Diagnose af slidgigt: MR af ledbrusk

MR-billedet af ledbrusk afspejler den samlede histologiske struktur og biokemiske sammensætning. Ledbrusk er hyalin og har ikke sin egen blodforsyning, lymfedrænage og innervation. Den består af vand og ioner, type II-kollagenfibre, kondrocytter, aggregerede proteoglykaner og andre glykoproteiner. Kollagenfibre er forstærket i knoglens subkondrale lag, som et anker, og løber vinkelret på ledoverfladen, hvor de divergerer vandret. Mellem kollagenfibrene er der store proteoglykanmolekyler med en betydelig negativ ladning, som intensivt tiltrækker vandmolekyler. Bruskkondrocytter er placeret i lige søjler. De syntetiserer kollagen og proteoglykaner, samt inaktive enzymer, der nedbryder enzymer og enzymhæmmere.

Histologisk er der identificeret tre lag brusk i store led såsom knæ og hofte. Det dybeste lag er forbindelsen mellem brusk og subkondral knogle og fungerer som et forankringslag for et omfattende netværk af kollagenfibre, der strækker sig fra det til overfladen i tætte bundter forbundet af talrige tværbindende fibriller. Dette kaldes det radiale lag. Mod den artikulære overflade bliver de individuelle kollagenfibre finere og bundtes sammen i mere regelmæssige og kompakte parallelle rækker med færre tværbindinger. Mellemlaget, overgangs- eller mellemlaget, indeholder mere tilfældigt organiserede kollagenfibre, hvoraf de fleste er skråt orienteret for at modstå lodrette belastninger, tryk og stød. Det mest overfladiske lag af ledbrusk, kendt som det tangentielle lag, er et tyndt lag af tætpakkede, tangentielt orienterede kollagenfibre, der modstår trækkræfterne fra trykbelastning og danner en vandtæt barriere mod interstitiel væske, hvilket forhindrer dens tab under kompression. De mest overfladiske kollagenfibre i dette lag er arrangeret vandret og danner tætte vandrette lag på den artikulære overflade, selvom fibrillerne i den overfladiske tangentiale zone ikke nødvendigvis er forbundet med fibrillerne i de dybere lag.

Som nævnt er der inden for dette komplekse cellulære netværk af fibre aggregerede hydrofile proteoglykanmolekyler. Disse store molekyler har negativt ladede SQ- og COO"-fragmenter i enderne af deres mange grene, som kraftigt tiltrækker modsat ladede ioner (normalt Na ⁺ ), hvilket igen fremmer osmotisk penetration af vand ind i brusken. Trykket i kollagennetværket er enormt, og brusken fungerer som en ekstremt effektiv hydrodynamisk pude. Kompression af ledfladen forårsager en horisontal forskydning af vandet i brusken, da kollagenfibernetværket komprimeres. Vandet omfordeles i brusken, så dets samlede volumen ikke kan ændres. Når kompressionen efter ledbelastning reduceres eller elimineres, bevæger vandet sig tilbage, tiltrukket af proteoglykanernes negative ladning. Dette er den mekanisme, der opretholder et højt vandindhold og dermed en høj protontæthed i brusk. Det højeste vandindhold observeres tættere på ledfladen og falder mod den subkondrale knogle. Koncentrationen af proteoglykaner øges i de dybe lag af brusk.

I øjeblikket er MR den primære billeddannelsesteknik til måling af hyalin brusk, primært udført ved hjælp af gradientekko (GE)-sekvenser. MR afspejler vandindholdet i brusk. Mængden af vandprotoner i brusk er dog vigtig. Indholdet og fordelingen af hydrofile proteoglykanmolekyler og den anisotrope organisering af kollagenfibriller påvirker ikke kun den samlede mængde vand, dvs. protontætheden, i brusk, men også tilstanden af relaksationsegenskaberne, nemlig T2, af dette vand, hvilket giver brusk dens karakteristiske "zonale" eller stratificerede billeder på MR, som nogle forskere mener svarer til de histologiske lag i brusk.

På billeder med meget kort ekkotid (TE) (mindre end 5 ms) viser billeder af brusk med højere opløsning typisk et tolagsbillede: det dybe lag er placeret tættere på knoglen i præforkalkningszonen og har et lavt signal, da tilstedeværelsen af calcium forkorter TR betydeligt og ikke producerer et billede; det overfladiske lag producerer et MP-signal med medium til høj intensitet.

I mellemliggende TE-billeder (5-40 ms) har brusken et trelags udseende: et overfladisk lag med lavt signal; et overgangslag med mellemliggende signalintensitet; et dybt lag med lavt MP-signal. Ved T2-vægtning inkluderer signalet ikke det mellemliggende lag, og bruskbilledet bliver homogent lavintensitets. Når der anvendes lav rumlig opløsning, vises der nogle gange et ekstra lag i korte TE-billeder på grund af skråsnitartefakter og høj kontrast ved brusk/væske-grænsefladen. Dette kan undgås ved at øge matrixstørrelsen.

