تشخيص الفصال العظمي المفصلي: التصوير بالرنين المغناطيسي للغضروف المفصلي

تعكس صورة الرنين المغناطيسي للغضروف المفصلي تركيبه النسيجي وتركيبه الكيميائي الحيوي بشكل كامل. الغضروف المفصلي زجاجي، لا يمتلك إمدادًا دمويًا خاصًا به، ولا تصريفًا لمفيًا، ولا أعصابًا. يتكون من الماء والأيونات، وألياف الكولاجين من النوع الثاني، وخلايا غضروفية، وبروتيوغليكان متجمع، وبروتينات سكرية أخرى. تتعزز ألياف الكولاجين في الطبقة تحت الغضروفية للعظم، كنقطة ارتكاز، وتمتد عموديًا على سطح المفصل، حيث تتباعد أفقيًا. توجد بين ألياف الكولاجين جزيئات بروتيوغليكان كبيرة ذات شحنة سالبة كبيرة، تجذب جزيئات الماء بكثافة. تقع خلايا غضروف الغضروف في أعمدة متساوية، وتُصنّع الكولاجين والبروتيوغليكان، بالإضافة إلى إنزيمات غير نشطة تُفكك الإنزيمات ومثبطات الإنزيمات.

من الناحية النسيجية، تم تحديد ثلاث طبقات من الغضروف في المفاصل الكبيرة مثل الركبة والورك. الطبقة الأعمق هي ملتقى الغضروف والعظم تحت الغضروفي، وتعمل كطبقة تثبيت لشبكة واسعة من ألياف الكولاجين تمتد منها إلى السطح في حزم كثيفة متصلة بواسطة العديد من الألياف المتشابكة. تُسمى هذه الطبقة بالطبقة الشعاعية. باتجاه سطح المفصل، تصبح ألياف الكولاجين الفردية أدق وتتجمع معًا في صفوف متوازية أكثر انتظامًا وتماسكًا مع روابط متشابكة أقل. تحتوي الطبقة الوسطى، وهي الطبقة الانتقالية أو المتوسطة، على ألياف كولاجين أكثر تنظيمًا عشوائيًا، معظمها موجه بشكل مائل لمقاومة الأحمال الرأسية والضغوط والصدمات. أما الطبقة الأكثر سطحية من الغضروف المفصلي، والمعروفة بالطبقة المماسية، فهي طبقة رقيقة من ألياف الكولاجين المتراصة بإحكام والموجهة بشكل مماسي، تقاوم قوى الشد الناتجة عن التحميل الانضغاطي، وتشكل حاجزًا مانعًا للماء أمام السائل الخلالي، مما يمنع فقدانه أثناء الضغط. يتم ترتيب ألياف الكولاجين السطحية في هذه الطبقة أفقيًا، وتشكل صفائح أفقية كثيفة على السطح المفصلي، على الرغم من أن ألياف المنطقة المماسية السطحية ليست بالضرورة متصلة بتلك الموجودة في الطبقات العميقة.

كما هو مذكور، توجد داخل هذه الشبكة الخلوية المعقدة من الألياف جزيئات بروتيوجليكان محبة للماء. تحتوي هذه الجزيئات الكبيرة على شظايا SQ وCOO" سالبة الشحنة في نهايات فروعها العديدة، والتي تجذب بشدة الأيونات ذات الشحنة المعاكسة (عادةً Na ⁺ )، مما يعزز بدوره النفاذ الأسموزي للماء إلى الغضروف. يكون الضغط داخل شبكة الكولاجين هائلاً، ويعمل الغضروف كوسادة هيدروديناميكية فعالة للغاية. يتسبب ضغط السطح المفصلي في إزاحة أفقية للماء الموجود في الغضروف، حيث يتم ضغط شبكة ألياف الكولاجين. يتم إعادة توزيع الماء داخل الغضروف بحيث لا يمكن تغيير حجمه الإجمالي. عندما يتم تقليل الضغط بعد تحميل المفصل أو إزالته، يتحرك الماء للخلف، منجذبًا بالشحنة السالبة للبروتيوغليكان. هذه هي الآلية التي تحافظ على محتوى الماء العالي وبالتالي كثافة البروتون العالية للغضروف. يُلاحظ أعلى محتوى للماء بالقرب من السطح المفصلي وينخفض باتجاه العظم تحت الغضروفي. يزداد تركيز البروتيوغليكان في الطبقات العميقة من الغضروف.

