Revisión del modelo del control de la mirada vertical

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1 revisión Revisión del modelo del control de la mirada vertical Miguel Ángel Rubio-Pérez, Alberto L. Gálvez-Ruiz, María Sepúlveda-Gázquez, Lluís Planellas-Giné, Jaume Roquer-González Introducción. Las principales estructuras implicadas en el control de la mirada vertical, tanto en las sacadas como en el seguimiento fino y los reflejos oculovestibulares, son el núcleo rostral intersticial del fascículo longitudinal medial, la comisura posterior, el núcleo intersticial de Cajal, el complejo oculomotor y el núcleo del IV par. Pese a conocer las funciones de estos núcleos, sus principales interconexiones, aferencias y eferencias, no existe un modelo definitivo contrastado del control de la mirada vertical en el ser humano. Objetivo. A través de tres casos clínicos y de lo descrito en la literatura científica, se pretende revisar los modelos descritos hasta la fecha. Desarrollo. El control de las sacadas verticales se genera en el núcleo rostral intersticial del fascículo longitudinal medial, proyectando hacia los núcleos de los oculomotores pertinentes de manera ipsilateral en la infraducción, y de manera bilateral en la supraducción. Conclusiones. La inervación doble y cruzada de los núcleos encargados de la mirada superior implica que lesiones unilaterales afectarán predominantemente a la mirada inferior. Palabras clave. Comisura posterior. Complejo oculomotor. Mirada vertical. Núcleo intersticial de Cajal. Núcleo rostral intersticial del fascículo longitudinal medial. Sacadas. Introducción Las diferentes vías que controlan los movimientos oculares, tanto voluntarios como reflejos, comprenden estructuras del córtex cerebral, el cerebelo y el tronco encefálico. El control de las sacadas oculares implica diferentes sistemas según si son en el plano horizontal (localizados en la protuberancia) o si son verticales (en el mesencéfalo). Mientras que el mecanismo de las sacadas horizontales es bien conocido, las conexiones y estructuras responsables de las sacadas verticales no están del todo bien definidas en el ser humano. Diversos estudios con modelos animales, así como a través de las descripciones de casos clínicos, han intentado precisar las estructuras implicadas en dichos movimientos [1-3], pero a pesar de ello no existe hoy en día un modelo totalmente contrastado en la generación de los movimientos verticales oculares. Las principales estructuras mesencefálicas implicadas en la mirada vertical son el núcleo intersticial del fascículo longitudinal medial (riflm), el núcleo intersticial de Cajal (NIC), la comisura posterior (CP), el complejo oculomotor y el núcleo del IV par. Las neuronas encargadas de las sacadas de la mirada superior tienen una proyección bilateral de ambos núcleos del riflm (una misma neurona hace sinapsis con las motoneuronas del recto superior e oblicuo inferior de ambos lados) [4], mientras que las neuronas que proyectan desde el riflm hacia los músculos depresores (recto inferior y oblicuo superior) son ipsilaterales [5] (Figs. 1 y 2). De acuerdo con este esquema anatómico, una lesión unilateral del riflm provocaría una afectación de las sacadas de la mirada inferior, mientras que las sacadas de la mirada superior quedarían preservadas al recibir estas motoneuronas inervación bilateral. Mediante la descripción de tres casos clínicos de pacientes afectos de una lesión unilateral mesencefálica con abolición de las sacadas inferiores, y de las superiores tan sólo de forma transitoria, pretendemos realizar una revisión de la literatura científica sobre el modelo del control de la mirada vertical y contribuir a explicar estos casos. Desarrollo Caso 1 Varón de 31 años sin antecedentes patológicos de interés que es encontrado en su domicilio con disminución del nivel de consciencia. El paciente es Hospital del Mar. Parc de Salut Mar. Barcelona, España. Correspondencia: Dr. Miguel Ángel Rubio Pérez. Hospital del Mar. Parc de Salut Mar. Pg. Marítim, E Barcelona @parcdesalutmar.cat Trabajo presentado parcialmente como comunicación oral en la LXII Reunión Anual de la Sociedad Española de Neurología. Aceptado tras revisión externa: Cómo citar este artículo: Rubio-Pérez MA, Gálvez-Ruiz AL, Sepúlveda-Gázquez M, Planellas- Giné L, Roquer-González J. Revisión del modelo del control de la mirada vertical. Rev Neurol 2011; 53: Revista de Neurología Rev Neurol 2011; 53 (8):

