Сравнительная характеристика развития филогенетически отличающихся зон коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе

ВОЗРАСТНАЯ АНТРОПОЛОГИЯ И МОРФОЛОГИЯ

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИ ОТЛИЧАЮЩИХСЯ ЗОН КОРЫ МОЗЖЕЧКА ЧЕЛОВЕКА В ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ

Т.А. Цехмистренко1 Российский университет дружбы народов, Федеральное государственное научное учреждение «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования, Москва

С применением гистологических методик и компьютерной морфометрии в архи-, палео- и неоцеребеллуме мозжечка человека (103 наблюдения) от рождения до 20 лет изучали изменения толщины коры и оценивали уровень ее индивидуальной вариабельности в годовых интервалах. Установлено, что кора мозжечка в филогенетически отличающихся зонах, а также на вершине и в глубине мозжечковых листков характеризуется качественным и количественным своеобразием развития. Значимые постнатальные приросты толщины коры отмечаются в архицеребеллуме к 1, 2-3 и 7 годам, в палеоцеребеллуме - к 1-2 и 7-8 годам, в неоцеребеллуме - в течение первых трех лет жизни, к 5-6 годам, а также в правом полушарии - к 9 годам, в левом - вплоть до 11-12 лет.

Ключевые слова: дети, подростки, юноши, кора мозжечка, морфометрия

Comparative characteristic of development human cortex of phylogenetically different cerebellar cortex zones in postnatal ontogenesis. The article presents the study of changes in cerebellar cortical thickness and level of its individual variability within annual intervals. This study was held with histological techniques and computer morphometry in archi-, paleo- and neocerebellum (103 observations) from birth to 20 years. It was found out that cerebellar cortex in philogenetically different zones and on the top and inside the cerebellar folia is characterized by specific quantitative and qualitative development. Significant postnatal increase in cortical thickness in archicerebel-lum appears by 1, 2-3 and 7 years, in paleocerebellum by 1-2 and 7-8 years, in neocerebellum within first three years of life, by 5-6 years, and also in the right hemisphere

- by 9 years, in the left - up to 11-12 years.

Keywords: children, adolescents, young men, cerebellar cortex, morphometry.

Мозжечок сформировался в эволюции параллельно с усложнением сенсорных систем, поэтому анатомическое и дополняющее его функциональное разделение мозжечка и его корковых зон на отделы тесно связано со спецификой распределения проекционных афферентных волокон коры мозжечка [10]. Сейчас уже не вызывает сомнений тот факт, что мозжечок, в первую очередь, работает как своеобразный фильтр, вытормаживающий сенсорную информацию той или иной модальности, и, лишь во вторую очередь и вследствие указанной способности, - как

Контакты:1 Цехмистренко Т.А., E-mail: <tsekhmistrenko2010@yandex.ru>

- 63 -

тонкий прибор, координирующий двигательную активность и ее вегетативное обеспечение. Механизмы и принципы работы коры мозжечка, несмотря на ряд блестящих исследовательских работ и сформулированных интересных гипотез [12, 15], остается по-прежнему до конца не понятым, а специфика структурной организации филогенетически и функционально различных отделов мозжечка неизученной. В частности, одним из наиболее информативных интегральных мак-роанатомических показателей структурной организации корковых формаций мозга является толщина коры. Известно, что функционально отличающиеся корковые зоны большого мозга характеризуются значимыми различиями по данному показателю [7]. Однако региональные особенности толщины коры филогенетически новых и старых отделов мозжечка человека и ее изменения в постнатальном онтогенезе до настоящего времени остаются практически неизученными.

