Die Bildgebung der grauen Substanz des zentralen Nervensystems (ZNS) hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Instrument für die Diagnose und Überwachung verschiedener neurologischer Erkrankungen entwickelt. Insbesondere bei der Multiplen Sklerose (MS) spielt die Bildgebung der grauen Substanz eine zunehmend wichtige Rolle, da sie hilft, Läsionen und Veränderungen zu erkennen, die in der weißen Substanz möglicherweise nicht sichtbar sind. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die ZNS-Grausubstanzbildgebung, wobei der Schwerpunkt auf ihrer Bedeutung bei MS liegt.
Einführung
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS), die durch Demyelinisierung und axonale Schädigung gekennzeichnet ist. Lange Zeit wurde angenommen, dass die MS hauptsächlich die weiße Substanz des Gehirns und des Rückenmarks betrifft. Neuere Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass auch die graue Substanz in erheblichem Umfang betroffen ist. Die Bildgebung der grauen Substanz hat sich daher zu einem wichtigen Instrument für die Diagnose, Überwachung und das Verständnis der MS-Pathogenese entwickelt.
Mikroglia: Schlüsselakteure in der ZNS-Pathogenese
Mikroglia, die residenten Makrophagen des Gehirns, spielen eine zentrale Rolle bei der Pathogenese der MS. Sie machen etwa 5-10 % aller Gehirnzellen aus und sind als multifunktionale Gliazellen an der Immunhomöostase beteiligt. Mikroglia können sowohl neuroprotektive als auch neurodegenerative Funktionen ausüben.
Neuroprotektive Funktionen
- Beseitigung von Nervenzellfragmenten
- Freisetzung antiinflammatorischer Zytokine wie TGF-beta und Interleukin-10 (IL-10)
Neurodegenerative Funktionen
- Produktion proinflammatorischer Zytokine wie TNF-alpha, IL-6 und IL-1ß
- Schädigung durch Phagozytose
- Induktion von oxidativem Stress
- Produktion zytotoxischer Substanzen wie Glutamat
In chronisch-aktiven Läsionen, auch bekannt als "slowly expanding lesions" (SEL) oder "smoldering lesions" (schwelende Läsionen), finden sich gehäuft Mikroglia. Diese Läsionen sind mit einer Schädigung der Myelinscheide und des Axons assoziiert und können bereits im Frühstadium der MS nachgewiesen werden, sind aber eher charakteristisch für fortgeschrittene MS-Stadien. Die wichtigsten Merkmale der SEL sind eine chronische Neuroinflammation und Neurodegeneration, die nicht nur fokal in den SEL, sondern auch diffus in der weißen und grauen Substanz auftritt. Betroffen ist vor allem der Kortex, aber SEL sind im ganzen ZNS nachweisbar. In den aktiven SEL lässt sich rund um die Blutgefässe eine dichte Ringbildung aktivierter Mikroglia mit einem hohen Gehalt an Eisen nachweisen.
Mikroglia können ihren Phänotyp je nach MS-Krankheitsaktivität wechseln, von proinflammatorisch/neurodegenerativ (M1-Phänotyp) zu remyelinisierend/neuroprotektiv (M2-Phänotyp). Die Interaktion von Mikroglia mit Astrozyten und ZNS-infiltrierenden Immunzellen bestimmt das Ausmass der Gewebedestruktion und -regeneration nach akuten Läsionen im ZNS.
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Die Forschung konzentriert sich auf die Identifizierung von Regulatoren der Mikroglia-Aktivität, wie proinflammatorische Zytokine, Chemokine wie die NADPH-Oxidase sowie Wachstumsfaktoren. Diese gelten als mögliche Zielstrukturen für eine gezielte therapeutische Beeinflussung der Mikroglia-Aktivität. Ein potenzielles therapeutisches Target ist der Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor (AHR). Die Inhibition/Aktivierung des AHR führt zu einer mikroglialen Produktion von gewebedestruktivem VEGF-B in inflammatorischen Läsionen, während ein hypoxisches Mikromilieu die Generierung des protektiven Faktors TGF-alpha favorisiert.
