Az osteoarthritis diagnózisa: az ízületi porc MRI-je

Az ízületi porc MRI-képe teljes szövettani szerkezetét és biokémiai összetételét tükrözi. Az ízületi porc hialin porc, amelynek nincs saját vérellátása, nyirokelvezetése és beidegzése. Vízből és ionokból, II-es típusú kollagénrostokból, porcsejtekből, aggregált proteoglikánokból és más glikoproteinekből áll. A kollagénrostok a csont szubkondrális rétegében, horgonyszerűen erősödnek meg, és merőlegesen futnak az ízületi felszínre, ahol vízszintesen elágaznak. A kollagénrostok között nagyméretű proteoglikán molekulák helyezkednek el, jelentős negatív töltéssel, amelyek intenzíven vonzzák a vízmolekulákat. A porc porcsejtjei egyenletes oszlopokban helyezkednek el. Kollagént és proteoglikánokat, valamint inaktív enzimeket szintetizálnak, amelyek lebontják az enzimeket és enzimgátlókat.

Hisztológiailag három porcréteget azonosítottak olyan nagy ízületekben, mint a térd és a csípő. A legmélyebb réteg a porc és a porc alatti csont találkozásánál található, és rögzítőrétegként szolgál a kollagénrostok kiterjedt hálózatához, amely sűrű kötegekben nyúlik ki a felszínig, számos térhálósító fibrilla által összekötve. Ezt radiális rétegnek nevezik. Az ízületi felszín felé az egyes kollagénrostok finomodnak, és szabályosabb és kompaktabb, párhuzamos tömbökbe tömörülnek, kevesebb térhálóval. A középső réteg, az átmeneti vagy közbenső réteg, véletlenszerűen rendezettebb kollagénrostokat tartalmaz, amelyek többsége ferdén helyezkedik el, hogy ellenálljon a függőleges terheléseknek, nyomásoknak és ütéseknek. Az ízületi porc legfelületesebb rétege, az úgynevezett tangenciális réteg, egy szorosan elhelyezkedő, tangenciálisan orientált kollagénrostok vékony rétege, amely ellenáll a nyomó terhelés által kifejtett húzóerőknek, és vízálló gátat képez az intersticiális folyadékkal szemben, megakadályozva annak elvesztését az összenyomás során. Ennek a rétegnek a legfelületesebb kollagénrostjai vízszintesen helyezkednek el, sűrű vízszintes lemezeket alkotva az ízületi felszínen, bár a felületes tangenciális zóna fibrillái nem feltétlenül kapcsolódnak a mélyebb rétegek fibrilláihoz.

Amint azt már említettük, ebben a komplex sejtes rosthálózatban aggregált hidrofil proteoglikán molekulák helyezkednek el. Ezek a nagy molekulák számos águk végén negatív töltésű SQ és COO" fragmensekkel rendelkeznek, amelyek erősen vonzzák az ellentétesen töltésű ionokat (általában Na ⁺ ), ami viszont elősegíti a víz ozmotikus behatolását a porcba. A kollagénhálózaton belüli nyomás hatalmas, és a porc rendkívül hatékony hidrodinamikai párnaként működik. Az ízületi felszín összenyomódása a porcban lévő víz vízszintes elmozdulását okozza, mivel a kollagénrost-hálózat összenyomódik. A víz újraeloszlik a porcon belül, így a teljes térfogata nem változhat. Amikor az ízületi terhelés utáni összenyomódás csökken vagy megszűnik, a víz visszafelé mozog, a proteoglikánok negatív töltése vonzza. Ez a mechanizmus tartja fenn a magas víztartalmat, és így a porc magas protonsűrűségét. A legnagyobb víztartalom az ízületi felszínhez közelebb figyelhető meg, és a porc alatti csont felé csökken. A proteoglikánok koncentrációja a porc mélyebb rétegeiben nő.

