УДК 340.64

МИКРООСТЕОМЕТРИЯ КАК МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ПО КОСТНЫМ ОСТАНКАМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

© 2002 г. М. В. Федулова, Н. Н. Гончарова, Ю. И. Пиголкин

В статье проведен обзор современной литературы, посвященной различным методикам определения возраста по изменению гистологических структур костной ткани. Были выявлены основные недостатки существующих методик и вопросы по этой теме, подлежащие разрешению. В результате этого были сформулированы направления дальнейших исследований для устранения данных недостатков и повышения точности и эффективности определения возраста гистоморфометрическим методом.

Идентификация личности погибших в результате чрезвычайных происшествий с массовыми человеческими жертвами представляет собой особо трудную задачу в связи с большим объемом работ и со значительными повреждениями тканей и органов трупов, затрудняющим их опознание [17,19].

По современным представлениям, идентификация личности осуществляется на основании всей совокупности признаков, отличающих данного человека от других людей [16].

Наиболее важные групповые признаки - возраст, пол и длину тела- принято определять во всех случаях обнаружения неизвестных трупов [1]. Выявление групповых признаков позволяет исключить тождество и решить вопрос о принадлежности останков одному или нескольким людям, а также ограничить круг объектов, подлежащих дальнейшему сравнительному исследованию [14, 15]. Если планируется использование таких дорогостоящих и трудоемких методов исследования, как генотипоскопия, определение общих признаков позволяет значительно сократить количество сопоставлений, необходимых для идентификации личности. Это особенно важно в случаях идентификации личности жертв локальных военных конфликтов, когда число необходимых сопоставлений может превышать десять тысяч комбинаций [19].

Одним из важнейших общих идентификационных признаков является возрастная принадлежность костных останков [9, 31, 35]. В структуре костной ткани сохраняются следы повторных циклов перестройки, и степень ее изменений зависит от количества этих циклов, успевших пройти в изучаемой анатомической области за период жизни индивида.

В судебно-медицинской гистологии основным количественным методом является медицинская морфометрия [2, 3, 4, 45]. Метод определения возраста, основанный на подсчете количества различных микроскопических элементов костной ткани, был впервые предложен Kerley E.P. в 1965г (цит. по Lynnerup N. et al. [39]). В последующие годы многие исследователи работали над усовершенствованием этого метода с целью его усовершенствования. В нашей стране в 1965 г. Ю. М. Гладышевым была разработана классификация остеонов и остеонных систем, которая была использована в дальнейшем рядом исследователей [5, 6, 9] для разработки критериев определения возраста. Ими были созданы методики определения возраста по структуре большеберцовой, плечевой и бедренной кости. Однако недавно за рубежом были проведены исследования, показавшие, что оригинальные формулы Kerley дают более точные результаты, чем усовершенствованные его последователями [51, 55]. Известны и другие работы, авторы которых пришли к выводу о недостаточной точности определения возраста по данным морфометрии костей [21, 61]. Так, при сравнении семи методов определения возраста по скелетированным останкам, включавшим микроостеометрический, выяснилось, что наиболее точные результаты дает метод Lamendin с использованием зубов [20]. Некоторыми исследователями было обнаружено, что метод Kerley и его модификации имеют принципиальный недостаток, состоящий в трудности дифференцировки различных форм остеонов и других исследуемых элементов, следствием которой является неточность их подсчета и, соответственно, недостоверность результатов [13, 21, 39]. В связи с этим возникла необходимость выявления и использования таких микроскопических структур костной ткани, которые однозначно может определить любой практический гистолог. В настоящее время продолжаются попытки разработки более точных методов определения возраста на основе упрощенных классификаций микроскопических структур костной ткани. Кроме того, показано, что точность результатов, полученных с помощью микроостеометрического метода, в значительной степени зависит от набора измеряемых параметров, что побуждает исследователей испытывать все новые и новые варианты [57]. Так, недостаточно точные результаты метода микроостеометрического определения возраста с использованием диафиза бедренной кости [21, 32], по-видимому, связаны с нарушением авторами методологического принципа комплексности исследования, а конкретно с недостаточным числом измеряемых параметров и исследуемых структур (авторы измеряли только 4 параметра - толщину и площадь кортикального слоя, число и площадь гаверсовых каналов), с исследованием только бедренных костей и только диафизов. Кроме того, ввиду гетерохронности процессов старения в разных возрастных группах может быть перспективным определение различных параметров [57]. Подобные факты подтверждают необходимость разработки оптимального набора параметров для морфометрических исследований.

