MR-Veränderungen von Nerv und Muskel bei Läsionen des peripheren Nervs: Korrelation mit Elektromyographie und Histologie

Zusammenfassung

Hintergrund: Bei axonalen Läsionen des peripheren Nervs zeigt dieser ein hyperintenses Signal im T₂-gewichteten MRT, im denervierten Muskel findet sich ebenfalls ein hyperintenses Signal. Dieser Artikel soll zunächst eine Übersicht über die Literatur zu MR-Veränderungen des Nervs und des Muskels nach Nervenläsion geben, bevor auf eigene tierexperimentelle Studien eingegangen wird. Nach definierter Nervenläsion sollten neuromuskuläre MR-Veränderungen im Zeitverlauf untersuchen werden. Methoden: Der N. ischiadicus der Ratte wurde mit einer festen Ligatur komprimiert. Die Ligatur wurde nach 1 Woche eröffnet, um eine Regeneration des Nervs zu ermöglichen. EMG und Neurographien wurden seriell durchgeführt, um die Denervierung und Reinnervation zu erfassen. Zudem wurden zu bestimmten Zeitpunkten bei einer weiteren Gruppe von Tieren Nerven- bzw. Muskelpräparate zur histologischen Analyse entnommen. Resultate: Eine Hyperintensität des Nervs zeigte sich am Oberschenkel 24 h nach Läsion, eine Ausbreitung nach distal erfolgte innerhalb weiterer 24 h. Nach 4 Wochen begann die Rückbildung der Signalveränderungen von proximal nach distal. Spontanaktivität im EMG zeigte sich etwas später als MR-Veränderungen im entsprechenden Bereich und bildete sich parallel zur Rückbildung der MR-Signalveränderungen zurück. Die ersten Reinnervationspotenziale zeigten sich ca. 2 Wochen vor Rückbildung der Hyperintensität im entsprechenden Nervenabschnitt. Histologisch zeigten sich zunächst massive axonale Untergänge, später ein endoneurales Ödem während der Phase der MR-Veränderungen. Nach 48 h zeigte sich eine T2-Hyperintensität in der denervierten Unterschenkelmuskulatur, die zunächst zunahm und sich später parallel zur Reinnervation zurückbildete. Schlussfolgerung: Mittels Kernspintomographie können axonale Läsionen gleichzeitig oder bereits vor EMG-Veränderungen nachgewiesen werden. Zudem kann die Regeneration des peripheren Nervs und die Reinnervation des Muskels nicht-invasiv verfolgt werden.

Abstract

Background: Acute nerve lesions have been shown to cause hyperintense signals on T2-weighted MRI of the nerve and of denervated muscle. This article gives a short overview of neuromuscular MR changes after nerve lesions. Animal studies are subsequently presented using a defined nerve lesion to study MRI changes in the nerve sequentially in comparison to electrophysiology and histology. Methods: Rat sciatic nerve was compressed by a tight suture which was opened after one week. Serial EMG and motor nerve conduction studies were done in parallel to MRI scanning. At defined time points, sciatic nerves and muscle specimens were taken for histology. Results: Nerve hyperintensity on T2-weighted MRI was seen in the thigh 24 h after denervation, in the lower leg after 48 h. After four weeks, signal changes began to resolve from proximally to distally. EMG detected, spontaneous activity slightly later than MR changes and resolved in parallel to the regression of MR changes. First voluntary activity on EMG occurred about 2 weeks before regression of MRI nerve hyperintensity. On histology, axonal degeneration in the acute phase and, later, nerve edema were found in parallel to MRI changes. 48 h after the lesion, T2 hyperintensity was found in the denervated muscles which increased during the first weeks and resolved later with ongoing reinnervation. Conclusion: MRI is an excellent diagnostic tool to detect acute axonal nerve lesions, showing changes slightly earlier than EMG. In addition, regeneration of the nerve and muscle reinnervation can be followed non-invasively by MRI.

Key words

MRI - peripheral nerve lesion - wallerian or secondary degeneration - denervation - reinnervation

