Дијагноза остеоартритиса: МРИ зглобне хрскавице

МРИ слика зглобне хрскавице одражава укупност њене хистолошке структуре и биохемијског састава. Зглобна хрскавица је хијалина, која нема сопствено снабдевање крвљу, лимфну дренажу и инервацију. Састоји се од воде и јона, колагенских влакана типа II, хондроцита, агрегираних протеогликана и других гликопротеина. Колагенска влакна су ојачана у субхондралном слоју кости, попут сидра, и протежу се нормално на површину зглоба, где се хоризонтално разилазе. Између колагенских влакана налазе се велики молекули протеогликана са значајним негативним наелектрисањем, који интензивно привлаче молекуле воде. Хондроцити хрскавице налазе се у равномерним стубовима. Они синтетишу колаген и протеогликане, као и неактивне ензиме који разграђују ензиме и инхибиторе ензима.

Хистолошки, у великим зглобовима као што су колено и кук идентификована су три слоја хрскавице. Најдубљи слој је спој хрскавице и субхондралне кости и служи као сидрени слој за опсежну мрежу колагенских влакана која се протежу од њега до површине у густим сноповима повезаним бројним умрежавајућим фибрилима. Ово се назива радијални слој. Према зглобној површини, појединачна колагенска влакна постају финија и снопови су заједно у правилније и компактније паралелне низове са мање умрежених веза. Средњи слој, прелазни или међуслој, садржи више насумично организованих колагенских влакана, од којих је већина косо оријентисана како би се одупрла вертикалним оптерећењима, притисцима и ударцима. Најповршнији слој зглобне хрскавице, познат као тангенцијални слој, је танак слој чврсто збијених, тангенцијално оријентисаних колагенских влакана који се опире силама затезања које врши компресивно оптерећење и формира водонепропусну баријеру за интерстицијалну течност, спречавајући њен губитак током компресије. Најповршнија колагенска влакна овог слоја су распоређена хоризонтално, формирајући густе хоризонталне слојеве на зглобној површини, иако фибрили површинске тангенцијалне зоне нису нужно повезани са онима дубљих слојева.

Као што је напоменуто, унутар ове сложене ћелијске мреже влакана налазе се агрегирани хидрофилни молекули протеогликана. Ови велики молекули имају негативно наелектрисане SQ и COO" фрагменте на крајевима својих бројних грана, који снажно привлаче супротно наелектрисане јоне (обично Na ⁺ ), што заузврат подстиче осмотско продирање воде у хрскавицу. Притисак унутар колагенске мреже је огроман, а хрскавица функционише као изузетно ефикасан хидродинамички јастук. Компресија зглобне површине изазива хоризонтално померање воде садржане у хрскавици, пошто је мрежа колагенских влакана компримована. Вода се прерасподељује унутар хрскавице тако да се њена укупна запремина не може променити. Када се компресија након оптерећења зглоба смањи или елиминише, вода се враћа назад, привучена негативним наелектрисањем протеогликана. Ово је механизам који одржава висок садржај воде и самим тим високу густину протона хрскавице. Највећи садржај воде се примећује ближе зглобној површини и смањује се према субхондралној кости. Концентрација протеогликана се повећава у дубоким слојевима хрскавице.

Тренутно је МРИ главна техника снимања хијалинске хрскавице, која се углавном изводи коришћењем градијентних ехо (ГЕ) секвенци. МРИ одражава садржај воде у хрскавици. Међутим, количина протона воде садржаних у хрскавици је важна. Садржај и дистрибуција хидрофилних протеогликанских молекула и анизотропна организација колагенских фибрила утичу не само на укупну количину воде, односно густину протона, у хрскавици, већ и на стање релаксационих својстава, наиме Т2, ове воде, дајући хрскавици карактеристичне „зонске“ или стратификоване слике на МРИ, за које неки истраживачи верују да одговарају хистолошким слојевима хрскавице.

На сликама са веома кратким временом одјека (TE) (мање од 5 ms), слике хрскавице веће резолуције обично показују двослојну слику: дубоки слој се налази ближе кости у зони прекалцификације и има низак сигнал, јер присуство калцијума знатно скраћује TR и не производи слику; површински слој производи MP сигнал средњег до високог интензитета.

На средњим ТЕ сликама (5-40 мс) хрскавица има трослојни изглед: површински слој са ниским сигналом; прелазни слој са средњим интензитетом сигнала; дубоки слој са ниским МП сигналом. Код Т2-пондерисања сигнал не укључује средњи слој и слика хрскавице постаје хомогено ниског интензитета. Када се користи ниска просторна резолуција, додатни слој се понекад појављује на кратким ТЕ сликама због артефаката косог пресека и високог контраста на граници хрскавице/течности, што се може избећи повећањем величине матрице.

