Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11-35
1.1. Цито- и фиброархитектоника лобной области коры большого мозга в онтогенезе 11 -24
1.2. Функциональная идентификация полей лобной области коры большого мозга 24-27
1.3. Возрастные особенности ансамблевой организации коры лобной области 27-35
Глава 2. Материал и методы исследования 36-49
2.1. Материал исследования 36-38
2.2. Обследованные зоны коры большого мозга 38-40
2.3. Гистологические методы 40-41
2.4. Морфометрия 41-44
2.5. Методы математической обработки полученных данных..44-47
2.6. Морфометрический синтез 47-49
Глава 3. Результаты собственных исследований 50-67
3.1. Изменения толщины лобной коры большого мозга от рождения до 20 лет 50-67
3.1.1. Возрастные изменения толщины коры, слоев и подслоев в области поля 44 50-58
3.1.2. Возрастные изменения толщины коры, слоев и подслоев в области поля 32/10 58-65
3.1.3. Возрастные особенности изменений толщины коры, слоев и подслоев в лобной области коры большого мозга 66-67
3.2. Микроструктурные преобразования коры большого мозга от рождения до 12 лет 68-114
3.2.1. Возрастные изменения цито- и фиброархитектоники коры в области поля 44 68-90
3.2.2. Возрастные изменения цито- и фиброархитектоники коры в области поля 32/10 91-114
3.3. Возрастная периодизация структурных преобразований лобной области коры большого мозга по данным морфометрического синтеза 115-120
Глава 4. Обсуждение результатов исследования 121-137
Выводы 138-140
Литература
- Функциональная идентификация полей лобной области коры большого мозга
- Возрастные особенности ансамблевой организации коры лобной области
- Гистологические методы
- Возрастные особенности изменений толщины коры, слоев и подслоев в лобной области коры большого мозга
Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из актуальнейших проблем
современной неврологии является изучение интегративнои деятельности центральной нервной системы. В рамках концепции о структурно-системной организации церебральных функций (О.С. Адрианов, 1976-1989; Н.Н. Боголепов, 1996; Д.А. Фарбер, 1998-2001) особую значимость приобретают исследования коры большого мозга на различных этапах постнатального онтогенеза с целью выявления структурных аналогов развивающихся психофизиологических функций мозга детей и подростков. На основе теории функциональных систем и принципа их гетерохронного развития в отечественной нейроморфологии был разработан подход к изучению возрастных преобразований мозга с позиций системогенеза (П.К.Анохин, 1968, 1975). Большое значение имеет выяснение характера морфо-функционального созревания различных отделов коры мозга, обеспечивающих наиболее сложные формы интегративнои деятельности мозга человека (Л.К.Семенова и соавт. 1994; V.I. Kozlov, T.A.Tsekhmistrenko, 1999; АН.Лебедев, 2002). Необходимость комплексного изучения структурных преобразований коры лобной области большого мозга человека в постнатальном онтогенезе диктуется функциональной значимостью центральных регуляторных систем с её участием для индивидуального развития (А.Р. Лурия, 1966; Е.Д. Хомская, 1976; Т.П.Хризман, 1991; И.Н. Боголеповаисоавт., 2000 и др.).
Лобная область коры большого мозга имеет обширные двусторонние связи практически со всеми отделами неокортекса и многими подкорковыми образованиями; она оказывает существенное кортико-фугальное воздействие на работу ретикулярной формации и тем самым управляет состоянием активации всей коры (D.B. Lindsley, 1961; Е.Д.Хомская, 1972; А. Р. Лурия, 1973; J.Skinner, D.Lindsley, 1973; J.Skinner, C.Yingling, 1976). Многочисленные клинические наблюдения, а также нейрофизиологические, нейропсихологические и морфо-функциональные исследования лобных отделов неокортекса показали их важную роль в интеграции пусковой и обстановочной афферентации, организации программ действий, оценке их результатов и коррекции допускаемых ошибок, а также в процессах кратковременной, долгосрочной и образной-памяти (L.Lipsitt, 1967; WJ. J.Dylan, R.Roy , 1979; Т.П.Хризман, Т.Д. Лоскутова, 1982; АЛ. Ромоданов с соавт., 1984; S.I. Rapoport, 1999).
Результаты электрофизиологических исследований свидетельствуют в пользу представлений о приуроченности функций к отдельным структурам фронтальной коры (Н.П.Бехтерева, 1971). Филогенетически наиболее новыми, «сугубо человеческими», испытывающими значительное формирующее воздействие социального фактора принято считать корковые поля, имеющие отношение кэффекторным Ре1цЙЙ^' &Й1ЙЙЙЙ1Ь!Ь<НР?К0СТИ
І БИБЛИОТЕК* |
I СОетерйрг / п *-!
поле 44 (зона Брока), функционально связано с экспрессивной (моторной) речью, а именно с правильным произношением отдельных фонем и слов (М.С. Войно, 1964). Сравнительно мало изученными остаются возрастные структурные изменения лимбической системы мозга и, особенно, полей коры (поле 32), непосредственно к ней примыкающих и принимающих участие в управлении эмоциональным поведением (СМ. Блинков, 1949).
