Автореферат и диссертация по медицине (14.03.01) на тему:Закономерности изменчивости морфометрических параметров и биомеханических свойств костей голени

ПОПРЫГА Дмитрий Викторович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ

14.03.01 - анатомия человека

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

6 ИЮН 2013

Саратов - 2013

005061272

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский университет имени В.Й. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Научный руководитель - доктор медицинских наук, доцент

Анисимова Елена Анатольевна.

Официальные оппоненты: Хайруллин Радик Магзинурович - доктор

медицинских наук, профессор; ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный университет Минобрнауки России; кафедра анатомии человека; заведующий кафедрой; Калмин Олег Витальевич - доктор медицинских наук, профессор;. ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет Минобрнауки России, кафедра анатомии человека; заведующий кафедрой.

Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Защита диссертации состоится схиО^ьлЭ 2013 года часов на заседании диссертационного совета Д208.094.04 при ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Б. Казачья, 112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России.

Автореферат разослан «•> 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук,

профессор х? МузуроваЛ.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изучение анатомии осевого скелета, в частности, длинных трубчатых костей, имеет не только теоретическое, но и серьезное практическое значение. Основная черта современной фундаментальной анатомии - это ее действенность, т.е. возможность управлять структурами на базе детальных сведений об их строении, поэтому анатомия изучает объекты во взаимосвязи друг с другом, во всем многообразии их индивидуальной, возрастно-половой и билатеральной изменчивости (Куприянов В.В, Лейтис A.JL, 1975; Beiseigel Jeannemarie M., Nickols-Richardson Sharom M., 2002).

Рост общего уровня травматизма, в первую очередь, за счет дорожно-транспортных и техногенных катастроф, неизбежно влечет усиление тяжести травм, что особенно касается переломов костей добавочного скелета, а именно, длинных трубчатых костей (Богосьян А.Б., 2000; Дятлов М.М., 2000; Шаповалов В.М., Хоминец В.В., Михайлов C.B. с соавт., 2010; Атманский И.А., Губайдуллин М.И., ЗарковС.И. с соавт., 2011; Слободской А.Б., Норкин И.А., Попов А.Ю., 2012; и др.).

Несмотря на совершенствование методов лечения пострадавших с переломами костей конечностей, применение высокотехнологичных методик лечения и современных материалов, результаты лечения и реабилитации не всегда достигают желаемого эффекта. После переломов костей конечностей инвалидизация достигает 9-58,8%, в том числе после хирургического лечения - 20,6%, после консервативного - 11,2% (Баринов A.C., Егоров М.Ф., Тетерин О.Г. с соавт., 2000). Так, в частности, инвалидность после переломов костей голени наступает, по данным разных авторов, в 3,7-76,4% случаев (Распопова Е.А., Ударцев Е.Ю., 2003; Mendes M.W., Caldwell P., Jiranek W.A., 2004). За последние 5 лет по РФ отмечается рост инвалидности от травм костей конечностей на 31,3% (Слободской А.Б. с соавт., 2012).

В последние годы проблема приобрела особое значение, так как наблюдается рост числа осложнений и неудовлетворительных результатов лечения переломов костей конечностей. Так, общее число осложнений при лечении переломов колеблется, по данным разных авторов, от 7,3 до 50% (Котельников Г.П., Чеснокова И.Г., 2002; Мартель И.И., 2011; и др.). При лечении переломов длинных трубчатых костей консервативными методами, которые основаны на трех основных принципах: 1) репозиция костных отломков; 2) удержание, создание неподвижности сопоставленных костных отломков и иммобилизация органа; 3) применение средств и методов, ускоряющих образование костной мозоли и сращение кости (консолидация кости), — количество осложнений варьирует от 18,9 до 67% (Попков A.B. с

соавт., 2003; Мироманов A.M., Намоконов Е.В., 2010; Макушин В.Д., с соавт., 2010; Мироманов A.M., Усков С.А., 2011).

Сложности в лечении переломов костей голени имеют место и при чрескостном остеосинтезе. При сложных диафизарных, оскольчатых и внутрисуставных переломах точная репозиция достигается только в 78,983,6%, причем только в 59,3-61,8% она возможна во время операции (Шаповалов В.М., Хоминец В.В., Михайлов C.B., 2009; Слободской А.Б, Норкин И.А., Попов А.Ю., 2012; Prokhorenko V.M. et al., 2013).

Значительный удельный вес переломов мыщелков большеберцовой кости, составляющих от 2 до 5% среди всех переломов, до 30% от всех травм нижних конечностей и до 60% от травм суставов, что определяет актуальность проблемы лечения пострадавших данной категории (Кузина И.Р., 2000; Ohdera T., Tokunaga M., Hiroshima S., 2003; Egol K.A., Tejwani N.C., Capia E.L., 2005). Частота неудовлетворительных отдаленных анатомо-функциональных результатов лечения достигает 6-39% (Воронкевич И.А., 2004; Cole P., Zlodwodzki M., Kregor P., 2004), a инвалидности - 6% (Ballmer F.T., Hertel R„ Notzli H.P., 2000).

Раннее развитие посттравматического деформирующего артроза коленного сустава у 60-80%, возникновение стойких контрактур у 29-50% и деформаций коленного сустава —у 12-20% больных с переломами мыщелков большеберцовой кости побуждают хирургов внедрять современные высокоинформативные методы оценки характера повреждений мыщелков с учетом детальных сведений по анатомии отдельных костных структур, а также новые подходы к репозиции и фиксации отломков костей с применением современных методик внутреннего стабильно-функционального остеосинтеза (Городниченко А.И., Теймурханхлы Ф.А., 2000; Шаповалов В.М. с соавт., 2011; Barei D.P., Nork S.E., Mills W.J., 2004).

За последние годы на разных этапах хирургического вмешательства все чаще стали применять артроскопию, которая позволяет визуально контролировать положение отломков и фиксаторов, восстанавливать связки и мениски, а также удалять свободные внутрисуставные тела (Egol К.А., Tejwani N.C., Capia E.L., 2005).

