Osteoartrito diagnostika: sąnario kremzlės MRT

Sąnarinės kremzlės MRT vaizdas atspindi visą jos histologinę struktūrą ir biocheminę sudėtį. Sąnarinė kremzlė yra hialininė, neturinti savo kraujotakos, limfos drenažo ir inervacijos. Ją sudaro vanduo ir jonai, II tipo kolageno skaidulos, chondrocitai, agreguoti proteoglikanai ir kiti glikoproteinai. Kolageno skaidulos yra sustiprintos subchondriniame kaulo sluoksnyje, tarsi inkaras, ir eina statmenai sąnario paviršiui, kur jos horizontaliai išsišakoja. Tarp kolageno skaidulų yra didelės proteoglikanų molekulės, turinčios didelį neigiamą krūvį, kuris intensyviai pritraukia vandens molekules. Kremzlės chondrocitai išsidėstę lygiomis kolonomis. Jie sintetina kolageną ir proteoglikanus, taip pat neaktyvius fermentus, kurie skaido fermentus, ir fermentų inhibitorius.

Histologiškai dideliuose sąnariuose, tokiuose kaip kelio ir klubo, nustatyti trys kremzlės sluoksniai. Giliausias sluoksnis yra kremzlės ir subchondrinio kaulo jungtis ir tarnauja kaip tvirtinimo sluoksnis plačiam kolageno skaidulų tinklui, besitęsiančiam nuo jo iki paviršiaus tankiais ryšuliais, sujungtais daugybe susijungusių fibrilių. Tai vadinama radialiniu sluoksniu. Artėjant prie sąnario paviršiaus, atskiros kolageno skaidulos tampa plonesnės ir susijungia į taisyklingesnius ir kompaktiškesnius lygiagrečius darinius su mažiau susijungimų. Vidurinis sluoksnis, pereinamasis arba tarpinis sluoksnis, turi daugiau atsitiktinai išsidėsčiusių kolageno skaidulų, kurių dauguma yra įstrižai orientuotos, kad atlaikytų vertikalias apkrovas, slėgį ir smūgius. Paviršutiniškiausias sąnario kremzlės sluoksnis, žinomas kaip tangentinis sluoksnis, yra plonas sandariai supakuotų, tangentiškai orientuotų kolageno skaidulų sluoksnis, kuris priešinasi gniuždymo metu susidarančioms tempimo jėgoms ir sudaro vandeniui nelaidų barjerą intersticiniam skysčiui, apsaugodamas jį nuo praradimo suspaudimo metu. Paviršiškiausios šio sluoksnio kolageno skaidulos išsidėsčiusios horizontaliai, sudarydamos tankius horizontalius lakštus sąnariniame paviršiuje, nors paviršinės tangentinės zonos fibrilės nebūtinai sujungtos su gilesnių sluoksnių fibrilės.

Kaip minėta, šiame sudėtingame ląstelių skaidulų tinkle yra agreguotos hidrofilinės proteoglikanų molekulės. Šios didelės molekulės savo daugybės šakų galuose turi neigiamai įkrautus SQ ir COO" fragmentus, kurie stipriai pritraukia priešingai įkrautus jonus (dažniausiai Na ⁺ ), o tai savo ruožtu skatina osmosinį vandens prasiskverbimą į kremzlę. Slėgis kolageno tinkle yra milžiniškas, o kremzlė veikia kaip itin efektyvi hidrodinaminė pagalvė. Sąnarinio paviršiaus suspaudimas sukelia horizontalų kremzlėje esančio vandens poslinkį, nes kolageno skaidulų tinklas yra suspaustas. Vanduo perskirstomas kremzlėje taip, kad jo bendras tūris negali pasikeisti. Kai suspaudimas po sąnario apkrovos sumažėja arba išnyksta, vanduo, pritrauktas neigiamo proteoglikanų krūvio, juda atgal. Tai mechanizmas, kuris palaiko didelį vandens kiekį ir tokiu būdu didelį kremzlės protonų tankį. Didžiausias vandens kiekis stebimas arčiau sąnario paviršiaus ir mažėja link subchondrinio kaulo. Proteoglikanų koncentracija padidėja gilesniuose kremzlės sluoksniuose.

