Механические свойства кости – прочность и упругость – обусловлены оптимальной комбинацией содержащихся в ней органических и неорганических веществ. Прочность зависит от макро- и микроскопического строения и состава костной ткани. В современной клинической практике в качестве основного показателя, определяющего прочность кости, используется уровень минерализации костной ткани. Однако на качество костной ткани также влияют такие факторы, как тканевая микроархитектоника, активность остеокластов и остеобластов, состояние органического матрикса и обменных процессов. Группы остеонов, располагаясь по линиям наибольших нагрузок, формируют костные перекладины губчатого вещества и костные пластинки компактного вещества костей. Необходимо учитывать, что в местах наибольших нагрузок, костные перекладины располагаются дугообразно (арочно). Арочные системы, наряду с трубчатыми, относятся к числу наиболее прочных. Таким образом, арочный принцип строения перекладин губчатого вещества костей обеспечивает высокую способность противодействию их механическим нагрузкам [1].
Высокая разрешающая способность, ставшая доступной с помощью существующих методов визуализации, в частности, компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии, а также использование новейших аналитических программ значительно повысило оценку костной архитектуры и ее роли в обеспечении прочности кости. Несмотря на это, на сегодняшний день изучение цитоархитектоники костной ткани носит исследовательский характер, но в будущем эти методы будут включены в клиническую практику, что приведет к персонализированному подходу к скринингу, мониторингу и лечению заболеваний костной системы [2].
Костные балки губчатого вещества костей расположены в определенных направлениях, по которым кость испытывает механическое напряжение. Влияние функциональной нагрузки на структурную организацию аппарата движения реализуется через механические воздействия, которые в норме являются ведущим движущим фактором приспособительной перестройки костей к различным условиям двигательной активности [3, 4]. Кости подвергаются физиологической перестройке, тем самым приводя к структурным изменениям аппарата движения. Различают нагрузки статические и динамические. Статическая нагрузка – нагрузка, действующая постоянно или медленно изменяющаяся во времени. Динамическая нагрузка – это переменное, изменяющееся во времени по величине и направлению силовое воздействие. Наибольшие структурные изменения в диафизах вызываются динамической нагрузкой на сгибание, а осевые механические воздействия в большей степени влияют на строение эпифизов [5]. Для современного населения характерна такая особенность как уменьшение физических нагрузок и двигательной активности. Снижение уровня мышечных затрат наряду с возрастающей стрессовой нагрузкой на организм приводит к значительному изменению образа жизни в пользу гиподинамии и формированию неблагоприятных факторов развития заболеваний сердечно-сосудистой и других систем органов [6]. Уровень двигательной активности, являясь результатом повседневной деятельности человека, носит индивидуальный характер, но, как правило, динамические нагрузки обусловлены работой и анатомо-физиологическими особенностями мышечной системы, что делает актуальным использование конституционального подхода в изучении костной ткани и кости в целом. Конституциональному подходу в работах современных исследователей по изучению морфологических особенностей организма уделяется большое внимание [7]. Соматотип человека как морфологическое выражение конституции является своеобразным индикатором состояния организма в целом и его отдельных органов и систем [8]. Костная система является взаимосвязанной с деятельностью всего организма и позволяет наиболее достоверно отразить морфологический облик человека. При этом вопросы конституциональных и функциональных особенностей внутренней структуры эпифизов длинных трубчатых костей мужчин на сегодняшний день остаются малоизученными.
Цель исследования: изучить внутреннюю структуру эпифизов костей проксимальных сегментов конечностей мужчин в зависимости от их морфотипа.
Материал и методы исследования
Материалом для исследования явились плечевые (98) и бедренные (98) кости от трупов мужчин первого периода зрелого возраста (21–35 лет) – архивный материал кафедры анатомии и гистологии человека КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого. Определение типа телосложения трупов мужчин осуществлялось по индексу полового диморфизма Дж. Таннера (индекс Таннера = 3 × размер акромиального диаметра (ширина плеч) — размер гребневого диаметра (ширина таза)) с учетом региональных особенностей анатомических характеристик мужчин [9, 10]. Для этого использовалась база данных по обследованию населения Восточной Сибири, в том числе и населения г.Красноярска и Красноярского края. Для оценки внутренней структуры костей скелета были сделаны рентгеновские снимки правых плечевых и бедренных костей трупов мужчин без видимых травматических повреждений опорно-двигательного аппарата и признаков острой и хронической патологии скелета (хронический артрит, множественная миелома). Рентгеновские снимки были выполнены на рентгенаппарате «УниКоРД-МТ» в жестких лучах. Для характеристики внутренней структуры костей исследовалась ячеистость проксимального и дистального эпифизов плечевых и бедренных костей. Внутренняя структура губчатого вещества оценивалась по трехбалльной системе и была разделена на мелкоячеистую, среднеячестую и крупноячеистую [11]. Для выявления функциональных особенностей в строении эпифизов костей использовали метод непараметрической статистики расчета критерия χ2 Пирсона в программе StatSoft Statistica v 10.0.