С целью расширения диапазона применяемых параметров можно использовать различные методы окраски препаратов, включая гистохимические и иммуногистохимические техники, дополнять микроостеометрию иными методами, исследовать не только компактную, но и губчатую костную ткань.

Для эффективного использования комплексного подхода к установлению возраста необходимо применение математических методов и современной компьютерной техники [11]. Подбор параметров морфометрии в значительной мере зависит от технических возможностей их измерения [11]. Одним из основополагающих принципов является определение не только количества тех или иных структур, но также их размерных характеристик [11, 30, 38, 61], что в судебно-медицинской гистологии возможно только благодаря применению компьютерных систем анализа изображений [4, 45, 58]. Ранее подобные измерения проводили с помощью калиброванной решетки, например, Zeiss II, но это не обеспечивало необходимую точность и позволяло определять лишь немногие параметры [48]. Использование количественных способов анализа, кроме того, позволяет представить данные в форме, удобной для компьютерной статистической обработки [7, 18].

Компьютерная микроденситометрия [42, 49] и микрорентгенография недекальцинированных шлифов компактной костной ткани, залитых в метилметакрилат, позволяют получить ряд дополнительных параметров, основанных на оценке степени минерализации костной ткани [5, 6, 9, 10, 42, 61, 62]. Ряд авторов справедливо отмечает, что помимо традиционно используемых микрорентгенографических методов, необходимо шире использовать микроденситометрию - измерение плотности кортикального слоя на микрорентгенограммах [34], т.к. степень минерализации костной ткани является коррелирующим с возрастом параметром. Однако некоторые исследователи считают, что степень минерализации зависит скорее от локализации костной ткани, а не от возраста [23].

К настоящему времени изучены, в основном, возрастные изменения компактного вещества диафизов длинных трубчатых костей [5, 6, 9, 21, 42, 56, 57, 61, 62], что связано с их самой лучшей сохраняемостью. Однако именно в этих отделах опорно-двигательного аппарата возрастная динамика наименее выражена, тогда как максимальной интенсивности она достигает в ребре [12] и в эпифизах, на границе с хрящевой тканью.

В последние годы появилась тенденция исследовать губчатое костное вещество, в частности, обьемную долю трабекул, их толщину и число, расстояния между ними, объем костномозговых пространств [41, 58]. Такие параметры демонстрируют сильную корреляцию с возрастом, но, как и следовало ожидать, сильно зависят друг от друга, вследствие этого их одновременное включение в уравнение регрессии теряет смысл [58]. Предложен метод определения возраста на базе результатов рентгенографического исследования губчатой костной ткани. Несмотря на низкую точность, авторы считают его перспективным для судебно-медицинской практики при условии использования в комплексе с другими методами [39].

В работе Lozupone E. et Favia A. [38] впервые в судебно-медицинской практике авторы попытались применить для определения возраста принципиально новый набор параметров, в частности, используя трабекулярную костную ткань. Определялись расстояние между глубоко сидящими остеоцитами и фильтрующими поверхностями, ориентация коллагеновых волокон, оценивалось количество эндотрабекулярных остеонов. Однако количество параметров, исследованных авторами цитируемой работы, было недостаточным для разработки на их основе модели определения возраста, пригодной для практического применения. Кроме того, ими были исследованы всего три возрастные группы.

