Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

Журнал «Травма» Том 27, №3, 2026

Вернуться к номеру

Макроанатомія та морфометрія п’яткової кістки: пілотне дослідження

Авторы: V.H. Hryn (1), O.S. Maksymenko (1), Ya.O. Brovarnyk (1), H.Yu. Morokhovets (1), N.L. Svintsytska (1), O.O. Tykhonova (1), R.L. Ustenko (1), M.V. Hryn (1), D.S. Stupak (1), H.N. Hoduadze (1), F. Paulsen (2)
(1) - Poltava State Medical University, Poltava, Ukraine
(2) - Friedrich Alexander University Erlangen-Nrnberg, Erlangen, Germany

Рубрики: Травматология и ортопедия

Разделы: Клинические исследования

Версия для печати


Резюме

Актуальність. П’яткова кістка є ключовим елементом біомеханіки стопи, забезпечуючи передачу навантаження та формування опорної функції нижньої кінцівки. Її складна просторова будова, варіабельність морфометричних параметрів і особливості трабекулярної архітектоніки зумовлюють труднощі в діагностиці й лікуванні ушкоджень. Незважаючи на існуючі дослідження, відсутній комплексний підхід, що поєднує макроанатомічний, морфометричний і рентгенологічний аналіз з оцінкою кортикального шару та внутрішньої архітектоніки. Це визначає актуальність поглибленого морфологічного вивчення п’яткової кістки для потреб сучасної травматології, ортопедії та анатомії. Мета: провести пілотне дослідження макроанатомічних особливостей і морфометричних параметрів п’яткової кістки людини з оцінкою кортикального шару та трабекулярної архітектоніки. Матеріали та методи. Роботу виконано на анатомічних препаратах п’яткових кісток дорослих осіб без ознак патології (n = 5) і рентгенограмах стоп у бічній проєкції (n = 10). Використано комплекс морфологічних методів, що включав макроскопічний опис, морфометричний аналіз, дослідження кортикального шару за допомогою розпилів й епоксидної пластинації, а також рентгенологічну оцінку трабекулярної архітектоніки. Отримані дані оброблено із застосуванням сучасних статистичних методів для оцінки варіабельності та взаємозв’язків показників. Результати. Установлено, що п’яткова кістка характеризується закономірною морфологічною організацією з чіткою диференціацією анатомічних поверхонь і структур, які забезпечують її участь у формуванні підтаранного та п’ятково-кубоподібного суглобів. Морфометричний аналіз виявив варіабельність лінійних параметрів із переважним коливанням поздовжніх розмірів (l1, l2) при відносній стабільності поперечних показників (ширина, товщина), що підтверджується результатами аналізу головних компонент (80,64 % сумарної дисперсії). Встановлено неоднорідність товщини кортикального шару залежно від топографії: максимальні значення визначаються в ділянці підтаранної поверхні, мінімальні — у передній та підошовній ділянках. Різниця між показниками є статистично значущою (p < 0,0001), що свідчить про функціонально зумовлену локальну диференціацію компактної речовини. Рентгенологічний аналіз підтвердив наявність впорядкованої трабекулярної архітектоніки з формуванням систем компресійних і тензійних трабекул та стабільною локалізацією нейтральної зони. Висновки. П’яткова кістка характеризується структурно й функціонально детермінованою морфоорганізацією, яка проявляється відносною стабільністю поперечних параметрів при більшій варіабельності поздовжніх розмірів, топографічно зумовленою неоднорідністю товщини кортикального шару з максимальними значеннями в підтаранній ділянці, а також впорядкованою трабекулярною архітектонікою з формуванням компресійних, тензійних систем і нейтральної зони, що забезпечує ефективний перерозподіл механічного навантаження.