Die lange favorisierte Darstellung einer strengen Mikroglia-Dichotomie in einen proinflammatorischen (M1) und einen antiinflammatorischen (M2) Phänotyp ist heute überholt. Mithilfe einer Pseudozeit-Analyse des Mikrozell-Transkriptoms via Single-Cell-RNA-Sequenzierung kann man die Entwicklung von Mikroglia-Zellen untersuchen. Dabei wird deutlich, dass es nicht nur den reinen M1- und den M2-Phänotyp gibt, sondern auch eine Reihe von Mikroglia-Zwischenstadien. Für jeden MS-Kranken kann damit im Prinzip eine individuelle mikrogliale Schadens-Reparatur-Signatur erstellt werden, die wichtige Erkenntnisse über die MS-Krankheitsaktivität und das Therapieansprechen vermittelt.
Bildgebungsverfahren zur Beurteilung der grauen Substanz
Verschiedene Bildgebungsverfahren können zur Beurteilung der grauen Substanz im ZNS eingesetzt werden. Zu den wichtigsten gehören:
Magnetresonanztomographie (MRT)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist das am häufigsten verwendete Bildgebungsverfahren zur Beurteilung der grauen Substanz bei MS. Hochauflösende MRT-Techniken, insbesondere bei hoher Feldstärke (drei Tesla und mehr), ermöglichen die Visualisierung von Läsionen in der grauen Substanz, einschließlich kortikaler und juxtakortikaler Plaques. Verschiedene MRT-Sequenzen können verwendet werden, um unterschiedliche Aspekte der grauen Substanz zu beurteilen:
- T1-gewichtete Aufnahmen: Zur Beurteilung des Volumens der grauen Substanz und zum Nachweis von Gewebeschwund (Atrophie).
- T2-gewichtete und FLAIR-Aufnahmen: Zum Nachweis von Läsionen (Plaques) in der grauen Substanz.
- Diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI): Zur Beurteilung der Mikrostruktur der grauen Substanz und zum Nachweis von akuten Läsionen.
- Kontrastmittelverstärkte Aufnahmen: Zum Nachweis von aktiven Entzündungsherden.
- Magnetisierungstransfer-Bildgebung (MTI): Zur Beurteilung der Myelinisierung in der grauen Substanz.
Die MRT ermöglicht es, sowohl die räumliche als auch die zeitliche Dissemination der Entzündungsherde in Gehirn und Rückenmark nachzuweisen. Nach der 2010 erfolgten Revision der McDonald-Kriterien - die aktuellen Kriterien zur Diagnose von MS - gelingt der Nachweis einer zeitlichen Dissemination mittels MRT mittlerweile mit einem einmaligen Scan.
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Computertomographie (CT)
Die Computertomographie (CT) ist ein weiteres bildgebendes Verfahren, das zur Beurteilung des Gehirns eingesetzt werden kann. Im Vergleich zur MRT hat die CT jedoch eine geringere Sensitivität für die Erkennung von Läsionen in der grauen Substanz. Die CT ist jedoch nützlich, um andere Ursachen für neurologische Symptome auszuschließen, wie z. B. Blutungen oder Tumore. Bei der CT-Perfusionsbildgebung kann mit Hilfe von bunten Bildern bei Schlaganfällen abgeschätzt werden, wie gut einzelne Hirnareale mit Blut versorgt werden. Hierzu dienen unterschiedliche Parameter wie TTP (Time to Peak), die misst, wie lange es dauert, bis Kontrastmittel im Gehirn anflutet.
Positronenemissionstomographie (PET)
Die Positronenemissionstomographie (PET) ist ein bildgebendes Verfahren, das verwendet wird, um Stoffwechselprozesse im Gehirn zu beurteilen. Bei MS kann die PET verwendet werden, um Entzündungsaktivität in der grauen Substanz zu messen. Insbesondere die 18FDG-PET zeigt eine starke Aufnahme, da Lymphome hypermetabolisch sind.
