Dijagnoza osteoartritisa: magnetska rezonancija zglobne hrskavice

MRI slika zglobne hrskavice odražava ukupnost njezine histološke strukture i biokemijskog sastava. Zglobna hrskavica je hijalina, koja nema vlastitu opskrbu krvlju, limfnu drenažu i inervaciju. Sastoji se od vode i iona, vlakana kolagena tipa II, hondrocita, agregiranih proteoglikana i drugih glikoproteina. Kolagena vlakna su ojačana u subhondralnom sloju kosti, poput sidra, i protežu se okomito na površinu zgloba, gdje se horizontalno razilaze. Između kolagenih vlakana nalaze se velike molekule proteoglikana sa značajnim negativnim nabojem, koje intenzivno privlače molekule vode. Hrskavični hondrociti nalaze se u ravnomjernim stupcima. Sintetiziraju kolagen i proteoglikane, kao i neaktivne enzime koji razgrađuju enzime i inhibitore enzima.

Histološki su u velikim zglobovima poput koljena i kuka identificirana tri sloja hrskavice. Najdublji sloj je spoj hrskavice i subhondralne kosti i služi kao sidrišni sloj za opsežnu mrežu kolagenih vlakana koja se protežu od njega do površine u gustim snopovima povezanim brojnim umreženim fibrilama. To se naziva radijalni sloj. Prema zglobnoj površini, pojedinačna kolagena vlakna postaju tanja i skupljaju se u pravilnije i kompaktnije paralelne nizove s manje unakrsnih veza. Srednji sloj, prijelazni ili međusloj, sadrži više nasumično organiziranih kolagenih vlakana, od kojih je većina koso orijentirana kako bi se oduprla vertikalnim opterećenjima, pritiscima i udarcima. Najpovršniji sloj zglobne hrskavice, poznat kao tangencijalni sloj, tanki je sloj čvrsto zbijenih, tangencijalno orijentiranih kolagenih vlakana koji se odupire vlačnim silama koje nastaju tlačnim opterećenjem i tvori vodonepropusnu barijeru za intersticijsku tekućinu, sprječavajući njezin gubitak tijekom kompresije. Najpovršnija kolagena vlakna ovog sloja raspoređena su horizontalno, tvoreći guste horizontalne slojeve na zglobnoj površini, iako fibrili površinske tangencijalne zone nisu nužno povezani s onima dubljih slojeva.

Kao što je navedeno, unutar ove složene stanične mreže vlakana nalaze se agregirane hidrofilne molekule proteoglikana. Ove velike molekule imaju negativno nabijene SQ i COO" fragmente na krajevima svojih brojnih grana, koji snažno privlače suprotno nabijene ione (obično Na ⁺ ), što zauzvrat potiče osmotsko prodiranje vode u hrskavicu. Tlak unutar kolagene mreže je ogroman, a hrskavica funkcionira kao izuzetno učinkovit hidrodinamički jastuk. Kompresija zglobne površine uzrokuje horizontalno pomicanje vode sadržane u hrskavici, budući da je mreža kolagenih vlakana komprimirana. Voda se preraspodjeljuje unutar hrskavice tako da se njezin ukupni volumen ne može promijeniti. Kada se kompresija nakon opterećenja zgloba smanji ili eliminira, voda se vraća natrag, privučena negativnim nabojem proteoglikana. To je mehanizam koji održava visok sadržaj vode i time visoku gustoću protona hrskavice. Najveći sadržaj vode opaža se bliže zglobnoj površini i smanjuje se prema subhondralnoj kosti. Koncentracija proteoglikana povećava se u dubokim slojevima hrskavice.