يُعدّ التصوير بالرنين المغناطيسي حاليًا التقنية التصويرية الرئيسية للغضروف الزجاجي، ويُجرى بشكل رئيسي باستخدام تسلسلات صدى التدرج (GE). يعكس التصوير بالرنين المغناطيسي محتوى الماء في الغضروف. ومع ذلك، تُعدّ كمية بروتونات الماء الموجودة في الغضروف مهمة. يؤثر محتوى وتوزيع جزيئات البروتيوغليكان المحبة للماء، والتنظيم المتباين الخواص لألياف الكولاجين، ليس فقط على الكمية الإجمالية للماء، أي كثافة البروتونات، في الغضروف، بل يؤثر أيضًا على حالة خصائص الاسترخاء، أي T2، لهذا الماء، مما يُعطي الغضروف صوره "النطاقية" أو الطبقية المميزة في التصوير بالرنين المغناطيسي، والتي يعتقد بعض الباحثين أنها تتوافق مع الطبقات النسيجية للغضروف.

في صور زمن الصدى القصير جدًا (TE) (أقل من 5 مللي ثانية)، تُظهر الصور ذات الدقة الأعلى للغضروف عادةً صورة مكونة من طبقتين: الطبقة العميقة تقع أقرب إلى العظم في منطقة ما قبل التكلس ولها إشارة منخفضة، لأن وجود الكالسيوم يقصر زمن الصدى بشكل كبير ولا ينتج صورة؛ الطبقة السطحية تنتج إشارة MP متوسطة إلى عالية الكثافة.

في صور TE المتوسطة (5-40 مللي ثانية)، يظهر الغضروف بثلاث طبقات: طبقة سطحية ذات إشارة منخفضة؛ طبقة انتقالية ذات شدة إشارة متوسطة؛ طبقة عميقة ذات إشارة MP منخفضة. في الترجيح T2، لا تشمل الإشارة الطبقة المتوسطة، وتصبح صورة الغضروف ذات شدة منخفضة بشكل متجانس. عند استخدام دقة مكانية منخفضة، تظهر أحيانًا طبقة إضافية في صور TE القصيرة بسبب تشوهات القطع المائلة والتباين العالي عند سطح الغضروف/السائل، ويمكن تجنب ذلك بزيادة حجم المصفوفة.

بالإضافة إلى ذلك، قد لا تكون بعض هذه المناطق (الطبقات) مرئية في ظل ظروف معينة. على سبيل المثال، عند تغير الزاوية بين محور الغضروف والمجال المغناطيسي الرئيسي، قد يتغير مظهر طبقات الغضروف، وقد تظهر صورة متجانسة للغضروف. يفسر الباحثون هذه الظاهرة بخاصية ألياف الكولاجين المتباينة الخواص واتجاهها المختلف داخل كل طبقة.

يعتقد باحثون آخرون أن الحصول على صورة طبقية للغضروف غير موثوق، بل هو مجرد خدعة. كما تختلف آراء الباحثين حول شدة الإشارات من صور الغضروف ثلاثية الطبقات. هذه الدراسات مثيرة للاهتمام للغاية، وتتطلب بالطبع مزيدًا من الدراسة.

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

التغيرات البنيوية في الغضروف في هشاشة العظام

في المراحل المبكرة من هشاشة العظام، يحدث تدهور في شبكة الكولاجين في الطبقات السطحية من الغضروف، مما يؤدي إلى تآكل سطحه وزيادة نفاذيته للماء. مع تدمير بعض البروتيوغليكان، يظهر المزيد من الغليكوز أمينوغليكان المشحونة سلبًا، والذي يجذب الكاتيونات وجزيئات الماء، بينما تفقد البروتيوغليكان المتبقية قدرتها على جذب الماء والاحتفاظ به. بالإضافة إلى ذلك، يقلل فقدان البروتيوغليكان من تأثيره المثبط على التدفق الخلالي للماء. ونتيجة لذلك، ينتفخ الغضروف، وتتعطل آلية ضغط (احتباس) السوائل، وتنخفض مقاومته للضغط. يحدث تأثير نقل معظم الحمل إلى المصفوفة الصلبة المتضررة أصلًا، مما يؤدي إلى زيادة تعرض الغضروف المتورم للتلف الميكانيكي. ونتيجة لذلك، إما أن يتعافى الغضروف أو يستمر في التدهور.

بالإضافة إلى تلف البروتيوغليكان، تُدمر شبكة الكولاجين جزئيًا ولا تتعافى، وتظهر شقوق وتقرحات عمودية في الغضروف. يمكن أن تمتد هذه الآفات أسفل الغضروف إلى العظم تحت الغضروفي. تنتشر نواتج التسوس والسائل الزليلي إلى الطبقة القاعدية، مما يؤدي إلى ظهور مناطق صغيرة من نخر العظم وأكياس تحت الغضروف.

بالتوازي مع هذه العمليات، يخضع الغضروف لسلسلة من التغيرات الترميمية في محاولة لاستعادة سطح المفصل التالف، والتي تشمل تكوّن نوابت غضروفية. وتخضع هذه الأخيرة في النهاية للتعظم الغضروفي وتتحول إلى نوابت عظمية.

