Osteometry of the human spine at the age of maturity in the Ural region

Abstract


Aim. To reveal the patterns of the changes of osteometric characteristics of the adults living in the Ural region.

Methods. 56 cadavers of human beings at the age of maturity were analyzed (28 women aged 21 to 55 years, and 28 men aged 22 to 60 years) being the residents of the Ural region. The scheme recommended by the Symposium on Age Periodization at the Institute of Age Physiology in 1969, was used for distribution by age groups. Osteometry and statistical method were used.

Results. In the cervical spine, the greatest sagittal size was determined in the spinal process of the VII cervical vertebra (30.9±1.79 mm), in the thoracic spine — in the VII thoracic vertebra (41.5±2.4 mm), and in lumbar spine — in the III lumbar vertebra (36.4±0.95 mm). The frontal size of vertebral bodies increased from overlying vertebrae to underlying ones, however, the decrease in the frontal size of vertebral bodies was noted from the I thoracic to the VI thoracic vertebra, and starting from the VII thoracic vertebra its further increase was observed. The sagittal size of vertebral body increased only from the II cervical vertebra to the III lumbar one. The sagittal size of the bodies of the III–V vertebrae was within the range of 32–34 mm. The sizes of vertebral arch pedicle allow conducting the transpedicular fixation at the level of all vertebrae, but it should be taken into account that in V and VI thoracic vertebrae frontal size of arch pedicle is the least as compared to other levels. The frontal sizes of spinal canal were more than sagittal ones at the levels of all vertebrae, with the exception of atlas and the V thoracic vertebra.

Conclusion. The results can serve as the basis for performing any surgical interventions on the spine and as the norm for evaluation of its pathological changes.


В настоящее время для лечения травм и заболеваний позвоночника широко используют различные металлоконструкции, порой с заменой костного участка позвонка. При разработке вариантов фиксации встаёт вопрос о средних морфометрических величинах позвонков, закономерностях их изменений в различных отделах позвоночного столба [1–3]. Кроме того, существуют исследования, в которых доказана корреляционная связь между величиной позвонка с ростом человека [4].

Вместе с тем, в большинстве работ изучены лишь отделы позвоночного столба (чаще поясничный отдел), а не рассмотрен позвоночный столб целиком. Кроме того, у представителей различных национальностей есть различия в размерах структур позвонка [5]. Индийские пациенты по сравнению с популяциями в странах Западной и Южной Азии имеют меньшие анатомические размеры шейных позвонков, за исключением CVII, что приводит к невозможности использования стандартных винтов для трансламинарной фиксации [6]. С другой стороны, анализируя данные англоязычных исследователей, М. Chazono и соавт. не обнаружили существенного этнического неравенства в размерах шейных и грудных позвонков [7].

Исходя из вышеизложенного, с позиций антропометрии необходимо набирать базу по вертеброметрии, используя данные отечественных авторов.

Цель настоящего исследования — выявить закономерности изменений остеометрических характеристик позвоночного столба взрослого человека-жителя Уральского региона.

Морфометрические исследования проведены на мацерированных препаратах позвоночного столба 56 людей в возрасте от 20 до 60 лет (28 женщин в возрасте от 21 до 55 лет и 28 мужчин в возрасте от 22 до 60 лет). Распределение материала по возрастным группам проведено по схеме, рекомендованной симпозиумом по возрастной периодизации в Институте возрастной физиологии в 1969 г. [8].

Остеометрические измерения проведены согласно схеме, представленной на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема остеометрии позвонка: 1 — фронтальный размер тела позвонка; 2 — сагиттальный размер тела позвонка; 3 — транспедикулярный размер тела позвонка; 4 — фронтальный размер ножки дуги позвонка; 5 — краниокаудальный размер ножки дуги позвонка; 6 — толщина пластинки дуги позвонка; 7, 8 — фронтальные размеры остистого отростка (7 — на уровне основания отростка, 8 — на уровне его середины); 9 — сагиттальный размер остистого отростка

 

Проведена стандартная статистическая обработка полученных результатов с использованием параметрического критерия Стьюдента и непараметрического критерия Уилкоксона–Манна–Уитни.

Краниокаудальный размер передней дуги атланта варьировал в пределах 6–9 мм, задней дуги — 9–11 мм, то есть высота задней дуги атланта больше, чем передней. Размеры остистых отростков в шейном отделе позвоночного столба от II до V позвонка изменялись незначительно — от 16 до 18 мм, а у VI позвонка сагиттальный размер остистого отростка составлял 21,5±1,5 мм. VII шейный позвонок из-за длинного остистого отростка называют выступающим — его сагиттальный размер в среднем составлял 30,9±1,8 мм.

