Laboratorní disekce drah laterálního aspektu mozkové hemisféry

Overview

Cíl:
Cílem práce je objasnění průběhu jednotlivých drah laterálního aspektu mozkové hemisféry, dokumentace jejich polohy vůči sobě i ostatním strukturám mozku. Předkládáme postup laboratorní disekce subkortikálních oblastí.

Materiál a metodika:
Technikou dle Josefa Klinglera spočívající ve zmrazení formalínem fixovaného mozku jsme připravili a následně provedli laboratorní mikrodisekci šesti hemisfér. Výsledky jsme dokumentovali formou mikro- a makrofotografií, průběh jednotlivých drah jsme korelovali s výsledky traktografie u zdravého dobrovolníka.

Výsledky:
Disekční technikou jsme dokumentovali anatomii inzuly, laterálních lentikulostriatických perforátorů, fasciculus longitudinalis superior a inferior, fronto-occipitalis, uncinatus, claustrokortikálních spojů v capsula externa, commissura anterior a capsula interna. Všechny tyto dráhy vyjma fasciculus longitudinalis inferior, který je obtížně separovatelný od geniculocalcarinního traktu, jsou disekční technikou zřetelně a ilustrativně identifikovatelné.

Závěr:
Uvedená disekční technika je praktický výukový nástroj, umožní nám pochopení komplexity funkčních spojů mozku, jejichž studium je vhodné pro všechny začínající neurochirurgy.

Klíčová slova:
anatomie – kortex – mozkové dráhy –laboratorní disekce drah – traktografie

Úvod

Znalost anatomie je spolu se správnou indikací, pečlivou mikrotechnikou, intraoperativním monitoringem a po operační péčí jedním ze zásadních předpokladů úspěšné neurochirurgické operativy. Před operací můžeme polohu důležitých mozkových drah určit pomocí traktografie (DTI, Diffusion Tensor Imaging) a toto vyšetření implementovat do neuronavigace. Některé dráhy mohou být intraoperativně lokalizovány pomocí elektrické subkortikální stimulace a integritu motorické a senzitivní dráhy lze sledovat pomocí evokovaných potenciálů. Znalost 3D anatomie drah bílé hmoty však umocní představu neurochirurga a může vést k jeho větší jistotě během operace. V tomto článku popisujeme preparaci drah pomocí mikrodisekční techniky. K vlastní laboratorní práci nás inspiroval profesor Uğur Türe (Istanbul, Turecko) a doktor Niklaus Krayenbühl (Zürich, Švýcarsko) během laboratorního disekčního kurzu v létě 2010 a následné stáže v neuroanatomické laboratoři Yeditepe University v Istanbulu. Tito neuro chirurgové pod přímým vlivem zakladatele mikroneurochirurgie, profesora M.G. Yaşargila kladou absolutní důraz na znalost anatomie mozku. Naši laboratorní práci jsme se rozhodli doplnit traktografickým zobrazením drah a popisem jejich anatomicko-funkčního významu a publikovat formou přehledového článku.

Materiál a metodika Provedli jsme disekci šesti mozkových hemisfér pacientů, u kterých primární příčinou smrti nebylo mozkové onemocnění. Pro disekci drah mozku jsme mozek připravovali dle práce profesora Josefa Klinglera (1888–1963), který zavedl tuto techniku na anatomickém pracovišti v Basileji [1]. Po odběru byl mozek zavěšen za arteria basilaris do uzavřené nádoby s 10% formalínem, fixace trvala 1–2 měsíce. Poté jsme mozek řezem v oblasti corpus callosum rozdělili na obě hemisféry a za použití laboratorního mikroskopu Wild (Wolf, Leica, Německo) odstranili piu mater, arachnoideu a cévy na konvexitě obou hemisfér. Pak jsme mozek důkladně opláchli tekoucí vodou a na dva týdny zmrazili na teplotu –10 až –15 °C. Před disekcí byl mozek opět rozmrazen vložením do vlažné vody na 24 hod a následně osušen. Samotná preparace byla prováděna dřevěnými lopatkami pod zvětšením laboratorního mikroskopu, ostré řezy byly prováděny skalpelem a preparace jemných svazků vláken kovovým disektorem. Postup preparace prezentujeme v následujícím oddíle článku a dokumentujeme vybranými fotografiemi. Anatomii jednotlivých drah srovnáváme s jejich traktografickými rekonstrukcemi.