Систематические данные о возрастных преобразованиях коры лобной
области коры представлены в работах Е.П. Кононовой (1940-1972),
J.L.RXonel (1939-1967), И.И. Глезера (1958-1959). В исследованиях
структурной организации и возрастных преобразований лобной области
коры мозга человека, в основном, анализировались изменения в полях,
расположенных на латеральной поверхности полушарий
(ТАЦехмистренко, 1985-1990; И.Н. Боголепова, 1994, 2003; N. Zecevic et al., 1999; Н.В. Uylings, 2000).
В настоящее время нейроморфология располагает немногочисленными данными об особенностях стратификации и нейроархитектоники фронтальной коры человека от рождения до периода зрелости. Работы Е.П.Кононовой (1940, 1962), в основном изучавшей данный вопрос, являются результатом анализа сравнительно небольшого фактического материала, а более подробные исследования велись либо от рождения до 6 лет (J. R. L. Conel, 1939 - 1967), либо на ограниченном количестве полей (45, 8 и 10) латеральной поверхности полушарий (Т.А.Цехмистренко, 1988). Систематические исследования фиброархитектоники лобной области коры большого мозга в процессе онтогенеза представлены лишь в единичных работах (J. R. L. Conel, 1939 - 1963; М.С. Войно, 1975; А.В. Scheibel et al, 1985, ТА. Цехмистренко с соавт., 2000).
Таким образом, возрастные преобразования лобной области коры большого мозга человека в широком онтогенетическом плане изучены недостаточно. В связи с этим нами была поставлена цель изучить в погодовых интервалах перестройку цито- и фиброархитектоники лобной области коры на латеральной и медиальной поверхностях полушарий большого мозга человека в постнатальном онтогенезе.
Цель исследования состоит в изучении изменений макро- и микроструктурной организации коры лобной области большого мозга человека от рождения до 20 лет.
Задачи:
Изучить в погодовых интервалах динамику стратификации коры в полях 44 и 32/10 лобной области; выявить диапазон индивидуальных различий общего поперечника коры и ее отдельных слоев у детей от рождения до 20 лет.
Изучить на количественной основе цито-, фибро- и нейроархитектонику полей 44 и 32/10 лобной области коры большого мозга человека в период от рождения до 20 лет.
3. На основе морфометрического синтеза комплекса количественных параметров выявить периоды в развитии макро- и микроструктуры коры лобной области большого мозга человека.
Объект исследования. Объектом исследования служили поля 44 и 32/10 коры лобной области большого мозга человека от рождения до 20 лет. Выбор полей обусловлен как функциональной значимостью собственно исследуемых полей (оперкулярное 44 поле - речедвигательное, поле 32/10 принимает участие в регуляции психоэмоционального поведения), так и пониманием важной роли речевой функции в механизмах регуляции эмоционального поведения.
Предмет исследования: возрастные изменения толщины коры и ее слоев, цито-, фибро- и нейроархитектоника, закономерности и периоды структурных изменений коры лобной области большого мозга человека в постнатальном онтогенезе.
Исходя из функциональных особенностей исследуемых полей, а также из различий их топографических и типологических характеристик, мы в качестве гипотезы исследования предположили, что темпы, сроки и характер постнатальных макро- и микроструктурных изменений цито-, фибро- и нейроархитектоники, а также ансамблевой организации коры в ее исследуемых полях будет отличаться, что найдет отражение в возрастной динамике ряда количественных и качественных параметров. Предполагается, что в развитии поля 44 в постнатальном онтогенезе будут более выражены микроструктурные изменения слоев верхнего этажа коры вследствие его тесного внутри- и межкоркового взаимодействия с проекционными и проекционно-ассоциативными полями в предцент-ральной области коры. В поле 32/10, тесно взаимодействующим с комплексом образований лимбической системы мозга (кора лимбической доли, таламо- и гипоталамические структуры мозга), будут более интенсивно, чем в поле 44, формироваться слои нижнего этажа, обеспечивающие корково-подкорковые связи с этими структурами.
Научная новизна исследования. На основе комплексного исследования 44 и 32/10 полей лобной области коры большого мозга человека в широком онтогенетическом плане и в погодовых интервалах получены новые данные о гетерохронном развитии коры, слоев и подслоев в каждом изученном поле. Установлены общие и специфические черты развития полей лобной области. Показано, что наиболее интенсивное увеличение толщины слоев и подслоев коры большого мозга, осуществляемое в первый год жизни, протекает в каждом отдельном поле в различные сроки. Получены количественные характеристики стратификации коры и выявлены периоды интенсивного и замедленного роста толщины коры, слоев и подслоев лобной области мозга. Дана количественная оценка возрастной динамики увеличения профильных полей пирамидных и непирамидных нейронов, а также волокнистых
структур в различных слоях коры. Впервые описаны особенности возрастных преобразований группировок нейронов разных типов в ансамблеобразующих слое Ш полей 44 и 32/10, установлены сроки постнатальных изменений микроструктуры лобной области коры.
Научная и практическая значимость исследования. Полученные данные позволяют расширить теоретические представления о структурных изменениях коры лобной области большого мозга человека, что, в свою очередь, служит лучшему пониманию закономерностей развития интегративной деятельности мозга.
