Закономерности постнатального морфогенеза головного мозга и черепа человека по данным магнитно-резонансной томографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОСТНАТАЛЬНОГО МОРФОГЕНЕЗА ГОЛОВНОГО МОЗГА И ЧЕРЕПА ЧЕЛОВЕКА ПО ДАННЫМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

14.00.02 - анатомия человека

БАЙБАКОВ СЕРГЕЙ ЕГОРОВИЧ

Санкт-Петербург - 2008

Работа выполнена на кафедре нормальной анатомии человека Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию".

Научный консультант:

доктор медицинских наук, профессор Гайворонский Иван Васильевич.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Косоуров Александр Кириллович,

доктор биологических наук, доцент Комиссарова Елена Николаевна,

доктор медицинских наук, профессор Родионов Анатолий Антонович.

Ведущее учреждение - Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию"

Защита диссертации состоится "______"__________2008 г. в______ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 208. 087. 01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (194100, Санкт - Петербург, Литовская ул., д. 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО СПб ГПМА Росздрава" (Санкт - Петербург, Кантемировская ул., д. 16.).

Автореферат разослан "_______"___________2008 г.

Ученый секретарь совета, доктор медицинских наук, профессор Н.Р. Карелина.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На IX Конгрессе Международной Ассоциации Морфологов (Бухара, 14-17 мая 2008 г.) при анализе общего состояния морфологии в стране было отмечено, что до 95 % анатомических исследований основано на данных микро- и ультрамикроскопической анатомии. На взгляд участников Конгресса, макроскопическая анатомия не исчерпала своих возможностей и не утратила в последние десятилетия исследовательских приоритетов. В резолюции Конгресса отмечено, что до сих очень мало изучены и требуют пересмотра морфологические показатели индивидуальных особенностей и вариантов строения органов в пределах постнатального онтогенеза, таким образом, одним из перспективных направлений современной анатомии является изучение индивидуальной анатомической изменчивости.

Характерные анатомические особенности органов с учётом их индивидуальной изменчивости, а также половых различий, изучены пока недостаточно. С этой точки зрения, не заслуженно мало изучена индивидуальная изменчивость головного мозга человека. Бурное развитие морфологии и физиологии нервной системы отвлекло внимание исследователей от вопросов общей количественной характеристики изменчивости мозга, а это привело к тому, что и по настоящее время в большинстве руководств и обзоров приводятся разноречивые и неоднородные данные о массе головного мозга и его размерах. Практически отсутствуют современные работы с применением классического метода анатомии - "описательно- измерительного", т. е. работы по индивидуальной изменчивости с привлечением морфометрических методов и применение методов вариационной статистики.

Недостаточно разработана проблема индивидуального развития головного мозга в постнатальном периоде онтогенеза. Процесс развития человеческого организма после рождения больше изучен лишь относительно периода детства (Маргорин Е.М., 1977) и мало относительно периодов зрелого и старческого возраста. В морфологии по вопросам роста и изменений массы и размеров головного мозга человека после рождения часто ещё приводятся устаревшие и малоубедительные данные, относящиеся ко второй половине ХIX века и началу ХХ века. Предстоит задача исследовать размеры головного мозга и черепа на всех стадиях постэмбрионального периода, включая период зрелости и старости. Раскрытие закономерностей развития и изменчивости мозга имеет огромное значение для понимания отклонений, с которыми встречается клиническая практика. На основе знаний индивидуальной анатомической изменчивости головного мозга человека разрабатываются оперативные доступы и приёмы, совершенствуются диагностические манипуляции, методика и техника обследования и лечения больных. Стало необходимостью в неврологии и нейрохирургии учитывать не только среднюю "общую" анатомическую норму, суженый или расширенный её диапазон, сколько весь спектр анатомической изменчивости мозга - половой, возрастной и межполушарной.

В последние годы хирургия, неврология и другие клинические специальности всё больше нуждаются в более точных сведениях об индивидуальной анатомической изменчивости живого человека, что ставит перед анатомией непростую, трудоёмкую задачу - пересмотреть многие морфометрические параметры органов человека, поскольку они были получены при изучении трупного материала. Новое направление в современной морфологии - анатомия живого человека - должна восполнить эту брешь и в течение определённого промежутка времени пересмотреть морфометрические показатели органов, поскольку эти параметры представляют интерес для практической медицины.

Одним из современных и наиболее перспективных методов анатомии живого человека является магнитно-резонансная томография (МРТ). Применение метода МРТ позволяет получить прижизненную морфометрическую характеристику головного мозга и черепа, что может представить большой интерес в объективизации стереотаксических расчетов и методов визуализации мозга. В связи с вышеупомянутым была сформулирована цель работы: выявить основные закономерности морфогенеза головного мозга и черепа на всех этапах постнатального онтогенеза, установить морфометрические критерии исследуемых объектов для определенных возрастных групп и оценить возможности математического прогнозирования их основных параметров.

Задачи исследования:

1. Определить прижизненные размеры головного мозга и отдельных его структур на различных этапах постнатального онтогенеза.

2. Выявить основные этапы морфогенеза головного мозга.

3. Установить гендерно-возрастные закономерности морфогенеза головного мозга.

4. Определить линейные и объёмные размеры мозгового черепа на различных этапах постнатального онтогенеза, выявить частоту встречаемости различных форм черепов в каждой возрастной группе.

5. Выявить основные этапы морфогенеза черепа; определить гендерно-возрастные особенности его развития.

6. Построить математические модели прогноза размеров головного мозга по известным размерам черепа.

Научная новизна: данная работа представляет собой решение новой научной проблемы современной нейроанатомии - прижизненная морфометрическая характеристика головного мозга на разных этапах постнатального онтогенеза c учетом половой и межполушарной изменчивости. Впервые с применением МР-томографии с достаточной степенью точности определены многие линейные и объёмные размеры головного мозга. Впервые определены морфометрические показатели возрастной и половой изменчивости мозга. Установлены новые данные в закономерностях роста головного мозга и черепа. Обнаружена корреляционная зависимость между размерами черепа, головного мозга и отдельных его структур, что позволило построить математическую модель прогноза размеров головного мозга по размерам черепа и прогноза размеров мозгового черепа по возрастным параметрам. Применение метода МР-томографии в нейроанатомическом исследовании продолжает и развивает методологические обоснования применения данного метода в современной анатомии.

