Nucleii bazali

Acumulările de corpi neuronali, relativ delimitabile, din cadrul sistemului nervos central se numesc nuclei, iar dacă aceste acumulări se localizează la baza emisferelor cerebrale, vor porta denumirea de nuclei bazali. La aceleași agregări de corpi neuronali se referă și termenul de ganglioni bazali, impropriu deoarece un ganglion este o acumulare de corpi neuronali din cadrul sistemului nervos periferic. Nucleii bazali stabilesc conexiuni cu cortexul cerebral, talamusul sau trunchiul cerebral și sunt recunoscuți pentru contribuția adusă în funcțiile motorii. Totusi, lezarea conexiunilor nucleilor bazali poate fi cauza unor deficite cognitive, fiind de asemenea implicați și în reglarea comportamentului emoțional. [1]

Anatomie

Nucleii bazali sunt o colecție de corpi neuronali localizați de-o parte și de alta a talamusului, dedesubtul girusului cingulat, în afară și deasupra sistemului limbic. [2]

Inițial, neuroanatomistii au considerat ca fiind nuclei bazali toate structurile de materie cenușie, incorporate profund în emisferele cerebrale, mai aproape de aspectul bazal al acestora. Astfel, din nucleii bazali faceau parte nucleul caudat, putamen, nucleul accumbens, globus pallidus, talamusul, nucleul subtalamic, amigdala și claustrum. In viziunea neuroanatomistilor moderni, nucleii bazali sunt doar acei nuclei care, atunci când sunt lezați, produc tulburări motorii. Dintr-o astfel de perspectiva clinică, componentele nucleilor bazali au rămas doar nucleul caudat, putamen, globus pallidus, dar și nucleul subtalamic al diencefalului și substanță neagră a mezencefalului, conectați funcțional cu aceștia. [3] [1]

Doi dintre nucleii bazali se găsesc lateral de talamus, globus pallidus, mai aproape de talamus, și putamen, mai aproape de cortexul cerebral. Împreună, globus pallidus și putamen constituie nucleul lentiform. Nucleul caudat circumscrie fata laterală a talamusului sub forma unei virgule, prezentând trei segmente, cap, corp și coada. Nucleul lenticular și nucleul caudat sunt denumiți corpi striați, datorită aspectului caracteristic conferit de benzile de substanță albă a capsulei internă care îi străbat. Structurile din apropiere care sunt funcțional conectați cu nucleii bazali sunt substanță neagră și nucleul subtalamic. Axoni din substanță neagră fac sinapsa în nucleul caudat și putamen, iar nucleul subtalamic stabilește conexiuni cu globus pallidus. Deși implicarea acestuia în funcțiile motorii nu a fost elucidată, claustrumul, situat lateral de putamen, este considerat o subdiviziune a nucleilor bazali. Câteva date indică faptul că ar putea fi implicat în atenția vizuală. [1] [4]

Claustrumul

Este situat lateral de nucleul lenticular, între acesta și claustrum interpunându-se capsula albă externă, și medial de lobul insulei, de care este separat prin capsula albă extremă. Anterior și inferior, claustrumul vine în raport cu amigdala, componentă a sistemului limbic. [4]

Nucleul lenticular

Prezintă o fata laterală, care vine în raport cu clastrumul prin intermediul capsulei albe externe, o fata medială separată anterior de capul nucleului caudat prin brațul anterior al capsulei albe interne și posterior de talamus prin porțiunea talamo-lenticulară a brațului posterior al capsulei albe interne, și o fata inferioară pe care comisura albă anterioară lasă un șanț, anterior de care nucleul lenticular vine în raport cu substanță nenumită Reichert și posterior de care se insinuează porțiunea sublenticulara a brațului posterior al capsulei interne.
Două lame de substanță albă ajută la delimitarea subdiviziunilor componente ale nucleului lenticular. Lama medulară externă separă globus pallidus situat medial de putamen situat lateral.

Globus pallidus la rândul sau este împărțit de lama medulară internă în globus pallidus medial și globus pallidus lateral. Acesta primește aferente de la nucleul caudat și putamen și trimite eferente către substanță neagră. Substanță neagră localizată în mezencefal se colorează astfel datorită neuromelaninei, similara melaninei elaborate de melanocitele din epiderm sau stratul pigmentar al retinei. O porțiune din substanță neagră (parș compacta) contine neuroni dopaminergici care trimit semnale striatumului, iar boala Parkinson derivă din distrugerea acestor neuroni dopaminergici. În cealaltă porțiune a substanței negre (pars reticulata) predomină neuronii GABA-ergici, funcționează în controlul mișcărilor oculare și este implicată în boala Parkinson sau epilepsie.