В ходе настоящего исследования решались задачи изучения особенностей толщины коры в филогенетически и топографически отличающихся отделах коры мозжечка человека, а также динамики ее изменений в постнатальном онтогенезе.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В соответствии с задачами работы нами исследованы 103 мозжечка, сгруппированных в годовых интервалах (на каждую возрастную группу не менее 3 наблюдений), от трупов людей обоего пола в возрасте от рождения до 20 лет. Для гистологического исследования кусочки коры мозжечка забирали в архи-, палео-и неоцеребеллуме в соответствии с анатомической классификацией отделов мозжечка [16], в том числе в области узелка (архицеребеллум), в центральной дольке (палеоцеребеллум) и в верхних полулунных дольках правого и левого полушарий мозжечка (неоцеребеллум) в строго локализованном месте. Фиксированные в 10% нейтральном формалине кусочки ткани подвергались обезвоживанию в спиртах восходящей концентрации и заливке в парафиновые блоки. На сагиттальных срезах толщиной 10 мкм, окрашенных крезиловым фиолетовым по Нисслю, методом компьютерной морфометрии с применением программы Image_Tools (National Institutes of Health (NIH), USA) измеряли толщину коры мозжечка на вершине, боковой стенке и дне мозжечкового листка. Объем выборки для каждого среза составлял не менее 10-20, для каждого препарата - 40-80, для каждого возраста -100-240 измерений. Для показателей толщины коры были вычислены средняя арифметическая величина и доверительный интервал [8] с уровнем значимости Р=95%. Для оценки возрастных изменений толщины коры применялся метод сглаживания эмпирических рядов по асимптотической функции. Оценка изменчивости индивидуальных показателей толщины коры производилась с применением общепринятых методов вариационной статистики [6].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

В узелке на вершине извилины толщина коры новорожденных составляет от

243,8 до 531,5 мкм, в среднем 505,0+22,2 мкм; на боковой стенке - от 316, 8 до

504,0 мкм, в среднем 377,1+14,4 мкм; на дне борозды - от 187,2 до 380,4 мкм, в среднем 264,2+14,9 мкм. Наибольшие приросты толщины коры в узелке отмечаются в течение первого года жизни на вершине извилины и дне борозды, в тече-

- 64 -

ние второго года - на боковой стенке. После 2 лет прирост толщины коры наблюдается только на вершине и боковой стенке извилины.

Толщина коры узелка в области вершины и боковой стенки извилины значимо увеличивается к 3 и 7 годам. От 1 до 7 лет темпы роста коры в толщину постепенно снижаются, и к 8 годам поперечник коры практически стабилизируется. По мере развития коры диапазон вариации индивидуальных значений ее толщины, оцениваемый по величине стандартного отклонения, расширяется к 8-12 годам в среднем в 1,5-3,8 раза по сравнению с новорожденными ф<0,001).

К 20 годам толщина коры в области узелка составляет на вершине извилины от 827,4 до 949,2 мкм, в среднем 907,7+15,7 мкм, на боковой стенке - от 498,6 до

622.2 мкм, в среднем 553,1+15,9 мкм, на дне - от 295,2 до 451,8 мкм, в среднем 391,0+20,2 мкм.

В области центральной дольки толщина коры в различных топографических локусах мозжечкового листка у новорожденных неодинакова. На вершине извилины она составляет от 198,0 до 413,4 мкм, в среднем 306,2±16,6 мкм; на боковой стенке - от 199,8 до 325,2 мкм, в среднем 251,6±9,7 мкм; на дне борозды - от

138,0 до 270,6 мкм, в среднем 180,2±10,2 мкм. Наибольшие годовые приросты толщины коры в центральной дольке наблюдаются в течение первых двух лет жизни во всех кортикальных локусах, к 3 -4 годам - на вершине и боковой стенке извилины. После 4-х лет толщина коры мозжечка в области центральной дольки на вершине извилины значимо увеличивается к 8 годам, на боковой стенке - к 7, на дне борозды - к 5 годам. После 8 лет толщина коры во всех кортикальных ло-кусах центральной дольки не изменяется. По мере роста коркового поперечника вариационный размах показателей толщины коры увеличивается в среднем в 1,33,9 раза по сравнению с новорожденными (р<0,05^0,001), достигая максимума на вершине извилины к 8 и 12 годам, на боковой стенке - к 10 и 12 годам, на дне борозды - к 8 годам.

К 20 годам толщина коры в области центральной дольки составляет на вершине извилины от 652,8 до 930,0 мкм, в среднем 812,9±35,8 мкм, на боковой стенке - от 565,8 до 662,4 мкм, в среднем 626,7±12,5 мкм, на дне - от 182,4 до

334.2 мкм, в среднем - 277,0±19,6 мкм.

В области латеральной зоны верхней полулунной дольки левого полушария мозжечка новорожденных толщина коры варьирует на вершине извилины от

276.6 до 339,0 мкм, составляя в среднем 300,1+5,2 мкм, на боковой стенке - от

183.6 до 276,6 мкм, в среднем - 229,9+7,8 мкм, на дне борозды - от 170,4 до 267,0 мкм, в среднем - 201,5+8,1 мкм.

