УДК 340.64
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ С ВОЗРАСТОМ
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СУДЕБНОЙ МЕДИЦИНЕ
© 2002 г. М. В. Федулова, Н. Н. Гончарова, Ю. И. Пиголкин
В статье был проведен компьютерный микроостеометрический анализ фрагментов третьего ребра, нижнего эпифиза и диафиза большеберцовой кости от 300 трупов мужского пола с достоверно известным возрастом от 0 до 90 лет. Выявлена корреляционная зависимость различных гистологических структур от возраста. Показано, что возрастная динамика структур костной ткани отвечает основным закономерностям роста, ремоделирования и инволюции костной ткани и отличается большим разнообразием в зависимости от вида и локализации структур. Выявлено, что структуры изменяются гетерохронно в разных костях разных возрастных групп.
Идентификация личности погибших в результате происшествий с массовыми человеческими жертвами представляет собой особо трудную задачу. Главными трудностями являются огромный объем работ и значительные повреждения трупов, затрудняющие их опознание [6, 9]. Согласно современному алгоритму идентификации личности [1], в первую очередь определяют общие признаки объектов – пол, возраст, расу и др., а после этого выявляют индивидуальные свойства. Определение групповых признаков позволяет исключить тождество и решить вопрос принадлежности останков одному или нескольким людям, а также ограничить круг объектов, подлежащих дальнейшему сравнительному исследованию [5, 7].
Одним из основных общих признаков является возраст. Макроскопическое исследование с целью его определения часто бывает невозможным в связи со значительными повреждениями трупов, поэтому в таких случаях может быть применено морфометрическое исследование гистологических препаратов костной ткани.
Известные на сегодняшний день микроостеометрические методики не позволяют определить возраст с высокой точностью вследствие недостаточного количества параметров измерения, трудности дифференцировки измеряемых структур, отсутствия комплексности исследований и т.д. [12]. Поэтому, возникла необходимость в дальнейшем изучении возрастных изменений структур костной ткани и разработке на их основе нового метода определения возраста. Применение современных компьютерных технологий позволит повысить точность и объективность исследований [2], в частности, становится возможным не только подсчет количества структурных элементов в поле зрения, но и точное измерение линейных размеров и площадей.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ. Были исследованы фрагменты третьего ребра слева из зоны перехода костной ткани в хрящевую ткань, диафиза большеберцовой кости слева из зоны на границе средней и нижней трети, дистальная часть нижнего эпифиза большеберцовой кости слева. Материал взят у 300 трупов мужского пола с известным возрастом от 0 до 90 лет. Материал фиксировали в 10% нейтральном растворе формалина, кусочки декальцинировали 12% раствором азотной кислоты, проводилась стандартная спиртовая проводка [4]. Препараты заливали в целлоидин. С помощью микротома RAICHERT изготавливали продольные и поперечные срезы костной ткани толщиной 10 мкм. Срезы окрашивали гематоксилин-эозином по стандартной методике [4].
Также из зоны на границе средней и нижней трети диафиза большеберцовой кости выпиливали поперечные срезы толщиной 450-600 мм, которые без декальцинации пропитывали смолой из набора “Osteo-Bed Bone Embedding Kit”. Из них на микротоме LEICA SP 1600 изготавливали срезы толщиной 100 мкм, которые освобождались от заливочной среды растворителем из того же набора и окрашивали 0,1% раствором ализаринового красного [4].
Было проведено морфометрическое исследование срезов с использованием системы анализа изображений, представляющей из себя микроскоп ZEISS MC 80, видеокамеру ProgRes 3012, плату ввода и цифровой кодировки видеосигналов PlugIn ProgRes 3012, компьютер Pentium Intel PRO 200 Mhz (2 System Processor)/512 Мбайт/ MATROX Millennium/ HD 9,1 Гбайт/ ViewSonic P 815 21”/, операционную систему Windows NT Work Station 4,0 и графический редактор Adobe PhotoShop 4,0.
Измерения проводились в 10-30 полях зрения (в зависимости от размеров препарата) по программе, состоящей из 38 первичных, 13 расчетных и 27 результирующих признаков (Таблица 1).
