Diagnóstico da osteoartrose: ressonância magnética da cartilagem articular

A imagem de ressonância magnética da cartilagem articular reflete a totalidade de sua estrutura histológica e composição bioquímica. A cartilagem articular é hialina, não possuindo suprimento sanguíneo, drenagem linfática e inervação próprios. É constituída por água e íons, fibras de colágeno tipo II, condrócitos, proteoglicanos agregados e outras glicoproteínas. As fibras de colágeno são reforçadas na camada subcondral do osso, como uma âncora, e correm perpendicularmente à superfície articular, onde divergem horizontalmente. Entre as fibras de colágeno encontram-se grandes moléculas de proteoglicanos com carga negativa significativa, que atraem intensamente as moléculas de água. Os condrócitos da cartilagem estão localizados em colunas uniformes. Eles sintetizam colágeno e proteoglicanos, bem como enzimas inativas que degradam enzimas e inibidores enzimáticos.

Histologicamente, três camadas de cartilagem foram identificadas em grandes articulações, como o joelho e o quadril. A camada mais profunda é a junção da cartilagem com o osso subcondral e serve como uma camada de ancoragem para uma extensa rede de fibras de colágeno que se estendem dela até a superfície em feixes densos conectados por numerosas fibrilas de ligação cruzada. Isso é chamado de camada radial. Em direção à superfície articular, as fibras de colágeno individuais tornam-se mais finas e são agrupadas em arranjos paralelos mais regulares e compactos, com menos ligações cruzadas. A camada do meio, a camada de transição ou intermediária, contém fibras de colágeno organizadas de forma mais aleatória, a maioria das quais orientada obliquamente para resistir a cargas verticais, pressões e choques. A camada mais superficial da cartilagem articular, conhecida como camada tangencial, é uma fina camada de fibras de colágeno compactadas e orientadas tangencialmente que resiste às forças de tração exercidas pela carga compressiva e forma uma barreira estanque ao fluido intersticial, impedindo sua perda durante a compressão. As fibras colágenas mais superficiais dessa camada estão dispostas horizontalmente, formando densas lâminas horizontais na superfície articular, embora as fibrilas da zona tangencial superficial não estejam necessariamente conectadas às das camadas mais profundas.

Como observado, dentro dessa complexa rede celular de fibras estão localizadas moléculas agregadas de proteoglicanos hidrofílicos. Essas grandes moléculas possuem fragmentos SQ e COO³ com carga negativa nas extremidades de suas numerosas ramificações, que atraem fortemente íons com carga oposta (geralmente Na ⁺ ), o que, por sua vez, promove a penetração osmótica de água na cartilagem. A pressão dentro da rede de colágeno é enorme, e a cartilagem funciona como um amortecedor hidrodinâmico extremamente eficiente. A compressão da superfície articular causa um deslocamento horizontal da água contida na cartilagem, uma vez que a rede de fibras de colágeno é comprimida. A água é redistribuída dentro da cartilagem para que seu volume total não se altere. Quando a compressão após a carga articular é reduzida ou eliminada, a água retorna, atraída pela carga negativa dos proteoglicanos. Este é o mecanismo que mantém um alto teor de água e, portanto, uma alta densidade de prótons na cartilagem. O maior teor de água é observado mais próximo da superfície articular e diminui em direção ao osso subcondral. A concentração de proteoglicanos aumenta nas camadas profundas da cartilagem.

Atualmente, a ressonância magnética (RM) é a principal técnica de imagem para cartilagem hialina, realizada principalmente por meio de sequências de gradiente eco (GE). A RM reflete o conteúdo de água da cartilagem. No entanto, a quantidade de prótons de água contidos na cartilagem é importante. O conteúdo e a distribuição de moléculas de proteoglicanos hidrofílicos e a organização anisotrópica das fibrilas de colágeno afetam não apenas a quantidade total de água, ou seja, a densidade de prótons, na cartilagem, mas também o estado das propriedades de relaxamento, ou seja, T2, dessa água, conferindo à cartilagem suas imagens "zonais" ou estratificadas características na RM, que alguns pesquisadores acreditam corresponder às camadas histológicas da cartilagem.

Em imagens de tempo de eco (TE) muito curto (menos de 5 ms), imagens de cartilagem de alta resolução geralmente mostram uma imagem de duas camadas: a camada profunda está localizada mais perto do osso na zona de pré-calcificação e tem um sinal baixo, já que a presença de cálcio encurta muito o TR e não produz uma imagem; a camada superficial produz um sinal MP de média a alta intensidade.

Em imagens de TE intermediárias (5-40 ms), a cartilagem apresenta uma aparência de três camadas: uma camada superficial com baixo sinal; uma camada de transição com intensidade de sinal intermediária; e uma camada profunda com baixo sinal de MP. Na ponderação em T2, o sinal não inclui a camada intermediária e a imagem da cartilagem torna-se homogeneamente de baixa intensidade. Quando se utiliza baixa resolução espacial, uma camada adicional às vezes aparece em imagens de TE curtas devido a artefatos de corte oblíquo e alto contraste na interface cartilagem/fluido. Isso pode ser evitado aumentando o tamanho da matriz.

