Biometrische Untersuchungen zum Einfluss klimatischer Faktoren auf die Morphologie der Nasennebenhöhlen des Menschen

Im Laufe der menschlichen Evolution sind Populationsunterschiede der Schädelmorphologie entstanden. Als eine Ursache dieser unterschiedlichen Schädelmorphologie werden neben phylogenetischen Faktoren auch Adaptionsprozesse durch geographische Bedingungen vermutet. Die genauen Auswirkungen geographischer und insbesondere klimatischer Einflüsse auf viele einzelne Schädelstrukturen sind jedoch nicht abschließend geklärt. Speziell wird der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Schädelpneumatisation kontrovers diskutiert. Während diesbezüglich Studien zum Volumen der Kieferhöhlen zu widersprüchlichen Ergebnissen kommen, liegen für die Volumina der Keilbeinhöhlen und der Siebbeinzellen keine Untersuchungen vor. In dieser Arbeit wurde deshalb die Beziehung der Morphologie aller Nasennebenhöhlen zum Gesichtsschädel unter Berücksichtigung klimatischer Faktoren untersucht. Die Untersuchung erfolgte an 63 mazerierten Schädeln von vier menschlichen Populationen, welche sich in der zeitlichen Einordnung und der geographischen Herkunft unterscheiden. Die Individuen der Population Jena lebten in der Jungsteinzeit und Bronzezeit in der zentralen Elbe-Saale-Region. Zwei weitere Populationen stammen aus Litauen. Die Population Plinkaigalis repräsentiert eisenzeitliche Dorfbewohner, während die Population Alytus einer mittelalterlichen Stadtbevölkerung zugeordnet ist. Die rezente Population Kyoto entstammt dem Gebiet der gleichnamigen japanischen Metropole. Anhand koronarer computertomographischer Schichtaufnahmen wurde das Volumen der einzelnen Nasennebenhöhlen mit Hilfe der Winsurf-Software errechnet. Zur Einordnung der erhobenen Volumina wurden alle Schädel extern vermessen. Ausgewählte Messwerte wurden zur Berechnung zweier Gesichtsschädelvolumina verwendet. Das erste Gesichtsschädelvolumen basiert auf den Maßen Gaumenlänge, Mittelgesichtsbreite und Obergesichtshöhe, während das zweite Gesichtsschädelvolumen aus den Werten der Gesichtslänge, Schädelbasislänge, Mittelgesichtsbreite und Obergesichtshöhe berechnet wurde. Um den Anteil der einzelnen Nasennebenhöhlen am Pneumatisationsgrad des Gesichtsschädels festzustellen, wurden die Volumina der einzelnen Sinus in Form von Indizes in Beziehung zu den Gesichtsschädelvolumina gesetzt. Die Messwerte wurden mittels H-Test (Kruskal-Wallis-Test) und Mann-Whitney-U-Test auf Populationsunterschiede untersucht. Zur Beurteilung von Merkmalszusammenhängen wurden Korrelations- und lineare Regressionsanalysen durchgeführt. Für die Korrelations- und Regressionsanalysen wurden die Populationen zusammengefasst. Die Ergebnisse zeigen enge Zusammenhänge der Nasennebenhöhlenvolumina mit vielen externen Schädelmaßen. Während für das Volumen der Siebbeinzellen enge Zusammenhänge mit externen Maßen der Schädelbasis bestehen, korrelieren die Volumina der anderen Nasennebenhöhlen stärker mit den berechneten Gesichtsschädelvolumina. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen Populationsunterschiede der absoluten und relativen Volumina der Nasennebenhöhlen. Die Volumina aller vier Nasennebenhöhlen sind umso größer, je niedriger die mittlere Januartemperatur im Lebensraum der jeweiligen Population ist. Vergleicht man die absoluten und relativen Nasennebenhöhlenvolumina der Population mit der niedrigsten Temperatur mit den Volumina der Population mit der wärmsten Umgebungstemperatur, so sind die Unterschiede fast durchgängig signifikant. Die Ergebnisse deuten an, dass klimatische Einflüsse auf die Größe aller Nasennebenhöhlen nicht auszuschließen sind. Es sind weiterführende Untersuchungen notwendig, um den Zusammenhang zu belegen.Population differences in skull morphology have developed over the course of human evolution. Besides phylogenetic factors, adaptation processes in response to geographical conditions are assumed to be one of the reasons for these differences in skull morphology. However, the exact effects of geographic and more particularly climatic influences on many individual skull structures have not been fully clarified. The influence of environmental temperature on skull pneumatisation in particular is the subject of controversy. While studies on this subject concerning maxillary sinus volume have reached contradictory conclusions, there are no studies on sphenoid sinus and ethmoid cell volume. This study, therefore, investigates the relation of the morphology of all paranasal sinuses to the facial skull taking climatic factors into account. The study was conducted on 63 macerated skulls from four human populations which differed in temporal classification and geographical origin. The individuals from the Jena population lived in the central Elbe-Saale region in the Neolithic period and Bronze Age. Two other populations come from Lithuania. The Plinkaigalis population represents Iron-Age village dwellers, while the Alytus population is designated as a Medieval urban population. The recent Kyoto population originates from the region of the Japanese metropolis of the same name. Coronary CT scans with WinSurf software were used to calculate the volume of the individual paranasal sinuses. External measurements were taken of all the skulls to classify the volumes measured. Selected measured values were used to calculate two facial skull volumes. The first facial skull volume is based on the dimensions for palatine length, mid-face width and upper facial width, while the second facial skull volume is calculated from the values for face length, skull base length, mid-face width and upper facial height. To determine what part of the degree of pneumatisation of the facial skull is due to the individual nasal sinuses, individual paranasal sinus volumes in the form of indices were related to facial skull volumes. The measured values were tested using the Kruskal-Wallis H test and Mann-Whitney U test for population differences. Correlation and linear regression analyses were performed to asses characteristic relationships. The populations were combined for the correlation and regression analysis. The results show close relationships between paranasal sinus volumes and many external skull measurements. While there are close relationships between ethmoid cell volume and the external dimensions of the skull base, the volumes of the other paranasal sinuses correlate more strongly with the calculated facial skull volumes. The results of the study show population differences in the absolute and relative volumes of the paranasal sinuses. The lower the mean January temperature is in the habitat of the population in question, the larger the volume of all four paranasal sinuses. If the absolute and relative paranasal sinus volumes of the population with the lowest temperature are compared with the volumes of the population with the warmest environmental temperature, the differences are almost consistently significant. The results indicate that climatic influences on the size of all paranasal sinuses cannot be excluded. Further studies are required to establish the relationship