אבחון דלקת מפרקים ניוונית: MRI של הסחוס המפרקי

תמונת ה-MRI של הסחוס המפרקי משקפת את מכלול המבנה ההיסטולוגי וההרכב הביוכימי שלו. הסחוס המפרקי הוא היאליני, שאין לו אספקת דם, ניקוז לימפטי ועצבוב משלו. הוא מורכב ממים ויונים, סיבי קולגן מסוג II, כונדרוציטים, פרוטאוגליקנים מצטברים וגליקופרוטאינים אחרים. סיבי קולגן מחוזקים בשכבה התת-כונדרלית של העצם, כמו עוגן, ועוברים בניצב לפני השטח של המפרק, שם הם מתפצלים אופקית. בין סיבי הקולגן נמצאות מולקולות פרוטאוגליקן גדולות בעלות מטען שלילי משמעותי, המושך אליהן מולקולות מים באופן אינטנסיבי. כונדרוציטים של הסחוס ממוקמים בעמודות שוות. הם מסנתזים קולגן ופרוטאוגליקנים, כמו גם אנזימים לא פעילים המפרקים אנזימים ומעכבי אנזימים.

מבחינה היסטולוגית, זוהו שלוש שכבות של סחוס במפרקים גדולים כמו הברך והירך. השכבה העמוקה ביותר היא צומת הסחוס ועצם תת-סחוסית ומשמשת כשכבת עיגון לרשת נרחבת של סיבי קולגן המשתרעים ממנה אל פני השטח בצרורות צפופים המחוברים על ידי סיבים מצטלבים רבים. שכבה זו נקראת השכבה הרדיאלית. לכיוון פני השטח המפרקיים, סיבי הקולגן הבודדים הופכים דקים יותר ומתקבצים יחד למערכים מקבילים קבועים וקומפקטיים יותר עם פחות קשרים מצטלבים. השכבה האמצעית, שכבת המעבר או הביניים, מכילה סיבי קולגן מאורגנים באופן אקראי יותר, שרובם מכוונים באלכסון כדי לעמוד בפני עומסים אנכיים, לחצים וזעזועים. השכבה השטחית ביותר של הסחוס המפרקי, המכונה השכבה המשיקית, היא שכבה דקה של סיבי קולגן ארוזים היטב, מכוונים בזווית משיקית, העומדת בפני כוחות המתיחה המופעלים על ידי עומס דחיסה ויוצרת מחסום אטום למים לנוזל הבין-תאי, ומונע את אובדנו במהלך דחיסה. סיבי הקולגן השטחיים ביותר של שכבה זו מסודרים אופקית, ויוצרים יריעות אופקיות צפופות על פני השטח המפרקיים, אם כי הסיבים של האזור המשיק השטחי אינם בהכרח מחוברים לאלה של השכבות העמוקות יותר.

כפי שצוין, בתוך רשת סיבים תאית מורכבת זו ממוקמות מולקולות פרוטאוגליקן הידרופיליות מצטברות. למולקולות גדולות אלו יש שברי SQ ו-COO" בעלי מטען שלילי בקצות ענפיהן הרבים, אשר מושכים בחוזקה יונים בעלי מטען הפוך (בדרך כלל Na ⁺ ), אשר בתורם מקדמים חדירה אוסמוטית של מים לתוך הסחוס. הלחץ בתוך רשת הקולגן הוא עצום, והסחוס מתפקד ככרית הידרודינמית יעילה ביותר. דחיסה של פני השטח המפרקיים גורמת לתזוזה אופקית של המים הכלולים בסחוס, מכיוון שרשת סיבי הקולגן דחוסה. המים מתפזרים מחדש בתוך הסחוס כך שהנפח הכולל שלהם אינו יכול להשתנות. כאשר הדחיסה לאחר עומס המפרק מצטמצמת או מתבטלת, המים נעים אחורה, נמשכים על ידי המטען השלילי של הפרוטאוגליקנים. זהו המנגנון ששומר על תכולת מים גבוהה ולכן צפיפות פרוטונים גבוהה של הסחוס. תכולת המים הגבוהה ביותר נצפית קרוב יותר לפני השטח המפרקי ויורדת לכיוון העצם התת-סחוסית. ריכוז הפרוטאוגליקנים עולה בשכבות העמוקות של הסחוס.

