Эффективность определения пола по останкам неполовозрелых индивидов методами морфологии (на примере средневековой серии Мамисондон, Северная Осетия)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективность определения пола по останкам неполовозрелых индивидов методами морфологии (на примере средневековой серии Мамисондон, Северная Осетия)

Дарья Сергеевна Ходырева, Наталия Николаевна Гончарова, Александра Петровна Бужилова, Наталия Яковлевна Березина

Abstract

The effectiveness of sex determination of immature individuals by morphological methods (a case study of medieval Mamisondon series, North Ossetia)¹

Daria S. Khodyreva, Natalia N. Goncharova, Alexandra P. Buzhilova, Natalia Ya. Berezina

Introduction. One of the main issues in the analysis of human remains in paleoanthropology and forensic examination is the sex determination. A large number of reliable methods for sex determination in adult individuals exist. However, when examining the remains of children and adolescents, the problem of sex determination is much more complicate. Various methods of such determination have been developed. All of them have different degrees of accuracy, applicable to different osteological series. Methods and materials. The early Medieval Mamisondon series (North Ossetia) was chosen for the study, in which the sex of the buried, including children, determined the location of the corpse. Genetic analysis and peptide analysis of tooth enamel were carried out to confirm the connection of body location with sex. Three methods of morphological sex determination in children's skeletons have been tested: the use of discriminant functions for the size of the teeth and the use of descriptive characteristics of the mandible and pelvis shape. Mesiodistal and bucco-lingual tooth sizes were measured in 60 adults and 43 children. Morphological features of the mandible were evaluated in 37 individuals and the ilium in 33. The evaluation of the descriptive characteristics of the postcranial skeleton was carried out by the blind method, and then the data obtained were compared with sex determination data confirmed by laboratory methods. Analysis. By the method of step-by-step discriminant analysis, the characters were selected that most successfully dividing individuals by sex in our series. Results. We have built several discriminant equations based on deciduous and permanent molars, which allow us to determine sex with an accuracy of70-80%. In our work, we especially note the importance of the first permanent molar for sex determination in children, since it appears first among permanent teeth, which are more dimorphic than deciduous teeth. We consider this method to be promising, however, due to the unequal level of sexual dimorphism and the size of teeth in different populations, the discriminant functions created by us are not universal and are applicable only specifically to our series, or to another series with the same level of sexual dimorphism and dimensional characteristics of the teeth. The descriptive characteristics studied in the work showed a low percentage of correct decisions in determining sex. Authors ' contribution: D. Khodyreva - experimental research, data analysis, writing original draft; N. Goncharova - methodology of statistical analysis, formal analysis, review and editing; A. Buzhilova - methodology of the research algorithm, review and editing, critical revision in order to improve the content; N. Berezina - the concept of the research algorithm, methodology, writing, review and editing.

Key words: sex determination, odontometrics, osteoscopy, cranioscopy, discriminant analysis, children and adolescents.

Аннотация

Введение. Одним из основных вопросов при анализе человеческих останков в палеоантропологии и судебной экспертизе является определение пола погребенных. Существует большое количество надежных методов определения пола у взрослых индивидов, тем не менее, проблема определения пола у детей и подростков по морфологическим критериям весьма актуальна. На данный момент разработано несколько методик, имеющих разную степень точности применимо к различным остеологическим сериям. Методы и материалы. Для проведения исследования была выбрана раннесредневековая серия Мамисон- дон (Северная Осетия), в которой пол погребенных, включая детей, определял позу погребенного. Для подтверждения связи позы погребенного с полом были проведены генетический анализ и пептидомный анализ эмали зубов. В публикации приведены результаты тестирования трех наиболее популярных методик морфологического определения пола у детей: использование дискриминантных функций для размеров зубов и применение описательных характеристик нижней челюсти и подвздошной кости таза. Измерения мезиодистальных и вестибуло-лингвальных размеров зубов были проведены у 60 взрослых и 43 детей. Морфологические особенности нижней челюсти оценивались у 37 индивидов, а подвздошной кости - у 33. Оценка описательных характеристик посткраниального скелета проводилась слепым методом, затем полученные данные сравнивались с данными по определению пола, подтвержденными лабораторными методами. Анализ. Методом пошагового дискриминантного анализа были отобраны параметры, наиболее успешно разделяющие детей и подростков по полу в нашей серии. Результаты. Описательные характеристики, изученные в работе, показали низкий процент правильных решений при определении пола. В результате исследования размеров молочных и постоянных моляров был построен ряд дискриминантных уравнений, которые позволили определять пол с точностью 70-80 %. В данной работе отмечается важность изучения размеров первого постоянного моляра для определения пола у детей, поскольку он появляется первым среди постоянных зубов, которые более диморфны, чем молочные зубы. Вероятно, разработанные для серии Мамисондон дискриминантные уравнения будут с неодинаковой эффективностью работать для других серий, сильно отличающихся от нашей выборки. Вклад авторов: Д.С. Ходырева - экспериментальное исследование, анализ данных, написание текста статьи; Н.Н. Гончарова - методология статистического анализа, анализ данных, редактирование текста; А.П. Бужилова - методология исследовательского алгоритма, редактирование текста, критическая доработка с целью улучшения содержания; Н.Я. Березина - концепция алгоритма исследования, методология, написание и редактирование текста.

