Некоторые анатомофизиологические особенности развития и строения околоносовых пазух человека



Проведен анализ данных о функции и строении околоносовых пазух в фило- и онтогенезе. При сравнении анатомоморфологических данных в филогенезе, до образования неба и после, у животных отмечен ряд изменений функций верхнечелюстных пазух. Сделано предложение о терморегулирующей функции пазух для головного мозга.

Ключевые слова: околоносовые пазухи у человека и животных, функциональное значение пазух, терморегуляция головного мозга.

Актуальность. Учеловека мозговой и лицевой череп разделены между собой сетью довольно тонких костей, включающих множественные внутрикостные полости. Все эти образования имеют сообщение с верхним и средним носовыми ходами, в связи с чем они объединены общим названием околоносовых пазух. Это название логично, но приводит врачей и исследователей к дискуссии о значении их в дыхании, обонянии, речи, опуская такие анатомические особенности как контакт их с крупными артериальными сосудами, глазницей, основанием черепа, головным мозгом. Таким образом, функциональное значение остается во многом неясным и спорным.

Цель. Проанализировать особенности развития в фило- и онтогенезе околоносовых пазух и уточнить их функциональное значение.

Материалы иметоды. Использованы данные сравнительной анатомии околоносовых пазух животных и человека в фило- и онтогенезе. Проведен анализ данных морфофункциональных особенностей внутреннего носа.

Результаты исследования. Строение околоносовых пазух и их значение для рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих различно. Появившись первоначально как обонятельные ямки, каналы, углубления у хладнокровных животных, у млекопитающих и человека они приобрели новые свойства, значение которых до сих пор не установлено. Так, принято считать, что околоносовые пазухи служат прежде всего для увлажнения и обогревания вдыхаемого воздуха, уменьшения массы черепа, улучшения звукового резонанса, увеличения поверхности обонятельного эпителия, регуляции внутриносового давления [1 c. 116]. Каждое из этих утверждений, вероятно, имеет место, однако истинное их предназначение можно выяснить на основании данных анализа фило- и онтогенеза, направленных морфофункциональных исследований.

В головном конце тела орган обоняния в виде обонятельных ямок впервые появляется у хордовых. У некоторых рыб эти ямки, соединяясь между собой каналом, уже имеют входное и выходное отверстие (рис.1). Однако только у двоякодышащих рыб впервые возникает связь обоняния с воздушным дыхательным аппаратом. Орган обоняния начинает активно участвовать в акте дыхания у амфибий. Их обонятельный мешок уже имеет ноздрю и первичную хоану, открывающуюся в крыше ротовой полости. У рептилий на наружной стенке носо-ротовой полости впервые появляется заметное углубление — челюстная раковина, т. е. придаточная пазуха. Смещение вторичных хоан кзади, образование челюстных раковин, сопровождается развитием боковых небных складок и формированием у некоторых рептилий (крокодилы, черепахи) элементов вторичного неба, что дает возможность дыхания животному во время захватывания и продвигания пищи в пищеводе. У птиц на боковой стенке носа наблюдаются уже три углубления (раковины), причем все они связаны с основанием мозгового черепа.

У млекопитающих околоносовые пазухи имеют более сложное строение, что связано, прежде всего, с формированием клиновидной и решетчатой кости. В ряду костей осевого скелета оссификация решетчатой кости наблюдается в последнюю очередь. Необходимо отметить, что данные кости развиваются из хрящей осевого, примордиального черепа. При делении скелета головы на мозговой и висцеральный, эти кости относятся к мозговому черепу. У некоторых млекопитающих животных пазухи располагаются в теменных (слоны) и височных костях. Большинство исследователей определяет значение пазух как воздухоносных, согревающих вдыхаемый воздух и служащих для облегчения веса черепа, не связывая при этом их с размерами головного мозга.

В онтогенезе у плода придаточные пазухи носа начинают формироваться на 3 месяце внутриутробного развития, т. е. после образования твердого и мягкого неба. На наружной стенке носа к концу 3 месяца в эпителиальной выстелке появляются ограниченные от носовой полости щелевидные выросты, которые в дальнейшем формируют верхнечелюстную, лобную, решетчатую пазухи. Лобная бухта впервые прослеживается на 4 месяце развития и последней появляется зачаток клиновидной пазухи [2 с. 4]. Окончательное формирование околоносовых пазух у человека завершается к 17–20 годам, т. е. ко времени завершения роста, развития зубочелюстной системы.

