anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2024-13-3-35-40anatomy-1991Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSАнализ структурной организации фаланг пальцев кисти человека с использованием анатомических сетевых моделейAnalysis of the Structural Organization of the Human Finger Phalanges Using Anatomical Network Modelshttps://orcid.org/0000-0002-2163-7911ЕрмоленкоА. С.ErmolenkoA. S.

Ермоленко Александр Сергеевич – канд. мед. наук, врач травматолог-ортопед

ул. Корюкина, 28, Ульяновск, 432063 

Aleksandr S. Ermolenko– Cand. Sci. (Med.), traumatologist-orthopedist of Honored Doctor of Russia

ul. Koryukina, 28, Ulyanovsk, 432063 

osteon@yandex.ruУльяновский областной клинический центр специализированных видов медицинской помощи им. Е.М. Чучкалова ; Университет РЕАВИЗHonored Doctor of Russia E.M. Chuchkalov Ulyanovsk Regional Clinical Center for Specialized Types of Medical Care ; Private University REAVIZ2024280920241333540Copyright © Ермоленко А.С., 20242024Ермоленко А.С.Ermolenko A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/1991

Несмотря на то, что в настоящее время известны морфогенетические механизмы трансформации пальцев кисти человека в процессе онтогенеза, остается открытым вопрос о том, как они организованы в сложную интегрированную структуру дистального отдела кисти? Этот вопрос остается без ответа по нескольким причинам, в том числе из-за отсутствия консенсуса в отношении концептуальных определений и подходов, а также инструментов для оценки и сравнения вариаций нескольких анатомических частей кисти. Цель исследования – изучить структурную организацию фаланг пальцев кисти человека методом анатомического сетевого анализа (AnNA). Материал и методы. В данном исследовании для AnNA были использованы функции пакета IGRAPH в среде программирования для анализа данных R. Моделирование и компоновка сети выполнены с использованием алгоритма Fruchterman-Reingold. Анализ структуры, а также модульности и интеграции в сетях выполнен с использованием алгоритма spinglass. Для исследования AnNA были использованы рентгеностеометрические показатели длины фаланг I– V пальцев 100 мужчин и 100 женщин среднего возраста без травматических изменений, деформаций и отклонений в развитии. Результаты. AnNA демонстрирует двухуровневую организацию дистального отдела кисти в виде проксимального модуля, включающего проксимальные фаланги и дистального модуля, объединяющего средние и дистальные фаланги. При сравнении характеристик сетевых моделей дистальных отделов кистей было обнаружено, что у женщин организация фаланг пальцев характеризуется более высокой морфологической интеграцией и модульностью (модульность 0,43), чем у мужчин (модульность 0,38). Морфологические модульность и интеграция являются организующими факторами структуры фаланг пальцев дистального отдела кисти у человека. Заключение. Результаты исследования демонстрируют, что структурная организация фаланг пальцев кисти человека представляет собой систему отдельных анатомических модулей фаланг.

Despite the fact that the morphogenetic mechanisms of human finger transformation during ontogenesis are currently known, the issues of how they are organized into a complex integrated structure of the distal hand remains open. This question remains unanswered for several reasons, including the lack of consensus on conceptual definitions and approaches, as well as tools for assessing and comparing variations in several anatomical parts of the hand. The aim of the study was to investigate the structural organization of the human finger phalanges using anatomical network analysis (AnNA). Material and methods. In this study, the authors applied the IGRAPH package functions in the R data analysis programming environment for AnNA. Network modeling and layout were performed using the Fruchterman-Reingold algorithm. Analysis of the structure, as well as modularity and integration in the networks, was performed using the spin-glass algorithm. X-ray osteometric indices of the I–V fingers phalanx length were used to assess AnNA in 100 men and 100 women of the middle age without traumatic changes, deformations, and developmental deviations. Results. AnNA demonstrates a two-level organization of the distal hand in the form of a proximal module including the proximal phalanges and a distal module combining the middle and distal phalanges. When comparing the features of the network models of the distal hand, it was found that in women, the organization of the finger phalanges is characterised by higher morphological integration and modularity (modularity 0.43) than in men (modularity 0.38). orphological modularity and integration are organizing factors in the structure of the finger phalanges of the human distal hand. Conclusion. The study results demonstrate that the structural organization of the finger phalanges of the human hand is a system of individual anatomical modules of the phalanges.