DTI skeny pro tuto anatomickou studii byly provedeny u zdravého dobrovolníka pomocí 1,5T skeneru (Avanto, Siemens, Erlangen, Germany). Použita byla spin-echo echo-planární DTI sekvence s následujícími parametry: 1 b = 0 s/mm² obraz a 20 směrově vážených obrazů b = 1 000 s/mm², TR/TE 8 000/94 ms, matrix 138 × 192, FOV 276 × 384 mm, izotropický voxel 2 × 2 × 2 mm, počet sliců 55, 2 repetice. Jako anatomický podklad byla použita T1 sekvence (TR/TE 1 900/3,37, matrix 256 × 192, voxel 1 × 1 × 1 mm). Dráhy byly rekonstruovány pomocí software StealthViz (Medtronic, USA) standardním algoritmem FACT (Fiber Assignment by Continuous Tracking).

Výsledky

1. Inzula a odstup laterálních lentikulostriatálních perforátorů

Preparaci začínáme v dolní části gyrus frontalis inferior, identifikujeme pars orbitalis, triangularis a opercularis, pokračujeme v dolní části precentrálního, postcentrálního gyru a supramarginálního gyru až ke konci ramus posterior Sylvijské rýhy (fissura lateralis cerebri). Poté obdobně preparujeme horní část gyrus temporalis superior, gyrus angularis a supramarginalis. Limitovaným odříznutím či náročnější postupnou preparací arkuátních vláken v celém rozsahu operkula směrem k přednímu, hornímu a dolnímu perinzulárnímu sulku ozřejmujeme inzulární lalok. Tento má tvar obrácené pyramidy a sestává se z gyri insulares breves (anterior, medius a posterior) a gyri insulares longi (anterior a posterior). Krátké a dlouhé inzulární gyri odděluje sulcus centralis insulae, který směřuje k sulcus centralis Rolandi. Gyrus insulae brevis medius a přilehlé sulci vykazují největší variabilitu [2]. Kromě uvedených gyrů můžeme nekonstantně pozorovat v přední části i gyrus insulae accesorius a transversus, který navazuje na orbitofrontální kůru. K ozřejmení sulcus periinsularis superior a inferior musíme resekovat gyrus subcentralis, resp. planum temporale. (obr. 1a). Bifurkace arteria cerebri media se nachází ve většině případů v oblasti limen insulae, mediálněji se můžeme soustředit na odstup laterálních lentikulostriatických perforátorů (obr. 1b). Ty odstupují z kmene M1 buď jednotlivě, či formou společného dále se větvícího trunku, distálně může jejich odstup zasahovat až do oblasti proximálních částí M2, mohou také odstupovat z časné frontální či temporální větve [3].

2. Fasciculus longitudinalis superior

Po odstranění zbytků krátkých a středních asociačních arkuátních vláken se v úrovni periinzulárních sulků dostáváme na úroveň fasciculus longitudinalis superior. Nalézá se v hloubce 22–25 mm od povrchu mozkové hemisféry, jeho lateromediální průměr je okolo 20 mm [4]. Sestává ze tří částí, pars horizontalis (frontoparietalis), pars verticalis (temporoparietalis) a fasciculus arcuatus (frontotemporalis). Fasciculus arcuatus je nejhlouběji, nacházíme jej nejblíže zadní části inzuly, laterálně a za ním pozorujeme svazek vláken parietálních částí směřujících do lobulus parietalis inferior (obr. 2a).

3. Fasciculus fronto-occipitalis, fasciculus uncinatus, capsula externa, claustrum, putamen, globus pallidus, laterální lentikulostriatické perforátory v putamen, commissura anterior, Flechsig-Meyerova klička

Po odstranění kůry inzulárních gyrů pozorujeme capsula extrema, kterou tvoří arkuátní vlákna vlastní inzuly a její spoje s přilehlým operkulem. Po jemném odstranění těchto vláken ozřejmujeme poměrně diskrétní dorzální claustrum (jeho pars compacta), které je v kontinuitě s vlákny capsula externa s rozsáhlou kortikální projekcí (obr. 3a). Po ostrém odstranění vláken vertikální části fasciculus longitudinalis superior pozorujeme ventrodorzálně směřující vlákna fasciculus fronto-occipitalis. Ty se napojují na superomediální část mohutného svazku spojujícího frontobazální oblasti s temporálním lalokem – fasciculus uncinatus. Nad těmito svazky již pozorujeme tmavší a porézní hmotu putamen, ve kterém probíhají směrem k vnitřní kapsule laterální lentikulostriatické perforátory proximálně podbíhající fasciculus uncinatus (obr. 3b). Pokud postupujeme hmotou bazálních ganglií mediálněji, odstraníme světlejší a více kompaktní globus pallidus a pozorujeme anteromediálně směřující commissura anterior (obr. 3c). Substantia innominata je uložena pod úrovní přední commissury, nachází se v ní nucleus basalis Meynerti – hlavní cholinergní zdroj mozkové kůry. Mediálně substantia innominata pokračuje k bazi septální oblasti, obsahující nucleus accumbens, a zasahuje až k laterálnímu hypothalamu. Při pečlivé preparaci drah pod temporální částí fasciculus uncinatus a fasciculus fronto-occipitalis před temporálním rohem postranní komory a laterálně od ní můžeme odlišit vlákna Flechsig-Meyerovy kličky, tvořící ventrální část zrakové dráhy (obr. 4a, b).

4. Capsula interna, nucleus caudatus, thalamus, tractus opticus, radiatio optica, fasciculus longitudinalis inferior, postranní komora

Po odstranění hmoty bazálních ganglií můžeme pozorovat přední raménko capsula interna, prostoupené ostrůvky šedé hmoty (ponticuli striatici) spojující putamen s caput nuclei caudati. Za předním raménkem posteriorněji jsou genu a zadní raménko capsulae internae. Kraniálněji odstraníme větší rozsah capsula externa a horizontální část fasciculus longitudinalis superior a můžeme sledovat část motorické dráhy přímo z precentrálního gyru. Je dobré si povšimnout jejího poměrně povrchového uložení při horním okraji putamen, v úrovni horního periinzulárního sulku, kde může být přímo ohrožena při operacích v inzulární oblasti (obr. 5a) [5]. Ostrým řezem můžeme na horním okraji nucleus caudatus přetnout vnitřní kapsulu a sledovat dozadu ubíhající corpus a caudu nuclei caudati. Horní okraj caudata navazuje na ependym postranní komory; tu ozřejmíme i v oblasti atria komory, jehož laterální stěna je překryta svazkem stratum sagittale, tvořeným zrakovou dráhou a laterálněji fasciculus longitudinalis inferior, spojující extrastriatální kortex okcipitálního laloku s temporálními oblastmi. Ještě níže otevíráme temporální roh postranní komory, jehož horní a laterální stěnu kryje ventrální část optické radiace a opět fasciculus longitudinalis inferior. Po odstranění genu a posteriorní části capsula interna a části radiatio optica se nám odkrývá thalamus. Pokud vnitřní kapsulu sledujeme a odstraníme až k pontu, otevírá se nám pohled na tractus opticus, směřující anteromediálně pod commissura anterior k chiazmatu. Dolní část vnitřní kapsuly a tractus opticus v této oblasti již zásobuje arteria choroidea anterior (obr. 5b). Před koncem temporálního rohu postranní komory nacházíme amygdalu, pozorujeme i na ni navazující a thalamus obkružující stria terminalis. Vytětím nucleus caudatus se dostáváme do postranní komory, pozorujeme vena thalamostriata a odstraněním plexus choroideus ozřejmujeme fornix, směřující bazálně do corpora mamillaria. Posteriorně můžeme na krátkou vzdálenost sledovat tractus mamillothalamicus. Přehled DTI rekonstrukcí hlavních disekovaných drah podává obr. 6.

Diskuze

Dráhy dělíme na asociační – spojující jednotlivé části hemisféry, komisurální – spojující identické oblasti obou hemisfér, a projekční – spojující oddíly nervového systému v kraniokaudálním, resp. opačném směru.

Asociační dráhy dále dělíme na krátká a středně dlouhá arkuátní vlákna (fasciculi arcuati), spojující sousední, resp. okolní gyri v rámci jednotlivých i sousedících laloků mozku. Dlouhá asociační vlákna se seskupují do svazků a spojují vzdálenější oblasti různých mozkových laloků. Mezi největší svazky patří fasciculus longitudinalis superior (či jeho část fasciculus arcuatus), fasciculus longitudinalis inferior, fasciculus fronto- occipitalis superior a inferior, fasciculus uncinatus a cingulum. Hlavní komisurální drahou jsou corpus callosum a commissura anterior. K projekčním drahám náleží capsula interna, claustrokortikální spoje a geniculocalcarinní trakt [6,7]. V diskuzi se zaměříme na některé zajímavé fyziologické aspekty jednotlivých drah laterálního aspektu hemisféry.

Fasciculus longitudinalis superior představuje multifunkční asociační systém propojující jednotlivé vstupy vyžadované vyššími funkcemi lidského mozku. V nedominantní hemisféře hraje roli při uvědomování si prostoru. Jeho frontoparietální segment spojuje prefrontální oblasti regulující zrakovou pozornost vůči jednotlivým částem prostoru s lobulus parietalis inferior, tedy vysoce specializovanou asociační kůrou. Zajišťuje zpracování zrakových informací vzhledem k prostoru, deficitem je levostranný postorový hemineglekt. Temporoparietální segment spojuje lobulus parietalis inferior a gyrus temporalis superior, zpracovávající sluchové informace, zajišťuje analogicky sluchově prostorové informace. Frontotemporální arkuátní segment propojuje audiovizuální zpracování informací bez spojení s asociační parietální kůrou. V dominantní hemisféře má tento svazek vztah k zajištění mít rozdílně vyjádřené formy, jak prokázali Lichtheim [8] a McCarthy s Warringtonem [9], např. zachované opakování vyžadující aktivní sémantické zpracování, avšak s poruchou pasivní repetice. Existuje tedy zřejmě jednak přímá arkuátní cesta umožňující rychlé opakování a nepřímá cesta s úrovní sémantického/fonologického vstupu mezi verbálním vstupem a artikulačním výstupem. Frontoparietální část nepřímé cesty zajišťuje tedy vokalizaci sémantické (významové) složky řeči, je popsána jako dorzální fonologická cesta, deficitem je fonologická (zvuková) apraxie. Temporoparietální část zajišťuje porozumění slyšené významové složce řeči. Tento komplexní model podporují Catani et al [10], kteří pomocí DTI rekonstrukcí zobrazují také nepřímou laterální cestu přes dolní parietální lobulus. Fernandez- Miranda et al tyto kortikální spoje potvrzují přímou anatomickou disekcí vláken během laboratorní práce [4].

Fasciculus fronto-occipitalis inferior je lokalizován ve ventrální části capsula extrema a externa, spojuje prefrontální oblast se středním a dolním temporálním gyrem a okcipitálním lalokem. Je popisován jako ventrální sémantická cesta, Duffau et al při jeho stimulaci během resekcí gliomů popsali poruchy opakování a parafázické chyby [11]. Schmahmann a Pandya [12] této dráze připisují význam pro neartikulační aspekty řeči (gramatika, skladba), může mít také podobnou funkci jako fasciculus longitudinalis inferior při rozpoznávání objektů. Fasciculus frontooccipitalis superior je klasickými anatomickými pracemi založenými na jednotlivých řezech mozkem lokalizován mezi corpus callosum a nucleus caudatus. Jeho existenci však zpochybnili Türe et al ve své pečlivé mikrodisekční práci zabývající se distální projekcí těchto vláken. Tuto anatomickou strukturu považují spíše za projekční vlákna horního thalamického pedunklu [13].

