Morfologisch onderzoek van zenuwbiopten

Patiënten met een perifere neuropathie stellen de arts vaak voor diagnostische problemen. Een groot aantal uiteenlopende en vaak moeilijk te achterhalen factoren van zowel hereditaire, toxische, metabole, infectieuze, fysische, neoplastische als immunologische aard kan een perifere neuropathie veroorzaken. Veel neuropathieën blijven dan ook onbegrepen, hoewel de laatste jaren is gebleken dat door intensief en gericht klinisch en laboratoriumonderzoek het percentage onbegrepen neuropathieën belangrijk kan worden verkleind.1-3

Morfologisch onderzoek van een zenuwbiopt is slechts bij een beperkt aantal patiënten geïndiceerd, maar kan een waardevolle bijdrage leveren aan de diagnostiek van neuropathieën van perifere zenuwen. Toch blijkt het rendement van een zenuwbiopsie in veel gevallen gering, enerzijds wegens onjuiste indicatie voor de biopsie, anderzijds omdat de diagnostische mogelijkheden van het materiaal onvoldoende benut worden door incompleet onderzoek.

Structuur en intercellulaire relaties van het perifere zenuwstelsel

Voor de interpretatie van morfologische afwijkingen in het zenuwbiopt is kennis van structuur, functies en onderlinge relaties van de componenten van het perifere zenuwstelsel (PZS) noodzakelijk.

Het PZS vormt een complex systeem van zenuwceluitlopers, waarvan de cellichamen zowel in het centrale (motorische voorhoorncellen) als in het perifere (spinale en autonome ganglia) zenuwstelsel gelegen zijn. De uitlopers hebben hun vertakkingen door het hele lichaam. Vooral de neuronen van de spinale ganglia hebben een bijzondere structuur. Deze bipolaire zenuwcellen reiken van het perifeer gelegen sensibele eindorgaan via perifere zenuw, achterwortel en achterstreng tot in het verlengde merg en kunnen zo een lengte bereiken van 1,8 m bij een diameter van ongeveer 10^-5 m! Bij een biopsie of een obductie kan slechts een zeer beperkt deel van één cel bestudeerd worden, waardoor de primaire afwijking gemist kan worden.

Het axon is voor zijn metabolisme in belangrijke mate afhankelijk van het cellichaam. Bij een ernstige beschadiging van het perikaryon of van het proximale deel van het axon zal het distale deel van het axon afsterven. Bij minder ernstige beschadigingen proximaal zal het distale deel van het axon daarvan toch de gevolgen ondervinden.

Er is ook een nauwe anatomische en functionele samenhang tussen Schwann-cellen en axonen van zowel gemyeliniseerde als ongemyeliniseerde vezels. Myeline bestaat uit dicht rond het axon opeengerolde Schwann-celmembranen. Eén Schwann-cel vormt zo één myelinesegment (figuur 1a). Degeneratie van een axon wordt onmiddellijk gevolgd door afbraak van het omringende myeline, maar de Schwann-cel blijft intact. Het omgekeerde gebeurt niet: bij afbraak van een myelinesegment blijft doorgaans het axon in leven. Tussen de opeenvolgende myelinesegmenten bevinden zich kleine openingen waar het axon niet met myeline is bedekt, de zgn. knopen van Ranvier, waar ionenuitwisseling bij de impulsgeleiding plaatsvindt. Gemyeliniseerde vezels geleiden impulsen relatief snel, nl. sprongsgewijze, van knoop tot knoop. Demyelinisatie van segmenten vertraagt de impulsgeleiding aanzienlijk omdat de geleiding niet meer sprongsgewijze (saltatoir) kan geschieden.

De vascularisatie van perifere zenuwen is van grote invloed op mogelijke aandoeningen. Door een zeer uitgebreid net van collateralen is het PZS goed bestand tegen de gevolgen van de afsluiting van een groot bloedvat. Als echter vele bloedvaten tegelijk zijn aangetast, kan een ischemische neuropathie ontstaan. Dit is het geval bij de necrotiserende vasculitis, een aandoening van middelgrote arteriën, waartoe ook de epineurale vaten behoren. Deze neuropathie treedt o.a. op bij polyarteriitis nodosa, en soms bij lupus erythematodes disseminatus of reumatoïde artritis.4

Zenuwvezelaandoeningen

Men kan, afhankelijk van de plaats van het primaire agens, enkele basistypen van zenuwvezelaandoeningen onderscheiden.