Jelenleg az MRI a hialin porc fő képalkotó technikája, amelyet főként gradiens echo (GE) szekvenciákkal végeznek. Az MRI a porc víztartalmát tükrözi. Azonban a porcban található vízprotonok mennyisége is fontos. A hidrofil proteoglikán molekulák tartalma és eloszlása, valamint a kollagénfibrillumok anizotróp szerveződése nemcsak a porcban lévő víz teljes mennyiségét, azaz a protonsűrűséget befolyásolja, hanem a víz relaxációs tulajdonságainak állapotát, nevezetesen a T2-t is, ami a porcnak jellegzetes "zonális" vagy rétegzett képeket ad az MRI-n, amelyek egyes kutatók szerint a porc szövettani rétegeinek felelnek meg.

Nagyon rövid visszhangidős (TE) képeken (kevesebb, mint 5 ms) a porc nagyobb felbontású képei jellemzően kétrétegű képet mutatnak: a mély réteg a csonthoz közelebb, a meszesedés előtti zónában található, és alacsony jellel rendelkezik, mivel a kalcium jelenléte nagymértékben lerövidíti a TR-t, és nem hoz létre képet; a felületes réteg közepes-nagy intenzitású MP-jelet produkál.

A köztes TE képeken (5-40 ms) a porc háromrétegű megjelenést mutat: egy felszíni réteg alacsony jellel; egy átmeneti réteg köztes jelintenzitású; és egy mély réteg alacsony MP jellel. A T2 súlyozásnál a jel nem tartalmazza a köztes réteget, és a porc képe homogénen alacsony intenzitásúvá válik. Alacsony térbeli felbontás használata esetén a rövid TE képeken néha egy további réteg jelenik meg a ferde vágási műtermékek és a porc/folyadék határfelületén megjelenő nagy kontraszt miatt, ez a mátrix méretének növelésével elkerülhető.

Ezenkívül ezen zónák (rétegek) némelyike bizonyos körülmények között nem látható. Például, amikor a porc tengelye és a fő mágneses mező közötti szög megváltozik, a porcrétegek megjelenése megváltozhat, és a porc homogén képet kaphat. A szerzők ezt a jelenséget a kollagénrostok anizotróp tulajdonságával és az egyes rétegeken belüli eltérő orientációjukkal magyarázzák.

Más szerzők úgy vélik, hogy a porc réteges képének elkészítése nem megbízható, és műtermék. A kutatók véleménye a porc háromrétegű képeiből származó jelek intenzitását illetően is eltérő. Ezek a tanulmányok nagyon érdekesek, és természetesen további kutatásokat igényelnek.

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

A porc szerkezeti változásai osteoarthritisben

Az osteoarthritis korai szakaszában a porc felszíni rétegeiben a kollagénhálózat lebomlása következik be, ami felszíni rojtosodáshoz és a vízáteresztő képesség növekedéséhez vezet. Ahogy a proteoglikánok egy része elpusztul, több negatív töltésű glükózaminoglikán jelenik meg, amelyek vonzzák a kationokat és a vízmolekulákat, míg a fennmaradó proteoglikánok elveszítik a vízvonzó és -megtartó képességüket. Ezenkívül a proteoglikánok elvesztése csökkenti a víz intersticiális áramlására gyakorolt gátló hatásukat. Ennek eredményeként a porc megduzzad, a folyadék összenyomódásának (visszatartásának) mechanizmusa "nem működik", és a porc összenyomó ellenállása csökken. A terhelés nagy része a már sérült kemény mátrixra kerül át, és ez ahhoz vezet, hogy a duzzadt porc érzékenyebbé válik a mechanikai sérülésekre. Ennek eredményeként a porc vagy helyreáll, vagy tovább romlik.

A proteoglikánok károsodása mellett a kollagénhálózat részlegesen elpusztul és nem regenerálódik, függőleges repedések és fekélyek jelennek meg a porcban. Ezek a léziók a porcon átterjedhetnek a porc alatti csontra. A bomlástermékek és az ízületi folyadék átterjed a bazális rétegre, ami kis területekű oszteonekrózishoz és porc alatti cisztákhoz vezet.

