Osteoartriidi diagnoosimine: liigesekõhre MRT-uuring.

Liigesekõhre MRI-pilt peegeldab selle histoloogilist struktuuri ja biokeemilist koostist tervikuna. Liigesekõhre on hüaliinne, millel puudub oma verevarustus, lümfidrenaaž ja innervatsioon. See koosneb veest ja ioonidest, II tüüpi kollageenikiududest, kondrotsüütidest, agregeerunud proteoglükaanidest ja teistest glükoproteiinidest. Kollageenkiud on tugevdatud luu subhondraalses kihis nagu ankur ja kulgevad risti liigesepinnaga, kus nad horisontaalselt lahknevad. Kollageenkiudude vahel asuvad suured proteoglükaani molekulid, millel on märkimisväärne negatiivne laeng, mis intensiivselt tõmbab ligi veemolekule. Kõhre kondrotsüüdid paiknevad ühtlastes sammastes. Nad sünteesivad kollageeni ja proteoglükaane, samuti inaktiivseid ensüüme, mis lagundavad ensüüme ja ensüümi inhibiitoreid.

Histoloogiliselt on suurtes liigestes, näiteks põlves ja puusas, tuvastatud kolm kõhrekihti. Kõige sügavam kiht on kõhre ja kõhrealuse luu ühenduskoht ning toimib ankurduskihina ulatuslikule kollageenkiudude võrgustikule, mis ulatub sellest pinnale tihedates kimpudes, mis on ühendatud arvukate ristsidemetega fibrillidega. Seda nimetatakse radiaalkihiks. Liigespinna poole muutuvad üksikud kollageenkiud peenemaks ja on kimpudeks koondunud korrapärasematesse ja kompaktsematesse paralleelsetesse massiividesse, millel on vähem ristsidemeid. Keskmine kiht, ülemineku- või vahekiht, sisaldab rohkem juhuslikult organiseeritud kollageenkiude, millest enamik on kaldu orienteeritud, et taluda vertikaalseid koormusi, survet ja lööke. Liigesekõhre kõige pindmine kiht, mida tuntakse tangentsiaalkihina, on õhuke kiht tihedalt pakitud, tangentsiaalselt orienteeritud kollageenkiududest, mis peab vastu survekoormuse tekitatud tõmbejõududele ja moodustab veekindla barjääri interstitsiaalsele vedelikule, takistades selle kadu kokkusurumise ajal. Selle kihi kõige pindmised kollageenkiud paiknevad horisontaalselt, moodustades liigespinnal tihedaid horisontaalseid kihte, kuigi pindmise tangentsiaalse tsooni fibrillid ei ole tingimata seotud sügavamate kihtide fibrillidega.

Nagu märgitud, asuvad selles keerulises rakulises kiudude võrgustikus agregeerunud hüdrofiilsed proteoglükaani molekulid. Nendel suurtel molekulidel on arvukate harude otstes negatiivselt laetud SQ ja COO" fragmendid, mis tõmbavad tugevalt ligi vastaslaenguga ioone (tavaliselt Na ⁺ ), mis omakorda soodustab vee osmootset tungimist kõhre. Kollageenivõrgustikus on rõhk tohutu ja kõhr toimib äärmiselt tõhusa hüdrodünaamilise padjana. Liigespinna kokkusurumine põhjustab kõhres sisalduva vee horisontaalset nihkumist, kuna kollageenikiudude võrgustik on kokku surutud. Vesi jaotub kõhres ümber nii, et selle kogumaht ei saa muutuda. Kui liigese koormuse järgne kokkusurumine väheneb või kaob, liigub vesi proteoglükaanide negatiivse laengu tõttu tagasi. See on mehhanism, mis hoiab kõhre kõrge veesisalduse ja seega ka kõrge prootontiheduse. Suurim veesisaldus on täheldatud liigesepinna lähedal ja väheneb subhondraalse luu suunas. Proteoglükaanide kontsentratsioon suureneb kõhre sügavamates kihtides.