Trenutno je magnetska rezonancija (MR) glavna tehnika snimanja hijaline hrskavice, koja se izvodi uglavnom korištenjem gradijentnih eho (GE) sekvenci. MR odražava sadržaj vode u hrskavici. Međutim, količina protona vode sadržanih u hrskavici je važna. Sadržaj i raspodjela hidrofilnih proteoglikanskih molekula i anizotropna organizacija kolagenih fibrila utječu ne samo na ukupnu količinu vode, tj. gustoću protona, u hrskavici, već i na stanje relaksacijskih svojstava, naime T2, te vode, dajući hrskavici karakteristične "zonske" ili stratificirane slike na MR-u, za koje neki istraživači vjeruju da odgovaraju histološkim slojevima hrskavice.

Na slikama s vrlo kratkim vremenom odjeka (TE) (manje od 5 ms), slike hrskavice veće rezolucije obično pokazuju sliku u dva sloja: duboki sloj nalazi se bliže kosti u zoni prekalcifikacije i ima nizak signal, budući da prisutnost kalcija uvelike skraćuje TR i ne stvara sliku; površinski sloj stvara MP signal srednjeg do visokog intenziteta.

Na srednjim TE slikama (5-40 ms) hrskavica ima troslojni izgled: površinski sloj s niskim signalom; prijelazni sloj sa srednjim intenzitetom signala; duboki sloj s niskim MP signalom. Kod T2-ponderiranja signal ne uključuje srednji sloj i slika hrskavice postaje homogeno niskog intenziteta. Kada se koristi niska prostorna rezolucija, na kratkim TE slikama ponekad se pojavljuje dodatni sloj zbog artefakata kosog reza i visokog kontrasta na granici hrskavice/tekućine, što se može izbjeći povećanjem veličine matrice.

Osim toga, neke od tih zona (slojeva) možda neće biti vidljive pod određenim uvjetima. Na primjer, kada se promijeni kut između osi hrskavice i glavnog magnetskog polja, izgled hrskavičnih slojeva može se promijeniti, a hrskavica može imati homogenu sliku. Autori objašnjavaju ovaj fenomen anizotropnim svojstvom kolagenih vlakana i njihovom različitom orijentacijom unutar svakog sloja.

Drugi autori smatraju da dobivanje slojevite slike hrskavice nije pouzdano i da je artefakt. Mišljenja istraživača također se razlikuju u pogledu intenziteta signala iz dobivenih troslojnih slika hrskavice. Ove studije su vrlo zanimljive i, naravno, zahtijevaju daljnja istraživanja.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Strukturne promjene hrskavice kod osteoartritisa

U ranim fazama osteoartritisa dolazi do degradacije kolagene mreže u površinskim slojevima hrskavice, što dovodi do površinskog habanja i povećane propusnosti za vodu. Kako se neki proteoglikani uništavaju, pojavljuje se više negativno nabijenih glikozaminoglikana koji privlače katione i molekule vode, dok preostali proteoglikani gube sposobnost privlačenja i zadržavanja vode. Osim toga, gubitak proteoglikana smanjuje njihov inhibitorni učinak na intersticijski protok vode. Kao rezultat toga, hrskavica bubri, mehanizam kompresije (zadržavanja) tekućine "ne funkcionira" i smanjuje se kompresijski otpor hrskavice. Dolazi do efekta prenošenja većine opterećenja na već oštećenu tvrdu matricu, a to dovodi do toga da otečena hrskavica postaje osjetljivija na mehanička oštećenja. Kao rezultat toga, hrskavica se ili obnavlja ili nastavlja propadati.

Osim oštećenja proteoglikana, kolagena mreža je djelomično uništena i više se ne obnavlja, a u hrskavici se pojavljuju vertikalne pukotine i ulkusi. Ove lezije mogu se proširiti niz hrskavicu do subhondralne kosti. Produkti raspadanja i sinovijalna tekućina šire se u bazalni sloj, što dovodi do pojave malih područja osteonekroze i subhondralnih cista.

Paralelno s tim procesima, hrskavica prolazi kroz niz reparativnih promjena u pokušaju obnove oštećene zglobne površine, što uključuje stvaranje hondrofita. Potonji na kraju podliježu enhondralnoj osifikaciji i postaju osteofiti.

