Katsaus Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa Riitta Mäntylä, Timo Erkinjuntti, Raili Raininko, Raija Ylikoski, Oili Salonen, Hannu Suoranta, Hannu J. Aronen ja Carl-Gustaf Standertskjöld-Nordenstam Aivojen magneettikuvaus osoittaa usein valkeassa aineessa satunnaisia signaalin voimistumia, joiden etiologia ja kliininen merkitys ovat osittain epäselviä. Muutosten tiedetään lisääntyvän ikääntymisen myötä, ja niillä on todettu olevan yhteyttä moniin aivoverenkierron häiriöiden riskitekijöihin. Väestön ikääntyessä ja dementiasairauksien yleistyessä valkean aineen muutosten yhteys kognitiivisen suorituskyvyn heikkenemiseen on vilkkaan tutkimuksen kohteena. Tässä artikkelissa käsitellään tyypillisiä valkeassa aineessa esiintyviä signaalinmuutoksia, kuvantamislöydösten tulkintaa ja erotusdiagnostiikkaa sekä muutosten neuropatologisia ja kliinisiä yhteyksiä. Muutosten arviointia varten esitellään suomenkielinen nimistö ja yksityiskohtainen luokittelu. Magneettikuvaus on tietokonetomografiaa herkempi aivojen valkean aineen sairauksien kuvantamisessa (Braffman ym. 1988, Kertesz ym. 1988). Erilaisista syistä johtuvia valkean aineen neuropatologisia muutoksia ovat soluvälitilojen laajeneminen (araioosi) ja rakkuloiden muodostus (spongioosi), perivaskulaaritilojen laajeneminen, solunsisäinen ja -ulkoinen ödeema, dys- ja demyelinaatio, aksonien turpoaminen ja väheneminen, oligodendrosyyttien väheneminen ja reaktiivisten astrosyyttien lisääntyminen (astroglioosi). Paikallisia muutoksia ovat pienet nesteontelomuodostumat ja eriasteiset infarktimuutokset (Pantoni ja Garcia 1997, Pantoni 1998). Nämä valkean aineen muutokset näkyvät kirkkaina alueina eli signaalinvoimistumina T2-painotteisissa spinkaikukuvissa. Myös protonitiheyspainotteisissa spinkaikukuvissa ja likvorisuppressiokuvissa (fluid attenuated inversion recovery, FLAIR) glioosi, dys- ja demyelinaatio sekä epätäydelliset infarktimuutokset näkyvät yleensä signaalinvoimistumina. T1-painotteisissa kuvissa muutokset eivät erotu kunnolla tai niiden signaali on ainoastaan lievästi heikentynyt normaaliin valkeaan aineeseen verrattuna (Braffman ym. 1988, Mäntylä ym. 1999a). Normaalien perivaskulaaritilojen (Virchow Robinin tilat) ja erilaisten valkeassa aineessa olevien nesteonteloiden signaali on voimakkuudeltaan yleensä samanlainen kuin aivoselkäydinnesteen signaali. Selkeiden kliinisten tautitilojen lisäksi valkeassa aineessa todetaan usein samankaltaisia mutta epäspesifisempiä signaalinvoimistumia, joiden yhteys kliinisiin oireisiin ja löydöksiin on epäselvempi. Näistä valkean aineen muutoksista on käytetty useita eri nimityksiä: mm. termejä leukoaraioosi (Hachinski ym. 1986), UBO (unidentified bright object) (Kertesz ym. 1988), satunnaiset signaalinvoimistumat (incidental high-signal foci) (Autti ym. 1994) ja valkean aineen vioittuma/löydös/signaalinvoimistuma (white matter lesion/finding/hyperintensity) (Schmidt ym. 1993, Breteler ym. 1994, Longstreth ym. 1996). Ne ovat olleet vilkkaan tutkimuksen kohteena, ja yhteyksiä erilaisiin riski- Duodecim 2000; 116: 1059 69 1059
A B Kuva 1. Valkean aineen ja aivokuoren rajautuminen T2-painotteisessa spinkaikusekvenssissä: A) 25-vuotiaalla henkilöllä raja erottuu hyvin, B) 75-vuotiaalla rajat ovat muuttuneet huonosti erottuviksi. tekijöihin ja kliinisiin löydöksiin on havaittu. Tulokset ovat kuitenkin olleet osittain ristiriitaisia. Valkean aineen verenkierto Aivojen valkea aine muodostuu myeliinitupen ympäröimistä hermosäikeistä, joita tukee neurogliasolukko (van der Knaap ja Valk 1995). Valkea aine on herkkä vaurioitumaan verenkiertohäiriöissä. Kokeellisessa iskemiassa valkean aineen solujen, oligodendrosyyttien ja astrosyyttien turpoamista on havaittu jo useita tunteja ennen aivokuoren ja tyvitumakkeiden neuronien tuhoutumista (Pantoni ym. 1996). Valkean aineen vaurioalttius verenkiertohäiriöissä vaihtelee kuitenkin alueittain erilaisen verisuonituksen vuoksi. Syvä valkea aine saa ainoastaan yksinkertaisen verisuonituksen aivojen pinnalta peräisin olevista pitkistä valtimoista ja on herkkä vaurioitumaan hypoperfuusion ja anoksian aikana (Moody ym. 1990). Myös aivovaltimoiden suonitusalueiden rajalle sijoittuvaa ns. vedenjakaja-aluetta ja kammionmyötäistä valkeaa ainetta on pidetty vaurioherkkänä (De Reuck 1971). Aivan kuorikerroksen alla sijaitseva kapea, ns. U-säikeiden alue ja capsula externa/ extrema saavat kaksin- tai kolminkertaisen suonituksen ja ovat vähemmän alttiita vaurioitumaan verenkiertohäiröissä (Moody ym. 1990), kuten corpus callosumkin (Moody ym. 1988). Ikääntymiseen liittyvät valkean aineen signaalimuutokset Valkeassa aineessa todetaan sekä paikallisia että yleisiä ikääntymiseen liittyviä signaalimuutoksia. Parin ensimmäisen elinvuoden aikana valkea aine kypsyy ja käy läpi varsin huomattavat signaali-intensiteettimuutokset normaalin myelinaatioprosessin yhteydessä (van der Knaap ja Valk 1995). Noin 60 ikävuoden jälkeen valkean aineen yleinen signaali-intensiteetti T2-painotteisissa tavanomaisissa spinkaikukuvissa alkaa kuitenkin vahvistua, ainakin isojenaivojen osalta (Salonen ym. 1997). Muutos on suurin sentraalisilla alueilla, erityisesti aivojen sivukammioiden trigonumien sivustoilla ja yläpuolella. Sig- 1060 R. Mäntylä ym.