Putamen este situat dedesubtul și înapoia segmentului anterior al nucleului caudat și pare a fi implicat în coordonarea comportamentelor automate, precum conducerea unui autovehicul sau mersul pe bicicleta. Leziuni în zona putamenului ar putea fi responsabile de simptomele sindromului Tourette. [4] [2]

Nucleul caudat

Este o structura în forma de virgula, căruia i se descriu trei segmente, cap, corp și coada.
Capul nucleului caudat, cel mai voluminos segment, reprezintă extremitatea rostrală a nucleului și este localizat pe peretele lateral al cornului anterior al ventriculului lateral. Ventral, capul nucleului caudat se continuă cu putamen prin benzi de substanță cenușie ce traversează brațul anterior al capsulei albe interne. De la nivelul foramenului interventricular Monro, capul nucleului caudat se continuă cu corpul nucleului caudat, care se îndreaptă către posterior pe planșeul porțiunii centrale a ventriculului lateral. În apropierea extremității posterioare a talamusului, corpul scade în diametru și se continuă cu coada nucleului caudat, situată în plafonul cornului temporal al ventriculului lateral. Coada nucleului caudat se incurbează către anterior până la nivelul nucleului amigdaloid.
Nucleul caudat trimite impulsuri nervoase lobului frontal, care ajung în special în cortexul orbital, iar un nucleu caudat hiperactiv poate fi asociat cu tulburarea obsesiv-compulsiva. Pe de altă parte, o activitate redusă a nucleului caudat poate fi semnalată într-o tulburare cu deficit de atenție, depresie, letargie sau în unele forme de schizofrenie. De asemenea, este implicat în akinezia fizică, un sindrom neurologic rar caracterizat prin pasivitate și pierdere marcată de automotivatie. [4] [3] [2]

Nucleul caudat și putamen au aceeași derivație embriologică, precum și caractere morfologice similare. Împreună alcătuiesc neostriatul. Paleostrialul este reprezentat de globus pallidus, iar arhistriatul de clastrum.

Conexiunile nucleilor bazali

Aferente neostriat

• Fibre corticostriate (de la cortexul cerebral)
• Fibre talamostriate (de la talamus)
• Fibre nigrostriate (de la substanță neagră)
• Fibre tegmentostriate (de la tegmentul mezencefalic)

Eferente neostriat

• Fibre caudopallidale și fibre putaminopalidalle (la globus pallidus)
• Fibre strionigrice (la substanță neagră)

Aferente paleostriat

• Fibre caudopallidale și fibre putaminopallidale (de la neostriat)
• Fibre subtalamopallidale (de la subtalamus)

Eferente paleostriat

• Fasciculul subtalamic, ansa lenticulară și fasciculul lenticular (la subtalamus)
• Fibre pallidohabenulare (la epitalamus)
• Fibre pallidonigrice (la substanță neagră)
• Fibre pallidotegmentale (la tegmentul mezencefalic) [4]

Rolul nucleilor bazali

O funcție majoră a nucleilor bazali este de a contribui la reglarea inițierii și finalizării mișcărilor. Activitatea neuronilor din putamen precede sau anticipează mișcările corpului, iar activitatea neuronilor din nucleul caudat are loc înaintea mișcărilor oculare. Globus pallidus ajută la reglarea tonusului muscular (grad de contracție minim al unui mușchi aflat în repaus) necesar mișcărilor specifice ale corpului. Nucleii bazali de asemenea controlează contracțiile subconștiente ale mușchilor scheletici, de exemplu balansul brațelor în timpul mersului.

Pe lângă influentă asupra funcțiilor motorii, nucleii bazali au și alte roluri. Ajută la reglarea unor procese cognitive, precum atenția, memoria, planificarea, iar împreună cu sistemul limbic contribuie la reglarea comportamentelor emoționale. [1]

Patologie

Tulburările nucleilor bazali sunt în principal caracterizate prin anomalii de mișcare, tonus muscular și postura. Există un spectru larg de prezentații clinice, ce variază de la diminuarea marcată a mișcărilor și hipertonie (boala Parkinson) la mișcări involuntare, anormale (diskinezii). Mecanismele fiziopatologice care mediază aceste tulburări au fost intens studiate în ultimă perioadă și sunt mai bine înțelese decât pentru orice alt tip de disfuncție neurologică complexă. Acest progres a condus la introducerea unor noi strategii terapeutice raționale pentru tratamentul medical și neurochirurgical a deficientelor motorii. [5]

Hipertonia este o creștere anormală a tonusului muscular că răspuns la destinderea pasivă a fibrelor musculare. Hipertonia severă este definitia rigiditatii. O funcție normală a nucleilor bazali, când sunt stimulați, este de a directiona semnale cortexului motor și trunchiului cerebral, inhibând tonusul muscular. În urma unei leziuni a nucleilor bazali, aceasta influentă inhibitorie este pierdută, iar simptomele de hipertonie sunt manifestate contralateral de leziune.