Além disso, algumas dessas zonas (camadas) podem não ser visíveis em certas condições. Por exemplo, quando o ângulo entre o eixo da cartilagem e o campo magnético principal muda, a aparência das camadas da cartilagem pode mudar, e a cartilagem pode apresentar uma imagem homogênea. Os autores explicam esse fenômeno pela propriedade anisotrópica das fibras de colágeno e sua orientação diferente dentro de cada camada.

Outros autores acreditam que a obtenção de uma imagem em camadas da cartilagem não é confiável e é um artefato. As opiniões dos pesquisadores também divergem quanto à intensidade dos sinais das imagens de três camadas da cartilagem obtidas. Esses estudos são muito interessantes e, claro, requerem mais estudos.

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Alterações estruturais na cartilagem na osteoartrite

Nos estágios iniciais da osteoartrite, ocorre a degradação da rede de colágeno nas camadas superficiais da cartilagem, levando ao desgaste da superfície e ao aumento da permeabilidade à água. À medida que alguns proteoglicanos são destruídos, surgem mais glicosaminoglicanos com carga negativa, que atraem cátions e moléculas de água, enquanto os proteoglicanos restantes perdem a capacidade de atrair e reter água. Além disso, a perda de proteoglicanos reduz seu efeito inibitório sobre o fluxo intersticial de água. Como resultado, a cartilagem incha, o mecanismo de compressão (retenção) de fluido "não funciona" e a resistência à compressão da cartilagem diminui. Ocorre o efeito de transferir a maior parte da carga para a matriz rígida já danificada, o que leva ao fato de a cartilagem inchada se tornar mais suscetível a danos mecânicos. Como resultado, a cartilagem é restaurada ou continua a se deteriorar.

Além dos danos aos proteoglicanos, a rede de colágeno é parcialmente destruída e não é mais restaurada, e fissuras e úlceras verticais aparecem na cartilagem. Essas lesões podem se estender pela cartilagem até o osso subcondral. Os produtos de decomposição e o líquido sinovial se espalham para a camada basal, o que leva ao aparecimento de pequenas áreas de osteonecrose e cistos subcondrais.

Paralelamente a esses processos, a cartilagem passa por uma série de alterações reparativas na tentativa de restaurar a superfície articular danificada, incluindo a formação de condrófitos. Estes últimos eventualmente sofrem ossificação encondral e se transformam em osteófitos.

Trauma mecânico agudo e carga compressiva podem levar ao desenvolvimento de fissuras horizontais na camada calcificada profunda da cartilagem e ao descolamento da cartilagem do osso subcondral. A divisão basal ou delaminação da cartilagem dessa forma pode servir como um mecanismo de degeneração não apenas da cartilagem normal sob sobrecarga mecânica, mas também na osteoartrose, quando há instabilidade articular. Se a cartilagem hialina for completamente destruída e a superfície articular for exposta, dois processos são possíveis: o primeiro é a formação de esclerose densa na superfície óssea, que é chamada de eburnação; o segundo é dano e compressão das trabéculas, que nas imagens de raios X se assemelham à esclerose subcondral. Consequentemente, o primeiro processo pode ser considerado compensatório, enquanto o segundo é claramente uma fase de destruição articular.

O aumento do conteúdo aquoso da cartilagem aumenta a densidade de prótons da cartilagem e elimina os efeitos de encurtamento em T2 da matriz de proteoglicano-colágeno, que apresenta alta intensidade de sinal em áreas de dano à matriz em sequências convencionais de ressonância magnética. Essa condromalácia precoce, que é o sinal mais precoce de dano à cartilagem, pode ser visível antes mesmo de ocorrer um pequeno afinamento da cartilagem. Um leve espessamento ou "inchaço" da cartilagem também pode estar presente nesse estágio. As alterações estruturais e biomecânicas na cartilagem articular são progressivas, com perda de substância fundamental. Esses processos podem ser focais ou difusos, limitados ao afinamento e desgaste superficial ou ao desaparecimento completo da cartilagem. Em alguns casos, pode-se observar espessamento ou "inchaço" focal da cartilagem sem ruptura da superfície articular. Na osteoartrite, observa-se frequentemente um aumento focal da intensidade de sinal da cartilagem em imagens ponderadas em T2, confirmado artroscopicamente pela presença de alterações lineares superficiais, transmurais e profundas. Estas últimas podem refletir alterações degenerativas profundas, iniciando-se principalmente como descolamento da cartilagem da camada calcificada ou linha de maré. Alterações precoces podem limitar-se às camadas profundas da cartilagem, não sendo, nesse caso, detectáveis no exame artroscópico da superfície articular, embora a dispersão focal das camadas profundas da cartilagem possa levar ao envolvimento das camadas adjacentes, frequentemente com proliferação de osso subcondral na forma de um osteófito central.