Таблица 1
Результирующие остеометрические признаки, измеряемые
в ходе исследования
Гистологические препараты |
Результирующие признаки |
|
|
Была создана база данных, содержащая количественные значения признаков костной ткани лиц с известным возрастом. При определении характеристик конкретного индивида учитывались среднее арифметическое и максимальное значение каждого признака в исследованных полях зрения. Корреляционный анализ данных проводился как для всего диапазона изменчивости возраста, так и по возрастным группам, с использованием программного средства SPSS for Windows v. 7,5 (SPSS Inc.).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Весь представленный в базе данных диапазон возрастов был предварительно разделен на интервалы до 18 лет, 18-50 лет и свыше 50 лет. Это отвечает общебиологическому представлению о том, что возрастные изменения в своем развитии проходят стадии созревания, стабилизации и инволюции [3]. Это было подтверждено нашими предварительными исследованиями, в результате которых интервал 18-50 лет был разделен на два: 18-30 лет и 30-50 лет. В ходе этих исследований было выявлено, что в препаратах костной ткани существуют некоторые структуры, по наличию и степени выраженности которых можно визуально, то есть без проведения измерений, отнести индивида к определенному возрастному периоду. Так, на продольном срезе ребра индивидов до 32 лет можно четко проследить все четыре основные зоны хрящевой ткани: зону покоящегося хряща, зону пролиферации хондроцитов, наблюдаемую в виде “монетных столбиков”, зону созревающего хряща и зону кальцинирующегося (фрагментированного) хряща, представленную костно-хрящевыми балками [10]. Эти зоны имеют различную степень выраженности, в частности, слой кальцинирующегося хряща наблюдался у всех индивидов до 20 лет, у некоторых от 20 до 27 лет и отсутствовал у лиц старше 27 лет. У индивидов старше 32 лет указанные зоны совсем перестают различаться и вся хрящевая ткань приобретает состояние покоящейся. При исследовании эпифиза большеберцовой кости о принадлежности индивида к возрастному периоду больше 18 лет можно судить по наличию линии минерализации хряща.
Нами были также выявлены признаки возрастной инволюции, позволяющие отнести индивида к возрастной группе до или более 50 лет. В губчатом веществе эпифиза большеберцовой кости лиц старше 50 лет наблюдается значительное уменьшение толщины костных трабекул и толщины субхондральной пластинки. Снижается количество эндотрабекулярных остеонов [11], в то время как ширина их гаверсовых каналов увеличивается. На принадлежность индивида к группе более 50 лет указывают и атрофические процессы кроветворной ткани, выраженные преобладанием жировой ткани по отношению к миелоидной в костномозговых полостях ребра.
Все перечисленные выше признаки мы назвали качественными и с учетом разделения всех исследуемых лиц на четыре основные возрастные группы были проведены дальнейшие морфометрические исследования.
Было выявлено, что все параметры, связанные с остеоидом (п.п. 1-3 табл.1), с субхондральной пластинкой большеберцовой кости (п.п. 17, 19), площадь трабекул ребра, диаметр гаверсовых каналов ребра и некоторые другие параметры слабо зависят от изменений возраста.
Результаты анализа данных для всего диапазона изменчивости возраста показали, что наибольшие коэффициенты корреляции с возрастом имеют следующие признаки (таблица 2).
Таблица 2
Корреляция измеренных параметров с возрастом
для всего возрастного диапазона
Параметры |
Коэффициенты корреляции |
Протяженность
зоны активного остеогенеза в продольном срезе
ребра Плотность остеоцитов в поперечном срезе ребра Толщина кортикального слоя ребра Толщина слоя внутренних генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Толщина слоя наружных генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Плотность остеонов в диафизе большеберцовой кости Диаметр гаверсова канала в диафизе большеберцовой кости Площадь трабекул в препарате эпифиза большеберцовой кости Соотношение площадей хрящевой и костной ткани в переходной зоне продольного среза ребра Плотность остеонов с перестроенным центральным отделом в диафизе большеберцовой кости Соотношение площадей жировой и миелоидной ткани в костномозговых полостях ребра Толщина трабекул в препарате эпифиза большеберцовой кости |
-0,737 -0,710 -0,697 -0,681 -0,661 -0,607 0,598 -0,593
-0,512
0,513
-0,450 -0,418 |
В различных возрастных группах сила связи признаков с возрастом оказалась различной (таблица 3).