Практическая значимость исследования: полученные в результате исследования данные имеют практическую значимость в качестве показателей нормы различных структур головного мозга, что позволяет использовать данные в клинической диагностике (отделение магнитно-резонансной и компьютерной томографии). Разработанная математическая модель корреляции размеров черепа и возраста представляет интерес для антропологии и судебной медицины - в качестве морфометрического эквивалента краниологических методов идентификации личности. Полученные морфометрические показатели головного мозга и черепа, разработанная математическая модель прогноза размеров головного мозга представляют интерес для нейрохирургов - для объективизации стереотаксических расчётов и верификации данных, полученных другими, менее информативными методами. Выявленная индивидуальная анатомическая изменчивость головного мозга является предпосылкой для коррекции понятия "норма" в нейроанатомии, в неврологии и нейрохирургии. Полученные данные о возрастной изменчивости головного мозга представляют интерес для неонатологов, педиатров и специалистов в области геронтологии и гериатрии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Головной мозг и череп развиваются неравномерно во времени и пространстве. Морфометрические параметры головного мозга и черепа специфичны для каждого определенного этапа постнатального онтогенеза. Вместе с тем существует широкий диапазон их индивидуальной анатомической изменчивости.

2. У головного мозга и черепа человека имеются общие закономерности морфогенеза, характеризующиеся сходной этапностью развития.

3. На всех этапах постнатального морфогенеза головного мозга и черепа отмечаются в большей или меньшей степени гендерновозрастные различия.

4. Прижизненные размеры головного мозга и его отдельных структур могут быть оценены с помощью метода МРТ на всех этапах постнатального онтогенеза.

5. Существует корреляционная зависимость основных размеров мозгового черепа и размеров полушарий большого мозга, отдельных структур головного мозга, что позволяет построить высокоинформативные математические модели.

Результаты внедрения. Полученные в работе результаты внедрены в учебный процесс кафедры нормальной анатомии человека Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко, кафедры нормальной анатомии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, кафедры нормальной анатомии человека Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова. Полученные в работе результаты нашли практическое применение в диагностической практике отделения магнитно-резонансной томографии Воронежской областной детской клинической больницы №1, отделения нейрохирургии Воронежской областной клинической больницы №1.

Апробация материалов диссертации. Положения работы доложены на следующих научных конференциях и съездах:

1. Всероссийская конференция "Механизмы синаптической передачи" (Москва, НИИ мозга РАМН, 7-8 октября 2004 г.)

2. V Общероссийский съезд анатомов, гистологов и эмбриологов (Казань, 17-18 сентября 2004 г.)

3. VII Конгресс Международной ассоциации морфологов (Казань, 16 сентября 2004 г.)

4. Всероссийская научная конференция с международным участием "Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга". (Москва, НИИ мозга РАМН, 27-28 октября 2005г.)

5. VIII Конгресс Международной ассоциации морфологов (15-16 сентября 2006 г.)

6. Всероссийская научная конференция с международным участием "Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга". (Москва, НИИ мозга РАМН, 26-27 октября 2006 г.)

7. Всероссийская научная конференция с международным участием "Актуальные вопросы эволюционной, возрастной и экологической морфологии (Белгород, 17-18 октября 2006 г.)

8. I Всероссийская конференция молодых ученых (Воронеж, 16-17 февраля 2007 г.)

9. Всероссийская научная конференция с международным участием "Структурно-функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга". (Москва, НИИ мозга РАМН, 27-28 октября 2007 г.).

10. IX Конгресс Международной ассоциации морфологов (Бухара, 14-17 мая 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 26 научных работ, в том числе 10 - в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК. морфогенез мозг череп постнатальный

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения и 6 глав: традиционных "Обзора литературы" и "Материалы и методы", глава 3 представляет собой собственные данные, в главах 4-6 изложено обсуждение результатов работы и даны практические рекомендации, представлен список цитируемой литературы. Работа изложена на 359 страницах машинописного текста. В ней содержится 18 МРТ-изображений, 61 таблица, 42 диаграммы. Список цитируемой литературы содержит 364 источников (217-русскоязычных и 147 - иностранных).

CОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате работы был сформирован архив МР-томограмм головного мозга здоровых людей в возрасте от 5 дней до 76 лет, включающий информацию о 7356 пациентах; из них верифицировано и использовано в данном исследовании 1800 МР-томограмм.

Исследования пациентов проводились в 28 возрастных группах: 1группа - новорожденные; 2-22 группы - в возрасте от 1 года до 21 года (включительно); 23 группа - в возрасте 25 лет; 24 группа - в возрасте 30 лет; 25 группа - в возрасте 40 лет; 26 группа - в возрасте 50 лет; 27 группа - в возрасте 60 лет; 28 группа - в возрасте 70 лет. В каждой группе было 60 человек: 30 мужчин и 30 женщин. Верифицировались МР-томограммы пациентов без признаков органических изменений черепа и головного мозга.

Обследование пациентов проводилось на магнитно-резонансном томографе "Образ-1"(сила поля 0,12 Тл) клинической медико-санитарной части ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат"; магнитно-резонансном томографе "Icona 6400"(сила поля 0,15 Тл) Тамбовской областной больницы и магнитно-резонансном томографе "Imttom"(сила поля 0,23 Тл) Воронежской областной детской клинической больницы №1. Дети до 5 лет обследовались на фоне медикаментозного сна.

В исследовании использован алгоритм исследования, оптимальный для полноценной визуализации структур головного мозга, используемый в стандартном обследовании пациентов:

1. T1-ВИ и Т 2-ВИ в сагиттальной плоскости

2. Т 1-ВИ и T2-ВИ в аксиальной плоскости

3. Т 2-ВИ во фронтальной плоскости.