Background. The calcaneus is a key element of foot biomechanics, ensuring load transmission and supporting the weight-bearing function of the lower limb. Its complex spatial structure, variability of morphometric parameters, and specific trabecular architecture complicate the diagnosis and treatment of injuries. Despite existing studies, there is a lack of a comprehensive approach combining macroanatomical, morphometric, and radiological analyses with assessment of cortical thickness and internal architecture. This highlights the relevance of an in-depth morphological study of the calcaneus for modern traumatology, orthopedics, and anatomy. Therefore, the aim was to conduct a pilot study of the macroanatomical features and morphometric parameters of the human calcaneus, with assessment of the cortical layer and trabecular architecture. Materials and methods. The research was performed on anatomical specimens of adult human calcanei without signs of pathology (n = 5) and lateral foot radiographs (n = 10). A morphological approach was applied, including macroscopic examination, morphometric analysis, evaluation of the cortical layer using sectioning and epoxy plastination, and radiological assessment of trabecular architecture. The obtained data were processed using modern statistical methods to ­assess variability and relationships between parameters. Results. The calcaneus demonstrates a consistent morphological organization with clear differentiation of anatomical surfaces and structures contributing to the formation of the subtalar and calcaneocuboid joints. Morphometric analysis revealed variability in linear parameters, with greater variation in longitudinal dimensions (l1, l2) and relative stability of transverse parameters (width, thickness), as confirmed by principal component analysis (explaining 80.64 % of the total variance). Cortical thickness exhibited topography-dependent heterogeneity, with the greatest values observed in the subtalar region and the lowest in the anterior and plantar regions. These differences were statistically significant (p < 0.0001), indicating functionally determined local variation of the compact bone. Radiological analysis confirmed a well-organized trabecular architecture characterized by distinct compressive and tensile trabecular systems, as well as a consistently localized neutral zone. Conclusions. The calcaneus is characterized by structurally and functionally determined morpho-organization, manifested by re­lative stability of transverse parameters alongside greater variability of longitudinal dimensions, topographically determined heterogeneity of cortical thickness with maximal values in the subtalar region, and an organized trabecular architecture with compressive and tensile systems and a neutral zone, ensuring effective redistribution of mechanical load.


Ключевые слова

п’яткова кістка; морфометрія; кортикальний шар; трабекулярна архітектоніка; рентгенографія; біомеханіка стопи

calcaneus; morphometry; cortical bone; trabecular architecture; radiography; foot biomechanics


Для ознакомления с полным содержанием статьи необходимо оформить подписку на журнал.