Šiuo metu MRT yra pagrindinis hialininės kremzlės vaizdinimo metodas, atliekamas daugiausia naudojant gradiento aido (GE) sekas. MRT atspindi kremzlės vandens kiekį. Tačiau svarbus yra ir kremzlėje esančių vandens protonų kiekis. Hidrofilinių proteoglikanų molekulių kiekis ir pasiskirstymas bei kolageno fibrilų anizotropinė organizacija turi įtakos ne tik bendram vandens kiekiui, t. y. protonų tankiui, kremzlėje, bet ir šio vandens relaksacinių savybių, būtent T2, būklei, suteikiančiai kremzlei būdingus „zoninius“ arba stratifikuotus vaizdus MRT, kurie, kai kurių tyrėjų manymu, atitinka kremzlės histologinius sluoksnius.

Labai trumpo aidėjimo laiko (TE) vaizduose (trumpesniuose nei 5 ms), didesnės skiriamosios gebos kremzlės vaizduose paprastai matomas dviejų sluoksnių vaizdas: gilusis sluoksnis yra arčiau kaulo, prieškalcifikacijos zonoje, ir turi silpną signalą, nes kalcio buvimas labai sutrumpina TR ir nesukuria vaizdo; paviršinis sluoksnis sukuria vidutinio arba didelio intensyvumo MP signalą.

Tarpiniuose TE vaizduose (5–40 ms) kremzlė atrodo trisluoksnė: paviršinis sluoksnis su silpnu signalu; pereinamasis sluoksnis su vidutiniu signalo intensyvumu; gilusis sluoksnis su silpnu MP signalu. T2 svertiniame signale tarpinis sluoksnis neapimamas, todėl kremzlės vaizdas tampa homogeniškai mažo intensyvumo. Kai naudojama maža erdvinė skiriamoji geba, trumpuose TE vaizduose kartais atsiranda papildomas sluoksnis dėl įstrižų pjūvio artefaktų ir didelio kontrasto kremzlės ir skysčio sąsajoje. To galima išvengti padidinant matricos dydį.

Be to, kai kurios iš šių zonų (sluoksnių) tam tikromis sąlygomis gali būti nematomos. Pavyzdžiui, kai pasikeičia kampas tarp kremzlės ašies ir pagrindinio magnetinio lauko, gali pasikeisti kremzlės sluoksnių išvaizda, o kremzlė gali įgauti homogeninį vaizdą. Autoriai šį reiškinį aiškina kolageno skaidulų anizotropine savybe ir skirtinga jų orientacija kiekviename sluoksnyje.

Kiti autoriai mano, kad sluoksniuoto kremzlės vaizdo gavimas nėra patikimas ir yra artefaktas. Tyrėjų nuomonės taip pat skiriasi dėl signalų intensyvumo, gaunamo iš gautų trijų sluoksnių kremzlės vaizdų. Šie tyrimai yra labai įdomūs ir, žinoma, reikalauja tolesnių tyrimų.

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

Kremzlės struktūros pokyčiai sergant osteoartritu

Ankstyvosiose osteoartrito stadijose suyra paviršinių kremzlės sluoksnių kolageno tinklas, dėl kurio paviršius dilsta ir padidėja pralaidumas vandeniui. Sunaikinus kai kuriuos proteoglikanus, atsiranda daugiau neigiamai įkrautų glikozaminoglikanų, kurie pritraukia katijonus ir vandens molekules, o likę proteoglikanai praranda gebėjimą pritraukti ir išlaikyti vandenį. Be to, proteoglikanų netekimas sumažina jų slopinamąjį poveikį vandens tekėjimui intersticinėje erdvėje. Dėl to kremzlė brinksta, skysčių suspaudimo (sulaikymo) mechanizmas „neveikia“ ir sumažėja kremzlės gniuždymo pasipriešinimas. Atsiranda didžiosios dalies apkrovos perkėlimo į jau pažeistą kietąją matricą efektas, ir tai lemia, kad patinusi kremzlė tampa jautresnė mechaniniams pažeidimams. Dėl to kremzlė arba atsistato, arba toliau nyksta.

Be proteoglikanų pažeidimo, iš dalies sunaikinamas ir nebeatkuriamas kolageno tinklas, kremzlėje atsiranda vertikalių įtrūkimų ir opų. Šie pažeidimai gali nusileisti kremzle iki subchondrinio kaulo. Irimo produktai ir sinovinis skystis plinta į bazinį sluoksnį, todėl atsiranda nedidelių osteonekrozės ir subchondrinių cistų plotų.

Lygiagrečiai su šiais procesais kremzlėje vyksta daugybė reparacinių pokyčių, siekiant atkurti pažeistą sąnarinį paviršių, įskaitant chondrofitų susidarymą. Pastarieji galiausiai osifikuojasi enchondraliniu būdu ir tampa osteofitais.