Рост коры в толщину во всех локусах наблюдается от 2 до 5 месяцев, а также от 10 до 12 месяцев постнатальной жизни. К концу первого года значимый годичный прирост коркового поперечника отмечается во всех зонах мозжечкового листка, особенно на боковой стенке.

К 2 годам достоверно увеличивается поперечник коры в области апикальных отделов извилины, к 3 годам - на её вершине и на дне борозды. Аналогичная последовательность изменения коркового поперечника мозжечка в области верхней полулунной дольки левого полушария отмечается в 5-7 лет: к 5 годам наблюдается значимый прирост толщины коры мозжечка на вершине, к 6-7 - на вершине извилины и дне борозды.

В период от 7 до 9 лет изменений толщины коры в исследуемой области коры мозжечка не наблюдается, к 10 годам отмечается достоверное увеличение коркового поперечника на вершине, к 11 -12 годам - на боковой стенке извилины. После 12 лет темпы прироста толщины коры замедляются, корковый поперечник во всех топографических локусах мозжечкового листка стабилизируется. В процессе роста коры в толщину показатели ее вариабельности увеличиваются на вершине извилины в 1,9-11,0 раза (р<0,01^0,001), на боковой стенке - в 1,8-5,8 раза ф<0,01^0,001), на дне борозды - в 1,7-3,1 раза (р<0,05^0,001) по сравнению с новорожденными, достигая наибольших значений в области боковой стенки - к 4 годам, в других локусах мозжечкового листка - к 13-15 годам.

В 20 лет корковый поперечник мозжечка в области латерального отдела верхней полулунной дольки левого полушария составляет на вершине извилины от

820.8 до 1114,4 мкм, в среднем 987,4+41,1 мкм, на боковой стенке - от 412,2 до

688.8 мкм, в среднем 581,3+38,7 мкм, на дне борозды - от 298,2 до 407,4 мкм, в среднем - 332,9+15,3 мкм.

В области латеральной зоны верхней полулунной дольки правого полушария мозжечка новорожденных толщина коры варьирует на вершине извилины от 290,4 до 491,2 мкм, составляя в среднем 401,8+22,3 мкм, на боковой стенке - от

205,2 до 354,6 мкм, в среднем - 271,1+16,6 мкм, на дне борозды - от 161,4 до

288,0 мкм, в среднем - 195,9+14,1 мкм.

На первом году жизни увеличение коркового поперечника во всех локусах наблюдается от 2 до 4 месяцев, а также от 9 до 12 месяцев, когда значимый годичный прирост толщины коры отмечается во всех локусах извилины. К 2 годам поперечник коры увеличивается на боковой стенке извилины и дне борозды, к 3 годам - в области боковой стенки. Утолщение коры отмечается также в 5-6 лет на вершине мозжечкового листка и дне борозды, к 9 годам - на вершине и боковой стенке извилины. После 9 лет темпы прироста толщины коры замедляются, корковый поперечник стабилизируется. В процессе утолщения коры диапазон вариабельности показателей на вершине извилины увеличивается в 2,1-3,6 раза ^<0,01^0,001), на боковой стенке - в 1,8-2,7 раза (р<0,01^0,001), на дне борозды

- в 1,6-2,3 раза (р<0,05^0,01) по сравнению с новорожденными, достигая наибольших значений в области вершины и боковой стенки - к 12 годам, на дне -к 14 годам.

К 20 годам толщина коры мозжечка в области латерального отдела верхней полулунной дольки правого полушария составляет на вершине извилины от 688,4 до 1083,0 мкм, в среднем 776,3+64,7 мкм, на боковой стенке - от 476,2 до 626,9 мкм, в среднем 565,2+24,7 мкм, на дне борозды - от 245,8 до 370,6 мкм, в среднем

- 265,6+20,5 мкм.

Результаты исследования показывают, что наиболее высокими темпами толщина коры мозжечка увеличивается в период от рождения до 2-3 и в 7-8 лет, однако сроки нарастания толщины коры в различных зонах неоднозначны. Так, уже к моменту рождения во всех локусах извилины толщина коры наибольшая в исследованных зонах архи- и палеоцеребеллума, наименьшая - в области неоцере-беллума. Региональные различия толщины коры у новорожденных в целом укладываются в схему лобулярной топографии [1]. Толщина коры больше в более старых отделах мозжечка - в узелке и центральной дольке, где представлены вести-

булярные и соматотопически организованные спино-церебеллярные афферентные связи [11]. Наименее зрелыми к моменту рождения оказываются латеральные отделы полушарий в верхней полулунной дольке, куда направляются мостомозжечковые волокна, несущие информацию от моторных, зрительных и слуховых центров коры больших полушарий [13].