Аксиальные МР-томограммы строились параллельно касательной по нижним контурам мозолистого тела. Фронтальные МР-томограммы строились параллельно дну четвертого желудочка.

В работе использовались краниометрические и энцефалометрические методы.

Применение краниометрических методик осуществлялось согласно руководств по краниологии (Алексеев В.П., 1964; Пашкова В.И., 1963; Сперанский В.С., 1988; Бунак В.В., 1922; Мartin R., 1928). Краниометрическое обследование включало в себя определение следующих параметров мозгового черепа: продольный размер черепа, поперечный размер черепа, вертикальный размер черепа, поперечно-продольный указатель, высотно-продольный указатель, высотно-широтный указатель, объем черепа, энцефалочерепной указатель.

Применение энцефалометрических методик осуществлялось согласно руководств по изучению головного мозга (Алтухов Н.В.,1891; Блинков С. М., 1964; Бунак В.В.,1936; Курбатов В.П.,2000). Энцефалометрическое обследование осуществлялось согласно руководству по энцефалометрии и включало в себя определение следующих параметров: длина полушарий, ширина мозга, ширина полушарий, высота мозга, высота полушарий, широтно-продольный указатель мозга, широтно-продольный указатель правого и левого полушарий, высотно-продольный указатель мозга, высотно-продольный указатель правого и левого полушарий, длина лобной доли, длина теменной доли, длина затылочной доли, длина височной доли, длина мозолистого тела, толщина мозолистого тела, длина колена мозолистого тела, длина валика мозолистого тела, площадь поперечного сечения мозолистого тела, длина переднего рога бокового желудочка, ширина переднего рога бокового желудочка, длина центральной части бокового желудочка, ширина центральной части бокового желудочка, длина заднего рога бокового желудочка, ширина заднего рога бокового желудочка, длина нижнего рога бокового желудочка, расстояние между передними рогами боковых желудочков, расстояние между задними рогами боковых желудочком, передне-задний размер бокового желудочка, длина III-го желудочка, высота III-го желудочка, длина водопровода, длина IV-го желудочка, высота IV-го желудочка, длина червя мозжечка, длина полушарий мозжечка, ширина мозжечка, ширина полушарий мозжечка, высота червя мозжечка, высота полушарий мозжечка, длина моста, вертикальный размер моста, длина продолговатого мозга, высота продолговатого мозга на уровне верхней и нижней границы.

Для всех парных показателей мозга вычислялся коэффициент асимметрии по формуле:

Касм =(ПР?ЛЕВ / ПР) Ч100 %.

Для обработки изображений применялось программное обеспечение каждого из томографов. Ввод, накопление, хранение и первичная сортировка данных исследования осуществлялись c использованием ПК и ППП Excel.

Математико-статистическая обработка данных исследования проведена с помощью табличного редактора Excel, в частности, его модулей "Анализ данных" и "Мастер диаграмм" и пакета программ по статистической обработке данных Statistica for Windows.

Математико-статистическая обработка проводилась по этапам:

* математико-статистическое описание объекта исследования (выборочной совокупности);

* оценка значимости различия средних значений и частоты проявления признаков в различных исследовательских группах;

* изучение связей между параметрами черепа, параметрами мозга и между параметрами черепа и мозга в половозрастных группах;

* построение моделей прогноза размеров структур мозга по известным размерам черепа.

Математико-статистическое описание объекта исследования осуществлялось с помощью традиционных и давно утвердившихся в медицинских исследованиях методов (Айвазян С. А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д., 1983; Зайцев Г.Н., 1984; Лакин Г.Ф., 1990; Григорьев С. Г. и др., 1992; Юнкеров В.И., Григорьев С. Г., 2005):

* расчет средних значений показателей (среднего арифметического значения, моды, медианы);

* определение характеристик колеблемости признаков (дисперсии, среднего квадратического отклонения, размаха значений);

* вычисление стандартных ошибок средних значений и их доверительных интервалов;

* частотная и структурная характеристика показателей;

* графическое представление результатов.

Оценка значимости различия средних значений и частоты проявления признаков в различных исследовательских группах проводилась с помощью параметрических и непараметрических методов оценки гипотез (Поляков Л.Е., 1971; Урбах В.Ю., 1975; Юнкеров В.И., 2000; Юнкеров В.И., Григорьев С. Г., 2005): параметрический критерий t-Стьюдента; непараметрический критерий ²-Пирсона.

Изучение связей между признаками проводилось с помощью параметрического коэффициента корреляции Пирсона и непараметрического коэффициента корреляции Спирмена. Селектирование и оценка качества моделей прогноза размеров структур мозга по известным размерам черепа осуществлялось с использованием классического регрессионного анализа.

Таким образом, все положения и выводы, сделанные в работе, базируются на разносторонних и адекватных материалам исследования математико-статистических методах. При этом широко использовались современные вычислительные средства и их программное обеспечение.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Развитие и рост черепа после рождения выражаются в увеличении его размеров, изменении формы и пространственных отношений составляющих частей, формировании элементов рельефа и дифференцировки костных структур. Мозговой и лицевой отдел черепа обладают относительно независимым и различным типом роста. У млекопитающих, в том числе и у человека, мозговой череп, глазница и ушная капсула имеют нейральный тип роста, который характеризуется высокой скоростью в пренатальном и раннем постнатальном периодах, но затем быстро затухает. Лицевой скелет растет по соматическому типу, более равномерно и длительно (до зрелого возраста) с ускорением в пубертатном периоде. Основание черепа занимает промежуточное положение между сводом и лицевым черепом, взаимодействуя в процессе роста с тем и другим (Сперанский В.С., 1988).

Рост черепа происходит неравномерно во времени и пространстве. Это проявляется в неодинаковых скоростях роста в различных направлениях и в разные возрастные периоды. Как указывает W.J. Moore (1981), общей тенденцией роста черепа млекопитающих является рост преимущественно в переднезаднем направлении; у человека и многих животных в детском возрасте голова более широкая и круглая, а лицо слабо выступает вперед.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что формирование мозгового черепа, оцениваемое по динамике увеличения основных его размеров (продольного, поперечного и вертикального), завершается к 21 году, что совпадает с мнением большинства исследователей, которые начало периода относительной стабильности черепа связывают с началом первого периода зрелого возраста.