Ключевые слова: определение пола, одонтометрия, остеоскопия, краниоскопия, дискриминантный анализ, дети и подростки.

Введение

определение пола ребенок подросток

Половые различия в размерах тела между мальчиками и девочками наблюдаются уже с рождения. По статистике мальчики рождаются более крупными, чем девочки. Это связано с интенсивной выработкой гормона тестостерона на этапе внутриутробного развития [15; 16]. На возрастном интервале от рождения до 7 лет величина полового диморфизма размеров тела детей постепенно уменьшается от грудного и раннего возрастов к возрасту первого детства. Существенно половой диморфизм начинает проявляться в период полового созревания, когда генерализованные процессы взросления отражаются на костной системе [5]. Для определения пола по морфологическим особенностям скелета, начиная с позднего подросткового возраста, разработано большое количество методик, позволяющих с высокой долей достоверности проводить идентификацию [2; 3; 8; 12]. Для палеоантропологических и биоархеологических исследований пол индивида, как и его возраст, являются базовыми характеристиками, на которых строятся все дальнейшие реконструкции. До недавнего времени, когда был разработан анализ палеоДНК, пол ювенильных индивидов оставался белым пятном в палеоантропологических исследованиях. Поставленную задачу на разных сериях пытались решить как судебные медики, так и антропологи, используя паспортизованные коллекции [19; 23; 28; 31; 32]. Разработанные на паспортизованных сериях или современных коллекциях признаки идентификации пола у детей имеют неодинаковую степень точности, которая в том числе зависит и от биологических особенностей использованной выборки.

Одним из самых известных исследований по определению пола у детей является работа Х. Шутковски [28], позже повторенная Р. Саттером [29] на другой серии костей. Исследуя подвздошные кости таза, Х. Шут- ковски выделил форму большой седалищной вырезки, глубину и величину угла, которой он связал с полом. Данный признак, по мнению автора работы, распознается на ранних стадиях развития плода и хорошо сохраняется в человеческих останках. Работы Х. Шутковс- ки [28] показывают, что достоверность данного метода составляет 71,4-95 %, в публикации Р. Саттера [29] эффективность этой же методики составляет 79-80,7 %, при этом диагностика пола у индивидов мужского пола в обоих исследованиях показывала более высокую точность, чем у индивидов женского пола. Однако применение этой методики на паспортизованной коллекции Лиссабона показало эффективность правильного определения пола только в 61 % случаев [30].

Другой популярной методикой, разработанной Х. Шутковски [28] и получившей развитие в работе С. Лот и М. Хеннеберг [25], является определение пола детей по морфологическим и метрическим особенностям нижней челюсти. С. Лот исследовала некоторые метрические признаки нижней челюсти (выступание подбородка, нижнечелюстной угол, подбородочный симфиз), получив результат с невысокой достоверностью распределения индивидов по полу: 33 % для признака выступания подбородка и 37 % для угла нижней челюсти. Позже С. Лот и М. Хеннеберг исследовали выборку детей возрастом от 7 месяцев до 3,5 лет посредством слепых тестов и получили среднюю точность метода 81 %.

Третьим кластером методик по определению пола у детей является одонтомет- рическая дифференциация [10; 18; 20; 24]. Коронки зубов имеют массу преимуществ перед костями черепа и посткраниального скелета: рано появляются, слабо меняются со временем, устойчивы к воздействию та- фономических процессов. Ограничениями метода могут являться прижизненные изменения нормальных размеров зубов, например, физиологическая стертость или патологические состояния. Достоинствами данной методики является простота исполнения, что позволяет применять ее в любых условиях, а также использование метрических признаков, которые не опираются на субъективное мнение исследователя. Различия в размерах зубов у мужчин и женщин могут объясняться разным соотношением толщины эмали и дентина, которое определяется генами половых хромосом [27].

