Diagnóstico de la artrosis: IRM del cartílago articular

La imagen de resonancia magnética del cartílago articular refleja la totalidad de su estructura histológica y composición bioquímica. El cartílago articular es hialino, carente de irrigación sanguínea, drenaje linfático e inervación propias. Está compuesto de agua e iones, fibras de colágeno tipo II, condrocitos, proteoglicanos agregados y otras glicoproteínas. Las fibras de colágeno se fortalecen en la capa subcondral del hueso, como un ancla, y discurren perpendiculares a la superficie articular, donde divergen horizontalmente. Entre las fibras de colágeno se encuentran grandes moléculas de proteoglicanos con una carga negativa significativa, que atraen intensamente las moléculas de agua. Los condrocitos del cartílago se ubican en columnas uniformes. Sintetizan colágeno y proteoglicanos, así como enzimas inactivas que degradan enzimas e inhibidores enzimáticos.

Histológicamente, se han identificado tres capas de cartílago en articulaciones grandes, como la rodilla y la cadera. La capa más profunda es la unión del cartílago con el hueso subcondral y sirve como capa de anclaje para una extensa red de fibras de colágeno que se extienden desde ella hasta la superficie en densos haces conectados por numerosas fibrillas reticuladas. Esta capa se denomina capa radial. Hacia la superficie articular, las fibras de colágeno individuales se afinan y se agrupan en conjuntos paralelos más regulares y compactos, con menos reticulaciones. La capa media, la capa de transición o intermedia, contiene fibras de colágeno organizadas de forma más aleatoria, la mayoría de las cuales están orientadas oblicuamente para resistir cargas verticales, presiones e impactos. La capa más superficial del cartílago articular, conocida como capa tangencial, es una capa delgada de fibras de colágeno densamente compactadas y orientadas tangencialmente que resiste las fuerzas de tracción ejercidas por la carga compresiva y forma una barrera impermeable al líquido intersticial, impidiendo su pérdida durante la compresión. Las fibras de colágeno más superficiales de esta capa se disponen horizontalmente, formando densas láminas horizontales sobre la superficie articular, aunque las fibrillas de la zona tangencial superficial no están necesariamente conectadas con las de las capas más profundas.

Como se ha observado, dentro de esta compleja red celular de fibras se encuentran agregadas moléculas de proteoglicanos hidrófilos. Estas grandes moléculas presentan fragmentos SQ y COO⁻ con carga negativa en los extremos de sus numerosas ramificaciones, que atraen fuertemente a los iones con carga opuesta (generalmente Na ⁺ ), lo que a su vez promueve la penetración osmótica del agua en el cartílago. La presión dentro de la red de colágeno es enorme, y el cartílago funciona como un colchón hidrodinámico extremadamente eficiente. La compresión de la superficie articular provoca un desplazamiento horizontal del agua contenida en el cartílago, ya que la red de fibras de colágeno se comprime. El agua se redistribuye dentro del cartílago, de modo que su volumen total no varía. Cuando la compresión tras la carga articular se reduce o se elimina, el agua retrocede, atraída por la carga negativa de los proteoglicanos. Este es el mecanismo que mantiene un alto contenido de agua y, por lo tanto, una alta densidad protónica del cartílago. El mayor contenido de agua se observa cerca de la superficie articular y disminuye hacia el hueso subcondral. La concentración de proteoglicanos aumenta en las capas profundas del cartílago.

Actualmente, la resonancia magnética (RM) es la principal técnica de imagen para el cartílago hialino, y se realiza principalmente mediante secuencias de eco de gradiente (GE). La RM refleja el contenido de agua del cartílago. Sin embargo, la cantidad de protones de agua que contiene es importante. El contenido y la distribución de las moléculas de proteoglicanos hidrófilos, así como la organización anisotrópica de las fibrillas de colágeno, afectan no solo a la cantidad total de agua (es decir, la densidad protónica) en el cartílago, sino también al estado de las propiedades de relajación (T2) de esta agua, lo que confiere al cartílago sus características imágenes "zonales" o estratificadas en la RM, que algunos investigadores consideran que corresponden a las capas histológicas del cartílago.

En imágenes con tiempos de eco (TE) muy cortos (menos de 5 ms), las imágenes de cartílago con mayor resolución suelen mostrar una imagen de dos capas: la capa profunda está ubicada más cerca del hueso en la zona de precalcificación y tiene una señal baja, ya que la presencia de calcio acorta en gran medida el TR y no produce una imagen; la capa superficial produce una señal MP de intensidad media a alta.

En imágenes TE intermedias (5-40 ms), el cartílago presenta una apariencia de tres capas: una capa superficial con baja señal; una capa de transición con intensidad de señal intermedia; y una capa profunda con baja señal MP. En la ponderación T2, la señal no incluye la capa intermedia, por lo que la imagen del cartílago presenta una intensidad homogéneamente baja. Cuando se utiliza una resolución espacial baja, a veces aparece una capa adicional en imágenes TE cortas debido a artefactos de corte oblicuo y al alto contraste en la interfaz cartílago-líquido. Esto se puede evitar aumentando el tamaño de la matriz.