Данные о возрастных преобразованиях микроструктуры полей лобной области коры, имеющих отношение к контролирующим аппаратам речевой функции, а также регуляции мотивационных и психоэмоциональных состояний, особенно актуальны в связи с задачами совершенствования научно обоснованного образовательного процесса с учетом возрастных возможностей организма и особенностей постнатального развития мозга ребенка.
Результаты исследования важны также для специалистов, работающих по проблемам возрастной анатомии и психофизиологии. Полученные автором новые данные . использованы в преподавании анатомии нервной системы на кафедре анатомии человека Российского университета дружбы народов, а также в учебном пособии для вузов В.И.Козлова и Т.А.Цехмистренко «Анатомия нервной системы», М, Мир, 2003, гриф Минобразования России.
Апробация работы. Материалы и основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всероссийском съезде Всероссийского научного общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Уфа, 2002 г.), IV международной конференции по функциональной нейроморфологии «Колосовские чтения - 2002» (Санкт-Петербург, 2002), Всероссийской конференции «Гистологическая наука в XXI веке: итоги, задачи, перспективы» (Москва, 2003), Итоговой конференции студенческого научного общества медицинского факультета РУДН (Москва, 2003).
Объем н структура диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах и включает введение, 4 главы (обзор литературы, материал и методы исследования, собственные данные, обсуждение полученных данных) и выводы. Иллюстративный материал представлен 22 микрофотографиями, 20 рисунками, 21 таблицей. Библиографический указатель содержит 303 источника.
Материал исследования. В соответствии с задачами работы нами исследован гистологический материал, полученный из 117 полушарии (преимущественно левых) большого мозга от 100 трупов людей обоего пола
в возрасте от рождения до 20 лет. В работе использована коллекция препаратов мозга, начало которой положено проф. Л.К.Семеновой и сотрудниками Института возрастной физиологии РАО. Основную группу составили практически здоровые люди, погибшие насильственной смертью без травм большого мозга. Материал согласно задачам исследования был сгруппирован в погодовых интервалах (табл. 1).
Таблица 1. Распределение материала по возрасту и полу (в абсолютных числах)
Для гистологического исследования кусочки мозга забирали, руководствуясь Атласом цитоархитектоники коры большого мозга человека (1955), на латеральной поверхности большого полушария в области pars opercularis (поле 44) и на его медиальной поверхности в области поля 32/10 на границе с gyrus cinguli.
Фиксацию целого мозга или его половины (срединное сагиттальное рассечение) производили в 10% нейтральном формалине, приготовленном на физиологическом растворе. Фиксированные кусочки ткани мозга подвергались обезвоживанию в спиртах восходящей концентрации и заливке в парафиновые блоки. Из них изготовлялись срезы толщиной 10 мкм во фронтальной, сагиттальной и тангенциальной проекциях.
Парафиновые срезы (по 3-5 штук на одном стекле) окрашивали крезиловым фиолетовым по методу Ниссля, а также импрегнировали азотнокислым серебром методом Петерса в модификации А.М.Антоновой и С.Б.Степановой (1973) с последующей докраской клеточных структур по Нисслю. Часть материала в кусочках импрегнировали нитратом серебра по методу Гольджи в модификации А.М.Антоновой (1967), заливали в целлоидин. Серийные срезы с целлоидиновых блоков изготовляли толщиной 100 мкм, заключая в бальзам по 6-12 штук на покровном стекле. Всего исследовано около 1000 препаратов.
Морфометрический анализ проводился преимущественно на левополушарном материале. Измерение толщины коры и ее слоев выполнялось на фронтальных срезах, окрашенных по Нисслю, перпендикулярно к поверхности извилины на ее вершине окуляр-микрометром МОВ-1-15" (окуляр 15х, объективы 10х, 20х; цена деления окулярной линейки при объективе 10х - 0,6 мкм, объективе 20х - 0,3 мкм).
Измерение протяженности отдельных дендритов и аксонов нейронов разных типов выполнялось с помощью окуляр-микрометра на препаратах, включающих окрашенные методом Гольджи фронтальные, сагиттальные и тангенциальные срезы коры большого мозга. Математическая обработка данных производилась общепринятыми методами вариационной статистики (Н.АПлохинский, 1961; Р.Б.Стрелков, 1986). Измерение площадей профильных полей пирамидных и звездчатых нейронов, а также клеточных группировок III слоя проводили методом компьютерной морфометрии на препаратах, окрашенных по Нисслю (рис.1).
Система для анализа оптических изображений коры большого мозга включала светооптический микроскоп «МБД-9» и компьютер Pentium DX100 с дисплеем, специальным встроенным устройством (видеоплатой) и преобразователем оптических сигналов в электрические, аналоговой видеокамерой. Для определения возрастных изменений размерных показателей нейронов и их группировок применяли базовый статистический пакет «Biotest» и другие математические методы статистического анализа (Г.Г.Автандилов, 1980; И.Г.Потапова и др., 1983).
