Osteoartrīta diagnostika: locītavu skrimšļa magnētiskā rezonanse

Locītavu skrimšļa MRI attēls atspoguļo tā histoloģiskās struktūras un bioķīmiskā sastāva kopumu. Locītavu skrimslis ir hialīns, kam nav savas asinsapgādes, limfodrenāžas un inervācijas. Tas sastāv no ūdens un joniem, II tipa kolagēna šķiedrām, hondrocītiem, agregētiem proteoglikāniem un citiem glikoproteīniem. Kolagēna šķiedras ir nostiprinātas kaula subhondrālajā slānī, līdzīgi kā enkurs, un stiepjas perpendikulāri locītavas virsmai, kur tās horizontāli atzarojas. Starp kolagēna šķiedrām atrodas lielas proteoglikānu molekulas ar ievērojamu negatīvu lādiņu, kas intensīvi piesaista ūdens molekulas. Skrimšļa hondrocīti atrodas vienmērīgās kolonnās. Tie sintezē kolagēnu un proteoglikānus, kā arī neaktīvus enzīmus, kas noārda enzīmus, un enzīmu inhibitorus.

Histoloģiski lielās locītavās, piemēram, ceļa un gūžas locītavā, ir identificēti trīs skrimšļa slāņi. Dziļākais slānis ir skrimšļa un subhondrālā kaula savienojums, un tas kalpo kā enkura slānis plašam kolagēna šķiedru tīklam, kas stiepjas no tā uz virsmu blīvos saišķos, kurus savieno daudzas savstarpēji saistītas fibrillas. To sauc par radiālo slāni. Virzoties uz locītavas virsmu, atsevišķās kolagēna šķiedras kļūst smalkākas un ir savienotas kopā regulārākos un kompaktākos paralēlos masīvos ar mazāku šķērssaišu skaitu. Vidējais slānis, pārejas vai starpslānis, satur vairāk nejauši organizētu kolagēna šķiedru, no kurām lielākā daļa ir slīpi orientētas, lai izturētu vertikālas slodzes, spiedienus un triecienus. Virspusējais locītavu skrimšļa slānis, kas pazīstams kā tangenciālais slānis, ir plāns blīvi iepakotu, tangenciāli orientētu kolagēna šķiedru slānis, kas pretojas saspiešanas slodzes radītajiem stiepes spēkiem un veido ūdensnecaurlaidīgu barjeru intersticiālajam šķidrumam, novēršot tā zudumu saspiešanas laikā. Šī slāņa virspusējās kolagēna šķiedras ir izvietotas horizontāli, veidojot blīvas horizontālas loksnes uz locītavu virsmas, lai gan virspusējās tangenciālās zonas fibrillas ne vienmēr ir savienotas ar dziļāko slāņu fibrillām.

Kā minēts, šajā sarežģītajā šūnu šķiedru tīklā atrodas agregētas hidrofilas proteoglikānu molekulas. Šīm lielajām molekulām daudzo zaru galos ir negatīvi lādēti SQ un COO" fragmenti, kas spēcīgi piesaista pretēji lādētus jonus (parasti Na ⁺ ), kas savukārt veicina ūdens osmotisku iekļūšanu skrimšļos. Spiediens kolagēna tīklā ir milzīgs, un skrimslis darbojas kā ārkārtīgi efektīvs hidrodinamisks spilvens. Locītavas virsmas saspiešana izraisa skrimšļos esošā ūdens horizontālu pārvietošanos, jo kolagēna šķiedru tīkls ir saspiests. Ūdens tiek pārdalīts skrimšļos tā, ka tā kopējais tilpums nevar mainīties. Kad saspiešana pēc locītavas slodzes tiek samazināta vai novērsta, ūdens pārvietojas atpakaļ, ko piesaista proteoglikānu negatīvais lādiņš. Šis ir mehānisms, kas uztur augstu ūdens saturu un līdz ar to augstu skrimšļa protonu blīvumu. Visaugstākais ūdens saturs ir novērojams tuvāk locītavas virsmai un samazinās virzienā uz subhondrālo kaulu. Proteoglikānu koncentrācija palielinās skrimšļa dziļākajos slāņos.