В грудном отделе позвоночного столба сагиттальные размеры наибольшими были у остистых отростков VI (40,8±2,7 мм) и VII (41,5±
±2,4 мм) грудных позвонков. От VII до XII грудного позвонка отмечено постепенное уменьшение данного размера. В поясничном отделе позвоночного столба зафиксировано увеличение сагиттального размера остистого отростка III поясничного позвонка — 36,4±1,0 мм, а у V поясничного позвонка длина отростка уменьшалась до 26,2±1,6 мм (рис. 2).

 

Рис. 2. Динамика изменений сагиттального размера остистого отростка позвонка в шейном, грудном и поясничном отделах позвоночного столба

 

По сравнению с другими шейными позвонками у II шейного позвонка определены наибольшие фронтальные размеры остистого отростка на уровнях его верхушки, середины и основания. Фронтальные размеры уменьшались у остистого отростка VI шейного позвонка (по сравнению с СII практически на 50%): СII — 14,6±1,2 мм, СVI — 6,5±1,1 мм. В грудном и поясничном отделах позвоночного столба фронтальные размеры остистых отростков варьировали в пределах 4–9 мм, наибольшими она были у XII грудного, III–V поясничных позвонков (рис. 3).

 

Рис. 3. Динамика изменений фронтального размера остистых отростков позвонков в шейном, грудном и поясничном отделах позвоночного столба

 

В настоящее время в клинической практике при повреждениях и заболеваниях позвоночного столба достаточно широко применяют транспедикулярную фиксацию [9, 10]. Транспедикулярный размер определяли от дорсальной поверхности ножки дуги в соответствии с углом наклона ножки до вентральной поверхности тела позвонка. Транспедикулярный размер в шейном отделе позвоночника составлял от 28 до 33 мм. В грудном отделе данный показатель увеличивался: на уровне I грудного — 34,0±0,7 мм, на уровне VI — 40,0±1,2 мм, на уровне XII грудного позвонка — 45,7±2,2 мм (табл. 1). Толщина пластинки дуги позвонка составляла от 3 до 5 мм.

Фронтальный размер ножки дуги позвонка статистически значимо был больше (р <0,031) у III–V поясничных позвонков (рис. 4).

 

Рис. 4. Динамика изменений фронтального размера ножек дуг позвонков в шейном, грудном и поясничном отделах позвоночного столба

 

У II шейного позвонка краниокаудальный размер ножки дуги (высота) был 9,2±0,5 мм. В грудном отделе показатель составлял 10–11 мм, а у XI грудного позвонка краниокаудальный размер ножки дуги позвонка увеличивался до 16,3±0,3 мм. В поясничном отделе отмечено уменьшение краниокаудального размера ножек дуг III–V поясничных позвонков до 14 мм (см. табл. 1).

 

Таблица 1. Данные остеометрии позвонков (M±m, мм, n=56)