يمكن أن تؤدي الصدمة الميكانيكية الحادة والحمل الضاغط إلى تطور شقوق أفقية في الطبقة المتكلسة العميقة من الغضروف وانفصال الغضروف عن العظم تحت الغضروفي. يمكن أن يعمل الانقسام القاعدي أو انفصال الغضروف بهذه الطريقة كآلية للتنكس ليس فقط للغضروف الطبيعي تحت الحمل الميكانيكي الزائد، ولكن أيضًا في هشاشة العظام، عندما يكون هناك عدم استقرار في المفصل. إذا تم تدمير الغضروف الزجاجي تمامًا وانكشف السطح المفصلي، فمن الممكن حدوث عمليتين: الأولى هي تكوين تصلب كثيف على سطح العظم، والذي يسمى الاحتراق؛ والثانية هي تلف وضغط العوارض، والتي تبدو في صور الأشعة السينية مثل التصلب تحت الغضروفي. وفقًا لذلك، يمكن اعتبار العملية الأولى تعويضية، بينما الثانية هي بوضوح مرحلة من تدمير المفصل.

تزيد زيادة محتوى الماء في الغضروف من كثافة البروتونات فيه، وتزيل آثار تقصير T2 لمصفوفة البروتيوغليكان والكولاجين، التي تتميز بكثافة إشارة عالية في مناطق تلف المصفوفة في تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدية. قد يكون هذا التلين الغضروفي المبكر، وهو أول علامة على تلف الغضروف، مرئيًا حتى قبل حدوث ترقق طفيف للغضروف. قد يكون هناك أيضًا سماكة خفيفة أو "تورم" في الغضروف في هذه المرحلة. تتطور التغيرات الهيكلية والميكانيكية الحيوية في الغضروف المفصلي، مع فقدان المادة الأساسية. قد تكون هذه العمليات بؤرية أو منتشرة، وتقتصر على ترقق وتآكل سطحي، أو اختفاء كامل للغضروف. في بعض الحالات، قد يُلاحظ سماكة بؤرية أو "تورم" في الغضروف دون تمزق سطح المفصل. في حالات هشاشة العظام، غالبًا ما تُلاحظ زيادة بؤرية في شدة إشارة الغضروف في الصور المُرجحة T2، ويُؤكد ذلك بالتنظير المفصلي بوجود تغيرات خطية سطحية، وعبر جدار المفصل، وعميقة. قد تعكس هذه التغيرات الأخيرة تغيرات تنكسية عميقة، تبدأ أساسًا بانفصال الغضروف عن الطبقة المتكلسة أو خط المد. قد تقتصر التغيرات المبكرة على الطبقات العميقة من الغضروف، وفي هذه الحالة لا يمكن اكتشافها بالفحص التنظيري لسطح المفصل، مع أن قلة كثافة الطبقات العميقة من الغضروف قد تؤدي إلى إصابة الطبقات المجاورة، وغالبًا ما يصاحب ذلك تكاثر العظم تحت الغضروفي على شكل نتوء عظمي مركزي.

توجد بيانات في الأدبيات الأجنبية حول إمكانية الحصول على معلومات كمية حول تركيب الغضروف المفصلي، مثل محتوى الماء ومعامل انتشاره في الغضروف. ويتم ذلك باستخدام برامج خاصة للتصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي أو باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي. يزداد كلا المعيارين مع تلف مصفوفة البروتيوغليكان والكولاجين أثناء تلف الغضروف. ينخفض تركيز البروتونات المتحركة (محتوى الماء) في الغضروف في الاتجاه من سطح المفصل إلى العظم تحت الغضروفي.

التقييم الكمي للتغيرات ممكن أيضًا على الصور المرجحة بـ T2. من خلال تجميع البيانات من صور الغضروف نفسه التي تم الحصول عليها باستخدام TEs مختلفة، قام المؤلفون بتقييم صور الغضروف المرجحة بـ T2 (WI) باستخدام منحنى أسي مناسب من قيم شدة الإشارة التي تم الحصول عليها لكل بكسل. يتم تقييم T2 في منطقة محددة من الغضروف أو عرضها على خريطة للغضروف بأكمله، حيث تتوافق شدة إشارة كل بكسل مع T2 في هذا الموقع. ومع ذلك، وعلى الرغم من القدرات الكبيرة نسبيًا والسهولة النسبية للطريقة الموصوفة أعلاه، فإن دور T2 يتم التقليل من شأنه، ويرجع ذلك جزئيًا إلى زيادة التأثيرات المرتبطة بالانتشار مع زيادة TE. يتم التقليل من شأن T2 بشكل رئيسي في غضروف لين الغضروف، عندما يزداد انتشار الماء. ما لم يتم استخدام تقنيات خاصة، فإن الزيادة المحتملة في T2 المقاسة بهذه التقنيات في غضروف لين الغضروف ستكبح التأثيرات المرتبطة بالانتشار قليلاً.