Список литературы

1. Gupton M, zdemir M, Terreberry RR. Anatomy, Bony Pelvis and Lower Limb: Calcaneus. 2023 May 23. In: StatPearls. Treasure Island, FL: StatPearls Publishing; 2026 Jan.
2. Hryn V, Tikhonova O, Tarasenko Y, Bilash V, Severyn Y, Strizhenok V, et al. Bone support of the foot: anatomy and variability of the calcaneus. Morphologia. 2025;19(2):82-7. doi: 10.26641/1997-9665.2025.2.82-87.
3. Hall RL, Shereff MJ. Anatomy of the calcaneus. Clinical orthopaedics and related research. 1993;290:27-35.
4. Von Meyer GH. The classic: The architecture of the trabecular bone (tenth contribution on the mechanics of the human skeletal framework). Clinical orthopaedics and related research. 2011;469(11):3079-84. doi: 10.1007/s11999-011-2042-4.
5. Hryn V, Ryabushko M, Bilash V, Svintsytska N, Ustenko R, Piliuhin A, et al. Structural characteristics of the calcaneus and their clinical relevance in orthopaedics and rehabilitation. Bulletin of problems in biology and medicine. 2025;3(178):19-27. doi: 10.29254/2077-4214-2025-3-178-19-27.
6. Qiang M, Chen Y, Zhang K, Li H, Dai H. Measurement of three-dimensional morphological characteristics of the calcaneus using CT image post-processing. Journal of foot and ankle research. 2014;7(1):19. doi: 10.1186/1757-1146-7-19.
7. Amuti T, Muuthuri N, Nichome L, Ouko I, Misiani M, Olabu B, et al. Morphometric Dimensions of the Calcaneus. The Journal of foot and ankle surgery.
8. Wang ZJ, Huang XL, Chu YC, Zou YW. Applied ana–tomy of the calcaneocuboid articular surface for internal fixation of calcaneal fractures. Injury. 2013;44(11):1428-30. doi: 10.1016/j.injury.2012.08.023.
9. Sabry FF, Ebraheim NA, Mehalik JN, Rezcallah AT. Internal architecture of the calcaneus: implications for calcaneus fractures. Foot & ankle international. 2000;21(2):114-8. doi: 10.1177/107110070002100204.
10. Wolff J. The classic: on the inner architecture of bones and its importance for bone growth. 1870. Clinical orthopaedics and related research. 2010;468(4):1056-65. doi: 10.1007/s11999-010-1239-2.
11. Yu Q, Li Z, Li J, Yu Q, Zhang L, Liu D, et al. Calcaneal fracture maps and their determinants. Journal of orthopaedic surgery and research. 2022;17(1):39. doi: 10.1186/s13018-022-02930-y.
12. Chen JH, Liu C, You L, Simmons CA. Boning up on Wolff’s Law: mechanical regulation of the cells that make and maintain bone. Journal of biomechanics. 2010;43(1):108-18. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.09.016.
13. Cardadeiro G, Baptista F, Zymbal V, Rodrigues LA, Sardinha LB. Ward’s area location, physical activity, and body composition in 8- and 9-year-old boys and girls. Journal of bone and mineral research. 2010;25(11):2304-12. doi: 10.1002/jbmr.229.
14. Koh D, Tan B, Mehta K, Loh J, Chong LR, Kon Kam King C. Morphometric Analysis of the Calcaneus in a Southeast Asian Population. Cureus. 2024;16(4):e58899. doi: 10.7759/cureus.58899.
15. Anbumani T, Sridharan R, Thamarai Selvi A. An anatomical study of morphology and morphometric analysis of calcaneum and its talar articular surfaces. International Journal of Anatomy and Research. 2017;5:4223-9. doi: 10.16965/ijar.2017.291.
16. Figus C, Carlson KJ, Bortolini E, Saers J, Seghi F, Sorrentino R, et al. The Ontogeny of the Human Calcaneus: Insights From Morphological and Trabecular Changes During Postnatal Growth. American journal of biological anthropology. 2025;186(2):e70007. doi: 10.1002/ajpa.70007.
17. Zhamardiy VO, Shkola OM, Okhrimenko IM, Strelchenko OG, Aloshyna AI, Opanasiuk FH, et al. Checking of the methodical system efficiency of fitness technologies application in students’ physical education. Wiadomosci lekarskie. 2020;73(2):332-41.
18. Ruff C, Holt B, Trinkaus E. Who’s afraid of the big bad Wolff?: “Wolff’s law” and bone functional adaptation. American journal of physical anthropology. 2006;129(4):484-98. doi: 10.1002/ajpa.20371.
19. Athavale SA, Joshi SD, Joshi SS. Internal architecture of calcaneus: correlations with mechanics and pathoanatomy of calcaneal fractures. Surgical and radiologic anatomy. 2010;32(2):115-22. doi: 10.1007/s00276-009-0563-2.
20. Souzanchi MF, Palacio-Mancheno P, Borisov YA, Cardoso L, Cowin SC. Microarchitecture and bone quality in the human calcaneus: local variations of fabric anisotropy. Journal of bone and mineral research. 2012;27(12):2562-72. doi: 10.1002/jbmr.1710.
21. Langton CM, Whitehead MA, Langton DK, Langley G. Development of a cancellous bone structural model by stereolithography for ultrasound characterisation of the calcaneus. Medical engineering & physics. 1997;19(7):599-604. doi: 10.1016/s1350-4533(97)00027-1.
22. Jacobs CR. The mechanobiology of cancellous bone structural adaptation. Journal of rehabilitation research and development. 2000;37(2):209-16.
23. Camacho DL, Ledoux WR, Rohr ES, Sangeorzan BJ, Ching RP. A three-dimensional, anatomically detailed foot model: a foundation for a finite element simulation and means of quantifying foot-bone position. Journal of rehabilitation research and development. 2002;39(3):401-10.
24. Oftadeh R, Perez-Viloria M, Villa-Camacho JC, Vaziri A, Nazarian A. Biomechanics and mechanobiology of trabecular bone: a review. Journal of biomechanical engineering. 2015;137(1):0108021-01080215. doi: 10.1115/1.4029176.
25. Garca-Aznar JM, Bayod J, Rosas A, Larrainzar R, Garca-Bgalo R, Doblar M, et al. Load transfer mechanism for different metatarsal geometries: a finite element study. Journal of biomechanical engineering. 2009;131(2):021011. doi: 10.1115/1.3005174.
26. Kokkinias AD, Kokkinias SD. Mechanical loading effect to the functional bone adaptation. Journal of frailty, sarcopenia and falls. 2017;2(3):62-4.
27. Galluzzo M, Greco F, Pietragalla M, De Renzis A, Carbone M, Zappia M, et al. Calcaneal fractures: radiological and CT evaluation and classification systems. Acta bio-medica: –Atenei Parmensis. 2018;89(1-s):138-50. doi: 10.23750/abm.v89i1-S.7017.
28. Lee SM, Seo JS, Kwak SH, Shin WC, Bae JY, Woo SH. Bone density of the calcaneus correlates with radiologic and clinical outcomes after calcaneal fracture fixation. Injury. 2020;51(8):1910-8. doi: 10.1016/j.injury.2020.03.063.
29. Yamada M, Ito M, Hayashi K, Nakamura T. Calcaneus as a site for assessment of bone mineral density: evaluation in cadavers and healthy volunteers. AJR. 1993;161(3):621-7. doi: 10.2214/ajr.161.3.8352120.

Вернуться к номеру