Позвонки

Транспеди-кулярный размер ножки дуги

Кранио-каудальный размер ножки дуги

Фронтальный размер тела позвонка

Сагиттальный размер тела позвонка

Сагиттальный размер позвоночного отверстия

Фронтальный размер позвоночного отверстия

СII

28,4±1,6

9,2±0,5

19,2±1,6

14,9±0,6

12,3±0,9

17,3±0,6

СIII

31,9±1,0

6,2±0,3

19,8±0,6

15,3±0,4

13,2±0,6

17,8±0,8

СIV

32,1±0,5

6,6±0,3

20,1±0,7

14,7±0,4

12,5±0,5

18,6±0,9

СV

32,6±1,0

6,4±0,3

21,2±0,5

15,3±0,5

12,1±0,5

19,6±0,7

СVI

31,4±1,3

6,4±0,4

24,4±0,6

16,4±1,0

13,2±0,6

20,7±0,6

СVII

30,9±0,8

6,7±0,2

26,4±1,2*

15,5±0,8

13,9±0,6

21,4±0,8

ThI

34,0±0,7

7,9±0,3

27,9±0,5

16,1±0,6

14,6±0,3

20,9±0,5

ThII

33,7±1,3

10,3±0,4

27,4±0,9

17,3±0,5

14,8±0,6

17,0±0,4

ThIII

33,9±1,3

10,9±0,5

25,9±1,2

18,9±0,6

15,3±0,3

16,8±0,3

ThIV

35,8±1,2

10,9±0,5

24,1±0,9

20,9±0,6

15,1±0,3

15,8±0,4

ThV

38,0±1,4

10,4±0,4

23,8±0,5*

21,6±0,6

15,8±0,4

15,9±0,4

ThVI

40,0±1,2

10,6±0,6

25,2±0,5

24,0±0,5

15,5±0,3

16,2±0,5

ThVII

40,8±1,9

11,4±0,7

27,0±0,8

25,0±0,5

15,4±0,4

16,7±0,6

ThVIII

42,7±2,0

11,4±0,4

28,5±0,7

26,5±0,6

15,4±0,3

16,8±0,6

ThIX

43,6±1,4

12,5±0,4

29,3±0,7

27,8±0,8

15,3±0,3

16,6±0,6

ThX

43,8±1,0

13,8±0,5

30,8±0,9

27,5±1,0

15,9±0,4

16,8±0,6

ThXI

45,4±1,2

16,3±0,3*

32,9±0,8

27,4±1,0

16,2±0,4

17,9±0,6

ThXII

45,7±2,2

15,7±0,4

34,8±0,7

28,1±0,8

17,5±0,4

21,0±1,0

LI

52,0±1,1

15,7±0,5

35,7±1,0

30,9±1,0

17,5±0,5

22,9±0,5

LII

53,7±1,1

15,2±0,5

37,5±1,0

32,4±0,7

16,4±0,3

23,4±0,5

LIII

54,6±1,7

14,8±0,6

39,4±1,0

33,3±0,7

15,8±0,4

23,7±0,5

LIV

54,3±1,7

14,3±0,5

42,7±0,8

33,7±0,7

16,2±0,6

23,9±0,5

LV

54,5±2,0

14,8±0,6

43,9±1,3*

33,9±0,8

17,2±0,8

26,6±0,7

Примечание: *р < 0,05 по сравнению с вышележащим позвонком: для шейного отдела по сравнению с размером СII, грудного — ThI, поясничного — LI.

 

Как известно из учебника по анатомии человека [11], тела позвонков увеличиваются от выше- к нижележащим отделам. По нашим данным, площадь тела II шейного позвонка в среднем была 243,7±16,2 мм, увеличиваясь у VII шейного позвонка до 377,5±14,2 мм2. У I грудного позвонка площадь его тела составляла 434,4±29,1 мм2, а у XII — 1022,9±54,91 мм2. У I поясничного позвонка данный показатель был близок к величине ThXII — 1030±60,3 мм2. Самой большой была площадь тела V поясничного позвонка — 1303,1±120,5 мм2.

Сагиттальный размер тел позвонков был равномерным от II шейного до I грудного позвонка, а затем происходило увеличение от выше- к нижележащим отделам. В отличие от сагиттального фронтальный размер тел позвонков изменялся неравномерно. Фронтальный размер тела I грудного позвонка статистически значимо (р <0,04) был больше, чем тела V грудного позвонка: ThI — 27,9±0,5 мм, ThV — 23,8±0,5 мм. Только начиная с уровня VI грудного позвонка, зафиксировано увеличение данного размера. P.V. Scoles приводит аналогичные результаты изменений фронтального размера тел грудных позвонков, но динамику не прослеживает из-за выборочности измерений только I, III, VI, IX и XII позвонков [12].

Наибольшие размеры позвоночного отверстия (канала) определены на уровне атланта, при этом сагиттальный размер был меньше, чем фронтальный. У всех остальных позвонков (от СVI до LV, за исключением ThV) фронтальные размеры позвоночного канала были статистически значимо больше, чем сагиттальные (р <0,047). В грудном отделе позвоночного столба сагиттальный размер позвоночного отверстия наименьшим был у I и II позвонков, а фронтальный — у VI и V позвонков. В поясничном отделе наименьший сагиттальный размер позвоночного канала зарегистрирован у III позвонка, фронтальный — у I поясничного позвонка.

Остеометрия отверстий поперечных отростков позволила определить их средние размеры и оценить риск повреждения позвоночных артерий на уровне шейного отдела позвоночного столба. Вентродорсальный размер отверстия поперечного отростка у I шейного позвонка составлял 7,6±0,49 мм. От II до V шейного позвонка показатель был примерно одинаков: СII — 5,4±0,21 мм, СIII — 5,5±0,28 мм, СIV — 5,3±0,07 мм, СV — 5,6±0,41 мм, увеличиваясь у СVI до 6,0±0,76 мм и уменьшаясь к СVII до 3,9±0,37 мм. Фронтальные же размеры поперечного отверстия варьировали не так значительно: СI — 6,4±0,36 мм, СII — 6,8±0,38 мм, СIII — 6,4±0,12 мм, СIV — 6,3±0,21 мм, СV — 6,0±0,35 мм, СVI — 5,9±0,19 мм, СVII — 5,3±0,44 мм.