Широко распространяется являющееся одним из перспективных, но мало изученных направлений, — эндопротезирование коленного и голеностопного суставов (Стоянов A.B., Емельянов В.Г., Плиев Д.Г., Михайлов К.С., 2011). Ревизионное эндопротезирование достигает 7-8% от общего количества артропластик коленного сустава. Важнейшей проблемой при ревизионном эндопротезировании является восполнение дефектов бедренной и большеберцовой костей, возникающих в результате остеолиза, миграции и удаления компонентов эндопротеза. Восстановить нормальный уровень

суставной щели, добиться стабильной фиксации компонентов эндопротеза, удовлетворительной функции сустава возможно, только компенсировав дефекты метаэпифизов бедренной и большеберцовой костей (Корнилов H.H., Куляба Т.А., Новоселов К.А., 2006). Реэндопротезирование при неудовлетворительных результатах первичного вмешательства достигает 78% от общего количества артропластик коленного сустава (Куляба Т.А., Корнилов H.H., Селин A.B. с соавт., 2011). Проблемой повторных операций является выбор оптимального хирургического доступа, позволяющего удалить компоненты эндопротеза и корректно имплантировать новые (Mendes M.W., Caldwell P., Jiranek W.A., 2004; Roehring G.M., Kang, G., 2009; Elkus M. et al., 2004; Clarke H.D., Scuderi G.R., 2011).

При свежих повреждениях области голеностопного сустава неудачи лечения встречаются в 45-71% случаев (Leardini А., 2001). При лечении пациентов с последствиями травм рассматриваемой локализации доля неблагоприятных исходов составляет 10-35% в зависимости от времени, прошедшего с момента травмы, степени повреждения сустава и возникших осложнений (Deland J.T., Morris G.D., Sung I.H., 2000).

Несмотря на большие диагностические возможности классической рентгенографии при костно-суставной травме, часто возникают трудности в постановке правильного диагноза. В сложных диагностических ситуациях, когда трудно определить наличие или характер повреждения, применяются такие методики, как рентгенография в атипичных укладках, линейная рентгенографическая томография, компьютерная томография, спиральная томография, магнитно-резонансная томография, тепловидение, сонография, радионуклидная визуализация (Линденбратен Л.Д., Королюк И.П., 2000). Получение точной картины визуализации макроморфологических изменений при острой травме, интерпретации результатов обследования диктует необходимость детальных знаний морфометрических характеристик и взаимоотношений поврежденных структур (Слободской А.Б., Норкин И.А., Попов А.Ю., 2012). Вывести на новый уровень и значительно оптимизировать результаты диагностики и лечения травм костей конечностей позволит разработка новых методик применения компьютерного моделирования, в частности, трехмерного. компьютерного моделирования, которая невозможна без создания базы данных морфометрических характеристик анатомических объектов (Котельников Г.П. и соавт., 2004; Ткачева A.B., Тонин М.С., 2006; Слободской А.Б. и соавт., 2012; Писарев В.В. и соавт., 2012).

В единичных работах можно встретить морфологические данные о костях голени. Так, например, итальянские ученые проводили антропометрические измерения, определяли индекс массы тела (ИМТ), плотность костной ткани

(ПКТ) и минеральный состав костей голени в начале и конце обследования.

Обнаружили достоверную корреляцию между ИМТ и полом, ПКТ, возрастом и конституцией. Авторы сделали вывод, что при определенных величинах этих показателей необходимо проводить профилактическую терапию остеопороза (Savoca S., Pignatello R., Nardo L.G., 2001). Отсутствуют современные данные о половых, возрастных, билатеральных различиях морфометрических характеристик костей голени, без которых невозможно понять закономерности изменчивости внешнего и внутреннего строения большой и малой берцовых костей.

Изучению вопросов строения и васкуляризации длинных трубчатых костей уделяли и уделяют большое внимание как в нашей стране, так и за рубежом (Переслыцких П.Ф. с соавт., 1986,. 2004; РучкинаИ.В., Дьячков А.Н., 2005; Bacci G., Ferrari S., Longhi A., 2003). Но пробелы в этом аспекте остаются до нынешнего времени; не изучены топография питательных каналов, направление их хода, топографо-анатомические закономерности расположения питательных отверстий костей голени. Не определены «зоны хирургического риска», так как повреждения сосудов, питающих кости, приводят к осложнениям, нарушению регенерации и функции поврежденной конечности (Фомичева O.A., 2007; Жмурко P.C., 2010). Данные сведения требуют тщательного анализа, ревизии, систематизации и оценки под углом зрения как фундаментальных наук, так и прикладной их значимости. Отсутствует подробная характеристика биомеханических свойств костей голени (Бушманов A.B., Назаренко Н.В., Соловцова JI.A., 2004), позволяющая проводить компьютерное моделирование костей (Ткачева A.B., Тонин М.С., Левченко К.К., 2006).

Цель исследования: выявить закономерности изменчивости морфометрических параметров и биомеханических свойств костей голени в аспекте индивидуальной, возрастной изменчивости, полового диморфизма и билатеральной диссимметрии.

Задачи исследования

1. Изучить топографическую, индивидуальную и возрастную изменчивость, билатеральные различия и половой диморфизм морфометрических характеристик костей голени.

2. Определить закономерности изменчивости и выявить характер корреляционных взаимоотношений морфометрических характеристик костей голени.

3. Установить взаимосвязи морфометрических характеристик костей голени с антропометрическими параметрами субъектов.

4. Выявить топографо-морфологические закономерности изменчивости питательных каналов и питательных отверстий костей голени, изучить

варианты расположения, количества и формы питательных отверстий в различных участках и определить зоны концентрации питательных отверстий костей голени.

5. Определить деформативно-прочностные и биомеханические свойства костей голени.

6. Построить компьютерные ЗБ модели костей голени.