A B Kuva 2. Valkean aineen, tyvitumakkeiden ja talamusten rajautuminen T2-painotteisessa spinkaikusekvenssissä: A) 25-vuotiaalla henkilöllä rajat erottuvat hyvin, B) 80-vuotiaalla rajat ovat muuttuneet huonosti erottuviksi. naalin vahvistumisen myötä valkean aineen ja aivokuoren (kuva 1) sekä valkean aineen, tyvitumakkeiden ja talamusten (kuva 2) väliset rajat muuttuvat huonosti erottuviksi noin 65 70 vuoden iässä. Isoissaaivoissa esiintyy pieniä paikallisia T2- signaalinvoimistumia jopa lapsilla ja oireettomillakin henkilöillä kaikissa ikäryhmissä (Autti ym. 1994). Ne lisääntyvät iän mukana mutta tilastollisesti merkitsevästi vasta 50 vuodesta lähtien (Salonen ym. 1997). Lisääntyminen on runsainta vedenjakajavyöhykkeillä. Voimistumien suurin halkaisija on alle 5 mm noin 50 55 vuoden ikään asti mutta alkaa sitten kasvaa. Isompia kuin yli 2 cm:n muutoksia löytyy harvoin iäkkäästäkään normaaliväestöstä. Pikkuaivoista ei vastaavia signaalinvoimistumia ole löytynyt. Sen sijaan pieniä signaalinvoimistumia esiintyy mesenkefalonissa 55 vuoden iästä ja aivosillassa 65 vuoden iästä lähtien. Osa näistä lapsillakin tavattavista pistemäisistä signaalinvoimistumista edustanee normaalivaihteluun kuuluvia isoja perivaskulaari- eli Virchow Robinin tiloja ja osan etiologia on avoin. Noin puolet vedenjakaja-alueiden muutoksista on havaittu signaalinvoimistumina myös protonitiheyspainotteisissa kuvissa 1.0 T:n laitteella, mutta muualla periferiassa noin 80 % signaalinvoimistumista on tullut näkyviin molemmilla sekvensseillä. Näihin jakaumiin ei iällä ole ollut vaikutusta (Autti ym. 1994, Salonen ym. 1997). Aivan sivukammioiden vierustoilla näkyvät signaalinvoimistumat eroavat muualla sijaitsevista. Ne ovat selvästi ikääntymiseen liittyviä, ja niitä alkaa ilmestyä yhä enemmän T2-painotteisiin spinkaikukuviin neurologisesti terveessä väestössä vasta noin 50 vuoden iässä (Salonen ym. 1997). Miten hyvin harmaan ja valkean aineen rajat erottuvat ja miten signaali-intensiteettien keskinäiset suhteet eri rakenteissa muuttuvat iän mukana, riippuu laitteistosta (esimerkiksi kenttävoimakkuudesta) ja valituista kuvausparametreista. Sen vuoksi on vaikeaa verrata yksityiskohtia eri laitteilla ja kuvaustekniikoilla tehdyissä tutkimuksissa. Normaaliväestöstä tehdyt tutkimukset on tehty tavanomaisilla spinkaikusek- Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa 1061
vensseillä. Nopeilla spinkaikusekvensseillä (»fast» tai»turbo») signaali-intensiteettien keskinäiset suhteet ovat hieman erilaiset, jos puhutaan anatomisista rakenteista ja signaali-intensiteetin diffuuseista vähäisistä muutoksista. Ympäristöstä selvästi eroavat signaali-intensiteetin muutokset sen sijaan tulevat näkyviin jokseenkin samalla lailla sekä tavanomaisilla että nopeilla T2-sekvensseillä. Epiplanaaritekniikka eroaa niin paljon muista, että normaalin löydöksen rajat on luultavasti määritettävä erikseen sen osalta. Likvorisuppression avulla otetuissa kuvissa sivukammioita kiertää aina valkea reunus, joten sekin vaatii omat arviointikriteerinsä. Lisäksi FLAIR-kuvissa on itsessään jonkin verran alueellisia signaali-intensiteetin vaihteluita, minkä vuoksi niissä ei voi kiinnittää huomiota pieniin muutoksiin samalla lailla kuin spinkaikukuvissa. Paikallisten signaalinvoimistumien luokittelu Valkean aineen eri alueiden verenkierron perusteella paikalliset signaalinvoimistumat voidaan jakaa aivan aivokammioiden vieressä esiintyviin kammionmyötäisiin voimistumiin sekä syvän valkean aineen, vedenjakaja-alueen ja subkortikaalisten U-säikeiden alueella esiintyviin muutoksiin (Erkinjuntti ym. 1994, Mäntylä ym. 1999a). Kammionmyötäisiä muutoksia ovat sivukammioiden etu- ja takasarvien ympärillä nä- A B C D E F Kuva 3. Kammionmyötäisiä signaalinvoimistumia (nuolet) protonitiheyspainotteisessa spinkaikusekvenssissä: A) pienet, B) keskikokoiset, C) laajat, D) ohuet, E) paksut, F) epäsäännölliset paksut juosteet. 1062 R. Mäntylä ym.