Fasciculus longitudinalis inferior přikládající se laterálně k optické radiaci ve stratum saggitale, spojuje extrastriatální oblasti laterální části okcipitálního laloku i prestriatální asociační kůru – cuneus, gyrus lingualis a fusiformis s meziotemporálními a temporálními gyri. Zajišťuje vizuální identifikaci objektů, rozlišení a rozpoznávání, jeho léze způsobuje vizuální agnózii a vzhledem k zapojení s limbickými paměťovými a emočním komplexity lidské řeči. Dle klasického Burdachova a Dejerinova konceptu byla jeho léze charakterizována normální fluencí řeči a normálním porozuměním, ale poruchou opakování právě slyšeného. Takto definovaná kondukční afázie však může strukturami i prozopagnózii, vizuální amnézii (neschopnost ukládat vizuální informace do krátkodobé paměti, ostatní smyslové modality ukládány jsou) a vizuální hypoemocionalitu. Nelze opomenout, že zapojení je obousměrné (feed-back) a můžeme předpokládat také význam dráhy pro přednostní zrakové zaměření emočně důležitých vizuálních stimulů. Disekce pouze této dráhy je vzhledem k blízkosti ke zrakové dráze velice obtížná, např. Tusa a Ungerleider její existenci zpochybňovali [14]. Naopak DTI v jejím případě vykazuje lepší možnosti zobrazení, Catani et al popisují úspěšné přímé trasování spojů extrastriatální okcipitální kůry s temporálními oblastmi, definovali i nepřímou vícestupňovou cestu pomocí U-vláken [15], jeho výsledky jsou v dobré shodě se elektrofyziologickou latencí dvou vln (2 a 200 ms) při aktivaci parahippokampálních buněk vizuálními stimuly [16].

Fasciculus uncinatus spojuje orbitofrontální i frontopolární oblasti, regulující chování, emoce, rozhodování a sebekontrolu s temporálním pólem. Temporální pól dle jeho jednotlivých částí zpracovává sluchové (rostrální gyrus temporalis superior), zrakové (rostrální gyrus temporalis inferior), somatosenzorické a chuťové (rostrální inzulární kůra), paměťové (parahippokampální gyrus) a emoční (amygdala) informace. Spojení s frontálním lalokem je tedy důležité pro zpracování nových informací a emocionalitu zvukových i vizuálních podnětů. Jedná se o ventrální limbickou cestu spojující emoční složku s kognitivní. Dorzální limbickou cestu tvoří cingulum, spojující hippokampus a parahippokampální gyrus s prefrontálními oblastmi, manipulujícími s paměťovými informacemi i s rostrálním gyrus cinguli, důležitým pro motivaci.

Klaustro-kortikální projekční spoje do jiných asociačních korových oblastí jsou dominantně lokalizovány v capsula externa a jsou topograficky organizovány [17]. Nutno vyzdvihnout práci českého anatoma Drugy, prokazující neokortikální zapojení klaustra u koček a krys [18]. Význam klaustra pro člověka je nejasný, u ostatních savců se předpokládá integrační funkce motorických, somatosenzorických a vizuálních vstupů. Zajímavostí je, že klaustrem se intenzivně zabýval Francis Crick [19] – objevitel DNA, a jeho závěry podporují i PET či fMR studie. Dle těchto prací klaustrum v rychlém časovém sledu integruje informace z různých neokortikálních oblastí, což je esenciální faktor pro přítomnost vědomí. Duffau et al však při operacích inzulárních gliomů dokumentovali unilaterální lézi klaustra jako zcela asymptomatickou [20]. Naopak zásadní význam klaustra pro vědomí podporuje práce dokumentující jeho oboustranou selektivní lézi při herpetické encefalitidě, která vedla k těžké poruše vědomí [21].