Для получения интегральной характеристики возрастных структурных преобразований лобной области коры большого мозга использован метод морфометрического синтеза по С.Б.Стефанову, Н.С.Кухаренко (1988, 1989), позволяющий получить объективные критерии для выделения возрастных периодов развития.
Функциональная идентификация полей лобной области коры большого мозга
Возрастные преобразования структуры лобной области коры большого мозга человека изучали А.Д.Зурабашвили (1936), И.И.Глезер (1958), К.Ю.Резников (1964), В.К.Жгенти с соавт.(1968). Наиболее подробное исследование принадлежит Е.П.Кононовой (1940-1972), изучавшей возрастные изменения коры лобной области большого мозга на 8 наблюдениях (16 полушарий) у людей в возрасте 14 дней, 2, 6 и 11,5 месяцев, 2 лет, 3 лет 3 месяцев, 7 и 12 лет. Данные о микроструктуре лобной области коры у новорожденных, детей 1, 3, 6, 15-месячного и 4, 6-ти летнего возраста получены J.L.R.Conel (1939-1967). Возрастные преобразования структуры лобной коры от рождения до 20 лет изучались Т.А.Цехмистренко (1988).
Как показано Е.ПКононовой (1940), у новорожденного площадь лобной области коры составляет 26-27% от площади лобной коры взрослого. По ее данным, в первые 2 года жизни после рождения площадь фронтальной коры увеличивается в левом полушарии в 1,7 раза, в правом — в 1,6 раза. К 7 годам площадь лобной коры нарастает в левом полушарии в 2,6 раза, в правом — в 2,9 раза по сравнению с новорожденными. У взрослых этот показатель в левом полушарии в 3,8 раза больше по сравнению с новорожденными, в правом — в 3,4 раза. Как следует из приведенных данных, в постнатальном онтогенезе нарастание площади лобной области коры происходит с разной интенсивностью в различные периоды жизни и имеет межполушарные различия.
По мнению Е.П.Кононовой (1949), анализ макро- и микроструктурной организации лобной области коры новорожденного позволяет выявить те же цитоархитектонические поля, что и у взрослого человека. Среди них речедвигательное поле 44, расположенное в оперкулярной зоне, характеризуется достаточно толстым поперечником коры (до 2,6 мм у взрослого) и густоклеточностью; нейроны III и V слоев отличаются наиболее крупными размерами. Поле 32/10, расположенное на медиальной поверхности полушария в непосредственной близости от поясной извилины, изучено автором менее подробно, однако отмечается небольшая толщина коры (до 2,2 мм у взрослого) и ярко выраженная вертикальная упорядоченность клеточных элементов. Показано, что в первые месяцы постнатальной жизни кора растет в толщину равномерно, а позднее наблюдаются периоды подъема роста. Так, толщина коры в полях, прилежащих к поясной извилине, увеличивается к 2 годам, но имеет тенденцию к росту и за пределами детского возраста (Е.П.Кононова, 1962); в поле 44 — к 1 и 7 годам. Поперечник коры в онтогенезе постепенно увеличивается главным образом за счет толщины слоя III, который в полях 44 и 32/10 нарастает к 2 месяцам, 6 месяцам и далее к 12 годам. В слое III пирамидизация нейронов завершается в полях на медиальной поверхности лобной доли между 3 и 7 годами, в поле 44 — еще позднее. Е.П.Кононовой высказано предположение, что увеличение размеров пирамидных нейронов III слоя лобной коры возможно вплоть до взрослого состояния.
Как показал J.L.R-Conel (1939-1967), толщина коры в полях 44 и 32/10 гетерохронно увеличивается до 6 лет, не достигая при этом уровня взрослых, определенного в исследованиях C.Economo, G.W.Koskinas (1925). В первые месяцы жизни по данным J.L.R.Conel особенно интенсивно растут в толщину слои V и VI, тогда как к 4 и особенно к 6 годам наблюдается увеличение II, III и IV слоев. Увеличение размеров нейронов происходит наиболее активно в IV, V и VI слоях вплоть до 6 лет во всех полях лобной области, что противоречит данным Е.ПКононовой (1940, 1960) о преобладающем росте пирамидных нейронов III слоя после 3 лет. Е.П.Кононова (1949), СБ.Блинков и И.И.Глезер (1964), J.L.RXonel (1967) отмечали, что на ранних этапах постнатального онтогенеза существует нелинейная зависимость между темпами роста коры и ее слоев в толщину, а также густотой расположения и величиной нейронов. По данным С.Б.Блинкова и И.И.Глезера (1964) для конкретных полей коры характерно определенное частотное распределение нейронов по размерным классам, изменяющееся в зависимости от слоя и особенно подслоя (т.н. трансгрессия частотно-размерных кривых). И.Н.Боголепова и соавт. (2003) подразделяют нейроны по размерным параметрам на сверхмалые, малые, средние, большие и гигантские. В возрасте 3 месяцев, 1 года, 2-3 лет и 6-7 лет И.И.Глезер (1959) отметил так называемые «переломные» этапы в росте и развитии пирамидных нейронов коры лобной области, когда наблюдается их максимальная размерная и структурная вариабельность.