2 M.A. Rubio-Pérez, et al Figura 1. Esquema del control de la mirada inferior. La misma neurona hace sinapsis con el subnúcleo del recto inferior ipsilateral y con el núcleo del oblicuo superior ipsilateral. El axón que parte del núcleo del IV par cruza dorsalmente el tronco encefálico, formando el oblicuo superior contralateral. cc: núcleo craneocaudal; ew: núcleo de Edinger-Westphal; NIC: núcleo intersticial de Cajal; OI: oblicuo inferior; OS: oblicuo superior; pc: par craneal; RI; recto inferior; riflm: núcleo reticular intersticial del fascículo longitudinal medial; RS: recto superior. Figura 2. Esquema del control de la mirada superior. Las neuronas que provienen del riflm hacen sinapsis con los subnúcleos del recto superior y oblicuo inferior de ambos lados. Los axones que parten del subnúcleo del recto superior se decusan para formar parte del nervio oculomotor contralateral. cc: núcleo craneocaudal; ew: núcleo de Edinger-Westphal; NIC: núcleo intersticial de Cajal; OI: oblicuo inferior; OS: oblicuo superior; pc: par craneal; RI; recto inferior; riflm: núcleo reticular intersticial del fascículo longitudinal medial; RS: recto superior. intubado y trasladado a la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI). Los estudios analíticos descartaron procesos infecciosos, consumo de tóxicos y otros procesos sistémicos. Se realizó una resonancia magnética craneal que mostraba una lesión isquémica aguda talámica bilateral con extensión al mesencéfalo superior derecho. Tras la recuperación del nivel de consciencia la exploración neurológica mostraba una parálisis de la mirada superior (realizaba un 60% del recorrido total de la supraversión) y de la inferior (un 40% en el ojo derecho y un 30% en el ojo izquierdo) con una mirada horizontal normal (tanto ducciones como versiones). Había una alteración del rango de las sacadas verticales, así como de la velocidad de éstas, del seguimiento y de los reflejos oculovestibulares. Las pupilas eran isocóricas y reactivas, sin ptosis. Existía una ortoforia en posición primaria de la mirada. Ocho meses después el paciente presentaba una franca mejoría de la mirada vertical superior (90%), pero con persistencia de la parálisis de la mirada inferior (40%) y con la normalización de los reflejos oculovestibulares. Caso 2 Varón de 75 años que ingresa en el servicio de urgencias tras una disminución brusca del nivel de consciencia (escala de coma de Glasgow: 4). A su llegada el paciente fue intubado y trasladado al servicio de UCI. Se realizó una tomografía computarizada craneal que mostró una hipodensidad en la región occipital izquierda. La analítica general de urgencias y el resto de exploraciones complementarias no mostraron otras alteraciones. Una nueva tomografía computarizada realizada a las 24 horas del ingreso demostró un infarto occipital izquierdo, infarto talámico y mesencefálico derecho, así como afectación del pedúnculo cerebeloso derecho. Tras la recuperación del nivel de consciencia, la exploración puso de manifiesto una hemianopsia homónima derecha y un déficit de la mirada superior e inferior (realizaba un 20% del total del recorrido en ambas), con afectación tanto de las sacadas como de los movimientos de seguimiento, y con disminución de los reflejos oculovestibulares. Destacaba también la presencia de un nistagmo de batida inferior con la mirada inferior. Existía una leve Rev Neurol 2011; 53 (8):

