Charakterisierung autosomal-dominanter spinozerebellärer Ataxien mittels transkranieller Magnetstimulation und transkranieller Hirnparenchymsonographie

Zusammenfassung

Innerhalb der autosomal-dominant vererbten spinozerebellären Ataxien (SCA) sind zurzeit 26 genetisch determinierte Typen bekannt, deren Prävalenz in Abhängigkeit von Ätiologie und Genetik variiert. Der häufigste Typ ist die SCA3 oder auch Machado-Joseph-Erkrankung mit einer Prävalenz von regional unterschiedlich bis zu 3 %. Kennzeichnendes Merkmal der SCA ist die auch innerhalb eines Types heterogene klinische Präsentation, die eine Zuordnung zu einem Typen der SCA nach klinischen Kriterien erschwert. Der Einsatz von paraklinischen diagnostischen Verfahren zur weiteren Charakterisierung der SCA-Typen ist daher zum besseren pathophysiologischen Verständnis und zur klaren klinischen Einteilung anzustreben. Unter den dazu eingesetzten neurophysiologischen Verfahren wird in dieser Übersichtsarbeit die aktuelle Befundsituation bei SCA-Patienten in der Untersuchung mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) und transkranieller Hirnparenchymsonographie (TCS) dargestellt. In den TMS-Untersuchungen ergab sich als kennzeichnend für die SCA1 eine deutlich verlängerte zentralmotorische Leitungszeit und erhöhte Ruhemotorschwellen, für die SCA3 eine Vergrößerung der MEP-Amplitude und -Fläche und für die SCA2, 3 und 17 eine Reduktion der kurzlatenzigen intrakortikalen Fazilitierung im Doppelpulsparadigma. Ähnliche Befunde wurden allerdings auch in TMS-Studien zu verschiedenen anderen degenerativen Kleinhirnerkrankungen gefunden. In den bislang wenigen Untersuchungen mittels TCS ergaben sich für Patienten mit einer SCA3 und SCA17 eine Erweiterung des IV. Ventrikels und Hyperechogenitäten im Bereich der Basalganglien. Auffällig für die Patienten mit einer SCA17 fand sich zudem eine Hypoechogenität der Hirnstammraphe. Zusammenfassend ergeben sich für die TMS- und TCS-Untersuchungen in verschiedenen SCA-Typen distinkte, wenn auch nicht spezifische pathologische Muster, die in der differenzialdiagnostischen Einordnung dieser Patienten hilfreich sind.

Abstract

Spinocerebellar ataxia (SCA) is a term recently used for genotype-based autosomal dominant ataxic disorders of which by now 26 subtypes are known with varying prevalence depending on subtype and geographical distribution. The most common subtype is SCA3 with a presumed prevalence of up to 3 %. Typically SCA have a wide range of clinical signs also within a distinct subtype, which makes a clinically-based diagnosis impossible. The relevance of supplementary investigations including neurophysiological procedures in SCA patients lies in characterising the distinct pattern of findings of SCA subtypes, and by this, assisting in offering a rational use of neurogenetical testing. We give below a summary of present findings of SCA patients investigated by transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial brain parenchyma sonography (TCS). TMS investigations showed a significant prolongation of central motor conduction time and a raised resting motor threshold in SCA1, an enlarged MEP amplitude and area in SCA3, and a reduced intracortical facilitation in SCA2, 3 and 17. However, similar findings have been reported for patients with other types of degenerative cerebellar syndromes. There are so far only two reports of SCA patients investigated with TCS. For SCA3 as well as for SCA17 hyperechogenicities of basal ganglia and a dilated fourth ventricle were detected. SCA17 patients also showed a hypoechogenicity of the brain stem raphe. Summing up, TMS and TCS investigations showed findings with distinct patterns of alterations related to SCA subtypes. Albeit lacking specificity, these findings could be helpful in the differential diagnosis of SCA patients.

Spinocerebellar ataxia - SCA - genetics - transcranial magnetic stimulation - transcranial brain parenchyma sonography