Además, algunas de estas zonas (capas) pueden no ser visibles en determinadas condiciones. Por ejemplo, cuando cambia el ángulo entre el eje del cartílago y el campo magnético principal, la apariencia de las capas del cartílago puede cambiar y el cartílago puede presentar una imagen homogénea. Los autores explican este fenómeno por la propiedad anisotrópica de las fibras de colágeno y su diferente orientación dentro de cada capa.

Otros autores creen que la obtención de una imagen estratificada del cartílago no es fiable y constituye un artefacto. Las opiniones de los investigadores también difieren en cuanto a la intensidad de las señales de las imágenes de tres capas del cartílago obtenidas. Estos estudios son muy interesantes y, por supuesto, requieren mayor investigación.

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Cambios estructurales del cartílago en la osteoartritis

En las primeras etapas de la osteoartritis, se produce la degradación de la red de colágeno en las capas superficiales del cartílago, lo que provoca el desgaste superficial y una mayor permeabilidad al agua. A medida que se destruyen algunos proteoglicanos, aparecen más glicosaminoglicanos con carga negativa, que atraen cationes y moléculas de agua, mientras que los proteoglicanos restantes pierden su capacidad de atraer y retener agua. Además, la pérdida de proteoglicanos reduce su efecto inhibidor sobre el flujo intersticial de agua. Como resultado, el cartílago se hincha, el mecanismo de compresión (retención) de líquido no funciona y su resistencia a la compresión disminuye. Se produce la transferencia de la mayor parte de la carga a la matriz dura ya dañada, lo que hace que el cartílago hinchado se vuelva más susceptible al daño mecánico. Como resultado, el cartílago se restaura o continúa deteriorándose.

Además del daño a los proteoglicanos, la red de colágeno se destruye parcialmente y ya no se restaura, y aparecen grietas verticales y úlceras en el cartílago. Estas lesiones pueden extenderse por el cartílago hasta el hueso subcondral. Los productos de descomposición y el líquido sinovial se extienden a la capa basal, lo que provoca la aparición de pequeñas áreas de osteonecrosis y quistes subcondrales.

Paralelamente a estos procesos, el cartílago experimenta una serie de cambios reparadores para restaurar la superficie articular dañada, entre los que se incluye la formación de condrófitos. Estos últimos finalmente experimentan una osificación endocondral y se convierten en osteofitos.

El trauma mecánico agudo y la carga compresiva pueden provocar el desarrollo de grietas horizontales en la capa calcificada profunda del cartílago y el desprendimiento del cartílago del hueso subcondral. La división basal o delaminación del cartílago de esta manera puede servir como mecanismo de degeneración no solo del cartílago normal bajo sobrecarga mecánica, sino también en la osteoartrosis, cuando hay inestabilidad articular. Si el cartílago hialino se destruye completamente y la superficie articular queda expuesta, entonces son posibles dos procesos: el primero es la formación de esclerosis densa en la superficie ósea, que se denomina eburnación; el segundo es el daño y la compresión de las trabéculas, que en las imágenes de rayos X se asemeja a la esclerosis subcondral. En consecuencia, el primer proceso puede considerarse compensatorio, mientras que el segundo es claramente una fase de destrucción articular.

El aumento del contenido de agua del cartílago incrementa su densidad protónica y elimina los efectos de acortamiento en T2 de la matriz de proteoglicanos y colágeno, que presenta una alta intensidad de señal en áreas dañadas en las secuencias de resonancia magnética convencionales. Esta condromalacia temprana, que constituye el primer signo de daño del cartílago, puede ser visible incluso antes de que se produzca un adelgazamiento leve del cartílago. En esta etapa también puede presentarse un leve engrosamiento o hinchazón del cartílago. Los cambios estructurales y biomecánicos en el cartílago articular son progresivos, con pérdida de sustancia fundamental. Estos procesos pueden ser focales o difusos, limitados a adelgazamiento y desgaste superficial, o a la desaparición completa del cartílago. En algunos casos, se puede observar engrosamiento o hinchazón focal del cartílago sin alteración de la superficie articular. En la osteoartritis, a menudo se observa un aumento focal de la intensidad de señal del cartílago en las imágenes ponderadas en T2, confirmado artroscópicamente por la presencia de cambios lineales superficiales, transmurales y profundos. Esto último puede reflejar cambios degenerativos profundos, que comienzan principalmente con el desprendimiento del cartílago de la capa calcificada o línea de marea. Los cambios tempranos pueden limitarse a las capas profundas del cartílago, en cuyo caso no son detectables mediante un examen artroscópico de la superficie articular. Sin embargo, la escasez focal de las capas profundas del cartílago puede llevar a la afectación de las capas adyacentes, a menudo con proliferación de hueso subcondral en forma de un osteofito central.

