Lékařská fakulta Masarykovy University v Brně Radiologická klinika Možnosti zobrazení artikulární chrupavky včetně volumetrických měření Disertační práce Školitel: Doc. MUDr. Marek Mechl, PhD., MBA Doktorand: MUDr. Alena Štouračová BRNO 2011
Prohlašuji, ţe jsem disertační práci vypracovala samostatně podle metodických pokynů školitele a na základě pouţité literatury. MUDr. Alena Štouračová 2
Poděkování Touto cestou bych chtěla poděkovat za cenné rady a konzultace i za vedení vědecké činnosti svému školiteli Doc. MUDr. Marku Mechlovi, PhD., MBA. Za statistické zpracování dat a jejich exaktní vyhodnocení děkuji panu Ing. Danielu Schwarzovi, PhD. z Institutu biostatistiky a analýz MU Brno. 3
Osnova Úvod.. 8 1. Chrupavka... 9 1.1. Hyalinní chrupavka. 9 1.2. Struktura kloubní chrupavky. 10 1.3. Cévní zásobení kloubní chrupavky.. 12 1.4. Vlastnosti kloubní chrupavky.. 12 2. Femoropatelární skloubení. 13 2.1. Patela. 14 2.1.1. Vývoj a osifikace pately 14 2.1.2. Tvar pately 15 2.1.3. Funkce pately 17 2.2. Facies patellaris femoris 18 2.3. Postiţení femoropatelárního skloubení 18 2.3.1. Osteoartróza 19 2.3.1.1. Epidemiologie 19 2.3.1.2. Rizikové faktory 19 2.3.1.3. Patogeneza 19 2.3.2. Chondromalacie 21 3. Vyšetřovací metody 23 3.1. Prostý snímek 23 3.2. Ultrazvuk 25 3.3. Artrografie. 26 3.4. Artroskopie.. 26 3.5. Magnetická rezonance. 26 4
4. Cíl disertační práce. 33 5. Materiál a metody. 34 6. Výsledky 38 7. Diskuze 50 8. Závěr 52 9. Obrazová příloha 54 10. Literatura. 63 5
Seznam zkratek BMI FLASH sekvence body mass index (index tělesné hmotnosti) fast low-angle shot (gradient echo sekvence s nízkým úhlem buzení signálu) FOV mmol MR Na+ OA PD TE Thk TR T1 rho (T1ρ) T1 v.o. T2 FFE T2 v.o. UZ 3D 3D WATSf field of view (zobrazované pole) milimol magnetická rezonance iont sodíku osteoartróza protonová denzita time to echo thickness (šíře řezu) time to repetition spin "mříţková" relaxace T1 váţený obraz T2 fast field echo (sekvence s rychlým náběrem dat) T2 váţený obraz ultrazvuk trojdimenzionální 3D water selective fluid (sekvence gradientního echa s excitací signálu tekutiny) 6
Stav kloubní chrupavky je rozhodující pro určení biologického stáří kloubu. (Višňa P., Chrupavka kolena) 7
Úvod V současné době díky pokrokům moderní medicíny dochází ke stárnutí populace a tím ke zvyšujícím se nárokům na pohybový aparát pacientů. Zásadní význam pro pohybový aparát pacientů má stav kloubní chrupavky. Stav chrupavky kloubů je tedy jedním z nejdůleţitějších faktorů ovlivňujících kvalitu ţivota v pozdním věku, přičemţ největší dispozice k opotřebování má kloubní chrupavka velkých nosných kloubů především pak kolenních. Jedním z nejčastějších důvodů návštěvy lékaře bývá kloubní bolest. Kloubní chrupavka se tak dostává do popředí zájmu farmaceutického průmyslu. Díky mnoţství farmakologických přípravků se snaţí o zlepšení kvality pohybu pacientů. Ve své disertační práci se věnuji problematice chrupavek. Počínaje jejich zobrazením jednotlivými diagnostickými metodami se zdůrazněním významu vyšetření pomocí magnetické rezonance aţ po volumetrická měření. Vzhledem k poměrně nevelkému mnoţství literárních údajů věnujících se femoropatelárnímu skloubení a jeho nemalému klinickému významu, jsem se zaměřila právě na chrupavku čéšky. 8
1. Chrupavka Chrupavka je specializovaným typem vazivové tkáně, vznikající z mezenchymu. Je tvořena mezibuněčnou matrix a chondrocyty. Mezibuněčná hmota vzniká činností chondrocytů, umístěných v dutinách matrix, svým vysokým obsahem glykosaminoglykanů, proteoglykanů a vody nabývá pevné gelovité konzistence, obdařuje chrupavku pruţností, která umoţňuje tkáni vzdorovat mechanickým stresům bez trvalé deformace. Její hlavní funkcí je podpora měkkých tkání. Její pruţnost a hladký povrch umoţňuje kostem v kloubech hladký, klouzavý pohyb. Chrupavka je nezbytná pro vývoj a růst dlouhých kostí před i po narození. Všechny chrupavky s výjimkou kloubních jsou kryty perichondriem, vrstvou hutného vaziva, bohatého na kolagen I, které obsahuje četné fibroblasty a především cévní řečiště nezbytné k výţivě chrupavky. Kloubní chrupavka je vyţivována cestou synoviální výstelky kloubu. Chrupavka nemá lymfatické cévy, postrádá inervaci. Růst chrupavky je ovlivněn somatotropním hormonem, který zvyšuje syntézu somatomedinu C v játrech. Somatomedin C působí jiţ přímo na buňky chrupavky a vyvolává jejich růst. Positivně ovlivňuje růst chrupavky i tyroxin nebo testosteron. Naopak negativně na její růst působí vyšší hladina kortisolu, hydrokortisonu či estradiolu. Chrupavka se dle histologické stavby dělí na tři základní typy : elastickou, vazivovou a hyalinní. 1.1. Hyalinní chrupavka V kloubech jsou kontaktní plochy potaţeny hyalinní chrupavkou. Čerstvá je modravě bílá a průsvitná. Je tvořena z cca 1% chondrocyty a kolagenními vlákny typu II, IX, XI, které zajišťují její vysokou pevnost a tuhost v tahu. Kolagenní vlákna probíhají chrupavkou v predilekčních směrech ve třech vrstvách. Hluboká vrstva navazující na subchondrální kost je 9
mineralizována, její vlákna odstupují kolmo od subchondrální kosti, ve střední vrstvě se vlákna kříţí a sklánějí šikmo do oblouků, v povrchové vrstvě pak probíhají vlákna paralelně s kloubní plochou. Toto uspořádání vláken do vrstev má svůj význam především při zátěţi. Tloušťka kloubní chrupavky je přímo závislá na velikosti tlaku působícího na jednotku její plochy a na rozsahu pohybů v kloubu (26). Proto tloušťka chrupavky nebývá rovnoměrná, silnější bývá v centru kloubních ploch, slabší pak na periferii. V místech, kde jsou kloubní plochy inkongruentní nabývá chrupavka na tloušťce např. laterální kondyl tibie, naopak v místech, kde se vsunuje mezi artikulující kosti meniskus či disk, se tloušťka zmenšuje. 1.2. Struktura kloubní chrupavky Strukturu chrupavky lze rozdělit na 4 základní zóny (povrchová, přechodná, radiální hluboká a zóna kalcifikované chrupavky), přičemţ kaţdá zóna chrupavky má rozdílné morfologické vzezření (obr. 1). Jednotlivé zóny nejsou ostře ohraničeny a vzájemně se prolínají. Buňky v jednotlivých zónách se neliší jen tvarem, velikostí a orientací k povrchu, ale i metabolickou aktivitou. Na schopnosti chrupavky odolávat kompresním silám a zátěţi při dopadu se podílí nejvíce přechodná a radiální zóna chrupavky (26, 57). 10
