Veränderungen der Mikrostruktur motorischer Bahnen im physiologischen Alterungsprozess: eine Diffusions-Tensor-Bildgebungsstudie

Abstract

Das motorische System des Menschen unterliegt altersabhängigen Veränderungen. Gerade die Pyramidenbahn (PB) wurde eingehend mittels Diffusions-Tensor- Bildgebung (DTI) in diesem Zusammenhang untersucht. In der aktuellen Forschung rücken zudem die cortico-rubro-spinalen Fasern (CRSF), die einen Teil des sogenannten extrapyramidalen Systems bilden, aufgrund ihrer kompensatorischen Rolle im Regenerationsprozess post Schlaganfall in den Fokus. Bisher ist nahezu unbekannt, inwieweit sich die Mikrostruktur der CRSF im Alter verändert. Ziel dieser Studie war es daher, die CRSF gesunder älterer Probanden zu untersuchen und der Frage nachzugehen, ob die CRSF auch im Fall einer altersbedingten Degeneration der PB an funktioneller Bedeutung gewinnen. Zur Analyse mikrostruktureller Veränderungen der beiden Bahnsysteme im Alter wurden 88 jüngere (24,8 ± 3,9 Jahre) und 42 ältere (68,5 ± 5,2 Jahre) gesunde Erwachsene einer DTI-Untersuchung unterzogen. PB und CRSF wurden durch probabilistische Traktographie anhand von vordefinierten Regionen rekonstruiert und die Trakt-spezifischen DTI-Parameter (Fraktionelle Anisotropie, FA; axiale Diffusivität, AD; radiale Diffusivität, RD) zwischen den Altersgruppen verglichen. Die motorische Leistung und das motorische Lernen wurden mittels Neun-Loch-Steckplatten-Test, Finger-Tapping-Task sowie einer Kraftfenster-Aufgabe bei 28 der jüngeren und 26 der älteren Probanden ermittelt und mit den Trakt-spezifischen DTI-Parametern korreliert. Im Vergleich zu den jüngeren war bei den älteren Erwachsenen die FA der rechten PB niedriger. Die AD der rechten PB und der rechten CRSF sowie die RD der PB und CRSF beider Hemisphären zeigten sich indes im Alter höher. Die motorische Leistung war im Altersvergleich bei den älteren Probanden herabgesetzt. Ihr motorisches Lernen übertraf dagegen das der Jüngeren. Eine Korrelation von DTI-Parametern der CRSF und den funktionellen Parametern fand sich in keiner Altersgruppe. Bei den Älteren korrelierte die FA der rechten PB mit den funktionellen Parametern, bei den Jüngeren die AD der rechten PB sowie die RD der rechten und linken PB. Die niedrigere FA und die höheren direktionalen Diffusivitätsparameter AD und RD im Alter können als Korrelat degenerativer Prozesse angesehen werden. Die CRSF scheinen dabei altersabhängigen Veränderungen in ähnlichem Maß wie die PB zu unterliegen. Doch blieben die DTI-Parameter der CRSF in dieser Studie ohne wegweisende funktionelle Bedeutung. Anders als bei Beeinträchtigung der PB post Schlaganfall lässt sich bei der altersbedingten Degeneration der PB keine eindeutige kompensatorische Rolle der CRSF ableiten. Weiterführende, vor allem longitudinal angelegte Studien sind nun notwendig, um die Veränderungen der CRSF im Alter in ihrer Dynamik zu untersuchen.

The process of ageing affects the motor system. The age-related decline of microstructural integrity of the pyramidal tract (PB) has been extensively studied. In contrast, cortico-rubro-spinal fibers (CRSF) have been largely ignored in this context. Recently, diffusion tensor imaging (DTI) studies on stroke patients have demonstrated that CRSF can compensate for impairment of the PB. The main objective of this study was to investigate to what extent the microstructure of CRSF is subject to an age-related change. The question was put forward whether or not change in CRSF could be due to a compensating mechanism for degeneration of the PB, as described in stroke patients. To analyse microstructural changes of both motor pathways in aging, 88 young (24.8±3.9 years) and 42 older (68.5±5.2 years) healthy, right-handed adults underwent DTI. Regions of interest were used to reconstruct the PB and CRSF with probabilistic tractography. Mean fractional anisotropy (FA), mean axial (AD) and radial diffusivity (RD) of both tracts were compared between age groups. Motor behaviour was evaluated in 28 young and 26 older adults using a nine-hole peg test, a finger tapping task and a force-window task. Subsequently functional data were correlated with DTI-values. Group differences could be found in all reconstructed tracts, but the extent of alteration differed. Compared to the young, in older adults FA of the right PB was lower. AD of the right PB and CRSF was higher and RD of the PB and CRSF appeared to be higher in both hemispheres. Motor deficiencies in older adults were apparent in all motor tasks, whereas their ability for motor learning remained. DTI-values of CRSF and motor behaviour showed no correlation in both age groups. In older adults FA of the right PB correlated with functional parameters; in young adults AD of the right PB and RD of the right and left PB showed correlation with motor behaviour. The microstructure of CRSF seems to be equally affected by age-related degeneration as the PB. Other than in PB damage due to stroke, evidence that would support the concept of compensation is not distinct, as for CRSF no functional impact of DTI-values could be found in this study. However, there is the need for longitudinal studies, to investigate the dynamic of age-dependant changes in the microstructure of the CRSF.