Sustancia Gris Periacueductal (SGPA)

Haremos un repaso de la neuroimagen humana estructural de la SGPA, activaciones funcionales, tractografía y conectividad funcional.

El SGPA participa en funciones neurobiológicas que incluyen la modulación del dolor, de la ansiedad y de la coduncta reproductiva (Behbehani, 1995).

Estas funciones, parecen jugar un papel en la defensa hemostática de respuesta del individuo, integrando información aferente de la periferia y de los centros superiores. Estas funciones pueden ser segregadas dentro de la PAG (por ejemplo, la ansiedad y el dolor (Mendes Gomes et al, 2011). La estructura puede estar implicada en el equilibrio o estar relacionada con la prominencia de la supervivencia.
La SGPA humana es de unos 14 mm de longitud y 4 a 5 mm de ancho y consta de una mal definida  sustancia gris que rodea el acueducto de mesencéfalo. Se extiende desde cerca de la comisura posterior hasta el nivel de los locus coeruleus en la unión ponto mesencefálica. Contrariamente a su nombre, no rodea completamente el acueducto, es más bien como un tallo apio con las regiones en la línea media, ventral al acueducto dispuesto en distintos núcleos bien diferenciados. (Paxinos y Mai, 2004).

Las Proyecciones del prosencéfalo a la SGPA surgen principalmente de la corteza prefrontal, la corteza insular y la amígdala (Mantyh, 1982). Además, la SGPA recibe proyecciones altamente organizadas desde el núcleo central de la amígdala y, a su vez, tiene conexiones recíprocas con el núcleo central (Rizvi et al., 1991). La SGPA también se proyecta al tálamo, hipotálamo, tronco encefálico y capas profundas de la médula espinal (Mantyh, 1983), con alguna organización somatotópica (Wiberg et al., 1987), pero las proyecciones hacia las regiones corticales no han sido identificadas.

No hay ningún límite de citoarquitéctonicol claro dentro de la SGPAy la nomenclatura y definiciones de distintas subregiones está evolucionando.

El modelo actual de la SCCPA en los mamíferos propone una organización en cuatro columnas longitudinales paralelas con el acueducto (Carrive, 1993).

Un cantidad de evidencia de estudios en animales indica que la SGPA participa en: el control y la expresión de dolor, analgesia, miedo, ansiedad, vocalización, lordosis y función cardiovascular (Behbehani, 1995; Paxinos y Mai, 2004). La SGPA lateral (lat) parece coordinar comportamientos defensivos activos, también de analgesia no relacionada a opiáceo y tiene un efecto hipertensor arterial. La SGPA ventrolateral (vl) parece coordinar comportamientos pasivos defensivos, relacionada a analgesia opiácea y también tiene un efecto hipotensor.

En ratas, la estimulación de la SGPA lateral y dorsolateral: evoca estrategias de afrontamiento activo como el comportamientos de lucha / huida, hipertensión arterial, taquicardia y analgesia no mediada por opioises. La Estimulación ventrolateral, por otro lado, evoca comportamientos de afrontamiento pasivo como inactividad, hipotensión, bradicardia y analgesia mediada por opiáceos, Bandler et al (2000) y Behbehani (1995)

La evidencia más convincente de segregación funcional dentro de la PAG humana proviene de estudios de estimulación profunda del cerebro. Tras el descubrimiento fundamental de Reynolds que muestras que la estimulación de la SGPA podría inducir analgesia en ratas (1969), Estimulación Profunda de la zona ha sido utilizado en pacientes para atenuar el dolor crónico desde la década de 1960 (Hosobuchi et al., 1977; Nashold et al., 1969; Richardson y Akil, 1977), Bittar et al (2005).

De nuevo, la estimulación de la SGPA dorsal, agudamente; eleva la presión arterial, y la estimulación ventral disminuye la presión arterial y aumenta la variabilidad de la frecuencia cardíaca de alta frecuencia (Green et al., 2006; Pereira et al., 2010), que está en la misma línea con los datos obtenidos con animales.

Las cuatro columnas son dorsomedial (SGPA dm), dorsolateral (SGPA dl), lateral (SGPA lat) y ventrolateral (SGPA vl).

