Diagnosticul osteoartritei: RMN al cartilajului articular

Imaginea RMN a cartilajului articular reflectă totalitatea structurii sale histologice și a compoziției biochimice. Cartilajul articular este hialin, adică nu are alimentare cu sânge, drenaj limfatic și inervație proprie. Este alcătuit din apă și ioni, fibre de colagen de tip II, condrocite, proteoglicani agregați și alte glicoproteine. Fibrele de colagen sunt întărite în stratul subcondral al osului, ca o ancoră, și se desfășoară perpendicular pe suprafața articulației, unde diverg orizontal. Între fibrele de colagen se află molecule mari de proteoglicani cu o sarcină negativă semnificativă, care atrag intens moleculele de apă. Condrocitele cartilajului sunt situate în coloane plane. Acestea sintetizează colagen și proteoglicani, precum și enzime inactive care descompun enzimele și inhibitorii enzimatici.

Histologic, în articulațiile mari, cum ar fi genunchiul și șoldul, au fost identificate trei straturi de cartilaj. Cel mai profund strat este joncțiunea dintre cartilaj și osul subcondral și servește ca strat de ancorare pentru o rețea extinsă de fibre de colagen care se extind de la acesta până la suprafață în fascicule dense conectate prin numeroase fibrile reticulate. Acesta se numește strat radial. Spre suprafața articulară, fibrele individuale de colagen devin mai fine și sunt grupate în rețele paralele mai regulate și compacte, cu mai puține legături reticulate. Stratul mijlociu, stratul tranzițional sau intermediar, conține fibre de colagen organizate mai aleatoriu, majoritatea fiind orientate oblic pentru a rezista sarcinilor verticale, presiunilor și șocurilor. Cel mai superficial strat al cartilajului articular, cunoscut sub numele de strat tangențial, este un strat subțire de fibre de colagen strâns împachetate, orientate tangențial, care rezistă forțelor de tracțiune exercitate de sarcina compresivă și formează o barieră impermeabilă pentru lichidul interstițial, prevenind pierderea acestuia în timpul compresiei. Cele mai superficiale fibre de colagen ale acestui strat sunt dispuse orizontal, formând foi orizontale dense pe suprafața articulară, deși fibrilele zonei tangențiale superficiale nu sunt neapărat conectate cu cele ale straturilor mai profunde.

După cum s-a menționat, în cadrul acestei rețele celulare complexe de fibre se află molecule agregate de proteoglicani hidrofili. Aceste molecule mari au fragmente SQ și COO" încărcate negativ la capetele numeroaselor lor ramificații, care atrag puternic ioni cu încărcări opuse (de obicei Na ⁺ ), ceea ce, la rândul său, promovează penetrarea osmotică a apei în cartilaj. Presiunea din interiorul rețelei de colagen este enormă, iar cartilajul funcționează ca o pernă hidrodinamică extrem de eficientă. Compresia suprafeței articulare provoacă o deplasare orizontală a apei conținute în cartilaj, deoarece rețeaua de fibre de colagen este comprimată. Apa este redistribuită în cartilaj, astfel încât volumul său total nu se poate modifica. Când compresia după încărcarea articulară este redusă sau eliminată, apa se deplasează înapoi, atrasă de sarcina negativă a proteoglicanilor. Acesta este mecanismul care menține un conținut ridicat de apă și, prin urmare, o densitate mare de protoni a cartilajului. Cel mai mare conținut de apă se observă mai aproape de suprafața articulară și scade spre osul subcondral. Concentrația de proteoglicani este crescută în straturile profunde ale cartilajului.

În prezent, RMN-ul este principala tehnică de imagistică pentru cartilajul hialin, efectuată în principal folosind secvențe de ecou de gradient (EG). RMN-ul reflectă conținutul de apă al cartilajului. Cu toate acestea, cantitatea de protoni ai apei conținută în cartilaj este importantă. Conținutul și distribuția moleculelor hidrofile de proteoglican și organizarea anizotropă a fibrilelor de colagen afectează nu numai cantitatea totală de apă, adică densitatea protonilor, din cartilaj, ci și starea proprietăților de relaxare, și anume T2, ale acestei ape, conferind cartilajului imaginile sale caracteristice „zonale” sau stratificate la RMN, despre care unii cercetători consideră că corespund straturilor histologice ale cartilajului.