Установлено, что продолжительность нарастания толщины коры мозжечка в постнатальном онтогенезе увеличивается в направлении от архицеребеллярных зон коры к неоцеребеллярным. В том же направлении изменяется и величина постнатального прироста толщины коры. Наиболее рано, к 5-8 годам, кора мозжечка стабилизируется в архи- и палеоцеребеллуме. Опережающее развитие ве-стибуло-спино-церебеллярного отдела мозжечка находит и экспериментальное подтверждение [18].

Толщина коры в наиболее новых в филогенетическом отношении областях, связанных с большими полушариями, стабилизируется позднее - к 9-12 годам. Таким образом, сроки стабилизации коркового поперечника в латеральных отделах полушарий в области верхней полулунной дольки и неокортикальных формациях большого мозга в целом совпадают [9].

На дне борозды толщина коры от рождения до 20 лет увеличивается в 1,4-2,3 раза, на боковой стенке извилины - в 1,2-3,7 раза, на вершине извилины - в 1,8-

4,2 раза. Таким образом, градиент постнатального прироста коры мозжечка в толщину направлен также от глубоких отделов извилины к поверхностным, что представляет значительный интерес, поскольку по имеющимся данным [17] пути проведения экстероцептивной информации активируют главным образом апикальные отделы мозжечковых листков, тогда как проприоцептивные пути - их латеральные и глубокие отделы.

Анализ полученных данных показал, что направленные изменения толщины коры, отражающие процессы структурных преобразований мозжечка в соответствии с его корково-ядерной топографией, выявить не удается. Интенсивность нарастания коры в области червя не уступает приростам в латеральных отделах коры полушарий: в черве толщина коры увеличивается в 2,0-3,9 раза, в латеральных зонах полушарий - в 1,9-3,0 раза по сравнению с новорожденными.

К 20 годам толщина коры на вершине извилины имеет значимые различия в различных отделах мозжечка. В неоцеребеллярном отделе мозжечка (верхняя полулунная долька в левом полушарии) по среднестатистическим данным толщина коры на вершине и в глубине мозжечкового листка больше, чем в палеоцеребел-лярной зоне червя (центральная долька). Полученный результат не согласуется с мнением об отсутствии различий по толщине коры в различных областях коры мозжечка человека [2] и свидетельствует о ее региональной структурной специализации.

Из полученных данных следует, что вариабельность толщины коры, в целом, во всех возрастных группах выше в палео- и неоцеребеллуме по сравнению с ар-хицеребеллумом. Соответственно, более узкие границы колебаний показателей разброса индивидуальных значений в архицеребеллуме свидетельствуют о более стабильных показателях толщины коры в указанных зонах по сравнению с филогенетически более новыми отделами мозжечка. Таким образом, функции поддержания равновесия, а также зрительно-моторный и аудио-моторный контроль реализуются при участии филогенетически более старых, но, очевидно, более жестко

детерминируемых генетически кортикоцеребеллярных структур по сравнению с другими зонами коры мозжечка [3]. Анализ индивидуальной вариабельности толщины коры мозжечка также показал, что увеличение ее уровня в филогенетически старых кортикальных зонах наблюдается в период первого и второго детства и совпадает по срокам с качественными изменениями в механизмах регуляции двигательных функций. В неоцеребеллярной коре уровень индивидуальной вариабельности повышается в период от 9 до 13 лет и остается высоким в юношеском возрасте. Очевидно, последнее связано с завершением у юношей как морфофункционального развития многих звеньев двигательной системы, так и центральных систем управления движениями, включающих неокортикальные структуры больших полушарий и мозжечка [4, 5].

Неодинаковый уровень вариабельности различных зон коры мозжечка в периоды интенсивного роста, а также в период полового созревания свидетельствует об индивидуально-специализированном развитии кортикоцеребеллярных структур, их синаптической пластичности, что характерно и для коры больших полушарий, ядер мозжечка, подкорковых структур мозга [14].

