Corticospinal Tract

Kuvaus

Kortikospinaalirata (Corticospinal tract, CST), joka tunnetaan myös nimellä pyramidirata, on kokoelma aksoneja, jotka kuljettavat liikkeisiin liittyvää tietoa aivokuorelta selkäytimeen. Se on osa aivokuoresta tai aivorungosta lähtevää laskevaa selkäydinkanavajärjestelmää

• Kortikospinaaliradassa kulkevia neuroneja kutsutaan ylemmiksi liikehermosoluiksi; ne synapsoivat selkäytimessä oleviin alempiin liikehermosoluiksi kutsuttuihin neuroneihin, jotka ottavat kontaktin luurankolihakseen aiheuttaakseen lihassupistuksen.

CST:

• On yksi tärkeimmistä liikkeisiin liittyvän informaation kulkureiteistä aivoista selkäytimeen, ja siinä on noin 1 miljoona hermosäiettä (keskimääräinen johtumisnopeus noin 60m/s käyttäen glutamaattia välittäjäaineena).
• Signaalien välittäminen kortikospinaalista rataa pitkin osallistuu erilaisiin liikkeisiin, mukaan lukien kävelyn ja kurottautumisen kaltaiset käyttäytymismuodot, mutta se on erityisen tärkeä hienoille sormiliikkeille, kuten kirjoittamiselle, konekirjoittamiselle tai vaatteiden napittamiselle.
• Edustaa ihmisen korkeinta motorista toimintaluokkaa ja hallitsee suorimmin hienoja, digitaalisia liikkeitä.
• Kortikospinaaliradan selektiivisen vaurioitumisen jälkeen potilaat pystyvät yleensä jonkin ajan kuluttua palauttamaan kyvyn karkeisiin liikkeisiin (esim. kurottautumiseen), mutta he eivät välttämättä pysty täysin palauttamaan kykyä tehdä yksittäisiä sormiliikkeitä.

Kurssi

CST

• Lähtee useilta aivokuoren alueilta, noin puolet näistä aksoneista ulottuu primaarisen motorisen aivokuoren neuroneista, mutta muut saavat alkunsa aivojen muilta kuin primaarisesti motorisilta alueilta sekä parietaalilohkon alueilta, kuten somatosensoriselta aivokuorelta.
• CST:ssä kulkevat aksonit laskeutuvat aivorunkoon osana suuria kuitukimppuja, joita kutsutaan aivopunkeiksi.
• Rata jatkuu alaspäin aivorunkoon, jossa se muodostaa kaksi suurta aksonikokoelmaa, jotka tunnetaan nimellä pyramidit; pyramidit muodostavat näkyvät harjanteet aivorungon ulkopinnalle.
• Pyramidien juurella noin 90 % kortikospinaalisen radan kuiduista dekussoituu eli siirtyy aivorungon toiselle puolelle aksonikimppuun, jota kutsutaan pyramididekussoinniksi.
• Dekussoituneet kuidut muodostavat lateraalisen kortikospinaaliradan; ne tulevat selkäytimeen ja siten aiheuttavat liikettä sillä puolella kehoa, joka on kontralateraalisesti sen aivopuoliskon puolella, josta ne ovat peräisin.
• Loput 10 % kortikospinaaliradan kuiduista ei dekussoidu; ne jatkavat ipsilateraaliseen selkäytimeen; tätä kortikospinaaliradan haaraa kutsutaan anterioriseksi (tai ventraaliseksi) kortikospinaaliradaksi. Suurin osa anteriorisen kortikospinaaliradan aksoneista dekussoituu selkäytimessä juuri ennen kuin ne synapsoivat alempien motoneuronien kanssa.
• Näiden kahden eri kortikospinaaliradan haaran kuidut stimuloivat ensisijaisesti erityyppisten lihasten toimintaa.

• Lateraalinen kortikospinaalirata ohjaa ensisijaisesti raajojen lihasten liikettä
• Anteriorinen kortikospinaalirata osallistuu vartalon, kaulan ja hartioiden lihasten liikkeeseen.