כיום, MRI היא טכניקת ההדמיה העיקרית לסחוס היאליני, המבוצעת בעיקר באמצעות רצפי הד גרדיאנט (GE). MRI משקף את תכולת המים בסחוס. עם זאת, כמות פרוטוני המים הכלולים בסחוס חשובה. תכולתן ופיזורן של מולקולות פרוטאוגליקן הידרופיליות והארגון האניזוטרופי של סיבי קולגן משפיעים לא רק על כמות המים הכוללת, כלומר צפיפות הפרוטונים, בסחוס, אלא גם על מצב תכונות ההרלקסציה, כלומר T2, של מים אלה, מה שמעניק לסחוס את התמונות ה"אזוריות" או המרובדות האופייניות שלו ב-MRI, אשר חלק מהחוקרים מאמינים שתואמות את השכבות ההיסטולוגיות של הסחוס.

בתמונות עם זמן הד (TE) קצר מאוד (פחות מ-5 מילישניות), תמונות ברזולוציה גבוהה יותר של סחוס בדרך כלל מציגות תמונה דו-שכבתית: השכבה העמוקה ממוקמת קרוב יותר לעצם באזור טרום-הסתיידות ובעלת אות נמוך, מכיוון שנוכחות סידן מקצרת מאוד את זמן ההד ואינה מייצרת תמונה; השכבה השטחית מייצרת אות MP בעוצמה בינונית עד גבוהה.

בתמונות TE ביניים (5-40 מילישניות) לסחוס מראה תלת-שכבתי: שכבה שטחית עם אות נמוך; שכבת מעבר עם עוצמת אות ביניים; שכבה עמוקה עם אות MP נמוך. בשקלול T2 האות אינו כולל את השכבה הביניים ותמונת הסחוס הופכת לעוצמה נמוכה באופן הומוגני. כאשר משתמשים ברזולוציה מרחבית נמוכה, לעיתים מופיעה שכבה נוספת בתמונות TE קצרות עקב ארטיפקטים של חיתוך אלכסוני וניגודיות גבוהה בממשק הסחוס/נוזל, ניתן להימנע מכך על ידי הגדלת גודל המטריצה.

בנוסף, חלק מאזורים (שכבות) אלה עשויים שלא להיות גלויים בתנאים מסוימים. לדוגמה, כאשר הזווית בין ציר הסחוס לשדה המגנטי הראשי משתנה, מראה שכבות הסחוס עשוי להשתנות, והסחוס עשוי לקבל תמונה הומוגנית. המחברים מסבירים תופעה זו על ידי התכונה האניזוטרופית של סיבי קולגן והאוריינטציה השונה שלהם בתוך כל שכבה.

מחברים אחרים סבורים כי קבלת תמונה שכבתית של סחוס אינה אמינה ומהווה ארטיפקט. דעות החוקרים חלוקות גם לגבי עוצמת האותות מתמונות שלוש השכבות של הסחוס שהתקבלו. מחקרים אלה מעניינים מאוד וכמובן דורשים מחקר נוסף.

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

שינויים מבניים בסחוס באוסטאוארתריטיס

בשלבים המוקדמים של דלקת מפרקים ניוונית, מתרחשת פירוק של רשת הקולגן בשכבות השטחיות של הסחוס, מה שמוביל להתפוררות פני השטח ולחדירות מוגברת למים. ככל שחלק מהפרוטאוגליקנים נהרסים, מופיעים יותר גליקוזאמינוגליקנים בעלי מטען שלילי, המושכים קטיונים ומולקולות מים, בעוד שהפרוטאוגליקנים הנותרים מאבדים את יכולתם למשוך ולשמור מים. בנוסף, אובדן הפרוטאוגליקנים מפחית את השפעתם המעכבת על זרימת המים הבין-גופית. כתוצאה מכך, הסחוס מתנפח, מנגנון הדחיסה (האצרה) של הנוזלים "לא פועל" ועמידות הדחיסה של הסחוס פוחתת. מתרחשת ההשפעה של העברת רוב העומס למטריצה הקשה שכבר פגומה, וזה מוביל לכך שהסחוס הנפוח הופך רגיש יותר לנזק מכני. כתוצאה מכך, הסחוס משוחזר או ממשיך להתדרדר.

בנוסף לנזק לפרוטאוגליקנים, רשת הקולגן נהרסת חלקית ואינה משוחזרת עוד, וסדקים אנכיים וכיבים מופיעים בסחוס. נגעים אלה יכולים להתפשט במורד הסחוס עד לעצם התת-סחוסית. תוצרי הריקבון ונוזל הסינוביאלי מתפשטים לשכבה הבסיסית, מה שמוביל להופעת אזורים קטנים של נמק עצם וציסטות תת-סחוסיות.

במקביל לתהליכים אלה, הסחוס עובר סדרה של שינויים מתקנים בניסיון לשקם את פני השטח המפרקיים הפגועים, הכוללים היווצרות של כונדרופיטים. האחרונים עוברים בסופו של דבר אוסיפיקציה אנכונדרלית והופכים לאוסטאופיטים.