Ezekkel a folyamatokkal párhuzamosan a porc számos reparatív változáson megy keresztül a sérült ízületi felszín helyreállítása érdekében, beleértve a porcszövetek kialakulását is. Ez utóbbiak végül enkondrális csontosodáson mennek keresztül, és osteophytákká válnak.

Az akut mechanikai trauma és a nyomó terhelés vízszintes repedések kialakulásához vezethet a mélyen elmeszesedett porcrétegben, és a porc leválásához a porc alatti csontról. A porc ilyen módon történő bazális szétválása vagy delaminációja nemcsak a normál porc degenerációjának mechanizmusaként szolgálhat mechanikai túlterhelés esetén, hanem oszteoartrózis esetén is, amikor ízületi instabilitás lép fel. Ha a hialinporc teljesen elpusztul, és az ízületi felszín szabaddá válik, akkor két folyamat lehetséges: az első a sűrű szklerózis kialakulása a csontfelszínen, amit eburnációnak neveznek; a második a trabekulák károsodása és összenyomódása, ami röntgenfelvételeken porc alatti szklerózisnak tűnik. Ennek megfelelően az első folyamat kompenzációsnak tekinthető, míg a második egyértelműen az ízületi károsodás fázisa.

A porc víztartalmának növekedése növeli a porc protonsűrűségét, és kiküszöböli a proteoglikán-kollagén mátrix T2-rövidülési hatását, amely a hagyományos MRI-szekvenciákon nagy jelintenzitással rendelkezik a mátrixkárosodás területein. Ez a korai chondromalacia, amely a porckárosodás legkorábbi jele, már a porc kisebb elvékonyodása előtt is látható lehet. Ebben a szakaszban a porc enyhe megvastagodása vagy "duzzanata" is jelen lehet. Az ízületi porc szerkezeti és biomechanikai változásai progresszívek, az alapállomány elvesztésével járnak. Ezek a folyamatok lehetnek fokálisak vagy diffúzak, a porc felületi elvékonyodására és foszlására, vagy teljes eltűnésére korlátozódhatnak. Bizonyos esetekben a porc fokális megvastagodása vagy "duzzanata" az ízületi felszín károsodása nélkül is megfigyelhető. Osteoartritisz esetén gyakran megfigyelhető a porc fokális jelintenzitásának növekedése a T2-súlyozott képeken, amit artroszkóposan megerősítenek a felületes, transzmurális és mély lineáris változások. Ez utóbbiak mély degeneratív változásokat tükrözhetnek, amelyek főként a porc meszes rétegről vagy árapályvonalról való leválásával kezdődnek. A korai változások a porc mély rétegeire korlátozódhatnak, ebben az esetben az ízületi felszín artroszkópos vizsgálatával nem mutathatók ki, bár a porc mély rétegeinek fokális ritkasága a szomszédos rétegek érintettségéhez vezethet, gyakran a porc alatti csont proliferációjával centrális osteophyta formájában.

Külföldi szakirodalomban találhatók adatok az ízületi porc összetételére vonatkozó kvantitatív információk megszerzésének lehetőségéről, például a víztartalomról és a víz diffúziós együtthatójáról a porcban. Ezt az MR-tomográf speciális programjaival vagy MR-spektroszkópiával érik el. Mindkét paraméter növekszik a proteoglikán-kollagén mátrix károsodásával a porckárosodás során. A mobilis protonok (víztartalom) koncentrációja a porcban az ízületi felszíntől a porc alatti csont felé csökken.

A változások kvantitatív értékelése T2 súlyozott képeken is lehetséges. A szerzők ugyanazon porc különböző TE-kkel készült képeinek adatainak összevonásával értékelték a porc T2 súlyozott képeit (WI) egy megfelelő exponenciális görbe segítségével, az egyes pixelekhez kapott jelintenzitás-értékekből. A T2-t a porc egy adott területén értékelik, vagy a teljes porc térképén jelenítik meg, ahol az egyes pixelek jelintenzitása megfelel a T2-nek ezen a helyen. A fent leírt módszer viszonylag nagy képességei és relatív egyszerűsége ellenére azonban a T2 szerepét alábecsülik, részben a diffúzióval kapcsolatos hatások növekedése miatt a TE növekedésével. A T2-t főként a porcporcban alulbecsülik, amikor a víz diffúziója fokozódik. Speciális technológiák alkalmazása nélkül a porcporcban ezekkel a technológiákkal mért potenciális T2-növekedés kissé elnyomja a diffúzióval kapcsolatos hatásokat.