3 Revisión del modelo del control de la mirada vertical hipertropía en la mirada lateral derecha y una leve exotropía del ojo derecho en posición primaria de la mirada, aunque con preservación de los movimientos en el plano horizontal en ambos ojos. No había alteraciones pupilares ni ptosis. Tres meses después el paciente presentaba una mejoría del déficit de la mirada superior (50% del recorrido total), con normalización de los reflejos oculovestibulares y de los movimientos de seguimiento. Sin embargo, permanecían estables el déficit de la mirada inferior (un 20% del recorrido total), la hipertropía y la exotropía del ojo derecho. Caso 3 Varón de 74 años, con factores de riesgo cardiovascular, que ingresa en el servicio de neurología por diplopía vertical binocular brusca. En la exploración neurológica presentaba una parálisis de la mirada superior e inferior (20%), con afectación tanto de las sacadas como del seguimiento y con disminución del reflejo oculovestibular. Las sacadas estaban disminuidas tanto en amplitud como en velocidad. Existía un nistagmo convergente con retracción ocular al intentar la mirada superior. En el ojo izquierdo había una leve ptosis (1 mm) sin alteración pupilar, así como una leve hipertropía. Tanto las ducciones como las versiones en el plano horizontal estaban preservadas. La convergencia estaba preservada. No había evidencia de signo de Collier. La resonancia magnética craneal realizada a los siete días desde el ingreso mostraba una lesión isquémica subaguda en el tálamo izquierdo con extensión al mesencéfalo izquierdo. Tres meses después el paciente presentaba una mejoría de la mirada superior (60%), mientras que la mirada inferior permanecía igual de afectada (20%). Además se mantenían sin cambios la ptosis y la leve hipertropía del ojo izquierdo. Recuerdo anatómico Vascularización El mesencéfalo contiene las principales estructuras relacionadas con la generación de los movimientos de la mirada vertical. La gran parte de las descripciones clínicas provienen de series de ictus isquémicos de tronco encefálico, por lo que resulta importante conocer la vascularización de esta región. La irrigación de la porción rostral mesencefálica depende en la mayoría de casos de la arteria paramediana talámica, que también irriga la región paramediana del tálamo [6,7]. Esta arteria se origina en el segmento P1 de la arteria cerebral posterior, y existen tres variantes anatómicas: ambas arterias se originan de forma independiente, ambas nacen de un tronco común (conocida como arteria de Percheron), o bien nacen de manera independiente a través de una arcada que comunica ambas arterias cerebrales posteriores. La existencia de la arteria de Percheron es el sustrato anatómico que explica los infartos talámicos bilaterales [8,9]. Sin embargo, en ocasiones la irrigación de la región rostral del mesencéfalo depende de la arteria paramediana peduncular, que puede nacer desde la propia arteria paramediana talámica, o bien de manera independiente desde la arteria basilar. Esta variabilidad es la que explica la existencia de infartos talámicos sin afectación mesencefálica [10,11] y la posible asimetría de la extensión mesencefálica de infartos talámicos bilaterales. En los casos presentados, el paciente del caso 1 muestra un infarto talámico bilateral con afectación mesencefálica unilateral, lo que se explicaría por una afectación de la arteria de Percheron (afectación de los dos tálamos) y por la arteria paramediana peduncular izquierda responsable de la irrigación de la región rostral-izquierda del mesencéfalo. En los otros dos casos, en que la lesión isquémica (tanto de tálamo como de mesencéfalo) es unilateral, se explicaría por la afectación de una única arteria paramediana talámica (de la cual nacería la paramediana peduncular). Estructuras mesencefálicas implicadas Las estructuras nobles encargadas del movimiento ocular vertical son el riflm, el NIC y la CP (Fig. 3). El riflm es un núcleo par, situado en la formación reticular del mesencéfalo, dorsomedial al núcleo rojo y ventral respecto a la sustancia gris periacueductal. El riflm contiene neuronas inhibitorias y excitatorias (burst neurons) que actúan en las sacadas verticales y en la fase rápida del componente torsional del nistagmo. Recibe aferencias de las neuronas omnipausa (situadas en el núcleo pontino interpositus del rafe), colículo superior, CP, núcleo fastigial del cerebelo, riflm contralateral y en la región cortical a través de los FEF (frontal eye fields) [12]. Estas neuronas proyectan hacia las diferentes motoneuronas de los músculos extraoculares, con la particularidad de que una misma neurona activa al mismo tiempo aquellas motoneuronas encargadas del movimiento ocular en la misma dirección. Por ejemplo, una única burst neuron inervará el recto inferior de un ojo y el oblicuo superior del otro ojo. Esto contrasta con la generación de sacadas horizontales, donde participa el fascículo longitudinal medial (FLM) como vía intermediaria. Una lesión Rev Neurol 2011; 53 (8):