În imaginile cu timp de ecou (TE) foarte scurt (mai puțin de 5 ms), imaginile cu rezoluție mai mare ale cartilajului prezintă de obicei o imagine cu două straturi: stratul profund este situat mai aproape de os, în zona de precalcificare și are un semnal scăzut, deoarece prezența calciului scurtează considerabil TR și nu produce o imagine; stratul superficial produce un semnal MP de intensitate medie spre mare.

În imaginile TE intermediare (5-40 ms), cartilajul are un aspect triplar: un strat superficial cu semnal scăzut; un strat de tranziție cu intensitate intermediară a semnalului; un strat profund cu semnal MP scăzut. În ponderarea T2, semnalul nu include stratul intermediar, iar imaginea cartilajului devine omogenă, cu intensitate scăzută. Atunci când se utilizează o rezoluție spațială scăzută, uneori apare un strat suplimentar în imaginile TE scurte din cauza artefactelor de tăiere oblică și a contrastului ridicat la interfața cartilaj/fluid, acest lucru putând fi evitat prin creșterea dimensiunii matricei.

În plus, unele dintre aceste zone (straturi) pot să nu fie vizibile în anumite condiții. De exemplu, atunci când unghiul dintre axa cartilajului și câmpul magnetic principal se modifică, aspectul straturilor cartilajului se poate schimba, iar cartilajul poate avea o imagine omogenă. Autorii explică acest fenomen prin proprietatea anizotropă a fibrelor de colagen și orientarea lor diferită în cadrul fiecărui strat.

Alți autori consideră că obținerea unei imagini stratificate a cartilajului nu este fiabilă și reprezintă un artefact. Opiniile cercetătorilor diferă, de asemenea, în ceea ce privește intensitatea semnalelor provenite din imaginile tristratificate ale cartilajului obținute. Aceste studii sunt foarte interesante și, bineînțeles, necesită studii suplimentare.

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

Modificări structurale ale cartilajului în osteoartrita

În stadiile incipiente ale osteoartritei, are loc degradarea rețelei de colagen din straturile superficiale ale cartilajului, ceea ce duce la uzura suprafeței și la creșterea permeabilității la apă. Pe măsură ce o parte dintre proteoglicani sunt distruși, apar mai mulți glicozaminoglicani încărcați negativ, care atrag cationi și molecule de apă, în timp ce proteoglicanii rămași își pierd capacitatea de a atrage și reține apa. În plus, pierderea proteoglicanilor reduce efectul lor inhibitor asupra fluxului interstițial de apă. Drept urmare, cartilajul se umflă, mecanismul de compresie (retenție) a fluidului „nu funcționează” și rezistența la compresiune a cartilajului scade. Se produce efectul de transfer al majorității sarcinii către matricea dură deja deteriorată, iar acest lucru duce la faptul că cartilajul umflat devine mai susceptibil la deteriorări mecanice. Drept urmare, cartilajul fie se restaurează, fie continuă să se deterioreze.

Pe lângă deteriorarea proteoglicanilor, rețeaua de colagen este parțial distrusă și nu se mai restaurează, iar în cartilaj apar fisuri verticale și ulcere. Aceste leziuni se pot extinde în josul cartilajului până la osul subcondral. Produșii de descompunere și lichidul sinovial se răspândesc în stratul bazal, ceea ce duce la apariția unor mici zone de osteonecroză și chisturi subcondrale.

În paralel cu aceste procese, cartilajul suferă o serie de modificări reparative în încercarea de a restabili suprafața articulară deteriorată, care includ formarea de condrofite. Acestea din urmă suferă în cele din urmă osificare enchondrală și devin osteofite.

