Corticospinal Tract

Beskrivning

Kortikospinalbanan (CST), även känd som pyramidbanan, är en samling axoner som transporterar rörelserelaterad information från hjärnbarken till ryggmärgen. Den utgör en del av det nedåtgående ryggmärgssystemet som har sitt ursprung i hjärnbarken eller hjärnstammen

• Neuronerna som färdas i kortikospinalbanan kallas övre motoriska neuroner; de synapserar på neuroner i ryggmärgen som kallas nedre motoriska neuroner, som tar kontakt med skelettmuskulaturen för att orsaka muskelsammandragning.

CST:

• Är en av de viktigaste vägarna för att överföra rörelserelaterad information från hjärnan till ryggmärgen och har cirka 1 miljon nervfibrer (genomsnittlig ledningshastighet på cirka 60m/s med glutamat som sändarsubstans).
• Signalering längs kortikospinalbanan som är involverad i en mängd olika rörelser, inklusive beteenden som att gå och sträcka sig, men den är särskilt viktig för fina fingerrörelser, t.ex. för att skriva, skriva eller knäppa kläder.
• Representerar den högsta ordningen av motoriska funktioner hos människor och har mest direkt kontroll över fina, digitala rörelser.
• Efter selektiv skada på corticospinalbanan kan patienterna vanligtvis återfå förmågan att göra grova rörelser (t.ex. sträcka sig) efter en tid, men de kan inte helt återfå förmågan att göra enskilda fingerrörelser.

Kurs

CST

• Har sitt ursprung i flera kortikala områden, ungefär hälften av dessa axoner sträcker sig från neuroner i den primära motoriska hjärnbarken, men andra har sitt ursprung i hjärnans icke-primära motoriska områden samt i regioner i parietalloben som den somatosensoriska cortex.
• Axonerna som rör sig i CST går ner i hjärnstammen som en del av stora fiberbuntar som kallas cerebral pedunkel.
• Trakten fortsätter ner i märgen där den bildar två stora samlingar av axoner som kallas pyramider; pyramiderna skapar synliga kammar på hjärnstammens yttre yta.
• Vid basen av pyramiderna decusserar, eller korsar över till andra sidan av hjärnstammen, ungefär 90 % av fibrerna i corticospinalbanan i ett axonbunt som kallas pyramidal decussering.
• De fibrer som har decusserat bildar den laterala kortikospinalbanan; de kommer att gå in i ryggmärgen, och därmed orsaka rörelse, på den sida av kroppen som är kontralateral till den hjärnhalva där de har sitt ursprung.
• De övriga 10 % av fibrerna i corticospinalbanan kommer inte att decussera; de kommer att fortsätta ner i den ipsilaterala ryggmärgen; denna gren av corticospinalbanan kallas den främre (eller ventrala) corticospinalbanan. De flesta av axonerna i den främre kortikospinalbanan kommer att decussera i ryggmärgen strax innan de synapserar med lägre motoriska neuroner.
• Fibrerna i dessa två olika grenar av corticospinalbanan stimulerar företrädesvis aktivitet i olika typer av muskler.

• Lateral corticospinal tract styr främst rörelsen av musklerna i lemmarna
• Anterior corticospinal tract är involverad i rörelsen av musklerna i bålen, nacken och axlarna.

Av alla kortikospinalfibrer terminerar cirka 20 % på bröstnivå, 25 % på lumbosakralnivå och 55 % på cervikalnivå. Många av de fibrer som har sitt ursprung i den motoriska cortexen terminerar sedan i ryggmärgens ventralhorn.

Funktion

CST har många funktioner som inkluderar kontroll av afferenta inflöden, spinalreflexer och motorneuronaktivitet, varav den viktigaste är förmedling av frivilliga distala rörelser

• Utsignaler från den primära motoriska cortexen (M1) bidrar till CST och gör kopplingar till: excitatoriska monosynaptiska alfa-motorneuroner, polysynaptiska kopplingar till gamma-motorneuroner (ansvariga för kontrollen av muskelspindellängden), polysynaptiska kopplingar via interneuroner i ryggmärgen. .
• När neuronerna påverkas direkt av endast ett axon kallas de ”monosynaptiska”, och när de påverkas indirekt av många axoner kallas de ”polysynaptiska”.

Bild: Illustrationsexempel på rekonstruktion av corticospinal tractography (avbildning av de neurala banorna) hos en deltagare. Trakterna projiceras på en T1-viktad MRT-skanning i koronalt plan för att möjliggöra visning längs hela traktens längd.

Nyligen har utvecklingen ökat förståelsen för CST-neuronernas ursprung och avslutande:

• 30-40 % kommer från den primära motoriska cortexen.
• Resten av fibrerna kommer från det kompletterande motoriska området (SMA), premotoriska cortexen (PMA), delar av de somatosensoriska områdena (S1 och S2) och delar av den bakre parietala cortexen.