kyvät kaarevat juosteet, jotka voidaan läpimitan mukaan jakaa pieniin, keskikokoisiin ja laajoihin (kuva 3A C). Pienet juosteet ovat etusarven suuntaisesti mitattuna suurimmalta läpimitaltaan korkeintaan 5 mm ja reunoiltaan säännöllisiä. Keskikokoiset juosteet ovat 5 10 mm:n läpimittaisia ja reunoiltaan vielä useimmiten säännöllisiä. Laajoilla juosteilla tarkoitetaan läpimitaltaan yli 10 mm:n signaalinvoimistumia, jotka ovat reunoiltaan epäsäännöllisiä ja ulottuvat syvään valkeaan aineeseen. Kammioiden runko-osaa myötäävät voimistumat voidaan jakaa vastaavasti muutosten läpimitan mukaan ohuisiin, paksuihin ja epäsäännöllisiin paksuihin juosteisiin (kuva 3D F, taulukko 1). Taulukko 1. Valkean aineen signaalinvoimistumat. Kammionmyötäiset Aivokammioiden etu- ja takasarvien myötäiset kaarevat juosteet Pienet juosteet: 5 mm Keskikokoiset juosteet: 6 10 mm Laajat juosteet: > 10 mm etu- tai takasarven suuntaisesti mitattuna Aivokammioiden runko-osan myötäiset juosteet Ohuet juosteet: 5 mm Paksut juosteet: 6 10 mm Epäsäännölliset paksut juosteet: > 10 mm leveimmältä kohdalta mitattuna Muualla valkeassa aineessa esiintyvät Pistemäiset: läpimitta 5 mm Läiskäiset: läpimitta 6 10 mm Yhdistyvät läiskäiset: suurin läpimitta 11 25 mm Yhteen sulautuvat: suurin läpimitta > 25 mm Valkean aineen laaja-alainen signaalivoimistuma: erillisiä fokaalimuutoksia ei ole enää erotettavissa A C Kuva 4. Muualla valkeassa aineessa esiintyviä signaalinvoimistumia: A) pistemäisiä (nuoli) ja läiskäisiä (nuolenkärki), B) yhdistyviä läiskäisiä ja C) yhteen sulautuvia voimistumia sekä D) laaja-alainen voimistuma. B D Syvässä valkeassa aineessa taikka subkortikaali- tai vedenjakaja-alueella sijaitsevat signaalinvoimistumat voidaan jakaa pistemäisiin, läiskäisiin, yhdistyviin läiskäisiin, yhteen sulautuviin ja laaja-alaisiin (kuva 4). Pistemäiset signaalinvoimistumat ovat suurimmalta läpimitaltaan korkeintaan viisi millimetriä, yleensä säännöllisen pyöreitä ja tarkkarajaisia. Läiskäiset voimistumat ovat läpimitaltaan kuudesta kymmeneen millimetriin, useimmiten muodoltaan vielä säännöllisiä. Yhdistyvillä läiskäisillä muutoksilla tarkoitetaan 11 25 millimetrin voimistumia, joiden muoto on vaihteleva ja reunat epäsäännölliset. Yhteen sulautuvat muutokset ovat läpimitaltaan yli 25 mm, muodoltaan epäsäännöllisiä ja nimensä mukaan yhteen sulautuvia. Kun valkeassa ai neessa ei pystytä enää erottamaan erillisiä muutoksia, vaan lähes koko tarkasteltavana olevan valkean aineen alue (syvä valkea aine, ve- Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa 1063
denjakaja- tai subkortikaalialue) on signaali-intensiteetiltään normaalista iänmukaisesta poikkeava, voidaan puhua valkean aineen laaja-alaisesta signaalinvoimistumasta. Erityyppisten ja eri alueilla sijaitsevien signaalimuutosten vaikeusasteen arvioinnista ei ole yhtenäistä käsitystä. Muutoksia on luokiteltu niiden asteen mukaan moniin erilaisin menetelmin (Scheltens ym. 1998), joiden keskinäinen vastaavuus on huono (Mäntylä ym. 1997). Tähän saakka eniten käytetty jako on perustunut neliluokkaiseen (ei muutoksia, lievä, keskivaikea, vaikea) Fazekasin asteikkoon (Fazekas ym. 1987), joka sisältää kammionmyötäisten ja syvän valkean aineen muutosten erottelun. On käytetty myös mallikuvasarjoihin perustuvia luokitteluja, joissa arvioidaan valkean aineen muutoksia kokonaisuutena (Longstreth ym. 1996), sekä kvantitatiivisia menetelmiä muutosten kokonaistilavuuden arvioimiseksi (DeCarli ym. 1995, Dupont ym. 1995). Eri luokitteluasteikkojen ongelmana ovat kuitenkin olleet pääosin kuvailevista termeistä johtuva arvioinnin huono toistettavuus ja mallikuvasarjoihin perustuvien luokittelujen huono saatavuus. Edellä ja taulukossa 1 esitetty signaalinvoimistumien luokittelu on osoittautunut hyvin toistettavaksi (Mäntylä ym. 1999a), ja siitä voidaan tarvittaessa muodostaa muita aiemmin käytettyjä luokitteluja (Mäntylä ym. 1997). Se on myös tulossa laajempaan käyttöön mm. vaskulaarista dementiaa arvioitaessa (Erkinjuntti ym. 1999). Signaalinmuutosten neuropatologia vaihtelee Vaikka magneettikuvaus osoittaa herkästi valkean aineen muutoksia, sen ongelmana on muutosten epäspesifisyys. Useat histologialtaan toisistaan poikkeavat muutokset aiheuttavat magneettikuviin signaali-intensiteetiltään jokseenkin samanlaisilta näyttäviä muutoksia. Erilaisissa vainaja-aineistoissa on todettu sivukammioiden etuja takasarvien ympärillä olevissa pienissä juosteissa pienentynyttä myeliinipitoisuutta, paikallinen ependyymikerroksen vaurio ja glioosi sekä muuhun valkeaan aineeseen verrattuna runsaampi periependymaalisen ja solunulkoisen tilan nestepitoisuus (Sze ym. 1986, Leifer ym. 1990, Fazekas ym. 1993). Aivokammioiden runko-osaa myötäilevissä juosteissa on todettu