Нами установлено, что увеличение продольного размера черепа происходит в 3 этапа с различной интенсивностью на каждом из них (рис. 1). У лиц мужского пола выделяют следующие этапы: I этап - с 1 года до 8 лет с ежегодным приростом 1,9мм, II этап - с 9 лет до 14 лет с ежегодным приростом 2,7 мм, III этап - с 15 лет до 20 лет с ежегодным приростом 4,0мм. У лиц женского пола выделяют этапы, несколько отличающиеся от мужского пола: I этап - с 1 года до 6 лет с ежегодным приростом 3,1мм, II этап - с 7 лет до 14 лет с ежегодным приростом 2,1мм, III этап - с 15 лет до 21 года с ежегодным приростом 3,1мм. Таким образом, за период с 1 года по 21 год мужской череп увеличивается со 145мм до 212мм, а женский - со 149мм до 205мм.

Рис. 1. Динамика увеличения продольного размера мужского черепа за период от 1 до 21 года

Рис. 2. Динамика увеличения продольного размера женского черепа за период от 1 до 21 года

Наши данные отражают общую тенденцию морфогенеза мозгового черепа.

Н.Н. Миклашевская (1973) считает, что после первого года жизни длина и ширина головы продолжает заметно увеличиваться до 3-4 лет. В возрасте 5-6 лет величины прироста этих размеров резко снижаются, в 7-8 лет вновь отмечается увеличение длины головы, а затем наступает период стабильности размеров, который продолжается у девочек - до 12 лет, а у мальчиков - до 13 лет. В подростковом периоде у мальчиков увеличивается преимущественно длина черепа, тогда как у девочек рост черепа в длину и в ширину приблизительно одинаков. По данным этого же автора, рост черепа перестает увеличиваться у девушек к 16 годам, у юношей - к 18 годам.

Нами установлено, что увеличение поперечного размера черепа (рис. 3, 4) происходит в два этапа с различной интенсивностью роста на каждом из них: I этап - с 1 года до 14 лет, II этап - с 15 до 20 лет. Поперечный размер мужского черепа увеличивается с минимальной интенсивностью - в среднем 1,4мм в год в обоих периодах интенсификации. Этот же размер женского черепа на I этапе (с 1 года до 14 лет) увеличивается в среднем на 1,7мм в год, а на II этапе (с 15 до 20 лет) - на 1,8мм. K. Hajnis (1974) считает, что увеличение поперечного диаметра черепа у юношей продолжается до 20 лет. Этих же цифр придерживается А.А. Зайченко (2005), что соответствует результатам наших исследований.

Нами установлено, что увеличение вертикального размера черепа (рис. 5,6) происходит в 2 этапа с различной интенсивностью роста на каждом из них: у лиц мужского пола I этап - с 1 года до 6 лет, II этап - от 15 до 20 лет; у лиц женского пола I этап - с 1 года до 6 лет, II этап - от 15 лет до 21 года. В указанные возрастные периоды вертикальный размер черепа увеличивается в среднем от 4,3мм в год (у мальчиков от 1 года до 6 лет) до 6,0мм (у юношей от 15 до 20 лет). Между двумя периодами интенсивного вертикального увеличения черепа находится период стабилизации - с 7 до 14 лет.

Рис. 3. Динамика поперечного размера мужского черепа за период от 1 до 21 года

Изучение половой изменчивости краниометрических показателей позволяет заключить, что у мужчин преобладают все показатели мозгового черепа, за исключением энцефалочерепного указателя, который преобладал, в большинстве случаев, у женщин. Наши данные совпадают с мнением Ch.M. Gefferth (2004), который изучал на рентгенограммах 9 размеров мозгового черепа у детей от рождения до 16 лет и констатировал преобладание почти всех размеров черепа у мальчиков, за исключением длины переднего отдела основания черепа.



Рис. 4. Динамика поперечного размера женского черепа за период от 1 до 21 года

Рис. 5. Динамика вертикального размера мужского черепа за период от 1 до 21 года

Рис. 6. Динамика вертикального размера женского черепа за период от 1 до 21 года

В детском возрасте абсолютный и относительный прирост большинства размеров черепа преобладает также у мальчиков, однако у девочек выше отношение размеров с их дефининитивными значениями, принимаемыми за 100 %; это объясняется более ранним прекращением у них роста черепа. Отмечаемое в ряде работ ускорение роста головы в подростковом периоде связано, по-видимому, с увеличением наружных размеров черепа. M.J. Baer (1969) установил методом продольного рентгенокраниометрического исследования, что у мальчиков в возрасте 15 лет кривая роста продольного диаметра черепа имеет выраженный подъем, тогда как кривая роста эндокрана в длину уплощена соответственно затухающей фазы. А.А. Зайченко (2005) обнаружил максимальную скорость роста костей свода черепа в толщину между 15 и 16 годами. Это дает основание считать, что пубертатный скачок роста головы обусловлен в значительной мере утолщением костей свода черепа.

С окончанием роста черепа наступает период его относительной стабильности, который приходится на первый период зрелого возраста. Этот период характеризуется общей уравновешенностью процессов аппозиции и резорбции костной ткани. Однако и в это время происходит изменение отдельных его структур, например, продолжается пневматизация клиновидной пазухи. В классических руководствах по краниологии (Martin R., 1928) признается, что форма черепа, достигнутая к зрелому возрасту, сохраняется в течение дальнейшей жизни, а его главные размеры и объем несколько уменьшаются после 50 лет. По данным М.В. Твардовской (1974), длина черепа у мужчин уменьшается после 60 лет, а у женщин уже после 40 лет. Черепной указатель у женщин повышается после 50 лет, то есть происходит сдвиг в сторону брахикрании. У мужчин изменения черепного указателя с возрастом незначительны. В нашем исследовании такая тенденция наблюдалась, но статистически достоверных критериев возрастных изменений черепа не было выявлено.

