Рентгено-морфометрические данные к взаимосвязи длины фаланг с длиной пальцев кисти человека

Ермоленко А.С. Рентгено-морфометрические данные к взаимосвязи длины фаланг с длиной пальцев кисти человека// Морфологические ведомости.- 2020.- Том 28.- № 4.- С. 25-30. (4):489

Ermolenko AS. Rontgen-morphometric data to the correlation of the phalanxes length with a length of human hands fingers. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological Newsletter. 2020;28(4):25-30. (4):489

Введение . Скелет пальцев среди других звеньев скелета кисти человека занимает особое положение, обусловленное адаптивным характером трансформации в процессе филогенетических преобразований [1-3]. Размеры и форма, а также прецизионное манипулирование имеют важное значение для реализации кистью такой функции как захват, что сыграло решающую роль в эволюции приматов в целом, и вида Homo sapiens, в частности [4-5]. В отличии от большинства млекопитающих у человека, также, как и у приматов в хватательных движениях верхних конечностей главная роль принадлежит пальцам кисти [6]. Метамеризованный скелет кисти характеризуется возрастающим в дистальном направлении количеством костных элементов придавая структурнофункциональную завершенность верхним конечностям [7]. Визуальному восприятию кисти как высокоорганизованной части тела человека, с ее билатеральной симметрией, пятилучевой и полисегментарной архитектурой, способствуют определенные пропорции отдельных ее элементов [8]. С биомеханической точки зрения скелет кисти человека организован как структура с оптимальной полисегментарной рычаговой конструкцией, в основе которой лежат принципы устойчивости механизма захвата [9-10]. Функциональная приоритетность кистей определяет видовые пропорциональности фаланг пальцев, которые подчинены закону равенства суммы линейных размеров между сопряженными по функции звеньями [11-13].

Цель исследования - изучить рентгено-морфометрическую изменчивость длины фаланг и их взаимосвязи с длиной пальцев кисти у человека.

Материалы и методы исследования. Объектом исследования явились паспортизированные рентгенограммы кистей 100 человек без аномалий развития, деформаций и костно-суставной патологии (50 мужчин и 50 женщин) из рентгеноанатомической базы данных кафедры анатомии человека Ульяновского государственного университета (Ульяновск, Россия). Средний возраст мужчин составлял 46,3±1,1 лет, средний возраст женщин 49,2±0,9 лет (М±m). Морфометрия рентгенограмм включала измерение длины I-V пальцев (расстояние между центром суставной площадки проксимального эпифиза проксимальной фаланги и наиболее удаленной от него точкой на дистальном эпифизе дистальной фаланги) их длины фаланг (расстояние между центром суставной площадки проксимального эпифиза и наиболее удаленной от него точкой на дистальном эпифизе фаланги). Все измерения в ходе морфометрии проводились стандартизированным штангенциркулем с минимальным делением шкалы в 1 мм и с точностью 0,1 мм. Предварительно выполнена проверка типа распределения выборок и удаление аномальных значений. Описательная статистика включала определение средней арифметической, ее ошибки, экстремальных значений. Для оценки различий между двумя группами наблюдений использован t-критерий. Для оценки различий между тремя и более группами использован дисперсионный анализ с проверкой гипотезы о равенстве дисперсий. В случае выявления статистически значимых различий между группами при соответствующих значениях критерия Фишера, отклоняющих гипотезу о принадлежности выборок к одной и той же совокупности, проводился post-hoc анализ специфики различий. Для выявления статистической взаимосвязи между количественными признаками использован параметрический коэффициент корреляции Пирсона. Оценка зависимости между количественными показателями проведена при помощи множественного регрессионного анализа. Классификация и группировка проводились при помощи кластерного анализа (методом полной связи, мера сходства – Евклидово расстояние).

Результаты исследования и обсуждение. Описательная статистика рентгеноморфометрических данных о длине отдельных фаланг и общей длины отдельных пальцев представлена в таблице 1. С учетом отсутствия статистически достоверных билатеральных различий длины между отдельными фалангами и пальцами (p>0,05) не зависимо от пола исходные данные для правых и левых кистей были объединены в одну группу. Показатели асимметрии и эксцесса находятся в интервалах от -0,41-0,39 и до -0,78-0,32, соответственно. Половые различия анализируемых показателей, как и следовало ожидать, ярко выражены и статистически достоверны (t=5,88-16,65, p<0,05). Полученные в ходе анализа значения сопоставимы с данными, полученными некоторыми авторами при изучении длин фаланг и пальцев, однако диапазон полученных ими значений длины несколько уже, что обусловлено меньшей точностью метода прямой антропометрии по тыльной поверхности пальцев кисти, который они использовали [14]. Вариабельность длины как для отдельных фаланг, так и для пальцев, возрастает к локтевому краю, что обусловлено более поздней закладкой последних по сравнению с пястными костями в процессе онтогенеза кисти [15].

