$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Cel analiz antropologicznych opiera się na zrozumieniu przez praktyka kości jako złożonej tkanki z wieloma jednostkami i zmiennościami. Kość jest hierarchiczną, złożoną tkanką z organicznymi i nieorganicznymi składnikami zorganizowanymi w matrycę kolagenu i węglanowanego apatytu1,2,3,4. Składnik nieorganiczny, czyli minerał kostny, jest zorganizowany w strukturę nanokrystaliczną, aby zapewnić sztywność i ramy dla części organicznej1,2,5. Aspekt mineralny stanowi około 65% masy kości, a na jego masę wpływają zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe1,2,4,6. Ponieważ minerał kostny zajmuje przestrzeń trójwymiarową, można go zmierzyć jako gęstość mineralną kości (BMD) lub funkcję masy i zajmowanej objętości7. Gęstość nasypowa minerału kości zmienia się wraz z wiekiem od urodzenia do dorosłości8,9,10,11,12 i jest szeroko stosowany w warunkach klinicznych jako wskaźnik osteoporozy i ryzyka złamań4,13,14,15,16,17,18. Absorpcjometria promieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii (DXA) jest szeroko rozpowszechnionym narzędziem do oceny zdrowia kości od czasu jej wprowadzenia w 1987 roku, w szczególności skanów wykonywanych w odcinkach lędźwiowych kręgosłupa i bioder11,13,19. Walidacja skanów DXA została uznana za złoty standard podczas badania zmian w BMD13,19,20,21,22,23. Następnie Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) stworzyła normy normatywne, w tym definicje t- i z-score dla młodocianych i dorosłych kręgosłupa lędźwiowego (L1-L4) oraz bioder, ponieważ są to regiony, które można łatwo uchwycić wolumetrycznie11,13,19,24.
Rosnące poleganie na antropologii sądowej w sprawach medyczno-prawnych zachęciło do badania nowych technik w celu lepszej oceny szczątków szkieletowych w różnych okolicznościach. Wśród tych potencjalnych technik jest zastosowanie skanów DXA do oceny BMD jako wskaźnika jakości kości w przypadkach śmiertelnego głodu i zaniedbania u młodocianych 25,26, identyfikacja metabolicznych chorób kości oraz szacowanie przeżywalności elementów szkieletowych w badaniach tafonomicznych7,27.
W raporcie Departamentu Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych z 2015 roku na temat maltretowania dzieci, 75,3% zgłoszonych przypadków znęcania się nad dziećmi było jakąś formą zaniedbania z ~1,670 ofiarami śmiertelnymi wynikającymi ze śmiertelnego głodu i zaniedbania w 49 stanach28. Większość młodocianych ofiar zaniedbania nie wykazuje oznak zewnętrznego znęcania się fizycznego, ale niepowodzenie w rozwoju jest widoczne we wszystkich przypadkach29,30. Brak rozwoju definiuje się jako nieodpowiednie spożycie składników odżywczych w celu wspierania wzrostu i rozwoju. Mogą to mieć różne czynniki, z których jednym jest zaniedbanie wynikające z deprywacji żywieniowej25,31 (zobacz Ross i Abel32 dla bardziej wszechstronnego przeglądu). Celowe głodzenie, które skutkuje śmiercią dziecka lub niemowlęcia, jest znacznie rzadsze i uważane za najbardziej ekstremalną formę maltretowania25,33,34. Te niedobory żywieniowe mają znaczący wpływ na wzrost kości, szczególnie wzrost podłużny u dzieci jako bezpośrednią konsekwencję niedożywienia35. Wzrost i mineralizacja szkieletu zależą przede wszystkim od witaminy D i wapnia, a ich suplementacja została powiązana ze zwiększonym BMD25,35,36.