Среди российских антропологов вопросы идентификации пола по детским останкам поднимались в работах Н.А. Дубовой [7], на материалах могильника Гонур-депе, эпоха бронзы, Туркменистан, и В.В. Куфтерина [11], на материалах могильника Селивановский II, эпоха бронзы, Республика Башкортостан. Данные работы не выявили существенного диморфизма по размерам зубов. Кроме того, разработкой методик занимались также отечественные судебные медики [9; 14].

Целью данного исследования стала оценка достоверности наиболее распространенных методик определения пола по морфологическим признакам детских скелетов с известной половой принадлежностью на локальной антропологической серии Мамисондон.

Для достижения поставленной цели была проведена работа по изучению существующих методик идентификации пола по скелетным останкам неполовозрелых индивидов, отобраны самые распространенные и эффективные из них. Была проведена оценка успешности определения пола у детей по морфологическим признакам подвздошных костей и нижней челюсти с учетом данных археологии и пептидомного анализа. Был изучен половой диморфизм в размерах зубов молочной и постоянной генераций у детей и взрослых с известной половой принадлежностью. С помощью дискриминантного анализа была разработана система уравнений для определения пола по размерам зубов у детей и взрослых.

Материалы и методы

В работе была исследована коллекция раннесредневекового могильника Мамисондон (Алагирский район Республики Северная Осетия - Алания), датирующаяся VII-IX вв. н. э. [1; 6].

Особенностью данной коллекции, позволившей провести такого рода исследование на детских костяках, является возможность независимой половой идентификации по погребальному обряду. Захоронения мужчин и женщин производились в разных позах: мужские погребения совершались в вытянутом положении на спине, женские - в скорченном положении на боку. Аналогичный обряд характерен и для детских костяков.

Для проверки универсальности погребального обряда данные по положению тела в погребении сравнивались с данными по антропологии и генетике для взрослых индивидов и с результатами пептидомного анализа белков зубной эмали, как для взрослых, так и для детско-подростковой части выборки [13]. Таким образом, серию Мамисондон можно считать паспортизованной коллекцией для исследования морфологических критериев пола.

В процессе работы было изучено 43 детских и 60 взрослых скелетов.

Все признаки изучались слепым методом, без учета известных данных о половой принадлежности.

Для проверки методик, использующих неметрические признаки, нами были отобраны 3 8 детских костяков, которые имели необходимые части скелета. Из них 33 скелета имели хотя бы одну подвздошную кость с хорошей сохранностью большой седалищной вырезки; 37 скелетов имели хотя бы частично сохранившуюся нижнюю челюсть, на которой можно было зафиксировать хотя бы один из исследуемых признаков.

Большая седалищная вырезка и признаки нижней челюсти были исследованы у детских скелетов по методике Х. Шутковски [28].

Для определения глубины большой седалищной вырезки кость располагали дорзальной стороной к себе, затем ставили на ровную поверхность таким образом, чтобы она опиралась на нижнюю заднюю подвздошную ость и седалищную ость. Глубина вырезки определялась визуально. У индивидов женского пола она менее глубокая, у индивидов мужского пола - более глубокая.

Для определения угла большой седалищной вырезки кость располагали вентральной стороной к себе таким образом, чтобы сторона большой седалищной вырезки, которая находится ближе к седалищной ости, была выровнена по вертикали. Угол оценивался визуально (>90° у индивидов женского пола и <90° у индивидов мужского пола).

Согласно используемой методике, подбородочный выступ у девочек не выражен, при взгляде сверху сужен и сглажен. У мальчиков более выражен, он угловатый и сглаженный в области симфиза. Форма альвеолярной дуги определялась визуально при взгляде сверху. Девочки имеют V-образную альвеолярную дугу, а мальчики - U-образную. Эвер- сия области гониона (выступание углов нижней челюсти) определялась визуально.

Для проверки методик, использующих для половой идентификации метрические признаки зубов, были измерены некоторые постоянные зубы у детей и взрослых, а также все зубы молочной смены у детей. Среди зубов постоянной смены были отобраны те, которые в ряде работ показали высокий уровень полового диморфизма: клыки, первые и вторые моляры.

Для каждого зуба измерялись мезио-ди- стальный (или передне-задний) и вестибуло- лингвальный (или щечно-язычный) диаметры. В случае, когда это было возможно, перед измерением зубы вынимались из альвеол. Это позволило получить более точные размеры зуба, так как соседние зубы часто препятствуют измерениям в альвеоле.