Обсуждение результатов. Известно, что при входе через нос воздух из околоносовых пазух смешивается со вдыхаемым и согревает его [1 с. 117]. Данный факт безусловно имеет место, однако сравнивая объемы вдыхаемого воздуха и объемы пазух возникают сомнения в существенности данного явления. Так, суммарный объем всех околоносовых пазух составляет в среднем от 30 до 65 см³ [1 с. 119, 3 с. 711]. В тоже время объем вдыхаемого в покое воздуха составляет 0,5–0,6 л, а при глубоком вдохе до 1,5–2,0 л [4 с. 94]. Таким образом, воздух околоносовых пазух вряд ли может существенно согреть вдыхаемый воздух гораздо большего объема.

На наш взгляд, функцию околоносовых пазух правильнее рассматривать с учетом их контакта с основанием черепа и непосредственно с головным мозгом. В виде внутрикостных полостей пазухи находятся в контакте с глазницей, передней черепной ямкой до турецкого седла (рис.2). Так, находясь внутри клиновидной кости основная пазуха через довольно истонченную кость, граничит с гипофизом, варолиевым мостом, внутренней сонной артерией, глазным нервом, пещеристой пазухой [3 с. 527].

Решетчатая кость имеет непосредственный контакт с головным мозгом через решетчатую пластинку, кроме того наивысшая точка крыши решетчатых пазух может находиться на 17 мм выше уровня решетчатой пластинки [5 с. 82]. Кровообращение решетчатых пазух осуществляется системами наружной и внутренней сонных артерий, причем передняя решетчатая артерия проходит через глазницу, клетки решетчатой кости в переднюю черепную ямку. Таким образом, близость головного мозга к околоносовым пазухам очевидна. Развитие пазух происходит позднее формирования вторичного неба в сроки 3–4 месяцев внутриутробного развития плода и продолжается после рождения. Относительно меньшие размеры средней зоны лица ребенка связаны с постепенным формированием зубочелюстной системы (сменный прикус), щадящим характером питания (негорячая, преимущественно мягкая пища), что не требует особенной термоизоляции развивающегося мозга околоносовыми пазухами [6, 7].

У взрослых необходимость в терморегуляции головного мозга выше, в связи с чем система внутрикостных полостей вдоль основания черепа развита более объемно. Причем со стороны полости рта эти клетки ограничены костными стенками верхней челюсти, термоустойчивой слизистой оболочкой твердого неба. Слизистая оболочка верхнечелюстной пазухи в 2–3 раза толще слизистой решетчатого лабиринта и основной пазухи [8, 9] Так, рекомендованная диетологами температура подачи первых блюд, чая и кофе достигает 75⁰. Такой температурный режим может использовать человек во время приема пищи.

В тоже время головной мозг, как высокоэнергетическая структура, имеет повышенную температуру — 38⁰С (по различным данным отличается от температуры ядра человека на 0,39–2,5⁰С). Температура мозга выше на 1–2 ⁰С от назофаренгиальной [10,11,12,13]. Разница температур новой коры и гипоталамуса (глубокая подкорка) составляет 1⁰С.Не смотря на то, что мозг человека является частью тела, он представляет собою физиологически достаточно автономную систему со своеобразными основными параметрами метаболизма, центрального кровообращения, температуры, водного и ионного обмена. Выявлено, что температура мозга связано с температурой основания черепа [14, 15]. Данные о влиянии температуры артериальной крови на температуру головного мозга не определены и обсуждаются, но близость крупных артериальных сосудов к околоносовым пазухам и даже непосредственный контакт стенки сосуда с полостью пазухи при отсутствии кости (дигесции) хорошо известен в анатомии [3 с. 371]. В тоже время участки головного мозга с повышенной температурой не имеют контакта с окружающей средой, кроме околоносовых пазух. Мозг является чрезвычайно чувствительной структурой к температуре и повышение ее на 2–3 градуса в течение некоторого промежутка времени может стать критическим для всего организма.

