Témata prací (Výběr práce)Témata prací (Výběr práce)(verze: 368)
Detail práce
   Přihlásit přes CAS
Tvarová variabilita proximální a distální části lidské kosti holenní
Název práce v češtině: Tvarová variabilita proximální a distální části lidské kosti holenní
Název v anglickém jazyce: Shape variability of proximal and distal human tibia.
Klíčová slova: kost holenní, pohlavní dimorfismus, diachronní změny, věkové změny, sociální status, geometrická morfometrie
Klíčová slova anglicky: tibia, sexual dimorphism, diachronic trends, age changes, social status, geometric morphometrics
Akademický rok vypsání: 2014/2015
Typ práce: rigorózní práce
Jazyk práce: čeština
Ústav: Katedra antropologie a genetiky člověka (31-110)
Vedoucí / školitel:
Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
Datum přihlášení: 23.01.2015
Datum zadání: 23.01.2015
Datum potvrzení stud. oddělením: 19.02.2015
Datum odevzdání elektronické podoby:23.01.2015
Datum proběhlé obhajoby: 17.03.2015
Předběžná náplň práce
Cílem disertační práce bylo zachytit a popsat tvarovou variabilitu proximální a distální části lidské kosti holenní ve vztahu k pohlaví, dožitému věku, sociálnímu statusu a pozici na časové ose. Dílčí cíle lze řešit pouze v širším časovém intervalu, a tak byla variabilita tvaru a formy zkoumána nejprve v rámci populace historické (raný středověk), dvou novověkých (první polovina 20. století a současnost) a posléze i v tomto časovém rozpětí.
Vstupní data byla získána metodou optického skenování a výpočetní tomografie (CT), u souboru současné populace byly CT řezy použity pro vytvoření trojrozměrných povrchových modelů kostí. Pro kvantitativní analýzu tvaru, formy a velikostní složky jsme zvolili přístupy geometrické morfometrie v kombinaci s mnoharozměrnými statistickými metodami. Postupně jsme testovali vliv pohlaví, věku a pozice na časové ose odděleně pro proximální a distální konfiguraci význačných bodů. U raně středověkého souboru bylo přihlédnuto k možné interakci biologických a sociálních jevů a byl testován i vliv sociálního postavení jedince na základě lokalizace hrobu v rámci mikulčické aglomerace.
Pohlavní dimorfismus proximální a distální tibie byl prokázán u vnějších lineárních rozměrů metodami tradičně morfometrickými (např. Steyn a Işcan, 1997; Šlaus et al., 2013), které vytvořily předpoklad pro dimorfismus formy a jeho populační specifitu. Kromě potvrzení tohoto předpokladu jsme pomocí landmarkových metod odhalili mezi pohlavími i rozdíly tvarové, a to u všech souborů a obou konfigurací s výjimkou distální části u souboru z 20. století. Rovněž projevy pohlavního dimorfismu tvaru se v čase mění a mezipopulační rozdíly lze sledovat i v odstupu necelého století (20. vs. 21. století). Prokázaný výrazný vliv alometrie indikuje, že zde sledujeme reakci na stupeň mechanické zátěže, která na tyto kosti působí.
Stárnutí jedince spojené s úbytkem kostní hmoty, změnami její mikroarchitektoniky, snížením úrovně aktivit a klesající schopností remodelace provází i změny průřezových charakteristik těla kosti holenní (např. Ruff a Hayes, 1983). Výsledky testování vlivu dožitého věku prokázaly, že s věkem se mění i tvar proximální části tibie, a to u všech tří souborů. Struktury v blízkosti proximální kloubní plochy se tedy mění ještě dříve, než se senescence kostry projeví ve své degenerativně produktivní podobě.
Mezi sociálními ranky společensky stratifikovaných populací minulosti lze na základě studií markerů zdravotního stavu, fyzické zátěže a nespecifického stresu předpokládat působení odlišných environmentálních a behaviorálních faktorů (Larsen, 1999). To bylo doloženo i u raně středověkého souboru z Mikulčic (např. Havelková et al., 2008), přesto se nepodařilo prokázat vztah mezi morfologickou variabilitou proximální a distální tibie a sociální stratifikací této konkrétní populace.