Derudover er nogle af disse zoner (lag) muligvis ikke synlige under visse forhold. For eksempel, når vinklen mellem bruskaksen og det primære magnetfelt ændres, kan brusklagenes udseende ændre sig, og brusken kan have et homogent billede. Forfatterne forklarer dette fænomen med kollagenfibrenes anisotrope egenskab og deres forskellige orientering inden for hvert lag.

Andre forfattere mener, at det ikke er pålideligt at opnå et lagdelt billede af brusk og er en artefakt. Forskernes meninger er også forskellige med hensyn til intensiteten af signalerne fra de opnåede trelagsbilleder af brusk. Disse undersøgelser er meget interessante og kræver naturligvis yderligere undersøgelse.

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

Strukturelle ændringer i brusk ved slidgigt

I de tidlige stadier af slidgigt sker der nedbrydning af kollagennetværket i bruskens overfladiske lag, hvilket fører til overfladeflossning og øget vandpermeabilitet. Efterhånden som nogle af proteoglykanerne ødelægges, opstår der flere negativt ladede glycosaminoglykaner, som tiltrækker kationer og vandmolekyler, mens de resterende proteoglykaner mister deres evne til at tiltrække og tilbageholde vand. Derudover reducerer tabet af proteoglykaner deres hæmmende effekt på den interstitielle vandstrøm. Som følge heraf hæver brusken, mekanismen til kompression (tilbageholdelse) af væske "virker ikke", og bruskens trykmodstand falder. Effekten af at overføre det meste af belastningen til den allerede beskadigede hårde matrix opstår, og dette fører til, at den hævede brusk bliver mere modtagelig for mekanisk skade. Som følge heraf enten genoprettes brusken eller fortsætter med at forringes.

Ud over skader på proteoglykaner ødelægges kollagennetværket delvist og genoprettes ikke længere, og der opstår lodrette revner og sår i brusken. Disse læsioner kan strække sig ned ad brusken til den subkondrale knogle. Nedbrydningsprodukterne og synovialvæsken spreder sig til basallaget, hvilket fører til forekomsten af små områder med osteonekrose og subkondrale cyster.

Parallelt med disse processer gennemgår brusken en række reparative forandringer i et forsøg på at genoprette den beskadigede ledflade, herunder dannelsen af kondrofytter. Sidstnævnte gennemgår til sidst enkondral ossifikation og bliver til osteofytter.

Akut mekanisk traume og trykbelastning kan føre til udvikling af vandrette revner i det dybe forkalkede brusklag og løsning af brusk fra den subkondrale knogle. Basal opsplitning eller delaminering af brusk på denne måde kan tjene som en mekanisme for degeneration ikke kun af normal brusk under mekanisk overbelastning, men også ved slidgigt, når der er ustabilitet i leddet. Hvis den hyaline brusk er fuldstændig ødelagt, og ledfladen er blotlagt, er to processer mulige: den første er dannelsen af tæt sklerose på knogleoverfladen, hvilket kaldes eburnation; den anden er beskadigelse og kompression af trabekler, hvilket på røntgenbilleder ligner subkondral sklerose. Følgelig kan den første proces betragtes som kompensatorisk, mens den anden tydeligvis er en fase af leddestruktion.

Stigningen i bruskvandindholdet øger bruskens protontæthed og eliminerer T2-forkortende effekter af proteoglycan-kollagenmatrixen, som har en høj signalintensitet i områder med matrixskade på konventionelle MR-sekvenser. Denne tidlige kondromalaci, som er det tidligste tegn på bruskskade, kan være synlig, før selv mindre udtynding af brusken forekommer. Mild fortykkelse eller "hævelse" af brusken kan også være til stede på dette stadie. Strukturelle og biomekaniske ændringer i ledbrusken er progressive med tab af grundsubstans. Disse processer kan være fokale eller diffuse, begrænset til overfladisk udtynding og flosning eller fuldstændig forsvinden af brusken. I nogle tilfælde kan fokal fortykkelse eller "hævelse" af brusken observeres uden forstyrrelse af ledoverfladen. Ved slidgigt observeres ofte fokal øget signalintensitet af brusk på T2-vægtede billeder, hvilket bekræftes artroskopisk ved tilstedeværelsen af overfladiske, transmurale og dybe lineære ændringer. Sidstnævnte kan afspejle dybe degenerative ændringer, der primært begynder som bruskløsning fra det forkalkede lag eller tidevandslinjen. Tidlige forandringer kan være begrænset til de dybe brusklag, i hvilket tilfælde de ikke kan detekteres ved artroskopisk undersøgelse af ledfladen, selvom fokal sparsomhed i de dybe brusklag kan føre til involvering af tilstødende lag, ofte med proliferation af subkondral knogle i form af en central osteofyt.