Existen datos en la literatura internacional sobre la posibilidad de obtener información cuantitativa sobre la composición del cartílago articular, por ejemplo, sobre el contenido de la fracción de agua y el coeficiente de difusión del agua en el cartílago. Esto se logra mediante programas especiales del tomógrafo de RM o con espectroscopia de RM. Ambos parámetros aumentan con el daño a la matriz de proteoglicanos y colágeno durante el daño del cartílago. La concentración de protones móviles (contenido de agua) en el cartílago disminuye desde la superficie articular hasta el hueso subcondral.

La evaluación cuantitativa de los cambios también es posible en imágenes ponderadas en T2. Al agrupar datos de imágenes del mismo cartílago obtenidos con diferentes TE, los autores evaluaron imágenes ponderadas en T2 (WI) del cartílago utilizando una curva exponencial adecuada a partir de los valores de intensidad de señal obtenidos para cada píxel. T2 se evalúa en un área específica del cartílago o se muestra en un mapa de todo el cartílago, en el que la intensidad de señal de cada píxel corresponde a T2 en esta ubicación. Sin embargo, a pesar de las capacidades relativamente grandes y la relativa facilidad del método descrito anteriormente, el papel de T2 se subestima, en parte debido a un aumento de los efectos relacionados con la difusión con el aumento de TE. T2 se subestima principalmente en el cartílago de condromalacia, cuando aumenta la difusión de agua. A menos que se utilicen tecnologías especiales, el aumento potencial en T2 medido con estas tecnologías en el cartílago de condromalacia suprimirá ligeramente los efectos relacionados con la difusión.

Por tanto, la resonancia magnética es un método muy prometedor para detectar y controlar los cambios estructurales tempranos característicos de la degeneración del cartílago articular.

Cambios morfológicos del cartílago en la osteoartritis

La evaluación de los cambios morfológicos en el cartílago depende de una alta resolución espacial y un alto contraste entre la superficie articular y el hueso subcondral. Esto se logra mejor utilizando secuencias GE 3D ponderadas en T1 con supresión de grasa, que reflejan con precisión los defectos locales identificados y verificados tanto en artroscopia como en material de autopsia. El cartílago también puede visualizarse mediante transferencia de magnetización por sustracción de imágenes, en cuyo caso el cartílago articular aparece como una banda separada con alta intensidad de señal, que contrasta claramente con el líquido sinovial adyacente de baja intensidad, el tejido graso intraarticular y la médula ósea subcondral. Sin embargo, este método produce imágenes la mitad de lentas que las imágenes ponderadas en T1 con supresión de grasa y, por lo tanto, es menos utilizado. Además, los defectos locales, las irregularidades superficiales y el adelgazamiento generalizado del cartílago articular pueden visualizarse mediante secuencias de RM convencionales. Según algunos autores, los parámetros morfológicos (grosor, volumen, geometría y topografía superficial del cartílago) pueden calcularse cuantitativamente utilizando imágenes de RM 3D. Al sumar los vóxeles que componen la imagen reconstruida en 3D del cartílago, se puede determinar el valor exacto de estas estructuras complejamente relacionadas. Además, medir el volumen total del cartílago obtenido a partir de cortes individuales es un método más sencillo debido a los menores cambios en el plano de cada corte y ofrece una resolución espacial más fiable. Al estudiar articulaciones de rodilla amputadas completas y especímenes rotulianos obtenidos durante artroplastias de estas articulaciones, se determinó el volumen total del cartílago articular del fémur, la tibia y la rótula, y se encontró una correlación entre los volúmenes obtenidos por resonancia magnética y los volúmenes correspondientes obtenidos separando el cartílago del hueso y midiéndolo histológicamente. Por lo tanto, esta tecnología puede ser útil para la evaluación dinámica de los cambios en el volumen del cartílago en pacientes con osteoartritis. Obtener las secciones necesarias y precisas del cartílago articular, especialmente en pacientes con osteoartritis, requiere la habilidad y experiencia suficientes del médico que realiza el examen, así como la disponibilidad de un software de resonancia magnética adecuado.

Las mediciones del volumen total contienen poca información sobre los cambios generalizados y, por lo tanto, son sensibles a la pérdida local de cartílago. Teóricamente, la pérdida o el adelgazamiento del cartílago en un área podría compensarse con un aumento equivalente del volumen del cartílago en otra parte de la articulación, y la medición del volumen total del cartílago no mostraría ninguna anomalía, por lo que dichos cambios no serían detectables con este método. La subdivisión del cartílago articular en pequeñas regiones discretas mediante reconstrucción 3D ha permitido estimar el volumen del cartílago en áreas específicas, particularmente en superficies que soportan fuerza. Sin embargo, la precisión de las mediciones se reduce porque se realiza muy poca subdivisión. En última instancia, se necesita una resolución espacial extremadamente alta para confirmar la precisión de las mediciones. Si se puede lograr una resolución espacial suficiente, la perspectiva de mapear el grosor del cartílago in vivo se vuelve posible. Los mapas de grosor del cartílago pueden reproducir el daño local durante la progresión de la osteoartritis.