Obr. 1 : Struktura hyalinní chrupavky; zdroj Višňa P., Chrupavka kolena - (a) Povrchová zóna Na povrchu této zóny je ochranný film z jemných fibril polysacharidů, které eliminují kontakt chondritů s kloubním povrchem, společně s lubrikačním efektem synoviální tekutiny zabezpečují sníţení třecích sil. Pod vrstvou polysacharidových fibril se nacházejí ploché, elipsoidní chondrocyty, které směřují svou delší osou paralelně s kloubním povrchem. Chondrocyty produkují matrix bohatou na kolagen, kolagenní fibrily jsou orientovány paralelně s kloubním povrchem, čímţ se zvyšuje odolnost a pevnost chrupavky vůči tahu. - (b) Přechodná zóna 11
Chondrocyty přechodné zóny mají sférický tvar, produkují velké mnoţství proteoglykanových agregátů. Kolagenní fibrily jsou velkých rozměrů a jsou orientovány tangenciálně k povrchu. - (c) Radiální hluboká zóna Dlouhé kolagenní fibrily jsou orientovány radiálně ke kloubnímu povrchu. Buňky jsou sférického tvaru. Pro tuto vrstvu je typická vysoká koncentrace proteoglykanů, agrekanu a nízký obsah dekorinu, biglykanu a vody. - (d) Zóna kalcifikované chrupavky Navazuje na subchondrální kost, je částečně kalcifikována, chondrocyty jsou málo objemné, z metabolického hlediska mají extrémně nízký obrat. - (e) Kost 1.3. Cévní zásobení kloubní chrupavky Chrupavka neobsahuje vlastní cévní zásobení ani nervová vlákna. Výţiva kloubní chrupavky probíhá jednak difusí ze synoviální tekutiny a z druhé části ze subchondrálních cév (57). Pro chrupavku je typická nízká koncentrace kyslíku a anaerobní metabolismus. Glukóza potřebná pro metabolismus je vyuţívána cestou anaerobní glykolýzy. Pomalý metabolismus je příčinou zpomalení reparačních procesů v chrupavce. Proto se kaţdé poškození chrupavky hojí řadu měsíců. I přes nízký metabolický obrat však dochází v chrupavce ke kontinuální náhradě a výměně buněk (26, 57). 12
1.4. Vlastnosti kloubní chrupavky Stav kloubní chrupavky je rozhodující pro určení biologického stáří kloubu (57). Kloubní chrupavka je schopna dlouhodobě schopná odolávat tlakům aţ do čtyřnásobné tělesné hmotnosti. Její pevnost a odolnost je podmíněna obsahem proteoglykanů a specifickým uspořádáním kloubních fibril v povrchové a přechodové zóně chrupavky. Odolnost chrupavky se v průběhu ţivota sniţuje, a to na podkladě jiţ nedostačujících reparativních procesů. 2. Femoropatelární skloubení Femoropatelární kloub je součástí sloţeného kloubu kolenního, v němţ se stýkají femur, tibie a patela, mezi styčné plochy femuru a tibie jsou vloţeny kloubní menisky (obr.2). Obr.2 : Anatomie kolenního kloubu Zdroj http://crossfitcda.com/2010/11/17/joint-health/ 13
2.1. Patela Patela je povaţována za sezamskou kost v úponové šlaše čtyřhlavého svalu stehenního (8). Její facies anterior je zavzata do musculus quadriceps femoris, facies articularis neboli kloubní plocha přiléhá k prohnuté facies patellaris femuru, mezi kondyly, je podélně zalomena ve dvě facety (obr. 3). Obr. 3 : Anatomie pately zdroj http://academic.kellogg.edu/herbrandsonc/bio201_mckinley/skeletal.htm 2.1.1. Vývoj a osifikace pately Z ontogenetických studií vyplývá, ţe obojţivelníci a plazi nemají čéšku, ovšem ještěrky, ptáci a savci jiţ ano. Z daného lze odvodit skutečnost, ţe přítomnost čéšky je spojena se suchozemským ţivotem. Základ pately je prenatálně sledovatelný jiţ přibliţně v 7-8 týdnu gestačního stáří embrya jakoţto shluk buněk. U embrya se zpočátku koleno vyvíjí v 90 st. Flexi, neţ dojde k aktivaci motorických jednotek. Patela má tak základ společně s distálním femurem a aţ následné mechanické chování určuje do jisté míry její konečný tvar. K relativnímu zvětšení velikosti pately dochází v 6. měsíci fetálního ţivota. Zpočátku jsou mediální a laterální 14
kloubní plochy stejné velikosti. Nicméně ve 23. týdnu fetálního ţivota získává zevní faseta převahu, jako tomu bývá u dospělých (43). Postnatální vývoj pately začíná její osifikací mezi druhým a třetím rokem ţivota, u dívek osifikuje patela aţ rok dříve neţ u chlapců. Osifikace začíná z několika (aţ šesti) osifikačních jader lehce excentricky a ventrálně (8). Patela je v tomto období nepravidelně ohraničená a má heterogenní strukturu. Osifikační jádra rychle splývají v jedno. Později se objevují okrajová přídatná osifikační jádra a splývají s centrální osifikací. Jedno z nich, bývá větší a osifikace se v něm vzácně udrţí jako samostatná kostní sloţka v horním zevním kvadrantu, nazývá se patellula. Osifikace končí v prvním decenniu. Antropologicky pak nebyl prokázán rozdíl mezi rasami, co do velikosti pately (16). 2.1.2 Tvar pately Šířka a výška jsou pozoruhodně konstantní, ovšem tloušťka je značně variabilní. Měřeno ve střední rovině v oblasti crista patellae se pohybuje v rozmezí 2 aţ 3 cm (25). Grelsamer a kol. studoval skupinu 564 pacientů a zaznamenal u nich tři různé tvarové modely pately s ohledem na poměr mezi délkou pately jako takové (měřeno od base k apexu) ku kloubní ploše. Popisuje tvar čéšky zvaný Cyrano, u které je distální neartikulující část pately výrazně protaţená. Kloubní plocha pately je rozdělena vertikální hranou (crista patelae) na laterální, obvykle větší a konkávní, a mediální, obvykle menší konvexní fasetu. Vzájemným tvarem a velikostí faset se zabývali Wiberg a později Baumgartl a podle nich rozeznáváme šest základních typů tvarů čéšky (obr. 4 a 5). 15
Obr. 4 : Wibergova-Baumgartlova klasifikace tvaru pately Obr. 5 : Jiné tvarové anomálie čéšky zdroj http://www.patellofemoral.org/ Mediální kloubní plocha vykazuje největší anatomické změny. Je rozdělena na mediální fasetu a mnohem menší takzvanou odd fasetu podél střední hranice pately. Odděleny jsou menším vedlejším hřebenem, který je méně prominující. Vyvíjí se po porodu v reakci na funkční zatíţení působící na kolena. Sekundární hřeben probíhá šikmo na podélnou osu pately spíše proximálněji neţ distálněji, je v souladu s křivkou bočního okraje mediálního kondylu v plném rozsahu flexe, zatímco crista patellae je v souladu se středním okrajem laterálního kondylu. 16
