Верхняя теменная область мозга человека играет важную функциональную роль при взаимодействии человека с окружающим пространством, а именно участвует в контроле движений и вторичной переработке зрительной информации, в восстановлении из памяти зрительных образов и их фиксации [1]. Она отвечает за переключение и поддержание внимания, за восприятие пространства [2, 3]. Методами функциональной магнитно-резонансной томографии показаны отличия между мужчинами и женщинами в ориентации в пространстве и при выполнении тестов мысленного вращения предметов, в скорости выполнения которых мужчины превосходят женщин [4], а также выявлены отличия активации структур мозга мужчин и женщин, участвующих в этих процессах [5].
На протяжении многих лет остаётся актуальным изучение старения мозга человека. В результате исследований создан ряд теорий старения человека [6]. Рассматривая темпы возрастных изменения мозга человека, в литературе наибольшее распространение получила лобная гипотеза [7, 8], которая была создана на основе анализа исследований возрастных изменений когнитивных способностей человека и морфологических особенностей строения и развития коры мозга, начиная от пренатального онтогенеза и заканчивая старческим периодом жизни человека. Авторы, придерживающиеся данной теории, считают, что наиболее рано начинают стареть филогенетически новые структуры мозга, то есть «последние сформировавшиеся в онтогенезе – первые на выход из строя», а именно, процесс старения в некотором смысле является обратным по отношению к филогенетическому развитию: области мозга: заканчивающие формирование своей структуры наиболее поздно являются более уязвимыми к возрастным изменениям.
В последние десятилетия, благодаря развитию методов магнитно-резонансной томографии (МРТ), появились новые данные, характеризующие старение мозга. Эти методы позволяют оценивать толщину коры и количество серого вещества комплексно во всем мозге и в отдельных его структурах [9]. На сегодняшний день методами МРТ, проведенных на больших выборках, показано возрастное уменьшение толщины коры как во всем мозге, так и в отдельно взятых его регионах. В последние годы совершенствование методов исследования происходило огромными темпами, что привело к появлению работ, в которых изображения, полученные методом МРТ, могут быть сопоставимы по своей детализации с гистологическими срезами [10]. Однако на МРТ-изображениях высокого разрешения невозможно дифференцировать отдельные цитоархитектонические слои коры мозга и точно определить границы цитоархитектонических полей коры мозга, что не позволяет более детально, на клеточном уровне, изучить возрастные изменения, происходящие в мозге человека, понять их механизм и природу возникновения. Поэтому, несмотря на преимущества современных методов нейровизуализации, изучение цитоархитектоники коры мозга человека остаётся актуальным и на сегодняшний день. Работ, посвященных изучению изменениям толщины коры мозга человека в процессе старения, выполненных на гистологических срезах, встречается в литературе крайне мало, а публикации по изучению старения коры поля 7 верхней теменной области на цитоархитектонических срезах мозга человека практически отсутствуют.
Целью нашей работы стало: цитоархитектоническое изучение изменения толщины коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в процессе старения.
Материалы и методы исследования
Изучение коры поля 7 мозга мужчин и женщин проведено на непрерывных сериях фронтальных парафиновых срезов левых и правых полушарий мозга 15 мужчин и 15 женщин трех возрастных групп: I группа – зрелый возраст (мужчины – 28,0 ± 5,1 лет, женщины – 25,8 ± 6,1 лет); II группа – пожилой возраст (мужчины – 66,2 ± 5,4 лет, женщины – 67,2 ± 4,8 лет); III группа – старческий возраст (мужчины – 86,0 ± 2,3 лет, женщины – 83,2 ± 2,9 года). Окраска препаратов выполнена по методу Ниссля. Толщина срезов составляла 20 мкм. Во всех случаях изучался мозг мужчин и женщин, умерших от несчастного случая или соматической патологии и не страдавших при жизни психическими и неврологическими заболеваниями.
На каждом 40-м срезе выделялся участок коры поля 7 в центре медиальной поверхности верхней теменной области в соответствии с цитоархитектонической характеристикой данного поля.
Исследование толщины коры проводилось на участках коры с выраженной радиарной исчерченностью, измерялась общая толщина коры и толщина отдельных цитоархитектонических слоёв коры поля 7. Измерения толщины коры проводились на стереомикроскопе МБС-9, оборудованном камерой-окуляром DCM 130 в программе Scopephoto.
Статистическая обработка данных выполнена в программе Statistica 12. Отличия изученных показателей определялись с использованием U-критерия Манна – Уитни и считались достоверными при уровне значимости р ≤ 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Измерив толщину коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в трёх возрастных группах, мы выявили изменение её толщины.
Толщина коры поля 7 мозга мужчин зрелой группы составляла в среднем 2,510 мм в правом полушарии и 2,563 мм в левом, в пожилом возрасте у мужчин отмечается статистически значимое снижение (р ≤ 0,005) её толщины в левом полушарии на 5,3 %, в правом полушарии на 6,2 %. В старческом возрасте при сравнении с пожилым возрастом значение толщины коры у мужчин практически не изменилось (уменьшение менее 1 %). В среднем в популяции мужчин толщина коры поля 7 в процессе старения от зрелого возраста к старческому возрасту снизилась на 6,9 % как в левом, так и в правом полушарии (рис. 1).