Рост мозгового черепа одним из первых изучал F. Merckel (1882), выделивший два периода роста черепа с разделяющей их паузой. Первый период продолжается от рождения до 7 лет и характеризуется наиболее интенсивным ростом. После 7 лет рост черепа почти прекращается, и эта пауза длится до начала полового созревания. Второй период роста совпадает с половым созреванием и завершается с прекращением общего роста организма. Эта периодизация была подтверждена другими исследования, однако данные нашего краниометрического анализа позволяют судить о черепе, как не о статичном образовании, а динамичном - развитие которого происходит неравномерно во времени и пространстве.

Более детальный количественный анализ выявленных тенденций проведен с помощью регрессионного анализа. Изучение связей размеров черепа с возрастом показало, что связь продольного и поперечного размеров с возрастом преимущественно умеренная - коэффициент корреляции от 0,41 до 0,74. Связь вертикального размера с возрастом в периодах интенсивного роста близка к сильной или сильная, коэффициент корреляции принял значения от 0,65 до 0,82. Связь во всех гендерновозрастных группах положительная. Выявленные связи позволили разработать регрессионные модели и номограммы прогноза размера черепа в зависимости от возраста в различных гендерновозрастных группах.

Для мальчиков в возрасте 1-8 лет модель имеет вид:

продольный размер = 169,6 + 1.91 х возраст

Для мальчиков в возрасте 9-14 лет модель имеет вид:

продольный размер = 156,5 + 2,68 х возраст

Для юношей в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

продольный размер = 118,3 + 3,98 х возраст

Для девочек в возрасте 1-6 лет модель имеет вид:

продольный размер = 161,9 + 3,09 х возраст

Для девочек в возрасте 7-14 лет модель имеет вид:

продольный размер = 160,6 + 2,08 х возраст

Для девушек в возрасте 15-21 год модель имеет вид:

продольный размер = 125,9 + 3,15 х возраст

Для мальчиков в возрасте 1-14 лет модель имеет вид:

поперечный размер = 134,1 + 1,45 х возраст

Для юношей в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

поперечный размер = 125,8 + 1.43 х возраст

Для девочек в возрасте 1-14 лет модель имеет вид:

поперечный размер = 127,8 + 1,79 х возраст

Для девушек в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

поперечный размер = 113,1 + 1,80 х возраст

Для мальчиков в возрасте 1-6 лет модель имеет вид:

вертикальный размер = 125,4 +4,29 х возраст

Для юношей в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

вертикальный размер = 41,5 + 6,05 х возраст

Для девочек в возрасте 1-6 лет модель имеет вид:

вертикальный размер = 120,6 + 4,48 х возраст

Для девушек в возрасте 15-21 год модель имеет вид:

вертикальный размер = 52,8 + 5,15 х возраст.

В работе подсчитывалось различное соотношение форм мозгового черепа по 3 указателям (поперечно-продольному, высотно-продольному и высотно-широтному). У детей в возрасте 1 год наиболее распространенным сочетанием форм мозгового черепа: у мальчиков не выделялось (формы были распределены равномерно), а у девочек - мезокран, гипсикран, акрокран. У мальчиков и девочек 5 лет наиболее распространенным стало сочетание - брахикран, гипсикран, акрокран. В период полового созревания соотношение форм меняется: у мальчиков и девочек 14 лет преобладающим было сочетание - мезокран, ортокран, тапейнокран. В зрелом возрасте у мужчин и женщин превалирует два сочетания форм мозгового черепа: мезокран, гипсикран, акрокран и брахикран, гипсикран, акрокран (без признаков половой изменчивости).

Нами также изучалась динамика изменений размеров больших полушарий в половозрастных группах. При этом оценивались три размера: длина правого полушария, ширина мозга и высота мозга. Связь перечисленных размеров с возрастом в интервале от 1 до 21 года, как мужского, так и женского мозга, подчиняется тем же закономерностям, что и размеры черепа. Именно по этой причине мы не стали проводить детальный анализ этой связи в выделенных нами возрастных группах.

Оценивая развитие большого мозга на примере длины правого полушария, выяснили, что к году у мальчиков и девочек она практически равна - 146,9±2,15мм и 146,8±1,42мм соответственно. В течение первого семилетия темп развития длины полушария у мальчиков существенно превышал аналогичный у девочек. В дальнейшем темп развития выровнялся и сохранился до 21 года, обеспечив значимое (p < 0,05) различие в гендерных группах и прибавку 11,6мм к размеру мужского и 11,7мм к размеру женского мозга. Окончательно длина полушария установилась на цифрах 178,1±1,27мм - мужского мозга и 172,3±1,55мм - женского.

Таким образом, нами установлено, что формирование длины полушарий завершается к 21 году. Значимые различия в длине полушарий у мужчин и женщин выявились в 7-летнем возрасте и сохранились до 30-ти лет.

Анализ метрических данных структур головного мозга у взрослого человека, полученных при секционном обследовании и современными способами визуализации, свидетельствует об их неоднозначности.

Длина полушария, измеренная при МР-томографии, равнялась у мужчин - 178,1±1,27мм, у женщин - 172,3±1,55мм. Другие исследователи приводят следующие цифры: Г.И. Россолимо (1927) - 16-17см; C. Economo (1929) - 15,5-19,0см; А.А. Юргутис (1957) - 16-17см (у мужчин) и 15-16см (у женщин); Э.Д. Моренков (1979) - 17,5см; В.П. Курбатов (2000) - 13,1±0,6см (у мужчин) и 11,2±0,7см (у женщин).

Данные МРТ-морфометрии соответствуют секционным данным других исследователей, однако отличаются от данных, приведенных в работе В.П. Курбатова (2000).

