velikost textu

“Putting flesh and fat back onto the bones”: A 3D analysis of the influence of body composition and mass on bone architecture

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
“Putting flesh and fat back onto the bones”: A 3D analysis of the influence of body composition and mass on bone architecture
Název v češtině:
"Návrat svalů a tuku zpět na kosti": 3D analýza vlivu tělesné kompozice a hmotnosti na kostní architekturu
Typ:
Disertační práce
Autor:
Alizé Lacoste Jeanson, Ph.D.
Školitel:
doc. RNDr. Jaroslav Brůžek, CSc.
Oponenti:
RNDr. Petr Velemínský, Ph.D.
Mgr. Lukáš Friedl, Ph.D.
Id práce:
158183
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra antropologie a genetiky člověka (31-110)
Program studia:
Antropologie a genetika člověka (P1525)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
7. 11. 2018
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
tělesná hmotnost, kostra, bioarcheologie, forenzní antropologie
Klíčová slova v angličtině:
Body mass, human skeleton, bioarcheology, forensic anthropology
Abstrakt:
Univerzita Karlova Charles University Přírodovědecká fakulta Faculty of Science Antropologie a Genetika člověka Department of Anthropology and Human Genetics Alizé Lacoste Jeanson, M.Sc. „NÁVRAT SVALŮ A TUKU ZPĚT NA KOSTI”: 3D ANALÝZA VLIVU TĚLESNÉ KOMPOZICE A HMOTNOSTI NA KOSTNÍ ARCHITEKTURU ••• “PUTTING FLESH AND FAT BACK ONTO THE BONES”: A 3D ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF BODY COMPOSITION AND MASS ON BONE ARCHITECTURE Disertačnn prace • Doctoral thesis Školitel • Supervisor: Prof. RNDr. Jaroslav Brůžek, CSc, PhD, HDR Praha, 2018 • Prague, 2018 Abstrakt Porozumění biomechanice je nezbytné pro různé studie v bioantropologii. Kost je živá tkáň, která se neustále remodeluje, aby se funkčně přizpůsobila biomechanickým omezením. Studovány jsou zejména diafýzy dlouhých kostí, které následují principy tzv. „beam engineering“ (studium pevnosti stavebních konstrukcí), což umožňuje hodnotit odolnost kostí vůči různým směrovým omezením na základě jejich tvaru. Na tomto vztahu jsou založeny metody odhadu tělesné hmotnosti. Jsou částečně používány od devadesátých let jako prostředník ke kontrole vlivu tělesné velikosti na kostní architekturu pro interpretaci variability mezi populacemi. V současné době se používají také k odhadu fyzického stavu (např. podváha, normální váha, obezita). Na souboru 64 jedinců se známou tělesnou hmotností jsme demonstrovali, že 11 existujících metod odhadu tělesné hmotnosti z kostry jsou spolehlivé a přesné pro odhad průměrné populační tělesné hmotnosti. Nicméně jsme také ukázali, že pro predikci individuální tělesné hmotnosti a odvození fyzického stavu jsou nespolehlivé a nepřesné. Protože vice klinických studií demonstrovalo rozdíly mezi vlivem tukuprosté a adipózní tkáně na skelet, snažili jsme se blíže zjistit skutečný vliv objemů a hmotností těchto tkání na kosti dolní končetiny. Pro tyto účely jsme vyvinuli tři metody (1) pro změření celkového tělesného složení z celotělových CT snímků, (2) pro odhadnutí celkového tělesného složení z vybraných CT snímků, (3) pro poloautomatické změření tloušťky a parametrů transverzální geometrie dlouhých kostí v celé délce a šířce diafýz nasnímaných pomocí CT. Využili jsme dva soubory CT snímků pocházejících z České republiky a Dánska. Výsledky mezi soubory jsou shodné a vykazují vysoký pohlavní dimorfismus i přesto, že jsou založeny na mírně odlišných analytických postupech. Diafýzy stehenních kostí žen se zdají být více senzitivní na změny hmotnosti tuku než diafýzy mužů. To platí zejména pro kortikální tloušťku stehenní kosti. Stejný pohlavní dimorfismus byl nalezen i v případě tělesné hmotnosti. Naopak tloušťka diafýzy tibie koreluje s tukovou tkání pouze u mužů, zatímco korelace mezi tukuprostou hmotou a holenní kostí se prokázala u obou pohlaví. Také jsme ukázali, že predikci fyzického stavu (výlučně normu a obezitu z procentuálního měření tělesného tuku) založenou na vícero diafyzálních datech lze také aplikovat na archeologické kosterní pozůstatky. Podobně jako kortikální tloušťka i geometrické parametry průřezů měřené po celé délce diafýzy tibie a femuru vykazují korelaci s tělesnou hmotností a složením, i když korelace je nižší. Naše výsledky mohou být vysvětleny biomechanickými (gravitační) a fyziologickými (endokrinní vlivy, kostní remodelace a stárnutí) faktory. Tato zjištění jsou omezena výhradně na dospělý věk, jiné studie na nedospělých jedincích vykazují opačné výsledky. Náš výzkum ukazuje, že tělesné složení a hmotnost mají nejspíše větší vliv na architekturu diafýzy holenní a stehenní kosti, než se doposud myslelo. Výsledky je třeba jednak potvrdit na souborech, které by reprezentovaly celosvětovou lidskou variabilitu, a dále rozšířit jak na ostatní kosti, tak i na trabekulární složku kosti. Nicméně, vliv tělesného složení (především tukové hmoty) a tělesné hmotnosti, by měl být kontrolován při odvozování aktivity, lokomoce nebo mobility z tvaru diafýzy kosti. 2