Рис. 1. Цитоархитектоника коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин (правое полушарие): А – зрелый возраст, Б – пожилой возраст, В – старческий возраст
Толщина коры поля 7 мозга женщин в пожилом возрасте значимо (р ≤ 0,005) уменьшается в левом полушарии мозга – на 6,3 %, в свою очередь в правом полушарии толщина коры снижается на 3,1 %. В старческом возрасте толщина коры поля 7 коры мозга женщин продолжает уменьшаться в обоих полушариях (р ≤ 0,005), так в левом полушарии мозга она становится меньше по сравнению с пожилым на 11,7 %, в правом полушарии на 16,1 %.
Общее снижение толщины коры поля 7 мозга женщин в процессе старения составляло в левом полушарии 18 %, в правом полушарии 19,2 %, что значительно больше, чем у мужчин (рис. 2).
Рис. 2. Толщина коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в разных возрастных группах (мм): * – статистически значимое отличие от предыдущей возрастной группы (р ≤ 0,05)
При изучении толщины цитоархитектонического слоя III коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин мы выявили возрастные изменения его толщины. Толщина ассоциативного слоя III в коре мозга мужчин пожилой группы практически не изменилась по отношению аналогичному показателю зрелой группы в обоих полушариях, а в старческой группе его толщина уменьшилась на 7,5 % в левом полушарии и на 8,3 % в правом полушарии.
У женщин толщина слоя III в пожилом возрасте, при сравнении с аналогичным в группе женщин зрелого возраста, снизилась на 13,5 % в левом и на 10,6 % в правом полушарии. При измерении ширины слоя III коры поля 7 в группе женщин старческого возраста, произошло уменьшение его толщины ещё на 9,0 % в левом полушарии и на 16 % в правом полушарии. Толщина ассоциативного слоя III в группе женщин старческого возраста по сравнению со зрелым возрастом уменьшилась на 22,5 % в левом полушарии и на 26,5 % в правом полушарии. Таким образом, у женщин в каждой возрастной группе толщина ассоциативного слоя III статистически значимо (р ≤ 0,005) уменьшалась, по сравнению с мужчинами, у которых значимое (р ≤ 0,005) уменьшение аналогичных показателей произошло только в старческом возрасте (рис. 3).
Рис. 3. Толщина цитоархитектонического слоя III коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в разных возрастных группах (мм): * – статистически значимое отличие от предыдущей возрастной группы (р ≤ 0,05)
В результате наших исследований мы выявили возрастное снижение толщины коры поля 7 мозга человека, что согласуется с другими морфометрическими работами, выполненными на гистологических срезах, где рассматривались аналогичные показатели, но в других цитоархитектонических областях коры мозга человека. S.H. Freeman at al. [11] показал возрастное снижение толщины коры различных областей мозга и привёл данные в пересчете на среднее уменьшение её толщины в год, после 60 лет. По его данным, в лобной области толщина коры уменьшается на 0,8 % в год, а в височной областях мозга на 0,67 % в год, однако автор не уточнил, в каких именно цитоархитектонических полях проводились измерения и привел результаты по среднему значению толщины коры определенных областей в целом. Уменьшение толщины коры верхней теменной области также согласуется с данными МРТ-исследований регионального истончения коры мозга человека, причем по данным таких исследований верхняя теменная область является одной из областей, где происходят наибольшие возрастные изменения толщины коры [7]. Верхняя теменная область относится к ассоциативным структурам мозга, она участвует в сложных когнитивных функциях, например таких, как восприятие себя, участвует в работе эпизодической и оперативной памяти [12, 13], которые связаны с функциями лобной области. Мы также показали возрастное снижение толщины коры при изучении поля 10 лобной области, где к старческому возрасту мы обнаружили уменьшение толщины коры в среднем на 17 % [14].
Возрастное уменьшение толщины коры, возможно, связано с атрофическими процессами, протекающими в мозге, и прежде всего с гибелью нейронов, так по нашим данным в поле 7 с возрастом наблюдается уменьшение плотности расположения нейронов [15]. Уменьшение их плотности по данным литературы характерно и для других полей коры мозга и подкорковых структур мозга. Например, в цитоархитектоническом поле 44 плотность нейронов к старческому возрасту снижается на 22 % [16].
А.В. Павлов сообщает, что при старении снижение количества нейронов в сосцевидных телах при старении достигает 39 % [17]. Однако в литературе имеется и другая точка зрения – число нейронов в старости почти не меняется [18]. По мнению B. Pakkenberg at al., количество нейронов в течение жизни снижается не более чем на 10 % и эти различия проявляются только в старческом возрасте [19]. S.H. Freeman at al. в своем исследовании также не обнаружил достоверного снижения плотности нейронов в процессе старения в лобной, височной области и гиппокампе [11].