Laterální kloubní plocha je konkávního tvaru v horizontálním i vertikálním směru, je rozdělena na tři segmenty oddělenými dvěma vyvýšeninami podle funkčního významu sledující flekční pohyb ve femoropatelárním kloubu. Tvar a počet kloubních facet pately je u kaţdého člověka jedinečný (57). Kloubní chrupavka pately dosahuje v oblasti crista patellae tloušťky 4-7 mm, coţ je v kloubech lidského těla maximum (32). K okraji se postupně sniţuje, výjimku tvoří pouze paramediální hrana, kde je chrupavka oproti okolí silnější (2). 2.1.3 Funkce pately Femoropatelární kloub má esenciální význam pro správnou funkci kolenního kloubu. Patela má v extenzorovém aparátu, který sestává z pately, ligamentum patellae a m.quadriceps femoris několik funkcí. - Zvětšuje odstup šlachy m. qudriceps femoris od středu otáčení kloubu, čímţ výrazně zvětšuje jeho výkon. - Zajišťuje rovnoměrné rozloţení tlaku vycházejícího ze šlachy m. quadriceps femoris. - Umoţňuje hladké klouzání extenzorového aparátu po distálním femuru, sniţuje tření na jeho kondylech a chrání je před usurpací šlachou. - Chrání chrupavčitou facie patellaris femoris zepředu před nárazy a údery. - Zabraňuje ostrému ohýbání šlachy m. quadriceps femoris při flexi kolena. - Spojuje šlachy hlav čtyřhlavého svalu stehenního a centralizuje tak jejich síly. - Reguluje napětí kloubního pouzdra. Chrupavka pately má oproti chrupavce facies patellaris femoris vyšší permeabilitu a je méně komprimovatelná. 17
2.2. Facies patellaris femoris Neboli trochlea femuru. Kloubní plocha kosti stehenní je pro patelu ve svém středu prohloubena ve vertikální ţlábek (sulcus femoralis), který probíhá od horního okraje kloubní chrupavky, postupně se prohlubuje a kaudálně je ostře zakončen předním okrajem fossa intercondylaris. Kloubní plocha pro čéšku je oddělena od meniskotibiální plochy šikmo probíhajícími hranami linea condylopatellaris medialis et lateralis, které směřují do fossa intercondylaris. Vývoj této počíná v 8.týdnu gestačního stáří plodu. Zdá se, ţe tvar facies patellaris je primárně geneticky předurčen (43). Z literatury vyplývá, ţe utváření mediální kloubní plochy pately se vyvíjí v závislosti na reakci síly, tedy jejího uplatnění v časných fázích ţivota. Není zde pochyb, ţe forma následuje funkci, a ţe konečný tvar jak pately a stehenní trochley budou upraveny podle mechanismu pohybu. 2.3. Postiţení femoropatelárního kloubu Lze rozdělit do dvou základních skupin, a to na traumatická a netraumatická. Mezi nejvýznamnější skupinu onemocnění kloubu netraumatické etiologie patří osteoartróza a chondropatie. Dle klinického obrazu pacienti s patelární symptomatologií pociťují bolestivost přední části kolena případně nestabilitu. Udávají bolest zejména při vstávání ze sedu, při chůzi po schodech a při dřepnutí, kdy působí ve femoropatelárním kloubu abnormální tlakové síly. Femoropatelární dysfunkce můţe být definována jako bolest, dysbalance, zánět nebo instabilita jakékoliv komponenty extenčního mechanismu kolena (27, 43). 18
2.3.1. Osteoartróza Osteoartróza je degenerativním kloubním onemocněním s moţností účasti zánětu. Je definována jeho heterogenní skupina onemocnění, která vede ke kloubní symptomatologii a je spojena s defektní integritou kloubní chrupavky a s ní spojenými změnami v subchondrální kosti na kloubních okrajích a v synovii. 2.3.1.1. Epidemiologie Osteoartróza je zřejmě nejčastější kloubní onemocnění vůbec. Výskyt klinicky vyjádřené osteoartrózy stoupá s věkem, ve věku 65 let je zdrojem potíţí asi 50% lidí, ve věku nad 75 let věku aţ 85%. Onemocnění postihuje přes 10% (5, 27, 53), dle Klenera aţ 15% populace, stejně jako ve Spojených státech aţ 15% populace (22). 2.3.1.2. Rizikové faktory Nejsilnějším rizikovým faktorem vzniku primární artrózy je věk. Z individuálních faktorů hraje značnou roli obezita, která zvyšuje riziko vzniku OA 4-7 krát (31). Hereditární faktory hrají značnou roli u polyartikulárního typu OA, soudí se, ţe na podkladě vlivu genů kódujících syntézu kolagenu. Kloubní nestabilita je taktéţ faktorem přispívajícím k urychlení osteoartritických změn, jak je tomu např. poúrazově či hypermobility. Profesní vlivy se uplatňují např. u baletek v oblasti hlezenních kloubů (17, 19, 22, 53). Vyvíjí se v případě, ţe dojde k nepoměru mezi zátěţí a stavem chrupavky. Můţe se jednat o stav s normální biomechanikou chrupavky a subchondrální kosti, avšak značné přetíţení anebo mohou být síly působící na kloub přiměřené, avšak mechanické vlastnosti zhoršeny. 19
2.3.1.3. Patogeneza Primární osteoartróza se odvíjí od metabolické poruchy chondrocytární syntetické aktivity. Sniţuje se mnoţství vytvářené matrix a produkované struktury jsou často abnormální. Následuje rozpad chondrocytů. Uvolnění buněčných enzymů vede k destrukci struktur matrix a ke kolapsu chrupavky. Chrupavka měkne, sniţuje se výška její vrstvy, vytvářejí se v ní trhliny a v kloubu se objevuje chrupavčitý detritus, který vede k sekundární synovialitidě. Nastává hyperprodukce synoviální tekutiny, přičemţ se zhoršují její vlastnosti z hlediska výţivy chrupavky a kloubní lubrikace, coţ celý proces dále znásobuje. Ve snaze organizmu o reparaci dochází k subchondrální kostní hypertrofii. V subchondrální oblasti jsou v této fázi časté i zlomeniny trabakul provázené nekrosou a resorpcí, jejich výsledkem jsou kostní pseudocysty. Degenerativní proces doprovází sekundární zánětlivá sloţka a postihuje i další části kloubu, zejména kloubní pouzdro a vazy, můţe tak ovlivňovat stabilitu kloubu. Můţe se projevit porucha kloubní osy. Sekundární artrózu definujeme jako postiţení, jehoţ vyvolávací příčina je mimo kloubní chrupavku. Příčiny sekundární artrózy: - Poúrazové stavy (především) - Mechanické přetíţení, zejména při nadváze, osových deviací končetin a chronického přetěţování kloubu prací, sportem - Kloubní dyskongruence jakoţto důsledek vrozené dysplazie kyčle, coxa vara, nitrokloubních zlomenin apod. - Aseptická nekrosa kloubní (kyčelního kloubu u alkoholiků, nemocných léčených kortikosteroidy. - Metabolická systémová onemocnění kupř. krystalové artropatie. - Chronické kloubní záněty jako revmatoidní artritída, psoriáza, infekty. 20