4 M.A. Rubio-Pérez, et al Figura 3. a) Resonancia magnética craneal, en secuencia de difusión: hiperintensidad talámica bilateral y en el mesencéfalo derecho que se corresponde con un ictus isquémico agudo; b) Esquema de las principales estructuras mesencefálicas implicadas en el control del movimiento ocular. III pc: núcleo oculomotor; CP: comisura posterior; FLM: fascículo longitudinal medial; NIC: núcleo intersticial de Cajal; NR: núcleo rojo; riflm: núcleo reticular intersticial del fascículo longitudinal medial. a neuronales que forman el núcleo de la CP que se conecta al NIC, y por axones provenientes del NIC que acabarán finalmente en el complejo oculomotor y el NIC contralateral. Las lesiones de la CP provocan una afectación en la mirada vertical tanto superior como inferior, y se puede asociar un nistagmo de convergencia-retracción al intentar la mirada superior, disociación luz-cerca y retracción palpebral (signo de Collier), lo que constituye el síndrome de Parinaud [14]. Modelo integrado del control de la mirada vertical b del riflm afecta a la velocidad de las sacadas verticales y a la pérdida de las sacadas ipsitorsionales. El NIC es un núcleo par, situado caudal al riflm y separado del complejo oculomotor (próximo al núcleo de Edinger-Westphal) por el FLM. Es el principal integrador neural de la motilidad ocular vertical y de los movimientos de persecución finos, mantiene el ojo en posición excéntrica tras una sacada vertical y participa en la coordinación ojo-cabeza durante las rotaciones cefálicas [13]. Recibe aferencias de las burst neurons del riflm y de los núcleos vestibulares. Sus eferencias proyectan hacia el complejo oculomotor, el núcleo del IV par craneal, el NIC contralateral a través de la CP, ambos riflm, la formación reticular gigantocelular y el asta anterior medular de los cuatro primeros segmentos cervicales. La afectación aislada del NIC limita la amplitud del movimiento vertical tanto superior como inferior, pero no afecta a la velocidad de las sacadas. La CP se sitúa rostral al colículo superior, en la unión entre el acueducto y el III ventrículo. Esta estructura marca la transición entre el mesencéfalo y el diencéfalo. Se compone de un grupo de cuerpos El modelo de la mirada inferior parece ser unánime y bien definido. En la región cortical se genera la señal en el FEF que proyecta al riflm ipsilateral. Éste proyecta hacia el NIC ipsilateral (éste, a su vez, envía información al NIC y al riflm contralateral a través de la CP), hacia el subnúcleo del recto inferior ipsilateral y hacia el núcleo del oblicuo superior ipsilateral (recordando que el axón de la motoneurona de este núcleo cruzará dorsalmente el tronco del encéfalo). La misma neurona excitatoria hace sinapsis en el subnúcleo del recto inferior y en el núcleo del oblicuo superior. Del mismo modo, para la mirada superior el FEF proyecta de manera ipsilateral al riflm y éste, a su vez, envía axones hacia ambos NIC (como anteriormente éstos han enviado información al riflm contralateral a través de la CP), y de manera bilateral hacia los subnúcleos del recto superior (el axón de la motoneurona de dicho subnúcleo se cruza al lado opuesto) y del oblicuo inferior [15]. Así se explica por qué lesiones unilaterales del riflm ocasionan un enlentecimiento de las sacadas de la infraducción mientras que lesiones bilaterales provocan una parálisis vertical en las dos direcciones. Sin embargo, como hemos comentado, este modelo no es completo, ya que existen descripciones de casos donde una lesión unilateral mesencefálica, respetando la CP, da lugar a una alteración de la mirada vertical, tanto superior como inferior [16,17]. En estos casos, donde la lesión es unilateral, existiría una interrupción de las fibras que cruzan del lado contralateral. Es precisamente la diferente localización propuesta de la decusación de estas fibras la principal diferencia hallada entre los dos modelos descritos: en un primer modelo estos axones cruzan a la altura del complejo oculomotor para alcanzar los subnúcleos contralaterales (Fig. 4), mientras que en el segundo modelo los axones cruzarían a través del riflm contralateral para luego descender hacia los subnúcleos del recto superior y oblicuo inferior (Fig. 5) Rev Neurol 2011; 53 (8):