På grund av de olika ursprung som bidrar till CST anses det att detta tract inte bara utgör en del av det motoriska systemet utan även har en stor sensorisk roll också.

• De fibrer som har sitt ursprung i den sensoriska cortexen slutar i ryggmärgens dorsalhorn.
• Här synapserar de med interneuroner som tar emot input från somatosensoriska receptorer och tros reglera information från perifera receptorer i ryggmärgen.
• Därför kan CST fungera som en ”grind” som modulerar eller hämmar information som anses vara användbar eller irrelevant .

Klinisk relevans

När de övre motoriska neuronerna i corticospinalbanan skadas kan det leda till en samling brister som ibland kallas övre motorneuronsyndrom.

• En lesion av CST kranial till pyramidernas decussation leder till brister på den kontralaterala sidan.
• En lesion av CST caudal till decussation av pyramiderna kommer att resultera i brister på den ipsilaterala sidan.

Stroke/Traumatic Brain Injury

• Bilden nedan föreställer den motoriska homunculus. Beroende på vilken aspekt av denna som är skadad kommer att resultera i motoriska brister på den kontralaterala sidan av kroppen.

Ryggmärgsskada

• Efter en ryggmärgsskada kan både den frivilliga (sensoriska och motoriska) och ofrivilliga kontrollen försämras, och graden av återhämtning är beroende av skadans svårighetsgrad (Freund et al, 2013). Eftersom CST redan har decusserat kommer de motoriska underskotten att vara ipsilaterala i förhållande till platsen för skadan.
• ASIA-utfallsmåttet, som bedömer både motorik och känsel, kommer att ge en indikation på nivån på ryggmärgslesionen och om den är fullständig eller ofullständig.
• Crozier et al (1991) drog slutsatsen att 89 % av dem som var ASIA B-E med pinprickpreservation fortsatte att gå i gång. Detta beror på den spinothalamiska traktens närhet till den laterala kortikospinalbanan och deras gemensamma blodtillförsel.

Bedömning

Effekten av en lesion i CST orsakar mer än bara muskelsvaghet. Den påverkar också synergistiska rörelsemönster som påverkar saker som fingerfärdighet, gångförmåga och aktiviteter i det dagliga livet.

Det finns ett antal resultatmått som kan användas beroende på vad man vill bedöma. Dessa inkluderar:

• 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)

Läs mer om resultatmått inom strokerehabilitering av Salter et al (2013)

Stinear et al (2007) föreslog att kortikospinalbanans integritet kan användas för att identifiera den sannolika omfattningen av den motoriska återhämtningen och kan möjliggöra ett lämpligt val av rehabiliteringsstrategier för personer som återhämtar sig från stroke . I en annan studie utförd av Stinear et al (2012) testade de användningen av PREP-algoritmen (Predicting Motor Recovery) för att bedöma sannolikheten för återhämtning av de övre extremiteterna. Genom att använda SAFE-poängen (summan av axelabduktion och fingerextension) 72 timmar efter stroke, transkraniell magnetstimulering, motoriskt framkallade potentialer i den drabbade övre extremiteten eller asymmetriindexet (mätt med diffusionsviktad MRT) kunde de förutsäga om det kunde ske en fullständig återhämtning eller ingen återhämtning. Dessa resultat tyder på att kliniker som använder PREP-algoritmen kan förutsäga den sannolika omfattningen av återhämtningen av den övre extremiteten och kan därför hantera patientens förväntningar från en tidigare period.

Bearbetning

Efter en skada på en del av kortikospinalbanan, t.ex. en stroke, försämras deras funktion vilket leder till kontralaterala motoriska underskott. Även om människor börjar uppleva motorisk återhämtning i viss utsträckning uppnås sällan fullständig återhämtning.

Efter en skada på corticospinalbanan sker en kaskad av händelser på både cell- och nätverksnivå som leder till en omorganisation av den motoriska kartan. Detta fenomen kallas neuroplasticitet och kan förstärkas av rehabiliterande träning, t.ex. motorisk kontroll och inlärning som uppnås genom upprepad övning. Andra behandlingsmetoder kan omfatta:

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

Det tros att det under dessa aktiviteter kan ske en axonal remodellering inte bara i den lesionerade kortikospinala banan utan även i den kortikorubrala banan från den ipsilesionella hemisfären som den rubrospinala eller den reticulospinala banan. Man tror att dessa djupa hjärnområden ger stöd åt CST.

En annan föreslagen mekanism är en ökad produktion av trofiska faktorer samt en ökad täthet av trofiska receptorer på den neurala ytan, vilket skapar en miljö som är mer lämplig för neurala ombildningar

Resurser