טראומה מכנית חריפה ועומס דחיסה עלולים להוביל להתפתחות סדקים אופקיים בשכבת הסחוס המסודרת העמוקה ולהתנתקות הסחוס מעצם התת-סחוס. פיצול בסיסי או דה-למינציה של הסחוס בדרך זו יכולים לשמש כמנגנון של ניוון לא רק של סחוס רגיל תחת עומס מכני, אלא גם באוסטאוארתריטיס, כאשר יש חוסר יציבות במפרק. אם הסחוס ההיאליני נהרס לחלוטין והמשטח המפרקי חשוף, אז שני תהליכים אפשריים: הראשון הוא היווצרות טרשת צפופה על פני העצם, הנקראת צריבה; השני הוא נזק ודחיסה של טרבקולות, אשר בצילומי רנטגן נראית כמו טרשת תת-סחוס. לפיכך, ניתן להתייחס לתהליך הראשון כפיצוי, בעוד שהשני הוא בבירור שלב של הרס מפרק.

העלייה בתכולת המים בסחוס מגבירה את צפיפות הפרוטונים של הסחוס ומבטלת את השפעות קיצור ה-T2 של מטריצת הפרוטאוגליקן-קולגן, אשר לה עוצמת אות גבוהה באזורים של נזק למטריצה ברצפי MRI קונבנציונליים. כונדרומלציה מוקדמת זו, שהיא הסימן המוקדם ביותר לנזק לסחוס, עשויה להיות גלויה עוד לפני שמתרחש דילול קל של הסחוס. עיבוי קל או "נפיחות" של הסחוס עשויים להופיע גם בשלב זה. שינויים מבניים וביומכניים בסחוס המפרקי הם פרוגרסיביים, עם אובדן של חומר בסיס. תהליכים אלה עשויים להיות מוקדיים או מפוזרים, מוגבלים לדילול ופרייה שטחיים, או היעלמות מוחלטת של הסחוס. במקרים מסוימים, עיבוי מוקדי או "נפיחות" של הסחוס עשוי להיראות ללא שיבוש פני השטח המפרקיים. באוסטאוארתריטיס, נצפית לעיתים קרובות עוצמת אות מוגברת מוקדית של הסחוס בתמונות משוקללות T2, שאושרה ארתרוסקופית על ידי נוכחות של שינויים שטחיים, טרנסמורליים ועמוקים ליניאריים. האחרונים עשויים לשקף שינויים ניווניים עמוקים, המתחילים בעיקר כהתנתקות של סחוס מהשכבה המסודרת או קו הגאות. שינויים מוקדמים עשויים להיות מוגבלים לשכבות העמוקות של הסחוס, ובמקרה זה הם אינם ניתנים לזיהוי בבדיקה ארתרוסקופית של פני השטח המפרקיים, אם כי דלילות מוקדית של שכבות הסחוס העמוקות עשויה להוביל למעורבות של שכבות סמוכות, לעתים קרובות עם התפשטות של עצם תת-סחוסית בצורת אוסטאופיט מרכזי.

בספרות זרה קיימים נתונים על האפשרות לקבל מידע כמותי על הרכב הסחוס המפרקי, למשל, על תכולת מקטע המים ומקדם הדיפוזיה של מים בסחוס. הדבר מושג באמצעות תוכנות מיוחדות של טומוגרפיית MR או באמצעות ספקטרוסקופיית MR. שני פרמטרים אלה עולים עם נזק למטריצת פרוטאוגליקן-קולגן במהלך נזק לסחוס. ריכוז הפרוטונים הניידים (תכולת המים) בסחוס יורד בכיוון מהמשטח המפרקי לעצם התת-סחוסית.

הערכה כמותית של שינויים אפשרית גם בתמונות משוקללות T2. על ידי איגום נתונים מתמונות של אותו סחוס שהתקבלו עם TEs שונים, המחברים העריכו תמונות משוקללות T2 (WI) של סחוס באמצעות עקומת אקספוננציאלית מתאימה מערכי עוצמת האות שהתקבלו עבור כל פיקסל. T2 מוערך באזור ספציפי של הסחוס או מוצג על גבי מפה של הסחוס כולו, שבה עוצמת האות של כל פיקסל תואמת ל-T2 במיקום זה. עם זאת, למרות היכולות הגדולות יחסית והקלות היחסית של השיטה שתוארה לעיל, תפקידו של T2 אינו מוערך כראוי, בין היתר בשל עלייה בהשפעות הקשורות לדיפוזיה עם עלייה ב-TE. T2 אינו מוערך כראוי בעיקר בסחוס כונדרומלציה, כאשר דיפוזיה של המים מוגברת. אלא אם כן נעשה שימוש בטכנולוגיות מיוחדות, העלייה הפוטנציאלית ב-T2 הנמדדת בטכנולוגיות אלו בסחוס כונדרומלציה תדכא מעט את ההשפעות הקשורות לדיפוזיה.

