Vertebrae size and shape: influence of gender, ethnicity and somatotype

Abstract

The spine is the key supporting axis of the body, and its morphometric parameters determine not only the biomechanics of the segments but also the vulnerability to pathologies throughout life. The presence of sexual, age, ethnic and somatotype differences in various body parameters concerns the spine and therefore requires the study of such features in different population groups. The purpose of the study is to systematize the literature on the features of the structure, size and shape of human vertebrae depending on gender, ethnicity and somatometric indicators. Materials and methods. A search was conducted in Scopus, PubMed and Web of Science using the keywords "vertebrae", "spinal column", "age", "sex/gender", "somatotype", "race/ethnicity" with the inclusion of publications with clearly described samples and correct statistical approaches. Results. Sexual dimorphism of the spine parameters is traced from the neonatal period to adulthood and persists even after considering height and body weight. In children and adolescents, differences appear early, increase during puberty, and correlate with height and fat-free mass. Systematic reviews indicate that discriminant models confirm the high ability of linear and angular indicators of vertebral bodies and arches to distinguish between sex, and the addition of other anthropometric variables (height, somatotype) increases the accuracy of the models. In adults, sex differences in the proportions of the anterior-posterior and transverse dimensions, which affect the resistance to bending and are associated with bone density and body composition indicators, persist. CT of the cervical region demonstrates a gradual increase in dimorphism with age and relationships with regional anthropometric indicators (neck circumference), while sex remains an independent predictor in multivariate models. Signs of dimorphism are recorded already in newborns, which indicates the role of intrauterine biological determinants that already affect the parameters of the spine during this period. Ethnic differences in the studied vertebral dimensions were found smaller average cervical canal dimensions in East Asian samples compared with Caucasians, as well as differences in lumbar spine morphology between Chinese and Indian populations and parameters of the seventh cervical vertebra in South African groups, which are partially preserved after normalization for height. Ethnic differences were also found in the anteroposterior diameter of the cervical canal, lumbar vertebral dimensions in Polynesians/Maori compared with Europeans, with ethnicity remaining significant along with height and BMI. Somatotype modulates vertical and transverse lumbar vertebral dimensions in adolescents, intervertebral disc dimensions in young adults are related to height, mass and circumferences; adding waist/hip measurements improves the models, but the independent contribution of sex remains. Conclusions. Spinal morphometry is shaped by the combined influence of sex, age, ethnicity, and somatometry, with sex and ethnicity demonstrating an autonomous contribution that is not reducible to body size scaling. For correct diagnosis, stenosis screening, and implantation planning, it is advisable to use locally validated, sex-, age-, ethnicity-, and somatotype-specific referents. Хребет є ключовою опорною віссю тіла, а його морфометричні параметри визначають не тільки біомеханіку сегментів але і вразливість до патологій протягом усього життя. Наявність статевих, вікових, етнічних і соматотипових відмінностей різних параметрів тіла, зокрема і стосується хребта і тому вимагає дослідження таких особливостей в різних популяційних групах. Мета дослідження - систематизувати літературні дані щодо особливостей будови, розмірів і форми хребців людини залежно від статі, етнічної належності та соматометричних показників. Матеріали та методи. Проведено пошук у Scopus, PubMed і Web of Science за ключовими словами «vertebrae», «spinal column», «age», «sex/gender», «somatotype», «гасе/ethnicity» із включенням публікацій із чітко описаними вибірками та коректними статистичними підходами. Результати. Сексуальний диморфізм параметрів хребта простежується від неонатального періоду до дорослого віку і зберігається навіть після урахування зросту та маси тіла. У дітей та підлітків відмінності з’являються рано, посилюються в пубертаті й корелюють із зростом та безжировою масою. Систематичні огляди вказують, що дискримінанті моделі підтверджують високу здатність лінійних і кутових показників тіл та дуг хребців розрізняти стать, причому додавання інших антропометричних змінних (зріст, соматотип) підвищує точність моделей. У дорослих зберігаються статеві відмінності передньо-заднього та поперечного розмірів, що впливають на опір згину і пов’язані з показниками кісткової щільності та складу тіла. КТ шийного відділу демонструє поступове наростання диморфізму з віком і зв’язки з регіональними антропометричними індикаторами (окружності шиї), при цьому стать залишається незалежним предиктором у багато факторних моделях. Фіксуються ознаки диморфізму вже у новонароджених, що вказує на роль внутрішньоутробних біологічних детермінант які вже впливають в цей період на параметри хребта. Виявлено етнічні відмінності у досліджуваних розмірах хребців: менші середні розміри шийного кісткового каналу у східноазійських вибірках порівняно з європеоїдними, а також розбіжності морфології поперекового відділу хребта між китайською та індійською популяціями та параметрами сьомого шийного хребця у групах жителів Південної Африки, які частково зберігаються після нормування на зріст. Також етнічні відмінності виявлено стосовно передньо-заднього діаметру шийного каналу, розмірів поперекових хребців у полінезійців/маорі порівняно з європейцями, причому етнічна належність зберігає значущість поряд із зростом та ІМТ. Соматотип модулює вертикальні й поперечні параметри поперекових хребців в підлітків, розміри міжхребцевих дисків у дорослих молодого віку пов’язані зі зростом, масою та окружностями тіла; додавання показників талії/стегон покращує моделі, але незалежний внесок статі зберігається. Висновки. Морфометрія хребта формується сукупним впливом статі, віку, етнічної належності та соматометрії, причому стать і етнічні чинники демонструють автономний внесок, який не зводиться до масштабування розміром тіла. Для коректної діагностики, скринінгу стенозу та планування імплантації доцільно використовувати локально валідовані, статево-, віково-, етнічно- та соматотипово-специфічні референти.