Primaire myeline-aandoening

Er bestaat een stoornis in de opbouw of instandhouding van het myeline door een genetisch defect (bijv. metachromatische leukodystrofie), of het myeline wordt selectief afgebroken door toxine (difterie) of door een immunologisch proces (acute en chronische inflammatoire polyneuropathie). Verspreid langs de vezels treedt degeneratie van myelinesegmenten op (figuur 1b). De bijbehorende Schwann-cel en het axon blijven doorgaans intact. De Schwann-cel gaat zich vervolgens delen, waarna deze nieuwe Schwann-cellen het gedemyeliniseerde axondeel met twee of meer dunnere en kortere segmenten remyeliniseren (zie figuur 1b). Herhaald de- en remyeliniseren resulteert in zgn. onion bulb-vorming: concentrische lagen van Schwann-cellen rond de oorspronkelijke vezel. Deze onion bulbs zijn een vrij karakteristiek verschijnsel van o.a. de hereditaire motorische en sensorische neuropathie type I en type III, doch ze worden in principe gezien bij ieder proces van chronisch segmentaal de- en remyeliniseren.

De klinische kenmerken zijn:

– polyneuropathie;

– ernstige geleidingsvertraging door onderbreking van de saltatoire impulsgeleiding, soms conductieblok;

– elektromyografisch weinig of geen denervatieverschijnselen in spieren, daar geen axonenverval hoeft op te treden; weinig of geen spieratrofie;

– vaak verhoging van het eiwitgehalte in de liquor cerebrospinalis, vooral bij toxische en inflammatoire aandoeningen door ‘meedoen’ van spinale wortels;

– indien de oorzakelijke factor verdwijnt, volgt snel en doorgaans goed tot compleet herstel.

Waller-degeneratie

Dit is oorspronkelijk de benaming voor de vezeldegeneratie die optreedt distaal van de doorsnijding van een gemyeliniseerd axon. Thans wordt ieder vezelverval waarbij de continuïteit van het gemyeliniseerde axon wordt onderbroken zo aangeduid, zoals bij een traumatische laesie, ischemie, ingroei van granuloom (sarcoïdose, lepra) of tumor (lymfoma, schwannoma). Distaal van de laesie vervallen axon en omringend myeline tot rijen myeline-ovoïden (zie figuur 1c). Vanuit de proximale stomp ontstaan axonspruiten. De achterblijvende Schwann-cellen delen en indien dit gebeurt binnen de oorspronkelijke basale membranen ontstaat een longitudinale band van Schwann-cellen, op geleide waarvan de axonspruiten het eindorgaan opnieuw zouden kunnen bereiken. Als dit gelukt is er sprake van een geslaagde regeneratie.

De klinische kenmerken zijn:

– focale (mononeuropathie) of multifocale neuropathie (mononeuropathia multiplex);

– afhankelijk van de ernst van de aandoening (aantal nog functionerende vezels) slechts matige geleidingsvertraging dan wel volledig wegvallen van de geleiding over de getroffen zenuwen;

– denervatieverschijnselen in betreffende spieren en daarmee samenhangend ernstige spieratrofie;

– doorgaans normaal eiwitgehalte in de liquor cerebrospinalis;

– langzaam en vaak onvolledig herstel, afhankelijk van al dan niet slagen van regeneratie.

Distale axonopathie

Door een metabole stoornis die op meerdere plaatsen langs het axon (en neuron?) kan aangrijpen, ontstaat een stoornis in het axoplasmatransport. Er ontstaat axondegeneratie, gelijkend op een Waller-degeneratie, het eerst in het distale deel van de langste, maar vooral in de dikste axonen. Bij voortduren van de metabole stoornis breidt de degeneratie zich van distaal naar proximaal uit in de richting van het cellichaam (‘dying back’-neuropathie). Het axondeel proximaal van de degeneratie wordt atrofisch en kan een secundaire segmentale de- en remyelinisatie vertonen. Dit type van zenuwvezeldegeneratie treedt waarschijnlijk op bij vele toxische, metabole en hereditaire neuropathieën (bijv. alcoholneuropathie, uremie, hereditaire motorische en sensorische neuropathie type II).

De klinische kenmerken zijn:

– polyneuropathie met een sluipend begin: eerste symptomen distaal in de benen (langste, dikste zenuwvezels), eerste klachten vaak van sensibele aard;

– denervatieverschijnselen en atrofie van distale spieren;

– normaal of slechts licht verhoogd eiwitgehalte in de liquor cerebrospinalis;

– indien de oorzakelijke factor kan worden weggenomen langzaam (maanden tot jaren) herstel, vaak incompleet;

– door een dying back-neuropathie van de centrale projecties van het sensibele ganglion kan tevens degeneratie van achterstrengbanen ontstaan.

Neuronopathieën

De eerste morfologische of biochemische veranderingen ontstaan in het cellichaam van sensibele, motorische of autonome neuronen. Neuronopathieën treden op als hereditaire aandoening (spinale spieratrofie, hereditaire dysautonomie: hereditaire sensorische neuropathie type IV), als paracarcinomateus verschijnsel (carcinomateuze sensorische neuronopathie), ten gevolge van een infectie (poliomyelitis, herpes zoster), toxische stoffen (bijv. kwik) of om onbekende reden (amyotrofische laterale sclerose). Afsterven van het perikaryon wordt gevolgd door volledig verval van het axon, zonder mogelijkheid van regeneratie.