Bedeutung der Bildgebung der grauen Substanz bei MS
Die Bildgebung der grauen Substanz hat mehrere wichtige Anwendungen bei MS:
- Diagnose: Die Bildgebung der grauen Substanz kann helfen, die Diagnose von MS zu stellen, insbesondere in Fällen, in denen die Läsionen in der weißen Substanz nicht eindeutig sind.
- Überwachung: Die Bildgebung der grauen Substanz kann verwendet werden, um den Krankheitsverlauf zu überwachen und das Ansprechen auf die Behandlung zu beurteilen.
- Prognose: Die Bildgebung der grauen Substanz kann helfen, den Krankheitsverlauf vorherzusagen und das Risiko einer Behinderung zu bestimmen.
- Pathogenese: Die Bildgebung der grauen Substanz kann verwendet werden, um die Pathogenese der MS besser zu verstehen, insbesondere die Rolle der Entzündung und Neurodegeneration in der grauen Substanz.
Differenzialdiagnose
Es ist wichtig zu beachten, dass Läsionen in der grauen Substanz nicht immer auf MS zurückzuführen sind. Andere Erkrankungen, wie z. B. Vaskulitis, Infektionen und andere entzündliche Erkrankungen, können ebenfalls Läsionen in der grauen Substanz verursachen. Daher ist eine sorgfältige Differenzialdiagnose erforderlich, um die richtige Diagnose zu stellen. Wenn nicht klar ist, ob eine Läsion im Gehirn auf MS oder eine Ischämie zurückzuführen ist, muss man einen Blick auf das Rückenmark werfen. Diese Läsionen freilich kommen nur in der weißen Substanz, nicht im Rückenmark vor.
Primäres ZNS-Lymphom
Das primäre ZNS-Lymphom (PZNSL) ist eine seltene, aggressive Form des Non-Hodgkin-Lymphoms, die ihren Ursprung im Gehirn, den Meningen, den Augen oder dem Rückenmark hat. Die meisten PZNSL sind vom B-Zell-Typ und treten typischerweise um das 50. Lebensjahr auf, wobei Männer häufiger betroffen sind. Die Patienten können eine Vielzahl von neurologischen Symptomen aufweisen, darunter Kopfschmerzen, Krampfanfälle, fokale neurologische Defizite und Sehstörungen.
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Bildgebungsmerkmale des PZNSL
- MRT: Das PZNSL manifestiert sich typischerweise als solitäre oder multiple Raumforderungen in den Hemisphären, die diffus oder als kompakte Zellansammlungen infiltrieren. Die Läsionen sind oft periventrikulär oder in tiefen Hirnregionen gelegen und können sowohl in der weißen als auch in der grauen Substanz vorkommen. In T2-gewichteten Sequenzen sind die Läsionen in der Regel iso- bis hypointens aufgrund der hohen Zelldichte. Nahezu alle Läsionen weisen eine homogene Kontrastmittelanreicherung auf. Bei 12 % der B-Zell-PZNSL sind die Leptomeningen betroffen.
- CT: In der CT stellen sich PZNSL typischerweise als hyperdense Läsionen dar, die ein homogenes Kontrastmittelenhancement aufweisen. Kalzifikationen oder Einblutungen sind selten.
- PET: Die 18FDG-PET zeigt eine starke Aufnahme, da Lymphome hypermetabolisch sind. Dies kann helfen, PZNSL von anderen Hirntumoren, wie z. B. hochdifferenzierten Gliomen, zu unterscheiden.
Differenzialdiagnose des PZNSL
Die Differenzialdiagnose des PZNSL umfasst andere Hirntumore, wie z. B. Glioblastome, Metastasen und entzündliche Erkrankungen wie MS. Die typische Schmetterlingsformation, die bei Glioblastomen zu sehen ist, kann auch bei PZNSL auftreten. Eine Biopsie ist in der Regel erforderlich, um die Diagnose zu bestätigen.
Therapie und Prognose des PZNSL
Die Therapie des PZNSL besteht in der Regel aus einer kombinierten Radio-Chemotherapie. Die Prognose ist mit einer medianen Überlebenszeit von 17-45 Monaten schlecht.