О возможности определения биологического возраста по внутриствольной структуре нервов Текст научной статьи по специальности «Прочие медицинские науки»

УДК 611.833

О. В. Калмин

О ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА ПО ВНУТРИСТВОЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ НЕРВОВ

Изучено влияние возраста на внутриствольную структуру нервов верхней и нижней конечностей людей обоего пола в возрасте от 21 до 60 лет. Регрессионный и дискриминантный методы анализа показали, что наиболее важными параметрами для определения биологического возраста субъектов по внутриствольной структуре нервов являются толщина периневрия, абсолютные и относительные площади поперечного сечения пучков нервных волокон и соединительной ткани, средняя площадь поперечного сечения одного пучка нервных волокон (средний калибр пучков), количество пучков нервных волокон, общее количество осевых цилиндров и их плотность на 1 мм2 поперечного сечения пучков. Причем в обоих случаях достоверность полученных результатов была довольно высокой и колебалась для регрессионных уравнений от 73 до 91%, а для дискриминантных функций от 89,5 до 94,7%.

До настоящего времени проблема определения биологического возраста остается одной из актуальных проблем судебно-медицинской экспертизы. В последнее время важность этой задачи значительно возросла в связи с увеличением количества транспортных катастроф, военных конфликтов и усугублением криминогенной обстановки.

Наиболее часто проблема экспертизы возраста решается на основании изучения костных объектов, по показателям инволюции элементов скелета [1, 2]. Однако в практике судебно-медицинской экспертизы возникают ситуации, когда нет возможности исследовать кости и необходимы иные критерии определения биологического возраста объекта.

На наш взгляд, мягкие ткани могут дать, особенно в ранние сроки после смерти, значительно больше информации о возрасте субъекта, чем костные элементы.

Возрастная морфология многих органов изучена достаточно подробно. Поэтому при правильном выборе метода математического моделирования возможно использовать эти органы в качестве маркеров биологического возраста.

В последнее время судебно-медицинские эксперты все большее значение стали придавать использованию при экспертной оценке возраста различных мягких тканей [3-6]. Однако применяя в качестве маркеров столь недолговечные органы, как кровеносные сосуды и железы, эксперты до сих пор не используют более устойчивые к аутолизу периферические нервы, которые также отличаются большей толерантностью к прижизненным воздействиям различных средовых факторов.

Другой аспект проблемы определения возраста - это метод построения экспертной системы. Обычно для этого используют только регрессионный анализ [6]. Однако известно, что биологические процессы являются взаимосвязанной системой явлений, многие параметры которых обладают выраженной мультиколинеарностью. И в данном случае полученная регрессионная модель может быть недостаточно адекватной [4, 7].

Менее часто при разработке экспертных систем применяют дискриминантный анализ, хотя он может дать очень интересные результаты, в частности позволяет получить так называемое решающее правило, по которому на

основании набора признаков можно отнести новое наблюдение к одной из экспериментальных групп с минимальной возможностью ошибки. В результате дискриминантного анализа находят новые линейные фиктивные признаки, называемые дискриминантными функциями, так, чтобы каждый из них разделял анализируемые группы с достижением минимальной трансгрессии. Величина трансгрессии может служить основой для оценки вероятности ошибки при отнесении некоторого наблюдения к одной из групп [8, 9].

С учетом вышеизложенного были изучены возрастная динамика показателей внутриствольной структуры периферических нервов и возможность использования их для экспертной оценки биологического возраста.

Материал и методы исследования

Материалом исследования послужили срединные, локтевые, седалищные, большеберцовые и общие малоберцовые нервы 78 трупов взрослых людей обоего пола в возрасте от 21 до 60 лет, причина смерти которых не была связана с травмой или заболеванием нервной системы.

Образцы для исследования брали из срединного и локтевого нервов на уровне средней трети плеча, из седалищного нерва - на уровне средней трети бедра, из большеберцового и общего малоберцового нервов - на уровне подколенной ямки. Образцы нервов забирали не позднее 16-18 часов после наступления смерти.