Количество наблюдений также нередко бывает недостаточным для получения достоверных результатов. Так, в работе Stout S.D. et al. [54] приводятся результаты изучения всего 60 образцов ребер индивидов с известным возрастом, но авторы полагают, что разработанный ими на этой основе метод определения возраста обеспечивает приемлемую достоверность и точность результатов. Аналогично, в работе Epker B.N. и Frost H.M. [26] были исследованы ребра 57 индивидов в возрасте 10-60 лет, т.е. выборка была мала, а крайние значения возраста, представляющие наибольший интерес, изучены не были. Yoshino M. et al. [62] изучили 40 индивидов, Thomsen JS. et al. [58] - всего 24 случая. В работе Crofts R.D. et al. [23] для изучения изменений минерализации костной ткани сравнению подвергались всего две возрастные группы (27 ± 7 и 64 ± 4 года), причем в каждой было по 6 наблюдений. В то же время другие исследователи считают необходимым использовать выборку в 227 и даже в 328 индивидов [25, 34].

Необходимо учитывать и зону, откуда взят образец для исследования, поскольку в соответствии с принципом гетерохронии, возрастная динамика костной ткани в разных костях различна. Более того, степень возрастных изменений может различаться даже в пределах одной кости. Имеется ряд работ, посвященных изучения зависимости степени возрастных изменений компактной кости от ее локализации [8, 13, 26, 38, 41]. В частности, показано, что от анатомических различий областей она зависит больше, чем от различий механической нагрузки [44]. Тем не менее, при изучении возрастных изменений следует учитывать асимметрию скелета, приводящую к различиям в механической нагрузке на костную ткань с правой и левой сторон и, соответственно, к различной выраженности возрастных изменений [29, 40]. Результаты гистоморфометрического исследования в значительной степени зависят от места взятия образца ткани [44].

Для решения практической задачи микроостеометрического определения возраста необходимо исследование разных костей, потому что на экспертизу могут быть представлены разные кости и даже фрагменты костной ткани из любого отдела скелета, и потому что одновременное исследование нескольких костей повышает точность результата. При этом надо учитывать, что набор параметров, перспективных для анализа, для разных костей различен [34, 62].

Еще одна проблема связана с тем, что результаты, полученные при исследовании множества индивидов и усредненные, используются для установления возраста и иных групповых признаков отдельного индивида, остеологические параметры которого могут сильно отличаться от среднего уровня [11, 35]. Konigsberg LW. еt al. [35] предлагают прогнозировать соответствие исследуемого образца усредненным данным и на этой основе этого прогноза выбирать дальнейшую тактику исследований, в частности, использовать метод принятия решений Байеса. Однако остается нерешенным вопрос о способах прогнозирования возможного несоответствия. Между тем, микроостеометрический метод может использоваться и для диагностики костной патологии. Это, с одной стороны, позволяет выявлять индивидов, изменения костной ткани которых могут не соответствовать возрасту, а с другой - проводить индивидуальное отождествление личности на основании анализа диагностических критериев остеопатологии [22, 28, 36, 37, 43, 59]. Следующий вопрос связан с необходимостью определения минимального размера образца костной ткани, подлежащего анализу, без ущерба для точности [33]. Разные авторы используют поля от 1.5 мм? до 50 мм? [52]. С одной стороны, достоверность выводов, основанных на данных анализа небольшого фрагмента, сомнительна; с другой - исследование слишком большого образца приводит к ненужным затратам времени. Имеются данные, согласно которым размер анализируемого поля влияет на точность результата вследствие пространственных вариаций распределения гистологических структур [52]. Для исследования кортикального слоя бедренной кости этот размер должен составлять, по одним данным, не менее 2.06 мм? [52], по другим - не менее 4 мм? [9]. Скорее всего, размер образца костной ткани должен зависеть от того, из какой области он взят, и от количества взятых фрагментов.

