Μελέτη και καθορισμός τιμών αναφοράς των ανατομικών, μορφομετρικών, απεικονιστικών και νευροφυσιολογικών παραμέτρων της λαρυγγικής συσκευής

Abstract

The larynx is a small but highly specialized anatomical structure with a crucial role in respiration, phonation, and airway protection. Despite its major functional importance, most morphometric studies have focused on individual anatomical structures, limiting the understanding of the overall geometry and functional organization of the laryngeal apparatus. The aim of the present doctoral dissertation was to establish reference values for the anatomical, morphometric, imaging, and neurophysiological parameters of the larynx and to investigate the effects of sex and age on its morphology and function.The study employed a combined morphological and functional approach. Morphometric analysis was based on the retrospective evaluation of 157 high-resolution cervical computed tomography (CT) scans (67 males and 90 females, aged 21–89 years), in which measurements were performed for total laryngeal length, glottic measurements, and the dimensions of the thyroid, cricoid, and arytenoid cartilages, epiglottis, and pre-epiglottic space. The morphology of the intrinsic laryngeal muscles was assessed in 44 cervical magnetic resonance imaging (MRI) examinations, while functional evaluation of the cricothyroid muscle was performed using surface electromyography (sEMG) in 29 healthy volunteers. Statistical analysis included univariate and multivariate regression models, as well as non-parametric tests, to investigate the effects of sex, age, and anthropometric parameters.The present study represents the first systematic morphometric investigation of the laryngeal skeleton in the Greek population and one of the largest corresponding series internationally, providing contemporary reference data for normal laryngeal anatomy. The results demonstrated clear sexual dimorphism of the laryngeal skeleton, with males exhibiting larger dimensions across almost all anatomical parameters. These differences reflected the overall geometry and morphology of the larynx rather than isolated anatomical structures, whereas age demonstrated a limited and selective effect on laryngeal morphometry. The epiglottis emerged as a key morphometric marker of sexual dimorphism, with its total length representing the strongest predictor of overall laryngeal size, explaining approximately 74% of the variance in total laryngeal length. Furthermore, the present study provides the first evidence of an association between pre-epiglottic space volume and both sex and age.The study also represents the first quantitative morphometric assessment of the cricothyroid muscle using MRI and one of the first investigations combining morphological imaging of the intrinsic laryngeal muscles with their functional evaluation using surface electromyography. The thyroarytenoid and cricothyroid muscles demonstrated clear sexual dimorphism, with larger dimensions and estimated volumes in males. Age affected the two muscles differently, with a generalized reduction in morphometric characteristics observed in the thyroarytenoid muscle, whereas changes in the cricothyroid muscle were more selective. In addition, the relationship between intrinsic laryngeal muscle morphology and anthropometric parameters was investigated for the first time, demonstrating that the effects of body mass index (BMI) and height vary according to the muscle examined, suggesting the contribution of both general body characteristics and muscle-specific anatomical and functional properties.Functional assessment of the cricothyroid muscle using surface electromyography provided, for the first time, quantitative activation data in healthy adults and revealed differences associated with sex, age, and anthropometric factors. Different phonatory tasks within the same individual did not demonstrate variations in muscle activation, indicating a stable pattern of neuromuscular function. In contrast, sex-related differences were observed in dynamic activation parameters, while increasing age was associated with reduced muscle activation, decreased maximum amplitude, and prolonged recovery time. These findings suggest that age-related decline in vocal function is not exclusively associated with changes in the vocal folds and supporting laryngeal structures but also involves alterations in the neuromuscular regulation of the muscles responsible for phonatory control.In conclusion, the present study demonstrates that sex- and age-related variations of the larynx result from the interaction between the morphology of the laryngeal cartilaginous framework, the intrinsic laryngeal muscles, and their neuromuscular function. The epiglottis was identified as one of the most important morphometric indicators of overall laryngeal size, while quantitative assessment of laryngeal muscles using MRI and surface electromyography provided novel in vivo reference data regarding the normal anatomy and function of the laryngeal apparatus. Furthermore, investigation of age-related and anthropometric effects highlighted the complex and muscle-specific nature of laryngeal changes. The findings of this study advance the understanding of the mechanisms underlying sexual dimorphism, laryngeal aging, and the functional basis of presbyphonia, providing contemporary data on the morphological and functional variability of the human larynx.