Наиболее подробный количественный анализ микроструктурных преобразований коры лобной области на примере полей 45, 10 и 8 в погодовых интервалах выполнен Т.А.Цехмистренко (1988). По ее данным наиболее быстрыми темпами увеличение толщины фронтальной коры большого мозга у человека наблюдается в течение первого года жизни и с разной интенсивностью в зависимости от поля продолжается до 6-10 лет. Нарастание коры осуществляется во всех слоях и подслоях, но главным образом за счет III и V слоев. Объем пирамидных нейронов увеличивается в III слое коры до 9-10 лет, в V слое — до 6-7 лет, а количество размерных классов нейронов за счет наиболее крупноклеточных форм — до 16-18 лет. Показано также изменение соотношения удельных объемов нейронов и волокон в процессе постнатального развития коры: удельные объемы нейронов в разных полях преобладают от рождения до 3-5 лет; в последующие годы (к 15-16 годам) постепенно увеличиваются и начинают преобладать удельные объемы волокон.
Изучая структуру корковых нейронов большого мозга человека и ее развитие, S.R.J. Cajal (1909-1911) представил основную схему дифференцировки пирамидных нейронов в онтогенезе, в соответствии с которой созревание пирамидных нейронов начинается в глубоколежащих слоях с увеличения размеров, включая усложнение апикального дендрита и аксона, затем базальных дендритов, ответвлений апикального дендрита и дендритных шипиков и в завершение аксонных коллатералей. Ее основные положения нашли подтверждение в. последующих исследованиях Г.ИПолякова (1965, 1966а), D.K.Morest (1969), PJacobson (1970), T.Rabinowicz (1977), L.C.DeAzevedo et al. (1997).
Попытка PJacobson (1970) выявить закономерности относительных темпов развития пирамидных и непирамидных нейронов встретила трудности, связанные с непосредственным узнаванием развивающихся нейронов и с большой зависимостью процессов развития от кортикального локуса (M.Marin-Padilla, 1971; B.Cauli et al., 1997). Тем не менее, J.Altman, G.D.Das, (1966) и Н.И.Яковлевой (1972) показано, что развитие непирамидных нейронов в постнатальном онтогенезе более продолжительно по срокам, чем пирамидных.
Возрастные особенности ансамблевой организации коры лобной области
Для гистологического исследования кусочки мозга забирали, руководствуясь Атласом цитоархитектоники коры большого мозга человека (1955), в строго локализованном месте. По 2-3 кусочка коры вырезали на латеральной поверхности большого полушария в области pars operculans (поле 44) и на его медиальной поверхности в области подполя 32/10 на границе с gyrus cinguli (рис. 1). Поскольку различия в наименованиях локусов коры, а именно: поле 44 и подполе 32/10, - во многих случаях создавало неудобства в изложении материала, то мы сочли возможным в данной работе использовать термин «поле 32/10».
Выбор полей большого мозга был обусловлен, в первую очередь, их важной функциональной значимостью. Так, поле 44 (речедвигательная зона Брока), наряду с полем 45 принимает участие в экспрессивной речи, обеспечивая детальное артикуляционное программирование, которое реализуется благодаря активации лицевой области моторной коры, управляющей речевой мускулатурой (U.Jurgens, R.Pratt, 1979). Поле 32/10, непосредственно примыкающее к лимбической доле большого мозга, имеет отношение к управлению эмоциональным поведением (С.МБлинков, 1949). Определенный интерес представлял также выбор полей, расположенных на разных поверхностях лобных долей (поле 44 — латеральная поверхность, поле 32/10 — медиальная).
Кусочки коры в соответствии с поставленными целями вырезались строго перпендикулярно к поверхности извилины. Во избежание перекоса использовали технический прием А.М.Антоновой (1977), когда вырезанные кусочки не превышают в толщину 0,5 см. Для гистологической обработки используются те из них, которые имеют симметричную картину поперечника коры на противоположных сторонах кусочка.
После изъятия органа из трупа производили фиксацию целого мозга или его половины (срединное сагиттальное рассечение) в 10% нейтральном формалине, приготовленном на физиологическом растворе. Фиксированные кусочки ткани мозга подвергались обезвоживанию в спиртах восходящей концентрации и заливке в парафиновые блоки. Из них изготовлялись срезы толщиной 10 мкм во фронтальной, сагиттальной и тангенциальной проекциях. Парафиновые срезы (по 3-5 штук на одном предметном стекле) окрашивали крезиловым фиолетовым по методу Ниссля, а также импрегнировали азотнокислым серебром методом Петерса в модификации A.M.Антоновой и С.Б.Степановой (1973) с последующей докраской клеточных структур по Нисслю. Часть материала в кусочках импрегнировали нитратом серебра по методу Гольджи в модификации А.М.Антоновой (1967), заливали в целлоидин. Серийные срезы с целлоидиновых блоков изготовляли толщиной 100 мкм во фронтальной и сагиттальной проекциях, заключая в бальзам по 6-12 штук на покровном стекле.
Исследование препаратов проводили с помощью светооптических микроскопов «Биолам Р-17» и «МБД-1», а фотографирование — на универсальном отечественном микроскопе «МБИ-15». Всего исследовано около 1000 препаратов.