Таблица 1

Значения рентгено-морфометрической длины фаланг и пальцев кисти в зависимости от пола в мм

	Пальцы	Пол	N	M±m	Min÷Max	CV%
Проксимальные фаланги	I	М	175	30,26±0,19	26,6–34	5,95
		Ж	169	27,75±0,2	22,5–32,2	6,51
	II	М	176	39,69±0,24	34,9–44,6	5,59
		Ж	167	37,75±0,24	32,7–43,5	5,85
	III	М	177	44,34±0,26	38,7–49	5,43
		Ж	171	42,06±0,29	35,9–48,9	6,31
	IV	М	177	41,57±0,23	36,15–45,75	5,17
		Ж	166	39,45±0,27	33,5–45	6,12
	V	М	178	32,64±0,22	28,2–36,75	6,27
		Ж	167	29,87±0,22	24,6–35	6,64
Средние фаланги	II	М	177	22,11±0,17	18,55–25,9	7,25
		Ж	171	20,89±0,16	17,3–25	7,15
	III	М	176	27,19±0,19	23,5–31,5	6,44
		Ж	171	25,57±0,23	20,4–31	8,16
	IV	М	174	26,08±0,18	22,35–29,5	6,33
		Ж	170	24,96±0,21	20,7–29,9	7,62
	V	М	173	18,24±0,16	14,85–22,4	8,23
		Ж	168	16,93±0,13	14–20,1	6,83
Дистальные фаланги	I	М	172	22,28±0,17	19–26	7,01
		Ж	167	19,54±0,15	15,9–23,4	6,83
	II	М	178	16,94±0,12	14,3–19,55	6,43
		Ж	167	15,54±0,1	13,1–18	6,04
	III	М	178	17,81±0,13	14,85–20,55	6,52
		Ж	170	16,33±0,14	13–19,3	7,84
	IV	М	173	18,22±0,12	15,5–21	6,29
		Ж	171	16,8±0,12	13,8–19,5	6,86
	V	М	167	16,45±0,13	13,7–19	7,24
		Ж	168	15,19±0,09	13,1–17,6	5,34
Пальцы	I	М	147	54±0,21	46,81–59,98	4,74
		Ж	151	48,68±0,21	42,4–54,93	5,38
	II	М	145	79,23±0,25	72,14–86,96	3,87
		Ж	151	75,49±0,32	65,79–83,88	5,17
	III	М	144	89,74±0,27	80,78–99,15	3,59
		Ж	150	85,22±0,41	71,47–96,27	5,96
	IV	М	144	86,47±0,27	79,2–94,78	3,74
		Ж	150	82,53±0,39	70,39–93,56	5,8
	V	М	146	67,83±0,26	60,72–74,82	4,57
		Ж	150	63,35±0,27	54,69–70,53	5,27

При сравнении длин фаланг каждого пальца в отдельности для кистей мужчин (F=542, 2-1222,4, p<0,05) и женщин (F=315-1340,7, p<0,05) установлены следующие закономерности: для проксимальных фаланг - III>IV>II>V>I, средних фаланг - III>IV>II>V, дистальных фаланг - I>IV>III>II>V. При сравнении длин каждого пальца в отдельности для кистей мужчин (F=3064, p<0,05) и женщин (F=2041,3, p<0,05) установлены следующие закономерности: III>IV>II>V>I, что соответствует пальцевой формуле высших приматов, как общего признака [1, 16].

По результатам анализа выявлено наличие ряда множественных, статистически высоко значимых различий в корреляционных матрицах показателей длины фаланг и пальцев кистей как у мужчин, так и женщин (табл. 2). У мужчин выявлена сильная корреляционная связь между длиной проксимальных фаланг и длиной I-V пальцами, между длиной средних и дистальных и соответствующих им пальцев выявлена умеренная корреляционная связь. В отличии от мужчин у женщин выявлена сильная корреляционная связь между длиной фаланг и длиной пальцев за исключением дистальных фаланг и V пальцев, для которых выявлена умеренная корреляционная связь. Такого рода половые различия в структурно-функциональной организации кисти, обусловленной конституциональными факторами, многими авторами прослежены в течение длительного периода онтогенеза [17-19].

