III и IV (p = 1,0); объем: II и III (p = 0,56).

Особого внимания заслуживает параметр плотности. Установлено, что плотность I (0,95 г/см³) и V (1,1 г/см³) костей статистически значимо ниже, чем плотность II–IV костей (1,2–1,3 г/см³, p < 0,05), при этом различия между I и V незначимы (p = 0,09). Это указывает на меньшую минерализацию краевых лучей стопы, что может быть связано с их биомеханической ролью [29, 30].

Также, был проведен линейный корреляционный анализ Пирсона остеометрических параметров плюсневых костей. Проведенный корреляционный анализ позволил выявить ряд статистически значимых взаимосвязей между линейными параметрами плюсневых костей и наглядно представить «корреляционные образы» взаимосвязей их остеометрических параметров. Результаты корреляционного анализа позволили дать интегративную оценку структуре, направленности и величине линейных взаимосвязей исследованных параметров (табл. 2).

Для I плюсневой кости выявлены выраженные положительные корреляции между несколькими параметрами. Установлена высокая корреляция между шириной головки и высотой основания (r = 0,88, p < 0,05). Также отмечена сильная связь между шириной головки и шириной основания (r = 0,86, p < 0,05). Значимая положительная корреляция обнаружена между высотой головки и шириной диафиза (r = 0,85, p < 0,05), а также между высотой диафиза и шириной головки (r = 0,83, p < 0,05). Кроме того, выявлена высокая корреляция между костной длиной и шириной диафиза (r = 0,82, p < 0,05).

Для II плюсневой кости характерны выраженные взаимосвязи между параметрами диафиза и головки. Установлена высокая корреляция между шириной диафиза и шириной головки (r = 0,84, p < 0,05). Также выявлена сильная корреляционная связь между шириной головки и высотой головки (r = 0,83, p < 0,05). Отмечена значимая корреляция между шириной диафиза и высотой головки (r = 0,82, p < 0,05). Кроме того, наблюдается высокая корреляция между шириной диафиза и высотой основания (r = 0,80, p < 0,05).

Для III плюсневой кости выявлены наиболее выраженные корреляционные связи среди всех исследованных костей. Установлена очень высокая корреляция между шириной диафиза и высотой основания (r = 0,92, p < 0,05). Также выявлена сильная корреляция между шириной основания и высотой основания (r = 0,90, p < 0,05). Высокая корреляция отмечена между шириной диафиза и высотой диафиза (r = 0,88, p < 0,05), а также между высотой диафиза и шириной основания (r = 0,86, p < 0,05). Кроме того, установлена сильная связь между шириной основания и шириной головки (r = 0,85, p < 0,05).

Для IV плюсневой кости также выявлены значимые положительные корреляции между параметрами диафиза и головки. Установлена высокая корреляция между шириной головки и высотой диафиза (r = 0,87, p < 0,05). Также отмечена сильная связь между шириной головки и шириной диафиза (r = 0,86, p < 0,05). Значимая корреляция выявлена между высотой основания и шириной головки (r = 0,84, p < 0,05), а также между высотой диафиза и шириной основания (r = 0,83, p < 0,05).

Таблица 2. Значения коэффициентов корреляции остео-метрических показателей

Table 2. Values of correlation coefficients of osteometric parameters

Кости плюсны	Остеометрические показатели
		Д	ШД	ВД	ШО	ВО	ШГ	ВГ
I	Д		0,74	0,57	0,62	0,64	0,78	0,76
	ШД	–		0,73	0,78	0,75	0,90	0,85
	ВД	–	–		0,79	0,49	0,76	0,72
	ШО	–	–	–		0,68	0,83	0,81
	ВО	–	–	–	–		0,80	0,69
	ШГ	–	–	–	–	–		0,86
	ВГ	–	–	–	–	–	–
II	Д		0,71	0,61	0,59	0,61	0,60	0,72
	ШД	–		0,82	0,82	0,75	0,85	0,83
	ВД	–	–		0,76	0,65	0,79	0,70
	ШО	–	–	–		0,67	0,82	0,76
	ВО	–	–	–	–		0,68	0,85
	ШГ	–	–	–	–	–		0,82
	ВГ	–	–	–	–	–	–
III	Д		0,50	0,48	0,49	0,57	0,48	0,59
	ШД	–		0,82	0,82	0,84	0,86	0,82
	ВД	–	–		0,84	0,90	0,84	0,91
	ШО	–	–	–		0,86	0,90	0,86
	ВО	–	–	–	–		0,84	0,92
	ШГ	–	–	–	–	–		0,88
	ВГ		–	–	–	–	–
IV	Д		0,51	0,61	0,45	0,62	0,42	0,57
	ШД	–		0,78	0,70	0,80	0,86	0,78
	ВД	–	–		0,68	0,87	0,81	0,84
	ШО	–	–	–		0,71	0,73	0,69
	ВО	–	–	–	–		0,76	0,83
	ШГ	–	–	–	–	–		0,82
	ВГ		–	–	–	–	–
V	Д		0,51	0,30	– 0,02	0,45	0,49	0,53
	ШД	–		0,40	0,25	0,34	0,74	0,71
	ВД	–	–		– 0,06	0,53	0,65	0,78
	ШО	–	–	–		– 0,23	0,26	0,06
	ВО	–	–	–	–		0,38	0,51
	ШГ	–	–	–	–	–		0,83
	ВГ		–	–	–	–	–