Literatur

• 1 Schöls L, Bauer P, Schmidt T, Schulte T, Riess O. Autosomal dominant cerebellar ataxias: clinical features, genetics, and pathogenesis.  Lancet Neurol. 2004;  5 291-304
• 2 Ferbert A, Priori A, Rothwell J C, Day B L, Colebatch J G, Marsden C D. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex.  J Physiol. 1992;  453 525-546
• 3 Meyer B U, Roricht S, Einsiedel H Gräfin von, Kruggel F, Weindl A. Inhibitory and excitatory interhemispheric transfers between motor cortical areas in normal humans and patients with abnormalities of the corpus callosum.  Brain. 1995;  118 429-440
• 4 Cantello R, Gianelli M, Civardi C, Mutani R. Magnetic brain stimulation: the silent period after the motor evoked potential.  Neurology. 1992;  42 1951-1959
• 5 Roick H, Giesen H J von, Benecke R. On the origin of the postexcitatory inhibition seen after transcranial magnetic brain stimulation in awake human subjects.  Exp Brain Res. 1993;  94 489-498
• 6 Kujirai T, Caramia M D, Rothwell J C, Day B L, Thompson P D, Ferbert A, Wroe S, Asselman P, Marsden C D. Corticocortical inhibition in human motor cortex.  J Physiol. 1993;  471 501-519
• 7 Postert T, Eyding J, Berg D, Przuntek H, Becker G, Finger M, Schols L. Transcranial sonography in spinocerebellar ataxia type 3.  J Neural Transm. 2004;  68, Suppl 123-133
• 8 Wolters A, Walter U, Benecke R, Rolfs A. Neurophysiological characterization of autosomal dominant spinocerebellar ataxia 17.  Klin Neuro. 2004;  35 125-222, P325
• 9 Becker G, Seufert J, Bogdahn U, Reichmann H, Reiners K. Degeneration of substantia nigra in chronic Parkinson's disease visualized by transcranial color-coded real-time sonography.  Neurology. 1995;  45 (1) 182-184
• 10 Yokota T, Sasaki H, Iwabuchi K, Shiojiri T, Yoshino A, Otagiri A, Inaba A, Yuasa T. Electrophysiological features of central motor conduction in spinocerebellar atrophy type 1, type 2, and Machado-Joseph disease.  J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1998;  65 (4) 530-534
• 11 Schols L, Riess O, Schols S, Zeck S, Amoiridis G, Langkafel M, Epplen J T, Przuntek H. Spinocerebellar ataxia type 1: Clinical and neurophysiological characteristics in German kindreds.  Acta Neurol Scand. 1995;  92 478-485
• 12 Perretti A, Santoro L, Lanzillo B, Filla A, Michele G De, Barbieri F, Martino G, Ragno M, Cocozza S, Caruso G. Autosomal dominant cerebellar ataxia type I: multimodal electrophysiological study and comparison between SCA1 and SCA2 patients.  J Neurol Sci. 1996;  142 45-53
• 13 Abele M, Burk K, Andres F, Topka H, Laccone F, Bosch S, Brice A, Cancel G, Dichgans J, Klockgether T. Autosomal dominant cerebellar ataxia type I. Nerve conduction and evoked potential studies in families with SCA1, SCA2 and SCA3.  Brain. 1997;  120 2141-2148
• 14 Schols L, Amoiridis G, Buttner T, Przuntek H, Epplen J T, Riess O. Autosomal dominant cerebellar ataxia: phenotypic differences in genetically defined subtypes?.  Ann Neurol. 1997;  42 924-932
• 15 Restivo D A, Giuffrida S, Rapisarda G, Antonuzzo A, Saponara R, Reggio A, Trovato Salinaro A, Raffaele R, Domina E, Trovato A, Condorelli D F, Pennisi G. Central motor conduction to lower limb after transcranial magnetic stimulation in spinocerebellar ataxia type 2 (SCA2).  Clin Neurophysiol. 2000;  111 630-635
• 16 Schwenkreis P, Tegenthoff M, Witscher K, Bornke C, Przuntek H, Malin J P, Schols L. Motor cortex activation by transcranial magnetic stimulation in ataxia patients depends on the genetic defect.  Brain. 2002;  125 301-309
• 17 Meyer B U, Roricht S, Machetanz J. Reduction of corticospinal excitability by magnetic stimulation over the cerebellum in patients with large defects of one cerebellar hemisphere.  Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1994;  93 372-379
• 18 Nakashima K, Wang Y, Shimoda M, Sakuma K, Takahashi K. Prolonged silent periods produced by magnetic cortical stimulation in patients with cerebellar ataxia.  Psychiatry Clin Neurosci. 1995;  49 143-146
• 19 Liepert J, Wessel K, Schwenkreis P, Trillenberg P, Otto V, Vorgerd M, Malin J P, Tegenthoff M. Reduced intracortical facilitation in patients with cerebellar degeneration.  Acta Neurol Scand. 1998;  98 318-323
• 20 Oechsner M, Zangemeister W H. Prolonged postexcitatory inhibition after transcranial magnetic stimulation of the motor cortex in patients with cerebellar ataxia.  J Neurol Sci. 1999;  15 107-111
• 21 Rolfs A, Koeppen A H, Bauer I, Bauer P, Buhlmann S, Topka H, Schols L, Riess O. Clinical features and neuropathology of autosomal dominant spinocerebellar ataxia (SCA17).  Ann Neurol. 2003;  54 367-375
• 22 Kuhn A A, Grosse P, Holtz K, Brown P, Meyer B U, Kupsch A. Patterns of abnormal motor cortex excitability in atypical parkinsonian syndromes.  Clin Neurophysiol. 2004;  115 1786-1795
• 23 Wolters A, Classen J, Kunesch E, Grossmann A, Benecke R. Measurements of transcallosally mediated cortical inhibition for differentiating parkinsonian syndromes.  Mov Disord. 2004;  19 518-528
• 24 Walter U, Wittstock M, Benecke R, Dressler D. Substantia nigra echogenicity is normal in non-extrapyramidal cerebral disorders but increased in Parkinson's disease.  J Neural Transm. 2002;  109 191-196
• 25 Walter U, Niehaus L, Probst T, Benecke R, Meyer B U, Dressler D. Brain parenchyma sonography discriminates Parkinson's disease and atypical parkinsonian syndromes.  Neurology. 2003;  60 74-77
• 26 Becker G, Berg D. Neuroimaging in basal ganglia disorders: perspectives for transcranial ultrasound.  Mov Disord. 2001;  16 23-32
• 27 Berg D, Siefker C, Becker G. Echogenicity of the substantia nigra in Parkinson's disease and its relation to clinical findings.  J Neurol. 2001;  248 684-689
• 28 Rub U, Brunt E R, Gierga K, Schultz C, Paulson H, Vos R A de, Braak H. The nucleus raphe interpositus in spinocerebellar ataxia type 3 (Machado-Joseph disease).  J Chem Neuroanat. 2003;  25 115-127