Представления о точности, достижимой при определении возраста микроостеометрическим методом, также сильно различаются. Так, средняя разница между предсказанным и реальным возрастом по данным разных авторов колеблется от 1.1 года до 5.5 лет [5, 6, 9, 24, 53, 54], а стандартная ошибка (standard error of estimate) - от 6.1 до 11.10 лет [25, 34, 62]. Коэффициенты корреляции, допускающие включение параметра в уравнение регрессии, должны составлять не менее 0,5 [11]. На практике они достигают 0.82 для отдельного параметра и 0.86 для усредненного результата измерения нескольких [24, 58]. Между тем, по мнению Неклюдова Ю.А.[11], возможность ошибки не более чем на 5-10 лет в 95% доверительном интервале достижима лишь при использовании признаков с коэффициентом корреляции не менее 0.96, что на практике неосуществимо. Необходимо отметить, что данные Неклюдова Ю.А. относятся к результатам исследования всего диапазона возрастов, тогда как разделение этого диапазона на отдельные интервалы и разработка различных уравнений регрессии для каждого интервала могли бы повысить точность метода. Сам автор отмечает, что уровень диагностической значимости каждого признака на протяжении жизни меняется, что приводит к необходимости дифференцированной оценки показателей в разные периоды жизни.

Кроме того, для решения вопроса о возможной точности метода необходимо установление пределов расхождения хронологического возраста и биологического, оцененного на основе тестируемого метода [11, 15]. Спорным остается также вопрос о роли половых и расовых различий в снижении точности результатов определения возраста [60]. Расовые различия возрастной перестройки костной ткани незначительны и объясняются различием питания и образа жизни [27, 46, 47]. Микроструктура костной ткани не имеет и существенных половых различий [27]. Однако многие исследователи признают факт половых различий в темпах старения костной ткани [31, 56]. Относительно целесообразности предварительного определения пола и использования разных уравнений регрессии для мужчин и женщин существуют разные мнения, зависящие от исследуемых параметров и анатомических областей. Так, половых различий показателей резорбции в ткани ребра не выявлено [48]. При использовании других костей уравнения регрессии, составленные для мужчин и женщин отдельно, дают более точные результаты, чем общие [25, 34].

Исходя из этого, можно констатировать тот факт, что для определения возраста существует принципиальный предел точности, для достижения которого необходимо, прежде всего, выявить оптимальный набор параметров для морфометрического исследования. Гистологические структуры должны быть достоверно различимы на общем фоне, и их количество должно пополняться. Также целесообразно применение комплексного подхода к изучаемым явлениям на всех уровнях организации структур, т.е. использование комбинации разных методов, исследование разных костей и их участков. Необходимо также установить возможный предел расхождения хронологического и биологического возраста, изучать отклонения от нормы и определять способы их выявления и учета с использованием данных остеопатологии. Более точные результаты могут быть получены при применении для подсчета и анализа информации компьютерной техники.