Akutna mehanička trauma i kompresivno opterećenje mogu dovesti do razvoja horizontalnih pukotina u dubokom kalcificiranom sloju hrskavice i odvajanja hrskavice od subhondralne kosti. Bazalno cijepanje ili delaminacija hrskavice na ovaj način može poslužiti kao mehanizam degeneracije ne samo normalne hrskavice pod mehaničkim preopterećenjem, već i kod osteoartroze, kada postoji nestabilnost zgloba. Ako je hijalina hrskavica potpuno uništena i zglobna površina je izložena, tada su moguća dva procesa: prvi je stvaranje guste skleroze na površini kosti, što se naziva eburnacija; drugi je oštećenje i kompresija trabekula, što na rendgenskim snimkama izgleda kao subhondralna skleroza. Sukladno tome, prvi proces može se smatrati kompenzacijskim, dok je drugi jasno faza uništavanja zgloba.

Povećanje sadržaja vode u hrskavici povećava gustoću protona hrskavice i eliminira učinke skraćivanja T2-zgloba proteoglikansko-kolagenog matriksa, koji ima visoki intenzitet signala u područjima oštećenja matriksa na konvencionalnim MRI sekvencama. Ova rana hondromalacija, koja je najraniji znak oštećenja hrskavice, može biti vidljiva čak i prije nego što dođe do manjeg stanjivanja hrskavice. U ovoj fazi može biti prisutno blago zadebljanje ili "oticanje" hrskavice. Strukturne i biomehaničke promjene u zglobnoj hrskavici su progresivne, s gubitkom osnovne tvari. Ti procesi mogu biti fokalni ili difuzni, ograničeni na površinsko stanjivanje i habanje ili potpuni nestanak hrskavice. U nekim slučajevima, fokalno zadebljanje ili "oticanje" hrskavice može se uočiti bez poremećaja zglobne površine. Kod osteoartritisa često se uočava fokalno povećani intenzitet signala hrskavice na T2-ponderiranim slikama, što se artroskopski potvrđuje prisutnošću površinskih, transmuralnih i dubokih linearnih promjena. Potonje mogu odražavati duboke degenerativne promjene, koje uglavnom počinju odvajanjem hrskavice od kalcificiranog sloja ili linije plime. Rane promjene mogu biti ograničene na duboke slojeve hrskavice, u kojem slučaju se ne mogu otkriti artroskopskim pregledom zglobne površine, iako fokalna rijetkost dubokih slojeva hrskavice može dovesti do zahvaćenosti susjednih slojeva, često s proliferacijom subhondralne kosti u obliku središnjeg osteofita.

U stranoj literaturi postoje podaci o mogućnosti dobivanja kvantitativnih informacija o sastavu zglobne hrskavice, na primjer, o sadržaju vodene frakcije i koeficijentu difuzije vode u hrskavici. To se postiže korištenjem posebnih programa MR tomografa ili MR spektroskopijom. Oba ova parametra povećavaju se oštećenjem proteoglikansko-kolagene matrice tijekom oštećenja hrskavice. Koncentracija mobilnih protona (sadržaj vode) u hrskavici smanjuje se u smjeru od zglobne površine prema subhondralnoj kosti.

Kvantitativna procjena promjena moguća je i na T2-ponderiranim slikama. Združivanjem podataka sa slika iste hrskavice dobivenih s različitim TE, autori su procijenili T2-ponderirane slike (WI) hrskavice koristeći prikladnu eksponencijalnu krivulju iz dobivenih vrijednosti intenziteta signala za svaki piksel. T2 se procjenjuje na određenom području hrskavice ili prikazuje na karti cijele hrskavice, na kojoj intenzitet signala svakog piksela odgovara T2 na toj lokaciji. Međutim, unatoč relativno velikim mogućnostima i relativnoj jednostavnosti gore opisane metode, uloga T2 je podcijenjena, dijelom zbog povećanja učinaka povezanih s difuzijom s povećanjem TE. T2 je uglavnom podcijenjen u hrskavici s hondromalacijom, kada je povećana difuzija vode. Osim ako se ne koriste posebne tehnologije, potencijalno povećanje T2 izmjereno ovim tehnologijama u hrskavici s hondromalacijom malo će potisnuti učinke povezane s difuzijom.