Niezmiernie trudno jest zidentyfikować lub osądzić te przypadki, nawet po pełnej autopsji31,37,38 i należy zwrócić szczególną uwagę na stosowane metody. Tak więc, w przypadkach, w których podejrzewa się śmiertelny głód lub niedożywienie, potrzebne jest podejście multidyscyplinarne, szczególnie w przypadkach dotyczących szczątków w zaawansowanych stanach rozkładu26. W przypadku szczątków szkieletowych densytometria kości jest użytecznym narzędziem w połączeniu z innymi wskaźnikami szkieletu, takimi jak rozwój zębów, pomiar pars basilaris czaszki i długie długości kości26. Bez zastosowania wyżej wymienionych wskaźników szkieletowych dla niemowląt i młodocianych nie byłoby możliwe określenie, czy niskie BMD jest wynikiem wrodzonego zaburzenia metabolicznego, niedożywienia czy procesu tafonomicznego. Innym problemem jest oszacowanie wielkości ciała (masy i postury) w szczątkach szkieletowych niemowląt lub młodocianych. Większość normatywnych zestawów danych wymaga informacji o wzroście lub wadze w celach porównawczych, ponieważ wzrost kości u dzieci zależy od rozmiaru i wieku12. W przypadku gdy oceniane szczątki są niezidentyfikowane, należy zastosować metody szacowania. W przypadku niemowląt poniżej pierwszego roku życia normatywne dane DXA są dopasowane tylko do wieku. U osobników młodocianych w wieku powyżej 1 roku życia Ruff39 lub Cowgill40 są zalecane do szacowania wielkości ciała w szczątkach szkieletowych, ponieważ są one oparte na próbie Denver Growth Study, obejmującej wiek 1 - 1739,40. Gdy wiek i wielkość ciała są szacowane, przedziały ufności różnią się, a porównanie średniej z krzywymi wzrostu opracowanymi przez Centrum Kontroli Chorób (CDC) 41 powinno być uwzględnione w raporcie, a także przedział ufności dla szacowanej wielkości ciała. Należy zauważyć, że w większości przypadków nie można ustalić informacji dotyczących pochodzenia i płci na podstawie szczątków młodocianych przed okresem dojrzewania, co jest szczególnie ważne dla nastolatków, ponieważ wiadomo, że pochodzenie i płeć mają znaczący wpływ na BMD u dorosłych. W takich okolicznościach metoda DXA może nie mieć zastosowania. W zidentyfikowanych przypadkach przed analizą należy uzyskać informacje biologiczne dotyczące pochodzenia, płci i wielkości ciała.
Densytometria kości w pediatrii wzrosła wraz z rozwojem danych normatywnych42,43, przy czym DXA jest najpowszechniej dostępną techniką44. Niedożywione dzieci wykazują istotnie niższy poziom BMD niż zdrowe dzieci, a mineralizacja jest skorelowana z nasileniem niedożywienia45. Skany DXA odcinka lędźwiowego, kręgosłupa i bioder są najbardziej odpowiednimi obszarami do oceny dla młodocianych według The American College of Radiology46. Wykazano powtarzalność dla kręgosłupa, całego biodra i całego ciała u dzieci przez cały okres wzrostu47. Jednak kręgosłup lędźwiowy jest preferowany, ponieważ składa się głównie z kości beleczkowej, która jest bardziej wrażliwa na zmiany metaboliczne podczas wzrostu i stwierdzono, że jest bardziej precyzyjna niż oceny całego biodra25,47,48. Korzystanie ze skanów DXA jest powszechne w ocenie pediatrycznej. Ponieważ jednak DXA jest dwuwymiarowy, nie rejestruje rzeczywistej objętości i tworzy BMD na podstawie obszaru kości13. U dzieci jest to ważne rozróżnienie, ponieważ rozmiar ciała i kości różni się w obrębie i między grupami wiekowymi w dzieciach12. Większość dostępnych danych normatywnych służy do porównania z pomiarami DXA, ale należy zachować ostrożność w celu wybrania odpowiedniej populacji referencyjnej (zobacz Binkovitz i Henwood13 dla listy powszechnie używanych normatywnych baz danych DXA).
Po skanowaniu, wynik z jest obliczany przy użyciu dopasowanej wiekowo i specyficznej dla populacji próbki referencyjnej. Wskaźniki Z są bardziej odpowiednie dla młodocianych, ponieważ wyniki t porównują zmierzone BMD z próbką młodych dorosłych12. Wskaźnik Z od -2 do 2 oznacza normalne BMD dla wieku chronologicznego, podczas gdy każdy wynik poniżej -2 oznacza niski BMD dla wieku chronologicznego49. Zakres od -2 do 2 zarówno dla wskaźnika t, jak i z reprezentuje do dwóch odchyleń standardowych od średniej. Oczywiście, jeśli zmierzony wynik BMD mieści się w granicach dwóch odchyleń standardowych powyżej lub poniżej średniej populacji referencyjnej, uważa się, że są one klinicznie normalne.
Poleganie na zmienności morfologicznej dla antropologa sądowego pochodzi z wielu źródeł. Jednym z nich jest zmienność szkieletowa, która wynika z procesów chorobowych, w tym zaburzeń metabolicznych kości50. Zdolność do identyfikacji konkretnych zaburzeń w szczątkach szkieletowych ma dwojaką zaletę: 1) dodanie informacji do profilu biologicznego, dzięki czemu jest on bardziej odporny, oraz 2) określenie, czy złamania są patologiczne, czy też są wynikiem zadanego urazu. Istnieje wiele różnych zaburzeń metabolicznych kości51,52,53, ale najbardziej istotna dla pomiarów BMD współczesnych szczątków jest osteoporoza. Osteoporoza rozwija się, gdy tempo utraty kości beleczkowej jest większe niż tempo utraty kości korowej z ubytkiem netto gęstości kości53,54,55. Ubytek kości beleczkowej jest skorelowany ze zwiększonym ryzykiem złamań, szczególnie w kościach o większej zawartości kości beleczkowej (np. os coxa)4,55.