Így az MRI egy nagyon ígéretes módszer az ízületi porc degenerációjára jellemző korai szerkezeti változások kimutatására és monitorozására.

A porc morfológiai változásai osteoarthritisben

A porc morfológiai változásainak értékelése a nagy térbeli felbontástól és az ízületi felszíntől a porc alatti csontig terjedő nagy kontraszttól függ. Ezt legjobban zsírszupresszált T1 súlyozott 3D GE szekvenciákkal lehet elérni, amelyek pontosan tükrözik az artroszkópia és a boncolási anyag során azonosított és igazolt lokális hibákat. A porc képalkotása mágneses átvitellel, képkivonással is lehetséges, ilyenkor az ízületi porc különálló sávként jelenik meg, nagy jelintenzitású, egyértelműen kontrasztban a szomszédos alacsony intenzitású ízületi folyadékkal, az ízületen belüli zsírszövettel és a porc alatti csontvelővel. Ez a módszer azonban fele olyan lassan készít képeket, mint a zsírszupresszált T1 súlyozott képek, ezért kevésbé elterjedt. Ezenkívül a lokális hibák, felületi egyenetlenségek és az ízületi porc generalizált elvékonyodása hagyományos MR szekvenciák segítségével képalkotó eljárással is elvégezhető. Egyes szerzők szerint a morfológiai paraméterek - a porc vastagsága, térfogata, geometriája és felszíni topográfiája - kvantitatívan kiszámíthatók 3D MRI képek segítségével. A porc 3D rekonstruált képét alkotó voxelek összegzésével meghatározható ezen komplexen összefüggő struktúrák pontos értéke. Továbbá az egyes szeletekből nyert teljes porctérfogat mérése egyszerűbb módszer az egyetlen szelet síkjában bekövetkező kisebb változások miatt, és megbízhatóbb térbeli felbontásban is. Teljes amputált térdízületek és ezen ízületek protézisbeültetése során nyert térdkalácsminták vizsgálatakor meghatározták a combcsont, a sípcsont és a térdkalács ízületi porcának teljes térfogatát, és összefüggést találtak az MRI-vel kapott térfogatok és a porc csontból való elválasztásával és szövettani mérésével kapott megfelelő térfogatok között. Ezért ez a technológia hasznos lehet az osteoarthritisben szenvedő betegek porctérfogat-változásainak dinamikus értékelésére. Az ízületi porc szükséges és pontos metszeteinek megszerzése, különösen az osteoarthritisben szenvedő betegeknél, a vizsgálatot végző orvos megfelelő szakértelmét és tapasztalatát, valamint a megfelelő MRI szoftver rendelkezésre állását igényli.

A teljes térfogat mérése kevés információt tartalmaz a széles körű változásokról, ezért érzékeny a lokális porcveszteségre. Elméletileg az egyik területen bekövetkező porcveszteséget vagy -vékonyodást ellensúlyozhatja a porctérfogat egyenértékű növekedése az ízület más részein, és a teljes porctérfogat mérése nem mutatna semmilyen rendellenességet, így az ilyen változások ezzel a módszerrel nem lennének kimutathatók. Az ízületi porc különálló kis régiókra való felosztása 3D rekonstrukció segítségével lehetővé tette a porctérfogat becslését meghatározott területeken, különösen az erőhordozó felületeken. A mérések pontossága azonban csökken, mivel nagyon kevés felosztást végeznek. Végső soron rendkívül nagy térbeli felbontás szükséges a mérések pontosságának megerősítéséhez. Ha elegendő térbeli felbontás érhető el, akkor lehetővé válik a porc vastagságának in vivo feltérképezése. A porcvastagság-térképek reprodukálhatják a lokális károsodást az osteoarthritis progressziója során.