Traumatismele mecanice acute și sarcina compresivă pot duce la dezvoltarea fisurilor orizontale în stratul profund calcificat al cartilajului și la desprinderea cartilajului de osul subcondral. Despicarea bazală sau delaminarea cartilajului în acest fel poate servi drept mecanism de degenerare nu numai a cartilajului normal sub suprasolicitare mecanică, ci și în osteoartroză, când există instabilitate articulară. Dacă cartilajul hialin este complet distrus și suprafața articulară este expusă, atunci sunt posibile două procese: primul este formarea unei scleroze dense pe suprafața osoasă, care se numește eburnație; al doilea este deteriorarea și compresia trabeculelor, care pe imaginile cu raze X arată ca scleroza subcondrală. În consecință, primul proces poate fi considerat compensatoriu, în timp ce al doilea este în mod clar o fază de distrugere a articulației.

Creșterea conținutului de apă din cartilaj crește densitatea protonilor și elimină efectele de scurtare T2 ale matricei proteoglican-colagen, care are o intensitate ridicată a semnalului în zonele cu deteriorare a matricei pe secvențele RMN convenționale. Această condromalacie precoce, care este cel mai timpuriu semn al deteriorării cartilajului, poate fi vizibilă înainte de a apărea chiar și o subțiere minoră a cartilajului. În această etapă poate fi prezentă și o îngroșare ușoară sau „umflarea” cartilajului. Modificările structurale și biomecanice ale cartilajului articular sunt progresive, cu pierderea substanței fundamentale. Aceste procese pot fi focale sau difuze, limitate la subțiere și uzură superficială sau dispariția completă a cartilajului. În unele cazuri, se poate observa o îngroșare focală sau „umflarea” cartilajului fără perturbarea suprafeței articulare. În osteoartrita, se observă adesea o intensitate focală crescută a semnalului cartilajului pe imaginile ponderate T2, confirmată artroscopic prin prezența modificărilor liniare superficiale, transmurale și profunde. Acestea din urmă pot reflecta modificări degenerative profunde, începând în principal ca desprinderea cartilajului de stratul calcificat sau linia de maree. Modificările precoce pot fi limitate la straturile profunde ale cartilajului, caz în care nu sunt detectabile la examinarea artroscopică a suprafeței articulare, deși rară prezență focală a straturilor profunde ale cartilajului poate duce la afectarea straturilor adiacente, adesea cu proliferarea osului subcondral sub forma unui osteofit central.

Există date în literatura străină privind posibilitatea obținerii de informații cantitative privind compoziția cartilajului articular, de exemplu, privind conținutul fracției de apă și coeficientul de difuzie al apei în cartilaj. Acest lucru se realizează folosind programe speciale ale tomografului RMN sau cu spectroscopie RMN. Ambii parametri cresc odată cu deteriorarea matricei proteoglican-colagen în timpul deteriorării cartilajului. Concentrația protonilor mobili (conținutul de apă) din cartilaj scade în direcția de la suprafața articulară la osul subcondral.

Evaluarea cantitativă a modificărilor este posibilă și pe imagini ponderate T2. Prin combinarea datelor din imagini ale aceluiași cartilaj obținute cu TE-uri diferite, autorii au evaluat imaginile ponderate T2 (WI) ale cartilajului utilizând o curbă exponențială adecvată din valorile intensității semnalului obținute pentru fiecare pixel. T2 este evaluat într-o zonă specifică a cartilajului sau afișat pe o hartă a întregului cartilaj, în care intensitatea semnalului fiecărui pixel corespunde cu T2 în această locație. Cu toate acestea, în ciuda capacităților relativ mari și a ușurinței relative a metodei descrise mai sus, rolul T2 este subestimat, parțial datorită unei creșteri a efectelor legate de difuzie odată cu creșterea TE. T2 este subestimat în principal în cartilajul condromalaciei, atunci când difuzia apei este crescută. Cu excepția cazului în care se utilizează tehnologii speciale, creșterea potențială a T2 măsurată cu aceste tehnologii în cartilajul condromalaciei va suprima ușor efectele legate de difuzie.