Парафиновые продольные и поперечные срезы нервов окрашивали гематоксилином-эозином, по Ван Гизону, по Нисслю, импрегнировали азотнокислым серебром по Грос-Бильшовскому-Кампосу. На препаратах измеряли толщину соединительнотканных оболочек нервов, абсолютную и относительную площадь поперечного сечения пучков нервных волокон, соединительной ткани и отдельных пучков, период и амплитуду извилистости нервных и соединительнотканных волокон, толщину стенки и площадь просвета эпиневральных артерий, подсчитывали количество пучков и осевых цилиндров. Всего для каждого образца нервов было получено 22 морфологических количественных параметра.

Результаты исследования обрабатывали вариационно-статистическими методами. Для построения экспертной математической модели биологического возраста были использованы 2 метода: пошаговый линейный регрессионный анализ и пошаговый дискриминантный анализ. При использовании дискриминантного анализа материал исследования был разделен на 4 группы: 1) 21-30 лет; 2) 31-40 лет; 3) 41-50 лет; 4) 51-60 лет. Для регрессионного анализа использовали весь массив экспериментальных данных.

Результаты исследования и их обсуждение

Исследование показало, что морфологические параметры изученных нервов в течение периода зрелого возраста имеют примерно однонаправленную динамику, но с разной степенью интенсивности.

В связи с этим возрастная перестройка внутриствольного строения периферических нервов может быть сведена к нескольким основным процессам:

1) накоплению в нерве соединительной ткани вследствие утолщения оболочек и увеличению ее абсолютной и относительной площади поперечного сечения. В конечном итоге это приводит к склерозированию нерва [10, 11];

2) уменьшению абсолютной и относительной площади поперечного сечения нейрокомпонента как результат уменьшения калибра пучков нерв-

ных волокон и снижения абсолютного количества осевых цилиндров в результате возрастной физиологической дегенерации нервных волокон;

3) уменьшению плотности нервных волокон на единицу площади сечения пучков, скорость которого вследствие параллельного уменьшения калибра пучков отстает от темпа снижения общего количества волокон и площади сечения нейрокомпонента;

4) постепенному сглаживанию складчатости нервных волокон в стволе нерва вследствие увеличения периода и уменьшения амплитуды их извилистости. Это уменьшает относительный резерв деформации нерва и, следовательно, суживает диапазон компенсации физиологического и альтерирующего растяжений нерва;

5) утолщению стенок кровеносных сосудов нерва преимущественно за счет склерозирования и увеличению просвета артерий, компенсирующему возрастные изменения их стенок.

Группировка материала исследования по причинам смерти и длительности умирания не выявила достоверных различий между полученными группами по величине параметров внутриствольной структуры периферических нервов. Это еще раз свидетельствует о значительной устойчивости структуры нервов к воздействиям различного генеза. Половые и билатеральные различия изученных морфологических параметров также в большинстве случаев были статистически недостоверны. В связи с этим при математическом моделировании сторона расположения нервов, пол и причина смерти субъектов не учитывались.

Регрессионный анализ позволил получить линейные функции зависимости возраста от наиболее тесно коррелирующих с ним параметров внутри-ствольной структуры отдельных изученных нервов. Полученные функции можно представить в следующем виде:

1. Для срединного нерва:

Y = 101,38 + 0,02 ■ А + 0,44 ■ B - 2,43 ■ C - 0,72 ■ D +

+ 0,44 ■ E - 0,005 ■ F - 0,28 ■ G,

где Y - возраст (в годах); А - толщина эпиневрия (в мкм); B - средняя толщина периневрия (в мкм); C - абсолютная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в мм2); D - относительная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в %); E - количество пучков нервных волокон; F -плотность осевых цилиндров на 1 мм2 площади поперечного сечения пучков нервных волокон; G - коэффициент извилистости нервных волокон (отношение периода извилистости к амплитуде извилистости, в %).