Научная новизна. Выявлены новые закономерности конструкционной изменчивости анатомо-топометрических параметров костей голени. Описаны ранее неизвестные индивидуально-типологические особенности взаимоотношений и соразмерности большой и малой берцовых костей с антропометрическими параметрами субъектов.

Изучены ранее неописанные закономерности возрастной изменчивости, полового диморфизма и билатеральной диссимметрии размеров отдельных костных элементов костей голени. С помощью метода сигмальных отклонений дана характеристика формы костей голени на основе соотношения количественных параметров и показана их экстенсивность в связи с типами телосложения.

Раскрыты важные в практическом отношении особенности анатомо-топометрических характеристик и направления хода питательных каналов диафиза костей голени.

Описаны ранее не изученные, важные в практическом отношении варианты расположения и количества питательных отверстий в различных частях костей голени и определены зоны концентрации питательных отверстий.

Выявлены особенности деформативно-прочностных свойств различных участков костей голени.

Практическая ценность работы и формы внедрения. Создана база данных морфометрических и биомеханических параметров костей голени. Детализированные данные об изменчивости размерных характеристик костей голени имеют прикладное значение и могут быть использованы для выбора размеров имеющихся и для промышленного изготовления новых металлоконструкций, необходимых для хирургического лечения травм костей голени и эндопротезирования коленного и голеностопного суставов.

Материалы диссертации по возрастной и индивидуальной изменчивости размерных характеристик костей голени с учетом полового диморфизма и билатеральных различий, сопряженности с другими анатомическими объектами могут быть использованы при антропологических исследованиях, судебно-медицинской экспертизе, интерпретации данных рентгено-, КТ-, МРТ-исследований, а также в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедрах анатомии человека,

оперативной хирургии и топографической анатомии, травматологии и ортопедии, судебной медицины высших медицинских учебных заведений.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедр анатомии человека, травматологии и ортопедии, судебной медицины медицинских университетов.

Теоретическая значимость работы. Выявлены закономерности взаимосвязей и соразмерности различных участков костей голени. Прослежены закономерности сопряженности связей антропометрических параметров с размерами костей голени. Описано варьирование размеров и формы костей голени при различных типах телосложения. Установлены различия морфологических и топографических характеристик питательных отверстий и питательных каналов костей голени. Определены изменчивость формы костей голени, зависимость массивности и прочности костей голени от формы костей.

Детально изучены явления индивидуальной, возрастной, билатеральной изменчивости и полового диморфизма, описаны закономерности возрастных изменений размеров костей голени. Проведен сравнительный анализ абсолютных и относительных параметров костей голени.

Описаны зоны наибольшей концентрации питательных отверстий и особенности направления питательного канала костей голени в связи с индивидуально-типологической изменчивостью кости. Определены зоны «хирургического риска».

Совокупность полученных данных по индивидуально-типологической изменчивости морфологии костей голени и их биомеханических свойств расширяет информационную базу клинической анатомии длинных трубчатых костей в аспекте выявления зон «хирургического риска» и подбора оптимальных размеров металлоконструкций, позволяющих на дооперационном этапе индивидуализировать тактику лечения врожденных и приобретенных деформаций костей голени.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Морфометрическим характеристикам костей голени свойственны определенные корреляционные отношения и соразмерность, а также возрастные изменения и билатеральная диссимметрия, особенности проявления которых детерминированы половым диморфизмом.

2. Размеры и форма костей голени взаимосвязаны с антропометрическими параметрами и находятся под преимущественным влиянием типа телосложения субъекта.

3. Топография, количество и направление питательных каналов, расположение и количество питательных отверстий взаимосвязаны с формой костей голени и различаются у людей с разной формой костей.

4. Биомеханические и деформативно-прочностные свойства костей голени определены топографо-морфологическими параметрами различных уровней и нагруженности кости.

5. Создание базы данных морфометрических характеристик и биомеханических свойств костей голени необходимо для построения компьютерных 3D моделей, которые наряду со знанием анатомии костей помогают свободному пониманию пространственных взаимоотношений костных элементов в норме, а также при врожденных и приобретенных деформациях.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены и обсуждены на межрегиональной конференции с международным участием, посвященной 100-летию кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии Саратовского ГМУ им. В.И. Разумовского «Новые технологии в экспериментальной и клинической хирургии» (Саратов, 2011); III Эмбриологическом симпозиуме «ЮГРА-ЭМБРИО-2011» (Ханты-Мансийск, 2011); ежегодной Российской конференции «Наука, образование, медицина» (Самара, 2011); межрегиональной конференции «Реабилитационные технологии XXI века. Современные технологии в медицине XXI века (Саратов, 2012); научной конференции с международным участием, посвященной памяти проф. Р.И. Асфандиярова «Структурные преобразования органов и тканей на этапах онтогенеза в норме и при воздействии антропогенных факторов. Экология и здоровье человека. Актуальные проблемы биологии и медицины» (Астрахань, 2012); III международной конференции, посвященной 75-летию со дня создания Научного общества молодых ученых и студентов Уральской государственной медицинской академии «Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий» (Екатеринбург, 2012); международной конференции «Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты» (Тамбов, 2012); II Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (СПб., 2012); межрегиональной конференции «Реабилитационные технологии XXI века. Современные вопросы диагностики и лечения заболеваний позвоночника и спинного мозга» (Саратов, 2012); научно-практической конференции «Современные аспекты макро- и микроморфологии» (Саратов, 2013).

Работа апробирована на межкафедральном заседании кафедр: анатомии человека, судебной медицины и травматологии и ортопедии СарГМУ.

По теме диссертации опубликованы 11 научных работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации

основных результатов диссертационного исследования на соискание ученой степени кандидата медицинских наук.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 196 страницах машинописного текста, содержит 52 таблицы и 97 рисунков (фотографии анатомических препаратов, схемы, диаграммы). Состоит из введения, обзора литературы, описания материала, объектов и методов исследования, глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и библиографического списка, содержащего 207 названий на русском и 110 на иностранных языках.