ВЫВОДЫ

Результаты исследования показывают, что процессы роста и тканевой диффе-ренцировки коры мозжечка человека в постнатальном онтогенезе носят гетеро-хронный характер. Качественным и количественным своеобразием развития отличаются отделы коры, принадлежащие к разным топографическим зонам и филогенетически различным зонам мозжечка. Значимые постнатальные приросты толщины коры отмечаются в архицеребеллуме к 1, 2-3 и 7 годам, в палеоцеребел-луме - к 1, 2 годам, позднее отмечаются менее выраженные ежегодные приросты в различных топографических зонах мозжечкового листка до 7-8 лет, в неоцеребеллуме - в течение первых трех лет жизни, к 5-6 годам, а также в правом полушарии - к 9 годам, в левом - вплоть до 11-12 лет. Специфику постнатального развития на макроструктурном уровне предопределяет также расположение анализируемого кортикального локуса на вершине или в глубоких отделах мозжечкового листка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабминдра В.П. Морфология нервной системы. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1985. -160 с.

2. Блинков С.М., Глезер И.И. Мозг человека в цифрах и таблицах. - Л.: Медицина, 1964. - 471 с.

3. Зворыкин В.П. Пластические перестройки корковых и подкорковых формаций мозга у различных людей // Пластичность нервной системы в норме и патологии. - М.: Институт мозга ВНЦПЗ АМН СССР, 1989. - Вып. 18. - С. 67-69.

4. Любомирский Л.Е. О критических, сенситивных и ускоренных периодах развития моторики у школьников // Новые исследования по возрастной физиологии. - М.: Педагогика. - 1987, № 1. - С. 50-54.

5. Любомирский Л.Е., Безруких М.М. Возрастные особенности двигательной функции // Физиология подростка. - М.: Педагогика, 1988. - С. 36-52.

6. Плохинский Н.А. Биометрия. - Новосибирск: Новосиб. отд-е АН СССР, 1961. - 364 с.

7. Семенова Л.К., Васильева В.А., Цехмистренко Т.А., Шумейко Н.С. Структурные преобразования коры головного мозга человека в постнатальном онтогенезе // Физиология развития ребенка. - М.: Изд-во Московского психологосоциального института; Воронеж: Изд-во НПО «МОДЭК», 2010. - С. 132-200.

8. Стефанов С.Б., Кухаренко Н.С. Ускоренные способы количественного сравнения морфологических признаков и систем. - Благовещенск: ВСХИ, 1989. -65 с.

9. Цехмистренко Т.А., Васильева В.А., Шумейко Н.С., Черных Н.А. Структурные преобразования коры большого мозга и мозжечка человека в постнаталь-ном онтогенезе // Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка. - М.: Изд-во Московского психолого-социального института; Воронеж: Изд-во НПО «МОДЭК», 2009. - С. 9-75.

10. Devor A. The great gate: Control of sensory information flow to the cerebellum// Cerebellum. - 2002. - Vol. 1. - P. 27-34.

11. Eccles J.C. The topography of the mossy and climbing fiber inputs to the anterior lobe of the cerebellum // The cerebellum in health and disease. - St. Louis: Warren H. Geen, 1970. - P. 231-266.

12. Eccles J.C., Ito M., Szentagothai J. The Cerebellum as a Neuronal Machine. -New York, Heidelberg: Springer-Verlag, 1967. - 335 p.

13. Glickstein M. Mossy-fibre sensory input to the cerebellum // Progress in Brain Research. - 1997. - Vol. 114. - P. 251-259

14. Grossman A.W., Churchill J.D., Bates K.E., Kleim J.A., Greenough W.T. A brain adaptation view of plasticity: Is synaptic plasticity an overly limited concept? // Progr. Brain Res. - 2002. - Vol. 138. - P. 91-108.

15. Ito M. The cerebellum and neural control. - New York: Raven press, 1984. -580 p.

16. Larsell O., Jansen J. The comparative anatomy and histology of the cerebellum: The human cerebellum, cerebellar connections, and cerebellar cortex. - Minneapolis: Univ. of Minn. press, 1972. - 268 p.

17. Rinvik E., Walberg F. Studies on the cerebellar projections from the main and external cuneate nuclei in the cat by means of retrograde axonal transport of horseradish peroxidase // Brain Res. - 1975. - Vol. 95. - P. 371-381.

18. Rosina A., Provini L., Morara S. Development of olivocerebellar somatotopic maps // Olivocerebellar Syst. Motor Contr. - Berlin, 1989. - P. 150-154.