University of Oulu

Reconstructing physical activity from human skeletal remains : potentials and restrictions in the use of musculoskeletal stress markers

Saved in:
Author: Niinimäki, Sirpa
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
University of Oulu, Faculty of Humanities, Archaeology
University of Sheffield, Faculty of Arts and Humanities, Department of Archaeology
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.6 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514299063
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2012
Publish Date: 2012-10-03
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on 13 October 2012, at 12 noon
Tutor: Professor Arja Kaitala
Professor Andrew Chamberlain
Doctor Markku Niskanen
Reviewer: Assistant Professor Cynthia Wilczak
Associate Professor Elizabeth Weiss
Description:

Abstract

The purpose of my thesis is to improve the reliability of physical activity reconstructions by gaining better understanding of the effects of physical activity on bone structural adaptations: musculoskeletal stress markers (MSM) at muscle attachment sites and bone biomechanical properties. Bone responds to changes in mechanical loading resulting from activity and body weight. Activity reconstructions are important as they are the only means with which activity patterns of historic humans can be studied. However, MSMs have recently increased the debate about their reliability as activity indicators due to many bias factors which affect their appearance: age, size, sex and pathological changes.

I studied the effects of physical activity on entheses from three perspectives. First, individuals performing heavy labour should have higher MSM scores compared to the light labour group due to elevated degree of mechanical loading at enthesis. This was studied on a population with known occupation and was among the first study designs of its kind. Second, a covariance between bone biomechanical properties and MSM was studied to infer etiology of MSM. The affects of activity and body weight on bone biomechanical properties are well known due to studies in sports medicine, whereas the causal mechanisms behind MSMs are not as clear. In theory, both should respond to stress with similar mechanisms. This is a novel approach to investigate the etiology behind MSMs. Third, if there is a possibility of site-specific adaptation of cortical bone, MSMs, which are local adaptations, can also result from site-specific stress.

I found that while individuals performing heavy labour had higher scores, age-related changes in MSM override activity effects after biological maturity around 40 to 50 years. Also, MSMs and bone biomechanical properties are likely to remodel under same causal mechanisms as where there is an increase in one there is likely to be an increase in the other. Furthermore, bone has a possibility of site-specific response, as cortical thickness was increased at muscle pull sites compared to sites of no muscle pull. I propose that while MSM can be used to study the intensity of physical activity in individuals before they reach biological maturity, it is important to design studies where biasing factors, such as age, are considered.


Tiivistelmä

Väitöskirjani tarkoitus on tutkia lihasten kiinnittymiskohtien mahdollisuuksia ja rajoituksia fyysisen aktiviteetin rekonstruktioissa ja näin parantaa rekonstruktioiden luotettavuutta. Aktiviteettihistoriaa voidaan tutkia lihasten kiinnittymiskohdista luun pinnalla tai luun poikkileikkauksen ominaisuuksista, koska luu reagoi muutoksiin mekaanisen rasituksen määrässä. Mekaaniseen rasitukseen vaikuttaa aktiviteetin lisäksi ruumiin koko. Aktiviteetin rekonstruktiot mahdollistavat ammatin ja harrastusten selvittämisen pelkän luustomorfologian perusteella. Ruumiin koon ja aktiviteetin lisäksi myös ikä, sukupuoli, patologiset muutokset sekä ruokavalio vaikuttavat lihasten kiinnittymiskohtiin. Tästä syystä tämän menetelmän rajoitusten selvittäminen on oleellista luotettavien rekonstruktioiden aikaansaamiseksi.

Jos aktiviteetti heijastuu lihasten kiinnittymiskohtiin, raskasta ja kevyttä työtä tekevillä ihmisillä tulee olla erilainen luustomorfologia. Lisäksi, lihasten kiinnittymiskohtien morfologian sekä luun poikkileikkausten ominaisuuksien tulee muunnella yhdessä koska molemmat heijastavat aktiviteettia. Luun poikkileikkausten ominaisuuksien aktiviteettisidonnaisuus tunnetaan paremmin liikuntalääketieteellisten tutkimusten ansiosta. Kolmanneksi, jos luu voi vastata rasitukseen paikallisesti kasvattamalla luun paksuutta lihaksen vetosuuntaan nähden, myös luun pinnassa paikallisesti tapahtuvat muutokset ovat mahdollisia. Nämä ovat uusia lähestymistapoja aktiviteettia heijastavien syntymekanismien selvittämisessä.

Tutkimustulosteni perusteella raskasta ja kevyttä työtä tekevillä ihmisillä on erilainen luustomorfologia lihaksen kiinnittymiskohdassa. Nämä muutokset ovat alttiita myös ikäsidonnaisille muutoksille, joten noin 40–50 ikävuoden jälkeen fyysisen aktiviteetin intensiteettiä ei voida enää luotettavasti rekonstruoida. Aktiviteetin aiheuttamien muutosten syntymekanismi lihaksen kiinnittymiskohdissa on todennäköisesti sama kuin luun poikkileikkausten ominaisuuksilla, koska molemmat muuntelevat yhdessä. Lisäksi huomasin, että luu voi reagoida rasitukseen myös paikallisesti, koska luun seinämät olivat paksumpia lihaksen vetosuunnassa verrattuna kohtaan, johon ei liittynyt suoraa lihaksen vetosuuntaa. Ehdotan, että lihasten kiinnittymiskohtia voidaan käyttää aktiviteetin rekonstruktioissa, kunhan tutkimuksessa otetaan huomioon muut vaikuttavat tekijät, kuten ikä.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-951-42-9906-3
ISBN Print: 978-951-42-9905-6
Issue: 597
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.