Literatur

• 1 Titelbaum D S, Frazier J L, Grossman R I, Joseph P M. et al . Wallerian degeneration and inflammation in rat peripheral nerve detected by in vivo MR imaging.  Am J Neuroradiol. 1989;  10 741-746
• 2 Cudlip S A, Howe F A, Griffiths J R, Bell B A. Magnetic resonance neurography of peripheral nerve following experimental crush injury, and correlation with functional deficit.  J Neurosurg. 2002;  96 755-775
• 3 Does M D, Snyder R E. Multiexponential T2 relaxation in degenerating peripheral nerve.  Magn Reson Med. 1996;  35 207-213
• 4 Stanisz G J, Midha H, Munro C A, Henkelman R M. MR properties of rat sciatic nerve following trauma.  Magnet Reson Med. 2001;  45 415-420
• 5 Britz G W, Haynor D R, Kuntz C. et al . Ulnar nerve entrapment at the elbow: correlation of magnetic resonance imaging, clinical, electrodiagnostic, and intraoperative findings.  Neurosurgery. 1996;  38 458-465
• 6 Jarvik J G, Yuen E, Haynor D R. et al . MR nerve imaging in a prospective cohort of patients with suspected carpal tunnel syndrome.  Neurology. 2002;  58 1597-1602
• 7 Polak J F, Jolesz F A, Adams D F. Magnetic resonance imaging of skeletal muscle. Prolongation of T1 and T2 subsequent to denervation.  Invest Radiol. 1988;  23 365-369
• 8 Bendszus M, Koltzenburg M, Wessig C, Solymosi L. Sequential MR imaging of denervated muscle: experimental study.  Am J Neuroradiol. 2002;  23 1427-1431
• 9 Bendszus M, Koltzenburg M. Visualization of denervated muscle by Gadolinium enhanced MRI.  Neurology. 2001;  57 1709-1711
• 10 Fleckenstein J, Watumull D, Connor K E, Ezaki M, Greenlee Jr R G, Bryan W W, Chason D P, Parkey R W, Peshok R M, Purdy P D. Denervated human skeletal muscle: MR imaging evaluation.  Radiology. 1993;  187 213-218
• 11 Grant G A, Britz G W, Goodkin R, Jarvik J G, Maravilla K, Kliot M. The utility of magnetic resonance imaging in evaluating peripheral nerve disorders.  Muscle Nerve. 2002;  25 314-331
• 12 Hayashi Y, Ikata T, Takai H, Takata S, Ishikawa M, Sogabe T, Koga K. Effect of peripheral nerve injury on nuclear magnetic resonance relaxation times of rat skeletal muscle.  Invest Radiol. 1997;  32 135-139
• 13 Küllmer K, Sievers K W, Reimers C D, Rompe J D, Müller-Felber W, Nägele M, Harland U. Changes of sonographic, magnetic resonance tomographic, electromyographic, and histopathologic findings within a 2-month period of examinations after experimental muscle denervation.  Arch Orthop Trauma Surg. 1998;  117 228-234
• 14 West G A, Haynor D R, Goodkin R, Tsuruda J S, Bronstein A D, Kraft G, Winter T, Kliot M. Magnetic resonance imaging signal changes in denervated muscles after peripheral nerve injury.  Neurosurgery. 1994;  35 1077-1086
• 15 Bendszus M, Wessig C, Solymosi L, Reiners K, Koltzenburg M. MRI of peripheral nerve degeneration and regeneration: correlation with electrophysiology and histology.  Exp Neurol. 2004;  188 171-177
• 16 Wessig C, Koltzenburg M, Reiners K, Solymosi L, Bendszus M. Muscle magnetic resonance imaging of denervation and reinnervation: correlation with electrophysiology and histology.  Exp Neurol. 2004;  185 254-261
• 17 Jonas D, Conrad B, Einsiedel H G von, Bischoff C. Correlation between quantitative EMG and muscle MRI in patients with axonal neuropathy.  Muscle Nerve. 2000;  23 1265-1269
• 18 McDonald C M, Carter G T, Fritz R C, Anderson M W, Abresch R T, Kilmer D D. Magnetic resonance imaging of denervated muscle: comparison to electromyography.  Muscle Nerve. 2000;  23 1431-1434
• 19 Eisenberg H A, Hood D A. Blood flow, mitochondria, and performance in skeletal muscle after denervation and reinnervation.  J Appl Physiol. 1994;  76 859-866
• 20 Dailey A T, Tsuruda J S, Filler A G, Maravilla K R, Goodkin R, Kliot M. Magnetic resonance neurography of peripheral nerve degeneration and regeneration.  Lancet. 1997;  350 1221-1222
• 21 Bendszus M, Reiners K, Perez J, Koltzenburg M, Solymosi L. Peroneal nerve palsy caused by thrombosis of crural veins.  Neurology. 2002;  58 1675-1677
• 22 Kuntz 4th  C, Blake L, Britz G. et al . Magnetic resonance neurography of peripheral nerve lesions in the lower extremity.  Neurosurgery. 1996;  39 750-756
• 23 Bendszus M, Wessig C, Reiners K, Bartsch A J, Solymosi L, Koltzenburg M. Magnetic-resonance-imaging (MR) of the lower leg compared to the clinical and electrophysiological examination in the differential diagnosis of neurogenic foot drop.  Am J Neuroradiol. 2003;  24 1283-1289