Предварительное раздельное изучение размерных параметров микроструктуры коры мозга у мужчин и женщин не выявило значимых половых различий, что позволило использовать для анализа средние показатели для возраста в целом без половой дифференцировки.
Морфометрический анализ проводился преимущественно на левополушарном материале и включал измерение на фронтальных срезах, окрашенных по Нисслю, с помощью окуляр-микрометра МОВ-Ы5Х (окуляр 15х, объективы 10х, 20х; цена деления окулярной линейки при объективе 10х — 0,60 мкм, при объективе 20х — 0,30 мкм) толщины коры и ее слоев на вершине извилины. Толщина коры измерялась перпендикулярно к локальной поверхности извилины.
Измерение протяженности отдельных дендритов и аксонов нейронов разных типов вьшолнялось с помощью окуляр-микрометра на препаратах, включающих окрашенные методом Гольджи фронтальные, сагиттальные и тангенциальные срезы коры большого мозга. Компьютерный анализ оптических изображений по программе Imageools.
Измерение размеров пирамидных и звездчатых нейронов, а также клеточных группировок III и V слоев проводили методом компьютерной морфометрии на препаратах, окрашенных по Нисслю. Система для анализа оптических изображений микроструктур коры большого мозга включала светооптический микроскоп «МБД-9» и компьютер Pentium DX100 с дисплеем, специальным встроенным устройством (видеоплатой) и преобразователем оптических сигналов в электрические, аналоговой видеокамерой (рис. 2).
Гистологические методы
Слой II у новорожденных наиболее узок, его толщина варьирует от 86 до 109 мкм, составляя в среднем 98±4 мкм. В течение первого года жизни небольшое нарастание толщины слоя II отмечается к 2, 10 и 12 месяцам; от рождения до 12 месяцев прирост слоя II в толщину составляет всего 11,8 % от величины постнатального прироста. Однако значимое увеличение толщины слоя по сравнению с новорожденными наблюдается только к 3 годам (t=6,8; р 0,001). Нарастание толщины слоя II наблюдается также от 3 до 5 лет (t=2,6; р 0,05). Позднее поперечник слоя II стабилизируется и к 20 годам -составляет 187±11 мкм, индивидуально варьируя от 180 до 194 мкм.
Слой III у новорожденных имеет по сравнению с другими слоями коры в поле 32/10 наибольшую толщину — от 360 до 589 мкм, в среднем 486±34 мкм. В течение первого года жизни, особенно к 4 месяцам, наблюдается интенсивное утолщение этого слоя по сравнению с новорожденными (t=3,93; р 0,01). К концу первого года прирост толщины слоя III по сравнению с новорожденными составляет 50,6 % его постнатального прироста от рождения до 20 лет. Значимый прирост толщины слоя III отмечается также к 6 годам по сравнению с годовалыми детьми (t=2,4; р 0,05), после чего поперечник слоя стабилизируется и составляет к 20 годам от 826 до 835 мкм, в среднем 830±8 мкм.
Слой IV новорожденных имеет в толщину от 91 до 155 мкм, в среднем 125±10 мкм. На первом году жизни некоторое нарастание толщины слоя заметно к 2 - 4 месяцам; значимый прирост этого показателя отмечается к 12 месяцам (t=3,6; р 0,01). От рождения до 12 месяцев прирост толщины слоя IV составляет 46,3 - 56,9 % от прироста за период от рождения до 20 лет. Толщина слоя IV нарастает к 5 годам по сравнению с 1 годом (t=5,2; р 0,01)., позднее стабилизируется и к 20 годам составляет от 183 до 199 мкм, в среднем 190±13 мкм.
Слой V у новорожденных составляет в толщину от 334 до 388 мкм, в среднем 361 ±8 мкм. Прирост толщины слоя V отмечается к 4 месяцам (t=3,4; р 0,02) по сравнению с новорожденными и к 3 годам (t=7,8; р 0,001) по сравнению с 4-месячными детьми. От рождения до 12 месяцев прирост толщины слоя V составляет 12,6 — 32,2 % от прироста за период от рождения до 20 лет. После 3 лет поперечник слоя IV постепенно стабилизируется и к 20 годам составляет от 497 до 511 мкм, в среднем 504±12 мкм.
Толщина слоя VI у новорожденных составляет от 164 до 298 мкм, в среднем 265±20 мкм. В течение первого года жизни нарастание толщины слоя наблюдается к 4 месяцам (t=3,2; р 0,02), а к 12 месяцам годичный прирост толщины слоя составляет 72,7 % постнатального прироста. После 1 года толщина слоя VI постепенно стабилизируется; в 20 лет она варьирует от 321 до 336 мкм, составляя в среднем 329±13 мкм.