Todos ellos pero particulñarmente el SGPA dl se proyecta directamente al tronco encefálico inferior. Las proyecciones aferentes del córtex prefrontal medial se dirigen principalmente a la SCPA dl, La corteza dorsomedial y áreas de la corteza cingulada se dirigen principalmente hacia SGPA lat, y las fibras aferentes de la corteza fronto orbitaria se dirigen principalmente a la SGPA vl (An et al., 1998) y las proyecciones de núcleo central de la amígdala terminan en SGPA dm, SGPA lat y SGPA vl, pero las fibras aferentes de la SGPA dl, proceden de la amígdala basolateral.

Los dos sistemas el ascendente y el descendente interactúan en la SGPA.

Adaptado de Paxinos y Mai (2004)

Los avances recientes en las técnicas de imágenes han permitido medidas no invasivas de la función cerebral. Para las estructuras del cerebro, particularmente las regiones corticales, la evaluación de la relación estructura–función se hace relativamente sencillo hoy en día. Sin embargo, para las estructuras subcorticales y del tronco encefálico, existen desafíos dadas la resolución de la imagen funcional en el rango del milímetro. Por lo tanto, es importante evaluar las activaciones del cerebro en pequeñas estructuras cerebrales en forma sólida, reproducible y sensible.

Las alteraciones estructurales de la morfometría basado en Voxel (MBV o VBM) de la volumétrica de la SGPA, implica análisis estadística para determinar la concentración local de sustancia gris, suelen identificada a través de constraste estructural en RM en T1 (Ashburner y Friston, 2000).

Como los paquetes de sustancia blanca rodean A la SGPA, es identificable de 1 × 1 × 1 mm en las resonancias magnéticas estructurales a pesar de su pequeñez. La mayor señal de MBV de la SGPA, que es sugerente de mayor volumen de sustancia gris, se ha informado en:

Pacientes con dismenorrea primaria relativa a los controles (Tu et al., 2010); Migraña y particularmente Migraña sin aura (Rocca et al., 2006), en el síndrome de Tourette en comparación con controles sanos (Garraux et al., 2006) y, a niveles no significativos, en pacientes con trastorno de pánico (Protopopescu et al., 2006).

Una correlación positiva entre la señal de VBM SGPA y creatividad también ha sido informado (Takeuchi et al.,) 2010.

La Reducción en señal de VBM SGPA ha sido encontrada en una amplia gama de condiciones clínicas: El síndrome del intestino irritable (independiente de ansiedad y depresión) (Seminowicz et al., 2010), pacientes con insuficiencia cardíaca (Woo et al., 2003) y la demencia fronto- temporal (Boccardi et al., 2005).

La disminución más generalizada de volumen de la sustancia gris del mesencéfalo está presentes tanto en Enfermedad de Alzheimer y en la demencia con cuerpos de Lewy (Whitwell et al., 2007). En pacientes con la enfermedad de Alzheimer, los cambios patológicos y la presencia de ß-amiloide péptido y proteína tau anormalmente fosforilada se han encontrado en la SGPA (Iseki et al., 1989; Parvizi et al., 2000), y alteraciones de la sustancia gris en el mesencéfalo han sido relacionados con los niveles de amiloide beta en ancianos sanos (Glodzik et al, 2011).

El volumen del Mesencéfalo disminuye también en síncope neurocardiogénico (Beacher et al., 2009), narcolepsia (Kim et al., 2009), síndrome de fatiga crónica en relación con la presión arterial (Barnden et al, 2011), depresión mayor (Lee et al, 2011), depresión de comienzo tardío con historial de intentos de suicidio (Hwang et al., 2010), enfermedad de Huntington grave (Ruocco et al., 2008), sujetos preclínicos con la mutación de gen de la enfermedad de Huntington (Thieben et al.2002), el estado vegetativo persistente postanóxico (Juengling et al., 2005), la parálisis supranuclear progresiva (Price et al., 2004) y las ataxias espinocerebelosas (Schulz et al., 2010).

Los pacientes con atrofia multi sistémica AMS tienen disminución de volumen de lña SGPA (Kassubek et al., 2007) y la velocidad de relajación de R2, indicativo de atrofia y de incremento del contenido de agua (Minnerop et al., 2007).

Los pacientes con enfermedad de Kennedy (atrofia muscular espinobulbar ligado al cromosoma X) también tiene disminuido la señal de la sustancia blanca en la región SGPA (Kassubek et al., 2007).