Формирование переднезаднего размера бокового желудочка завершается к 14 годам. Его длина в мозге у мужчин во всех возрастных группах преобладала на 2-4 мм по сравнению с мозгом у женщин. При этом статистически значимых различий этого размера в гендерных категориях всех возрастных групп не обнаружено (p > 0,05). Минимальная длина рассматриваемого размера составила 81,9±1,36мм у девочек в 1 год, а максимальная - 105,1±1,08мм у мужчин 30-летнего возраста. От 1 года до 14 лет у девочек длина желудочка увеличилась с 81,9±1,36мм до 97,9±1,56мм, а у мальчиков с 85,8±0,58мм до 101,7±1,92мм. Интенсивность увеличения размера с 1 года до 7 лет и с 7 до 14 лет практически одинакова.

Для сравнения приведем метрические характеристики бокового желудочка, представленные в работах М.Х. Файзуллина (1971) и В.П. Курбатова (2000). М.Х. Файзуллин указывает, что переднезадний размер бокового желудочка у новорожденных - 6,9см, в возрасте 13 лет - 9,8см. В.П. Курбатов (2000) представил метрические характеристики боковых желудочков, полученные при МРТ-обследовании. Он отметил, что у женщин в возрасте 15-42 года этот размер составил 10,4±0,5см (L) и 10,3±0,5см (R), у мужчин в возрасте 15-39 лет составил 10,7±0,7см (L) и 10,6±0,6см (R). Также автор отмечает, что у мужчин переднезадний размер боковых желудочков несколько больше, чем у женщин (недостоверно, p>0,05). В возрасте 18-23 лет наблюдались максимальные данные этого размера, увеличение размера к 20-ти годам и тенденция к уменьшению в дальнейшем.

Данные нашего исследования совпадают с результатами работы В.П. Курбатова и превосходят аналогичные (p < 0,001), полученные различными рентгенологическими методами (Файзуллин М.Х., 1971).

Длина мозжечка в возрасте 1 год составляет 52,7±0,82мм у девочек и 61,6±0,68 у мальчиков. К 7-ми годам его длина составила 58,7±0,97мм и 61,6±0,68мм - соответственно, т.е. увеличилась приблизительно на 6мм. От 7 до 30 лет длина мозжечка увеличилась лишь на 3,2мм у женщин и составила 61,9±0,69мм. От 7 до 30 лет длина мозжечка у мужчин увеличилась на 1,4мм и составила 63,0±0,70мм.

Полученные нами морфометрические показатели мозжечка в основном сходны с результатами исследований А.А. Юргутиса (1957). В своей работе он приводит следующие морфометрические характеристики: длина полушарий мозжечка у женщин в возрасте 15-42 года составила 5,88±0,35см (L) и 5,93±0,32см (R), у мужчин в возрасте 15-39 лет составила 6,09±0,31см (L) и 6,08±0,27см (R). В возрасте: 1-4,5 года - 5,66±0,54 (L) и 5,69±0,49см (R), 18-23 года - 6,08±0,33см (L) и 6,10±0,29см (R), 32-42 года - 5,7±0,28см (L) и 5,7±0,21см (R). Максимальные показатели отмечены в возрасте 18-23 года (p < 0,01). Переднезадний размер полушарий мозжечка у мужчин больше, чем у женщин (p < 0,05), что согласуется с данными А.В. Краева (1978).

Длина моста к году составляет: 21,2 ± 0,32мм у девочек и 20,4 ± 0,20мм у мальчиков. Однако следует отметить, что эти различия статистически не значимы (p > 0,05). К 7-ми годам картина меняется на противоположную. У мальчиков длина моста увеличилась на 4,5мм и составила 24,9±0,39, а у девочек всего на 1,4мм, достигнув 22,6±0,63мм. Окончательная положительная динамика длины моста завершается к 14 годам, приняв значение 28,2±0,54мм у мальчиков и 26,2±0,61мм у девочек.

Для сравнения приведем морфометрические показатели моста, представленные в работах А. Раубера (1911) и М.Х. Файзуллина (1971). А. Раубер (1911) измерил длину моста и получил результат 2,5см. М.Х. Файзуллин (1971) рентгенографическим методом установил, что этот размер у женщин в возрасте 15-42 лет составил 22,7±1,2мм, у мужчин в возрасте 15-39 лет составил 23,1±1,2мм. В возрасте 0-4,5 года - 19,0±1,9мм, 18-23 года - 22,7±1,6мм, 32-42 года - 22,3±1,3мм. Отмечено увеличение размера в первые два десятилетия жизни (p < 0,001), далее рост недостоверный (p > 0,05).

Наши данные по МРТ-морфометрии отличаются от приведенных выше в большую сторону (p > 0,05).

Интенсивность роста продолговатого мозга в длину от 1 года до 7 лет и от 7 до 14 лет практически одинакова, при этом за период 1-14 лет происходит увеличение с 21,6±0,42мм до 26,1±0,79мм у девочек и с 22,1±0,67мм до 27,0±0,53мм у мальчиков. Максимальная интенсивность роста наблюдалась в период от 14 до 21 года. Длина продолговатого мозга к 21 году составила у мужчин 34,6±0,54, а у женщин - 34,0±0,46мм.

Полученные нами данные МР-морфометрии по исследуемому параметру несколько выше показателей, представленных в работах Р.Д. Синельникова (1974).

Различия полученных нами данных с результатами секционных исследований, вероятнее всего, связаны именно с посмертными изменениями и воздействием фиксирующих растворов. Различия прижизненных морфометрических характеристик головного мозга связаны, на наш взгляд, с тремя причинами: 1 - различные уровни измерений; 2 - более высокое качество нашего оборудования (меньшая толщина срезов, лучшее соотношение сигнал/шум и более современные программы обработки данных); 3 - разный подход к формированию контрольных групп (возраст, сопутствующая патология).

В заключение следует сказать несколько слов о половых и межполушарных отличиях исследованных параметров головного мозга.

Более высокий энергетический обмен у мужчин по сравнению с женщинами, как известно, генетически обусловлен большей жизненной емкостью легких, содержанием гемоглобина, массой скелетных мышц, высоким уровнем окислительных процессов, а также значительным суммарным катаболическим эффектом андрогенов и их производных по сравнению с эстрогенами. Это позволяет мужскому организму синтезировать больше сократительных белков мышечной ткани. Более высокий метаболизм обусловлен иным функционированием мозга мужчины (Voyer D., 2007).