Praegu on magnetresonantstomograafia (MRI) peamine hüaliinse kõhre pildistamismeetod, mida tehakse peamiselt gradientkaja (GE) järjestuste abil. MRI peegeldab kõhre veesisaldust. Siiski on oluline kõhres sisalduvate veeprootonite hulk. Hüdrofiilsete proteoglükaani molekulide sisaldus ja jaotus ning kollageenfibrillide anisotroopne organisatsioon mõjutavad mitte ainult vee koguhulka, st prootonite tihedust kõhres, vaid ka selle vee relaksatsiooniomaduste, nimelt T2, olekut, andes kõhrele MRI-l iseloomulikud "tsoonilised" ehk kihilised kujutised, mis mõnede teadlaste arvates vastavad kõhre histoloogilistele kihtidele.

Väga lühikese kajaaja (TE) piltidel (alla 5 ms) on kõhre kõrgema eraldusvõimega piltidel tavaliselt kahekihiline kujutis: sügav kiht asub eelkaltsifikatsioonitsoonis luule lähemal ja sellel on nõrk signaal, kuna kaltsiumi olemasolu lühendab oluliselt TR-i ega tekita pilti; pindmine kiht tekitab keskmise kuni kõrge intensiivsusega MP-signaali.

Vahepealsetel TE-piltidel (5–40 ms) on kõhrel kolmekihiline välimus: pindmine kiht nõrga signaaliga; üleminekukiht keskmise signaali intensiivsusega; sügav kiht nõrga MP-signaaliga. T2-kaalumisel ei hõlma signaal vahekihti ja kõhrepilt muutub homogeenselt madala intensiivsusega. Madala ruumilise eraldusvõime korral ilmub lühikestel TE-piltidel mõnikord lisakiht kaldus lõikeartefaktide ja kõhre/vedeliku piiril esineva suure kontrasti tõttu. Seda saab vältida maatriksi suuruse suurendamisega.

Lisaks ei pruugi mõned neist tsoonidest (kihtidest) teatud tingimustel nähtavad olla. Näiteks kui kõhre telje ja peamise magnetvälja vaheline nurk muutub, võib kõhre kihtide välimus muutuda ja kõhrel võib olla homogeenne pilt. Autorid selgitavad seda nähtust kollageenkiudude anisotroopse omaduse ja nende erineva orientatsiooniga igas kihis.

Teised autorid usuvad, et kõhre kihilise kujutise saamine ei ole usaldusväärne ja on artefakt. Teadlaste arvamused erinevad ka kõhre kolmekihiliste kujutiste signaalide intensiivsuse osas. Need uuringud on väga huvitavad ja vajavad loomulikult edasist uurimist.

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

Kõhre struktuuri muutused osteoartriidi korral

Osteoartriidi algstaadiumis toimub kõhre pindmiste kihtide kollageenivõrgustiku lagunemine, mis viib pinna narmenemiseni ja vee läbilaskvuse suurenemiseni. Kui mõned proteoglükaanid hävivad, tekivad rohkem negatiivselt laetud glükosaminoglükaane, mis meelitavad ligi katioone ja veemolekule, samas kui ülejäänud proteoglükaanid kaotavad oma võime vett ligi meelitada ja säilitada. Lisaks vähendab proteoglükaanide kadu nende pärssivat toimet vee interstitsiaalsele voolule. Selle tulemusena kõhr paisub, vedeliku kokkusurumise (peetuse) mehhanism "ei tööta" ja kõhre kokkusurumistakistus väheneb. Tekib efekt, kus suurem osa koormusest kandub üle juba kahjustatud kõvale maatriksile ja see viib selleni, et paistes kõhr muutub mehaaniliste kahjustuste suhtes vastuvõtlikumaks. Selle tulemusena kõhr kas taastub või jätkab halvenemist.

Lisaks proteoglükaanide kahjustusele hävib osaliselt ka kollageenivõrgustik, mis enam ei taastu, ning kõhre tekivad vertikaalsed praod ja haavandid. Need kahjustused võivad ulatuda mööda kõhre subhondraalse luule. Lagunemisproduktid ja sünoviaalvedelik levivad basaalkihti, mis viib väikeste osteonekroosi ja subhondraalsete tsüstide tekkeni.

Paralleelselt nende protsessidega läbib kõhr kahjustatud liigesepinna taastamiseks rea reparatiivseid muutusi, mis hõlmavad kondrofüütide moodustumist. Viimased luustuvad lõpuks enkondraalselt ja muutuvad osteofüütideks.