V klinickém obraze dominují zpočátku námahou bolesti kloubu po větší zátěţi, později i bolesti klidové. Typicky bývá i startovací ztuhlost na začátku pohybu. 2.3.2. Chondromalacie Chondromalacie neboli chondropatie pately je patologický stav, při němţ dochází ke změknutí chrupavky, často s jejím rozvlákněním, fisurací a erosemi. Podle rozsahu makroskopického postiţení jsou popisovány 4 stupně chondromalacie (54). I.stupeň loţisko menší 5 mm v průměru, edematózní zduření a měkká konzistence chrupavky, povrch chrupavky je matný a naţloutlý II.stupeň fibrilace chrupavky v rozsahu do 15 mm III.stupeň fibrilace aţ fascikulace povrchu chrupavky nad 15 mm, fascikulace značí poškození chrupavky v celé šíři, je jiţ symptomatickým postiţením a to na biomechanickém podkladě. Změněná chrupavka přenáší většinu tlakové zátěţe na subchondrální kost, kde dochází k dráţdění nervových zakončení. IV. stupeň obnaţení subchondrální kosti Můţe se vyskytnout v kaţdém věku, ovšem častěji bývají postiţeni adolescenti a mladší dospělí, častější výskyt je u dívek oproti muţům v poměru 3:2. Nebývá přítomen otok kloubu ani omezení hybnosti typické pro postiţení artrózou, změny bývají někdy oboustranné. 21
Obr. 6 : Klasifikace chondropatií, převzato z www.eorthpod.com 22
3. Vyšetřovací metody 3.1. Prostý snímek Mezi radiodiagnostickými metodami zaujímá vedoucí postavení klasické rentgenové vyšetření (obr.7). Umoţňuje získat řadu závaţných informací o stavu kloubu obecně a doplnit tak výsledky klinické případně laboratorní. Obecnou předností této metody je morfologické zobrazení, které umoţňuje potvrzení patologické změny, určení jejího rozsahu a lokalizaci. Je nejčastěji uţívanou metodou k zobrazení kloubní chrupavky. Normální hyalinní chrupavka však není kontrastní při skiagrafickém vyšetření, a proto ji hodnotíme nepřímo šíří kloubní štěrbiny a reakcí okolní kosti (subchondrální sklerotizace, reaktivní přihrocení a vznik osteofytů kloubních ploch marginálně). Metoda je pro hodnocení stavu kloubní chrupavky respektive její výše, je velmi subjektivní a tedy i nepřesná. a b c Obr. 7 : Předozadní (a), boční (b) proj. levého kolena, axiální snímek pately (c) V literatuře se nachází nemálo informací o pokusu sestavit metodu hodnocení šíře kloubní štěrbiny a tedy nepřímo stavu hyalinní chrupavky (21, 24). Ve studiích bylo pouţito přímé digitalizace a je kladen důraz na přesnou snímkovací techniku, paprsek směřující kolmo na kloubní štěrbinu (obr. 8, 9), v praxi však tyto metody nejsou běţně pouţívány. 23
Obr. 8 : Vymezení femorálního a tibiálního rozpětí umožňuje výpočet střední šíře kloubní štěrbiny při normalizované vzdálenosti mediálního a laterálního kompartmentu (označeno růžovou čárou), minimální šíře kloubní štěrbiny (žlutě). Zdroj: Hellio Le Graverand MP et al., Radiographic-Based Grading Methods and Radiographic Meaurements of Joint Space Width in Osteoarthritis Obr. 9 : Vymezení kloubního prostoru tibiofemorálního kloubu a hodnocení šíře kloubní štěrbiny semiautomatickým softwarem. Svislé žluté čáry jsou zakresleny ručně k definici oblasti zájmu, aby se zabránilo označení kostních změn na okraji kloubních ploch, které mohou měření ovlivnit. Software dokreslí femorální a tibiální okraje kloubu (červené čáry) a určuje nejkratší vzdálenost mezi nimi (modrá čára). Zdroj: Hellio Le Graverand MP et al., Radiographic-Based Grading Methods and Radiographic Meaurements of Joint Space Width in Osteoarthritis 24
3.2. Ultrasonografie Ultrasonografie má v zobrazování hyalinní chrupavky nepatrnou roli. Ve většině kloubů je znemoţněna její přehlednost okolními strukturami, a je tudíţ neposouditelná. V lokalitách dobře přístupných ultrazvukovému vyšetření lze pak změny chrupavky posoudit na podkladě změny její echogenity (obr. 11), na podkladě ztráty objemu vody se stává chrupavka hyperechogenní. (28, 29). Významnou úlohu hraje v diagnostice preartrotických stavů především ramenního a kolenního kloubu a v detekci výpotků. Obr. 10 : Nepoškozená chrupavka trochley femuru v UZ obraze Obr. 11 : Chrupavka trochley femuru v UZ obraze, okrsek chondropatie (šipka) 25
3.3. Artrografie Klasické artrografické zobrazování kloubů pomocí instilace kontrastní látky do kloubní štěrbiny se dnes jiţ nepouţívá. Aplikace kontrastní látky intraartikulárně se vyuţívá dnes při CT či MR artrografii. Díky distenzi kloubu tekutinou a zvýšením tkáňového kontrastu umoţní lépe zobrazit kloubní struktury (56). Nejčastější indikací k vyšetření je poškození chrupavek kloubu kupř. v oblasti kloubu kolenního stavy po implantacích chondrálních štěpů, event. poškození labra glenoidu v oblasti kloubu ramenního. 3.4. Artroskopie Artroskopie, jakoţto invazivní metoda, přináleţí chirurgickým oborům a nelze jí upřít výhodu kauzální léčby některých patologií. Artroskopista má však moţnost přehlédnout pouze povrchovou část chrupavky. 3.5. Magnetická rezonance Dominantní postavení mezi vyšetřovacími metodami ve vyšetřovacím algoritmu kloubních patologií potaţmo patologií chrupavky zastává magnetická rezonance. Praktického vyuţití se metodě dostalo v 70.letech minulého století a v dnešní době je jiţ nenahraditelnou součástí zobrazování muskuloskeletálního systému. V současné době je vyšetření kloubů pomocí magnetické rezonance nejcitlivější zobrazovací metodou. Vývojem technik vyšetření dochází k optimalizaci zobrazení morfologie chrupavky, její volumetrie a nově i moţnosti biochemické analýzy. Díky své vysoké rozlišovací schopnosti a prostorovému rozlišení je ideální metodou k zobrazení měkkých tkání kloubu a chrupavky v celé šíři včetně přítomných patologií. Výhodou je právě i moţnost volumetrického měření chrupavky při posuzování progrese 26
degenerativních a zánětlivých onemocnění či sledování v průběhu terapie, a to jak přihojení osteochondrálních štěpů, tak terapie medikamentosní. Její nespornou výhodou je, ţe svou neinvazivností nezatěţuje pacienta. Další výhodou novějších MR přístrojů je pouţití sekvencí s výborným rozlišením chrupavčité tkáně. Dle v literatuře dostupných informací mají autoři nejvíce zkušeností a dosahují dobrých výsledků v zobrazování chondrálních patologií pomocí sekvence protonové denzity (PD), která udává hustotu protonů na jednotku objemu. T2 fast spin echo (T2 FSE) je sekvence, která umoţňuje mnohonásobně rychlejší náběr dat, bez ztráty obrazové informace. A nebo Fast Low Angle SHot (FLASH) sekvencí, která umoţnila v diagnostickém zobrazování taktéţ radikální zkrácení doby měření, bez ztráty kvality obrazu. Je sekvencí gradientního echa. Pro zobrazení patologií chrupavky se staly uţitečnými sekvence s potlačením signálu tuku. PD a T2 FSE sekvence jsou výhodnými pro vizualizaci poškození středních a hlubokých vrstev chrupavky, zatím co sekvence FLASH je vhodná k vizualizaci povrchových lézí (33, 34). Ze zkušeností autorů dále vyplývá uţitečnost zobrazení ve více rovinách, které zvyšuje citlivost a specificitu v odhalení chondrálních lézí (7, 33). 3.5.1. T2 mapování Poměrně novou metodou v zobrazování je T2 mapování (obr. 12, 13). Vychází z poznatku o T2 relaxační době, které bylo předmětem četných studií od roku 1989 (6, 7, 33, 34, 47). T2 relaxační doba odráţí interakce mezi molekulami vody a mezi vodou a okolními makromolekulami, zvýšená interakce pak vede ke sníţení T2 relaxace. T2 relaxaci ovlivňuje mnoho fyziologických a patofyziologických procesů, které se vztahují ke stavu chrupavky. Intenzita signálu normální kloubní chrupavky se mění s hloubkou respektive vzdáleností od 27
