Corticospinal Tract

Beschrijving

De corticospinale tractus (CST), ook bekend als de piramidale tractus, is een verzameling axonen die bewegingsgerelateerde informatie van de cerebrale cortex naar het ruggenmerg brengen. Het maakt deel uit van het descenderende tractus spinalis-systeem dat zijn oorsprong heeft in de cortex of de hersenstam

• De neuronen die in de corticospinale tractus reizen, worden bovenste motorneuronen genoemd; zij synapsen op neuronen in het ruggenmerg die onderste motorneuronen worden genoemd en die contact maken met de skeletspieren om spiercontractie te veroorzaken.

Het CST:

• Is een van de belangrijkste routes voor het overbrengen van bewegingsgerelateerde informatie van de hersenen naar het ruggenmerg en telt ongeveer 1 miljoen zenuwvezels (gemiddelde geleidingssnelheid van ongeveer 60 m/s met glutamaat als hun overbrengingsstof).
• Signalen langs het corticospinale tractus zijn betrokken bij een verscheidenheid van bewegingen, met inbegrip van gedragingen zoals lopen en reiken, maar het is vooral belangrijk voor fijne vingerbewegingen, bijvoorbeeld bij schrijven, typen, of het dichtknopen van kleding.
• Vertegenwoordigt de hoogste orde van motorische functie bij de mens en is het meest direct betrokken bij de controle van fijne, digitale bewegingen.
• Na selectieve beschadiging van het corticospinale tractus zijn patiënten gewoonlijk in staat om na verloop van tijd het vermogen om grove bewegingen te maken (bijv. reiken) te herwinnen, maar zij kunnen niet in staat zijn om het vermogen om afzonderlijke vingerbewegingen te maken, volledig te herstellen.

Cursus

De CST

• Ontstaan in verschillende corticale gebieden, ongeveer de helft van deze axonen gaan uit van neuronen in de primaire motorische cortex, maar andere ontspringen in de niet-primaire motorische gebieden van de hersenen, alsmede in gebieden van de pariëtale kwab zoals de somatosensorische cortex.
• De axonen die in de CST reizen, dalen af in de hersenstam als onderdeel van grote vezelbundels die de cerebrale peduncles worden genoemd.
• Het traktaat gaat verder naar beneden in de medulla waar het twee grote verzamelingen axonen vormt die bekend staan als de piramiden; de piramiden vormen zichtbare richels op het buitenoppervlak van de hersenstam.
• Aan de basis van de piramiden decusseren ongeveer 90% van de vezels in het corticospinale tractus, of steken over naar de andere kant van de hersenstam, in een bundel axonen die de piramidale decussering wordt genoemd.
• De gedecussileerde vezels vormen het laterale corticospinale tractus; zij zullen het ruggenmerg binnenkomen, en aldus beweging veroorzaken, aan de zijde van het lichaam die contralateraal is aan de hemisfeer van de hersenen waarin zij zijn ontstaan.
• De andere 10% van de vezels van het corticospinale tractus zullen niet decusseren; zij zullen doorgaan naar beneden in het ipsilaterale ruggenmerg; deze tak van het corticospinale tractus staat bekend als het anterior (of ventraal) corticospinale tractus. De meeste axonen van de anterieure corticospinale tractus zullen in het ruggenmerg decusseren vlak voordat zij synapsen vormen met lagere motorneuronen.
• De vezels van deze twee verschillende takken van het corticospinale tractus stimuleren bij voorkeur de activiteit in verschillende soorten spieren.

• Het laterale corticospinale tractus controleert hoofdzakelijk de beweging van de spieren in de ledematen
• Het anterieure corticospinale tractus is betrokken bij de beweging van de spieren van de romp, de nek en de schouders.

Van alle corticospinale vezels eindigt ongeveer 20% op thoracale niveaus, 25% op lumbosacrale niveaus en 55% op cervicale niveaus. Veel van de vezels die afkomstig zijn van de motorische cortex eindigen vervolgens in de ventrale hoorn van het ruggenmerg.

Functie

De CST heeft vele functies, waaronder controle van afferente inputs, spinale reflexen en motor neuron activiteit, de belangrijkste is de bemiddeling van vrijwillige distale bewegingen

• Outputs van de primaire motorische cortex (M1) dragen bij aan de CST, waarbij verbindingen worden gemaakt met: exciterende monosynaptische alfa-motorneuronen; polysynaptische verbindingen met gamma-motorneuronen (verantwoordelijk voor de controle van de lengte van de spierspoelen); polysynaptische verbindingen via interneuronen in het ruggenmerg.
• Wanneer de neuronen rechtstreeks door slechts één axon worden beïnvloed, worden zij “monosynaptisch” genoemd, en wanneer zij indirect door vele axonen worden beïnvloed, staan zij bekend als “polysynaptisch.”

Afbeelding: Illustratieve voorbeelden van corticospinale tractografie (beeldvorming van de neurale tracten) reconstructie in een deelnemer. De traktaten worden geprojecteerd op een T1-gewogen MRI-scan in het coronale vlak om de volledige tractuslengte te kunnen bekijken.

Recente ontwikkelingen hebben het begrip van de oorsprong en beëindiging van de CST neuronen vergroot:

• 30%-40% komen voort uit de primaire motorische cortex.
• De rest van de vezels komen voort uit het aanvullend motorisch gebied (SMA), de premotorische cortex (PMA), delen van de somatosensorische gebieden (S1 en S2) en delen van de achterste pariëtale cortex.