Адекватность регрессионной формулы равна 82%, средняя ошибка функции ±3,7 года.

2. Для локтевого нерва:

Y = 71,04 - 0,93 ■ А + 0,05 ■ B,

где Y - возраст (в годах); А - относительная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в %); B - толщина эпиневрия (в мкм).

Адекватность регрессионной формулы равна 89%, средняя ошибка функции ±3,2 года.

3. Для седалищного нерва:

Y = 92,19 - 23,2 ■ А + 1,05 ■ B + 0,02 ■ C - 0,01 ■ D - 0,92 ■ E,

где У - возраст (в годах); А - средняя площадь поперечного сечения одного пучка нервных волокон (в мм2); В - толщина эпиневрия (в мкм); С - средняя толщина периневрия (в мкм); О - плотность осевых цилиндров на 1 мм2 площади поперечного сечения пучков нервных волокон; Е - относительная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в %).

Адекватность регрессионной формулы равна 73%, средняя ошибка функции ±4,9 года.

4. Для большеберцового нерва:

У = 82,72 + 0,03 ■ А + 1,16 ■ В + 0,17 ■ С - 0,0003 ■ О -- 0,005 ■ Е - 0,44 ■ F - 0,83 ■ О,

где У - возраст (в годах); А - толщина эпиневрия (в мкм); В - средняя толщина периневрия (в мкм); С - количество пучков нервных волокон; О - общее количество осевых цилиндров; Е - плотность осевых цилиндров на 1 мм2 площади поперечного сечения пучков нервных волокон; F - абсолютная площадь поперечного сечения соединительной ткани (без эндоневрия) (в мм2); О - относительная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в %).

Адекватность регрессионной формулы равна 78%, средняя ошибка функции ±4,1 года.

5. Для общего малоберцового нерва:

У = -54185,3 - 15,2 ■ А + 1,14 ■ В - 0,0005 ■ С - 0,005 ■ О + 541,9 ■ Е + 542,9 ■ ^

где У - возраст (в годах); А - средняя площадь поперечного сечения одного пучка нервных волокон (в мм2); В - средняя толщина периневрия (в мкм); С - общее количество осевых цилиндров; О - плотность осевых цилиндров на 1 мм2 площади поперечного сечения пучков нервных волокон; Е - относительная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в %); F - относительная площадь поперечного сечения соединительной ткани (без эндоневрия) (в %).

Адекватность регрессионной формулы равна 79%, средняя ошибка функции ±4,0 года.

Так как регрессионные уравнения для отдельных нервов основаны на примерно одних и тех же морфологических показателях, то возможно получить вполне адекватную общую регрессионную функцию возраста по структурным параметрам периферических нервов:

У = -92,64 + 0,92 ■ А + 3,52 ■ В - 1,13 ■ С + 1,89 ■ О + 0,25 ■ Е - 0,0004 ■ ^

где У - возраст (в годах); А - средняя толщина периневрия (в мкм); В - абсолютная площадь поперечного сечения пучков нервных волокон (в мм2); С -абсолютная площадь поперечного сечения соединительной ткани (без эндо-неврия) (в мм ); О - относительная площадь поперечного сечения соединительной ткани (в %); Е - количество пучков нервных волокон; F - общее количество осевых цилиндров.

Адекватность регрессионной формулы равна 91%, средняя ошибка функции ±3,4 года (рис. 1).

Группировка объектов исследования без учета вида нерва по морфометрическим параметрам методом дискриминантного анализа показала достоверность различий между исследованными возрастными группами с точностью более 99,9% (р < 0,01). Однако группы не строго изолированы друг от друга. Установлено, что возможна вероятность ошибочного отнесения объек-

тов из первой группы во вторую и наоборот - в 5,3% случаев, а также из третьей группы в четвертую - в 10,5% и из четвертой в третью группу -в 9,5% случаев (таблица 1, рис. 2).