Связь с планом научных исследований. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры анатомии человека ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России «Изучение конструкционной изменчивости и биомеханических свойств скелетной, кровеносной систем, органов чувств. Медицинская антропология». Номер государственной регистрации 0203042330329.

Личный вклад автора в проведенное исследование. Автор самостоятельно определил идею, задачи и дизайн исследования; осуществил отбор материала в объеме, достаточном для получения статистически достоверных результатов; освоил методики. Диссертант лично провел подробный анализ фундаментальной и современной литературы по теме диссертационного исследования; выполнил морфометрическое исследование костей голени. Совместно с сотрудниками отдела биомеханики Образовательно-научного института наноструктур и биосистем Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского проведено изучение биомеханических свойств и построение ЗБ моделей костей голени. Автор самостоятельно осуществил вариационно-статистическую обработку полученных данных, на основе которых сделаны достоверные и обоснованные обобщения и выводы; оформлены автореферат и диссертация.

МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методом остеометрии (Алексеев В.П., 1966) определены морфометрические параметры мацерированных препаратов большой и малой берцовых костей 107 скелетов взрослых субъектов (п=428) с известными полом, возрастом, длиной тела и длиной туловища из остеологической научной коллекции фундаментального музея кафедры анатомии человека ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России. Для распределения материала по возрасту применяли возрастную периодизацию, рекомендованную VII научной конференцией по возрастной морфологии, физиологии и биохимии (Москва, 1965).

Измерены 55 морфометрических параметров большеберцовой кости и 24 — малоберцовой кости. Для измерений использованы цифровой штангенциркуль, скользящий циркуль, угломер, эластическая измерительная лента. Подсчет питательных отверстий кости выполнили с помощью прозрачной измерительной сетки с делением 1,0 мм.

Исследование механических свойств костной ткани проводили на разрывной машине TiraTest 28005 (Германия), зарегистрированной в Государственном реестре Российской Федерации под номером 23512-02, и на универсальной крутильно-разрывной машине МИ-40 КУ (Украина). Образцы костной ткани для исследования забирали с помощью полого сверла с внутренним диаметром 3 мм не позднее суток после смерти, т.е. до наступления значимых изменений морфологических характеристик костной ткани. Это условие позволяет полученные данные экстраполировать на живого человека (Соловьев В.М., 2001).

Биомеханические свойства костной ткани большеберцовой кости изучали на 5 участках: проксимальный эпифиз (I), верхняя треть диафиза (II), средняя треть диафиза (III), нижняя треть диафиза (IV) и дистальный эпифиз (V). Биомеханические свойства малоберцовой кости исследовали на 3 уровнях: проксимальный метаэпифиз (I), диафиз (II) и дистальный метаэпифиз (III).

Из каждого сегмента изготавливали образцы размерами 3 х 10 мм, которые вырезали вдоль трех осей ортогональной системы координат /=1, 2, 3. Ось jq этой системы ориентирована параллельно продольной оси кости; ось Хз проходит через центры тяжести сечений всего диафиза и каждой зоны (радиальное направление); ось Х2 — трансверсально и перпендикулярно осям Х\ и Хз (Няшин Ю.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д. и соавт., 2008).

Для построения компьютерной 3D модели на основе полученной базы данных, расчета напряженно-деформированного состояния тел и конечно-элементарного анализа костей голени человека в норме и при различных переломах использованы программы Solidworks и Ansys Workbench (Каменский A.B., Сальковский Ю.Е., 2005; Штамм Т., 2006).

Полученные количественные данные обрабатывали вариационно-статистическими методами с применением регрессионного и корреляционного анализов с предварительной проверкой на присутствие «выскакивающих вариант» на IBM PC/AT «Pentium-IV» в среде Windows-XP с использованием пакета прикладных программ «Statistica 8.0» (Statsoft-Rassia, 1999) и Microsoft Exsel Windows-2000.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Антропометрические параметры взрослых людей: длина тела, длина туловища, индекс относительной длины туловища; длина нижней

конечности, длина голени, индекс голени. Длина тела взрослых людей -жителей Среднего Поволжья — колеблется от 150,0 до 188,0 см. У мужчин средние значения длины тела (169,3±12,3 см) больше, чем у женщин (159,2±10,8 см), на 9,0-11,3 см в зависимости от возраста. К старческому возрасту она статистически значимо уменьшается у мужчин на 4,7 см (до 162,7 см), у женщин - на 6,6 см (до 153,7 см) (р<0,05). Субъектов со средней длиной тела (М±с) встретилось среди мужчин 71,8%, среди женщин - 70,0%; с длиной тела ниже среднего (<М-ст): 15,4 и 13,3%; с длиной тела выше среднего (>М+а): 12,8 и 16,7% соответственно, что совпадает с данными других исследователей (Синдеева JI.B., 2001; Шарайкина Е.П., 2005; Николаев В.Г., Синдеева Л.В., 2010; Марченко A.C., 2011).

Длина туловища (яремно-лобковое расстояние) в среднем у мужчин колеблется от 46,7 до 49,8 см, статистически значимо больше, чем у женщин на 2,2-4,6 см (р<0,05). Возрастные различия (2,2 см) статистически значимы лишь у мужчин 36-55 и 61-74 лет (р<0,05). Мужчин со средней длиной туловища было 84,6%; с длинным и коротким туловищем - по 7,7%; женщин с коротким туловищем было 23,3%; с длинным - 10,0% наблюдений (рис. 1).

15.40% JK Шш 13,304 16,7 CW 7,70% 7,70%

ж <м-о » мгс в >м*е « »fciJ! ti f.'.ta & Лйпз *<М.С

12 3 4

Рис. 1. Показатель экстенсивности длины тела: 1 - у мужчин; 2-у женщин; длины туловища: 3 — у мужчин; 4 - у женщин

У женщин индекс относительной длины туловища несколько больше, чем у мужчин (на 0,2-1,2% в зависимости от возрастной группы), что указывает на относительно большие размеры туловища по сравнению с длиной нижних конечностей у женщин, но различия не достигают статистической значимости (р>0,05). С возрастом индекс несколько увеличивается от 26,8±0,3 у мужчин и 27,6±0,6% у женщин I периода зрелого возраста до 29,4±0,6 и 29,6±0,9% соответственно у людей старше 75 лет.