Ūminė mechaninė trauma ir gniuždymo apkrova gali sukelti horizontalių įtrūkimų atsiradimą giliame kalcifikuotame kremzlės sluoksnyje ir kremzlės atsiskyrimą nuo subchondrinio kaulo. Toks kremzlės pamatinis suskilimas arba delaminacija gali būti ne tik normalios kremzlės degeneracijos mechanizmas esant mechaniniam perkrovimui, bet ir osteoartrito atveju, kai yra sąnario nestabilumas. Jei hialininė kremzlė visiškai sunaikinama ir sąnarinis paviršius yra atviras, galimi du procesai: pirmasis yra tankios sklerozės susidarymas kaulo paviršiuje, vadinamas eburnacija; antrasis yra trabekulų pažeidimas ir suspaudimas, kuris rentgeno vaizduose atrodo kaip subchondrinė sklerozė. Atitinkamai, pirmąjį procesą galima laikyti kompensaciniu, o antrąjį – akivaizdžia sąnario destrukcijos faze.

Padidėjęs kremzlės vandens kiekis padidina kremzlės protonų tankį ir pašalina proteoglikano-kolageno matricos, kuri įprastinių MRT sekų metu pasižymi dideliu signalo intensyvumu matricos pažeidimo srityse, T2 sutrumpinimo poveikį. Ši ankstyva chondromalacija, kuri yra ankstyviausias kremzlės pažeidimo požymis, gali būti matoma dar prieš atsirandant nedideliam kremzlės suplonėjimui. Šiame etape taip pat gali būti nedidelis kremzlės sustorėjimas arba „patinimas“. Struktūriniai ir biomechaniniai sąnarinės kremzlės pokyčiai yra progresuojantys, prarandama pagrindinė medžiaga. Šie procesai gali būti židininiai arba difuziniai, apsiriboti paviršiniu kremzlės suplonėjimu ir dilimu arba visišku kremzlės išnykimu. Kai kuriais atvejais židininis kremzlės sustorėjimas arba „patinimas“ gali būti stebimas nepažeidžiant sąnarinio paviršiaus. Sergant osteoartritu, dažnai stebimas židininis kremzlės signalo intensyvumo padidėjimas T2 svertiniuose vaizduose, kurį artroskopiškai patvirtina paviršiniai, transmuraliniai ir gilūs linijiniai pokyčiai. Pastarieji gali atspindėti gilius degeneracinius pokyčius, prasidedančius daugiausia kaip kremzlės atsiskyrimas nuo kalcifikuoto sluoksnio arba potvynio linijos. Ankstyvieji pokyčiai gali apsiriboti giliaisiais kremzlės sluoksniais, tokiu atveju jų neaptinkama atliekant sąnarinio paviršiaus artroskopinį tyrimą, nors židininis giliųjų kremzlės sluoksnių retumas gali lemti gretimų sluoksnių pažeidimą, dažnai su subchondrinio kaulo proliferacija centrinio osteofito pavidalu.

Užsienio literatūroje yra duomenų apie galimybę gauti kiekybinę informaciją apie sąnarinės kremzlės sudėtį, pavyzdžiui, apie vandens frakcijos kiekį ir vandens difuzijos koeficientą kremzlėje. Tai pasiekiama naudojant specialias MR tomografo programas arba MR spektroskopiją. Abu šie parametrai didėja pažeidus proteoglikano-kolageno matricą kremzlės pažeidimo metu. Mobiliųjų protonų (vandens kiekio) koncentracija kremzlėje mažėja kryptimi nuo sąnarinio paviršiaus link subchondrinio kaulo.

Kiekybinis pokyčių įvertinimas taip pat galimas naudojant T2 svertinius vaizdus. Sujungdami duomenis iš tos pačios kremzlės vaizdų, gautų naudojant skirtingus TE, autoriai įvertino T2 svertinius kremzlės vaizdus (WI), naudodami tinkamą eksponentinę kreivę iš gautų kiekvieno pikselio signalo intensyvumo verčių. T2 vertinamas konkrečioje kremzlės srityje arba rodomas viso kremzlės žemėlapyje, kuriame kiekvieno pikselio signalo intensyvumas atitinka T2 šioje vietoje. Tačiau, nepaisant gana didelių aukščiau aprašyto metodo galimybių ir santykinio paprastumo, T2 vaidmuo yra nepakankamai įvertintas, iš dalies dėl to, kad didėjant TE, didėja su difuzija susijęs poveikis. T2 daugiausia nepakankamai įvertinamas chondromalacijos kremzlėje, kai padidėja vandens difuzija. Jei nenaudojamos specialios technologijos, galimas T2 padidėjimas, išmatuotas šiomis technologijomis chondromalacijos kremzlėje, šiek tiek slopins su difuzija susijusį poveikį.