Door de verschillende oorsprongen die bijdragen tot de CST, wordt aangenomen dat deze tractus niet alleen deel uitmaakt van het motorisch systeem, maar ook een grote sensorische rol heeft.

• De vezels afkomstig van de sensorische cortex eindigen in de dorsale hoorn van het ruggenmerg.
• Hier synapteren zij met interneuronen die input ontvangen van somatosensorische receptoren en waarvan gedacht wordt dat zij informatie van perifere receptoren in het ruggenmerg reguleren.
• Daarom kan het CST fungeren als een ‘poort’, die informatie die nuttig of irrelevant wordt geacht, moduleert of remt.

Clinische relevantie

Wanneer de bovenste motorneuronen van de corticospinale tractus beschadigd zijn, kan dit leiden tot een verzameling van tekorten die soms het bovenste motorneuronsyndroom wordt genoemd.

• Een beschadiging van het CST craniaal van de decussatie van de piramiden zal leiden tot stoornissen aan de contralaterale zijde.
• Een laesie van het CST caudaal van de decussatie van de piramiden zal resulteren in stoornissen aan de ipsilaterale zijde.

Beroerte/Traumatisch Hersenletsel

• Onderstaande afbeelding toont de motorische homunculus. Afhankelijk van welk aspect hiervan beschadigd is, zal dit resulteren in motorische stoornissen aan de contralaterale zijde van het lichaam.

Spinal Cord Injury

• Na een dwarslaesie kan zowel de vrijwillige (sensorische en motorische) als onvrijwillige controle verstoord zijn en de mate van herstel is afhankelijk van de ernst van de laesie (Freund et al, 2013). Aangezien het CST reeds gedecussieerd is, zullen de motorische tekorten ipsilateraal aan de plaats van de laesie zijn.
• De ASIA uitkomstmaat, die zowel de motoriek als het gevoel beoordeelt, zal een indicatie geven van het niveau van de ruggenmerglaesie en of deze al dan niet volledig is.
• Crozier et al (1991) concludeerden dat 89% van degenen die ASIA B-E waren met behoud van de pinprik, gingen ambuleren. Dit is te wijten aan de nauwe nabijheid van de spinothalamus tractus met de laterale corticospinale tractus en hun gedeelde bloedvoorziening.

Beoordeling

Het effect van een laesie aan de CST veroorzaakt meer dan alleen spierzwakte. Het beïnvloedt ook synergetische bewegingspatronen die zaken als beweeglijkheid, ambulantie en activiteiten van het dagelijks leven beïnvloeden.

Er zijn een aantal uitkomstmaten die kunnen worden gebruikt, afhankelijk van wat u wilt beoordelen. Deze omvatten:

• 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 (ruggenmerg)

Lees meer over uitkomstmaten in beroerte revalidatie door Salter et al (2013)

Stinear et al (2007) suggereerden dat de integriteit van de corticospinale tractus gebruikt zou kunnen worden om de waarschijnlijke mate van motorisch herstel te identificeren en de juiste selectie van revalidatiestrategieën mogelijk kan maken voor personen die herstellen van een beroerte. In een andere studie uitgevoerd door Stinear et al. (2012) probeerden zij het gebruik van het PREP (predicting motor recovery) algoritme uit om de waarschijnlijkheid van herstel van de bovenste ledematen te beoordelen. Door gebruik te maken van de SAFE score (som van de schouder abductie en vinger extensie) 72 uur na de beroerte, Transcraniële magnetische stimulatie, motor
evoked potentials in aangedane bovenste ledemaat of de Asymmetrie Index (gemeten met diffusie-gewogen MRI) waren zij in staat om te voorspellen of er sprake zou kunnen zijn van een volledig-geen herstel. Op grond van deze bevindingen werd gesuggereerd dat clinici met behulp van het PREP algoritme in staat zouden kunnen zijn om de waarschijnlijke omvang van herstel van de bovenste ledematen te voorspellen en daardoor in staat zouden kunnen zijn om de verwachtingen van de patiënt uit een eerdere periode te managen.

Behandeling

Na een laesie aan een deel van het corticospinale tractus, zoals een beroerte, is hun functie gestoord wat resulteert in contralaterale motorische tekorten. Hoewel mensen tot op zekere hoogte motorisch herstel beginnen te ervaren, wordt zelden volledig herstel bereikt.

Na beschadiging van het corticospinale tractus is er een cascade van gebeurtenissen die zowel op cellulair als op netwerkniveau tot reorganisatie van de motorkaart leiden. Dit verschijnsel staat bekend als neuroplasticiteit en kan worden versterkt door revalidatietraining, zoals motorische controle en leren, die worden bereikt door herhaalde oefening. Andere behandelingstechnieken kunnen zijn:

• Loop-Education
• Mirror Therapy
• Constraint Induced Movement Therapy (CIMT)
• Task Specific Training

Aangenomen wordt dat tijdens deze activiteiten axonale remodellering niet alleen kan plaatsvinden in de beschadigde corticospinale tractus, maar ook in de corticorubrale tractus van de ipsilesionale hemisfeer als de rubrospinale of de reticulospinale tractus. Er wordt gedacht dat deze diepe hersengebieden steun boden aan de CST.

Een ander voorgesteld mechanisme is een verhoogde produktie van trofische factoren, alsmede een verhoogde dichtheid van trofische receptoren op het neurale oppervlak, waardoor een omgeving ontstaat die geschikter is voor neurale hermodellering