Таким образом, на наш взгляд, терморегулирующая функция околоносовых пазух должна рассматриваться как одна из основных и важных.

В филогенезе дифференциация обонятельного органа у рыб, амфибий, рептилий проходила по пути увеличения числа и глубины ямок, складок, ячеек, увеличивая тем самым площадь обонятельного эпителия.

При образовании вторичного неба, развитии головного мозга и изменении характера питания у млекопитающих (теплокровных) околоносовые пазухи начинают выполнять, как одну из основных функций, протекторную, терморегулирующую роль. Аналогом может служить принцип применения пористых материалов для утепления, который широко используется в строительстве. Таким образом, околоносовые пазухи становятся протектором и терморегуляторами структур основания черепа и головного мозга, имеющих интенсивный энергообмен и повышенную (субфебрильную) температуру.

Выводы:

1. Функция согревания и увлажнения вдыхаемого воздуха, воздухом околоносовых пазух важна для организма человека, но не является основной для синусов.
2. Околоносовые синусы представлены в виде терморегулирующей структуры между основанием черепа, головным мозгом и твердым небом с плотной слизистой оболочкой.
3. Одной из функций околоносовых пазух следует считать их терморегулирующую способность, обеспечивающую постоянство температуры головного мозга.

Литература:

1. Джафек Б. У., Старк Э. К. Секреты оториноларингологии, — М.: Бином, 2001,- 624 с.
2. Топографическая анатомия и морфо-функциональная характеристика лабиринтов решетчатой кости человека: автореф. дис.... д-ра мед. наук: 14.00.02 / Н. С. Скрипников, 1986. — 32 с.
3. Gray`s Anatomy./ 41 edition. Elsivier, 2016.-1562 p.
4. Судаков К. В. Нормальная физиология,- МИА., 2008.- 232 с.
5. Хирургическая анатомия головы и шеи/ П. Янфаза, Д. Нэдол, Р. Галла и др. — М.: Издательство Панфилова; Бином, 2014. — 896 с.
6. Eugene A. Kiyatkin. Brain temperature homeostasis: physiological fluctuations and pathological shifts. Front Biosci. Author`s manuscript; available in PMC 2011 Aug 4.
7. Mellergard P, Nordstrom CH. Epidural temperatures and possible intracerebral temperature gradients in man. Br. J. Neurosurg. 1990;4: 31–38.
8. Rumana CS, Gopinath SP, Uzura M, Valadka AB, Robertson CS. Brain temperatures exceed systemic temperatures in head-injured patients. Clin. Care Med. 1998;26:562–567.
9. Schwab S, Spranger M, Aschoff A, Steiner T, Hacke W. Brain temperature monitoring and modulation in patients with severe MCA infarction. Neurology. 1997;48:762–767.
10. Mcilvoy L. J Comparison of J brain temperature to core temperature: a review of the literature. J Neurosci Nurs.2004 Feb;36(1):23–31.
11. Mcilvoy L. The impact of brain temperature and core temperature on intracranial pressure and cerebral perfusion pressure. J Neurosci Nurs. 2007 Dec; 39(6):324–31
12. Rodrigues DB, Maccarini PF, Salahi S, Oliveira TR, Pereira PJ, Limao-Vieira P, Snow BW, Reudink D, Stauffer PR. Design and optimization of an ultra wideband and compact microwave antenna for radiometric monitoring of brain temperature. IEEE Trans Biomed Eng. 2014 Jul;61(7):2154–60. doi: 10.1109/TBME.2014.2317484. Epub 2014 Apr 15.
13. Stauffer PR, Snow BW, Rodrigues DB, Salahi S, Oliveira TR, Reudink D, Maccarini PF. Non-invasive measurement of brain temperature with microwave radiometry: demonstration in a head phantom and clinical case. Neuroradiol J. 2014 Feb;27(1):3–12. Epub 2014 Feb 24.
14. Kiyatkin EA, Bae D. Behavioral and brain temperature responses to salient environmental stimuli and intravenous cocaine in rats: Effects of diazepam. Psychopharmacology. 2008;196:343–356.
15. Gordon CJ, Spencer PJ, Hotchkiss J, Miller DB, Hinderliter PM, Pauluhn J. Thermoregulation and its influence on toxicity assessment. Toxicology. 244:87–97.