• Лица долихоморфного типа

телосложения (индекс <26,7%) составили 30,5% наблюдений, мезоморфного (26,830,4%) - 50,7% и брахиморфного (>30,5%) -18,8% (рис. 2).

Длина нижней конечности у мужчин в среднем составляет 84,2 см, у женщин -

18,80. „ __ 30,50

% «BÄS %

50,70___

%

дДолихо- » Мезо- к Брахи-

Рис. 2. Экстенсивность индекса относительной длины туловища

75,1 см, различия статистически значимы во всех возрастных группах (р<0,05), кроме старческого возраста, где они не достигают статистической значимости (р>0,05). С возрастом длина конечности снижается от 84,5 см у мужчин и 77,6 см у женщин I периода зрелого возраста до 81,7 и 72,9 см соответственно в старческом возрасте (р<0,05); статистически значимые возрастные различия (р<0,05) отмечены также у мужчин между вторым периодом зрелого возраста и старческим периодом. Без учета возрастно-половой принадлежности длина нижней конечности статистически значимо преобладает слева (р<0,05). Во всей выборке параметр преобладает слева в 62%, справа - в 20% и в 18% различия отсутствуют. У мужчин короткие нижние конечности встретились в 12,8% наблюдений, длинные - в 17,9%; средняя длина конечностей была у субъектов в 69,2%; у женщин короткие конечности встречались чаще (в 1,8 раза) в 23,3%, длинноногие женщины (13,3%) и женщины со средней длиной ног (63,3%) встречались реже по сравнению с мужчинами, что совпадает с данными В.Н. Шевкуненко (1935).

Длина голени у мужчин на 2,7-4,5 см больше, чем у женщин (р<0,05). С возрастом длина голени уменьшается, но в соседних возрастных группах различия не достигают статистически значимых величин; при сравнении 1-й и 4-й возрастных групп различия статистически значимы (р<0,05). Билатеральные различия в отдельных возрастных группах статистически незначимы; во всей выборке параметр преобладает слева в 59,8%, справа в 28,6% и не отличается слева и справа в 21,6% случаев (рис. 3).

12 3 4

Рис. 3. Показатель экстенсивности длины конечностей: 1 - у мужчин; 2 — у женщин; длины голени: 1 - у мужчин, 2 - у женщин

Индекс голени без учета возрастно-половой принадлежности составляет 48,0±0,5%. У женщин он больше, чем у мужчин, на 3,1-11,5% в зависимости от возрастной группы (р<0,05). Выделены группы: короткоголенные — 10,1% (индекс голени менее 43,6%), среднеголенные -78,3% (индекс от 43,7 до 51,9%), длинноголенные - 11,6% (индекс более 52,0%) (рис. 4).

Таким образом, для женщин характерны более длинное туловище, голени, менее длинные нижние конечности по сравнению с мужчинами.

юд__ И-6

о% V ■ "

■ <М-о ■ М±о ■ >М+а

Рис. 4. Экстенсивность индекса голени

Среди мужчин субъекты выше среднего роста встречаются чаще по сравнению с женщинами (15,4 и 13,3%), реже - ниже среднего роста (12,8 и 16,4%); одинаково редко с коротким и длинным туловищем (по 7,7%) (у женщин - 17,9% с коротким и 13,3% с длинным); чаще - с длинными нижними конечностями (17,9 и 13,3%), реже - с короткими (12,8 и 23,3%); чаще с длинными голенями (12,8 и 6,1%), реже - с короткими (15,4 и 23,3% соответственно).

Кости голени. У мужчин указатель массивности большеберцовой кости больше, чем у женщин, на 1,2-1,6% (р<0,05) за исключением старческого возраста, где половые различия нивелируются (р>0,05). С низким указателем массивности (меньше 21,4%) костей было 13,0%, с высоким (индекс больше 24,4%) - 14,5%; среднемассивных костей (индекс массивности от 21,5 до 24,3%) было большинство (72,5%).

По индексу прочности большеберцовые кости распределены в три группы: низкопрочные — индекс менее 19,0%, таких костей было 17,9%; прочные - индекс 19,1-22,5%, таких костей было 71,8%; высокопрочные — индекс выше 22,6%, таких костей было меньше (10,3%).

Длина малоберцовой кости варьирует от 372,9 до 383,8 мм у мужчин и от 339,7 до 351,1 мм у женщин; половые различия статистически достоверны (р<0,05). Преобладание длины кости слева отмечено в 63%, справа - в 19,5%,

Малоберцовые кости по указателю массивности распределились следующим образом: с низким указателем (ниже 11,4%) — 18,7%; со средним (от 11,4 до 12,5%) - 56,3%; с высоким (больше 12,5%) -25,0% наблюдений. Индекс прочности малоберцовой кости варьирует в возрастных группах от 8,9 до 9,9%. Половой диморфизм и возрастные различия статистически незначимы (р>0,05) (рис. 5).

12 3 4

Рис. 5. Показатели экстенсивности: 1 — индекса массивности; 2 —индекса прочности большеберцовой; 3 — индекса массивности; 4 — индекса прочности малоберцовой костей

Угол скрученности большеберцовой кости без учета возрастно-половой принадлежности составляет 46,6±1,0° (А 18-68°). У женщин угол скрученности больше на 1,2-2,1° по сравнению с мужчинами (р<0,05). Статистически значимые возрастные и билатеральные различия не выявлены (р>0,05). Во всей выборке костей направление скрученности одинаково положительное, т.е. кнаружи (латеральный мыщелок смещен кзади) (рис. 6).

Рис. 6. Билатеральные различия угла скрученности болыпеберцовой кости (препарат № 969, жен. 55 лет; справа угол скрученности - 18°, слева-4°)

Угол ретроверсии верхнего эпифиза болыпеберцовой кости без учета возраста и пола составляет 71,4±0,9°; у женщин левый угол ретроверсии больше правого (р<0,05) (рис. 7).