Поред тога, неке од ових зона (слојева) можда неће бити видљиве под одређеним условима. На пример, када се промени угао између осе хрскавице и главног магнетног поља, изглед хрскавичних слојева може се променити, а хрскавица може имати хомогену слику. Аутори објашњавају овај феномен анизотропним својством колагенских влакана и њиховом различитом оријентацијом унутар сваког слоја.

Други аутори сматрају да добијање слојевите слике хрскавице није поуздано и да представља артефакт. Мишљења истраживача се такође разликују у погледу интензитета сигнала са добијених трослојних слика хрскавице. Ове студије су веома занимљиве и, наравно, захтевају даља истраживања.

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

Структурне промене хрскавице код остеоартритиса

У раним фазама остеоартритиса долази до деградације колагенске мреже у површинским слојевима хрскавице, што доводи до површинског трошења и повећане пропустљивости за воду. Како се неки од протеогликана уништавају, појављују се негативно наелектрисани гликозаминогликани, који привлаче катјоне и молекуле воде, док преостали протеогликани губе способност да привлаче и задржавају воду. Поред тога, губитак протеогликана смањује њихов инхибиторни ефекат на међупросторни ток воде. Као резултат тога, хрскавица бубри, механизам компресије (задржавања) течности „не функционише“ и компресивна отпорност хрскавице се смањује. Јавља се ефекат преношења већине терета на већ оштећену тврду матрицу, а то доводи до тога да отечена хрскавица постаје подложнија механичким оштећењима. Као резултат тога, хрскавица се или обнавља или наставља да се пропада.

Поред оштећења протеогликана, колагенска мрежа је делимично уништена и више се не обнавља, а у хрскавици се појављују вертикалне пукотине и чиреви. Ове лезије се могу проширити низ хрскавицу до субхондралне кости. Продукти распада и синовијална течност шире се до базалног слоја, што доводи до појаве малих подручја остеонекрозе и субхондралних циста.

Паралелно са овим процесима, хрскавица пролази кроз низ репаративних промена у покушају да обнови оштећену зглобну површину, што укључује формирање хондрофита. Потоњи на крају подлежу енхондралној осификацији и постају остеофити.

Акутна механичка траума и компресивно оптерећење могу довести до развоја хоризонталних пукотина у дубоком калцификованом слоју хрскавице и одвајања хрскавице од субхондралне кости. Базално цепање или деламинација хрскавице на овај начин може послужити као механизам дегенерације не само нормалне хрскавице под механичким преоптерећењем, већ и код остеоартрозе, када постоји нестабилност зглоба. Ако је хијалинска хрскавица потпуно уништена и зглобна површина је огољена, онда су могућа два процеса: први је формирање густе склерозе на површини кости, што се назива ебурнација; други је оштећење и компресија трабекула, што на рендгенским снимцима изгледа као субхондрална склероза. Сходно томе, први процес се може сматрати компензаторним, док је други јасно фаза разарања зглоба.

Повећање садржаја воде у хрскавици повећава густину протона хрскавице и елиминише ефекте скраћивања Т2 слоја протеогликанског-колагенског матрикса, који има висок интензитет сигнала у подручјима оштећења матрикса на конвенционалним МРИ секвенцама. Ова рана хондромалација, која је најранији знак оштећења хрскавице, може бити видљива чак и пре него што дође до мањег стањивања хрскавице. Благо задебљање или „отицање“ хрскавице такође може бити присутно у овој фази. Структурне и биомеханичке промене у зглобној хрскавици су прогресивне, са губитком основне супстанце. Ови процеси могу бити фокални или дифузни, ограничени на површинско стањивање и трошење или потпуни нестанак хрскавице. У неким случајевима, фокално задебљање или „отицање“ хрскавице може се приметити без поремећаја зглобне површине. Код остеоартритиса, често се примећује фокални повећани интензитет сигнала хрскавице на Т2-пондерисаним сликама, што се артроскопски потврђује присуством површинских, трансмуралних и дубоких линеарних промена. Ове последње могу одражавати дубоке дегенеративне промене, које почињу углавном као одвајање хрскавице од калцификованог слоја или линије плиме и осеке. Ране промене могу бити ограничене на дубоке слојеве хрскавице, у ком случају се не могу открити артроскопским прегледом зглобне површине, иако фокална реткост дубоких слојева хрскавице може довести до захваћености суседних слојева, често са пролиферацијом субхондралне кости у облику централног остеофита.