Äge mehaaniline trauma ja survekoormus võivad põhjustada horisontaalsete pragude teket kõhre sügavas kaltsifitseeritud kihis ja kõhre irdumist subhondraalsest luust. Selline kõhre basaalne lõhenemine või delaminatsioon võib olla mitte ainult normaalse kõhre degeneratsiooni mehhanismiks mehaanilise ülekoormuse korral, vaid ka osteoartroosi korral, kui esineb liigese ebastabiilsus. Kui hüaliinne kõhr on täielikult hävinud ja liigesepind paljastub, on võimalik kaks protsessi: esimene on tiheda skleroosi teke luupinnal, mida nimetatakse eburnatsiooniks; teine on trabeekulite kahjustus ja kokkusurumine, mis röntgenpildil näeb välja nagu subhondraalne skleroos. Seega võib esimest protsessi pidada kompenseerivaks, samas kui teine on selgelt liigese hävimise faas.

Kõhre veesisalduse suurenemine suurendab kõhre prootontihedust ja kõrvaldab proteoglükaani-kollageeni maatriksi T2-lühenemisefekti, millel on tavapärastel MRI-jadadel maatriksi kahjustuse piirkondades kõrge signaali intensiivsus. See varajane kondromalaatsia, mis on kõhrekahjustuse varaseim märk, võib olla nähtav juba enne kõhre väiksematki hõrenemist. Selles etapis võib esineda ka kõhre kerget paksenemist või "turset". Liigesekõhre struktuurilised ja biomehaanilised muutused on progresseeruvad, millega kaasneb alusaine kadu. Need protsessid võivad olla fokaalsed või difuussed, piirdudes pindmise hõrenemise ja narmendamisega või kõhre täieliku kadumisega. Mõnel juhul võib kõhre fokaalset paksenemist või "turset" täheldada ilma liigesepinna häirimiseta. Osteoartriidi korral täheldatakse sageli kõhre fokaalset suurenenud signaali intensiivsust T2-kaalutud piltidel, mida kinnitavad artroskoopiliselt pindmised, transmuraalsed ja sügavad lineaarsed muutused. Viimased võivad peegeldada sügavaid degeneratiivseid muutusi, mis algavad peamiselt kõhre eraldumisest kaltsifitseeritud kihist või loodete joonest. Varased muutused võivad piirduda kõhre sügavate kihtidega, sellisel juhul ei ole need liigesepinna artroskoopilisel uurimisel tuvastatavad, kuigi kõhre sügavate kihtide fokaalne hõredus võib viia külgnevate kihtide haaratuseni, sageli koos subhondraalse luu proliferatsiooniga tsentraalse osteofüüdi kujul.

Väliskirjanduses on andmeid kvantitatiivse teabe saamise võimaluse kohta liigesekõhre koostise kohta, näiteks veefraktsiooni sisalduse ja vee difusioonikoefitsiendi kohta kõhres. See saavutatakse MR-tomograafi spetsiaalsete programmide või MR-spektroskoopia abil. Mõlemad parameetrid suurenevad proteoglükaani-kollageenmaatriksi kahjustumisel kõhrekahjustuse ajal. Liikuvate prootonite (veesisalduse) kontsentratsioon kõhres väheneb liigesepinnalt subhondraalse luu suunas.

Muutuste kvantitatiivne hindamine on võimalik ka T2-kaalutud piltidel. Koondades andmeid sama kõhre piltidelt, mis on saadud erinevate TE-dega, hindasid autorid kõhre T2-kaalutud pilte (WI), kasutades iga piksli kohta saadud signaali intensiivsuse väärtustest sobivat eksponentsiaalkõverat. T2 hinnatakse kõhre kindlas piirkonnas või kuvatakse kogu kõhre kaardil, kus iga piksli signaali intensiivsus vastab T2-le selles asukohas. Vaatamata ülalkirjeldatud meetodi suhteliselt suurtele võimalustele ja suhtelisele lihtsusele on T2 roll siiski alahinnatud, osaliselt difusiooniga seotud efektide suurenemise tõttu TE suurenemisega. T2 alahinnatakse peamiselt kondromalaatsia kõhres, kui vee difusioon on suurenenud. Kui ei kasutata spetsiaalseid tehnoloogiaid, pärsib nende tehnoloogiatega mõõdetud T2 potentsiaalne suurenemine kondromalaatsia kõhres difusiooniga seotud efekte veidi.