lisäksi laajentuneita perivaskulaaritiloja ja ontelomuodostusta (Fazekas ym. 1993). Tämäntyyppisiin signaalinmuutoksiin ei ole liittynyt selviä verisuonimuutoksia, ja niitä on pidetty etiologialtaan ei-vaskulaarisina (Fazekas ym. 1998). Sen sijaan selvästi patologisissa epäsäännöllisissä paksuissa juosteissa on todettu glioosia ja hermosäikeiden katoa, lakuunainfarkteja, soluvälitilojen laajenemista ja nesteontelomuodostusta sekä pienten arteriolien tyypillisiä seinämämuutoksia (fibro- ja lipohyalinoosia) (Fazekas ym. 1993). Syvässä valkeassa aineessa esiintyvien, ikääntymiseen liittyvien signaalimuutosten on esitetty edustavan vaskulaarista etiologiaa (Fazekas ym. 1998). Pistemäisissä signaalinvoimistumissa on todettu paikallista glioosia ja myeliinikatoa, epätäydellistä infarktimuutosta ja lakuunainfarkteja, laajentuneita perivaskulaaritiloja ja eriasteisia vaurioita verisuonten ympärillä. Osalle pistemäisiä muutoksia histologinen tarkastelu ei ole osoittanut selvää neuropatologista vastinetta (Braffman ym. 1988, Fazekas ym. 1993). Yhdistyvissä ja yhteen sulautuvissa signaalivoimistumissa on todettu myeliinikatoa, oligodendrosyyttien vähenemistä, aksonien turpoamista ja katoa, astroglioosia, soluvälitilojen laajenemista ja nesteontelomuodostusta, arterioskleroottisia seinämämuutoksia ja perivaskulaarisia muutoksia. Laaja-alaisissa muutoksissa todetaan lisäksi paikallisia epätäydellisiä tai täydellisiä infarktimuutoksia (Leifer ym. 1990, Yamanouchi 1991, Fazekas ym. 1993). Signaalimuutosten patogeneesi Valkean aineen ikääntymiseen liittyvän signaalimuutoksen etiologia on vielä avoin. Koska aivokammiot suurenevat samanaikaisesti, mahdollisena mekanismina voisi olla harmaan aineen neuronikatoon liittyvä aksonien väheneminen ja valkean aineen myeliinipitoisuuden muuttuminen (Salonen ym. 1997). Myöskään paikallisten signaalinvoimistumien patogeneesiä ei ole täysin vahvistettu, vaikka 1064 R. Mäntylä ym.
useat tekijät viittaavat siihen, että muutosten taustalla ovat verenkierrolliset syyt (Pantoni 1998). Keskeisenä muutoksena pidetään syvää valkeaa ainetta suonittavien perforoivien arteriolien ahtautumista, virtausvastuksen kasvamista, itsesäätelyn heikentymistä sekä lisääntynyttä herkkyyttä verenpaineen vaihteluille ja toistuville lyhytkestoisille hypoperfuusiovaiheille. On myös esitetty, että verisuonen seinämävaurioon liittyvä seerumin valkuaisaineiden ja toksisten ainesosien transsudaatio voisivat johtaa nesteen ja makromolekyylien lisääntymiseen valkeassa aineessa ja olla osallisena signaalinvoimistumien synnyssä (Pantoni ja Garcia 1997). Osan muutoksista on esitetty liittyvän aksonidegeneraatioon (Wallerin degeneraatio) (Leys ym. 1991). Paikallisten signaalinvoimistumien yleisyys, riskitekijät ja kliiniset yhteydet Arviot signaalinvoimistumien yleisyydestä ovat vaihdelleet väestöotoksissa ja terveillä vapaaehtoisilla tehdyissä tutkimuksissa välillä 27 100 % (taulukko 2). Ristiriitaiset tulokset johtuvat osaltaan tutkittujen aineistojen erilaista ikärakenteista, eri tavoin jakaantuneista riskitekijöistä, magneettikuvausten teknisistä eroista (kenttävoimakkuus, pulssisekvenssi) (Mäntylä ym. 1999a) sekä valkean aineen signaalinvoimistumien erilaisista kriteereistä (muutostyypit ja -alue) (Mäntylä ym. 1997). Osa valkeassa aineessa esiintyvistä muutoksista on todennäköisesti fysiologisia, ja niitä esiintyy kaikissa ikäryhmissä. Myös riskitekijöitä koskevat tutkimustulokset ovat olleet osittain ristiriitaisia. Jokseenkin ainoa riskitekijä, jonka suhteen tulokset ovat yhteneviä, on ikääntyminen. Sekä neurologisesti oireettomilla että potilasaineistoissa valkean aineen muutosten esiintyvyyden ja vaikeusasteen on todettu lisääntyvän merkitsevästi ikääntymisen myötä (Breteler ym. 1994, Erkinjuntti ym. 1994, Fukuda ja Kitani 1996, Salonen ym. 1997). Valkean aineen muutosten itsenäisiksi vaaratekijöiksi on useissa tutkimuksissa todettu myös verenpainetauti (Sarpel ym. 1987, Erkinjuntti ym. 1994, Fukuda ja Kitani 1996, Longstreth ym. 1996) ja erityyppiset aivoverenkierron häiriöt (Breteler ym. 1994). Muina mahdollisina riskitekijöinä on mainittu diabetes (Sarpel ym. 1987, Erkinjuntti ym. 1994), sydänsairaudet (Sarpel ym. 1987, Breteler ym. 1994, Erkinjuntti ym. 1994), syöpä (Sarpel ym. 1987), plasman tekijä VIIc:n lisääntynyt aktiivisuus, veren fibrinogeeni- ja kolesterolipitoisuus (Breteler ym. 1994), tupakointi (Fukuda ja Kitani 1996), pienentynyt uloshengityksen sekuntikapasiteetti (FEV 1 ) sekä alhainen tulotaso (Longstreth ym. 1996). Erilaisia kliinisiä oireita, joihin valkean aineen signaalinvoimistumilla on todettu olevan yhteyttä, ovat erilaiset kognitiiviset häiriöt ja älyllisen suorituskyvyn laajempi heikkeneminen (Ylikoski ym. 1993, Breteler ym. 1994, Longstreth ym. 1996), mielialahäiriöt (Dupont ym. 1995) sekä kävelyn ja tasapainon häiriöt (Baloh ym. 1995, Longstreth ym. 1996). Taulukko 2. Valkean aineen signaalinvoimistumien yleisyys väestöotoksissa. Tutkimus Otos- Ikä- Signaalinkoko jakauma, v voimistumien yleisyys, % Lindgren ym. 1994 77 >35 62.3 Breteler ym. 1994 111 65 84 27 Ylikoski ym. 1995 128 56 88 39 (kammionmyötäiset) 22 (syvä valkea aine) Schmidt ym. 1996 355 45 75 44.8 Longstreth ym. 1996 3 301 >65 95.6 Liao ym. 1996 1 920 55 72 85 Salonen ym. 1997 61 30 86 45 (30 50 v) 100 (>50 v) Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa 1065