وبالتالي، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي يعد طريقة واعدة للغاية لاكتشاف ومراقبة التغيرات الهيكلية المبكرة المميزة لانحلال الغضروف المفصلي.

التغيرات المورفولوجية في الغضروف في هشاشة العظام

يعتمد تقييم التغيرات المورفولوجية في الغضروف على دقة مكانية عالية وتباين عالٍ من سطح المفصل إلى العظم تحت الغضروفي. ويتحقق ذلك على أفضل وجه باستخدام تسلسلات GE ثلاثية الأبعاد المرجحة بـ T1 المثبطة للدهون، والتي تعكس بدقة العيوب الموضعية التي تم تحديدها والتحقق منها سواء في تنظير المفصل أو في مواد التشريح. ويمكن أيضًا تصوير الغضروف باستخدام نقل المغناطيسية عن طريق طرح الصورة، وفي هذه الحالة يظهر الغضروف المفصلي كشريط منفصل بكثافة إشارة عالية، ويتناقض بوضوح مع السائل الزليلي المجاور منخفض الكثافة، والأنسجة الدهنية داخل المفصل، ونخاع العظم تحت الغضروف. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تنتج صورًا أبطأ بنصف ما تنتجه الصور المرجحة بـ T1 المثبطة للدهون، وبالتالي فهي أقل استخدامًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصوير العيوب الموضعية، وعدم انتظام السطح، والترقق العام للغضروف المفصلي باستخدام تسلسلات الرنين المغناطيسي التقليدية. وفقًا لبعض المؤلفين، يمكن حساب المعلمات المورفولوجية - السُمك والحجم والهندسة وتضاريس سطح الغضروف - كميًا باستخدام صور الرنين المغناطيسي ثلاثية الأبعاد. من خلال جمع وحدات البكسل التي تشكل صورة الغضروف المعاد بناؤها ثلاثية الأبعاد، يمكن تحديد القيمة الدقيقة لهذه الهياكل ذات الصلة المعقدة. علاوة على ذلك، فإن قياس الحجم الكلي للغضروف الذي تم الحصول عليه من الشرائح الفردية هو طريقة أبسط بسبب التغييرات الأصغر في مستوى الشريحة الواحدة وأكثر موثوقية في الدقة المكانية. عند دراسة مفاصل الركبة المبتورة بالكامل وعينات الرضفة التي تم الحصول عليها أثناء عملية رأب المفصل لهذه المفاصل، تم تحديد الحجم الكلي للغضروف المفصلي لعظم الفخذ والساق والرضفة وتم العثور على علاقة بين الأحجام التي تم الحصول عليها بواسطة الرنين المغناطيسي والأحجام المقابلة التي تم الحصول عليها عن طريق فصل الغضروف عن العظم وقياسه نسيجيًا. لذلك، يمكن أن تكون هذه التقنية مفيدة للتقييم الديناميكي لتغيرات حجم الغضروف لدى المرضى الذين يعانون من هشاشة العظام. إن الحصول على المقاطع اللازمة والدقيقة للغضروف المفصلي، وخاصة عند المرضى المصابين بهشاشة العظام، يتطلب مهارة وخبرة كافية من الطبيب الذي يقوم بالفحص، بالإضافة إلى توفر برامج التصوير بالرنين المغناطيسي المناسبة.

تحتوي قياسات الحجم الكلي على معلومات قليلة حول التغيرات واسعة النطاق وبالتالي فهي حساسة لفقدان الغضروف الموضعي. من الناحية النظرية، يمكن موازنة فقدان الغضروف أو ترققه في منطقة واحدة بزيادة مكافئة في حجم الغضروف في مكان آخر من المفصل، ولن يُظهر قياس الحجم الكلي للغضروف أي خلل، وبالتالي لن تكون هذه التغييرات قابلة للكشف عنها بهذه الطريقة. أتاح تقسيم الغضروف المفصلي إلى مناطق صغيرة منفصلة باستخدام إعادة البناء ثلاثية الأبعاد تقدير حجم الغضروف في مناطق محددة، وخاصة على الأسطح الحاملة للقوة. ومع ذلك، تقل دقة القياسات نظرًا لقلة التقسيم الفرعي الذي يتم إجراؤه. في النهاية، يلزم دقة مكانية عالية للغاية لتأكيد دقة القياسات. إذا أمكن تحقيق دقة مكانية كافية، يصبح احتمال رسم خريطة لسمك الغضروف في الجسم الحي ممكنًا. يمكن لخرائط سمك الغضروف إعادة إنتاج الضرر الموضعي أثناء تطور هشاشة العظام.