kloubní plochy. T2 relaxační čas je citlivý na změny v hydrataci (je téměř ekvivalentní s koncentrací kolagenu) a orientaci vysoce organizovaného anizotropního uspořádání kolagenních vláken v extracelulární matrix chrupavky. Regionální a zonální rozdíly v hustotě a v konstrukčním uspořádání matice kolagenu II jsou primárně odpovědné za změnu T2 intenzity signálu v chrupavce. V blízkosti kosti jsou vlákna kolagenu přednostně sladěna kolmo k povrchu kosti, v této zóně nazývané radiální, s vysokou hustotou a anizotropní orientací kolagenních vláken je zajištěna efektivní T2 relaxace, coţ vede k nízké intenzitě signálu na PD nebo T2 váţených obrazech. Blíţe ke kloubnímu povrchu, je hustota vláken a anizotropie menší, kolagenní vlákna jsou v šikmé orientaci, coţ vede k postupnému zvyšování T2 relaxačního času, a tím relativnímu zvýšení intenzity signálu na T2 váţených obrazech. Zatímco běţné klinické MR poskytuje relativně subjektivní hodnocení změn chrupavky, T2 mapování chrupavky poskytuje objektivní kvantitativní údaje (obr. 11). 3.5.2. T1 rho T1 rho (T1ρ) je spin-"mříţová" relaxace, je podobná T2 relaxaci, kromě toho, ţe je u ní po magnetizaci přídatný radiofrekvenční puls sklopený do příčné roviny. Magnetizace se s aplikovaným radiofrekvenčním pulsem sladí nebo se stane "spin-uzamčenou". Signál rozpadu je exponenciální s časovou konstantou T1ρ a obvykle se vypočítává z několika snímků s měnící se délkou pulsu. V kapalinách, T1, T2 můţe T1ρ jsou relaxační časy podobné, ale ve tkáni jsou tyto hodnoty obvykle různé (33, 34, 35). Byla popsána měření T1ρ relaxace v kloubní chrupavce, která prokazují, ţe T1ρ je větší v proteoglykopeptidech vyčerpané hovězí chrupavky, neţ-li ve vzorcích chrupavky normální. 28
Několik studií zkoumalo T1ρ v lidských tkáních. Zdá se, ţe existuje několik faktorů, které přispívají změnám v T1 ρ, včetně orientace kolagenních vláken a koncentrace kolagenu, proteoglykanu a dalších makromolekul (obr.12,13). a b c d Obr. 12 : Barevně kódovaná T1ρ mapa (a) a T2 mapa (b) zdravého pacienta, intenzita signálu se liší podle umístění v kloubu a s hloubkou od kloubní plochy. Varianta, která je odvislá od strukturální a kompoziční molekulární struktury chrupavky. Průměrná hodnota byla 40,1 T1ρ ± 11,4 ms a průměrná hodnota byla 33,3 T2 ± 10,5 ms v chrupavce. T1ρ mapa (c) a T2 mapa (d) u pacienta s mírnou osteoartrózou. Průměrná hodnota byla 45,5 T1ρ ± 14,5 ms a průměrná hodnota byla 35,0 T2 ± 10,9 ms v chrupavce. Převzato z Li X. et al., In vivo T1rho and T2 mapping of articular cartilage in osteoarthritis of the knee using 3 T MRI 29
Obr. 13 : Barevně kódované T2 (a, b) a T1rho (c, d) mapy v sagitálních SPGR obrazech u 35-letého muže před (a, c) a po (b, d) maratónském běhu. Po maratonu (b), se výrazně zvýšily T2 časy, a to zejména v oblasti pately a trochley femuru, což naznačuje, edém chrupavky s vyšším obsahem vody sekundárně vzniklém po fyzickém stresu. Převzato z Link T., Cartilage imaging: motivation, techniques, current and future significance 3.5.3. MR zobrazování sodíku Sodného MR zobrazování bylo nejprve pouţito k zobrazování obsahu glykosaminoglykanů ve tkáni. Princip metody je zaloţen na skutečnosti, ţe mobilní ionty se v intersticiální tekutině distribuují v závislosti na koncentraci nábojů makromolekul (tj. náboj je fixován na makromolekuly extracelulární matrix). 30
Glykosamimoglykany jsou makromolekuly obsahující záporné náboje, které mají schopnost přitahovat ionty sodíku (Na + ). Studie ukazují, ţe celkový obsah nábojů glykosaminoglykanů ve tkáni chrupavky odpovídá v podstatě všem nábojům v samotné chrupavce. Vzhledem k tomu, ţe glykosaminoglykany mají záporný náboj, je koncentrace sodíku v intersticiu větší neţ v okolní synoviální tekutině nebo kosti. Při obvyklé koncentraci glykosaminoglykanů 5-7% (odpovídající koncentraci -300 mmol) je normální intersticiální koncentrace sodíku vyšší neţ 300 mmol, na rozdíl od koncentrace sodíku v synoviální tekutině 150 mmol. Proto je tkáň s nejvyšší intenzitou signálu v sodném obraze kolenního kloubu chrupavka. Kromě toho je obsah sodíku vyšší v normální chrupavce bohaté na glykosaminoglykany a niţší v oblastech chrupavky vyčerpané. Výhodou zobrazování sodíku v MR je to, ţe sodík se přirozeně vyskytuje v chrupavce, a signál sodíku v chrupavce je vysoký v porovnání s okolními tkáněmi. Nevýhodou je, ţe sodné MR zobrazování vyţaduje specializovaný hardware, a dále, ţe poměr signál-šum (a tím i rozlišení) je výrazně niţší neţ při PD zobrazování MR. 3.5.4. Zobrazování opoţděného sycení chrupavky magnetickou rezonancí V posledních letech se výzkum zaměřil na sloţení chrupavky, jakoţto potenciálního ukazatele včasného degenerativního postiţení. Vychází z poznatku vysokého obsahu vody v chrupavčité tkáni dosahující aţ 70%, kolagenních vlákem II.typu a glykosaminoglykanů. Glykosamimoglykany jsou makromolekuly obsahující záporné náboje, které mají schopnost přitahovat ionty sodíku (Na + ). Jednou z kontrastních látek pouţívanou v MR zobrazování je gadopentate dimeglumin (Gd-DTPA2 ; Magnevist, Schering), má negativní náboj a proto vykazuje niţší koncentraci v oblastech s vysokou koncentrací glykosaminoglykanů. Této skutečnosti se vyuţívá u metody zvané dgemric (delayed Gadolinium-Enhanced Magnetic Resonance Imaging of Cartilage)., která spočívá 31
v kvantifikaci koncentrace kontrastní látky v chrupavce. Je-li chrupavka poškozena (obr. 14), je koncentrace Gd-DPTA vyšší (3, 6, 7, 35). Obr. 14 : Přímá artrografie, T1 sekvence s potlačením signálu tuku v axiální rovině. Zvýšené vychytávání kontrastní látky v poškozené chrupavce (šipka). Ověřeno artroskopicky, chondropatie I.st. Převzato z Link T., Cartilage imaging: motivation, techniques, current and future significance 32