Ο λάρυγγας αποτελεί μία μικρή αλλά ιδιαίτερα εξειδικευμένη ανατομική δομή με καθοριστικό ρόλο στην αναπνοή, τη φώνηση και την προστασία των αεραγωγών. Παρά τη σημαντική λειτουργική του σημασία, οι περισσότερες μορφομετρικές μελέτες επικεντρώνονται σε μεμονωμένες ανατομικές δομές, περιορίζοντας την κατανόηση της συνολικής γεωμετρίας και λειτουργικής οργάνωσης της λαρυγγικής συσκευής. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν ο καθορισμός τιμών αναφοράς των ανατομικών, μορφομετρικών, απεικονιστικών και νευροφυσιολογικών παραμέτρων του λάρυγγα και η διερεύνηση της επίδρασης του φύλου και της ηλικίας στη μορφολογία και τη λειτουργία του.Η μελέτη περιλάμβανε συνδυασμένη μορφολογική και λειτουργική προσέγγιση. Η μορφομετρική ανάλυση βασίστηκε σε αναδρομική αξιολόγηση 157 αξονικών τομογραφιών του τραχήλου υψηλής ανάλυσης (67 άνδρες και 90 γυναίκες, ηλικίας 21–89 ετών), στις οποίες πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του συνολικού μήκους του λάρυγγα, της γλωττίδας, της επιγλωττίδας του θυρεοειδούς, του κρικοειδούς και των αρυταινοειδών χόνδρων και του προεπιγλωττιδικού χώρου. Η μορφολογία των αυτόχθονων λαρυγγικών μυών αξιολογήθηκε σε 44 μαγνητικές τομογραφίες τραχήλου, ενώ η λειτουργική διερεύνηση του κρικοθυρεοειδούς μυός πραγματοποιήθηκε με επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία (sEMG) σε 29 υγιείς εθελοντές. Η στατιστική ανάλυση περιλάμβανε μονοπαραγοντικά και πολυπαραγοντικά μοντέλα παλινδρόμησης, καθώς και μη παραμετρικές δοκιμασίες για τη διερεύνηση των επιδράσεων του φύλου, της ηλικίας και των σωματομετρικών παραγόντων.Η παρούσα μελέτη αποτελεί την πρώτη συστηματική μορφομετρική διερεύνηση του λαρυγγικού σκελετού στον ελληνικό πληθυσμό και μία από τις μεγαλύτερες αντίστοιχες σειρές διεθνώς, παρέχοντας σύγχρονες τιμές αναφοράς για τη φυσιολογική ανατομία του λάρυγγα. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν σαφή φυλετικό διμορφισμό του λαρυγγικού σκελετού, με τους άνδρες να παρουσιάζουν μεγαλύτερες διαστάσεις στο σύνολο σχεδόν των ανατομικών παραμέτρων. Οι διαφορές αυτές αντανακλούν στη συνολική γεωμετρία του λάρυγγα και όχι σε μεμονωμένες δομές, ενώ η ηλικία εμφάνισε περιορισμένη και επιλεκτική επίδραση στη μορφομετρία του. Το μήκος της επιγλωττίδας αναδείχθηκε ο σημαντικός μορφομετρικός δείκτης φυλετικής διαφοροποίησης, ενώ ταυτοχρόνως αποτελεί τον ισχυρότερο προγνωστικό παράγοντα του συνολικού λαρυγγικού μεγέθους, εξηγώντας περίπου το 74% της διακύμανσης του συνολικού μήκους του λάρυγγα. Παράλληλα, τεκμηριώθηκε για πρώτη φορά η συσχέτιση του όγκου του προεπιγλωττιδικού χώρου με το φύλο και την ηλικία.