Таким образом, имеется необходимость в проведении нового исследования возрастных изменений костной ткани, отталкиваясь от вышеизложенных проблем, и разработке высокоточного комплексного метода определения возраста на базе современных компьютерных технологий.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Абрамов С. С. Компьютеризация краниофациальной идентификации (методология и практика). //Дис. … доктора мед. наук, М., 1998. - 358 с.
  2. Автандилов Г. Г. Медицинская морфометрия. Руководство. - М.: Медицина, 1990. - 384 c.
  3. Автандилов Г. Г. Введение в количественную патологическую морфологию. - М., 1980. - 213 с.
  4. Автандилов Г. Г. Компьютерная микротелефотометрия в диагностической гистопатологии. - М.: РМАПО, 1996. - 256 с.
  5. Бабичев В. И. Возрастные особенности развития большеберцовой кости человека в судебно-медицинском отношении. //Автореф. дис. … канд. мед. наук, 1976, Воронеж.
  6. Донцов В. Г. Возрастные особенности микроскопического строения и минерализации костной ткани плечевой кости человека в судебно-медицинском отношении. //Автореф. дис. … канд. мед. наук, М., 1977.
  7. Звягин В. Н. //Судебно-медицинская экспертиза. - 1983. - №4. - С. 8-11.
  8. Матвейчук И. В., Докторов Л. А., Милов В. А. //Морфология. - 1996. - №2. - С. 70.
  9. Мордасов В. Ф. Судебно-медицинское установление возраста человека по микроструктуре бедренной кости. //Дис. … канд. мед. наук, Воронеж, 1988. - 286 с.
  10. Найнис Й.-В. Идентификация личности по проксимальным костям конечностей. - Вильнюс: Минтис, 1972.
  11. Неклюдов Ю. А. Экспертная оценка возрастных изменений скелета верхней конечности. - Саратов, 1992. - 124 с.
  12. Осипенкова-Вичтомова Т. К. Судебно-гистологическая экспертиза костей. - М.: ВИКРА, 2000. - 144 с.
  13. Паавер К. Изменчивость остеонной организации млекопитающих. -Таллин: Валгус, 1973. - 243 с.
  14. Павлов А. В. Возрастная динамика основных структурных компонентов семенников человека в оценке биологического возраста. //Автореф. дис. … канд. мед. наук, Саратов, 1999.
  15. Пиголкин Ю. И., Щербаков В. В., Богомолов Д. В., Богомолова И. Н. // Судебно-медицинская экспертиза. - 2001. - Т. 44. - №6. - С. 43-45.
  16. Попов В. Л., Черемисин В. М., Ковалев А. В. //Вестник рентгенологии и радиологии. - 1998. - №2. - С. 9-13.
  17. Соседко Ю. И., Колкутин В. В., Путинцев В. А. //Судебно-медицинская экспертиза. - 1998. - №2. - С. 10-12.
  18. Толстолуцкий В. Ю. Возможности повышения эффективности различных вариантов математических моделей для определения давности наступления смерти. //Актуальные аспекты судебной медицины. - Ижевск: Экспертиза, 1995. - Вып. 4. - С. 27-32.
  19. Щербаков В. В. // Автореферат дис. … канд. мед. наук, М., 2000. - 22 с.
  20. Baccino E., Ubelaker D. N., Hayek L. A., Zerilli A. //J. Forensic Sci, 1999, 44(5), 951-6
  21. Bertelsen P. K., Clement J. G., Thomas C. D. //Forensic Sci. Int., 1995, 74, N1-2, 63-77.
  22. Brockstedt H., Bollerslev J., Melsen F., Mosekilde L. //Bone, 1996, 18 (4), 67-72.
  23. Crofts R. D., Boyse T. M., Bloebaum R. D. //Bone, 1994, 15 (2), 147-152.
  24. Dudar J. C., Pfeiffer S., Saunders S. R. //J. Forensic Sci, 1993, 38 (3), 677-85.
  25. Ericksen M.F. //Am. J. Phys. Anthropol., 1991, 84 (2), 171-9.
  26. Epker B.N., Frost H.M. //Anat. Rec., 1965, 132 (2), 129-136.
  27. Fierro M.F. //Spitz and Fishers “Medicolegal investigation of death”, 3-d ed., 1993, Charles C. Thomas Publ., Springfeld, Illinois, USA, 14-70.
  28. Freemont T. //Kidney Int Suppl, 1999, Dec, 73, 26-30.
  29. Gualdi-Rosso E. //Anthropol. Anz., 1998, 56 (4), 289-299.
  30. Ingram R.T., Park Y.K., Clarke B.L., Fitzpatric L.A. //J. Clin. Invest., 1994, 93 (3), 989-997.
  31. Iscan M.Y., Loth S. R., Wright R. K. //J. Forensic Sci., 1985, 30 (3), 853-63.
  32. Iwamoto S., Konishi M. //Okajimas Folia Anat Jpn, 1993, 70 (2-3), 105-13.
  33. Iwaniec U. T., Crenshaw T. D., Schoeninger M. J., Stout S. D., Ericksen M. F. //Am J Phys Anthropol 1998 Sep;107(1):13-24.
  34. Kimura K. //Z. Morphol. Anthropol., 1992, 79 (2), 169-81.
  35. Konigsberg L. W., Hens S. M., Jantz L. M., Jungers W. L. //Am J Phys Anthropol 1998;Suppl 27:65-92.
  36. Krempien B., Geiger G., Ritz E. //Virchows Arch A Pathol Anat Histol 1975;366(3):249-56.
  37. London M. R., Libbey N. P., Shemin D. G., Chazan J. A. //Forensic Sci Int 1994 Mar 25;65(2):81-96.
  38. Lozupone E., Favia A. // Boll. Soc. Ital. Biol. Sper., 1995, 71 (7-8), 175-180.
  39. Lynnerup N., Thomsen J.L., Frohlich B. // Forensic Sci. Int., 1998, 91 (3), 219-230.
  40. Macchiarelli R., Bondioli L. // Am. J. Phys. Anthropol., 1994, 93 (1), 109-122.
  41. Nakajima K., Onoda Y., Okada M., Abe S., Ide Y. // Bull Tokyo Dent Coll 1998 Feb;39(1):57-65.
  42. Nyssen-Behets C., Arnould V., Benoit C., Dhem A. // Bull. Assoc. Anat., 1991, 75 (229), 127-9.
  43. Pecovnik Balon B., Bren A. // Clin Nephrol 2000 Dec;54(6):463-9.
  44. Pfeiffer S., Lazenby R., Chiang J. //Anthropol 1995 Jan;96(1):89-92.
  45. Revell P.A. // Патология кости. –М., Медицина, 1993, 11-49, 250-286.
  46. Richman E. A., Ortner D. J., Schulter-Ellis F. P. //Calcif Tissue Int 1979 Nov 6;28(3):209-14.
  47. Russell K. F., Simpson S. W., Genovese J., Kinkel M. D., Meindl R. S., Lovejoy C. O. //Am J Phys Anthropol 1993 Sep;92(1):53-62.
  48. Sedlin E. D., Villanueva A. R., Frost H. M. //Anat. Rec., 1963, 146 (3) 201-207.
  49. Squillante R. G., Williams J. L. //Calcif Tissue Int 1993 Apr;52(4):273-7
  50. Stout S. D., Dietze W. H., Iscan M. Y., Loth S. R. //J. Forensic Sci., 1994, 39 (3), 778-784.
  51. Stout S. D., Gehlert S. J. //Forensic Sci Int 1980 May-Jun;15(3):181-90.
  52. Stout S. D., Gehlert S. J. //Am J Phys Anthropol 1982 Jun;58(2):123-5.
  53. Stout S. D., Paine R. R. //Am. J. Phys. Anthropol., 1992, Vol.87, №1, 111-115.
  54. Stout S. D., Porro M. A., Perotti B. //Am J Phys Anthropol 1996 May; 100 (1) : 139-42.
  55. Stout S. D., Stanley S. C. //Am J Phys Anthropol 1991 Dec;86(4):515-9.
  56. Thompson D. D. //Calcif Tissue Int 1980; 31(1) : 5-11.
  57. Thompson D. D., Galvin C. A. //Forensic Sci Int, 1983, 22 (2-3), 203-211.
  58. Thomsen J. S., Ebbesen E. N., Mosekilde L. //Bone, 2000, 27 (1), 129-38.
  59. Turban-Just S., Grupe G. //Anthropol Anz 1995 Mar; 53(1):1-25.
  60. Ubelaker D.H. // J Forensic Sci 1987 Sep;32(5):1254-63- Watanabe Y., Konishi M., Shimada M., Tsuji H., Mshio H., Suzuki K., Iwamoto S. //Kaibogaku Zassi, 1998, 73(1), 33-41.
  61. Yoshino M., Imaizumi K., Miyasaka S., Seta S. //Forensic Sci. Int., 1994, 64 (2-3), 191-198.

MICROOSTEOMETRIA AS A METHOD OF THE AGE DETERMINATION

FROM BONE REMAINS (LITERATURE REVIEW)

M. V. Fedulova, N. N. Goncharova, Yu. I. Pigolkin

The review of modern literature, dedicated to the different methods of the age determination by changes of bone tissue microstructures, was conducted in this article. The main shortcomings of the existed methods and the unsettled questions by this subject were revealed. As a result the orientations of the subsequent works for the elimination of present shortcomings and rise of the age determination exactness and effectiveness by hystomorphometrical method were formulated.

Российский центр судебно-медицинской экспертизы МЗ РФ

Поступила в редакцию 12.02.2002.