Lesiones de la SGPA
Las lesiones de la SGPA han sido estudiadas en esclerosis múltiple. En un grupo de 277 pacientes de esclerosis múltiple, las lesiones en la SGPA se asociaron con un incremento cuadruplicado con dolor de cabeza simular a migraña, un aumento de dos veces y medio en dolores de cabeza de tipo tensional y un aumento de 2,7 en los cuadros con la combinación de dolores de cabeza tipo migraña y el cefalea de tensión (Gee et al., 2005). En otro estudio de esclerosis múltiple con 452 pacientes (Charil et al., 2003), las lesiones de la SGPA se asoció con disfunción del intestino y la vejiga, pero no con función sensorial en las puntuaciones de sistemas funcionales de Kurtzke.

Las restricciones de resolución actual hacen a la tractografía sensibles principalmente a las vías de fibras grandes, por lo tanto las vías más pequeñas, o quienes a través de las regiones crucen sus fibras o dada su complejidad no pueden ser detectados.
Los tractos que han sido identificados se dirigen hacia el tálamo (núcleo dorsal medial), el giro frontal medio y la circunvolucion frontopolar, y otros pasan a través del tálamo y el hipotálamo para terminar en la amígdala, la médula rostro ventral y la corteza prefrontal dorsomedial, ventromedial y ventrolateral.
Resultados similares fueron encontrados en dos estudios de tractografía probabilística preoperatoria en pacientes con estimulación profunda del cerebro en SGPA para el dolor crónico (Owen et al., 2007, 2008), y se concluyó que con nuevas mejoras técnicas, la tractografía puede ser de utilidad como herramienta de planificación quirúrgica. El refinamiento anatómico indicó conexiones dominantes de la SGPA ventrales que incluyen la amígdala, el núcleo accumbens, la corteza cingulada anterior y la corteza prefrontal ventromedial.

Considerando que las conexiones prominentes de la SGPA dorsales incluyen el tálamo ventral posterior y la corteza somatosensorial primaria (Pereira et al., 2010). Las extensiones a la corteza cingulada dorsal anterior eran raras, posiblemente debido a dificultad de verse en los siguientes tramos perpendiculares o a que pasan por el paquete de cuerpo calloso.

En un intento de comprender mejor los efectos de los procedimientos de ablación quirúrgica cerebral para el tratamiento de la depresión refractaria, DTI tractografía fue hecho en controles sanos utilizando sitios de lesión denunciados como las semillas. Semillas en los sitios para capsulotomía anterior, tractotomy subcaudate y sistema límbico lobotomía fueron todos encontrados al proyecto la PAG (Schoene-Bake et al., 2010).
Las Imágenes ponderada en difusión (DWI) de la SGPA

(DWI) es un procedimiento que puede medir la difusividad direccional de moléculas de agua. Se utilizan varios índices DTI basado, incluyendo anisotropía fraccional (FA, describiendo el grado de anisotropía de difusión), coeficiente de difusión aparente (ADC) y difusividad radial (una medida de difusividad perpendicular a las fibras), difusividad axial (una medida de difusividad paralelo a los axones) (Song et al., 2002).

Estas medidas se han utilizado para indicar las anormalidades de la sustancia blanca. Los pacientes con migraña sin aura tienen menor anisotropía fraccional en la SGPA (DaSilva et al., 2007). Los pacientes con trastorno de conducta del sueño MOR idiopático tiene reducido la anisotropía fraccional y significan difusividad en la SGPA. Los pacientes con lesiones cerebrales traumáticas y en el estado vegetativo tienen menor ADC, FA y difusividad radial en el mesencéfalo (Newcombe et al., 2010). Cuando se comparan a pacientes con lesiones cerebrales traumáticas que se han recuperado con pacientes con síntomas persistentes, la DTI había demostrado una aumentada FA y baja del ADC en los sintomáticos más que en asintomáticos del mesencéfalo (Hartikainen et al., 2010).

En comparación con los controles sanos, los pacientes con lesión medular cervical completa tienen un descenso de FA en el mesencefálico y un aumento de la difusividad media del mesencéfalo indica una degeneraciónWalleriana retrógrada (Guleria et al., 2008).

Los niños con síndrome de hipoventilación central congénita muestran mayor difusividad axial en la SGPA (Kumar et al., 2008), posiblemente indicativa de un desarrollo inadecuado o procesos secundarios a la hipoxia, llevando a la menor densidad axonal o disminución del calibre. En los niños con cetoacidosis diabética, el ADC de la SGPA resultó estar elevada durante el tratamiento y en su recuperación posterior estuvo reducida.

Linnman C, Moulton EA, Barmettler G, Becerra L, Borsook D. Neuroimaging of the periaqueductal gray: state of the field. Neuroimage. 2012 Mar;60(1):505-22.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811911014005