Kaikista kortikospinaalisista kuiduista noin 20 % päättyy rintakehän tasolle, 25 % lumbosakraalitasolle ja 55 % kaularangan tasolle. Monet motoriselta aivokuorelta peräisin olevista kuiduista päättyvät sitten selkäytimen ventraaliseen sarveen.

Toiminta

CST:llä on monia toimintoja, joihin kuuluu afferenttien syötteiden, selkäydinrefleksien ja motoneuronien toiminnan hallinta, joista tärkein on tahdonalaisten distaalisten liikkeiden välittäminen

• Primaarisen motorisen aivokuoren (M1) ulostulot myötäilevät osaltaan CST:tä muodostaen yhteyksiä: polysynaptiset yhteydet gammamotorisiin neuroneihin (jotka ovat vastuussa lihasspindelin pituuden säätelystä); polysynaptiset yhteydet selkäytimessä olevien interneuronien kautta. .
• Kun neuroneihin vaikuttaa suoraan vain yksi aksoni, niitä kutsutaan ”monosynaptisiksi”, ja kun ne vaikuttavat epäsuorasti, monien aksonien kautta, niitä kutsutaan ”polysynaptisiksi”.

Kuva: Havainnollistavia esimerkkejä kortikospinaalisen traktografian (hermoratojen kuvantaminen) rekonstruktiosta osallistujalla. Traktit projisoidaan T1-painotteiseen magneettikuvaukseen koronaalitasossa, jotta ne voidaan nähdä koko traktin pituudelta.

Viimeaikainen kehitys on lisännyt ymmärrystä CST-neuronien alkuperästä ja päättymisestä:

• 30-40 % lähtee primaarimotorisesta aivokuoresta.
• Loput kuidut lähtevät lisämoottorialueelta (SMA), premotoriselta aivokuorelta (PMA), osista somatosensorisia alueita (S1 ja S2) ja osista posteriorista parietaalista aivokuorta.

Johtuen eri alkuperistä, jotka vaikuttavat CST:hen, katsotaan, että tämä rata ei ole vain osa motorista järjestelmää, vaan sillä on myös suuri sensorinen rooli.

• Sensoriselta aivokuorelta peräisin olevat kuidut päättyvät selkäytimen dorsaalisarveen.
• Siellä ne synapsoivat interneuronien kanssa, jotka saavat syötteitä somatosensorisista reseptoreista ja joiden ajatellaan säätelevän selkäytimen perifeeristen reseptoreiden informaatiota.
• Siksi CST voi toimia ”porttina”, joka moduloi tai estää hyödylliseksi tai epäolennaiseksi katsottua tietoa .

Kliininen merkitys

Kun kortikospinaalisen radan ylempiä motoneuroneja vaurioituu, se voi johtaa kokoelmaan puutteita, joita kutsutaan toisinaan nimellä ylemmän motoneuronin oireyhtymä.

• CST:n vaurio kraniaalisesti pyramidien decussationin kohdalla johtaa puutoksiin kontralateraalisella puolella.
• CST:n vaurio kaudaalisesti pyramidien decussationiin johtaa ipsilateraalisen puolen vajeisiin.

Aivohalvaus/traumaattinen aivovamma

• Alla olevassa kuvassa on esitetty motorinen homunculus. Riippuen siitä, mikä osa tästä on vaurioitunut johtaa motorisiin vajeisiin kontralateraalisella puolella kehoa.

selkäydinvamma

• Selkäydinvamman jälkeen sekä tahdonalainen (sensorinen ja motorinen) että tahdonvastainen hallinta voi heikentyä, ja toipumisen laajuus on riippuvainen vaurion vaikeusasteesta (Freund ym., 2013). Koska CST on jo dekussoitunut, motoriset puutteet ovat ipsilateraalisia vaurion sijaintiin nähden.
• ASIA-tulosmittari, joka arvioi sekä motoriikkaa että tuntoaistimuksia, antaa viitteitä selkäydinvaurion tasosta ja siitä, onko se täydellinen vai epätäydellinen.
• Crozier ym. (1991) totesivat, että 89 % niistä, jotka olivat ASIA B-E -luokituksen piirissä ja joilla oli pinprick-preservaatio, jatkoivat kävelyä. Tämä johtuu spinotalamuksen ja lateraalisen kortikospinaaliradan läheisyydestä ja niiden yhteisestä verenkierrosta.