Liczne badania nad osteoporozą i gęstością mineralną kości w szczątkach szkieletowych zostały przeprowadzone na zbiorach archeologicznych przy użyciu zarówno DXA56,57,58,59 i inne metody60,61,62. Jednak oceniając osteoporozę w szkielecie dorosłego człowieka na podstawie kontekstu archeologicznego, praktycy ignorują fakt, że kliniczne zdiagnozowanie osteoporozy wymaga średniej z młodszej próbki referencyjnej współcześnie z osobami ocenianymi55,63,64. Nie stanowi to problemu w kontekście antropologii sądowej, ponieważ osoby są dopasowywane pod względem wieku i płci do współczesnych populacji z opracowanymi próbkami referencyjnymi zarówno dla biodra, jak i odcinka lędźwiowego kręgosłupa, chociaż zmiany BMD poprzez diagenezę powinny być brane pod uwagę w przypadku szczątków sądowych. Jednak tafonomia jest prawdopodobnym czynnikiem wpływającym na zdolność do uzyskania uzasadnionych pomiarów BMD z próbek archeologicznych. Jest to również brane pod uwagę w kontekście kryminalistycznym, gdzie szczątki zostały wydobyte z warunków pochówku, z potencjalnymi przerwami pośmiertnymi przekraczającymi kilka miesięcy. Chociaż nadal jest to interesujące z punktu widzenia medycyny sądowej, można mieć wystarczające wątpliwości co do wszelkich wyników BMD uzyskanych ze szczątków znalezionych w tych okolicznościach.
Osteoporoza jest klinicznie oceniana za pomocą t-score pomiarów BMD, które pochodzą z pomiarów BMD poszczególnych osób w biodrze lub odcinku lędźwiowym kręgosłupa w stosunku do próbki referencyjnej młodego dorosłego przy użyciu DXA65,66,67,68. Ta próbka referencyjna może być wykorzystana do identyfikacji występowania osteoporozy w szkielecie. W kontekście sądowym jest to przydatne z dwóch powodów: 1) rozróżnienia między złamaniami związanymi z urazami spowodowanymi znęcaniem się u osób starszych a tymi wynikającymi ze zwiększonej łamliwości kości u osób z osteoporozą69, oraz 2) jako możliwa cecha identyfikacji osobistej50.
Gęstość kości od dawna jest uważana za wskaźnik odzwierciedlający aktywność i odżywianie zwierzęcia70,71. Ostatnio zauważono, że gęstość kości, jako wewnętrzna właściwość kości, wpływa na jej przeżywalność podczas procesów tafonomicznych7. Konsekwencją rozkładu jest zróżnicowana przeżywalność elementów szkieletu (tj. dyskretnych, anatomicznie kompletnych jednostek szkieletu), a gęstość kości może być używana jako predyktor przeżywalności, czyli wytrzymałości kości7, 70,71,72,73,74,75. Jest to ważne w kontekście kryminalistycznym, a także w środowiskach archeologicznych i paleontologicznych, ponieważ wpływa na zdolność praktyków do odpowiedniego zastosowania metod oceny profilu biologicznego (lub wieku, płci, postury i pochodzenia), jeśli reprezentowane są tylko niektóre elementy szkieletu.
Gęstość nasypowa (gęstość kości z przestrzenią porów uwzględnioną w pomiarze) jest odpowiednim pomiarem w tej sytuacji, biorąc pod uwagę, że to właśnie porowata struktura kości wpływa na jej podatność na procesy tafonomiczne7. Zastosowano wiele metod oceny gęstości kości, w tym densytometrię fotonową pojedynczej wiązki27,75, tomografia komputerowa76,77,78, photodensytometry72,79 oraz DXA80,81,82. Skany DXA mogą być lepsze od innych metod, ponieważ są stosunkowo tanie, skany całego ciała mogą być wykonywane, a poszczególne elementy szkieletu mogą być oceniane osobno lub razem podczas analizy. Korzystanie ze skanów BMD przed i po badaniach tafonomicznych dostarcza użytecznych informacji na temat przeżywalności kości wynikającej z różnych czynników i środowisk tafonomicznych82.
Ten artykuł przedstawia protokół uzyskiwania skanów DXA szczątków szkieletowych. Metoda wykorzystuje typowe, kliniczne ułożenie osób podczas wykonywania skanów odcinka lędźwiowego kręgosłupa i bioder. Dzięki temu praktycy mogą porównać szczątki szkieletowe z odpowiednimi normami normatywnymi. Przedstawiony protokół ma zastosowanie zarówno do szczątków młodocianych, jak i dorosłych, z ograniczeniami omówionymi w dalszej części.