Pašlaik MRI ir galvenā hialīnā skrimšļa attēlveidošanas metode, ko galvenokārt veic, izmantojot gradienta atbalss (GE) sekvences. MRI atspoguļo skrimšļa ūdens saturu. Tomēr svarīgs ir skrimšļa ūdens protonu daudzums. Hidrofilo proteoglikāna molekulu saturs un sadalījums, kā arī kolagēna fibrilu anizotropā organizācija ietekmē ne tikai kopējo ūdens daudzumu, t. i., protonu blīvumu, skrimšļos, bet arī šī ūdens relaksācijas īpašību stāvokli, proti, T2, piešķirot skrimšļiem raksturīgos "zonālos" vai stratificētos attēlus MRI, ko daži pētnieki uzskata par atbilstošu skrimšļa histoloģiskajiem slāņiem.

Ļoti īsa atbalss laika (TE) attēlos (mazāk nekā 5 ms) augstākas izšķirtspējas skrimšļa attēlos parasti ir redzams divu slāņu attēls: dziļais slānis atrodas tuvāk kaulam pirmskalcifikācijas zonā un tam ir vājš signāls, jo kalcija klātbūtne ievērojami saīsina TR un nerada attēlu; virspusējais slānis rada vidējas līdz augstas intensitātes MP signālu.

Starpposma TE attēlos (5–40 ms) skrimšlim ir trīs slāņu izskats: virspusējs slānis ar zemu signālu; pārejas slānis ar starpposma signāla intensitāti; dziļš slānis ar zemu MP signālu. T2 svēršanā signāls neietver starpslāni, un skrimšļa attēls kļūst homogēni zemas intensitātes. Ja tiek izmantota zema telpiskā izšķirtspēja, īsos TE attēlos slīpo griezumu artefaktu un augsta kontrasta dēļ skrimšļa/šķidruma saskarnē dažreiz parādās papildu slānis, ko var novērst, palielinot matricas izmēru.

Turklāt dažas no šīm zonām (slāņiem) noteiktos apstākļos var nebūt redzamas. Piemēram, mainoties leņķim starp skrimšļa asi un galveno magnētisko lauku, var mainīties skrimšļa slāņu izskats, un skrimšlim var būt homogēns attēls. Autori šo parādību skaidro ar kolagēna šķiedru anizotropo īpašību un to atšķirīgo orientāciju katrā slānī.

Citi autori uzskata, ka skrimšļa slāņainā attēla iegūšana nav uzticama un ir artefakts. Pētnieku viedokļi atšķiras arī par signālu intensitāti no iegūtajiem skrimšļa trīs slāņu attēliem. Šie pētījumi ir ļoti interesanti un, protams, prasa turpmākus pētījumus.

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

Skrimšļa strukturālās izmaiņas osteoartrīta gadījumā

Osteoartrīta agrīnās stadijās notiek kolagēna tīkla degradācija skrimšļa virspusējos slāņos, kas noved pie virsmas nodiluma un palielinātas ūdens caurlaidības. Tā kā daļa proteoglikānu tiek iznīcināti, parādās vairāk negatīvi lādētu glikozaminoglikānu, kas piesaista katjonus un ūdens molekulas, bet atlikušie proteoglikāni zaudē spēju piesaistīt un saglabāt ūdeni. Turklāt proteoglikānu zudums samazina to inhibējošo iedarbību uz ūdens plūsmu starpšūnu telpā. Tā rezultātā skrimslis pietūkst, šķidruma saspiešanas (aiztures) mehānisms "nedarbojas" un skrimšļa saspiešanas pretestība samazinās. Rodas efekts, kurā lielākā daļa slodzes tiek pārnesta uz jau bojāto cieto matricu, un tas noved pie tā, ka pietūkušais skrimslis kļūst jutīgāks pret mehāniskiem bojājumiem. Tā rezultātā skrimslis vai nu atjaunojas, vai turpina degradēties.

Papildus proteoglikānu bojājumiem daļēji tiek iznīcināts un vairs neatjaunojas kolagēna tīkls, un skrimšļos parādās vertikālas plaisas un čūlas. Šie bojājumi var izplatīties pa skrimšļiem līdz subhondrālajam kaulam. Sabrukšanas produkti un sinoviālais šķidrums izplatās uz bazālo slāni, kas noved pie nelielu osteonekrozes un subhondrālu cistu parādīšanās.

Paralēli šiem procesiem skrimslis piedzīvo virkni reparatīvu izmaiņu, mēģinot atjaunot bojāto locītavas virsmu, tostarp hondrofītu veidošanos. Pēdējie galu galā piedzīvo enhondrālu osifikāciju un kļūst par osteofītiem.