Arviointi

CST:n vaurion vaikutus aiheuttaa muutakin kuin lihasheikkoutta. Se vaikuttaa myös synergistisiin liikemalleihin, jotka vaikuttavat esimerkiksi näppäryyteen, kävelyyn ja päivittäisiin elintoimintoihin.

On olemassa useita tulosmittareita, joita voidaan käyttää riippuen siitä, mitä halutaan arvioida. Näitä ovat mm:

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

Lue lisää lopputulosmittareista aivohalvauksen kuntoutuksessa Salter ym. (2013)

Stinear ym. (2007) ehdottivat, että kortikospinaalisen alueen eheyttä voitaisiin käyttää tunnistamaan motorisen toipumisen todennäköinen laajuus ja se voi mahdollistaa asianmukaisten kuntoutusstrategioiden valinnan aivohalvauksesta toipuville henkilöille . Stinear et al. (2012) tekivät lisätutkimuksen, jossa he kokeilivat PREP (predicting motor recovery) -algoritmin käyttöä yläraajojen toipumisen todennäköisyyden arvioimiseksi. Käyttämällä SAFE-pistemäärää (olkapään abduktion ja sormen ojennuksen summa) 72 tuntia aivohalvauksen jälkeen, transkraniaalista magneettistimulaatiota, motorisia
evokoituneita potentiaaleja vaurioituneessa yläraajassa tai epäsymmetriaindeksiä (mitattuna diffuusiopainotteisella magneettikuvauksella) he pystyivät ennustamaan, voisiko toipuminen olla täydellistä vai ei. Näiden tulosten perusteella ehdotettiin, että PREP-algoritmia käyttävät lääkärit voivat pystyä ennustamaan yläraajan toipumisen todennäköisen laajuuden ja voivat näin ollen hallita potilaiden odotuksia varhaisemmalta ajalta.

Hoito

Kortikospinaalisen radan osan vaurion, kuten aivohalvauksen, jälkeen niiden toiminta on heikentynyt, mikä johtaa kontralateraalisiin motorisiin puutoksiin. Vaikka ihmiset alkavat jossain määrin toipua motorisesti, täydellistä toipumista saavutetaan harvoin.

Kortikospinaaliradan vaurioitumisen jälkeen tapahtuu sekä solu- että verkostotasolla tapahtumien kaskadi, joka johtaa motorisen kartan uudelleenjärjestelyyn. Tätä ilmiötä kutsutaan neuroplastisuudeksi, ja sitä voidaan tehostaa kuntouttavalla harjoittelulla, kuten motorisella kontrollilla ja oppimisella, joka saavutetaan toistuvalla harjoittelulla. Muita hoitotekniikoita voivat olla mm:

• Gait Re-Education
• Mirror Therapy
• Constraint Induced Movement Therapy (CIMT)
• Task Specific Training (tehtäväkohtainen harjoittelu)

Sen uskotaan, että näiden toimintojen aikana aksonaalinen uudelleenmuodostuminen voi tapahtua paitsi vaurioituneessa kortikospinaaliradassa myös ipsilesionaalisesta hemisfääristä lähtevässä kortiko-orubraalisessa radassa, kuten rubrospinaalisessa tai retikulospinaalisessa radassa. Näiden syvien aivoalueiden uskotaan antavan tukea CST:lle.

Toinen ehdotettu mekanismi on trofisten tekijöiden lisääntynyt tuotanto sekä trofisten reseptorien lisääntynyt tiheys hermopinnalla, jotka tuottavat neuraaliseen uudelleenmuodostukseen paremmin soveltuvan ympäristön

Resurssit