Рис. 7. Угол ретроверсии большеберцовой кости 62° (препарат № 3337, муж. 41 год, правая кость)

Указатель изгиба диафиза большеберцовой кости варьирует от 0,5 до 5,6%; у женщин (2,9±0,01%) он несколько выше, чем у мужчин (2,3±0,01%), на 0,4-0,6%, но различия не достигают значимости (р>0,05) (рис. 8).

Рис. 8. Изгиб диафиза большеберцовой кости (препарат № 3812, муж., 58 лет; высота изгиба 6,0 мм)

По указателю ширины верхнего эпифиза кости распределены в три группы: с узким эпифизом было 17,4% костей, со средним — 60,9%, с широким - 21,7% (рис. 9).

1 2 Рис. 9. Крайние варианты большеберцовых костей по указателю ширины верхнего и нижнего эпифизов: 1 - долихоэпифизарные, 2 — брахиэпифизарные

Эпифизы малоберцовой кости по указателю их ширины распределились следующим образом: мезоэпифизарных костей по верхнему эпифизу было 73,9%, по нижнему - 65,3%; долихоэпифизарных — 14,5 и 13,0%; брахиэпифизарных — 11,6 и 21,7% соответственно.

г !

1/

Рис. 10. Отверстие питательного канала большеберцовой кости

Рис. 11. Угол направления питательного канала большеберцовой кости

1 2

Рис. 12. Удвоение канала: 1 — с параллельным направлением, 2-е противоположным направлением

Питательные отверстия, канал. На

диафизе большеберцовой кости в 87% наблюдений было одно питательное отверстие, ведущее в питательный канал. Отверстие имеет овальную форму, размеры в среднем составляют 2,3x24,2 мм (А ширины - 1,4-3,5 мм, длины -19,5-36,7 мм) (рис. 10).

Отверстие ведет в питательный канал, который при отсутствии добавочного канала в 100% наблюдений имеет нисходящее направление. Угол направления питательного канала в среднем равен 8,1±0,3° (А угла 3,020,0°) (рис. 11).

Удвоение питательного отверстия наблюдалось в 13,0% случаев на правой большеберцовой кости и 6,1% — на левой. При этом добавочный канал был меньших размеров и более чем в половине случаев (55,6%) имел противоположное (восходящее) направление (рис. 12). Удвоение питательного канала чаще (68%) отмечено на брахиморфных костях, реже - на мезоморфных (29%) и на долихоморфных костях - в единичных случаях (3%).

Питательное отверстие диафиза

малоберцовой кости в 81% справа и в 88% слева было одиночным. Отверстие продолжалось в питательный канал, который справа в 79,7% наблюдений имел нисходящее направление, в 18,8% — восходящее и в 1,5% — косое нисходящее; слева канал имел нисходящее направление в 78,3% наблюдений и восходящее -в 21,7% (рис. 13).

Удвоение отверстий справа было в 13,0% случаев; при этом канал имел нисходящее направление в 77,8% и восходящее - в 22,2% наблюдений. Слева канал был удвоен в 17,4% случаев, при этом нисходящее и восходящее направления канала наблюдались поровну (рис. 14).

2

Рис. 13. Питательные отверстия: 1 — одиночное, 2 — удвоение

Угол направления канала диафиза малоберцовой кости у мужчин в среднем равен 21,2±2,1° (А угла — 4-70°); у женщин угол статистически достоверно меньше на 1,9-6,9° (р<0,05) и в среднем составляет 16,5±2,2° (А угла - 470°) (Анисимова Е.А. с соавт., 2012;).

Рис.14. Направление питательного канала:

1 - нисходящее,

2 - восходящее

Коэффициент питательного отверстия (КПО) — процентное отношение дистанции питательного отверстия (ДПО) к длине кости. Дистанцию питательного отверстия определяли как расстояние от середины диафиза большеберцовой кости до питательного отверстия, если оно располагалось выше середины диафиза; значения считались положительными, если ниже — отрицательными. При наличии одного питательного канала диафиза большеберцовой кости значение ДПО всегда положительно и варьирует от 21,0 до 86,0 мм (61,6±1,0 мм). Средние значения КПО составляют 16,7±0,3% (17,4% у мужчин и 16,2% у женщин), возрастно-половые и билатеральные различия статистически недостоверны (р>0,05). При наличии добавочного питательного канала ДПО может быть как положительным, так и отрицательным. Справа среднее значение ДПО составляет 4,8±0,1 мм (от -73,5 до 76,0 мм) (отрицательных значений ДПО было 55,5% наблюдений, положительных — 45,5%); слева ДПО имеет отрицательное среднее значение -7,5±0,2 мм (от -35,0 до 58,0 мм) (отрицательных значений ДПО было 75%, положительных - 25%).

На основании сопряженности параметров вычислили уравнение линейной регрессии для ДПО с 95%-ным доверительным интервалом (табл. 1).

Таблица 1

Матрица парных корреляций изучаемых параметров

Параметр Длина кости | Ширина диафиза ШДУ ДПО

Длина кости 1,00 0,51 -0,15 0,55

Ширина диафиза 0,51 1,00 0,77 0,42

ДПО 0,55 0,42 -0,19 1,00

ШДУ -0.15 0,77 1,00 -0,19

ДПО—25,9+0,2 Хдлина кости

Долихоморфные

75,0-115,0

90,6±0,7

Д-М 0,0000...!

Мезоморфные

50,0-100,0

80,3±0,6

М-Б 0,0000... 1

Брахиморфные

22,0-95,0

64,8±1Д

Д-Б 0,0000. ..1

Форма кости

Вариационно-статистические показатели

Мт-Мах

М±т

Среди изучаемых параметров ДПО наиболее значимые корреляции проявляет с длиной кости (г=0,55) (рис. 15).