4. Cíl studie Cílem studie je ověření hypotézy průkazu úbytku objemu chrupavky v závislosti na věku a v závislosti na pohlaví pacientů s předpokladem, ţe její pokles bude výraznější u ţen a pacientů vyšších věkových kategorií. Hypotézu jsem ověřovala na příkladu femoropatelárního skloubení resp. chrupavce čéšky, a to především pro její klinický význam. Neboť čéška se významně podílí na syndromu bolestivého předního kolene, a to jak postiţením při chondromalacii, tak změnách degenerativních a zánětlivých. Cílem práce je vytvoření skórovacího systému pro hodnocení objemů chrupavky čéšky dle věku pacientů a jejich pohlaví při vyšetření magnetickou rezonancí. 33
5. Materiál a metoda V časovém rozmezí července 2007 aţ března 2010 bylo ve Fakultní nemocnici Brno vyšetřeno na MR přístroji Phillips Achieva 1,5 T vyšetřeno 732 pacientů s postiţením kolenního kloubu. Vţdy se jednalo o postiţení měkkého kolena, a to z velké části pro akutní úraz kolena, skupina těchto tvořila více neţ 2/3 pacientů nebo pro syndrom bolestivého kolena u zbývajících pacientů. Pacienti neměli na zhotovených prostých snímcích před MR vyšetřením prokázány traumatické změny skeletu či jiné morfologické změny kloubu. Graf 1: Celkový počet pacientů ve sledovaném období vyšetřených ve FN Brno Bohunice na přístroji Philips Achieva V souboru 732 vyšetřených pacientů je 441 muţů a 291 ţen. U pacientů bylo častější postiţení pravého kolenního kloubu, a to v 52% případů. Ze skupiny vyšetřených byli pro účel této práce vyjmuti pacienti s postiţením femoropatelárního kloubení, a to jak artrosou femoropatelárního kloubu, tak chondropatií, skupina pacientů se zánětlivým postiţením kolena. Dále byla vyjmuta skupina pacientů, u nichţ nebyla při vyšetření zachycena celá čéška od apexu po basi. 34
Graf 2 : Poměr mezi vyšetřeními kolenních kloubů pravých a levých Graf 3 : Poměr mezi pacienty s a bez poškození femoropatelárního kloubu Ze skupiny 468 pacientů bez postiţení femoropatelárního skloubení bylo do souboru této práce zahrnuto 221 pacientů, ve věkovém rozmezí 20 aţ 49 let, u nichţ bylo provedeno vyšetření kolenního kloubu ve standardním vyšetřovacím protokolu. Průměrný věk pacientů byl 32,94 let. 35
Dle věku byli rozděleni do skupin mezi 20-29, 30-39, 40-49 lety, do skupin A, B, C. Ve skupině A bylo vyšetřeno 98 pacientů, 59 muţů a 39 ţen. Do skupiny B bylo zařazeno 75 pacientů, 43 muţů a 32 ţen. Do skupiny C pak 29 muţů a 19 ţen, tedy 48 pacientů. Graf 4: Srovnání pacientů dle věku a postižení femoropatelárního kloubu MR vyšetření Kolenní cívka běţně uţívaná a doporučovaná v praxi není na našem pracovišti dostupná. Standardně provádíme vyšetření za pouţití flexibilní cívky SENSE FLEX M, která sice není dedikovanou cívkou pro vyšetření kolenního kloubu, ovšem kvalita vyšetření není touto skutečností omezena. Pacient je vyšetřován v poloze na zádech s končetinami v oblasti gantry přístroje. Kolenní kloub vyšetřujeme s podloţením v oblasti poplietální jamky, tedy v semiflexi. Vyšetření provádíme ve třech základních rovinách - sagitální, koronární a axiálni. Před vlastním vyšetřením sedí pacienti po dobu 20-30 minut v čekárně s končetinami v semiflexi, čímţ se snaţíme omezit vliv zátěţe na chrupavku kolenního kloubu (55). 36
sekvence T1 W_TSE SENSE PD W_a TSE SENSE PD W-mSPIR SENSE 3D_WATSf CLEAR rovina sagitální sagitální/koronární sagitální axiální/koronární TR 500 ms 5000 ms 2500 ms 20 ms TE 18 ms 30 ms 30 ms 7,9 ms/7,7 ms FOV 150 mm 160/180 mm 155 mm 160 mm Thk 3,0/0,3 mm 3,0/0,3 mm 3,0/0,3 mm 3,0/-1,5 mm TF 3 11 16 1 EF 1 1 1 1 Flip 50º angle slices 24 30 30 75 scan time 3:10 min 3:05 min 2:45 min 5:05 min/5:19 Tab. 1 : Protokol k vyšetření kolena FN Brno na MR přístroji Philips Achieva 1,5T Pro potřeby volumetrických měření byla vybrána sekvence 3D WATSf, sekvence s excitací signálu tekutiny a potlačením signálu tuku. Sekvence byla zvolena pro výborný signál chrupavčité tkáně, v korelaci s dostupnými literárními zdroji (7,17, 35, 36, 46, 49, 57). Volumetrická měření byla zpracována s pomocí poloautomatického programu SienetSky VA50B a jeho novější verze SyngoImaging XS VA60A. Objem chrupavky byl vztaţen k celkovému objemu čéšky při snaze o eliminaci vlivu variabilního tvaru čéšky. Měření byla provedena u kaţdého kloubu třikrát, pro hodnocení studie byly pouţity střední hodnoty naměřených objemů. U skupiny prvních 30 pacientů prováděli měření dva vyšetřující. U pacientů neprovádíme cílená vyšetření kloubní chrupavky čéšky pomocí povrchové cívky, ačkoliv nesporně vedou k lepšímu zobrazení chrupavky femoropatelárního kloubu. V daných zobrazeních, o která jsme se pokoušeli, jsou blíţe rozpoznatelné jednotlivé vrstvy chrupavky. Statistické zpracování získaných dat jsme provedli pomocí parametrických testů. 37
6. Výsledky Dle rozdělení pacientů do skupin (graf 4) je patrné, ţe nepostiţených femoropatelárních skloubení resp. chrupavky s věkem výrazně ubývá. Ačkoliv početní rozloţení vyšetřovaných pacientů je celkově přibliţně stejné u všech věkových skupin, je postiţení femoropatelárního kloubu přítomno u pacientů ve věku mezi 20-29 lety v 18% případů, ovšem u skupiny pacientů B jiţ v 37% a C aţ 53%. Je tedy zřejmé, jiţ z tohoto základního rozdělení, ţe poškození chrupavky kloubu souvisí s věkem a je mu nepřímo úměrné. V našem vyšetřeném souboru pacientů převaţují jedinci muţského pohlaví a pacienti ve věku mezi 20-29 lety. pohlaví Ženy: N=90 Muži: N=131 Graf 5 : Zastoupení pohlaví v souboru 38
počet subjektů počet subjektů 100 skupiny podle věku 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 <30 30-39 >39 věková skupina Graf 6: Počty subjektů podle přednastavených věkových kategoií 35 věk subjektů 30 25 20 15 10 5 0 20 25 30 35 40 45 50 věk Graf 7 : Počty subjektů v souboru podle věku. 39
35 objem chrupavky [ml] 30 25 20 15 10 5 0 2 3 4 5 6 7 8 Graf 8 : Z histogramu objemu chrupavky usuzujeme na normání rozdělení a možnost využití parametrických testů nad tímto parametrem při testování hypotéz. 40 poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] 35 30 25 20 15 10 5 0 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Graf 9 : Z histogramu poměrného objemu chrupavky usuzujeme na normání rozdělení a možnost využití parametrických testů nad tímto parametrem při testování hypotéz. 40