V návaznosti na studie dokládající pozitivní sekulární trend tělesné výšky či parametrů dlouhých kostí končetin v průběhu uplynulých staletí (např. Meadows Jantz a Jantz, 1999) jsme předpokládali, že zachytíme u proximální a distální tibie diachronní změny velikostní či tvarové. Tvarové diference mezi chronologicky vzdálenými i relativně blízkými skupinami byly velmi zřetelné a statisticky signifikantní. Způsob, jakým se změnily tvarové charakteristiky proximální části od raného středověku do 20. století, se nezměnil ani po tomto datu, a tak lze hovořit o trendu kontinuálním. Význam popsaných diachronních diferencí pak můžeme chápat jako adaptivní odpověď této partie kosti na měnící se podmínky environmentální a mechanické (nutrice, hygienické podmínky, snižování úrovně fyzických aktivit).
Přes obecně uznávanou silnou genetickou determinaci a fenotypickou stabilitu kloubních konců dlouhých kostí (Lieberman et al., 2001) jsme v tvarové variabilitě lidské kosti holenní identifikovali vlivy způsobující tvarové rozdíly pohlavní, věkové a diachronní. Výsledky lze shrnout do tvrzení, že tvarová variabilita proximální a distální části tibie daná příslušností k pohlaví je nejvyšší, o něco slabší vliv má pozice populační skupiny na časové ose. Nejméně určujícím faktorem je faktor dožitého věku jedince a vliv sociálního statusu na variabilitu koncových částí tibie nebyl prokázán.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
The aim of this study was to detect and describe the trends in shape variability of proximal and distal human tibia related to sex, age, social status and time period. The variability of its shape and form was analysed first in an early medieval sample, then in two modern populations, an early 20th century sample and the contemporary Czech population. Finally, data from the whole studied time span were analysed.
The initial raw data were acquired by optical scanning and computed tomography (CT) scanning of the lower limbs; the three-dimensional bone surfaces of the contemporary tibias were segmented from the clinical CT scan sequences. Geometric morphometrics and multivariate statistical methods were applied to study the variations in shape and form quantitatively. Proximal and distal tibias were evaluated independently, and the potential influence of sex, age at death and time period were investigated. In the early medieval population, we also explored the relationship between tibial morphology and presumed social status derived from the respective grave location within the settlement.
Because traditional morphometric analysis revealed statistically significant sex differences in the parameters of both tibial extremities (e.g., Steyn and Işcan, 1997; Šlaus et al., 2013), we thus assumed the dimorphism of form including its population specificity. Apart from its confirmation, we surprisingly identified sex-related differences in shape concerning all the samples except the distal tibias of the 20th century Czech population. Moreover sex-based divergence varied among the analysed samples, and significant differences were identified even between chronologically close populations (20th vs. 21st century). The contribution of allometry that we detected in almost all dimorphic configurations revealed that the shape differences were due to the different mechanical loads acting on these bones.
Effects of aging include bone loss, microarchitecture changes, activity decrease and reduced bone remodelling. These phenomena are associated with changes in the diaphyseal cross-sectional geometry (Ruff and Hayes, 1983). In our study, significant differences were also identified between the age groups in the shape of the proximal tibia in all samples studied. Thus, morphological changes in the articular ends can be detected before obvious joint degeneration and the onset of osteoarthrosis.
In the prehistoric and historic stratified populations, a higher prevalence of the non-specific stress indicators and the presence of skeletal markers of higher physical load indicate the impact of different environmental and behavioral factors (Larsen, 1999). This was also shown in the early medieval sample from Mikulčice (e.g., Havelková et al., 2008); however, neither of the tibial parts was affected by the presumed social status in that particular population.
Following up on the previous studies documenting a positive secular trend in body height or long bone length over the past centuries (e.g., Meadows Jantz and Jantz, 1999), we expected to find temporal shape and size changes in the proximal and distal tibia as well. Both the proximal and distal tibias showed pronounced and statistically significant differences between the groups from different time periods (even between the chronologically close samples). Moreover, changes in the proximal tibial morphology occurring since the Early Middle Ages to the 20th century continued to the present. This temporal trend can be interpreted as a reflection of the changing environmental conditions and physical load this part of the tibia has to withstand (in terms of nutrition, improvements in hygienic conditions and decreasing physical activities).
In spite of the generally accepted assumptions about strong genetic determination and phenotypic stability of the shape of the long bone extremities (Lieberman et al., 2001), the analyses of human tibia shape variability revealed factors causing sex, age and diachronic differences. The results show that the most influential factor affecting proximal and distal tibial morphology is the sex of the individual followed by chronological age of the sample. The least influential factor is the age at death. The effect of social status on tibial shape was not shown.
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK