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眩晕基本功:耳石半规管信号的5条上行通路丨“
发布时间发布时间:2020-10-17 06:43

  耳石器主要感知直线加速运动和重力,半规管只要感知角加速运动,而这些信息是如何上行到达中枢,从而引起前庭眼动反射,并进行空间定位导航呢?可能很多医生并不是很清楚,这篇小文就将这方面的研究进展做一个小小的概述,以期对感兴趣的临床医生提供一些帮助。

  目前已经发现,传导耳石/半规管信号的上行通路主要有5条,包括:1、内侧纵束(MLF),2、代特(氏)上行束(ATD),3、交叉性的腹侧被盖束(CVTT), 4、结合臂(BC,或称为小脑上脚,SCP),5、同侧前庭丘脑束(IVTT)。

  内侧纵束是一个双向通路。它连接动眼神经核,并将前庭信息从前庭核(主要是前庭内侧核(MVN)和前庭神经上核(SVN))传递到眼动相关核团和中脑整合中枢(Cajal间质核,即INC,内侧纵束喙侧核,即riMLF),以提供运动中的眼-头协调功能。

  在猫和猴子等动物研究中发现,上行的上向前庭眼动信号(upward vestibular eye movement (VEM))和向上的眼球位置信号(upward eye position (EP))的兴奋性和抑制性通路经MLF传导至动眼神经核。其中主要传导上向眼动的兴奋性信号,起自前庭神经内侧核,在中线上行,之后跨越至对侧MLF中上行,投射到动眼神经亚核,即控制上提眼肌的运动神经元。MLF也包括一些下向的兴奋性眼动信号,也源自MVN,经对侧MLF,投射到对侧的滑车神经核和动眼神经核,控制下直肌神经元。上向和下向的抑制性信号则源自SVN,经同侧MLF,到达同侧滑车神经核和动眼神经核的一些亚核。因此MLF包括四条不同的通路,来参与前庭性眼动反射。

  在人类,只有间接的证明以上理论的证据。Brandt and Dieterich团队发现内侧纵束尾部和前庭神经的病变导致同侧眼倾斜反应(ipsiversive ocular tilt reaction,OTR),当病变在脑桥头侧或中脑时(在动眼神经核,riMLF和INC)会导致相反的OTR。他们认为有这种通路的原因是MLF在脑桥内存在交叉。在36%的病例中,除了OTR外,患者还表现出核间性眼肌麻痹internuclear ophthalmoplegia (INO),而这一点恰好验证了他们的假说。在2008年Zwergal和他的同事对120例出血性或缺血性脑干卒中患者进行了调查。他们发现,脑干卒中患者中98%有INO的患者同时至少有一个相反的OTR成分,主要是SVV的偏斜,但也有50%的反向偏斜和眼球扭转。他们在“一个半综合征”患者中也观察到了OTR。因此,他们认为前庭(主要是耳石)纤维一定走形于MLF中或靠近MLF。

  关于INO,神经内科医师比较熟悉,该病考虑是MLF损伤引起。在双侧INO患者中,上向和下向VEM增益会严重受损,下降至正常的三分之一。在INO患者中,相对的上向和下向的VEM和EP信号的传导过程中的平衡障碍可以解释为什么在原位观察不到垂直眼震,最多是在上向凝视和或下向凝视时出现凝视诱发眼震。单侧INO患者,表现为头部发生高加速度的旋转时,上向VEM增益受损,但下向VEM增益受损更重,说明上向VEM信号可以由两条通路共同传导,即MLF通路和MLF外的另一条通路,这条“另外的通路”就是我们下面会给大家讲到的SVN-VTT通路。

  代特(氏)上行束一开始是在猫的神经束示踪研究中被发现,ATD位于MLF外侧,细胞群主要位于前庭神经复合体外侧部,同侧投射到动眼神经核的下直肌和内直肌亚核,以及Edinger–Westphal complex。有学者认为ATD携带调节眼球会聚运动的信号。在其实验中,个别ATD神经元对线性加速运动敏感,其活性与视距相关。另外,该上行束还将前庭内侧核和舌下神经间质核与第3对颅神经核,中央内侧核和同侧丘脑的腹外侧核复合体连接起来,参与同侧前庭-丘脑投射。

  由于ATD临近MLF,在临床上想观察到单纯ATD损伤而MLF不受累并不容易。因此目前并没有临床证据能证明ATD内包括Roll平面的前庭-知觉信号传导。在数百例患者的文献研究中也没有找到背侧脑桥中脑旁中央区损伤合并同侧SVV偏斜的病历。考虑原因:同侧SVV偏斜被同时存在的MLF损伤引起的更明显的对侧SVV偏斜所掩盖。因此,目前认为ATD主要是作用于会聚性眼动的前庭-眼动投射。

  交叉性的腹侧被盖束(CVTT)在猫、猴子和人的研究中都证实是上向EP和VEM的兴奋性通路。CVTT连接SVN,传导兴奋性前半规管信号,产生上向VEM,信号传导至动眼神经核的上直肌和下斜肌运动神经元。CVTT在猫身上的解剖走形已经明确:起自SVN,接受上半规管兴奋性传入,产生向上的眼球慢速运动。VTT自SVN发出后,在脑干下段走形于小脑上脚的腹外侧,在脑桥中段弓形向内走形并进入脑桥腹侧被盖,紧贴脑桥被盖网状核的上极,并在此水平交叉(该交叉在人类可能位于脑桥后基底部),之后在对侧脑桥上段的腹侧被盖内向喙侧走形,与内侧丘系相邻,止于动眼神经核的上直肌和下斜肌运动神经元。形成一条特殊的兴奋性上的上向的VOR传导通路。在猴子,CVTT的脑干走形类似于猫,但有一个副支终止于丘脑。

  图1 猫的CVTT解剖 A为脑干矢状位,B为冠状位。(1)CVTT中段的损伤,邻近十字交叉处,在脑桥中段的前部,(2)CVTT初始段的损伤,位于低位脑桥后-外侧部。(3)CVTT终末段的损伤,位于中脑被盖的前-内侧部。BC小脑上脚,BCX小脑上脚交叉,CS Raphe中央上核,IP脚间复合体,M前庭神经内侧核,NPTP脑桥被盖网状核,RN红核,S前庭神经上核,

  那么,在人类存在类似于猫和猴子的CVTT的证据是什么呢?主要是几个PPUN病例报道,考虑是累及脑桥被盖前部,邻近脑桥中段后基底部,脑桥上段的相对较大的和双侧的损伤。在这个水平,没有联合MLF或者BC的损伤,因此认为人类也存在CVTT。其在走形中段穿过脑桥的中央部。

  在最近的PPUN病历报道中,损伤都非常小(图2A),可能恰好位于CVTT交叉部(图1)。恰好位于脑桥中段水平,考虑人类的CVTT交叉位于脑桥基底部的后界处,而不是位于脑桥被盖前部。该患者中,上向VEM的增益降低,大约是下向VEM的一半。因此认为CVTT不仅参与上向EP信号的传递,还参与上向VEM信号的传导。在PPUN的另外一个病例中,损伤可能累及了SVN的上极和CVTT的初始段(位于脑桥被盖下段的后-外侧部)(图1和2B)最后,另外一个PPUN的病历的损伤部位位于中脑被盖的前部,考虑可能是类似于猫的CVTT终段处的损伤(图1)。这些证据集合起来可以作为证据证明在人类,CVTT在传导上向兴奋性EP和VEM信号中起重要作用。

  可见兴奋性的上向前庭眼动信号经两条通路传导:兴奋性前庭神经内侧核-内侧纵束通路(MVN-MLF通路)和兴奋性前庭神经上核-腹侧被盖束通路(SVN-VTT通路)。

  图2 导致PPUN的小的脑桥损伤。A、水平位显示(MRI,T2)单侧损伤,恰好位于脑桥中段水平,在左侧脑桥基底的后-旁中央部。B、矢状位(MRI,T2)显示单侧损伤,累及右侧脑桥被盖下段的后-外侧部,BC未累及。