Astfel, RMN-ul este o metodă foarte promițătoare pentru detectarea și monitorizarea modificărilor structurale precoce caracteristice degenerării cartilajului articular.

Modificări morfologice ale cartilajului în osteoartrita

Evaluarea modificărilor morfologice ale cartilajului depinde de o rezoluție spațială ridicată și de un contrast ridicat de la suprafața articulației la osul subcondral. Acest lucru se realizează cel mai bine folosind secvențe 3D de geoscopie geografică (GE) ponderate T1 cu supresie a grăsimii, care reflectă cu acuratețe defectele locale identificate și verificate atât la artroscopie, cât și în materialul de autopsie. Cartilajul poate fi, de asemenea, imagistic prin transfer de magnetizare prin scăderea imaginii, caz în care cartilajul articular apare ca o bandă separată cu intensitate mare a semnalului, contrastând clar cu lichidul sinovial adiacent de intensitate scăzută, țesutul adipos intraarticular și măduva osoasă subcondrală. Cu toate acestea, această metodă produce imagini la jumătate din lent față de imaginile ponderate T1 cu supresie a grăsimii și, prin urmare, este mai puțin utilizată. În plus, defectele locale, neregularitățile de suprafață și subțierea generalizată a cartilajului articular pot fi imagistice folosind secvențe RMN convenționale. Potrivit unor autori, parametrii morfologici - grosimea, volumul, geometria și topografia suprafeței cartilajului - pot fi calculați cantitativ folosind imagini RMN 3D. Prin însumarea voxelilor care alcătuiesc imaginea 3D reconstruită a cartilajului, se poate determina valoarea exactă a acestor structuri complex corelate. Mai mult, măsurarea volumului total al cartilajului obținut din secțiuni individuale este o metodă mai simplă datorită modificărilor mai mici ale planului unei singure secțiuni și este mai fiabilă în ceea ce privește rezoluția spațială. Atunci când se studiază articulațiile întregi de genunchi amputate și specimenele patelare obținute în timpul artroplastiei acestor articulații, s-a determinat volumul total al cartilajului articular al femurului, tibiei și patelei și s-a constatat o corelație între volumele obținute prin RMN și volumele corespunzătoare obținute prin separarea cartilajului de os și măsurarea acestuia histologic. Prin urmare, această tehnologie poate fi utilă pentru evaluarea dinamică a modificărilor volumului cartilajului la pacienții cu osteoartrită. Obținerea secțiunilor necesare și precise ale cartilajului articular, în special la pacienții cu osteoartrită, necesită suficiente abilități și experiență din partea medicului care efectuează examinarea, precum și disponibilitatea unui software RMN adecvat.

Măsurătorile volumului total conțin puține informații despre modificările generalizate și, prin urmare, sunt sensibile la pierderea locală a cartilajului. Teoretic, pierderea sau subțierea cartilajului într-o anumită zonă ar putea fi echilibrată de o creștere echivalentă a volumului cartilajului în altă parte a articulației, iar măsurarea volumului total al cartilajului nu ar evidenția nicio anomalie, astfel încât astfel de modificări nu ar fi detectabile prin această metodă. Subdivizarea cartilajului articular în regiuni mici discrete folosind reconstrucția 3D a făcut posibilă estimarea volumului cartilajului în zone specifice, în special pe suprafețele portante. Cu toate acestea, precizia măsurătorilor este redusă deoarece se efectuează foarte puține subdiviziuni. În cele din urmă, este necesară o rezoluție spațială extrem de mare pentru a confirma acuratețea măsurătorilor. Dacă se poate obține o rezoluție spațială suficientă, devine posibilă perspectiva cartografierii grosimii cartilajului in vivo. Hărțile grosimii cartilajului pot reproduce leziunile locale în timpul progresiei osteoartritei.