Рис. 15. Зависимость ДПО от длины кости

Место вхождения главной диафизарной артерии костей голени при разной форме костей различно. При увеличении индекса массивности кости (короткие широкие) уменьшается ДПО.

Для костей брахиморфного типа характерна наиболее вариабельная ДПО со средним значением 64,8±1,1 мм (зона «хирургического риска» от 22,0 до 95,0 мм, т.е. 7,3 см); угол направления питательного канала в среднем равен 16,8°. Мезоморфные кости имеют среднюю вариабельность ДПО со значением 80,3±0,6 мм (зона «хирургического риска» от 50,0 до 100,0 мм, т.е. 5,0 см); угол направления питательного канала - 13,2° (табл. 2).

Таблица 2

Вариационно-статистическая характеристика ДПО у разных типов болыдеберцо.вых костей

Примечание: р - различия ДПО у разных типов костей.

Рис. 16. Зоны «хирургического риска» у костей различной формы

Для долихоморфных костей характерна средняя вариабельность ДПО со средним значением 90,6±0,7 мм (зона «хирургического риска» от 75,0 до 115,0 мм, т.е. 4,0 см), угол направления питательного канала в среднем равен 9,1° (рис. 16).

Таким образом, у долихоморфных костей главная диафизарная артерия входит выше от середины диафиза под меньшим углом, а зона «хирургического риска» наименьшая; у брахиморфных костей место вхождения артерии расположено ближе к середине диафиза, артерия входит в питательный канал под большим углом, а зона «хирургического риска» наибольшая (Анисимова Е.А. с соавт., 2013).

В результате численного эксперимента были получены данные о деформациях большой берцовой кости при различных видах нагрузки. Максимальные деформации увеличиваются при повышении нагруженности кости и, как следствие, приводят к ее повреждению (рис. 18).

Рис. 17. Общая деформация оллол / i 74 большеберцовой кости ' ' ' ''

Для большеберцовой кости построена 3D модель с заданными параметрами как для

неоднородного анизотропного тела, демонстрирующая ее биомеханические свойства. Общая деформация большой берцовой кости в области верхнего эпифиза составляет 0,00012512; дистально она увеличивается к области наименьшей окружности диафиза (Утеныши A.A., Свешникова A.A., 1971; Няшин Ю.И., Подгаец P.M.,

в.МСШ7«Мо

»¿ещйг lättlg tMsm

1 "j'i1 4.i£2ä,-5 j.rait-5 .

¿;ЯЯ и

Рис. 18. Деформации, полученные при расчете перелома большеберцовой кости

Для малоберцовой кости также построена ЗЭ модель с заданными параметрами: плотность - 2400 кг/м3, модуль Юнга - 1Е+0,8 и коэффициент Пуассона-0,4 (рис. 19).

1 2 Рис. 19. Общая деформация — 1 и напряжение по фон Мизесу — 2 малоберцовой кости

Таким образом, моделирование дает возможность интерпретации пространственных изменений травмированной области, типичных механизмов повреждений костей голени, уточнить степень тяжести травмы, смоделировать ход выполнения различных оперативных вмешательств, возможные осложнения и способы их устранения.

выводы

1. Размеры и форма костей голени характеризуются определенными особенностями возрастной, половой, индивидуально-типологической, билатеральной изменчивости и взаимосвязаны с типом телосложения. Длиннотные размеры с возрастом уменьшаются в среднем на 3,2-8,6%; широтные, обхватные размеры и параметры суставных поверхностей увеличиваются на 0,5-6,7%. Морфометрические линейные параметры костей преобладают у мужчин по сравнению с женщинами на 4,0-9,5%, половые различия с возрастом нивелируются; угловые и относительные параметры, такие как угол скрученности (на 1,2-2,1°); угол ретроверзии большеберцовой кости (на 1,8-3,2°), указатель изгиба диафиза (0,4-0,6%) превалирует у женщин по сравнению с мужчинами. Билатеральные различия, статистически незначимые в молодом возрасте, с годами усиливаются; чаще преобладают левые размеры над правыми.

2. Длиннотные параметры костей голени сильно положительно коррелируют между собой; значительно с шириной эпифизов и диафиза, окружностью диафиза на разных уровнях, с размерами суставных поверхностей верхнего эпифиза. Окружность середины диафиза проявляет тесные прямые связи с шириной верхнего эпифиза, наименьшей окружностью диафиза, окружностью диафиза на уровне питательного отверстия; прямые значительные связи с указателем массивности, размерами мыщелков, их суставных поверхностей и межмыщелковых полей, шириной нижнего эпифиза и малоберцовой вырезки. Указатель массивности костей голени тесно положительно сопряжен с индексом прочности, окружностью середины диафиза, индексом относительной длины туловища; проявляет обратные корреляции различной силы с длиной тела, длиной нижней конечности, длиной костей голени.

3. Для субъектов с долихоморфным типом телосложения характерны длинноголенные конечности с низкими индексами голени, прочности и массивности. При брахиморфном типе телосложения длина тела уменьшается в большей степени за счет уменьшения длины нижних конечностей по сравнению с длиной туловища; для данного типа характерны короткоголенные конечности с высокими индексами прочности и массивности.

4. В большинстве наблюдений (87%) на диафизе большеберцовой кости имеется одно питательное отверстие, ведущее в нисходящий питательный канал; удвоение наблюдается в 13,0% случаев на правой и в 6,1% на левой большеберцовой кости. При этом добавочный канал имеет меньшие размеры

и более чем в половине случаев (55,6%) направлен противоположно (восходящее направление). Удвоение питательного канала чаще отмечено на брахи- (68%), реже - на мезо- (29%) и в единичных случаях на долихоморфных костях (3%).

Питательное отверстие диафиза малоберцовой кости в 81% справа и в 88% слева было одиночным. Питательный канал справа в 81,2% наблюдений имел нисходящее направление, в 18,8% - восходящее. Удвоение отверстий справа наблюдалось в 13,0% случаев, при этом канал имел нисходящее направление в 77,8% и восходящее в 22,2% наблюдений; слева канал был удвоен в 17,4% случаев; при этом нисходящее и восходящее направления канала наблюдались поровну.