  BC也包括一部分上向VEM信号,主要是一些较老的实验数据证实(1978年)。Baier在40年前对79例单侧脑干病变患者进行OTR体征研究时发现,小脑上脚(结合臂,BC)可能是患者的责任病灶所在(仔细分析该文章的病变范围,病变也影响了riMLF,INC,MLF等结构)。

  仔细阅读BC损伤相关的临床病例报道,会发现这些病例可能是BC损伤诱发的原位上跳眼震(primary position upbeat nystagmus ,PPUN)。而这些病例都是较大的双侧肿瘤或血肿,破坏和或挤压了整个脑桥下段的被盖部,可能同时损伤了CVTT和BC[注:BC和CVTT在解剖上距离较近,特别是低位脑桥被盖部这个地方,CVTT恰好位于BC前界处]。

  此外,位于中脑下段BC交叉水平的BC的损伤没有导致PPUN。最后,不同意BC作为上向眼动传导通路的主要依据是两个病例报道文献,这两个病例报道文献均是局限于BC附近的脑干损伤,表现为凝视诱发眼震或者位置性下跳眼震(而非上跳眼震)。因此BC目前是否是上向眼动兴奋性通路,还有很大争议。

  IVTT是位于内侧丘系内侧缘的一组纤维,源自Y细胞组,上行至中脑。投射主要包括耳石器信号。虽然这些纤维功能上成为同侧前庭丘脑束IVTT,但是并没有在嘴侧进入丘脑,与丘脑的联系主要来自临床证据。在一组14例患者的研究中,脑桥中脑前内侧梗死,产生同侧SVV偏斜,而没有眼动系统功能失调。薄层MRI损伤区重叠描绘发现损伤部位位于内侧丘系内侧缘附近,从SVN发出,上传至中脑。这个纯粹的前庭-知觉功能失常提示初级的非交叉的IVTT,绕过动眼神经核,可能到达丘脑后外侧部,经与内侧丘系相同的通道。丘脑后外侧部是灵长类动物和人类的双侧前庭投射的投射靶点。在松鼠猴,在丘脑后外侧部存在前庭感觉神经元,电刺激同侧前庭神经核后经4ms的潜伏期后这些神经元会被活化。这表明存在一个直接的同侧前庭-丘脑投射。

  在人类可能存在一个三突触前庭-丘脑-皮层投射(trisynaptic vestibulo-thalamo-cortical projection),主要证据:直流电刺激同侧前庭神经后经过10ms的短潜伏期可在皮层记录到前庭电位。IVTT被认为是同侧前庭-丘脑投射的等价物,表现为一个快速的前庭反射通路,在头或者身体移动后快速的将前庭信息转换传递到丘脑和皮层。为皮层提供多感觉网络,通过头部加速度和位置信息来感知身体运动和空间定向。这一信息对于在不同的参考坐标系内(基于眼,头,身体的不同参考坐标系)区别自主运动的组分来讲是非常重要的。在丘脑后外侧部有大量的前庭敏感性神经元,这些神经元将耳石器信息和半规管信息混合起来,便于区分头部的线性加速运动和重力加速运动。对于线性运动到一侧(同侧耳石器传入兴奋),偏斜向对侧(对侧半规管传入兴奋),这些信息在丘脑的前庭敏感性神经元(vestibular-sensitive thalamic neurons)汇集并整合作出正确的反应。平行上行至丘脑的前庭通路中:来自同侧耳石器的信号(IVTT),对侧半规管投射信息(MLF,CVTT),在丘脑汇集,共同用于运动感知和垂直感知(重力信息)功能的实现。

  ➤MLF内侧纵束的病变:脑干尾部:眼部倾斜反应OTR偏向患侧(患侧在下,类似于外周病变);脑干头部:眼部倾斜反应偏向健侧(交叉后)。

  ➤CVTT交叉腹侧被盖束和BC小脑上脚(结合臂)的病变:OTR偏向健侧,上跳眼震。

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