Η μελέτη αποτελεί επίσης την πρώτη ποσοτική μορφομετρική αξιολόγηση του κρικοθυρεοειδούς μυός με μαγνητική τομογραφία και μία από τις πρώτες που συνδυάζουν τη μορφολογική απεικόνιση των αυτόχθονων λαρυγγικών μυών με τη λειτουργική τους αξιολόγηση μέσω επιφανειακής ηλεκτρομυογραφίας. Ο θυρεοαρυταινοειδής και ο κρικοθυρεοειδής μυς παρουσίασαν σαφή φυλετικό διμορφισμό, με μεγαλύτερες διαστάσεις και εκτιμώμενο όγκο στους άνδρες, ενώ η ηλικία επηρέασε διαφορετικά τους δύο μύες, προκαλώντας γενικευμένη μορφολογική μείωση στον θυρεοαρυταινοειδή και περισσότερο επιλεκτικές μεταβολές των διαστάσεων στον κρικοθυρεοειδή. Επιπλέον, για πρώτη φορά διερευνήθηκε η σχέση της μορφολογίας των αυτόχθονων λαρυγγικών μυών με σωματομετρικούς δείκτες, αναδεικνύοντας ότι η επίδραση του BMI και του ύψους διαφοροποιείται ανάλογα με τον εξεταζόμενο μυ, γεγονός που υποδηλώνει τη συμβολή τόσο γενικών σωματικών χαρακτηριστικών όσο και ειδικών ανατομικών και λειτουργικών ιδιοτήτων κάθε μυός.Η λειτουργική αξιολόγηση του κρικοθυρεοειδούς μυός με επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία παρείχε για πρώτη φορά ποσοτικά δεδομένα ενεργοποίησης σε υγιείς ενήλικες και ανέδειξε διαφοροποιήσεις που σχετίζονται με το φύλο, την ηλικία και τους σωματομετρικούς παράγοντες. Οι διαφορετικές φωνητικές δοκιμασίες του ίδιου ατόμου δεν ανέδειξαν διαφοροποιήσεις στην ενεργοποίηση του μυός, υποδεικνύοντας σταθερό πρότυπο νευρομυϊκής λειτουργίας. Αντίθετα, παρατηρήθηκαν φυλετικές διαφορές στη δυναμική ενεργοποίηση, ενώ η αύξηση της ηλικίας συσχετίστηκε με μείωση της μυϊκής ενεργοποίησης, του μέγιστου εύρους και παράταση του χρόνου επαναφοράς. Οι μεταβολές αυτές υποδεικνύουν ότι η ηλικιακή φθορά της φωνητικής λειτουργίας δεν αφορά αποκλειστικά τις φωνητικές πτυχές και τις υποστηρικτικές δομές του λάρυγγα, αλλά επεκτείνεται και στη νευρομυϊκή ρύθμιση των μυών που συμμετέχουν στον φωνητικό έλεγχο.Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη καταδεικνύει ότι οι φυλετικές και ηλικιακές διαφοροποιήσεις του λάρυγγα είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ της μορφολογίας του χόνδρινου σκελετού, των αυτόχθονων λαρυγγικών μυών και της νευρομυϊκής τους λειτουργίας. Η επιγλωττίδα αναδείχθηκε ως ένας από τους σημαντικότερους μορφομετρικούς δείκτες του συνολικού μεγέθους του λάρυγγα, ενώ η ποσοτική αξιολόγηση των λαρυγγικών μυών με μαγνητική τομογραφία και επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία παρείχε νέα in vivo δεδομένα αναφοράς για τη φυσιολογική ανατομία και λειτουργία της λαρυγγικής συσκευής. Παράλληλα, η διερεύνηση της επίδρασης της ηλικίας και των σωματομετρικών χαρακτηριστικών ανέδειξε τη σύνθετη και μυο-ειδική φύση των μεταβολών του λαρυγγικού συστήματος. Τα ευρήματα της μελέτης διευρύνουν την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τον φυλετικό διμορφισμό, τη γήρανση του λάρυγγα και τη λειτουργική βάση της πρεσβυφωνίας, παρέχοντας σύγχρονα δεδομένα για τη μορφολογική και λειτουργική ποικιλομορφία του ανθρώπινου λάρυγγα.