Diskineziile inseamna mișcări neintenționate, dezordonate, fără finalitate. Diskineziile pot fi clasificate în hiperkinezii și hipokinezii.

Tulburări hiperkinetice

Simptomele tulburărilor hiperkinetice sunt caracterizate prin mișcări anormale, involunatare sub forma de tremor, coree, atetoza, hemibalism.

Tremorul este o mișcare de amplitudine scăzută, ritmică a capului sau membrelor, iar coreea este o secvență de mișcări rapide, sacadate, oarecum agile și fluide, în principal ale mâinilor și picioarelor. Atetoza este o condiție în care individul afișează mișcări involunare, vermiculare, lente, de regula ale mâinilor și picioarelor. Aceasta condiție rezultă în urma degenerării neuronilor din globus pallidus lateral.

Hemibalismul este o condiție rară ce afectează de obicei persoanele cu vârstă înaintată. Se caracterizează prin mișcări involunare, de amplitudine largă, violente ale segmentelor proximale ale membrelor. Rezultă în urma unei leziuni vasculare cerebrale, mai exact a unui ram din artera cerebrală posterioară care irigă regiunea nucleului subtalamic. Nucleul subtalamic funcționează în integrarea mișcărilor fluide executate de diferite părți ale corpului. În mod normal, neuronii din nucleul subtalamic își proiectează fibrele glutaminergice (excitatorii) în globus pallidus medial și pars reticulata a substanței negre, de unde pleacă proiecții inhibitorii către talamus. Fibrele talamocorticale care sunt excitatorii se proiectează pe cortexul motor. Aceste proiecții sunt ipsilaterale, dar neuronii motori din cortexul cerebral decuseaza în piramide, astfel încât partea afectată a corpului va fi cea contralaterala leziunii. O leziune a nucleului subtalamic conduce la hiperactivitatea talamusului, suprastimularea cortexului motor rezultând astfel simptomele hiperkinetice. Deși hemibalismul se poate manifesta prin distructia nucleului subtalamic, frecvent apare prin distructia neuronilor striatului, care în mod normal inhibă globus pallidus lateral. La rândul sau, globus pallidus lateral exercită o influentă inhibitorie asupra nucleului subtalamic. Oricare ar fi cauza, efectul inhibitor exercitat de globus pallidus medial asupra talamusului este diminuat și implicit ariile corticale motorii suprastimulate. Hemibalismul poate fi atenuat prin administrarea de blocante de dopamina sau agenți GABA-mimetici sau prin îndepărtarea chirurgicală a nucleului lateral ventral al talamusului. [3]

Boala Huntington

Este o afecțiune genetică, transmisă dominant autozomal, cauzată de defectul unei gene de pe cromozomul 4. Simptomele bolii Huntington devin manifeste după vârsta de 30-40 ani, ca rezultat al degenerării neuronilor GABA-ergici și colinergici din neostriat și al degenerării simultane a cortexului cerebral. Un semn caracteristic al bolii Huntington este coreea, iar deteriorarea mentală progresivă este de asemenea întâlnită. Boala nu are remediu, tratamentul reușind doar să diminueze simptomele. Exitusul survine între 10-20 ani de la apariția simptomelor. [3] [1] [2]

Coreea Syndenham

Rezultă dintr-o infecție bacteriană, streptococul beta-hemolitic de grup A fiind implicat. Bacteriile exprimă la suprafață antigene similare receptorilor proteici localizați în membrana celulelor nervoase localizate în neostriat. Individul infectat de aceasta bacterie va produce anticorpi care vor reacționa cu antigenele bacteriene, dar și cu receptorii neuronilor din neostriat. Acești neuroni vor acționa ca și cum ar fi stimulați de neurotransmitatori, descărcând semnale electrice ce vor duce la apariția mișcărilor coreiforme. Aceasta condiție este temporară, iar persoana afectată se va recupera complet. [3]

Tulburări hipokinetice

Se caracterizează prin bradikinezie (execuție lentă a mișcărilor) sau akinezie, manifestată prin incapacitatea de a planifica sau efectua o mișcare către poziția dorită, și rezultă din degenerarea neuronilor din neostriat.