Commissura anterior se skládá ze dvou složek, přední olfaktorní je menší a obsahuje vlákna mající vztah k čichovým centrům. Zadní část spojuje amygdaly, temporální póly, inferotemporální a okcipitální kůru. Kromě komisurální funkce pro limbický systém má zřejmě také komplementární roli ke corpus callosum ve sdílení zrakové informace oběma hemisférami [4].

Zatímco anatomická laboratorní disekce přináší detailní poznatky o struktuře bílé hmoty na kadaverickém materiálu, pomocí DTI je možné zkoumat anatomii mozkových drah také u živých subjektů v anatomických i patologických souvislostech. Když pomineme užití u patologických stavů a při výzkumu anatomie, DTI přináší též možnost kvantifikace difuzních parametrů bílé hmoty u zdravých dobrovolníků a dovozování funkčních souvislostí na základě porovnávání s výsledky testů kognitivních schopností např. u dyslexie [22]. To pak vede k dalšímu rozšiřování našich znalostí o funkčně- anatomických souvislostech vyšších nervových funkcí. Největší nevýhodou je prozatím velmi nízké rozlišení i u špičkových klinických MR přístrojů, pohybující se okolo 2 × 2 × 2 mm. Snadno nahlédneme, že menší dráhy jsou již pod rozlišovací schopností takovéto techniky, navíc budou výsledky významně ovlivněny efektem částečného objemu. Pro nemožnost zobrazení takovýchto menších spojů v bílé hmotě mozkové konvenční deterministickou traktografií FACT (Fiber Asignment by Continuous Tracking), jež vytváří obraz dráhy prostým spojováním bodů na základě zjištěného směru difuze, byly vyvinuty i metody probabilistické, založené na určení pravděpodobnosti existence určitého spojení nejen na základě informací z daného voxelu, ale beroucí v úvahu i informace získané například v jeho blízkém okolí. Dalším úskalím metody trasování je možná přítomnost křížících se vláken v daném voxelu. To představuje například rozhraní corpus callosum (laterolaterálně běžící vlákna) a gyrus cinguli (vlákna běžící po obvodu kolmo na vlákna corpus callosum). Voxel z takovéto oblasti pak bude obsahovat informace o vyšší intenzitě difuze ve dvou směrech, což je již stav, ve kterém standardní model difuzního tenzoru selhává (tenzor má pak tvar disku nevyjadřující reálné směry difuze v dané oblasti). Existují pak další matematické metody, založené zejména na měření difuze ve větším množství směrů (HARDI, High Angular Resolution Diffusion Imaging), které umožňují tento stav vyřešit implementací jiného matematického modelu, jako je např. Q-ball imaging.

Závěr

Laboratorní disekce vláken bílé hmoty má pro neurochirurga praktický edukativní význam a dle naší zkušenosti výrazně posílí znalost anatomie lidského mozku. Zlepšuje třídimenzionální představivost operatéra o poloze jednotlivých drah vůči sobě i ostatním strukturám mozku, např. bazálním gangliím a komorovému systému. Má přínos pro lepší porozumění snímkům magnetické rezonance, plánování operací, pochopení, a tím i předejití pooperačním deficitům. Znalost anatomie drah také zlepší interpretaci nyní stále více používané traktografie (DTI).

Považujeme ji za důležitou během přípravy neurochirurgického rezidenta na operativu mozkových gliomů, u nichž je nutno strategii operace přizpůsobit proliferačnímu či difuznímu způsobu růstu nádoru. Nelze opomíjet ani výzkumný aspekt této metody umožnující lepší pochopení anatomie a propojení cílových struktur některých spojů, přinášející i v dnešní době nové poznatky, mnohdy modifikující již desetiletí uváděná fakta, často přepisovaná z klasických učebnic.

MUDr. Robert Bartoš, Ph.D.

Neurochirurgická klinika

UJEP a Krajská zdravotní, a.s. –

Masarykova nemocnice v Ústí

nad Labem, o.z.

Sociální péče 12A

401 13 Ústí nad Labem-Bukov

e-mail: mnbartos@mnul.cz

Přijato k recenzi: 16. 5. 2011

Přijato do tisku: 10. 8. 2011