Objem chrupavky [ml] Muţi Ţeny pohlaví/ věk Mean SD Median N Mean SD Median N <30 4,483 0,796 4,310 59 3,847 0,660 3,840 39 30-39 4,563 1,011 4,300 43 3,810 0,588 3,825 32 >39 4,123 0,895 3,780 29 3,586 0,556 3,610 19 Tab. 2: Objem chrupavky v podskupinách vybraných podle věku a pohlaví. Poměrný objem chrupavky [%] Muţi Ţeny pohlaví/ věk Mean SD Median N Mean SD Median N <30 21,389 2,714 21,586 59 20,315 2,027 20,233 39 30-39 20,502 2,151 20,307 43 20,886 1,877 20,809 32 >39 18,518 1,978 18,530 29 16,623 1,258 16,646 19 Tab. 3: Poměrný objem chrupavky v podskupinách vybraných podle věku a pohlaví. V počátcích provedená volumetrická měření dvěma nezávislými osobami, nevykazovala ve statistickém hodnocení významného rozdílu. Průměrný objem chrupavky čéšky u muţů ve skupině A je 21,39 %, medián 21,57 %, u ţen téţe skupiny průměr dosahuje hodnoty 20,32 %, medián 20,23 %. U muţů ve věku mezi 30 aţ 39 lety průměrná hodnota poměru objemu chrupavky čéšky ku celkovému objemu této je 20,5%, u ţen 20,89 %. Medián u muţů 20,31 %, u ţen 20,81 %. 41
poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] objem chrupavky [ml] Poměrné zastoupení chrupavky u nejméně početné skupiny pacientů skupiny C je u muţů 18,52%, střední hodnota 18,53 %. U ţen průměr 16,62 %, medián 16,65 %. 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 M <30 M 30-39 M >39 F <30 F 30-39 F >39 pohlaví a věk Graf 10 : Krabicové grafy (boxploty) pro objem chrupavky v podskupinách vybraných podle pohlaví a věkových skupin. 28 26 24 22 20 18 16 14 12 M <30 M 30-39 M >39 F <30 F 30-39 F >39 pohlaví a věk Graf 11 : Krabicové grafy (boxploty) pro poměrný objem chrupavky v podskupinách vybraných podle pohlaví a věkových skupin. 42
poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] objem chrupavky [ml] 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 M pohlaví F Graf 12 : Srovnání objemu chrupavky podle pohlaví. 28 26 24 22 20 18 16 14 12 M pohlaví F Graf 13 : Srovnání poměrného objemu chrupavky podle pohlaví. 43
poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] objem chrupavky [ml] 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 <30 30-39 >39 věk Graf 14 : Srovnání objemu chrupavky podle věkových skupin. 28 26 24 22 20 18 16 14 12 <30 30-39 >39 věk Graf 15 : Srovnání poměrného objemu chrupavky podle věkových skupin. 44
objem chrupavky [ml] poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] 28 26 24 22 20 18 16 14 12 <30 30-39 >39 věk Graf 16 : Srovnání poměrného objemu chrupavky podle věkových skupin. 8 7 6 5 4 3 2 20 25 30 35 40 45 50 věk Graf 17 : Závislost objemu chrupavky na věku. Pearsonův korelační koeficient: r=-0.12088. Dosažená významnost korelace: p=0,073. 45
muži: poměrné zastouepní chrupavky v čéšce [%] poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] 28 26 24 22 20 18 16 14 12 20 25 30 35 40 45 50 věk Graf 18 : Závislost poměrného objemu chrupavky na věku. Pearsonův korelační koeficient: r=-0.40113. Dosažená významnost korelace: p=5,97x10-10. 28 26 24 22 20 18 16 14 12 20 25 30 35 40 45 50 muži: věk Graf 19 : Závislost poměrného objemu chrupavky na věku u mužů. Pearsonův korelační koeficient: r=-0.37611. Dosažená významnost korelace: p=9,55x10-6. 46
ženy: poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] 28 26 24 22 20 18 16 14 12 20 25 30 35 40 45 50 ženy: věk Graf 20 : Závislost poměrného objemu chrupavky na věku u žen. Pearsonův korelační koeficient: r=-0.46138. Dosažená významnost korelace: p=4,72x10-6. Wiberg e: N=8 a: N=8 d: N=42 b: N=69 c: N=94 Graf 21 : Počty subjektů v souboru podle tvaru čéšky podle Wibergovy klasifikace (klasifikační stupně přejmenovány na a-e) 47
poměrné zastoupení chrupavky v čéšce [%] objem chrupavky [ml] 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 a b c d e Wibergova klasifikace Graf 22 : Objem chrupavky v podskupinách vybraných podle Wibergovy klasifikace. 28 26 24 22 20 18 16 14 12 a b c d e Wibergova klasifikace Graf 23 : Poměrný objem chrupavky v podskupinách vybraných podle Wibergovy klasifikace. 48
Prokazujeme statisticky významný rozdíl v objemech chrupavky v závislosti na věku. Dále je patrný jiţ statisticky významný rozdíl mezi pohlavími. U ţen je prokazatelný významnější úbytek tkáně chrupavky, neţ-li u muţů. V praxi jednoduše pouţitelný skórovací systém (tabulky 2 a 3) nám umoţní jednoduchým způsobem určit míru redukce objemu chrupavky v závislosti na věku a pohlaví, tedy odpovídá-li objem chrupavky pacienta průměrnému v jeho věkové skupině a pohlaví. S ohledem na tvar pately (hodnoceno dle Wibergovy klasifikace) neprokazujeme staticky významný rozdíl, stejně tak není stranového rozdílu mezi objemy chrupavky. Rozdíl objemů chrupavky nenacházíme ani při rozdělení skupin dle výše chrupavky v obl. crista patellae, coţ je patrně dáno výraznou variabilitou velikosti kloubních ploch pately. Vrstva chrupavky v oblasti crista patellae je nejvyšší v lidském těle a můţe dosahovat výše aţ 7 mm (57, 32), dle dostupných údajů v literatuře se pohybuje v rozmezí 3,7-4 mm (25). V našem souboru pacientů se pohybuje výška chrupavky čéšky měřená v oblasti crista patellae v poměrně širokém rozmezí 2,2 aţ 7,6 mm, s mediánem 4,2 mm a průměrem 4,3 mm. 49
7. Diskuse V předloţené práci byly předloţeny základní i nástavbové metody zobrazení uţívané v zobrazování kloubní chrupavky. Běţně dostupnou a uţívanou metodou zobrazení je prostý rentgenový snímek, který však chrupavku jako takovou zobrazit nedokáţe. Ovšem pro technickou a časovou nenáročnost a nízké náklady je nejčastěji pouţívanou zobrazovací metodou v běţné klinické praxi. Hellio Le Graverand ve své studii uvádí metodu pokoušející se o kvantifikaci míry poškození chrupavky osteoartrosou postiţených kloubů na podkladě měření výšky kloubní štěrbiny nativních snímků kloubu. Metoda zcela určitě velmi jednoduchá, ovšem velmi technicky náročná na přesnost provedení snímku. Zobrazením pomocí CT je zaloţeno na stejném principu jako prostý snímek, coţ znamená, ţe chrupavka kloubu není pomocí CT zobrazitelná. Cílená vyšetření kloubní chrupavky se neprovádí, vţdy jde o vyšetření kloubu pro jinou patologii (trauma event. tumor). Zobrazení pomocí ultrazvuku není pro omezenou dostupnost kloubní chrupavky pouţitelné, postiţení artikulární chrupavky při UZ vyšetření bývá pouze vedlejším nálezem při zobrazení měkkých tkání a případně menisků. Ideální vyšetřovací metodou v zobrazení kloubní chrupavky je magnetická rezonance. Při své neinvazivnosti a výborném prostorovém rozlišení zastává v současné době první místo. Metoda umoţňuje vyuţití různých sekvencí k zobrazení chrupavek, především sekvencí PD a sekvencí s potlačením signálu tuku. Poměrně novými jsou metody T2 mapování a zobrazení s aplikací kontrastních látek tvz. dgemric. Práce je zaměřena na posouzení stavu respektive objemů chrupavky u pacientů v závislosti na věku a pohlaví. Základní tezí byl průkaz úbytku chrupavky v závislosti na věku, který byl v práci prokázán. Změny jsou dány chronickým přetěţováním kloubů, kdy 50