Valkean aineen muutokset ja kognitiivinen suorituskyky Taulukko 3. Keski-ikäisillä ja vanhemmilla henkilöillä todettavia sairauksia, joihin liittyy T2-painotteisissa spinkaikukuvissa valkean aineen signaalinvoimistumia (van der Knaap ja Valk 1995, Barkhof ym. 1998). Perinnölliset CADASIL (cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leucoencephalopathy) Joidenkin leukodystrofioiden aikuismuodot (mm. metakromaattinen leukodystrofia, adrenoleukodystrofia) Mitokondriotaudit Hankinnaiset Ei-infektioosiset tulehdukselliset häiriöt Multippeliskleroosi Akuutti disseminoitunut enkefalomyeliitti Sarkoidoosi Infektioosiset tulehdukselliset häiriöt Lymen tauti HIV, Herpes simplex, synnynnäisen keskushermostoinfektion jälkitila (CMV, toksoplasma, vihurirokko) Etenevä multifokaalinen leukoenkefalopatia Subakuutti sklerosoiva panenkefaliitti Toksis-metaboliset häiriöt B 12 -vitamiinin ja folaatin puutos Keskushermostoon vaikuttavat aineet (mm.alkoholi, liuottimet, tietyt solunsalpaajat, elohopea ja lyijy) Hypoksis-iskeemiset häiriöt Aivoverenkierron häiriöt (erityisesti pienten verisuonten sairaus, multippelit emboliat) Vaskulaariset dementiat (erityisesti subkortikaalinen vaskulaarinen dementia: lakunaaritila ja Binswangerin tauti) Spesifiset tulehdukselliset ja muut arteriopatiat Traumaattiset häiriöt Säteily Turvotus Diffuusi aksonaalinen vaurio Kasvaimet Primaari keskushermostolymfooma Multifokaalinen gliooma / gliomatosis cerebri Etäpesäkkeet Muita Wallerin degeneraatio (aksonidegeneraatio) Normaalipaineinen hydrokefalia Hypertensiiviset enkefalopatiat (mm. munuaisten krooninen vajaatoiminta, hemolyyttis-ureeminen oireyhtymä) Terveillä ihmisillä magneettikuvauksessa todettujen pienten juosteiden ja pistemäisten signaalinvoimistumien yhteydessä ei ole havaittu kognitiivisia muutoksia. Sen sijaan laajempiin valkean aineen muutoksiin on todettu liittyvän hidastuneisuutta sekä häiriöitä tarkkaavaisuudessa ja joustavassa prosessoinnissa (Schmidt ym. 1993, Ylikoski ym. 1993, DeCarli ym. 1995). Muutosten täytyy ehkä ylittää tietty kynnys ja olla laajalle levinneitä (esim. paksut juosteet ja yhteen sulautuvat muutokset) (Boone ym. 1992), tai sijaita tietyillä tärkeillä alueilla (esim. aivojen etuosassa siten, että ne vaurioittavat prefrontaalista subkortikaalista ratayhteyttä; Tatemichi ym. 1995) ennen kuin vaikutukset näkyvät kognitiivisissa toiminnoissa muutoin terveellä aikuisella. Erityyppisissä vaskulaarisissa dementioissa valkean aineen muutokset ovat hyvin yleisiä (Erkinjuntti ym. 1999). Väestötasolla ja aivoverenkierron häiriön jälkeisessä dementiassa valkean aineen muutokset ovat dementian itsenäinen riskitekijä (Pantoni ym. 1999). Valkean aineen muutokset ovat korosteisia erityisesti subkortikaalisessa vaskulaarisessa dementiassa (VaD), joka liittyy pienten syvien perforoivien arteriolien muutoksiin, niihin liittyviin lakuunainfarkteihin ja valkean aivoaineen iskeemisiin vaurioihin (Erkinjuntti ym. 1999). VaD-potilailla todetaan magneettikuvauksessa tyypillisesti laajat juosteet sivukammioiden etu- ja takasarvien ympärillä, epäsäännölliset paksut juosteet kammioiden runko-osien myötäisesti ja syvässä valkeassa aineessa yhteen sulautuvia ja laajoja signaalinvoimistumia, jotka säästävät subkortikaalisia U-säikeitä. Myös CADASIL-taudissa (cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leucoencephalopathy), joka on autosomissa vallitsevasti periytyvä dementiaan johtava pienten ja keskisuurten valtimoiden tauti (Kalimo ym. 1998), valkean aineen signaalinvoimistumat ovat keskeisessä asemassa. CADASIL-potilailla esiintyy usein jo oireettomassa vaiheessa T2-painotteisissa kuvissa valkean aineen signaalinvoimistumia, jotka sijoittuvat pääosin kammionmyötäiseen ja syvään valkeaan aineeseen. Signaalinvoimistumat capsula externassa, aivorungossa, tyvitumakkeissa ja ohimolohkoissa ovat myös tavallisia. Suurella osalla potilaista todetaan lisäksi T1-painotteisissa kuvissa likvorin signaalia muistuttavia aivojen syvien osien muutoksia, jotka sopivat vanhoihin lakuunainfarkteihin (van der Knaap ja Valk 1995, Chabriat ym. 1998). 1066 R. Mäntylä ym.