Следовательно, от II до VII позвонка отверстие поперечного отростка больше в латерально-медиальном направлении, а у I — в переднезаднем. Отверстие поперечного отростка по отношению к дорсальной срединной линии на уровне атланта было на расстоянии 21,0–24,0 мм, от II до VII позвонка — на расстоянии 10,0–16,0 мм.

При остеометрии крестца выявлено, что от срединного крестцового гребня первое дорсальное крестцовое отверстие расположено на расстоянии 20,3±0,95 мм. Далее расстояние постепенно уменьшается: SII — 17,9±1,02 мм, SIII — 15,8±0,81 мм, SIV — 15,0±0,53 мм. Краниокаудальный размер дорсальных крестцовых отверстий также уменьшался от выше- к нижележащим структурам: SI — 12,1±0,87 мм, SII — 9,9±0,59 мм, SIII — 8,1±0,55 мм, SIV — 7±0,93 мм. Фронтальные размеры дорсальных крестцовых отверстий, напротив, изменялись незначительно: SI — 8,1±0,35 мм, SII — 8,9±0,59 мм, SIII — 8,3±0,69 мм, SIV — 8,0±0,89 мм.

На вентральной поверхности крестца по сравнению с задней поверхностью размеры крестцовых отверстий были больше как по высоте, так и по ширине. Краниокаудальный размер отверстия SI составлял 15,0±0,57 мм, SII — 15,3±0,71 мм, уменьшаясь у третьего тазового крестцового отверстия до 12,4±0,96 мм. Фронтальные размеры тазовых крестцовых отверстий также уменьшались от выше- к нижележащим отделам: первого — 13,9±0,59 мм, второго — 16,3±1,0 мм, третьего — 13,3±1,1 мм. У четвёртых тазовых крестцовых отверстий определялись самые малые размеры: краниокаудальный — 7,6±0,76 мм, фронтальный — 9,3±0,42 мм.

При необходимости фиксации задних структур крестца необходимо учитывать, что толщина пластинки дорсальной поверхности крестца составляет 4,4±0,44 мм. Наилучшие возможности проведения фиксаторов — через основание срединного крестцового гребня на уровне первого крестцового сегмента: фронтальный размер основания — 9,1±0,59 мм.

Высота (краниокаудальный размер) I крестцового позвонка составляла 33,0±1,13 мм, уменьшаясь к V позвонку до 22,0±2,08 мм (на 44%). Сагиттальный размер тела от I к V крестцовому сегменту уменьшался на 58%: SI — 26,6±1,58 мм, SII — 11,0±2,08 мм. Фронтальные размеры тел крестцовых сегментов уменьшались на 14%: на вентральной поверхности крестца фронтальный размер перехода SI–II составлял — 30,4±1,26 мм, SII–III — 29,4±1,32 мм, SIII–IV — 27,9±1,44 мм, SIV–V — 26,3±1,14 мм.

Краниокаудальный размер основания боковой части на уровне SI составлял 19,3±0,92 мм, её фронтальный размер — 36,1±1,35 мм, а сагиттальный — 30,0±1,51 мм. На уровне SII краниокаудальный размер боковой части (по тазовой поверхности) составлял 13,1±0,75 мм, а на уровне SIII — 9,3±0,65 мм. Их сагиттальные размеры были равны: на уровне SII — 20,4±1,31 мм, SIII — 16,0±1,1 мм. Фронтальный размер боковой части SII составлял 31,2±1,23 мм, SIII — 29,6±1,47 мм.

Полученные морфометрические данные дополняют результаты выполненных ранее исследований. В шейном отделе наибольший сагиттальный размер определён у VII шейного позвонка, в грудном — у VII грудного позвонка, в поясничном — у III поясничного позвонка. Размеры ножки дуги позвонка позволяют проводить транспедикулярную фиксацию на уровне всех позвонков, но необходимо учитывать, что у V и VI грудных позвонков фронтальные размеры ножки дуги наименьшие по сравнению с другими уровнями.