Zenuwbiopsie

Voorafgaand onderzoek

Om een zo groot mogelijk rendement van een zenuwbiopsie te verkrijgen moet aan een aantal voorwaarden worden voldaan.

Een clinicus, meestal een neuroloog, die ervaring heeft op het terrein van perifere neuropathieën en vertrouwd is met elektrofysiologisch en morfologisch onderzoek dient de anamnese op te nemen, het klinisch onderzoek te verrichten en de indicatie voor een zenuwbiopsie te stellen. Een nauwkeurige familie-anamnese, vaak aangevuld met klinisch, biochemisch en elektrofysiologisch onderzoek van ouders, (half)broers en -zusters, en andere vermoedelijk getroffen familieleden, zal in een aantal gevallen (sub)klinische lijders onder de familieleden kunnen opsporen. Familieleden met ‘reuma’, een ‘spierziekte’ of poliomyelitis blijken vaak te lijden aan een hereditaire neuropathie.1

Elektrofysiologisch onderzoek dient altijd vooraf te gaan aan zenuwbiopsie en omvat naast elektromyografisch onderzoek vooral ook bepaling van geleidingssnelheden van motorische en sensibele zenuwen. Soms kan het onderzoek worden uitgebreid met de registratie van de F-respons, de Hoffmann-reflex en de ‘somatosensory evoked response’.

Het aantal mogelijke oorzaken kan zo reeds sterk worden verkleind. Door gericht aanvullend biochemisch onderzoek van urine, serum (onder meer eiwit- en immuno-elektroforese voor opsporen van paraproteïnemieën) en liquor cerebrospinalis kunnen bepaalde oorzaken van een neuropathie bevestigd dan wel uitgesloten worden.

Indicaties

Er is slechts een beperkt indicatiegebied voor het verrichten van een diagnostische zenuwbiopsie. De grenzen van dit gebied veranderen bovendien in de loop der tijd. Slechts in enkele gevallen zal zenuwbiopsie een specifieke diagnose kunnen opleveren, zoals amyloidosis, sarcoidosis, lepra en necrotiserende vasculitis. Enkele erfelijke metabole aandoeningen, zoals metachromatische leukodystrofie, adrenoleukodystrofie, ziekte van Batten en ziekte van Fabry, tonen in een zenuwbiopt weliswaar karakteristieke stapelingsprodukten, maar deze aandoeningen kunnen tegenwoordig op eenvoudiger wijze worden gediagnostiseerd.

Zenuwbiopsie kan vooral van nut zijn bij de diagnostiek van multipele mononeuropathieën en bij vermoeden van een chronisch inflammatoire polyneuropathie. Soms zal een multifocale neuropathie op een diffuse, symmetrische polyneuropathie lijken. Met behulp van zenuwbiopsie zal dan de juiste diagnose gesteld kunnen worden (bijv. vasculitis).5

Bij vermoeden van een hereditaire aandoening (bijv. hereditaire motorische en sensorische neuropathie, hereditaire gevoeligheid voor drukverlammingen) zal een zenuwbiopsie belangrijke informatie kunnen verschaffen, en bijv. onderscheid mogelijk maken tussen een axonale of een demyeliniserende aandoening.

Biopsie is niet geïndiceerd als de diagnose op klinische gronden al vrij zeker is (porfyrie, syndroom van Guillain-Barré), of als de metabole of toxische genese biochemisch kan worden aangetoond. Een zenuwbiopsie bij een chronische distale symmetrische axonale neuropathie, zoals gezien wordt bij veel toxisch-metabole aandoeningen, levert zelden aanvullende informatie op.

De clinicus die de biopsie aanvraagt moet dan ook nauwkeurig en ‘up-to-date’ op de hoogte zijn van de informatie die hij kan verwachten uit het onderzoek van een zenuwbiopt en hij moet weten hoe hij deze informatie kan gebruiken in de differentiële diagnostiek van de perifere neuropathie.