Signaalinvoimistumien erotusdiagnostiikka Kuva 5. Multippeliskleroosipotilaan valkean aineen signaalinvoimistumia, jotka näkyvät vaaleina aivokammioiden vieressä likvorisuppressio-sekvenssillä kuvattuina. Signaalinvoimistumien epäspesifisyyden vuoksi erotusdiagnostisia vaihtoehtoja on runsaasti (taulukko 3). Lisäksi monet valkean aineen sairaudet saattavat muistuttaa radiologiselta löydökseltään toisiaan, ja sairauksista voi esiintyä epätyypillisiä muotoja. Monet taulukossa 3 luetelluista sairauksista ovat kuitenkin hyvin harvinaisia. Lisäksi niihin liittyy selkeitä kliinisiä oireita tai löydöksiä. Niinpä onkin esitetty, että kun otetaan huomioon valkean aineen sairauksien esiintyvyys ja kliininen kuva, magneettikuvauksessa sattumalöydöksenä todettu valkean aineen signaalivoimistuma olisi yli 95 %:n todennäköisyydellä etiologialtaan hypoksis-iskeeminen (Barkhof ym. 1998). Radiologisessa erotusdiagnostiikassa on keskeistä tunnistaa affisioituneet valkean aineen alueet (kammionmyötäinen, syvä valkea aine, vedenjakaja-alue, subkortikaalialue), signaalinmuutosten määrä, muoto, koko ja ekspansiivisuus. Ikääntymiseen liittyvät valkean aineen signaalinvoimistumat eivät myöskään tehostu gadoliniumilla, joten lisätietoa niiden aktiivisuudesta saadaan antamalla kuvauksen yhteydessä tehosteainetta. Erotusdiagnostiikan kannalta on myös tärkeää, että kuvia tulkitseva radiologi saa riittävät kliiniset esitiedot, joista keskeisimpiä ovat potilaan kliiniset oireet ja neurologisessa tutkimuksessa havaitut poikkeavat löydökset, aiemmin todetut sairaudet (verenpainetauti, diabetes, aivoverenkierron häiriöt, pahanlaatuiset sairaudet tai infektiotaudit) sekä perinnöllisiä sairauksia ajatellen sukuanamneesi. Vaskulaariseen etiologiaan viittaavia löydöksiä ovat riskitekijöiden ohella laajat tai epäsäännölliset paksut juosteet kammionmyötäisessä valkeassa aineessa, syvässä valkeassa aineessa ja vedenjakaja-alueella sijaitsevat signaalinvoimistumat sekä infarktimuutokset, joista erityisesti aivojen pienten syvien verisuonten seinämämuutoksiin viittaavat lakuunainfarktit tai verisuonitusalueiden rajalle sijoittuvat infarktit ovat yhteydessä signaalinvoimistumiin (Mäntylä ym. 1999b). Voimistumat aivokurkiaisessa, commissura anteriorin alueella ja subkortikaalialueella ovat vaskulaarisissa häiriöissä harvinaisempia (van der Knaap ja Valk 1995). Moniin taulukoissa lueteltuihin sairauksiin liittyy myös radiologiselta kuvaltaan tyypillisiä signaalinvoimistumia. Multippeliskleroosidiagnoosia tukevat kliinisten oireiden lisäksi kammionmyötäiset, kohtisuoraan aivokammion seinämää vastaan suuntautuvat soikeat signaalinvoimistumat (kuva 5), yli 6 mm:n läpimittaiset leesiot, infratentoriaaliset tai ohimolohkoihin paikantuvat signaalinvoimistumat, aivokurkiaisen affisioituminen ja tietyssä vaiheessa olevien leesioiden tehostuminen gadoliniumilla (Barkhof ym. 1998). Lymen taudissa ja neurosarkoidoosissa tehostumista voi signaalinvoimistumien ohella näkyä myös aivokalvoissa (van der Knaap ja Valk 1995). Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa 1067
Kuvauslöydöksen merkityksen arviointi Ikääntyvän ihmisen magneettikuvauslausunnosta tulisi ilmetä valkean aineen alueilla esiintyvät signaalimuutokset ja niiden tyyppipiirteiden ja kliinisen taustan perusteella tehdyt päätelmät. Normaalissa ikääntymisessä eli henkilöillä, joilla ei ole ilmeistä aivoihin vaikuttavaa sairautta, valkean aineen muutokset ovat vähäisiä ja muodostuvat yleensä reunoiltaan säännöllisistä kammionmyötäisistä juosteista ja harvoista pistemäisistä tai läiskäisistä, tavallisimmin vedenjakajaalueelle sijoittuvista signaalinvoimistumista (Erkinjuntti ym. 1994, Salonen ym. 1997, Fazekas ym. 1998). Tätä runsaammat muutokset viittaavat suurentuneeseen aivoverenkierron häiriön riskiin, ja näillä potilailla on syytä kiinnittää huomiota aivoverenkierron häiriöiden riskitekijöihin. Mitä laajempia valkean aineen signaalinmuutokset ovat, sitä todennäköisemmin ne vaikuttavat myös kognitiiviseen suorituskykyyn, erityisesti kognitiivisen toiminnan nopeuteen, tarkkaavaisuuteen ja joustavaan prosessointiin sekä tiettyihin neurologisiin oireisiin, kuten kävelyhäiriöihin, tasapainoheijasteiden heikkenemiseen ja kaatuilutaipumukseen. Laajat etu- ja takasarvien myötäiset juosteet, epäsäännölliset paksut aivokammioiden runko-osan myötäiset juosteet