Taigi, MRT yra labai perspektyvus metodas ankstyviems sąnarinės kremzlės degeneracijai būdingiems struktūriniams pokyčiams aptikti ir stebėti.

Kremzlės morfologiniai pokyčiai sergant osteoartritu

Kremzlės morfologinių pokyčių įvertinimas priklauso nuo didelės erdvinės skiriamosios gebos ir didelio kontrasto nuo sąnario paviršiaus iki subchondrinio kaulo. Tai geriausiai pasiekiama naudojant riebalais slopintas T1 svertines 3D GE sekas, kurios tiksliai atspindi vietinius defektus, nustatytus ir patikrintus tiek artroskopijos metu, tiek autopsijos medžiagoje. Kremzlę taip pat galima vaizduoti magnetizacijos perkėlimu vaizdo atėmimo būdu, tokiu atveju sąnarinė kremzlė atrodo kaip atskira juosta su dideliu signalo intensyvumu, aiškiai kontrastuojanti su greta esančiu mažo intensyvumo sinoviniu skysčiu, intrasąnariniu riebaliniu audiniu ir subchondriniais kaulų čiulpais. Tačiau šis metodas vaizdus sukuria perpus lėčiau nei riebalais slopinti T1 svertiniai vaizdai, todėl yra mažiau plačiai naudojami. Be to, vietinius defektus, paviršiaus nelygumus ir generalizuotą sąnarinės kremzlės plonėjimą galima vaizduoti naudojant įprastas MR sekas. Kai kurių autorių teigimu, morfologinius parametrus – kremzlės storį, tūrį, geometriją ir paviršiaus topografiją – galima kiekybiškai apskaičiuoti naudojant 3D MRT vaizdus. Susumavus vokselius, kurie sudaro 3D rekonstruotą kremzlės vaizdą, galima nustatyti tikslią šių sudėtingai susijusių struktūrų vertę. Be to, bendro kremzlės tūrio, gauto iš atskirų pjūvių, matavimas yra paprastesnis metodas dėl mažesnių vieno pjūvio plokštumos pokyčių ir yra patikimesnis erdvinės skiriamosios gebos požiūriu. Tiriant visus amputuotus kelio sąnarius ir girnelės mėginius, gautus šių sąnarių artroplastikos metu, buvo nustatytas bendras šlaunikaulio, blauzdikaulio ir girnelės sąnarinės kremzlės tūris ir nustatyta koreliacija tarp MRT gautų tūrių ir atitinkamų tūrių, gautų atskyrus kremzlę nuo kaulo ir histologiškai ją išmatavus. Todėl ši technologija gali būti naudinga dinaminiam kremzlės tūrio pokyčių vertinimui pacientams, sergantiems osteoartritu. Norint gauti reikiamus ir tikslius sąnarinės kremzlės pjūvius, ypač pacientams, sergantiems osteoartritu, reikia pakankamai tyrimą atliekančio gydytojo įgūdžių ir patirties, taip pat tinkamos MRT programinės įrangos.

Bendro tūrio matavimai pateikia mažai informacijos apie plačiai paplitusius pokyčius, todėl yra jautrūs vietiniam kremzlės nykimui. Teoriškai kremzlės nykimą ar plonėjimą vienoje srityje būtų galima kompensuoti atitinkamu kremzlės tūrio padidėjimu kitur sąnaryje, o bendro kremzlės tūrio matavimas nerodytų jokių anomalijų, todėl tokių pokyčių šiuo metodu nebūtų galima aptikti. Sąnarinės kremzlės padalijimas į atskirus mažus regionus naudojant 3D rekonstrukciją leido įvertinti kremzlės tūrį konkrečiose srityse, ypač ant jėgą laikančių paviršių. Tačiau matavimų tikslumas sumažėja, nes atliekama labai mažai padalijimo. Galiausiai, norint patvirtinti matavimų tikslumą, būtina itin didelė erdvinė skiriamoji geba. Jei galima pasiekti pakankamą erdvinę skiriamąją gebą, tampa įmanoma in vivo kartografuoti kremzlės storį. Kremzlės storio žemėlapiai gali atkurti vietinius pažeidimus osteoartrito progresavimo metu.