Uitvoering

Voor onderzoek van het perifere zenuwstelsel wordt doorgaans de N. suralis gebiopteerd, meestal direct boven de laterale malleolus, soms ter hoogte van de kuit. Deze laatste plaats biedt het voordeel dat een gecombineerde spier-zenuwbiopsie kan worden uitgevoerd, waardoor dan tevens de neuromusculaire overgang kan worden bestudeerd. Daar de N. suralis een sensibele zenuw is (met ongemyeliniseerde autonome vezels) ontstaat aan de laterale voetrand een klein hypdysesthetisch gebied. Bij 10 van de patiënten is dat na één jaar nog aanwezig, ongeacht of een enkel- of kuitbiopsie werd verricht.6 De N. suralis bevat meerdere zenuwbundels zodat men met een fasciculaire biopsie zou kunnen volstaan, maar dit leidt tot een grotere kans op artefacten en missen van essentiële informatie.7

De biopsie kan onder lokale anesthesie worden uitgevoerd. De zenuw wordt blootgelegd, waarna behoedzaam 2-4 cm wordt uitgenomen zonder de zenuw te beschadigen. De zenuw wordt verdeeld voor diverse bewerkingen, zoals die in de meeste centra voor zenuwonderzoek worden toegepast:

– Cryostaatcoupes worden gebruikt voor enzymkleuringen (dehydrogenasen, zure fosfatase) en histochemische kleuringen (Sudan, PAS, Congo-rood, etc.) en zo nodig immunohistochemische kleuringen.

– Paraffinecoupes worden vooral gebruikt voor opsporen en identificeren van interstitiële aandoeningen.

– ‘Teased fibres’. Eén of meer fascikels met een lengte van 0,5-1,0 cm worden korte tijd gefixeerd in glutaaraldehyde-buffer en na-gefixeerd en gekleurd met osmium-tetra-oxyde. Vervolgens worden één voor één de gemyeliniseerde vezels vrijgeprepareerd, zgn. teased fibres (pluis-preparaten). Zo kunnen gemyeliniseerde vezels over een lengte van minimaal vier tot enkele tientallen segmenten (zie figuur 1) beoordeeld worden op segmentale afwijkingen (primaire en secundaire). Kwantitatief onderzoek van myelinesegmentlengte versus vezeldiameter geeft belangrijke informatie over regeneratieve processen in de zenuw. Teased fibre-bewerking is tijdrovend en vereist een grote vaardigheid, maar geeft onmisbare informatie en dient daarom tot de standaardprocedure bij zenuwonderzoek te behoren.

– Eponcoupes:

a. 1 µm coupes voor een nauwkeurige kwalitatieve lichtmicroscopische beoordeling van de diverse zenuwstructuren (figuur 2);

b. ultradunne coupes voor elektronenmicroscopische opnamen ten behoeve van diverse kwantitatieve bepalingen, zoals dichtheid en diameterverdeling van gemyeliniseerde en ongemyeliniseerde vezels (figuur 3);

c. elektronenmicroscopisch onderzoek naar ultrastructurele veranderingen in de zenuw.

Het bestuderen van eponmateriaal op twee niveaus (proximaal en distaal fragment van zenuwbiopt) maakt het soms mogelijk het lokale karakter van afwijkingen aan te tonen (figuur 4). Interpretatie van het morfologische beeld en van de kwantitatieve gegevens vereist kennis van de voor de leeftijd normale structuur van de betreffende zenuw en het niveau waarop de zenuw gebiopteerd is (zie figuur 3).

Verkregen informatie

Zenuwbiopsie zal in het algemeen informatie kunnen verschaffen over:

– aan- of afwezigheid van neuropathie;

– type vezeldegeneratie: primaire myeline-aandoening, Waller-degeneratie (focale of multifocale axonale aandoening) of distale axonopathie;

– ernst en activiteit van de aandoening, aanwezigheid van regeneratieve fenomenen;

– voorkeur van de aandoening voor bepaalde vezelsystemen: motorische of sensorische vezels, gemyeliniseerde of ongemyeliniseerde vezels, vezels met grotere of kleinere diameter;

– specifieke afwijkingen, bijv. amyloïd, sarcoïd-granuloom, necrotiserende vasculitis, stapelingsprodukten;

– karakteristieke afwijkingen, bijv. monocytaire infiltraten bij chronische inflammatoire demyeliniserende polyneuropathie, onion bulbs (wijzen op chronisch segmentaal de- en remyeliniseren), lokale myelineverdikkingen: tomacula (kunnen wijzen op hereditaire gevoeligheid voor drukneuropathieën) (figuur 5);

– kwantitatieve afwijkingen (relateren aan leeftijd; zie figuur 3).

Conclusie

Onderzoek van een perifere-zenuwbiopt verdient een plaats in het arsenaal van diagnostische procedures bij perifere neuropathieën. Slechts na nauwkeurig klinisch onderzoek (inclusief familie-onderzoek), elektrofysiologisch en biochemisch onderzoek zal in een beperkt aantal gevallen een biopsie geïndiceerd zijn. Het verrichten van zenuwbiopsie is alleen verantwoord in centra waar het materiaal adequaat kan worden bewerkt en de mogelijkheden voor een volledig kwalitatief en kwantitatief onderzoek aanwezig zijn.8