Слой VII у новорожденных составляет в толщину от 219 до 225 мкм, в среднем 223±5 мкм. В течение первого года жизни нарастание толщины слоя наблюдается к 6 месяцам (t=3,l; р 0,02), а к 12 месяцам годичный прирост толщины слоя составляет 72,0 — 100,0 % постнатального прироста. После 1 года толщина слоя VI стабилизируется; в 20 лет она варьирует от 220 до 259 мкм, составляя в среднем 239±34 мкм. 3.1.3. Возрастные особенности изменений толщины коры и ее слоев в лобной области большого мозга
Применение метода выравнивания эмпирических рядов по асимптотической функции и метода наименьших квадратов при статистической обработке полученных данных позволило установить, что постнатальное утолщение коры лобной области большого мозга в изученных полях происходит с разными темпами и интенсивностью.
От рождения до 12 месяцев темпы нарастания коры в поле 44 .выше, чем в целом в постнатальный период (t=2,8; р 0,05), тогда как в поле 32/10 аналогичные различия недостоверны (t=2,0; р 0,05). К концу первого года жизни толщина коры увеличивается в поле 44 в 1,3 раза, а в поле 32/10 — в 1,2 раза по сравнению с новорожденными. Основной прирост толщины коры наблюдается в первом полугодии жизни: в поле 44 - к 4 и 6 месяцам, в поле 32/10 — к 4 месяцам. Наибольшими темпами в обоих полях нарастает слой III по сравнению со всеми остальными слоями (р 0,05). Темпы роста слоев I, III, V, VII не имеют значимых различий между полями. Интенсивность нарастания слоев II, IV, VI больше в поле 44. Увеличение толщины слоев в поле 44 отмечается к 4 месяцам (слои V, VII), 6 месяцам (слои И, III, VII), 9 месяцам (слой VI) и 12 месяцам (слой І), а в поле 32/10 - к 4 месяцам (слои III, V, VI), 6 месяцам (слой VII), 9 месяцам (слой I) и 12 месяцам (слой IV).
От рождения- до 20 лет интенсивность постнатального нарастания коры в толщину в полях 44 и 32/10 не имеет достоверных различий; к 20 годам толщина коры в обоих полях увеличивается в 1,4-1,5 раза по сравнению с новорожденными. В поле 44 расширение коркового поперечника отмечается к 1, 3 и 7 годам, в поле 32/10 — к 1 и 6 годам. После 6-7 лет толщина коры в обоих полях постепенно стабилизируется. Наибольшими темпами в исследованных полях нарастает слой III: его толщина увеличивается в поле 44 интенсивнее всех остальных цитоархитектонических слоев (р 0,05). В поле 32/10 темпы роста слоя V также высоки и не имеют значимых различий со слоем III.
Темпы роста слоев IV, V и VI в поле 32/10 значимо выше, чем в поле 44, что подтверждает сформулированную нами гипотезу о более интенсивном развитии слоев нижнего этажа в поле 32/10. Интенсивность нарастания слоев I, II и VII не имеет различий между полями.
Возрастные особенности изменений толщины коры, слоев и подслоев в лобной области коры большого мозга
Для выявления этапов структурных перестроек коры лобной области большого мозга на примере цитоархитектонических полей 44 и 32/10 использован метод морфометрического синтеза (С.Б.Стефанов, Н.С.Кухаренко, 1989), позволяющий провести комплексное обобщение результатов изучения возрастной динамики толщины коры и слоев, перестройки цито- и фиброархитектоники в изученных корковых полях. Преимуществом данного метода для оценки возрастных структурных преобразований является возможность объективного выявления временных границ периодов структурных перестроек на основе количественных критериев. Значимым интегральным параметром морфометрического синтеза является коэффициент связи (КС) всей совокупности морфометрических показателей. В данной работе для коры лобной области КС рассчитывался по результатам тотального сравнения 315 показателей (каждая из 21-ой возрастной группы описана по 15 признакам). При этом каждый признак сравнивался с одноименным во всех исследованных полях и возрастных группах.
Анализ возрастной динамики КС по С.Б.Стефанову и др. (1974) с применением критерия разности коэффициента связи (Ккс) позволяет сделать вывод о правомерности объединения годовых интервалов в более крупные возрастные отрезки — периоды. Как показало изучение интегральной характеристики, отражающей возрастную динамику изменения коэффициента связи всей совокупности морфометрических показателей, от рождения до 4-5 лет показатели КС имеют только отрицательные значения (рис. 42).
Изменение интегрального коэффициента связи (КС) всей совокупности морфометрических показателей (признаков) коры лобной области большого мозга в постнатальном онтогенезе. Примечание: достоверными при Р=95% приняты изменения величины Кс, достигающие не менее 30% (С.Б.Стефанов и др., 1989). Это означает, что указанная фаза развития по показателям морфометрии характеризуется большим количеством отличительных свойств от всех последующих временных отрезков постнатального онтогенеза и существенно меньшим сходством с ними (З.В.Лапина, С.Б.Стефанов, 1974). Именно на этой фазе наблюдается наибольшее количество статистически достоверных изменений изученных показателей, что свидетельствует о преобладании в коре лобной области от рождения до 6 лет ростовых процессов. В то же время в течение этой фазы изменения КС от года к году носят однонаправленный, последовательный характер, свидетельствующий о том, что все исследованные показатели структурной организации коры изменяются, в основном, синхронно (одновременно), хотя и с различной интенсивностью.