Скорость старения верхней теменной области мозга человека отличается в правом и левом полушарии мозга, что также показано в работах И.Н. Боголеповой и др. [20, 21] при изучении других структур мозга, поскольку их строение отличается в левом и правом полушариях [22, 23].
В литературе, и по нашим данным, показано возрастное уменьшение размеров нейронов в коре мозга человека [24, 25], то есть уменьшение размера нейронов может вносить свой вклад в процесс её истончения. Нами были найдены единичные работы, в которых сообщается о компенсаторной гипертрофии нейронов гиппокампа в пожилом возрасте с последующим уменьшением их размера в старческом возрасте [26, 27].
Уменьшение толщины коры может быть также связано с атрофией волокон. Из работ, посвященных изучению возрастных изменений белого и серого вещества мозга методами магнитно-резонансной томографии известно, что количество белого вещества может значительно снижаться в процессе старения вплоть до 30 % по сравнению со зрелым возрастом [19], это означает, что количество связей в коре мозга также уменьшается. При изучении синаптических связей и дендритов в коре мозга при старении разными исследователями получены данные о уменьшении их количества от 25 % до 50 % в процессе нормального старения [28]. Некоторые авторы отводят главную роль уменьшению количества синапсов и дендритов в процессе снижения толщины коры мозга человека при старении [11].
Кроме того, плотность капилляров в коре мозга человека с возрастом также значительно уменьшается. Например, по данным О.Г. Сероуха и С.Ю. Масловского, плотность капилляров в постценральной извилине после 60 лет уменьшается приблизительно на 12 % по сравнению со зрелым возрастом, однако авторы не уточнили, в какой именно цитоархитектонической структуре проводился подсчет изучаемых показателей коры мозга женщин [29].
Значение не всех цитоархитектонических характеристик коры мозга в процессе старения уменьшается, в частности в результате многочисленных морфологических исследований мозга человека установлено значительное увеличение с возрастом количества общей глии [30]. По мнению исследователей, это связано с компенсаторными и защитными реакциями, направленными на борьбу с последствиями протекающих атрофических изменений головного мозга.
Таким образом, если сложить вместе все количественные изменения, происходящие в коре мозга человека, то её истончение является неизбежным процессом, сопровождающим старение мозга человека в результате комплексных возрастных изменений, затрагивающих все структурные элементы мозга, среди которых сложно выделить основную причину, приводящую к уменьшению толщины коры.
При дифференцированном подходе к изучению особенностей, возрастных изменений в мозге человека, выявляется множество интересных фактов, имеющих практическое значения. А именно, мы выявили, что уменьшение толщины коры поля 7 мозга мужчин и женщин в процессе старения различно. У мужчин наблюдается её статистически значимое уменьшение в пожилом возрасте, а дальнейшее изменение в старческом возрасте незначительно. В свою очередь у женщин в пожилом возрасте также наблюдается уменьшение толщины коры поля 7 верхней теменной области мозга, но наибольшее уменьшение её толщины происходит в старческом возрасте. При сравнении с группой мужчин, общее уменьшение толщины коры в процессе старения у женщин больше. Полученные нами данные согласуются с результатами исследований объема серого вещества мозга мужчин и женщин в различных возрастных периодами методами магнитно-резонансной томографии, в которых описаны различия в количестве серого вещества теменной области мозга мужчин и женщин [31].
Одним их главных преимуществ изучения толщины коры на тотальных гистологических срезах мозга является возможность дифференцировать и измерить отдельные цитоархитектонические слои коры мозга. Благодаря использованию в своей работе методики изучения цитоархитектоники мозга человека, мы обнаружили отличия толщины коры мозга мужчин и женщин в разных возрастных периодах на уровне цитоархитектонических слоёв. Сравнив толщину ассоциативного слоя III коры поля 7, мы выявили, что у мужчин его толщина значимо уменьшилась только в старческом возрасте, а у женщин уже в пожилом, причем у женщин в старческом возрасте её толщина снижается в три раза более выраженно, чем у мужчин. Различия возрастных изменений в слое III коры мозга мужчин и женщин проявляются не только в отличии темпов уменьшения его толщины. По данным наших исследований, опубликованных ранее [15], в нем выявлены аналогичные тенденции в процессе старения в изменении ведущих морфометрических показателей, характеризующих его цитоархитектонику.
Заключение
Полученные нами данные свидетельствуют о различии возрастных изменений толщины коры поля 7 и толщины цитоархитектонического слоя III поля 7 коры мозга мужчин и женщин. Нами установлено, что для мужчин характерно значимое уменьшение толщины коры только в пожилом возрасте, а для женщин в пожилом и старческом возрастах. Для слоя III поля 7 коры мозга женщин, так же как и для толщины коры поля 7, характерно более раннее и более выраженное уменьшение значения его толщины по сравнению с мозгом мужчин. Таким образом, на основании результатов исследования можно говорить о наличии разных темпов старения мозга мужчин и мозга женщин.