Результаты и их обсуждение
При анализе по индексу Д. Таннера (1968) мужчины распределились следующим образом: представители гинекоморфного морфотипа встречались в 21,5 %, мезоморфного – в 51 % и андроморфного – в 27,5 % случаев. Соотношение составляет: 1,0:2,4:1,3.
Внутренняя структура проксимальных эпифизов плечевой кости мужчин андроморфного типа телосложения представлена мелкоячеистой структурой (50 %). Средне- и крупноячеистая структуры занимают меньшую долю – 29 % и 21 % соответственно. Для дистальных эпифизов плечевой кости характерно довольно равномерное распределение, в 25 % случаев выявлена мелко-, в 33 % – среднеячеистая структуры, при этом все же прослеживается преобладание крупноячеистой структуры (42 %).
У мужчин мезоморфного морфотипа для проксимальных эпифизов плечевой кости характерно преобладание мелкоячеистой структуры (79 %) и значительное снижение по сравнению с представителями андроморфного морфотипа доли средне- и мелкоячеистой структуры – 17 % и 4 % соответственно. В строении дистальных эпифизов преобладает среднеячеистая структура (54 %). Крупноячеистая (33 %) и мелкоячеистая (13 %) составляют меньшую долю.
Проксимальные эпифизы плечевой кости у мужчин гинекоморфного типа телосложения характеризуются высокой долей мелкоячеистой структуры (92 %). Среднеячеистая структура составляет 8 %, а эпифизы с крупноячеистой структурой не выявлены. В строении дистальных эпифизов плечевой кости чаще выявлена среднеячеистая структура (71 %) за счет значительного уменьшения доли мелкоячеистой (29 %). Крупноячеистая структура в дистальных эпифизах плечевой кости мужчин гинекоморфного типа телосложения так же не была выявлена (0 %).
Таким образом, для проксимальных эпифизов плечевых костей характерна мелкоячеистая структура, причем прослеживается тенденция к увеличению доли таковой в ряду андроморф – мезоморф – гинекоморф. Для дистальных эпифизов у представителей андроморфного типа телосложения характерна одинаковая частота встречаемости вариантов ячеистости с дальнейшим увеличением доли среднеячеистой структуры у мужчин мезоморфного и гинекоморфного морфотипов (табл. 1).
Таблица 1
Внутренняя структура проксимальных и дистальных эпифизов плечевой кости мужчин различных морфотипов по Дж. Таннеру
|
Морфотип |
Отдел кости |
Мелкоячеистая структура |
Среднеячеистая структура |
Крупноячеистая структура |
|
Андроморфный |
Проксимальный эпифиз |
50 % |
29 % |
21 % |
|
Дистальный эпифиз |
25 % |
33 % |
42 % |
|
|
Мезоморфный |
Проксимальный эпифиз |
79 % |
17 % |
4 % |
|
Дистальный эпифиз |
33 % |
54 % |
13 % |
|
|
Гинекоморфный |
Проксимальный эпифиз |
92 % |
8 % |
0 % |
|
Дистальный эпифиз |
29 % |
71 % |
0 % |
Для проксимальных эпифизов бедренной кости мужчин андроморфного типа телосложения характерна крупноячеистая (53 %) и среднеячеистая (32 %) структуры. Мелкоячестая структура встречается в 10 % случаев. В структуре дистальных эпифизов крупноячеистая структура (63 %) встречается чаще за счет снижения доли среднеячеистой (32 %) и мелкоячеистой (5 %) структур.
Во внутренней структуре проксимальных эпифизов бедренной кости у представителей мезоморфного типа телосложения мелкоячеистая и крупноячеистая структуры встречаются с одинаковой частотой (41%). Среднеячеистая структура встречается в 18 % случаев. Внутренняя структура дистальных эпифизов бедренной кости мужчин мезоморфов характеризуется равномерным распределением мелкоячеистой (30 %), среднеячеистой (35 %) и крупноячеистой (35 %) структур губчатого вещества.
У представителей гинекоморфного типа телосложения для проксимальных эпифизов бедренной кости характерны мелко- (50 %) и среднеячеистая (39 %) структуры. В 11 % случаев выявлена крупноячеистая структура. В дистальных эпифизах доля среднеячеистой (50 %) и крупноячеистой (22 %) структур возрастает за счет уменьшения доли мелкоячеистой (28 %).