15

25 35 45

Теоретический возраст (годы)

55

65

Рис. 1 График общей регрессионной функции возраста по параметрам внутриствольной структуры периферических нервов

Таблица 1

Распределение образцов нервов по теоретическим группам методом дискриминантного анализа (%)

Эмпирические группы Теоретические группы

21-30 лет 31-40 лет 41-50 лет 51-60 лет

21-30 лет 94,7 5,3 0,0 0,0

31-40 лет 5,3 94,7 0,0 0,0

41-50 лет 0,0 0,0 89,5 10,5

51-60 лет 0,0 0,0 9,5 90,5

=Г 4

X

в

2 -

та

1-г -

-6

-ю

■ 1 - ■ Ап ▲ *

■ " ■ ш Я Я ®к 'Л

_ч ... V щ£ ш V? V 17 Е НИ 1 и^1 к™ А ▲

V Е! Е В и Е

—|— 1 —1— 1 1 1 Н 1 1 1 1

-6 -4 -2 0 2 4 6

1-я дискриминантная функция

10

21-30 лет V 31-40 лет га 41-50 лет -*■ 51-60 лет I

Рис. 2 Распределение материала исследования методом дискриминантного анализа по морфологическим параметрам нервов

Пошаговый дискриминантный анализ показал, что наиболее важными показателями для дифференцировки возрастных групп являются 9 морфологических параметров: толщина периневрия, абсолютные и относительные площади поперечного сечения пучков нервных волокон и соединительной ткани, относительная площадь поперечного сечения периневрия, количество пучков нервных волокон, общее количество осевых цилиндров и их плотность на 1 мм2 поперечного сечения пучков.

В результате анализа рассчитаны 4 дискриминантные уравнения, позволяющих классифицировать новые образцы нервов в 4 возрастные группы, соответствующие изучаемым. Полученные дискриминантные уравнения можно представить в следующем виде:

Щ = Е (А,-, • X) + С,

где - значение дискриминантной функции ( = 1...4); Ац - коэффициент,-й дискриминантной функции при г-м экспериментальном показателе; Х1 - экспериментальный параметр (г = 1...9); С) - постоянная,-й дискриминантной функции.

Коэффициенты дискриминантных уравнений А, и С) представлены в таблице 2. Полученные дискриминантные уравнения позволяют объективно дифференцировать по данным 9 морфологическим параметрам новые образцы любых периферических нервов с достаточно высокой степенью достоверности.

Таблица 2

Коэффициенты дискриминантных уравнений

Морфологические параметры Возрастные группы

21-30 лет 31-40 лет 41-50 лет 51-60 лет

Средняя толщина периневрия 1925,939 1926,374 1927,148 1927,914

Относительная ППС пучков 9486581,0 9486421,0 9486437,0 9486701,0

Относительная ППС соединительной ткани 9481107,0 9480949,0 9480967,0 9481233,0

Относительная ППС периневрия -14217,53 -14216,78 -14216,18 -14217,78

Абсолютная ППС пучков -27735,52 -27731,12 -27729,61 -27729,67

Абсолютная ППС соединительной ткани 9674,738 9672,407 9671,143 9670,655

Количество пучков нервных волокон 1028,190 1028,200 1028,322 1028,584

Количество осевых цилиндров 0,597 0,597 0,597 0,596

Плотность осевых цилиндров 6,838 6,832 6,825 6,820

Постоянная дискриминантной функции -474171136,0 -474155264,0 -474156928,0 -474183424,0

Подстановка экспериментальных морфометрических параметров во все уравнения дает 4 величины W1-W4 . Наибольшее значение ,-й дискриминантной функции Wj определяет принадлежность данного объекта к этой группе.

В целях проверки адекватности полученных функций были проведены 5 опытов «вслепую». Гистологические препараты нервов от субъектов с известным возрастом были перемаркированы независимым наблюдателем и затем изучены по обычной схеме. По полученным экспериментальным параметрам внутриствольного строения нервов были рассчитаны теоретические

значения возраста и сравнены с паспортным возрастом (таблица 3). Установлено, что полученные значения биологического возраста незначительно отличаются от паспортного возраста. Разница между действительным и теоретическим возрастом ни в одном случае не превышала стандартной ошибки регрессионных функций.