Таблица 2

Значения статистически значимых коэффициентов корреляции Пирсона (r) рентгено морфометрических длин фаланг и пальцев кисти в зависимости от пола

Фаланги	Пол	Пальцы
		I	II	III	IV	V
Проксимальные	М	0,79	0,76	0,76	0,78	0,8
	Ж	0,9	0,94	0,91	0,96	0,95
Средние	М	–	0,66	0,7	0,72	0,64
	Ж	–	0,92	0,92	0,95	0,85
Дистальные	М	0,72	0,46	0,57	0,66	0,57
	Ж	0,83	0,77	0,77	0,85	0,69

Высокие значения коэффициентов корреляции между длиной пальцев и фаланг последних предполагают наличие линейной формы взаимосвязи изученных признаков. Взаимозависимость длины I пальца от длины отдельных фаланг имеет вид у мужчин П=1,22+1,02ПФ+0,99ДФ (ПФ ь =0,7, ДФ ь =0,6, p<0,05) и у женщин П=1,38+ПФ+ДФ (ПФ ь =0,64, ДФ ь =0,51, p<0,05), соответственно. Взаимозависимость длины II пальца от длины отдельных фаланг имеет вид у мужчин П=0,98ПФ+1,01СФ+0,99ДФ (ПФ ь =0,69, СФ ь =0,5, ДФ ь =0,32, p<0,05) и у женщин П=1,27+1,03ПФ+0,98СФ+0,97ДФ (ПФ ь =0,54, СФ ь =0,34, ДФ ь =0,22, p<0,05), соответственно. Взаимозависимость длины III пальца от длины отдельных фаланг имеет вид у мужчин П=0,99ПФ+1,03СФ+0,97ДФ (ПФ ь =0,69, СФ ь =0,52, ДФ ь =0,3, p<0,05) и у женщин П=1,62+0,99ПФ+1,02СФ+0,98ДФ (ПФ ь =0,46, СФ ь =0,39, ДФ ь =0,22, p<0,05), соответственно. Взаимозависимость длины IV пальца от длины отдельных фаланг имеет вид у мужчин П=1,56+0,96ПФ+СФ+1,03ДФ (ПФ ь =0,61, СФ ь =0,47, ДФ ь =0,34, p<0,05) и у женщин П=1,49+1,01ПФ+1,01СФ+0,97ДФ (ПФ ь =0,48, СФ ь =0,37, ДФ ь =0,21, p<0,05), соответственно. Взаимозависимость длины V пальца от длины отдельных фаланг имеет вид у мужчин П=1,01ПФ+1,02СФ+1,01ДФ (ПФ ь =0,64, СФ ь =0,46, ДФ ь =0,3, p<0,05) и у женщин П=1,2+ПФ+1,02СФ+0,98ДФ (ПФ ь =0,59, СФ ь =0,34, ДФ ь =0,21, p<0,05), соответственно. В ходе анализа установлено, что не зависимо от пола изменчивость длин фаланг как факторов, определяющих длину пальца, снижается в дистальном направлении в продольной оси и к локтевому краю в поперечной оси кисти. Полученные в результате регрессионного анализа математические модели свидетельствуют о высокой прогностической значимости рентгеноморфометрической длины отдельных фаланг пальцев кисти в контексте половой изменчивости и идентификации пола [20].

Структурная организация фаланг и пальцев кисти в зависимости от степени тесноты связи их длины представлена на рис. 1. Проксимальные фаланги организованы в три кластера: первый кластер представлен наиболее взаимосвязанными по длине фалангами II и IV пальцев, которые на следующем уровне агломерации с фалангами III пальцев формирует второй кластер. Третий кластер представлен фалангами I и V пальцев. Средние фаланги организованы в два кластера, один из которых представлен фалангами III и IV пальцев, другой кластер представлен фалангами II и V пальцев. Для дистальных фаланг и пальцев кисти характерна более сложная организация, в которой наиболее взаимосвязанные дистальные фаланги и соответствующие им III и IV пальцы представляют первый кластер, который на следующем уровне агломерации с фалангами и соответствующими им II-ми пальцами представляет второй кластер, который в свою очередь с дистальными фалангами и соответствующими им V пальцами формирует третий кластер с последующей агломерацией с фалангами и соответствующими им I-ми пальцами.

Дистальные фаланги

Пальцы

Рис. 1. Результаты кластерного анализа взаимосвязей рентгено-морфометрической длины отдельных фаланг и пальцев кисти, не зависимо от пола методом полной связи (мера связи - Евклидово расстояние).

Заключение. Таким образом, в результате проведенного исследования определена рентгено-морфометрическая изменчивость длины пальцев кисти человека их отдельных фаланг. Изменчивость длины как отдельных фаланг, так и пальцев возрастает от I пальца к V пальцу кисти. Рентгено-морфометрические длины фаланг и пальцев характеризуются независимо от пола закономерными формулами: длина проксимальных фаланг -III>IV>II>V>I, длина средних фаланг - III>IV>II>V, длина дистальных фаланг - I>IV>III>II>V, длина пальцев - III>IV>II>V>I. Степень взаимозависимости длины пальцев от длины отдельных фаланг как у мужчин, так и женщин снижается в дистальном направлении в продольной оси и к локтевому краю в поперечной оси кисти. Полученные данные могут использоваться при разработке инновационных анатомически обоснованных антропоморфных роботизированных манипуляторов, при антропологических реконструкциях, при идентификации в судебно-медицинской практике.

Автор заявляет об отсутствии каких-либо конфликтов интересов при планировании, выполнении, финансировании и использовании результатов настоящего исследования.