Akūta mehāniska trauma un kompresijas slodze var izraisīt horizontālu plaisu veidošanos dziļajā kalcificētajā skrimšļa slānī un skrimšļa atdalīšanos no subhondrālā kaula. Skrimšļa bazālā šķelšanās vai delaminācija šādā veidā var kalpot kā ne tikai normāla skrimšļa deģenerācijas mehānisms mehāniskas pārslodzes gadījumā, bet arī osteoartrīta gadījumā, kad ir locītavu nestabilitāte. Ja hialīnais skrimslis ir pilnībā iznīcināts un locītavas virsma ir atsegta, tad ir iespējami divi procesi: pirmais ir blīvas sklerozes veidošanās uz kaula virsmas, ko sauc par eburnāciju; otrais ir trabekulu bojājums un saspiešana, kas rentgenuzņēmumos izskatās pēc subhondrālas sklerozes. Attiecīgi pirmo procesu var uzskatīt par kompensējošu, bet otro - par locītavu destrukcijas fāzi.

Skrimšļa ūdens satura palielināšanās palielina skrimšļa protonu blīvumu un novērš proteoglikāna-kolagēna matricas T2 saīsināšanas efektus, kurai ir augsta signāla intensitāte matricas bojājumu zonās parastajās MRI sekvencēs. Šī agrīnā hondromalācija, kas ir agrākā skrimšļa bojājuma pazīme, var būt redzama pirms pat nelielas skrimšļa retināšanas. Šajā posmā var būt arī neliels skrimšļa sabiezējums vai "pietūkums". Locītavu skrimšļa strukturālās un biomehāniskās izmaiņas ir progresējošas, ar pamatvielas zudumu. Šie procesi var būt fokāli vai difūzi, aprobežojoties ar virspusēju retināšanu un nodilšanu vai pilnīgu skrimšļa izzušanu. Dažos gadījumos var novērot fokālu skrimšļa sabiezējumu vai "pietūkumu", nebojājot locītavu virsmu. Osteoartrīta gadījumā bieži tiek novērota fokāla skrimšļa signāla intensitātes palielināšanās T2 svērtajos attēlos, ko artroskopiski apstiprina virspusējas, transmurālas un dziļas lineāras izmaiņas. Pēdējās var atspoguļot dziļas deģeneratīvas izmaiņas, kas sākas galvenokārt kā skrimšļa atdalīšanās no kalcificētā slāņa vai paisuma līnijas. Agrīnas izmaiņas var būt ierobežotas ar skrimšļa dziļajiem slāņiem, un tādā gadījumā tās nav nosakāmas, veicot locītavas virsmas artroskopisku izmeklēšanu, lai gan dziļo skrimšļa slāņu fokāls retums var izraisīt blakus esošo slāņu iesaistīšanos, bieži vien ar subhondrālā kaula proliferāciju centrālā osteofīta veidā.

Ārzemju literatūrā ir dati par iespēju iegūt kvantitatīvu informāciju par locītavu skrimšļa sastāvu, piemēram, par ūdens frakcijas saturu un ūdens difūzijas koeficientu skrimšļos. Tas tiek panākts, izmantojot MR tomogrāfa īpašas programmas vai ar MR spektroskopiju. Abi šie parametri palielinās, bojājot proteoglikāna-kolagēna matricu skrimšļa bojājuma laikā. Mobilo protonu (ūdens satura) koncentrācija skrimšļos samazinās virzienā no locītavas virsmas uz subhondrālo kaulu.

Kvantitatīvs izmaiņu novērtējums ir iespējams arī T2 svērtajos attēlos. Apvienojot datus no viena un tā paša skrimšļa attēliem, kas iegūti ar dažādiem TE, autori novērtēja skrimšļa T2 svērtos attēlus (WI), izmantojot piemērotu eksponenciālu līkni no iegūtajām signāla intensitātes vērtībām katram pikselim. T2 tiek novērtēts noteiktā skrimšļa apgabalā vai attēlots visa skrimšļa kartē, kurā katra pikseļa signāla intensitāte atbilst T2 šajā vietā. Tomēr, neskatoties uz iepriekš aprakstītās metodes relatīvi lielajām iespējām un relatīvo vienkāršību, T2 loma tiek novērtēta par zemu, daļēji difūzijas izraisīto efektu pieauguma dēļ, palielinoties TE. T2 galvenokārt tiek nepietiekami novērtēts hondromalācijas skrimšļos, kad palielinās ūdens difūzija. Ja vien netiek izmantotas īpašas tehnoloģijas, potenciālais T2 pieaugums, kas izmērīts ar šīm tehnoloģijām hondromalācijas skrimšļos, nedaudz nomāc ar difūziju saistītos efektus.