Таблица 3

Результаты опытов по определению биологического возраста

№ опыта и & щ к Паспортный возраст Частная регрессионная функция Общая регрессионная функция Дискриминантный анализ

Результат Отклонение Результат Отклонение

1 Малоберцовый 58 лет 61,4 ± 4,0 +3,4 57,2 ± 3,4 -0,8 51-60 лет

2 Малоберцовый 24 года 27,0 ± 4,0 +3,0 26,3 ± 3,4 +2,3 21-30 лет

3 Малоберцовый 39 лет 40,9 ± 4,0 +1,9 40,1 ± 3,4 + 1,1 31-40 лет

4 Большеберцовый 51 год 47,1 ± 4,1 -3,9 53,0 ± 3,4 +2,0 51-60 лет

5 Большеберцовый 33 года 30,3 ± 4,1 -2,7 31,7 ± 3,4 -1,3 31-40 лет

Таким образом, в результате применения двух различных методов математического моделирования были получены примерно одинаковые результаты. С помощью регрессионного и дискриминантного методов анализа выявлено, что наиболее важными параметрами для определения биологического возраста субъектов по внутриствольной структуре нервов являются толщина периневрия, абсолютные и относительные площади поперечного сечения пучков нервных волокон и соединительной ткани, средняя площадь поперечного сечения одного пучка нервных волокон (средний калибр пучков), количество пучков нервных волокон, общее количество осевых цилиндров и их плотность на 1 мм2 поперечного сечения пучков. Причем в обоих случаях достоверность полученных результатов была довольно высокой и колебалась для регрессионных уравнений от 73 до 91%, а для дискриминантных функций от 89,5 до 94,7%.

Список литературы

1. Неклюдов, Ю. А. Экспертная оценка возрастных изменений скелета верхней конечности / Ю. А. Неклюдов. - Саратов, 1992. - 112 с.

2. Пашкова, В. И. Судебно-медицинское отождествление личности по костным останкам / В. И. Пашкова, Б. Д. Резников. - Саратов, 1978. - 27 с.

3. Неклюдов, Ю. А. Динамика метрических показателей сухого и зольного веса аорты в процессе старения / Ю. А. Неклюдов, А. В. Павлов, Г. Х. Бобуа, А. А. Ефимов // III Всероссийский съезд судебных медиков : материалы. - Саратов, 1992. -С. 258-260.

4. Неклюдов, Ю. А. Биологический возраст: судебно-медицинские аспекты / Ю. А. Неклюдов // Судебно-медицинская экспертиза. - 1997. - № 2. - С. 10-13.

5. Спиридонов, А. В. Морфологические изменения щитовидной железы в возрастном аспекте / А. В. Спиридонов // III Всероссийский съезд судебных медиков : материалы. - Саратов, 1992. - С. 252-253.

6. Спиридонов, А. В. Определение биологического возраста неопознанных трупов по щитовидной железе : учебно-методическое пособие / А. В. Спиридонов, Ю. Д. Алексеев, Ю. А. Неклюдов, С. А. Степанов. - Саратов, 1996. - 8 с.

7. Дубров, А. М. Обработка статистических данных методом главных компонент / А. М. Дубров. - М. : Статистика, 1978. - 135 с.

8. Компьютерная биометрика / под ред. В. Н. Носова. - М. : Изд-во МГУ, 1990. -232 с.

9. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М. : Высш. шк., 1990. - 352 с.

10. Головченко, Ю. И. Возрастные изменения нервных стволов / Ю. И. Голов-ченко. - Киев : Здоровье, 1983. - 84 с.

11. Дойников, Б. С. Общая гистология и гистопатология периферической соматической нервной системы / Б. С. Дойников // Избранные труды по нейроморфологии и невропатологии. - М. : Медгиз, 1955. - С. 224-275.