Таким образом, развитие коры лобной области от рождения до 6 лет носит маловариантный характер и жестко зависит от наличия/отсутствия конкретных формообразующих воздействий внутренних и внешних факторов. Диапазон вариабельности структурных параметров сравнительно узкий и является проявлением генетически запрограммированного разнообразия. Данный этап постнатального развития может рассматриваться, как период «зависимого развития» (ПХ.Светлов, 1978) или период «консолидации и минимального обеспечения системных функций» (П.К.Анохин, 1948) коры лобной области.
Возраст 7-8 лет для лобной коры представляет собой своеобразный рубеж, когда системные взаимоотношения (взаимосвязи) между морфометрическими показателями переходят в область положительных значений КС. К 7 годам происходит некоторое снижение КС показателей коры лобной области большого мозга, что предполагает увеличение степеней свободы в ее формообразовательных процессах. Важным следствием этого является уменьшение уровня детерминации последующего характера морфофункционального развития и обеспечение потенциальной возможности качественных системных изменений в структурной организации коры. Таким образом, очевидно, что кора лобной области в 7 лет находится на стадии внутрисистемной гетерохронии, что обеспечивает в дальнейшем ее переход в качественно новое состояние.
От 8 до 9 лет в лобной коре происходят изменения, которые окончательно выводят рассматриваемую систему на качественно иной уровень - в зону положительных значений КС. В динамике возрастных структурных преобразований коры лобной области этот возрастной отрезок выделяется относительной внешней стабильностью количественных показателей - как толщины коры и слоев, так и цитоархитектонических параметров. В указанные сроки кора лобной области большого мозга характеризуется достаточно высоким уровнем развития структурных элементов на всех уровнях (толщины коры, слоев, параметры цитоархитектоники), вместе с тем недостаточным развитием внутрикорковых связей (дендритные и аксонные аппараты нейронов, фиброархитектоника коры в целом). Таким образом, качественные изменения внутрисистемных взаимоотношений корковых формаций больших полушарий мозга наблюдаются от 8 до 9-10 лет преимущественно за счет нарастания внутрикорковых связей.
От 8 до 20 лет наблюдаются только положительные значения КС, что свидетельствует об отсутствии принципиальных, качественных отличий в структурной организации коры большого мозга на каждом годичном отрезке в этот период развития. Он характеризуется продолжением процессов формообразования, который, по нашим данным, в основном связан с усилением внутрикорковои интеграции, хотя и содержит временные промежутки, характеризующиеся ослаблением связей между показателями структурной организации корковых формаций.
Такие периоды с достоверно низкими показателями КС наблюдаются от 11 к 12 годам и от 13 до 15 лет. Известно, что в эти периоды у детей и подростков отмечается напряжение механизмов регуляции мышечной деятельности, процессов регуляции эмоциональных состояний, сложных видов речевой и манипуляторной деятельности с участием зрения и слуха, в управлении которыми важная роль принадлежит фронтальной коре большого мозга. Оптимальный уровень регуляции указанных процессов наблюдается в периоды с достоверно высокими показателями КС - в 9-10 лет, что находит отражение в особенностях высших интегративных функций мозга подростков, их поведения и подтверждается экспериментальными данными (Физиология развития..., 1983; Физиология развития ребенка, 2000).
Возраст 13 лет, как и 7-летний возраст, представляет собой важный рубеж в постнатальном онтогенезе коры лобной области. Взаимосвязи между показателями кортикальных структур впервые достигают уровня значений, характерных для взрослого человека. 13-14-летний возрастной отрезок характеризуется, последним значимым из наблюдаемых до 20 лет снижением связей между параметрами фронтальной коры. В 14 лет динамика КС отражает наибольший уровень степеней свободы анализируемых параметров, что свидетельствует о высоком уровне процессов специализации структурных внутрикорковых компонентов. К 14-16 годам происходит окончательное оформление ансамблевой организации коры и развитие наиболее крупных нейронов всех типов, отмечается формирование дистальных отделов дендритных и аксонных арборизаций с наивысшими порядками ветвления, завершаются процессы специализации наиболее мелких интернейронов гранулярных и ансамблеобразующих слоев. К 17-20 годам показатель КС стабилизируется, т.е. структура коры лобной области большого мозга человека достигает дефинитивного уровня развития. Таким образом, структурные изменения в постнатальном онтогенезе лобной коры большого мозга представляют собой регулярный процесс, каждый период которого закономерно структурирован и имеет как количественные, так и качественные морфологические различия. В постнатальном онтогенезе лобной области коры большого мозга можно вьщелить три периода развития: первый период наблюдается от рождения до 6 лет, второй - ,от 7 до 12 лет, третий — от 13-14 до 20 лет.
![Анатомическая изменчивость пояса и свободных нижних конечностей во взаимосвязи с показателями физического развития и типами телосложения девушек 17 - 20 лет Саратовского региона [Электронный ресурс]](/i/i/4229/186098.png "Анатомическая изменчивость пояса и свободных нижних конечностей во взаимосвязи с показателями физического развития и типами телосложения девушек 17 - 20 лет Саратовского региона [Электронный ресурс] Аристова Ирина Сергеевна")