Фронтальный размер тел позвонков увеличивался от II до VII шейного позвонка, затем снижался от I до V и VI грудных позвонков, а начиная с уровня VII грудного позвонка, происходило дальнейшее его увеличение. Сагиттальный размер тела позвонка увеличивался только от II шейного до III поясничного позвонка. Сагиттальный размер тел III–V поясничных позвонков составлял от 32 до 34 мм. На уровнях всех позвонков фронтальные размеры позвоночного канала превышали сагиттальные, за исключением атланта и V грудного позвонка. Данные сагиттальных размеров тел поясничных позвонков и позвоночного канала на этом уровне согласуются с результатами A. Pierro и соавт. [13].

Вывод

Результаты могут служить базисом при проведении любых оперативных вмешательств на позвоночном столбе и выступать в качестве нормы для оценки его патологических изменений.

 

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

I A Men’shchikova

South-Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: iamen@mail.ru
Chelyabinsk, Russia

  1. Gayvoronskiy I.V., Manukovskiy V.A., Kats A.V. Morphometric characteristics of lumbar vertebrae of adult individuals and the feasibility of their body volume prediction in percutaneous vertebroplasty. Morfologiya. 2009; 136 (5): 67–72. (In Russ.)
  2. Gladkov A.V., Komissarov V.V. Morphometry as a starting point in mo­deling spinal motion segment. Vestnik Sibirskogo universiteta potrebitelʹskoy kooperatsii. 2015; (2): 93–102. (In Russ.)
  3. Ostrovskiy V.V., Ninelʹ V.G., Anisimova E.A. Morphometrical substantiation of ventral fixation use in surgical rehabilitation of patients with subaxial damages of cervical department of spinal column. Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal. 2009; 5 (1): ­100–103. (In Russ.)
  4. Oura P., Korpinen N., Niinimäki J. et al. Estimation of stature from dimensions of the fourth lumbar vertebra in contemporary middle-aged Finns. Forensic Sci. Intern. 2018; 292: 71–77. doi: 10.1016/j.forsciint.2018.09.001.
  5. Ji G.Y., Oh C.H., Park S.H. et al. Feasibility of translaminar screw placement in Korean population: morphometric analysis of cervical spine. Yonsei Med. J. 2015; 56 (1): 159–166. doi: 10.3349/ymj.2015.56.1.159.
  6. Srivastava A., Nanda G., Mahajan R. et al. Feasibi­lity of sub-axial cervical laminar screws, including C7, in the Indian population: A study on 50 patients using compu­ted tomography-based morphometry measurements. Asian Spine J. 2018; 18: 132–135. doi: 10.31616/asj.2018.0110.
  7. Chazono M., Tanaka T., Kumagae Y. et al. Ethnic differences in pedicle and bony spinal canal dimensions calculated from computed tomography of the cervical spine: a review of the English-language literature. Eur. Spine J. 2012; 21 (8): 1451–1458. doi: 10.1007/s00586-012-2295-y.
  8. Semenova L.K. Studies of age-related morphology during the last 5 years and perspective of its development. Arkhiv anatomii, gistologii i ehmbriologii. 1986; (11): ­80–85. (In Russ.)
  9. Aleynik A.Ya., Mlyavykh S.G. Bokov A.E. Transpedicular screw fixation of the cervical spine: literature review and clinical data. Khirurgiya pozvonochnika. 2017; 14 (3): 47–53. (In Russ.)
  10. Afaunov A.A., Kuzmenkov A.V. Transpedicular fixation for thoracic and lumbar spine injury with post-traumatic spinal stenosis. Khirurgiya pozvonochnika. 2011; (4): 8–17. (In Russ.)
  11. Prives M.G., Lysenko N.K., Bushkovich V.I. Anatomiya cheloveka. (Human anatomy.) Textbook. Saint. Petersburg: SpB MAPO. 2017; 720 p. (In Russ.)
  12. Scoles P.V., Linton A.E., Latimer B. Vertebral body and posterior element morphology: the normal spine in middle life. Spine. 1988; 13 (10): 1082–1086. PMID: 3206263.
  13. Pierro A., Cilla S., Maselli G. et al. Sagittal normal limits of lumbosacral spine in a large adult population: A quantitative magnetic resonance imaging analysis. J. Clin. Imaging Sci. 2017; (7): 35. doi: 10.4103/jcis.JCIS_24_17.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 59

PDF (Russian) - 136

Cited-By


PlumX


© 2019 Men’shchikova I.A.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77-75008 от 1 февраля 2019 года выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies