Kortikospinaler Trakt

Beschreibung

Der Corticospinale Trakt (CST), auch als Pyramidenbahn bekannt, ist eine Ansammlung von Axonen, die bewegungsbezogene Informationen von der Großhirnrinde zum Rückenmark leiten. Er ist Teil des absteigenden Systems der Rückenmarksbahnen, die ihren Ursprung im Kortex oder Hirnstamm haben

• Die Neuronen, die den kortikospinalen Trakt durchlaufen, werden als obere motorische Neuronen bezeichnet; sie synapsen mit Neuronen im Rückenmark, die als untere motorische Neuronen bezeichnet werden und mit dem Skelettmuskel in Kontakt treten, um eine Muskelkontraktion zu bewirken.

Das CST:

• ist eine der wichtigsten Bahnen für die Übertragung von bewegungsbezogenen Informationen vom Gehirn zum Rückenmark und verfügt über etwa 1 Million Nervenfasern (durchschnittliche Leitungsgeschwindigkeit von etwa 60m/s bei Verwendung von Glutamat als Transmittersubstanz).
• Die Signalübertragung entlang des kortikospinalen Trakts ist an einer Vielzahl von Bewegungen beteiligt, einschließlich Verhaltensweisen wie Gehen und Greifen, aber sie ist besonders wichtig für feine Fingerbewegungen, z. B. beim Schreiben, Tippen oder Knöpfen von Kleidung.
• Stellt die höchste Ordnung der Motorik beim Menschen dar und ist am unmittelbarsten an der Kontrolle feiner, digitaler Bewegungen beteiligt.
• Nach einer selektiven Schädigung des kortikospinalen Trakts sind die Patienten in der Regel in der Lage, die Fähigkeit zu groben Bewegungen (z. B. Greifen) nach einer gewissen Zeit wiederzuerlangen, aber sie sind möglicherweise nicht in der Lage, die Fähigkeit zur Ausführung einzelner Fingerbewegungen vollständig wiederzuerlangen.

Kurs

Die CST

• hat ihren Ursprung in mehreren kortikalen Arealen, etwa die Hälfte dieser Axone entstammt Neuronen im primären motorischen Kortex, aber andere haben ihren Ursprung in den nicht primär motorischen Bereichen des Gehirns sowie in Regionen des Parietallappens wie dem somatosensorischen Kortex.
• Die Axone, die im CST verlaufen, steigen in den Hirnstamm als Teil großer Faserbündel ab, die Cerebralstiele genannt werden.
• Der Trakt setzt sich bis ins Mark fort, wo er zwei große Ansammlungen von Axonen bildet, die als Pyramiden bekannt sind; die Pyramiden bilden sichtbare Kämme auf der Außenfläche des Hirnstamms.
• An der Basis der Pyramiden kreuzen etwa 90 % der Fasern des kortikospinalen Trakts auf die andere Seite des Hirnstamms in einem Axonbündel, das als pyramidale Dekussierung bezeichnet wird.
• Die dekussierten Fasern bilden den lateralen kortikospinalen Trakt; sie treten in das Rückenmark ein und verursachen so Bewegungen auf der Seite des Körpers, die kontralateral zu der Gehirnhälfte liegt, in der sie entstanden sind.
• Die anderen 10 % der Fasern des kortikospinalen Trakts werden nicht dekussieren; sie setzen sich nach unten in das ipsilaterale Rückenmark fort; dieser Zweig des kortikospinalen Trakts wird als anteriorer (oder ventraler) kortikospinaler Trakt bezeichnet. Die meisten Axone des anterioren kortikospinalen Traktes werden im Rückenmark kurz vor der Synapse mit den unteren motorischen Neuronen dekussiert.
• Die Fasern dieser beiden unterschiedlichen Äste des Tractus corticospinalis stimulieren bevorzugt die Aktivität in unterschiedlichen Muskeltypen.

• Der laterale kortikospinale Trakt steuert vor allem die Bewegung der Muskeln in den Gliedmaßen
• Der anteriore kortikospinale Trakt ist an der Bewegung der Muskeln des Rumpfes, des Nackens und der Schultern beteiligt.

Von allen kortikospinalen Fasern enden etwa 20 % in der Thoraxebene, 25 % in der Lumbosakralebene und 55 % in der Halswirbelsäule. Viele der Fasern, die aus dem motorischen Kortex stammen, enden dann im ventralen Horn des Rückenmarks.

Funktion

Das CST hat viele Funktionen, darunter die Kontrolle afferenter Eingänge, spinaler Reflexe und der Aktivität der Motoneuronen, wobei die wichtigste die Vermittlung willkürlicher distaler Bewegungen ist

• Ausgänge aus dem primären motorischen Kortex (M1) tragen zum CST bei und stellen Verbindungen her zu: Exzitatorische monosynaptische Alpha-Motorneuronen; polysynaptische Verbindungen zu Gamma-Motorneuronen (verantwortlich für die Kontrolle der Muskelspindellänge); polysynaptische Verbindungen über Interneuronen im Rückenmark.
• Wenn die Neuronen direkt von nur einem Axon beeinflusst werden, nennt man sie „monosynaptisch“, und wenn sie indirekt von vielen Axonen beeinflusst werden, nennt man sie „polysynaptisch“

Bild: Illustrative Beispiele für die Rekonstruktion der kortikospinalen Traktographie (Darstellung der Nervenbahnen) bei einem Teilnehmer. Die Trakte werden auf einen T1-gewichteten MRT-Scan in der koronalen Ebene projiziert, um die Ansicht entlang der gesamten Traktlänge zu ermöglichen.

Jüngste Entwicklungen haben das Verständnis für den Ursprung und das Ende der CST-Neuronen verbessert:

• 30%-40% entstammen dem primären motorischen Kortex.
• Der Rest der Fasern entstammt dem ergänzenden motorischen Areal (SMA), dem prämotorischen Kortex (PMA), Teilen der somatosensorischen Areale (S1 und S2) und Teilen des hinteren parietalen Kortex.

Aufgrund der verschiedenen Ursprünge, die zum CST beitragen, wird davon ausgegangen, dass dieser Trakt nicht nur Teil des motorischen Systems ist, sondern auch eine große sensorische Rolle hat.

• Die aus dem sensorischen Kortex stammenden Fasern enden im Dorsalhorn des Rückenmarks.
• Hier synapsen sie mit Interneuronen, die Input von somatosensorischen Rezeptoren erhalten und vermutlich Informationen von peripheren Rezeptoren im Rückenmark regulieren.
• Daher kann die CST als „Tor“ fungieren, indem sie Informationen, die als nützlich oder irrelevant erachtet werden, moduliert oder hemmt.

Klinische Relevanz

Wenn die oberen motorischen Neuronen des kortikospinalen Trakts geschädigt sind, kann dies zu einer Reihe von Defiziten führen, die manchmal als Syndrom der oberen motorischen Neuronen bezeichnet werden.

• Eine Läsion des CST kranial der Dekussierung der Pyramiden führt zu Defiziten auf der kontralateralen Seite.
• Eine Läsion des CST kaudal der Dekussation der Pyramiden führt zu Defiziten auf der ipsilateralen Seite.

Schlaganfall/traumatische Hirnverletzung

• Die folgende Abbildung zeigt den motorischen Homunkulus. Je nachdem, welcher Aspekt davon geschädigt ist, kommt es zu motorischen Defiziten auf der kontralateralen Seite des Körpers.

Rückenmarksverletzung

• Nach einer Rückenmarksverletzung können sowohl die willkürliche (sensorische und motorische) als auch die unwillkürliche Kontrolle beeinträchtigt sein, wobei das Ausmaß der Erholung von der Schwere der Läsion abhängt (Freund et al, 2013). Da die CST bereits dekussiert ist, werden die motorischen Defizite ipsilateral zum Ort der Läsion liegen.
• Die ASIA-Outcome-Messung, die sowohl die Motorik als auch die Sensibilität bewertet, gibt Aufschluss über das Ausmaß der Rückenmarksläsion und darüber, ob sie vollständig oder unvollständig ist.
• Crozier et al. (1991) kamen zu dem Schluss, dass 89 % der ASIA B-E-Patienten mit Pinprick-Erhaltung anschließend wieder gehen konnten. Dies ist auf die Nähe des spinothalamischen Trakts zum lateralen kortikospinalen Trakt und ihre gemeinsame Blutversorgung zurückzuführen.

Bewertung

Die Auswirkungen einer Läsion des CST verursachen nicht nur Muskelschwäche. Sie beeinträchtigt auch synergistische Bewegungsmuster, die sich auf Dinge wie Geschicklichkeit, Gehfähigkeit und Aktivitäten des täglichen Lebens auswirken.

Es gibt eine Reihe von Ergebnismessungen, die je nach dem, was man bewerten möchte, verwendet werden können. These include:

• Fugl-.Meyer Assessment of Motor Recovery after Stroke (FMA)
• Oxford Muscle Grading System
• Stroke Rehabilitation Assessment of Movement (STREAM)
• Action Research Arm Test (ARAT)
• Cherokee Arm and Hand Activity Inventory
• Functional Ambulation Category
• Motor Assessment Scale
• Rivermead Mobility Index
• Rivermead Motor Assessment
• ASIA (Spinal Cord)

Lesen Sie mehr über Ergebnismessungen in der Schlaganfall-Rehabilitation von Salter et al. (2013)

Stinear et al. (2007) schlugen vor, dass die Integrität des kortikospinalen Trakts verwendet werden könnte, um das wahrscheinliche Ausmaß der motorischen Erholung zu ermitteln und eine angemessene Auswahl von Rehabilitationsstrategien für Personen nach einem Schlaganfall zu ermöglichen. In einer weiteren Studie, die von Stinear et al. (2012) durchgeführt wurde, erprobten sie die Verwendung des PREP-Algorithmus (Predicting Motor Recovery) zur Bewertung der Wahrscheinlichkeit einer Erholung der oberen Gliedmaßen. Unter Verwendung des SAFE-Scores (Summe der Schulterabduktion und der Fingerextension) 72 Stunden nach dem Schlaganfall, der transkraniellen Magnetstimulation, der motorisch
evozierten Potenziale in der betroffenen oberen Extremität oder des Asymmetrie-Index (gemessen mit diffusionsgewichteter MRT) konnten sie vorhersagen, ob es zu einer vollständigen oder keiner Erholung kommen könnte. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Kliniker, die den PREP-Algorithmus verwenden, in der Lage sein könnten, das wahrscheinliche Ausmaß der Erholung der oberen Gliedmaßen vorherzusagen und somit die Erwartungen der Patienten in einem früheren Stadium zu erfüllen.

Behandlung

Nach einer Läsion eines Teils des kortikospinalen Trakts, z. B. nach einem Schlaganfall, ist die Funktion beeinträchtigt, was zu kontralateralen motorischen Defiziten führt. Obwohl die Betroffenen eine gewisse motorische Erholung erfahren, wird selten eine vollständige Erholung erreicht.

Nach einer Schädigung des kortikospinalen Trakts gibt es eine Kaskade von Ereignissen, die sowohl auf zellulärer als auch auf Netzwerkebene stattfinden und zu einer Reorganisation der motorischen Karte führen. Dieses Phänomen wird als Neuroplastizität bezeichnet und kann durch rehabilitatives Training, wie z. B. motorische Kontrolle und Lernen, das durch wiederholtes Üben erreicht wird, verbessert werden. Weitere Behandlungstechniken können sein:

• Gait Re-.Erziehung
• Spiegeltherapie
• Constraint Induced Movement Therapy (CIMT)
• Aufgabenspezifisches Training

Es wird angenommen, dass bei diesen Aktivitäten nicht nur im läsionierten kortikospinalen Trakt, sondern auch im kortikorubralen Trakt der ipsilesionalen Hemisphäre, dem rubrospinalen oder retikulospinalen Trakt, eine axonale Umstrukturierung stattfindet. Es wird angenommen, dass diese tiefen Hirnareale die CST unterstützen.

Ein anderer vorgeschlagener Mechanismus ist eine erhöhte Produktion von trophischen Faktoren sowie eine erhöhte Dichte von trophischen Rezeptoren auf der neuralen Oberfläche, Dadurch wird eine Umgebung geschaffen, die für den neuronalen Umbau besser geeignet ist

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