Половые различия у человека проявляются в форме черепа, массе мозга, картине ЭЭГ, латеральных признаках, сенситивности к различным стимулам. Crich-Brown (1980) доказал, что относительная масса мозга у мужчин больше, чем у женщин. Позднее было доказано, что в неокортексе женщин больше плотность нейронов, поэтому меньшая масса мозга не ведет к уменьшению числа нейронов (Амунц В.В., 2007). Количество нейронов в единице объема в корковых слоях II и IV у женщин больше на 11 %. В слоях III, V, VI отличий не найдено (Witelson S.F., 1992).

Основная масса данных по гендерной специфике свидетельствует о большей специализации мозга мужчин по сравнению с женщинами (Kulynych J.J. et al., 1994; Kimura D. еt al., 1984; Wood F.B. et al., 1991). Эти различия есть не только у человека (Stewart J. et al., 1998; Fitch R.H. et al., 1993).

Полученные нами данные свидетельствуют, о том, что проявление половой изменчивости мозга наиболее выражено в возрасте 10-16 лет. Причем, у лиц мужского пола отмечается тенденция к увеличению размеров конечного мозга, а у лиц женского пола - преобладают размеры стволовой части мозга.

Согласно гипотезе D. Waber (1996), половые различия являются функцией скорости созревания структур мозга. Проанализировав результаты исследования подростков (80 детей), она предложила, что раннее созревание связано с лучшей лингвистической функцией, а более позднее коррелирует с лучшими пространственными способностями. У рано созревающих организмов обнаруживается меньшая латерализация, поэтому мозг у женщин более симметричен.

Развитие асимметрии мозга начинается уже у зародышей (Hering-Hanit R., 2001). При проведении УЗИ на 20-22 неделе беременности у большинства эмбрионов выявлен увеличенный объем левого полушария - 2,781±0,287см в левом и 2,681±0,267см в правом; 2,804±0,174см в левом и 2,627±0,192см в правом полушариях, у мальчиков и девочек соответственно. Данные о преобладании размера левого полушария над правым у зародышей подтверждены и в других работах (Wada J.A., 1977).

Однако наше исследование показало, что у новорожденных и детей до 3 лет характерная обратная картина. Согласно данным МРТ в группе обследованных детей превалировал объем правого полушария над левым. Начиная с возрастной группы 4 года и до пожилого возраста левое полушарие в большинстве случаев было больше правого. Приведенные данные говорят о явной возрастной динамике межполушарной асимметрии. По-видимому, это связано с рядом факторов. Во-первых, ввиду эволюционного положения человека, т.е. резкой социальной направленности всего поведения и очевидного превалирования речевого компонента в коммуникации, прогнозируемо преимущественное развитие речевых центров, большая часть которых расположена в левом полушарии головного мозга. Этим, очевидно, определяется больший по сравнению с правым, объем левого полушария у взрослых в связи с повышенной на него функциональной нагрузкой (Yeo R.A., 2007).

Что касается реверсии асимметрии у детей 2х - 3х лет, то по некоторым данным (Cohen, 2000), в раннем онтогенезе человека развитие правого полушария опережает развитие левого. У годовалых детей идет постоянный приток огромного количества информации о внешнем мире. При этом для ребенка важна не детализация каждого нового образа, а переработка его в целом, узнавание лиц, образов (Червяков А.В., 2006). Развитие же локальных процессов начинается на несколько месяцев позже. В данном случае, при оценке глобальных характеристик ведущую роль играет именно правое полушарие, что и определяет его увеличенный объем в этом периоде.

Изучение морфологической асимметрии является важнейшей темой, поскольку изучение размеров определенных образований может быть как следствием патологии, так и ее непосредственными причинами или сопутствующим фактором. Например, в научной литературе имеются данные об изменениях асимметрии морфометрических показателей определенных структур головного мозга при таких заболеваниях, как аутизм, шизофрения, дислексия, синдром нарушения внимания с гиперактивностью у детей, синдром хрупкости Х-хромосомы, эпилепсия.

Следующим этапом в количественной характеристике головного мозга и черепа прогнозирование размеров мозга по известным размерам черепа. Большая часть соотношений размеров черепа и мозга (13 из 16) продемонстрировали сильную (r>0,7) статистически значимую (p<0,05) корреляционную связь.

Для мальчиков в возрасте 1-9 лет модель имеет вид:

длина полушария = 6,7 + 0,88 х продольный размер черепа

Для мальчиков в возрасте 10-14 лет модель имеет вид:

длина полушария = 60,9 + 0,54 х продольный размер черепа

Для юношей в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

длина полушария = 77,4 + 0,47 х продольный размер черепа

Для девочек в возрасте 1-7 лет модель имеет вид:

длина полушария = - 7,6 + 0,96 х продольный размер черепа

Для девочек в возрасте 8-14 лет модель имеет вид:

длина полушария = 64,7 + 0,52 х продольный размер черепа

Для девушек в возрасте 15-21 год модель имеет вид:

длина полушария = 34,9 + 0,79 х продольный размер черепа

Для мальчиков в возрасте 1-14 лет модель имеет вид:

ширина мозга = 34,4 + 0,67 х поперечный размер черепа

Для юношей в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

ширина мозга = 24,1 + 0,72 х поперечный размер черепа

Для девочек в возрасте 1-14 лет модель имеет вид:

ширина мозга = 38,2 + 0,64 х поперечный размер черепа

Для девушек в возрасте 15-20 лет модель имеет вид:

ширина мозга = 21,3 + 0,73 х поперечный размер черепа

Для мальчиков в возрасте 1-7 лет модель имеет вид:

высота мозга = 13,7 + 0,77 х вертикальный размер черепа

Для мальчиков в возрасте 8-15 лет модель имеет вид:

высота мозга = 16,5 + 0,79 х вертикальный размер черепа

Для юношей в возрасте 16-20 лет модель имеет вид:

высота мозга = 15,1 + 0,81 х вертикальный размер черепа

Для девочек в возрасте 1-7 лет модель имеет вид:

высота мозга = 10,9 + 0,85 х вертикальный размер черепа

Для девочек в возрасте 8-15 лет модель имеет вид:

высота мозга = 10,8 + 0,83 х вертикальный размер черепа

Для девушек в возрасте 16-20 лет модель имеет вид:

высота мозга = 10,9 + 0,83 х вертикальный размер черепа

Наибольшей информационной способностью обладают модели прогноза высоты мозга по известным вертикальным размерам черепа во всех гендерновозрастных группах с максимальным коэффициентом детерминации 0,94 и максимальным - 0,69. Несколько меньшей информационной способностью и точностью обладают модели прогноза ширины и длины мозга по соответствующим размерам черепа. Коэффициент детерминации во всех половозрастных группах превышал значение 0,72, что обеспечивает модели из медицинской и биологической области допустимую прогностическую способность.