Existem dados na literatura estrangeira sobre a possibilidade de obter informações quantitativas sobre a composição da cartilagem articular, por exemplo, sobre o conteúdo da fração aquosa e o coeficiente de difusão da água na cartilagem. Isso é obtido por meio de programas especiais de tomografia por ressonância magnética ou por espectroscopia por ressonância magnética. Ambos os parâmetros aumentam com o dano à matriz proteoglicana-colágeno durante o dano à cartilagem. A concentração de prótons móveis (conteúdo aquoso) na cartilagem diminui na direção da superfície articular para o osso subcondral.

A avaliação quantitativa das alterações também é possível em imagens ponderadas em T2. Ao reunir dados de imagens da mesma cartilagem obtidas com diferentes TEs, os autores avaliaram imagens ponderadas em T2 (WI) da cartilagem usando uma curva exponencial adequada a partir dos valores de intensidade de sinal obtidos para cada pixel. O T2 é avaliado em uma área específica da cartilagem ou exibido em um mapa de toda a cartilagem, no qual a intensidade do sinal de cada pixel corresponde ao T2 neste local. No entanto, apesar das capacidades relativamente grandes e da relativa facilidade do método descrito acima, o papel do T2 é subestimado, em parte devido a um aumento nos efeitos relacionados à difusão com o aumento do TE. O T2 é subestimado principalmente na cartilagem condromalácia, quando a difusão de água é aumentada. A menos que tecnologias especiais sejam usadas, o aumento potencial no T2 medido com essas tecnologias na cartilagem condromalácia suprimirá ligeiramente os efeitos relacionados à difusão.

Assim, a ressonância magnética é um método muito promissor para detectar e monitorar alterações estruturais precoces características da degeneração da cartilagem articular.

Alterações morfológicas na cartilagem na osteoartrite

A avaliação das alterações morfológicas na cartilagem depende de alta resolução espacial e alto contraste da superfície articular para o osso subcondral. Isso é melhor alcançado usando sequências 3D GE ponderadas em T1 com supressão de gordura, que refletem com precisão os defeitos locais identificados e verificados tanto na artroscopia quanto no material de autópsia. A cartilagem também pode ser visualizada com transferência de magnetização por subtração de imagem, caso em que a cartilagem articular aparece como uma faixa separada com alta intensidade de sinal, contrastando claramente com o líquido sinovial adjacente de baixa intensidade, tecido adiposo intra-articular e medula óssea subcondral. No entanto, esse método produz imagens metade da lentidão das imagens ponderadas em T1 com supressão de gordura e, portanto, é menos amplamente utilizado. Além disso, defeitos locais, irregularidades de superfície e afinamento generalizado da cartilagem articular podem ser visualizados usando sequências convencionais de RM. De acordo com alguns autores, parâmetros morfológicos - espessura, volume, geometria e topografia da superfície da cartilagem - podem ser calculados quantitativamente usando imagens de RM 3D. Somando os voxels que compõem a imagem reconstruída em 3D da cartilagem, o valor exato dessas estruturas complexamente relacionadas pode ser determinado. Além disso, medir o volume total da cartilagem obtido a partir de cortes individuais é um método mais simples devido às menores alterações no plano de um único corte e é mais confiável em resolução espacial. Ao estudar articulações de joelho amputadas inteiras e espécimes patelares obtidos durante artroplastia dessas articulações, o volume total da cartilagem articular do fêmur, tíbia e patela foi determinado e uma correlação foi encontrada entre os volumes obtidos por ressonância magnética e os volumes correspondentes obtidos pela separação da cartilagem do osso e sua medição histológica. Portanto, essa tecnologia pode ser útil para a avaliação dinâmica das alterações do volume da cartilagem em pacientes com osteoartrite. A obtenção dos cortes necessários e precisos da cartilagem articular, especialmente em pacientes com osteoartrite, requer habilidade e experiência suficientes do médico que realiza o exame, bem como a disponibilidade de software de ressonância magnética apropriado.

As medições do volume total contêm pouca informação sobre alterações generalizadas e, portanto, são sensíveis à perda local de cartilagem. Teoricamente, a perda ou o afinamento da cartilagem em uma área poderiam ser compensados por um aumento equivalente no volume da cartilagem em outras partes da articulação, e a medição do volume total da cartilagem não mostraria nenhuma anormalidade, portanto, tais alterações não seriam detectáveis por este método. A subdivisão da cartilagem articular em pequenas regiões discretas usando reconstrução 3D tornou possível estimar o volume da cartilagem em áreas específicas, particularmente em superfícies que suportam força. No entanto, a precisão das medições é reduzida porque muito pouca subdivisão é realizada. Em última análise, uma resolução espacial extremamente alta é necessária para confirmar a precisão das medições. Se uma resolução espacial suficiente puder ser alcançada, a perspectiva de mapear a espessura da cartilagem in vivo torna-se possível. Mapas de espessura da cartilagem podem reproduzir danos locais durante a progressão da osteoartrite.