Stoga je magnetska rezonancija vrlo obećavajuća metoda za otkrivanje i praćenje ranih strukturnih promjena karakterističnih za degeneraciju zglobne hrskavice.

Morfološke promjene hrskavice kod osteoartritisa

Evaluacija morfoloških promjena u hrskavici ovisi o visokoj prostornoj rezoluciji i visokom kontrastu od površine zgloba do subhondralne kosti. To se najbolje postiže korištenjem T1-ponderiranih 3D GE sekvenci s potiskivanjem masti, koje točno odražavaju lokalne defekte identificirane i verificirane i artroskopijom i u obdukcijskom materijalu. Hrskavica se također može snimati magnetizacijskim prijenosom oduzimanjem slike, u kojem slučaju se zglobna hrskavica pojavljuje kao zasebna traka s visokim intenzitetom signala, jasno kontrastirajući sa susjednom sinovijalnom tekućinom niskog intenziteta, intraartikularnim masnim tkivom i subhondralnom koštanom srži. Međutim, ova metoda daje slike upola sporije od slika ponderiranih T1 s potiskivanjem masti, te se stoga manje koristi. Osim toga, lokalni defekti, površinske nepravilnosti i generalizirano stanjivanje zglobne hrskavice mogu se snimati korištenjem konvencionalnih MR sekvenci. Prema nekim autorima, morfološki parametri - debljina, volumen, geometrija i površinska topografija hrskavice - mogu se kvantitativno izračunati korištenjem 3D MRI slika. Zbrajanjem voksela koji čine 3D rekonstruiranu sliku hrskavice može se odrediti točna vrijednost ovih složeno povezanih struktura. Štoviše, mjerenje ukupnog volumena hrskavice dobivenog iz pojedinačnih presjeka jednostavnija je metoda zbog manjih promjena u ravnini jednog presjeka i pouzdanija je u prostornoj rezoluciji. Prilikom proučavanja cijelih amputiranih koljenskih zglobova i patelarnih uzoraka dobivenih tijekom artroplastike ovih zglobova, određen je ukupni volumen zglobne hrskavice femura, tibije i patele te je pronađena korelacija između volumena dobivenih magnetskom rezonancom i odgovarajućih volumena dobivenih odvajanjem hrskavice od kosti i njezinim histološkim mjerenjem. Stoga ova tehnologija može biti korisna za dinamičku procjenu promjena volumena hrskavice kod pacijenata s osteoartritisom. Dobivanje potrebnih i točnih presjeka zglobne hrskavice, posebno kod pacijenata s osteoartritisom, zahtijeva dovoljnu vještinu i iskustvo liječnika koji provodi pregled, kao i dostupnost odgovarajućeg MRI softvera.

Mjerenja ukupnog volumena sadrže malo informacija o raširenim promjenama i stoga su osjetljiva na lokalni gubitak hrskavice. Teoretski, gubitak ili stanjivanje hrskavice na jednom području moglo bi se uravnotežiti ekvivalentnim povećanjem volumena hrskavice drugdje u zglobu, a mjerenje ukupnog volumena hrskavice ne bi pokazalo nikakvu abnormalnost, tako da takve promjene ne bi bile uočljive ovom metodom. Podjela zglobne hrskavice na diskretna mala područja pomoću 3D rekonstrukcije omogućila je procjenu volumena hrskavice u određenim područjima, posebno na površinama koje nose silu. Međutim, točnost mjerenja je smanjena jer se provodi vrlo malo podjela. U konačnici, izuzetno visoka prostorna rezolucija potrebna je za potvrdu točnosti mjerenja. Ako se može postići dovoljna prostorna rezolucija, moguća je mogućnost mapiranja debljine hrskavice in vivo. Karte debljine hrskavice mogu reproducirati lokalna oštećenja tijekom progresije osteoartritisa.