Таким образом, применение современного, информативного метода визуализации головного мозга и черепа - магнитно-резонансной томографии, разработка нового алгоритма витального краниометрического и энцефалометрического обследования, использование современного аппарата статистического анализа позволили нам сделать определенные выводы по закономерностям постнатального морфогенеза головного мозга и черепа человека.

ВЫВОДЫ

1. Головной мозг и череп на всех этапах морфогенеза развиваются в тесной взаимосвязи, однако их развитие происходит неравномерно во времени и пространстве. Это проявляется в неодинаковой интенсивности роста продольных, поперечных и вертикальных размеров.

2. Период относительной стабильности морфометрических параметров головного мозга и черепа, оцениваемый по динамике увеличения продольного, поперечного и вертикального размеров исследуемых структур, начинается с 21 года.

3. В динамике роста продольного размера черепа и длины полушарий большого мозга можно выделить 3 этапа: у мужчин - I этап (1год-7 лет), II этап (9-13 лет), III этап (15 лет-20 лет); у женщин - I этап (1год-7 лет), II этап (9-14 лет), III этап (16 лет-21год). Относительная стабильность роста продольного размера исследуемых структур приходится на период 8-9, 14-15 лет у мужчин и 8-9, 15-16 лет у женщин.

4. Динамика интенсивности роста поперечного размера черепа и ширины различных отделов головного мозга происходит у мужчин и женщин одинаково, в 2 этапа: I этап (1 год-13 лет) и II этап (15-20лет). Стабилизация поперечных размеров исследуемых структур приходится на период 13-15 лет.

5. Динамика интенсивности роста вертикального размера черепа и высоты различных отделов головного мозга происходит в 2 этапа: у мужчин - I этап (1 год-6 лет), II этап (15-20 лет); у женщин - I этап (I год-6 лет), II этап (15лет-21 год). Между двумя периодами интенсивного вертикального увеличения находится период стабилизации - с 7 до 14 лет.

6. Гендерные различия морфометрических показателей головного мозга прослеживаются на всех этапах постнатального морфогенеза, однако они наиболее выражены в возрасте 10-16 лет. При этом у лиц мужского пола отмечается тенденция к относительному преобладанию размеров большого мозга, а у женского пола - размеров структур ствола мозга. Половая изменчивость морфометрических показателей мозгового черепа заключается в преобладании всех размеров черепов у мужчин, за исключением энцефалочерепного указателя, который преобладает у женщин.

7. Выявленные морфометрические показатели межполушарной асимметрии мозга свидетельствуют о гетерохронности данного процесса: у новорожденных и детей до 3 лет размеры правого полушария преобладают над левым, затем наблюдается реверсия асимметрии - начиная с 4 года и до пожилого возраста левое полушарие в большинстве случаев больше правого.

8. Связь продольного и поперечного размеров черепа с возрастом преимущественно умеренная - коэффициент корреляции 0,41-0,44. Связь вертикального размера черепа с возрастом в периоды интенсивного роста близка к сильной или сильная - коэффициент корреляции 0,65-0,82. Выявленные связи позволяют создавать математические модели и номограммы размеров черепа для определенных возрастных категорий с высокой степенью информационной способности (95 %).

9. Длиннотные, широтные и высотные размеры большого мозга и мозжечка имеют сильную (p>0,7) статистическую значимую (p<0,05) корреляционную зависимость от морфометрических показателей черепа, что позволяет разрабатывать математические модели и номограммы и прогнозировать размеры основных параметров головного мозга по известным размерам черепа в различных гендерновозрастных группах.

Практические рекомендации:

1. Установленные прижизненно для различных возрастных групп постнатального онтогенеза размеры головного мозга и диапазон их вариабельности служат показателем при объективизации метрических данных в клинической диагностике патологии мозга (отделения магнитно-резонансной и компьютерной томографии).

2. Разработанная математическая модель корреляции размеров черепа и возраста человека может быть использована в судебной медицине в качестве морфометрического эквивалента краниологических методов идентификации личности.

3. Разработанная математическая модель прогноза размеров головного мозга по размерам черепа представляет интерес для нейрохирургов в процессе объективизации стереотаксических расчетов и верификации данных, полученных другими, менее информативными способами медицинской нейровизуализации.

4. Гендерновозрастные особенности развития черепа и головного мозга целесообразно учитывать при изучении клинических данных в неврологии, нейрохирургии, педиатрии и гериатрии. Математически доказанная периодизация роста головного мозга и черепа представляет интерес для антропологов.

5. Разработанный алгоритм кранио- и энцефалометрического обследования и полученные морфометрические показатели прижизненной анатомии головного мозга и черепа могут быть использованы на лекциях и практических занятиях морфологических кафедр медицинских и биологических вузов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Байбаков С.Е. Возрастные особенности макроструктуры мозга детей грудного возраста / С.Е. Байбаков // Механизмы синаптической передачи: материалы Всерос. конф. - М.: Изд-во Икар, 2004. - С. 15.

2. Байбаков С.Е. Витальные размерные характеристики мозжечка стареющего мозга / С.Е. Байбаков // Морфологические ведомости. - 2004. - № 1-2. - С. 10.

...