Таким образом, для внутренней структуры проксимальных эпифизов бедренных костей у мужчин андроморфного типа телосложения характерно крупноячеистое строение. У представителей мезоморфного и гинекоморфного морфотипов доля крупноячеистой структуры снижается за счет увеличения доли мелкоячеистого губчатого вещества. Для дистальных эпифизов бедренной кости представителей андроморфного морфотипа также характерна крупноячеистая структура, у лиц мезоморфного типа распределение равномерное, а для гинекоморфов характерно преобладание средней ячеистости (табл. 2).
Таблица 2
Внутренняя структура проксимальных и дистальных эпифизов бедренной кости мужчин различных морфотипов по Дж. Таннеру
|
Морфотип |
Отдел кости |
Мелкоячеистая структура |
Среднеячеистая структура |
Крупноячеистая структура |
|
Андроморфный |
Проксимальный эпифиз |
10 % |
37 % |
53 % |
|
Дистальный эпифиз |
5 % |
32 % |
63 % |
|
|
Мезоморфный |
Проксимальный эпифиз |
41 % |
18 % |
41 % |
|
Дистальный эпифиз |
30 % |
35 % |
35 % |
|
|
Гинекоморфный |
Проксимальный эпифиз |
50 % |
39 % |
11 % |
|
Дистальный эпифиз |
28 % |
50 % |
22 % |
При проверке статистических гипотез о влиянии функциональных особенностей кости на внутреннее строение губчатого вещества эпифизов кости методом расчета критерия χ2 Пирсона получили значения 36,239 и 1,403 для плечевой и бедренной костей соответственно. Сравнивая полученные значения критерия с критическим, можно сделать вывод, что для плечевой кости гипотеза подтвердилась (36,239 > 3,841 при уровне значимости p=0,05), следовательно, зависимость строения ячеистости губчатого вещества от функциональных особенностей эпифиза статистически значима. Для бедренной кости гипотеза не подтвердилась и влияние функции кости на внутреннее строение ячеистости губчатого вещества эпифизов статистически не значимо. (1,403 < 3,841 при уровне значимости p=0,05).
Среди особенностей строения эпифизов плечевой кости у представителей всех морфотипов можно выделить преобладание мелкоячеистой структуры в проксимальных эпифизах с последующим укрупнением до среднеячеистой и крупноячеистой в дистальных эпифизах. Это объясняется различной функциональной нагрузкой на проксимальный и дистальный эпифизы. Проксимальный эпифиз плечевой кости имеет опорную функцию, а дистальный – несет нагрузку руки как органа труда. Для эпифизов бедренной кости более характерна крупноячеистая структура у андроморфов, равномерное распределение у мезоморфов и преобладание мелкоячеистой структуры у гинекоморфов. Тенденция к укрупнению для эпифизов бедренной кости статистически не значима, что объясняется равномерным распределением нагрузки по протяжению бедренной кости.
Различия во внутреннем строении эпифизов плечевых и бедренных костей у представителей различных морфотипов указывают на влияние конституциональных особенностей на костную систему. Главным образом, изменения обусловлены физическими нагрузками на кость. Такие нагрузки являются результатом повседневной деятельности и тесно связаны с анатомо-физиологическими особенностями мышечной системы. Двигательная активность способствует поддержанию и совершенствованию механизмов регуляции внутренней среды организма и нормальному функционированию органов и систем органов, поддерживая уровень дееспособности человека на оптимальном уровне. Снижение динамических нагрузок на костную систему приводит к уменьшению ячеистости внутреннего строения эпифизов длинных трубчатых костей. Такая картина четко прослеживается в строении проксимальных эпифизов плечевых костей, для которых характерна мелкоячеистая структура, причем прослеживается тенденция к увеличению доли таковой в ряду андроморф – мезоморф – гинекоморф. Также на примере плечевых костей можно проследить тенденцию к укрупнению ячеистости внутренней структуры дистальных эпифизов в сравнении с проксимальными. В свою очередь для бедренной кости это не характерно, т.к. нагрузка на оба эпифиза практически одинаковая. Еще одной характерной особенностью в строении эпифизов является снижение доли крупноячеистого губчатого вещества за счет увеличения среднеячеистого в строении дистальных эпифизов плечевых костей и мелкоячеистого в строении проксимальных эпифизов бедренных костей представителей мезоморфного и гинекоморфного морфотипов. Такое изменение в строении приводит к уменьшению прочности эпифизов длинных трубчатых костей и формированию неблагоприятных факторов для течения заболеваний костной системы.
Можно утверждать, что при формировании у мужского населения гинекоморфного и мезоморфного морфотипов организм подвергается системной перестройке, в том числе и костно-мышечной системы. Таким образом, полученные материалы исследования позволяют говорить о неблагоприятном влиянии инверсии пола мужского населения на костную систему.