5 Revisión del modelo del control de la mirada vertical Figura 4. Modelo hipótetico según Moschovakis y Bhidayasiri [4,12,15]. Según este modelo, la decusación de las fibras del control de la supraducción se realiza a través del complejo oculomotor. cc: núcleo craneocaudal; ew: núcleo de Edinger-Westphal; NIC: núcleo intersticial de Cajal; OI: oblicuo inferior; OS: oblicuo superior; pc: par craneal; RI: recto inferior; riflm: núcleo reticular intersticial del fascículo longitudinal medial; RS: recto superior. Figura 5. Modelo hipotético según Alemdar, Hommel y Ranalli [16,18, 19]. En este modelo, la decusación de las fibras de la mirada superior se realiza a través del riflm contralateral. cc: núcleo craneocaudal; ew: núcleo de Edinger-Westphal; NIC: núcleo intersticial de Cajal; OI: oblicuo inferior; OS: oblicuo superior; pc: par craneal; RI; recto inferior; ri- FLM: núcleo reticular intersticial del fascículo longitudinal medial; RS: recto superior. Correlación clínica En los tres casos clínicos expuestos se trata de lesiones unilaterales mesencefálicas, pero éstos manifiestan una variabilidad clínica. El primer caso presenta una afectación de la mirada vertical únicamente, pero los casos 2 y 3 muestran una hipertropía y exotropía de un ojo y una ptosis con hipertropía del mismo ojo, respectivamente. En estos casos existiría una combinación de lesiones de diferentes estructuras: riflm, NIC y, muy probablemente, de la CP. En el primer caso, en el que hay una alteración de todas las modalidades de la mirada vertical, se asume que habría un daño global de todas las estructuras: riflm, NIC y CP. En el segundo caso, la hipertropía y la exotropía se podrían explicar como una desviación skew por afectación de las vías oculovestibulares ascendentes, si bien también podría tratarse de una paresia sutil del III par derecho. Aquí asumiríamos un daño global del riflm, el NIC, la CP y un posible III par derecho parcial. En el tercero, la presencia de la ptosis del ojo izquierdo y la hipertropía del mismo ojo nos conduce a asegurar una lesión del III par parcial. Además, la presencia del nistagmo convergente con retracción ocular, aunque sin signo de Collier, nos lleva al diagnóstico de síndrome de Parinaud incompleto, lo que implica también lesión de la CP. Por lo tanto, en este caso asumimos daño global del riflm, el NIC, la CP y además un posible III par izquierdo parcial. No obstante, en todos los casos, inicialmente existe una afectación de la mirada superior e inferior, y, tras la recuperación de la superior, queda de forma permanente la parálisis de la mirada inferior. Por tanto, pese a existir una afectación inicial de diferentes estructuras (riflm, NIC y CP), la recuperación de la mirada superior (y no de la inferior) se correspondería con la lesión unilateral del ri- FLM, lo que ayudaría a demostrar la inervación doble y cruzada que reciben los núcleos encargados de la mirada superior. Siguiendo el modelo anatómico descrito en la literatura científica [6-8], esta proyección bilateral de ambos riflm es la que garantiza, en caso de lesión selectiva de un solo ri- FLM, la preservación de la mirada superior y la afectación exclusiva de la mirada inferior, aunque existen otras hipótesis más complejas sobre la decusación de las fibras contralaterales del riflm, en las que una lesión unilateral del riflm podría producir una alteración en ambos sentidos de la mirada vertical [18-20]. Rev Neurol 2011; 53 (8):