Boala Parkinson

Este cea mai prevalentă tulburare asociată ganglionilor bazali, afectând aproximativ 1% din indivizii de peste 50 de ani. Rezultă în urma degenerării neuronilor dopaminergici din pars compacta a substanței negre. Datorită degenerării acestor neuroni, dopamina nu este produsă. Astfel există o diminuare a nivelelor de dopamina în nucleul caudat și putamen, unde neuronii nigrostriati fac sinapsa. Simptomele de obicei nu apar până când aproape 80% din neuronii dopaminergici ai substanței negre au degenerat. Reducerea nivelelor de dopamina în neostriat duce la o creștere a eliberării de acetilcolina de către neuronii colinergici de la acest nivel, intensificându-se influenta inhibitorie exercitată de ganglionii bazali asupra talamusului. Un talamus inhibat substimuleaza terminațiile cortexului motor, rezultând execuția lentă sau pierderea mișcărilor, caracteristic acestei afecțiuni.
Victimele bolii Parkinson se confruntă cu tremor de repaus, rigiditate musculară, hipokinezie, bradikinezie sau reflexe posturale deficitare. Akinezia, prezentă în unele cazuri, poate da impresia că individul afectat este paralizat. [3]

Tratamentul bolii Parkinson urmărește creșterea nivelelor de dopamina și scăderea nivelelor de acetilcolina. Administrarea orală de dopamina este ineficientă, deoarece dopamina nu poate traversa bariera hemato-encefalică. Chiar dacă simptomele sunt parțial ameliorate de către levodopamina (L-dopa), un precursor al dopaminei, aceasta substanță nu încetinește progresia bolii, devenind ineficientă pe măsură ce mai mulți neuroni dopaminergici degenerează. Un alt medicament, selegiline este utilizat pentru a inhiba monoaminoxidaza, o enzima care degradează dopamina. Acest medicament încetinește progresia bolii Parkinson și poate fi administrat în asociație cu levodopamina. Medicamentele anticolinergice precum benztropina și trihexifenidilul blochează efectele acetilcolinei la nivelul unor sinapse dintre neuronii nucleilor bazali, contribuind într-o oarecare măsură la refacerea echilibrului dintre acetilcolina și dopamina. Medicamentele anticolinergice reduc în mod eficient simptomele.

Pentru mai mult de un deceniu, neurochirurgii au căutat să corecteze simptomele bolii Parkinson prin transplantarea de țesut nervos fetal bogat în dopamina în nucleii bazali, de regula în putamen, la pacienții aflați în stadii severe, însă doar un număr redus de pacienți au demonstrat postoperator un anumit grad de îmbunătățire, rigiditate scăzută sau creșterea rapidității în mișcare. O alta tehnică chirurgicală eficientă pentru unii pacienți s-a dovedit a fi pallidotomia, în care o parte din globus pallidus care generează tremorul și produce rigiditatea musculară este distrusă. De asemenea, pentru reducerea eficace a simptomelor bolii Parkinson se recurge și la stimulare cerebrală profundă, procedura ce presupune implantarea unor electrozi în nucleul subtalamic. [1]

Boala Wilson (degenerarea hepatolenticulara)

Este o tulburare genetică, transmisă recesiv autozomal, manifestată pe baza acumulării cuprului în țesuturi. Simptomele neurologice apar la persoane cu vârstă cuprinsă între 10-25 ani și rezultă din degenerarea în principal a nucleului lenticular, putând fi implicate și alte structuri, precum cortexul cerebral, talamusul, nucleul roșu și cerebelul. Degenerarea se manfiesta prin pierderea celulelor nervoase și acumularea astrocitelor protoplasmice (celule gliale). Degenerarea lenticulară este acompaniată de ciroza hepatică.
Indivizii afectați de boala Wilson manifestă tremor, rigiditate, mișcări coreiforme sau atetozice, dificultăți în vorbire. Tremorul nu este de repaus, îmbrăcând forma unui asterixis, tremor al mâinilor când articulația gatului mâinii se află în extensie. Simptomele pot fi ameliorate prin instituirea tratamentului corespunzător, urmărindu-se inclusiv scăderea concentrației de cupru din organism. [3]

Sindromul Tourette este o tulburare caracterizată prin mișcări involuntare (ticuri motorii) și emiterea unor cuvinte sau sunete necorespunzătoare (ticuri vocale). Deși cauza este necunoscută, cercetările indică o disfuncție a circuitelor nervoase cognitive între nucleii bazali și cortexul prefrontal. De asemenea, disfuncția circuitelor nervoase între nucleii bazali și sistemul limbic este indicată și în shizofrenie sau tulburare obsesiv-compulsiva. În schizofrenie, exacerbarea activității dopaminei la nivelul creierului duce la apariția halucinațiilor, distorsionarea realității sau a iluziilor paranoide. Persoanele cu tulburare obsesiv compulsiva experimentează gânduri repetitive (obsesii), care îi obligă la un comportament repetitiv (compulsii). [1]