Существует большое количество методик измерения зубов. В своих работах А.А. Зубов [10] полностью опирается на методику Р Мартина [26], который измеряет мезио-дис- тальный диаметр между наиболее удаленными (контактными) точками аппроксимальных поверхностей, а вестибуло-лингвальный - между точками наибольшей выпуклости вестибулярной и язычной поверхностей.

В данной работе для измерения резцов, клыков и нижних моляров применялась методика С. Хиллсона [22]. В отличие от Р. Мартина, С. Хиллсон предлагает считать максимальным диаметром коронки расстояние между двумя параллельными плоскостями, которые являются касательными к самым мезиальной и дистальной точкам (в случае мезио-дистального диаметра) или вестибулярной и лингвальной точкам (в случае вестибу- ло-лингвального диаметра).

Моляры верхней челюсти характеризуются нестандартной формой и положением в альвеолярной дуге. В зависимости от числа бугорков их очертания могут варьировать от квадратных и ромбовидных до треугольных. В связи с этим для нахождения размеров верхних моляров в работе была использована предложенная С. Хиллсоном методика измерения диагональных диаметров моляров. Все верхние моляры измерялись следующим образом: мезиодистальный диаметр измерялся как максимальный диагональный размер коронки, а вестибулолингвальный как максимальный размер коронки, перпендикулярный первому диаметру (см. рисунок).

Для повышения точности анализа из выборки были исключены зубы, которые не отвечали требованиям по сохранности, то есть зубы с поврежденной эмалью. Кроме того, размер не брался в случае, если доступ к точкам на коронке зуба, которые задействованы в измерениях, был ограничен другими зубами.

Полученные размерные характеристики были обработаны в пакете программ STATISTICA 12.

Результаты

Table 1. Accuracy of sex identification by descriptive features of the mandible and iliac bone of the pelvis

Таблица 2. Классификационная матрица для вестибуло-лингвального размера молочного 2-го моляра верхней челюсти

Table 2. Classification matrix for bucco-lingual diameter of the deciduous second molar of the upper jaw

Таблица 3. Классификационная матрица для мезио-дистального размера постоянного верхнего правого 2-го моляра

Table 3. Classification matrix for mesio-distal diameter of the permanent right second molar of the upper jaw

Дискриминантные функции для вестибулолингвального размера молочного 2-го моляра верхней челюсти имеют вид:

• ПОЛ 1 = 54,640 х Х - 271,655,

• ПОЛ 2 = 51,150 х Х - 238,009,

где ПОЛ 1 - мужской; ПОЛ 2 - женский; Х_х - вести- було-лингвальный размер 2-го моляра молочной смены зубов на верхней челюсти.

В соответствии с принципами дискриминантного анализа, для определения пола необходимо подставить в приведенные уравнения размеры зуба неизвестного индивида, после получения числового результата выбрать большее из двух значений. Уравнение, в котором получилось большее значение, и определяет группу, к которой относится индивид.

Дискриминантные функции для мезиодистального размера постоянного верхнего правого 2-го моляра имеют вид:

• ПОЛ 1 = 36,992 х Х - 224,232,

• ПОЛ 2 = 34,569 х Х - 195,910,

где ПОЛ 1 - мужской; ПОЛ 2 - женский; Х₁ - мезио-дистальный размер 2-го моляра постоянной смены зубов на правой половине верхней челюсти.

Наиболее перспективным для определения пола у детей является первый постоянный моляр, ввиду раннего возраста закладки и прорезывания. Дискриминантные уравнения были разработаны по вестибулолингвальному размеру постоянного 1 -го моляра нижней челюсти (табл. 4).

Таблица 4. Классификационная матрица для вестибуло-лингвального размера постоянного 1-го моляра нижней челюсти

Обсуждение

Изученные в работе описательные признаки показали невысокий процент верных решений при определении пола и имеют недостаточно высокую надежность (табл. 1). Такие признаки, как глубина, угол большой седалищной вырезки и выступание подбородка позволяют определить пол верно с вероятностью до 63 %, тогда как признак эверсии углов нижней челюсти дает верный результат только в 45 % случаев. Это означает, что данный признак не может использоваться для определения пола у детей при отсутствии других признаков на нижней челюсти.

Вероятно, низкая точность этого метода связана с тем, что использующиеся для определения пола признаки формируются в онтогенезе в более позднем возрасте. Тогда как выборка, на которой проводилось исследование, в основном состоит из детей в возрасте до семи лет. Наши исследования показали, что необходимо с большой осторожностью использовать описательные признаки для определения пола у детей раннего возраста (до периода второго ростового спурта) [5].