6 M.A. Rubio-Pérez, et al Conclusión No existe un modelo definitivo que explique el control de las sacadas verticales. Sin embargo, está bien establecido que la mirada superior presenta una doble inervación de ambos riflm, lo que implica que lesiones unilaterales de esta estructura provocarán una alteración de la mirada inferior, respetando la mirada superior. Bibliografía 1. Büttner-Ennever JA. Mapping the oculomotor system. Prog Brain Res 2008; 171: Büttner-Ennever JA. Anatomy of the oculomotor system. Dev Ophthalmol 2007; 40: Büttner-Ennever JA, Büttner U. Neuroanatomy of the oculomotor system. The reticular formation. Rev Oculomot Res 1988; 2: Moschovakis AK, Scudder CA, Highstein SM. Structure of the primate oculomotor burst generator. I. Medium-lead burst neurons with upward on-directions. J Neurophysiol 1991; 65: Moschovakis AK, Scudder CA, Highstein SM, Warren JD. Structure of the primate oculomotor burst generator. II. Medium-lead burst neurons with downward on-directions. J Neurophysiol 1991; 65: Lazzaro NA, Wright B, Castillo M, Fischbein NJ, Glastonbury CM, Hildenbrand PG, et al. Artery of Percheron infarction: imaging patterns and clinical spectrum. AJNR Am J Neuroradiol 2010; 31: Jiménez-Caballero PE. Bilateral paramedian thalamic artery infarcts: report of 10 cases. J Stroke Cerebrovasc Dis 2010; 19: Percheron G. The anatomy of the arterial supply of the human thalamus and its use for the interpretation of the thalamic vascular pathology. J Neurol 1973; 205: Barros P, Resende J, Ribeiro A, Cancela G, Veloso M. Infarto de la arteria de Percheron: presentación clínica atípica. Rev Neurol 2010; 50: Clark JM, Albers GW. Vertical gaze palsies from medial thalamic infarctions without midbrain involvement. Stroke 1995; 26: Guberman A, Stuss D. The syndrome of bilateral paramedian thalamic infarction. Neurology 1983; 33: Bhidayasiri R, Plant GT, Leigh J. A hypothetical scheme for the brainstem control of vertical gaze. Neurology 2000; 54: Kokkoroyannis T, Scudder CA, Balaban CD, Highstein SM, Moschovakis AK. Anatomy and physiology of the primate interstitial nucleus of Cajal I. efferent projections. J Neurophysiol 1996; 75: Guerrero-Peral AL, Rojo-Martínez E, Gutiérrez-Gómez JM, Fuertes JJ, Peñas-Martínez ML, Herrero-Velázquez S, et al. Alteración de la mirada vertical y retracción palpebral como únicos síntomas de infarto en el territorio de la comisura posterior. Rev Neurol 2009; 49: Moschovakis AK, Scudder CA, Highstein M. A structural basis for Hering s law: projections to extraocular motoneurons. Science 1990; 248: Alemdar M, Kamaci S, Budak F. Unilateral midbrain infarction causing upward and downward gaze palsy. J Neuro-Ophtalmol 2006: 26: Bogousslavsky J, Miklossy J, Deruaz JP, Regli F, Assal G. Unilateral left paramedian infarction of thalamus and midbrain: a clinico-pathological study. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1986; 49: Hommel M, Bogousslavsky J. The spectrum of vertical gaze palsy following unilateral brainstem stroke. Neurology 1991; 41: Ranalli PJ, Sharpe JA, Fletcher WA. Palsy of upward and downward saccadic, pursuit, and vestibular movements with a unilateral midbrain lesion: pathophysiologic correlations. Neurology 1988; 38: Castaigne P, Lhermitte F, Buge A, Escourolle R, Hauw JJ, Lyon-Caen O. Paramedian thalamic and midbrain infarct: clinical and neuropathological study. Ann Neurol 1981; 10: Review of the model of vertical gaze control Introduction. The main structures involved in the control of vertical gaze, both saccades, smooth pursuit and oculovestibular reflexes, are the rostral interstitial nucleus of medial longitudinal fasciculus, posterior commissure, interstitial nucleus of Cajal, oculomotor complex and trochlear nerve nucleus. Despite knowing the functions of these nuclei, and their main interconnections, afferents and efferents, there is no definitive and contrasted model of vertical gaze control in humans. Aim. Through the description of three cases, and as described in scientific literature, our aim is to review the models described to date. Development. The control of vertical saccades generates in the rostral interstitial nucleus of medial longitudinal fasciculus, projecting to the pertinent oculomotor nuclei ipsilaterally for the inferior gaze, and bilaterally for the superior gaze. Conclusions. The double cross-innervation of the nuclei responsible for superior gaze, implies that unilateral lesions predominantly affect the inferior gaze. Key words. Interstitial nucleus of Cajal. Oculomotor complex. Posterior commissure. Rostral interstitial nucleus of medial longitudinal fasciculus. Saccades. Vertical gaze Rev Neurol 2011; 53 (8):