кисть человекапальцыструктурная организацияанатомический сетевой анализhuman handfingersstructural organizationanatomical network analysisReferencesЕрмоленко А.С. Свидетельство РФ о государственной регистрации базы данных №2021622030; 2021.Ermolenko AS Svidetel'stvo RF o gosudarstvennoi registratsii bazy dannykh №2021622030; 2021 (In Russ.).Перепелкин А.И., Краюшкин А.И., Доронин А.Б., и др. Аутоподиум человека (анатомия стопы и кисти). Волгоград: изд-во ВолгГМУ; 2020. 135.Perepelkin A.I., Krayushkin A.I., Doronin A.B., i dr. Autopodium cheloveka (anatomiya stopy i kisti). Volgograd: izd-vo VolgGMU; 2020. 135 (In Russ.).Chavez T.J, Morrell N.T. The Evolution of the Human Hand From an Anthropologic Perspective. The Journal of hand surgery. 2022; 47(2):181– 185. DOI: 10.1016/j.jhsa.2021.07.006Chavez T.J, Morrell N.T. The Evolution of the Human Hand From an Anthropologic Perspective. The Journal of hand surgery. 2022; 47(2):181– 185. DOI: 10.1016/j.jhsa.2021.07.006Conaway M.A., Adams D.C. An effect size for comparing the strength of morphological integration across studies. Evolution. 2022; 76(10):2244– 2259.Conaway M.A., Adams D.C. An effect size for comparing the strength of morphological integration across studies. Evolution. 2022; 76(10):2244– 2259.Conaway M.A., von Cramon-Taubadel N. Morphological integration of the hominoid postcranium. Journal of human evolution. 2022; 171:103239. DOI: 10.1016/j.jhevol.2022.103239Conaway M.A., von Cramon-Taubadel N. Morphological integration of the hominoid postcranium. Journal of human evolution. 2022; 171:103239. DOI: 10.1016/j.jhevol.2022.103239Csardi G., Nepusz T. The igraph software package for complex network research. International Journal of complex systems. 2006; 1695(5):1–9. URL: http://www.interjournal.org/manuscript_abstract.php?361100992Csardi G., Nepusz T. The igraph software package for complex network research. International Journal of complex systems. 2006; 1695(5):1–9. URL: http://www.interjournal.org/manuscript_abstract.php?361100992Diogo R., Esteve-Altava B., Smith C. et al. Anatomical Network Comparison of Human Upper and Lower, Newborn and Adult, and Normal and Abnormal Limbs, with Notes on Development, Pathology and Limb Serial Homology vs Homoplasy. PLoS One. 2015; 10(10):e0140030. DOI: 10.1371/journal.pone.0140030Diogo R., Esteve-Altava B., Smith C. et al. Anatomical Network Comparison of Human Upper and Lower, Newborn and Adult, and Normal and Abnormal Limbs, with Notes on Development, Pathology and Limb Serial Homology vs Homoplasy. PLoS One. 2015; 10(10):e0140030. DOI: 10.1371/journal.pone.0140030Diogo R., Molnar J.L., Rolian C., Esteve-Altava B. First anatomical network analysis of fore- and hindlimb musculoskeletal modularity in bonobos, common chimpanzees, and humans. Scientific reports. 2018; 8(1):6885. DOI: 10.1038/s41598-018-25262-6Diogo R., Molnar J.L., Rolian C., Esteve-Altava B. First anatomical network analysis of fore- and hindlimb musculoskeletal modularity in bonobos, common chimpanzees, and humans. Scientific reports. 2018; 8(1):6885. DOI: 10.1038/s41598-018-25262-6Glover J.D., Sudderick Z.R., Shih B.B., et al. The developmental basis of fingerprint pattern formation and variation. Cell. 2023, 186(5):940– 956.e20. DOI: 10.1016/j.cell.2023.01.015Glover J.D., Sudderick Z.R., Shih B.B., et al. The developmental basis of fingerprint pattern formation and variation. Cell. 2023, 186(5):940– 956.e20. DOI: 10.1016/j.cell.2023.01.015Jaworski T., Karpi?ski R., Dobrowolska A. Biomechanics of the upper limb. Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering. 2016; 2(1):56–59. DOI: 10.35784/jteme.517Jaworski T., Karpi?ski R., Dobrowolska A. Biomechanics of the upper limb. Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering. 2016; 2(1):56–59. DOI: 10.35784/jteme.517Li J., Glover J.D., Zhang H., Peng M, et al. Limb development genes underlie variation in human fingerprint patterns. Cell. 2022; 185(1):95-112.e18. DOI: 10.1016/j.cell.2021.12.008Li J., Glover J.D., Zhang H., Peng M, et al. Limb development genes underlie variation in human fingerprint patterns. Cell. 2022; 185(1):95-112.e18. DOI: 10.1016/j.cell.2021.12.008McQueen C., Towers M. Establishing the pattern of the vertebrate limb. Development. 2020; 147(17):dev177956. DOI: 10.1242/dev.177956McQueen C., Towers M. Establishing the pattern of the vertebrate limb. Development. 2020; 147(17):dev177956. DOI: 10.1242/dev.177956Patel B.A., Maiolino S.A. Morphological Diversity in the Digital Rays of Primate Hands. In: T. Kivell, P. Lemelin, B. Richmond, D. Schmitt (eds.). The Evolution of the Primate Hand. Developments in Primatology: Progress and Prospects. New York: Springer; 2016: 55–100. DOI: 10.1007/978-1-4939-3646-5_4Patel B.A., Maiolino S.A. Morphological Diversity in the Digital Rays of Primate Hands. In: T. Kivell, P. Lemelin, B. Richmond, D. Schmitt (eds.). The Evolution of the Primate Hand. Developments in Primatology: Progress and Prospects. New York: Springer; 2016: 55–100. DOI: 10.1007/978-1-4939-3646-5_4Petit F., Sears K.E., Ahituv N. Limb development: a paradigm of gene regulation. Nature reviews. Genetics. 2017; 18(4):245–258. DOI: 10.1038/nrg.2016.167Petit F., Sears K.E., Ahituv N. Limb development: a paradigm of gene regulation. Nature reviews. Genetics. 2017; 18(4):245–258. DOI: 10.1038/nrg.2016.167Rasskin-Gutman D., Esteve-Altava В. Connecting the dots: anatomical network analysis in morphological EvoDevo. Biological Theory. 2014; 9(2):178–193. DOI: 10.1007/s13752-014-0175-xRasskin-Gutman D., Esteve-Altava В. Connecting the dots: anatomical network analysis in morphological EvoDevo. Biological Theory. 2014; 9(2):178–193. DOI: 10.1007/s13752-014-0175-xSaxena A., Cooper K.L. Diversification of the vertebrate limb: sequencing the events. Current opinion in genetics & development. 2021; 69:42–47. DOI: 10.1016/j.gde.2021.02.005Saxena A., Cooper K.L. Diversification of the vertebrate limb: sequencing the events. Current opinion in genetics & development. 2021; 69:42–47. DOI: 10.1016/j.gde.2021.02.005Yang Z., Algesheimer R., Tessone C.J. A Comparative Analysis of Community Detection Algorithms on Artificial Networks. Scientific reports. 2016; 6:30750. DOI: 10.1038/srep30750Yang Z., Algesheimer R., Tessone C.J. A Comparative Analysis of Community Detection Algorithms on Artificial Networks. Scientific reports. 2016; 6:30750. DOI: 10.1038/srep30750Ziermann J.M., Boughner J.C., Esteve-Altava B., Diogo R. Anatomical comparison across heads, fore- and hindlimbs in mammals using network models. Journal of anatomy. 2021; 239(1):12–31. DOI: 10.1111/joa.13409Ziermann J.M., Boughner J.C., Esteve-Altava B., Diogo R. Anatomical comparison across heads, fore- and hindlimbs in mammals using network models. Journal of anatomy. 2021; 239(1):12–31. DOI: 10.1111/joa.13409

The authors declare that there are no conflicts of interest present.