5. У долихоморфных костей главная диафизарная артерия входит выше от середины диафиза под меньшим углом, и зона «хирургического риска» имеет наименьшую протяженность; у брахиморфных костей место вхождения артерии расположено ближе к середине диафиза, артерия входит в питательный канал под большим углом, и зона «хирургического риска» наибольшая.

6. Зоны концентрации питательных отверстий большеберцовой кости локализованы в области эпифизов; максимальное количество питательных отверстий имеет медиальный, латеральный мыщелки и подколенная поверхность; у малоберцовой кости зоны концентрации питательных отверстий расположены в области лодыжки и головки.

7. В норме общая деформация верхнего эпифиза составляет 0,00012512 для большеберцовой кости и 0,018765 - для малоберцовой; дистально деформация увеличивается к области наименьшей окружности диафиза. Верхний эпифиз большеберцовой кости имеет напряжение 1,0979, нижний — 3,2783, напряжение увеличивается к области наименьшей окружности эпифиза до 8,7291; у малоберцовой кости практически одинаковое минимальное напряжение имеют головка и латеральная лодыжка, напряжение усиливается к области нижнего метафиза. Максимальные деформации увеличиваются при повышении нагруженности кости и, как следствие, приводят к ее повреждению.

8. Построенная ЗБ модель костей голени наглядно демонстрирует деформативно-прочностные характеристики костей, дает возможность оптимизировать результаты диагностики, предоперационного планирования, оперативного вмешательства, добиться точной репозиции отломков, что создает оптимальные предпосылки для процессов репаративного остеогенеза и раннего восстановления функции конечности.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Попрыга, Д.В. Индивидуально-типологическая изменчивость костных структур и питательных отверстий проксимального эпифиза бедренной кости / Д.И. Анисимов, P.C. Жмурко, К.С. Юсупов, Е.А. Анисимова // Макро- и микроморфология: межвуз. сб. науч. работ. Саратов: Изд-во Сараг. мед. унта, 2011. С. 175-178.

2. Попрыга, Д.В. Связь массивности костей голени с типом телосложения взрослых людей / Е.А. Анисимова, Д.И. Анисимов, К.С. Юсупов, А.Н. Попов, Х.А. Бислимова // Реабилитационные технологии XXI века. Современные технологии в медицине XXI века: сб. матер, межрегион, науч.-практ. конф. Вып. 7. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2012. С. 177-182.

3. *Попрыга, Д.В. Сопряженность абсолютных и относительных размеров тела взрослых людей с индексом прочности болыпеберцовой кости / Е.А. Анисимова, Н.В. Чупахин, Д.И. Анисимов, К.С. Юсупов, А.Н. Попов // Астраханский медицинский журнал. 2012. Т. 7, № 4. С. 2226.

4. Попрыга, Д.В. Сравнительная характеристика параметров костей голени людей с различным типом телосложения / Е.А. Анисимова, Д.И. Анисимов, К.С. Юсупов, А.Н. Попов, Н.В. Чупахин // Достижения, инновационные направления, перспективы развития и проблемы современной медицинской науки, генетики и биотехнологий: матер. III Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию со дня создания Научного общества молодых ученых и студентов Уральской государственной медицинской академии. Екатеринбург, 2012. С. 97-98.

5. Попрыга, Д.В. Сочетанная изменчивость относительных размеров костей голени при различных типах телосложения / Д.И. Анисимов, P.C. Жмурко, А.Н. Попов, Е.А. Анисимова // Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты: матер, междунар. науч.-практ. конф. Тамбов, 2012. С. 105-107.

6. Попрыга, Д.В. Соразмерность морфометрических параметров костей голени с антропометрическими параметрами взрослых людей / Е.А. Анисимова, Д.И. Анисимов, Г.А. Лукина, К.С. Юсупов, А.Н. Попов // Актуальные проблемы биомедицинской антропологии и морфологии: ежегодный сб. науч. тр. Красноярского гос. мед. ун-та им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого. Красноярск, 2012. С. 111-115.

7. Попрыга, Д.В. Билатеральная диссимметрия длинных трубчатых костей нижних конечностей человека / Д.И. Анисимов, P.C. Жмурко, К.С. Юсупов, Е.А. Анисимова // Проблемы биомедицинской науки третьего

тысячелетия: матер. II Всерос. науч. конф. молодых ученых. СПб., 2012. С. 8-10.

8. *Попрыга, Д.В. Закономерности изменчивости морфометрических параметров костей голени при различных типах телосложения человека / Е.А. Анисимова, А.Н. Попов, Д.И. Анисимов, Н.В. Чупахин // Саратовский научно-медицинский журнал. 2012. Т. 8, № 3. С. 691-696.

9. Попрыга, Д.В. Топографо-анатомическая изменчивость питательного канала большеберцовой кости / Е.А. Анисимова, Д.И. Анисимов, P.C. Жмурко, А.Н. Попов // Общество, современная наука и образование: проблемы и перспективы: матер, междунар. заочной науч.-практ. конф. Тамбов, 2012. С. 10-12.

10. *Попрыга, Д.В. Топографо-анатомическая изменчивость питательного канала и питательных отверстий костей голени / Е.А. Анисимова, А.Н. Попов, Д.И. Анисимов, Н.В. Чупахин // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 1. С. 13-17.

11. Попрыга, Д.В. Морфология питательных каналов костей голени / Е.А. Анисимова, А.Н. Попов, Д.И. Анисимов, A.JI. Кесов // Бюллетень медицинских Интернет-конференций (ISSN 2224-6150). 2013. Т. 3. Вып. 5. С. 914-915.

Подписано к печати 16.05.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.-печ. л. 1. Тираж 100. Заказ №37

Отпечатано с оригинал-макета в ИП Зуев A.A. по адресу: 410071, г. Саратов, ул. Рабочая, 190. Тел.: (845-2) 32-43-10