Таблица 3
Корреляция измеренных параметров с возрастом
в различных возрастных группах
Возрастная группа |
Параметры |
Коэффициент корреляции |
Менее 18 лет
|
Толщина трабекул эпифиза
большеберцовой кости Площадь трабекул эпифиза большеберцовой кости Длина поверхности трабекул эпифиза большеберцовой кости Толщина слоя внутренних генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Плотность остеонов в препарате ребра |
0,814 0,776 -0,726 0,477 0,455 |
От 18 до 30 лет | Диаметр гавресова канала
диафиза большеберцовой кости Толщина слоя внутренних генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Диаметр остеона диафиза большеберцовой кости Протяженность зоны активного остеогенеза в продольном срезе ребра Толщина слоя наружных генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Соотношение площадей хрящевой и костной ткани в продольном срезе ребра Толщина кортикального слоя ребра |
0,840 -0,837 0,786 -0,661 -0,642 -0,514 -0,409 |
От 30 до 50 лет | Диаметр гаверсова канала
диафиза большеберцовой кости Толщина слоя наружных генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости Толщина трабекул эпифиза большеберцовой кости Диаметр остеона диафиза большеберцовой кости Диаметр гаверсова канала эпифиза большеберцовой кости Толщина слоя внутренних генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости |
0,819 -0,635 -0,567 0,556 0,505 -0,441 |
От 30 до 50 лет | Общая плотность остеонов
диафиза большеберцовой кости Плотность остеонов с перестроенным центральным отделом диафиза большеберцовой кости Плотность остеонов ребра |
0,437
0,432 0,402 |
Более 50 лет | Плотность остеонов с
перестроенным центральным отделом диафиза
большеберцовой кости Диаметр остеона диафиза большеберцовой кости Толщина кортикального слоя ребра Плотность остеоцитов ребра |
0,740 -0,669 -0,477 -0,448 |
Таким образом, согласно результатам проведенных исследований, у индивидов до 18 лет процесс остеогенеза преобладает над остеорезорбцией, что проявляется увеличением толщины трабекул эпифиза, наружных и внутренних генеральных пластинок диафиза большеберцовой кости, кортикального слоя ребра и плотности в нем остеоцитов. Длина поверхности трабекул зависит не только от их размеров, но и от их количества, ее корреляция с возрастом показывает то, что для детей и подростков характерны тонкие, но многочисленные трабекулы.
В возрастном диапазоне от 18 до 30 лет на первый план выходит адаптация кости к изменениям механической нагрузки, на что реагируют перестройкой остеоны, гаверсовы каналы, генеральные пластинки диафиза большеберцовой кости. Костная система в основном сформирована, активный остеогенез продолжается только в ребре.
В интервале от 30 до 50 лет процессы ремоделирования находятся в относительном равновесии. В начале этого периода у некоторых лиц еще обнаруживаются зоны активного остеогенеза в ребре, а в конце периода начинает превалировать остеорезорбция: нарастает диаметр гаверсовых каналов, увеличивается плотность остеонов с перестроенным центральным отделом в диафизе большеберцовой кости, снижается толщина трабекул в эпифизе большеберцовой кости. В то же время в этом возрастном интервале продолжает нарастать плотность и диаметр остеонов, что указывает на продолжение процесса адаптации.
После 50 лет в костях преобладает процесс остеорезорбции: продолжает снижаться толщина компактного слоя и трабекул, уменьшается число остеоцитов, возрастает плотность остеонов с перестроенным центральным отделом.
По литературным данным [13] на всем протяжении жизни индивида соотношение площадей жировой и миелоидной тканей закономерно изменяется с возрастом в сторону уменьшения последней, что было подтверждено нашими исследованиями.
В результате исследований также выяснилось, что при полном отсутствии корреляции с возрастом площади трабекул и диаметра гаверсова канала в ребре, в большеберцовой кости наблюдается отчетливая возрастная динамика этих структур. На препаратах большеберцовой кости наблюдается постепенное увеличение диаметра гаверсовых каналов, особенно проявляющееся после 30 лет. Толщина трабекул в этих костях нарастает до 18 лет при снижении их количества. После 30-летнего возраста наблюдается уменьшение и количества, и толщины трабекул. Такое неодновременное изменение одинаковых структур в разных костях указывает на то, что гетерохрония онтогенеза может проявляться не только на уровне различных органов и тканей [8], но и на уровне одной и той же ткани в разных анатомических областях. Этот вывод подчеркивает необходимость комплексного анализа различных костей одного и того же индивида с целью более точного установления возраста.
Таким образом, возрастная динамика структур костной ткани отличается большим разнообразием в зависимости от вида структуры и ее локализации. Характеристики костной ткани отвечают процессам роста, ремоделирования и инволюции. Кроме того, структуры изменяются гетерохронно в разных костях разных возрастных групп, что является одной из закономерностей онтогенеза.
На основании полученных результатов их всех описанных признаков были выделены наиболее оптимальные с точки зрения наибольшей корреляции с возрастом и простоты их дифференцирования. По данным измерений этих параметров и с учетом возрастного деления по качественным признакам были составлены регрессионные уравнения, в результате расчета которых вычисляется возраст лиц мужского пола с точностью 1,5-3 года.
Литература
THE AGE STRUCTURAL CHANGES OF THE BONE TISSUE
AND THEIR USING IN THE FORENSIC MEDICINE
M. V. Fedulova, N. N. Goncharova, Yu. I. Pigolkin
The hystomorphometrical computer analysis of the fragments of the third rib, lower tibial epiphyses and diaphyses from 300 male cadavers aged 0-90 was conducted in this article. The correlative dependence of different hystological structures on age was revealed. It was showed that the age dynamics of bone tissue structures meets the basic appropriateness of bone tissue growth, remodeling and involution and it is notable for great variety depending on the structure form and localization. It was revealed that structures changes alternatively in different bones of the various age groups.
Российский центр судебно-медицинской экспертизы МЗ РФ
Поступила в редакцию 12.02.2002.