Der findes data i udenlandsk litteratur om muligheden for at indhente kvantitativ information om sammensætningen af ledbrusk, for eksempel om indholdet af vandfraktionen og diffusionskoefficienten for vand i brusk. Dette opnås ved hjælp af specielle programmer fra MR-tomografen eller med MR-spektroskopi. Begge disse parametre stiger med skade på proteoglykan-kollagenmatrixen under bruskskade. Koncentrationen af mobile protoner (vandindhold) i brusk falder i retning fra ledoverfladen til den subkondrale knogle.

Kvantitativ vurdering af ændringer er også mulig på T2-vægtede billeder. Ved at samle data fra billeder af den samme brusk opnået med forskellige TE'er, vurderede forfatterne T2-vægtede billeder (WI) af brusk ved hjælp af en passende eksponentiel kurve fra de opnåede signalintensitetsværdier for hver pixel. T2 vurderes i et specifikt område af brusken eller vises på et kort over hele brusken, hvor signalintensiteten for hver pixel svarer til T2 på denne placering. På trods af de relativt store muligheder og den relative lethed ved den ovenfor beskrevne metode undervurderes T2's rolle, delvist på grund af en stigning i diffusionsrelaterede effekter med stigende TE. T2 undervurderes primært i chondromalacia-brusk, når vanddiffusionen øges. Medmindre der anvendes specielle teknologier, vil den potentielle stigning i T2 målt med disse teknologier i chondromalacia-brusk en smule undertrykke diffusionsrelaterede effekter.

MR er således en meget lovende metode til at detektere og overvåge tidlige strukturelle ændringer, der er karakteristiske for ledbruskdegeneration.

Morfologiske ændringer i brusk ved slidgigt

Evaluering af morfologiske ændringer i brusk afhænger af høj rumlig opløsning og høj kontrast fra ledoverfladen til den subkondrale knogle. Dette opnås bedst ved hjælp af fedtundertrykte T1-vægtede 3D GE-sekvenser, som nøjagtigt afspejler lokale defekter identificeret og verificeret både ved artroskopi og i obduktionsmateriale. Brusk kan også afbildes med magnetiseringsoverføring ved billedsubtraktion, i hvilket tilfælde ledbrusk fremstår som et separat bånd med høj signalintensitet, der står i klar kontrast til den tilstødende lavintensitets synovialvæske, intraartikulært fedtvæv og subkondral knoglemarv. Denne metode producerer dog billeder halvt så langsomt som fedtundertrykte T1-vægtede billeder og er derfor mindre udbredt. Derudover kan lokale defekter, overfladeuregelmæssigheder og generaliseret udtynding af ledbrusk afbildes ved hjælp af konventionelle MR-sekvenser. Ifølge nogle forfattere kan morfologiske parametre - tykkelse, volumen, geometri og overfladetopografi af brusk - beregnes kvantitativt ved hjælp af 3D MR-billeder. Ved at summere de voxler, der udgør det 3D-rekonstruerede billede af brusk, kan den nøjagtige værdi af disse komplekst beslægtede strukturer bestemmes. Desuden er måling af det samlede bruskvolumen opnået fra individuelle snit en enklere metode på grund af mindre ændringer i planet af et enkelt snit og er mere pålidelig i rumlig opløsning. Når man studerer hele amputerede knæled og patellaprøver opnået under artroplastik af disse led, blev det samlede volumen af ledbrusk i femur, tibia og patella bestemt, og der blev fundet en korrelation mellem de volumener, der blev opnået ved MR-scanning, og de tilsvarende volumener, der blev opnået ved at adskille brusken fra knoglen og måle den histologisk. Derfor kan denne teknologi være nyttig til dynamisk vurdering af ændringer i bruskvolumen hos patienter med slidgigt. At opnå de nødvendige og nøjagtige snit af ledbrusk, især hos patienter med slidgigt, kræver tilstrækkelig færdighed og erfaring fra den læge, der udfører undersøgelsen, samt tilgængeligheden af passende MR-software.

Målinger af det samlede volumen indeholder kun lidt information om udbredte ændringer og er derfor følsomme over for lokalt brusktab. Teoretisk set kunne brusktab eller udtynding i ét område opvejes af en tilsvarende stigning i bruskvolumen andre steder i leddet, og målingen af det samlede bruskvolumen ville ikke vise nogen abnormalitet, så sådanne ændringer ville ikke kunne detekteres med denne metode. Opdeling af ledbrusken i diskrete små regioner ved hjælp af 3D-rekonstruktion har gjort det muligt at estimere bruskvolumen i specifikke områder, især på kraftbærende overflader. Nøjagtigheden af målingerne reduceres dog, fordi der udføres meget lidt opdeling. I sidste ende er ekstremt høj rumlig opløsning nødvendig for at bekræfte målingernes nøjagtighed. Hvis tilstrækkelig rumlig opløsning kan opnås, bliver muligheden for at kortlægge brusktykkelse in vivo mulig. Brusktykkelseskort kan reproducere lokale skader under slidgigtprogression.