Два признака - выступание подбородка и форма альвеолярной дуги - оказались тесно связаны друг с другом. Коэффициент корреляции этих признаков оказался равен единице, что может быть связано с влиянием одного из признаков (форма подбородочного выступа) на другой (форма альвеолярной дуги). Это, с одной стороны, приводит к возможности использовать любой из двух признаков при плохой сохранности изучаемого материала, с другой - снижает их идентификационную ценность.

С учетом исключения недостаточно надежного для половой идентификации признака эверсии гонионов и признака выступания подбородка, дублирующего определение пола по другому признаку, точность определения пола по программе, включающей все остальные признаки, не превысила 63 %. Следовательно, даже совместное использование этих признаков не повышает точности половой идентификации.

Необходимо добавить, что описательные признаки любой методики основаны на субъективной оценке исследователя и требуют определенного опыта в их применении.

Методики, основанные на метрических характеристиках зубов, показали хорошие результаты половой дифференциации. Анализ основных размерных характеристик зубов и сравнение средних по t-критерию позволили выявить ценные для половой идентификации признаки.

Была отмечена высокая вариабельность размеров некоторых молочных зубов и верхних постоянных моляров, что снижает их идентификационную ценность.

Дискриминантные уравнения, разработанные по вестибулолингвальному размеру вторых молочных моляров верхней челюсти, позволяют определять пол у индивидов исследуемой серии с высокой точностью - до 81,8 %.

Наибольшей способностью к дискриминации среди постоянных зубов обладает второй верхний постоянный моляр. Разработанные на его основе дискриминантные уравнения идентифицируют пол верно в 78 % случаев. Однако стоит отметить, что другие зубы постоянной смены также показали наличие статистических различий и являются пригодными для построения дискриминантных уравнений.

В соответствии с биологическими закономерностями, половой диморфизм усиливается в размерах постоянных зубов по сравнению с молочными. Это связано с более поздними сроками закладки, когда на формирование зуба начинают оказывать влияние гормоны. В связи с этим возрастает ценность первого постоянного моляра для идентификации пола. Разработанные на основе его размеров дискриминантные уравнения позволяют определять пол ребенка с 6-8 лет с точностью до 71,9 %.

Следует оговорить, что дискриминантные модели хорошо работают для идентификации индивидов той группы, на которой они разработаны. Это связано с различиями в уровне полового диморфизма разных популяций. В работе Э. Харриса [21] был изучен половой диморфизм четырех групп (австралийские аборигены, афроамериканцы, мексиканцы и коренные жители Южной Америки). В случае первых трех групп половой диморфизм размеров зубов был высоким, а последняя группа характеризовалась почти полным его отсутствием. В различных популяциях также могут быть неодинаковыми классы зубов, имеющих дифференцирующую ценность. Кроме того, по мнению В.П. Алексеева, эпохальная грацилизация могла способствовать снижению полового диморфизма [4]. В связи с этим мы считаем, что применение дискриминантных уравнений в межгрупповых исследованиях, в случае если группы значительно отличаются друг от друга по уровню полового диморфизма, может привести к серьезным ошибкам в идентификации пола. По этой причине для каждой новой исследуемой выборки детей актуально предварительно разрабатывать дискриминантные уравнения по размерам зубов взрослых индивидов из той же выборки. Это повышает точность определения пола у детей старше 6 лет, то есть после прорезывания первого постоянного моляра. Что касается младшей возрастной группы, на данный момент достоверное определение пола возможно только при помощи лабораторных методов - генетического анализа и пептидомного анализа белков зубной эмали.

Заключение

В результате исследования было установлено, что методики, основанные на описательных признаках нижней челюсти и подвздошной кости, в изученной детской выборке работают недостаточно надежно. Наиболее высокую точность половой идентификации показали методы дискриминантного анализа с использованием одонтометрических признаков. Для определения пола детей позднего препубертатного и раннего пубертатного возраста можно применять дискриминантные уравнения, построенные для размеров вторых постоянных моляров, так как они характеризуются наиболее высокой точностью. В случае их отсутствия допускается определение пола по дискриминантным уравнениям, разработанным для первого постоянного моляра. Ввиду слабой изученности полиморфизма одонтометрических признаков, мы рекомендуем использовать данную методику только при внутригрупповом определении пола. Дискриминантные уравнения для непаспортизованных серий должны разрабатываться на основании размеров постоянных зубов взрослых индивидов с ясными морфологическими критериями пола.

Примечание