reparativní schopnosti buněk chrupavky jiţ nejsou dostačující a vedou k opotřebení kloubní chrupavky (38, 39, 60). U pacientů v našem souboru byl prokázán statisticky významný úbytek chrupavčité tkáně jiţ ve věku 30-39. V souboru pacientů dále prokazujeme významný úbytek chrupavčité tkáně kloubu u ţen, změny patrně související s hormonálním vlivem estradiolu na růst chrupavky (10, 40). Dysplastické tvary pately (hodnoceny v souboru dle Wibergovy klasifikace) vedou k nestabilitě a častějšímu poškození chrupavky femoropatelárního kloubu. U námi vyšetřovaných pacientů byl nejčastěji se vyskytující tvar pately II. a II.-III.typu. U pacientů s dysplazií čéšky bylo poškození chondromalacií a osteoartrózou častější, ovšem tito nebyly do souboru zařazeni. Při hodnocení souboru neprokazujeme statistické rozdílu v závislosti na výšce chrupavky v oblasti crista patellae u jednotlivých skupin, coţ je dáno nejspíše velkou variabilitou tvarů čéšky a velikostí kloubních ploch. Při vyšetřování pacientů jsme se snaţili o omezení vlivu zátěţe na objem chrupavky posazením pacientů do čekárny a minimálně 20 minutovým klidem (55). V soudobé literatuře se nacházejí poznatky o změně objemů chrupavek v závislosti na zvýšené zátěţi u maratonských běţců (35, 37). Studie ukazují na zvětšení objemů po zátěţi při zvýšeném podílu vody v chrupavce. Ve studii jsme se nezabývali vlivem léků na objemy chrupavek, stejně tak jsme se nezabývali vlivem povolání a pohybových aktivit pacientů na objem chrupavky. Získaná data nebyla porovnávána s výškou a váhou pacientů, resp. BMI (body mass index), ačkoliv lze předpokládat vliv zvyšujícího se BMI na objem chrupavky. 51
8. Závěr Ve své disertační práci předkládám souhrn moţností zobrazení kloubní chrupavky pomocí radiologických zobrazovacích metod včetně volumetrických měření a prokázat závislost pohlaví a věku na objem chrupavky. Při hodnocení volumetrie se vţdy jednalo o kloubní chrupavku zdravou, nepoškozenou změnami při chondropatii, změnách degenerativních či zánětlivých. Zobrazovací metody uţívané k zobrazení artikulární chrupavky běţně uţívané v praxi sledují zvyklý algoritmus (korelující s finanční a časovou náročností vyšetření) od prostých rentgenových snímků, zobrazení ultrazvukem aţ po prozatím bezkonkurenční postavení v diagnostice patologií kloubní chrupavky zobrazením magnetickou rezonancí. Magnetická rezonance nabízí širokou škálu moţností k zobrazení chondrálních patologií, které je v konečném důsledku odvislé od vybavení a nastavení protokolů pracoviště. Z výsledků práce vyplývá skutečnost, ţe s věkem respektive stárnutím dochází k úbytku tkáně chrupavky kloubu a ţe úbytek chrupavky je významnější u ţen. Výchozí předpoklad vlivu dysplazie pately na objem chrupavky se ukázal jako mylný, ačkoliv procento pacientů s dysplazií pately a nepoškozenou chrupavkou bylo podstatně menší u pacientů ve skupinách nad 30 let. Lze předpokládat praktické vyuţití vytvořeného skórovacího systému. Na základě zhotovené volumetrie porovnáme získaná data (objem chrupavky) v závislosti na věku a pohlaví s hodnotami jiţ vyhodnocenými v naší studii. Tedy zhodnotit, je-li objem chrupavky u pacienta přiměřený věku a pohlaví. V budoucnu by se dalo volumetrických měření chrupavek kloubů vyuţít pro sledování terapie. Jednak sledování objemů chrupavek po chirurgickém ošetření transplantací, které je umoţněno moderními metodami implantace štěpů in vitro vypěstovaných chondrocytů či mozaikoplastikami. Uţ samotné měření objemu defektu chrupavky nabývá podstatného 52
významu pro ošetřující lékaře, kteří si tak mohou předem zvolit metodu terapie resp. ošetření chrupavky a případně i posoudit velikost implantovaného štěpu. Vyuţití volumetrických měření lze pak především pouţít při sledování pacientů léčených farmakologicky, sledování efektu terapie v čase s její volumetrickou objektivizací. Stejně tak by mohlo být zajímavým určení vlivu hmotnosti respektive BMI k míře poškození chrupavky a vlivu nefyziologických poloh u některých zaměstnání kupř.dlaţdičů. Určením dávky zátěţe, lze posoudit změnu objemu chrupavky a pomocí MR zobrazovacích sekvencí určit míru jejího poškození, předpokládám, ţe určení míry snesitelné zátěţe by mohlo mít praktický význam například pro některé vrcholové sportovce. 53
Obrazová příloha Obr. 15: Protokol k vyšetření kolena FN Brno - PD sekvence v koronární rovině Obr. 16 : Protokol k vyšetření kolena FN Brno - PD sekvence v rovině sagitální 54
Obr. 17: Protokol k vyšetření kolena FN Brno - T1 v.o. v rovině sagitální Obr. 18 : Protokol k vyšetření kolena FN Brno - PD mspir sekvence v rovině sagitální 55
Obr. 19: Protokol k vyšetření kolena FN Brno - 3D WATSf sekvence koronárně Obr. 20 : Protokol k vyšetření kolena FN Brno - 3D WATSf sekvence v rovině transversální 56
Obr. 21 : 3D WATSf sekvence, zakreslení chrupavky, 1. krok provedení volumetrie pomocí poloautomatického programu SyngoImaging XS VA60A 57
Obr. 22 : 3D WATSf sekvence, pomocí funkce complete shape programu SyngoImaging XS VA60A jsou automatické dopočítání plochy v označených a neoznačených řezech, krok 2. 58
Obr. 23 : Program SyngoImaging XS VA60A ve třetím kroku vyhodnotí objem chrupavky; možnost kontroly zakreslení ve třech základních rovinách. 59
Obr. 24: 3D rekonstrukce kloubní chrupavky pately Obr. 25 : 3D rekonstrukce pately 60
Obr. 26 : 3D rekonstrukce axiálně, řez zobrazující podíl chrupavky vůči kostěnné porci pately Obr. 27: 3D rekonstrukce axiálně, řez zobrazující podíl chrupavky vůči kostěnné porci pately 61
Obr. 28: 3D rekonstrukce axiálně, řez zobrazující podíl chrupavky vůči kostěnné porci pately 62