Abstract v angličtině:
Univerzita Karlova Charles University Přírodovědecká fakulta Faculty of Science Antropologie a Genetika člověka Department of Anthropology and Human Genetics Alizé Lacoste Jeanson, M.Sc. „NÁVRAT SVALŮ A TUKU ZPĚT NA KOSTI”: 3D ANALÝZA VLIVU TĚLESNÉ KOMPOZICE A HMOTNOSTI NA KOSTNÍ ARCHITEKTURU ••• “PUTTING FLESH AND FAT BACK ONTO THE BONES”: A 3D ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF BODY COMPOSITION AND MASS ON BONE ARCHITECTURE Disertačnn prace • Doctoral thesis Školitel • Supervisor: Prof. RNDr. Jaroslav Brůžek, CSc, PhD, HDR Praha, 2018 • Prague, 2018 Abstract The understanding of biomechanics is essential to various studies in bioanthropology. Bone is a living tissue that constantly remodels in order to functionally adapt to biomechanical constrains. Long bones diaphyses in particular have been subjected to various analyses notably because the application of beam engineering principles has rendered possible the evaluation of their resistance to various directional constrains based on their shape. Body mass estimation methods lie on this principle. Body mass is partially used since the nineties as a proxy to control the influence of body size on bone’s architecture prior to interpreting variations between populations. More recently, they have been used to estimate physical status (i.e. emaciation, norm, obesity). Using a sample of 64 known body mass individuals, we demonstrated that 11 of the existing body mass estimation methods from the skeleton are reliable and accurate for the estimation of a population’s mean body mass. However, we also showed that they are unreliable and inaccurate to predict an individual’s body mass and derive the physical status. Because multiple clinical studies demonstrated a difference between lean and adipose tissues influence on the skeleton, we endeavored to investigate further the actual impact of those tissues volumes and masses on the lower limb bones. For this purpose, we developed three methods (1) to measure whole-body composition from whole-body CT scans; (2) to estimate whole-body composition from selected CT scans; (3) to measure semi-automatically long bone’s thickness and cross-sectional geometry parameters on the entire length and width of CT scanned diaphyses. We used two CT scans samples originating from the Czech Republic and Denmark. Although based on slightly different analytical procedures, the results are congruent between samples and display a high sexual dimorphism. Female’s femoral diaphyses seem to be more sensitive than male’s to changes in fat mass. This is especially true for femoral cortical thickness. The same sexual dimorphism was found for body mass. Conversely, tibial diaphyseal thickness correlates with the adipose tissue in males only while correlations between lean mass and the tibia are displayed in both sexes. We also show that the prediction of the physical status (exclusively norm and obesity from measure of body fat percentage) based on multiple diaphyseal data can be applied to archeological remains. Cross-sectional geometry parameters measured on the whole length of the tibial and femoral diaphyses also display correlations with body mass and composition, similar to those found with cortical thickness although lower. Our results can be explained by biomechanical (gravitational) and physiological (endocrine, bone remodeling and aging) factors. Those findings are exclusive to adulthood: other studies lead on immatures show opposite results. Our research suggests that body composition and mass possibly have more influence on the architecture of both tibial and femoral diaphyses than it was thought before. The results need to be confirmed on samples representative of the human worldwide variation and extended to other bones and trabecular bone. Nevertheless, body composition, notably fat mass, and body mass should be controlled for as a factor of influence prior to deriving activity, locomotion or mobility from bone’s diaphyseal shape. 2
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Alizé Lacoste Jeanson, Ph.D. 131.21 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Alizé Lacoste Jeanson, Ph.D. 259 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Alizé Lacoste Jeanson, Ph.D. 252 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Alizé Lacoste Jeanson, Ph.D. 2.76 MB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Petr Velemínský, Ph.D. 280 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Lukáš Friedl, Ph.D. 291 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 441 kB