Геометрический морфометрический анализ форм морфологических типов кисти человека по данным рентгенографии

В настоящее время у человека соотношение указательного и безымянного пальцев (2D:4D ratio) определяет морфологически тип кисти: тип 1 или радиальный (2D>4D), тип 2 или неопределенный (2D=4D), тип 3 или ульнарный (2D<4D). Однако, вышеуказанные различия не позволяют осуществить морфологическую верификацию формы кисти как объекта в целом.
Цель исследования – изучить формы кисти в зависимости от ее морфологического типа по данным рентгенографии с помощью геометрических морфометрических методов.
Материал и методы. Геометрическая морфометрия включала анализ конфигураций форм кистей, описываемых 20 ориентирами, расположенными на цифровых изображениях рентгенограмм (передне-задняя проекция) 50 правых кистей мужчин и 50 правых кистей женщин. Каждая кисть была классифицирована в зависимости от того был ли указательный палец длиннее, равен или короче безымянного пальца, путем визуального оценки.
Результаты. Выявлены различия между формами кистей в поперечном направлении, при этом кисти ульнарного типа (U) являются более широкими, в то время как, кисти радиального типа (R) – более узкие. Кисти неопределенной формы в отличие от двух других обладают более овальной формой. Средняя форма кисти варьировала в зависимости от морфологического типа. Наиболее выраженные преобразования формы в поперечном направлении обусловлены геометрией пястных костей, а в продольном – геометрией II, IV и V пальцев. Межгрупповые различия по ширине выявлены между группой кистей радиально (R)-неопределенного (N) типов и ульнарным (U) типом, а по длине – между группой кистей радиального (R)-ульнарного (U) типов и неопределенного (N) типа. Аллометрия формы кисти минимальна.
Заключение. Результаты исследования демонстрируют возможности геометрической морфометрии для анализа форм кисти человека и их изменчивость в зависимости от морфологического типа.

1. Павлинов И.Я., Микешина Н.Г. Принципы и методы геометрической морфометрии. Журнал общей биологии. 2002;63(6):473–93.

2. Синева И.М., Бахолдина В.Ю. Остеологические данные к проблеме антропологического изучения кисти человека. Вестник Московского университета. Серия XXIII. Антропология. 2012;2:4-16.

3. Adams DC, Rohlf FJ, Slice DE. Geometric morphometrics: Ten years of progress following the “revolution.” Italian Journal of Zoology. 2004 Jan;71(1):5–16. doi: 10.1080/11250000409356545

4. Barrett CK, Case DT. Use of 2D:4D Digit Ratios to Determine Sex. Journal of Forensic Sciences. 2014 Feb 19;59(5):1315–20. doi: 10.1111/1556-4029.12450

5. Blincoe H. Significant types of hands related to distal extent of digits. The Anatomical Record. 1959 Mar;133(3):527–35. doi: 10.1002/ar.1091330306

6. Cooper KL. Developmental and Evolutionary Allometry of the Mammalian Limb Skeleton. Integrative and Comparative Biology. 2019 Jun 10;59(5):1356–68. doi: 10.1093/icb/icz082

7. Guéro S. Developmental biology of the upper limb. Hand Surgery and Rehabilitation. 2018 Oct;37(5):265–74. doi: 10.1016/j.hansur.2018.03.007

8. Kalichman L, Batsevich V, Kobyliansky E. 2D:4D finger length ratio and radiographic hand osteoarthritis. Rheumatology International. 2017 Oct 20;38(5):865–70. doi: 10.1007/s00296-017-3831-1

9. Klingenberg CP, MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics. Molecular Ecology Resources. 2010 Oct 5;11(2):353–7. doi: 10.1111/j.1755-0998.2010.02924.x

10. Klingenberg CP. Size, shape, and form: concepts of allometry in geometric morphometrics. Development Genes and Evolution. 2016 Apr 1;226(3):113–37. doi: 10.1007/s00427-016-0539-2

11. Klingenberg CP. Walking on Kendall’s Shape Space: Understanding Shape Spaces and Their Coordinate Systems. Evolutionary Biology. 2020 Aug 18;47(4). doi: 10.1007/s11692-020-09513-x

12. Landi F, O’Higgins P. Applying Geometric Morphometrics to Digital Reconstruction and Anatomical Investigation. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2019;1171:55–71. doi: 10.1007/978-3-030-24281-7_6

13. Lau K, Tao H, Liu H, Wen J, Sturgeon K, Sorfazlian N, et al. Anisotropic stress orients remodelling of mammalian limb bud ectoderm. Nature Cell Biology. 2015 Apr 20;17(5):569–79. doi: 10.1038/ncb3156

14. Manning JT, Fink B. Digit Ratio. Encyclopedia of Evolutionary Psychological Science. 2018;1–12. doi: 10.1007/978-3-319-16999-6_3829-1

15. Neha. Sizing the Shape: Understanding Morphometrics. Journal of Clinical and Diagnostic Research. 2015;9:ZC21-6. doi: 10.7860/JCDR/2015/8971.5458

16. Outomuro D, Johansson F. A potential pitfall in studies of biological shape: Does size matter? Behmer S, editor. Journal of Animal Ecology. 2017 Sep 6;86(6):1447–57. doi: 10.1111/1365-2656.12732

17. Pélabon C, Firmat C, Bolstad GH, Voje KL, Houle D, Cassara J, et al. Evolution of morphological allometry. Annals of the New York Academy of Sciences. 2014 Jun 9;1320(1):58–75. doi: 10.1111/nyas.12470

18. Rohlf FJ. The tps series of software. Hystrix. It. J. Mamm. 2015;26(1):9-12. doi: 10.4404/hystrix-26.1-11264

19. Sheeba CJ, Andrade RP, Palmeirim I. Mechanisms of vertebrate embryo segmentation: Common themes in trunk and limb development. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2016 Jan;49:125–34. doi: 10.1016/j.semcdb.2016.01.010

20. Tickle C. How the embryo makes a limb: determination, polarity and identity. Journal of Anatomy. 2015 Aug 7;227(4):418–30. doi: 10.1111/joa.12361