sekä yhteen sulautuvat signaalinvoimistumat tai valkean aineen laaja-alainen muutos yhdistyneenä lakuunainfarkteihin ovat tyypillisiä vaskulaarisessa dementiassa todettavia löydöksiä (Erkinjuntti ym. 1999). Lopuksi Valkean aineen signaalinvoimistumat ovat hyvin yleisiä. Koska niitä esiintyy myös neurologisesti oireettomilla henkilöillä, magneettikuvien tulkinnassa on tärkeää erottaa toisistaan valkean aineen fysiologiset signaalimuutokset, normaalit ikämuutokset ja kliinisesti merkittävät löydökset. Signaalinvoimistumien erotusdiagnostiikkaa hankaloittaa muutosten epäspesifisyys. Näiltä osin odotukset kohdistuvat uusiin magneettikuvaustekniikoihin (magnetisaation siirtoon perustuvat tekniikat, magneettispektroskopia, diffuusio- ja perfuusiopainotteinen kuvaus), jotka ovat nykyään käytössä lähinnä tutkimustyössä. *** Kiitämme taloudellisesta tuesta Suomen Akatemiaa, HYKS-instituuttia ja Suomen Alzheimer-säätiötä. Kirjallisuutta Autti T, Raininko R, Vanhanen SL, Kallio M, Santavuori P. MRI of the normal brain from early childhood to middle age. I. Appearances on T2- and proton density-weighted images and occurance of incidental high-signal foci. Neuroradiology 1994;36:644 8. Baloh RW, Yue Q, Socotch TM, Jacobson KM. White matter lesions and disequilibrium in older people. I. Case-control comparison. Arch Neurol 1995;52:970 4. Barkhof F, Scheltens P, Leys D. Differential diagnosis of incidental magnetic resonance imaging abnormalities in aging. Kirjassa: Fazekas F, Schmidt R, Alavi A, toim. Neuroimaging of normal aging and uncommon causes of dementia. Dordrecht: ICG Publications, 1998, s. 57 68. Boone KB, Miller BC, Lesser IM, ym. Neuropsychological correlates of white-matter lesions in healthy elderly subjects. A treshold effect. Arch Neurol 1992;49:549 54. Braffman BH, Zimmerman RA, Trojanowski JQ, Gonatas NK, Hickey WF, Schlaepfer WW. Brain MR: pathologic correlation with gross and histopathology. II. Hyperintense white-matter foci in the elderly. AJNR 1988;9:629 36. Breteler MM, van Swieten JC, Bots ML, ym. Cerebral white matter lesions, vascular risk factors, and cognitive function in a population-based study: the Rotterdam Study. Neurology 1994;44:1246 52. Chabriat H, Levy C, Taillia H, ym. Patterns of MRI lesions in CADASIL. Neurology 1998;51:452 7. De Reuck J. The human periventricular arterial blood supply and the anatomy of cerebral infarctions. Eur Neurol 1971;5:321 34. DeCarli C, Murphy DG, Tranh M, ym. The effect of white matter hyperintensity volume on brain structure, cognitive performance, and cerebral metabolism of glucose in 51 healthy adults. Neurology 1995;45:2077 84. Dupont RM, Jernigan TL, Heindel W, ym. Magnetic resonance imaging and mood disorders Localization of white matter and other subcortical abnormalities. Arch Gen Psychiatry 1995;52:747 55. Erkinjuntti T, Gao F, Lee DH, Eliasziw M, Merskey H, Hachinski VC. Lack of difference in brain hyperintensities between patients with early Alzheimer s disease and control subjects. Arch Neurol 1994;51:260 8. Erkinjuntti T, Bowler JV, DeCarli CS, ym. Imaging of static brain lesions in vascular dementia: implications for clinical trials. Alzh Dis Assoc Disord 1999;13 Suppl 3:S81 S90. Fazekas F, Chawluk JB, Alavi A, Hurtig HI, Zimmerman RA. MR signal abnormalities at 1.5 T in Alzheimer s dementia and normal aging. AJR Am J Roentgenol 1987;149:351 6. Fazekas F, Kleinert R, Offenbacher H, ym. Pathologic correlates of incidental MRI white matter signal hyperintensities. Neurology 1993;43:1683 9. Fazekas F, Schmidt R, Kleinert R. The neuropathology of white matter changes in normal aging. Kirjassa: Fazekas F, Schmidt R, Alavi A, toim. Neuroimaging of normal aging and uncommon causes of dementia. Dordrecht: ICG Publications, 1998, s. 27 46. Fukuda H, Kitani M. Cigarette smoking is correlated with the periventricular hyperintensity grade on brain magnetic resonance imaging. Stroke 1996;27:645 9. Hachinski VC, Potter P, Merskey H. Leuko-araiosis: an ancient term for a new problem. Can J Neurol Sci 1986;13:533 4. Kalimo H, Aho T, Amberla K, ym. CADASIL-tauti: perinnöllinen aivohalvauksiin ja dementiaan johtava valtimosairaus. Duodecim 1998; 114:2041 51. Kertesz A, Black SE, Tokar G, Benke T, Carr T, Nicholson L. Periventricular and subcortical hyperintensities on magnetic resonance imag- 1068 R. Mäntylä ym.