У страној литератури постоје подаци о могућности добијања квантитативних информација о саставу зглобне хрскавице, на пример, о садржају водене фракције и коефицијенту дифузије воде у хрскавици. То се постиже коришћењем посебних програма МР томографа или МР спектроскопијом. Оба ова параметра се повећавају са оштећењем протеогликан-колагенске матрице током оштећења хрскавице. Концентрација мобилних протона (садржај воде) у хрскавици се смањује у смеру од зглобне површине ка субхондралној кости.

Квантитативна процена промена је такође могућа на Т2-пондерисаним сликама. Обједињавањем података са слика исте хрскавице добијених различитим ТЕ, аутори су проценили Т2-пондерисане слике (WI) хрскавице користећи одговарајућу експоненцијалну криву из добијених вредности интензитета сигнала за сваки пиксел. Т2 се процењује у одређеном подручју хрскавице или приказује на мапи целе хрскавице, на којој интензитет сигнала сваког пиксела одговара Т2 на овој локацији. Међутим, упркос релативно великим могућностима и релативној лакоћи горе описане методе, улога Т2 је потцењена, делимично због повећања ефеката повезаних са дифузијом са повећањем ТЕ. Т2 је углавном потцењен код хондромалационе хрскавице, када је дифузија воде повећана. Осим ако се не користе посебне технологије, потенцијално повећање Т2 мерено овим технологијама код хондромалационе хрскавице ће благо потиснути ефекте повезане са дифузијом.

Дакле, МРИ је веома обећавајућа метода за откривање и праћење раних структурних промена карактеристичних за дегенерацију зглобне хрскавице.

Морфолошке промене хрскавице код остеоартритиса

Процена морфолошких промена у хрскавици зависи од високе просторне резолуције и високог контраста од површине зглоба до субхондралне кости. Ово се најбоље постиже коришћењем Т1-пондерисаних 3Д ГЕ секвенци са супресијом масти, које тачно одражавају локалне дефекте идентификоване и верификоване и при артроскопији и у материјалу обдукције. Хрскавица се такође може снимити преносом магнетизације одузимањем слике, у ком случају се зглобна хрскавица појављује као засебна трака са високим интензитетом сигнала, јасно контрастирајући са суседном синовијалном течношћу ниског интензитета, интраартикуларним масним ткивом и субхондралном коштаном сржи. Међутим, ова метода производи слике упола спорије од Т1-пондерисаних слика са супресијом масти, те се стога мање користи. Поред тога, локални дефекти, површинске неправилности и генерализовано истањивање зглобне хрскавице могу се снимити коришћењем конвенционалних МР секвенци. Према неким ауторима, морфолошки параметри - дебљина, запремина, геометрија и површинска топографија хрскавице - могу се квантитативно израчунати коришћењем 3Д МРИ слика. Сумирањем воксела који чине 3Д реконструисану слику хрскавице, може се одредити тачна вредност ових сложено повезаних структура. Штавише, мерење укупне запремине хрскавице добијене из појединачних пресека је једноставнија метода због мањих промена у равни једног пресека и поузданија је у просторној резолуцији. Приликом проучавања целих ампутираних колених зглобова и пателарних узорака добијених током артропластике ових зглобова, одређена је укупна запремина зглобне хрскавице фемура, тибије и пателе и пронађена је корелација између запремина добијених МРИ и одговарајућих запремина добијених одвајањем хрскавице од кости и њеним хистолошким мерењем. Стога, ова технологија може бити корисна за динамичку процену промена запремине хрскавице код пацијената са остеоартритисом. Добијање потребних и тачних пресека зглобне хрскавице, посебно код пацијената са остеоартритисом, захтева довољну вештину и искуство лекара који врши преглед, као и доступност одговарајућег МРИ софтвера.

Мерења укупне запремине садрже мало информација о широко распрострањеним променама и стога су осетљива на локални губитак хрскавице. Теоретски, губитак или стањивање хрскавице у једном подручју могло би се уравнотежити еквивалентним повећањем запремине хрскавице на другим местима у зглобу, а мерење укупне запремине хрскавице не би показало никакву абнормалност, тако да такве промене не би биле могуће детектовати овом методом. Подела зглобне хрскавице на дискретне мале регионе коришћењем 3Д реконструкције омогућила је процену запремине хрскавице у одређеним подручјима, посебно на површинама које носе силу. Међутим, тачност мерења је смањена јер се врши врло мало поделе. На крају крајева, изузетно висока просторна резолуција је неопходна да би се потврдила тачност мерења. Ако се може постићи довољна просторна резолуција, постаје могућа перспектива мапирања дебљине хрскавице in vivo. Мапе дебљине хрскавице могу репродуковати локална оштећења током прогресије остеоартритиса.