Tādējādi MRI ir ļoti daudzsološa metode locītavu skrimšļa deģenerācijai raksturīgo agrīno strukturālo izmaiņu noteikšanai un uzraudzībai.

Morfoloģiskas izmaiņas skrimšļos osteoartrīta gadījumā

Morfoloģisko izmaiņu novērtēšana skrimšļos ir atkarīga no augstas telpiskās izšķirtspējas un augsta kontrasta no locītavas virsmas līdz subhondrālajam kaulam. To vislabāk var panākt, izmantojot ar tauku supresētas T1 svērtās 3D GE sekvences, kas precīzi atspoguļo lokālos defektus, kas identificēti un pārbaudīti gan artroskopijas laikā, gan autopsijas materiālā. Skrimšļus var attēlot arī ar magnetizācijas pārnesi, izmantojot attēlu subtrakciju, un tādā gadījumā locītavu skrimšļi parādās kā atsevišķa josla ar augstu signāla intensitāti, kas skaidri kontrastē ar blakus esošo zemas intensitātes sinoviālo šķidrumu, intraartikulārajiem taukaudiem un subhondrālo kaulu smadzenēm. Tomēr šī metode rada attēlus uz pusi lēnāk nekā ar tauku supresētas T1 svērtie attēli, un tāpēc tā tiek retāk izmantota. Turklāt lokālos defektus, virsmas nelīdzenumus un locītavu skrimšļa vispārēju retināšanu var attēlot, izmantojot parastās MR sekvences. Pēc dažu autoru domām, morfoloģiskos parametrus - skrimšļa biezumu, tilpumu, ģeometriju un virsmas topogrāfiju - var kvantitatīvi aprēķināt, izmantojot 3D MRI attēlus. Summējot vokseļus, kas veido skrimšļa 3D rekonstruēto attēlu, var noteikt šo sarežģīti saistīto struktūru precīzu vērtību. Turklāt kopējā skrimšļa tilpuma mērīšana, kas iegūta no atsevišķām šķēlēm, ir vienkāršāka metode, pateicoties mazākām izmaiņām atsevišķas šķēles plaknē, un tā ir uzticamāka telpiskajā izšķirtspējā. Pētot veselas amputētas ceļa locītavas un patellas paraugus, kas iegūti šo locītavu endoprotezēšanas laikā, tika noteikts augšstilba kaula, stilba kaula un patellas locītavu skrimšļa kopējais tilpums un tika konstatēta korelācija starp ar MRI iegūtajiem tilpumiem un atbilstošajiem tilpumiem, kas iegūti, atdalot skrimšļus no kaula un histoloģiski izmērot tos. Tādēļ šī tehnoloģija var būt noderīga skrimšļa tilpuma izmaiņu dinamiskai novērtēšanai pacientiem ar osteoartrītu. Nepieciešamo un precīzu locītavu skrimšļa griezumu iegūšanai, īpaši pacientiem ar osteoartrītu, ir nepieciešamas pietiekamas ārsta, kas veic izmeklēšanu, prasmes un pieredze, kā arī atbilstošas MRI programmatūras pieejamība.

Kopējā tilpuma mērījumi satur maz informācijas par plaši izplatītām izmaiņām un tāpēc ir jutīgi pret lokālu skrimšļa zudumu. Teorētiski skrimšļa zudumu vai retināšanu vienā zonā varētu kompensēt ar līdzvērtīgu skrimšļa tilpuma palielināšanos citur locītavā, un kopējā skrimšļa tilpuma mērījums neuzrādītu nekādas anomālijas, tāpēc šādas izmaiņas ar šo metodi nebūtu nosakāmas. Locītavas skrimšļa sadalīšana atsevišķos mazos reģionos, izmantojot 3D rekonstrukciju, ir ļāvusi novērtēt skrimšļa tilpumu noteiktās zonās, īpaši uz spēku nesošām virsmām. Tomēr mērījumu precizitāte ir samazināta, jo tiek veikta ļoti maza sadalīšana. Galu galā, lai apstiprinātu mērījumu precizitāti, ir nepieciešama ārkārtīgi augsta telpiskā izšķirtspēja. Ja var panākt pietiekamu telpisko izšķirtspēju, kļūst iespējama skrimšļa biezuma kartēšana in vivo. Skrimšļa biezuma kartes var reproducēt lokālus bojājumus osteoartrīta progresēšanas laikā.