לפיכך, MRI היא שיטה מבטיחה מאוד לגילוי וניטור שינויים מבניים מוקדמים האופייניים לניוון סחוס מפרקי.

שינויים מורפולוגיים בסחוס באוסטאוארתריטיס

הערכת שינויים מורפולוגיים בסחוס תלויה ברזולוציה מרחבית גבוהה ובניגודיות גבוהה מפני השטח של המפרק לעצם התת-סחוסית. ניתן להשיג זאת בצורה הטובה ביותר באמצעות רצפי GE תלת-ממדיים משוקללים ב-T1 מדוכאים בשומן, המשקפים במדויק פגמים מקומיים שזוהו ואומתו הן בארתרוסקופיה והן בחומר נתיחה שלאחר המוות. ניתן גם לצלם סחוס באמצעות העברת מגנטיזציה על ידי חיסור תמונה, ובמקרה כזה הסחוס המפרקי מופיע כפס נפרד בעל עוצמת אות גבוהה, בניגוד ברור לנוזל הסינוביאלי בעל עוצמה נמוכה, לרקמת שומן תוך-מפרקית ולמח העצם התת-סחוסי. עם זאת, שיטה זו מייצרת תמונות באיטיות של חצי מהשוואה לתמונות משוקללות T1 מדוכאות בשומן, ולכן היא פחות בשימוש נרחב. בנוסף, ניתן לצלם פגמים מקומיים, אי סדרים פני השטח ודילול כללי של הסחוס המפרקי באמצעות רצפי MRI קונבנציונליים. לדברי מחברים מסוימים, ניתן לחשב כמותית פרמטרים מורפולוגיים - עובי, נפח, גיאומטריה וטופוגרפיה פני השטח של הסחוס - באמצעות תמונות MRI תלת-ממדיות. על ידי סיכום הווקסלים המרכיבים את התמונה התלת-ממדית המשוחזרת של הסחוס, ניתן לקבוע את הערך המדויק של מבנים מורכבים אלה הקשורים זה לזה. יתר על כן, מדידת נפח הסחוס הכולל המתקבל מפרוסות בודדות היא שיטה פשוטה יותר עקב שינויים קטנים יותר במישור של פרוסה בודדת והיא אמינה יותר ברזולוציה מרחבית. כאשר חוקרים מפרקי ברך קטועי שלם ודגימות פיקה שהתקבלו במהלך החלפת מפרקים אלה, נקבע הנפח הכולל של הסחוס המפרקי של עצם הירך, עצם השוקה והפיקה ונמצא מתאם בין הנפחים שהתקבלו על ידי MRI לבין הנפחים המתאימים שהתקבלו על ידי הפרדת הסחוס מהעצם ומדידתה היסטולוגית. לכן, טכנולוגיה זו יכולה להיות שימושית להערכה דינמית של שינויים בנפח הסחוס בחולים עם דלקת מפרקים ניוונית. קבלת החתכים הדרושים והמדויקים של סחוס המפרקי, במיוחד בחולים עם דלקת מפרקים ניוונית, דורשת מיומנות וניסיון מספיקים של הרופא המבצע את הבדיקה, כמו גם זמינות של תוכנת MRI מתאימה.

מדידות של נפח כולל מכילות מעט מידע על שינויים נרחבים ולכן רגישות לאובדן סחוס מקומי. תיאורטית, אובדן או דילול סחוס באזור אחד ניתן לאזן על ידי עלייה מקבילה בנפח הסחוס במקום אחר במפרק, ומדידת נפח הסחוס הכולל לא תראה כל חריגה, כך ששינויים כאלה לא יהיו ניתנים לזיהוי בשיטה זו. חלוקת הסחוס המפרקי לאזורים קטנים ונפרדים באמצעות שחזור תלת-ממדי אפשרה להעריך את נפח הסחוס באזורים ספציפיים, במיוחד על משטחים הנושאים כוח. עם זאת, דיוק המדידות מצטמצם מכיוון שמבוצעת מעט מאוד חלוקה. בסופו של דבר, רזולוציה מרחבית גבוהה ביותר נחוצה כדי לאשר את דיוק המדידות. אם ניתן להשיג רזולוציה מרחבית מספקת, האפשרות למפות את עובי הסחוס in vivo מתאפשרת. מפות עובי סחוס יכולות לשחזר נזק מקומי במהלך התקדמות אוסטאוארתריטיס.