ing.»rims, caps and unidentified bright objects». Arch Neurol 1988;45:404 8. van der Knaap MS, Valk J. Magnetic resonance of myelin, myelination and myelin disorders. 2. painos. Berlin: Springer-Verlag, 1995. Leifer D, Buonanno FS, Richardson EP, Jr. Clinicopathologic correlations of cranial magnetic resonance imaging of periventricular white matter. Neurology 1990;40:911 8. Leys D, Pruvo JP, Parent M, ym. Could Wallerian degeneration contribute to»leuko-araiosis» in subjects free of any vascular disorder? J Neurol Neurosurg Psychiatry 1991;54:46 50. Liao D, Cooper L, Cai J, ym. Presence and severity of cerebral white matter lesions and hypertension, its treatment, and its control. The ARIC Study. Atherosclerosis Risk in Communities Study. Stroke 1996;27:2262 70. Lindgren A, Roijer A, Rudling O, ym. Cerebral lesions on magnetic resonance imaging, heart disease, and vascular risk factors in subjects without stroke. A population-based study. Stroke 1994;25:929 34. Longstreth WT, Manolio TA, Arnold A, ym. Clinical correlates of white matter findings on cranial magnetic resonance imaging of 3301 elderly people: the cardiovascular health study. Stroke 1996;27: 1274 82. Moody DM, Bell MA, Challa VR. The corpus callosum, a unique whitematter tract: anatomic features that may explain sparing in Binswanger disease and resistance to flow of fluid masses. Am J Neuroradiol 1988;9:1051 9. Moody DM, Bell MA, Challa VR. Features of the cerebral vascular pattern that predict vulnerability to perfusion or oxygenation deficiency: an anatomic study. Am J Neuroradiol 1990;11:431 9. Mäntylä R, Erkinjuntti T, Salonen O, ym. Variable agreement between visual rating scales for white matter hyperintensities on MRI. Comparison of 13 rating scales in a postroke cohort. Stroke 1997;28:1614 23. Mäntylä R, Aronen HJ, Salonen O, ym. The prevalence and distribution of white-matter changes on different MRI pulse sequences in a post-stroke cohort. Neuroradiology 1999(a);41:657 65. Mäntylä R, Aronen HJ, Salonen O, ym. Magnetic resonance imaging white matter hyperintensities and mechanism of ischemic stroke. Stroke 1999(b);30:2053 8. Pantoni L, Garcia JH, Gutierrez JA. Cerebral white matter is highly vulnerable to ischemia. Stroke 1996;27:1641 6. Pantoni L, Garcia JH. Pathogenesis of leukoaraiosis. Stroke 1997;28:652 9. Pantoni L. Experimental approaches to white matter disease. Dement Geriatr Cogn Disord 1998;9 Suppl 1:20 4. Pantoni L, Leys D, Fazekas F, ym. Role of white matter lesions in cognitive impairment of vascular origin. Alzheimer Dis Assoc Disord 1999;13 Suppl 3:S49 S54. Salonen O, Autti T, Raininko R, Ylikoski A, Erkinjuntti T. MRI of the brain in neurologically healthy middle-aged and elderly individuals. Neuroradiology 1997;39:537 45. Sarpel G, Chaudry F, Hindo W. Magnetic resonance imaging of periventricular hyperintensity in a Veterans Administration Hospital population. Arch Neurol 1987;44:725 8. Scheltens P, Erkinjuntti T, Leys D, ym. White matter changes on CT and MRI: an overview of visual rating scales. Eur Neurol 1998;39:80 9. Schmidt R, Fazekas F, Offenbacher H, ym. Neuropsychologic correlates of MRI white matter hyperintensities: a study of 150 normal volunteers. Neurology 1993;43:2490 4. Schmidt R, Hayn M, Fazekas F, Kapeller P, Esterbauer H. Magnetic resonance imaging white matter hyperintensities in clinically normal elderly individuals. Correlations with plasma concentrations of naturally occurring antioxidants. Stroke 1996;27:2043 4. Sze G, De Armond SJ, Brant-Zawadzki M, Davis RL, Norman D, Newton TH. Foci of MRI signal (pseudo lesions) anterior to the frontal horns: Histologic correlations of a normal finding. Am J Roentgenol 1986;147:331 7. Tatemichi TK, Desmond DW, Prohovnik I. Strategic infarcts in vascular dementia. A clinical and brain imaging experience. Arzneimittel- Forschung 1995;45:371 85. Yamanouchi H. Loss of white matter oligodendrocytes and astrocytes in progressive subcortical vascular encephalopathy of Binswanger type. Acta Neurol Scand 1991;83:301 5. Ylikoski A, Erkinjuntti T, Raininko R, Sarna S, Sulkava R, Tilvis R. White matter hyperintensities on MRI in the neurologically nondiseased elderly. Analysis of cohorts of consecutive subjects aged 55 to 85 years living at home. Stroke 1995;26:1171 7. Ylikoski R, Ylikoski A, Erkinjuntti T, Sulkava R, Raininko R, Tilvis R. White matter changes in healthy elderly persons correlate with attention and speed of mental processing. Arch Neurol 1993; 50:818 24. RIITTA MÄNTYLÄ, LL, erikoislääkäri, tutkija riitta.mantyla@helsinki.fi Helsingin yliopiston kliinisen lääketieteen laitos, radiologian osasto Haartmaninkatu 4 00290 Helsinki TIMO ERKINJUNTTI, dosentti, erikoislääkäri RAIJA YLIKOSKI, psyk.lis., neuropsykologi HYKS:n neuroklinikka Haartmaninkatu 4 00290 Helsinki RAILI RAININKO, professori Enheten för radiologi, Institutionen för onkologi, radiologi och klinisk immunologi Uppsala universitet 75185 Uppsala OILI SALONEN, dosentti, osastonylilääkäri HYKS:n röntgen Haartmaninkatu 4 00290 Helsinki HANNU SUORANTA, dosentti, erikoislääkäri Mediscan Oy Eteläinen rautatiekatu 16a 00100 Helsinki HANNU J. ARONEN, professori HYKS:n röntgen Haartmaninkatu 4 00290 Helsinki KYS:n kliinisen radiologian osasto 70210 Kuopio CARL-GUSTAF STANDERTSKJÖLD-NORDENSTAM, professori HYKS:n röntgen Haartmaninkatu 4 00290 Helsinki Aikakauskirjan pyytämä artikkeli Jätetty toimitukselle 18.11.1999 Ikääntyvän ihmisen valkea aivoaine magneettikuvassa 1069