Seega on MRI väga paljutõotav meetod liigesekõhre degeneratsioonile iseloomulike varajaste struktuurimuutuste avastamiseks ja jälgimiseks.

Kõhre morfoloogilised muutused osteoartriidi korral

Kõhre morfoloogiliste muutuste hindamine sõltub kõrgest ruumilisest lahutusvõimest ja suurest kontrastsusest liigesepinnalt subhondraalse luule. See saavutatakse kõige paremini rasvaga supresseeritud T1-kaalutud 3D GE-järjestuste abil, mis peegeldavad täpselt nii artroskoopia kui ka lahkamismaterjali käigus tuvastatud ja kontrollitud lokaalseid defekte. Kõhre saab pildistada ka magnetisatsiooniülekandega pildi lahutamise teel, sellisel juhul ilmub liigesekõhre eraldi ribana, millel on kõrge signaali intensiivsus, mis on selgelt kontrastne külgneva madala intensiivsusega sünoviaalvedeliku, liigesesisese rasvkoe ja subhondraalse luuüdiga. See meetod annab aga pilte poole aeglasemalt kui rasvaga supresseeritud T1-kaalutud pildid ja on seetõttu vähem levinud. Lisaks saab tavapäraste MR-järjestuste abil pildistada liigesekõhre lokaalseid defekte, pinna ebatasasusi ja üldistatud hõrenemist. Mõnede autorite sõnul saab morfoloogilisi parameetreid - kõhre paksust, mahtu, geomeetriat ja pinna topograafiat - kvantitatiivselt arvutada 3D MRI-piltide abil. Summeerides vokselid, mis moodustavad kõhre 3D-rekonstrueeritud pildi, saab määrata nende keerukalt seotud struktuuride täpse väärtuse. Lisaks on üksikutest viiludest saadud kõhre kogumahu mõõtmine lihtsam meetod tänu väiksematele muutustele üksiku viilu tasapinnas ja usaldusväärsem ruumilise lahutusvõime poolest. Tervete amputeeritud põlveliigeste ja nende liigeste artroplastika käigus saadud patellaproovide uurimisel määrati reieluu, sääreluu ja patella liigesekõhre kogumaht ning leiti korrelatsioon MRI abil saadud mahtude ja vastavate mahtude vahel, mis saadi kõhre luust eraldamisel ja histoloogilisel mõõtmisel. Seetõttu võib see tehnoloogia olla kasulik kõhre mahu muutuste dünaamiliseks hindamiseks osteoartriidiga patsientidel. Vajalike ja täpsete liigesekõhre lõikude saamine, eriti osteoartriidiga patsientidel, nõuab uuringut teostava arsti piisavaid oskusi ja kogemusi, samuti sobiva MRI tarkvara olemasolu.

Kogumahu mõõtmised annavad vähe teavet laialdaste muutuste kohta ja on seetõttu tundlikud kõhre lokaalse kadu suhtes. Teoreetiliselt võiks kõhre kadu või hõrenemist ühes piirkonnas tasakaalustada kõhre mahu samaväärne suurenemine mujal liigeses ning kõhre kogumahu mõõtmine ei näitaks mingeid kõrvalekaldeid, seega ei oleks sellised muutused selle meetodiga tuvastatavad. Liigesekõhre jagamine eraldi väikesteks piirkondadeks 3D-rekonstruktsiooni abil on võimaldanud hinnata kõhre mahtu konkreetsetes piirkondades, eriti jõudu kandvatel pindadel. Mõõtmiste täpsus on aga vähenenud, kuna alajaotust tehakse väga vähe. Lõppkokkuvõttes on mõõtmiste täpsuse kinnitamiseks vajalik äärmiselt kõrge ruumiline eraldusvõime. Kui on võimalik saavutada piisav ruumiline eraldusvõime, on võimalik kaardistada kõhre paksust in vivo. Kõhre paksuse kaardid võivad osteoartriidi progresseerumise ajal tekkida lokaalseid kahjustusi.