Imágenes por Resonancia Magnética del Cartílago Articular

Avances Recientes

*Carlos Pineda Villaseñor, Reumatólogo y osteoradiólogo
adscrito al servicio de reumatología del Instituto Nacional de
Cardiología Ignacio Chávez. Investigador Nacional. Investigador
titular de los Institutos Nacionales de Salud. México, DF.

Resumen

Las articulaciones sinoviales están recubiertas por cartílago hialino, este es esencial para la adecuada función de las articulaciones diartrodiales del cuerpo humano. Desafortunadamente, a pesar de gran durabilidad, la degeneración y su destrucción pueden ser el resultado final de diferentes padecimientos reumáticos, tanto inflamatorios como no inflamatorios. Los recientes avances tanto quirúrgicos como farmacológicos para la prevención y tratamiento de la degeneración cartilaginosa, han creado la necesidad de un método de imagen para la evaluación del cartílago articular, en este sentido la resonancia magnética parece ser el método más promisorio, aunque en el momento su papel exacto aún no está definido. Aquí se presenta el estado actual y direcciones futuras de la resonancia magnética del cartílago articular.

Summary

Synovial joint articular surfaces are lined by hyaline articular cartilage, it is essential for normal function of diarthrodial joints in the body. Unfortunately, despite remarkable durability, degeneration or destruction can result from a number of rheumatologic conditions, both inflammatory and noninflammatory in nature. The recent development of surgical and pharmacologic methods for the treatment and prevention of chondral degeneration has created a need for an accurate imaging method for the evaluation of articular cartilage, although its role remains undefined in this regard, magnetic resonance imaging appears to be the most promising method. Here the current status and future directions of magnetic resonance imaging of the articular cartilage are presented.

El cartílago articular es una estructura esencial para la función normal de las articulaciones diartrodiales del cuerpo humano. Desafortunadamente, a pesar de su gran durabilidad, su degeneración y/o destrucción trae por resultado o bien es la consecuencia de diversos padecimientos reumáticos, tanto de naturaleza no inflamatoria como inflamatoria. Por otro lado, las lesiones traumáticas del cartílago, como las fracturas cartilaginosas u osteocartilaginosas, pueden también interferir con la función normal del cartílago articular. El reciente desarrollo de novedosas alternativas tanto quirúrgicas como farmacológicas para el tratamiento y prevención de la degeneración del cartílago articular, ha creado la necesidad de métodos de imagen adecuados para valorar el cartílago articular.

Métodos de imagen para la evaluación del cartílago articular

La radiología convencional. Es el método tradicional para evaluar el cartílago, nos permite exclusivamente una valoración indirecta de esta estructura intra-articular y es un método inadecuado para demostrar lesiones cartilaginosas en estadios tempranos, en su estructura interna o bien en su integridad.

La artrografía convencional, mediante la inyección intra-articular de material de contraste, logramos la visualización de las superficies cartilaginosas; sin embargo, esta técnica invasiva de imagen no permite la valoración de la estructura cartilaginosa interna. Por otro lado, debido a la anatomía compleja de la mayoría de las articulaciones diartrodiales, sobre todo de la rodilla, tampoco permite la valoración completa e integral de todas sus superficies.

El uso simultáneo de tomografía computada con artrografía, la llamada artrotomografía computada mejora la habilidad de evaluar articulaciones anatómicamente complejas. No obstante, la restricción de espacio que impone la reducida entrada del gantry del tomógrafo, que físicamente limita su capacidad para obtener imágenes en múltiples planos.

Las imágenes por resonancia magnética (RM), en virtud de su excelente resolución de los tejidos blandos, su capacidad multiplanar y su capacidad de visualizar directamente el cartílago, es sin duda el método más adecuado y promisorio para la evaluación del cartílago articular en diferentes padecimientos, tanto de naturaleza degenerativa como en la osteoartrosis, traumáticos como en el caso de las fracturas osteocartilaginosas, así como de naturaleza inflamatoria como en el caso de la artritis reumatoide. A pesar de sus teóricas ventajas, la RM no ha alcanzado un uso generalizado en la valoración de diferentes anormalidades cartilaginosas muy probablemente debido a que: No han sido completamente definidas ni la apariencia normal del cartílago articular ni tampoco las secuencias de pulso que demuestren las alteraciones cartilaginosas de manera óptima, por otro lado, el elevado costo del estudio y la preferencia de los Cirujanos Ortopédicos para efectuar artroscopia diagnóstica y terapéutica.

Estudios recientes, han iniciado la definición de estos puntos. Mi objetivo es entonces el de revisar de manera resumida los avances de las imágenes por RM en la valoración del cartílago articular y señalar sus tendencias futuras.

Aspecto normal de cartílago articular en IRM

Estado actual

Inicialmente, la mayor parte de los estudios de RM se dirigieron a evaluar la apariencia normal del cartílago articular, ésta fue descrita como una estructura con una intensidad de señal homogénea1-2. En el primer estudio in vitro dedicado a correlacionar la apariencia de RM con la histología del cartílago bovino, Lehner y sus colaboradores3 en 1989, demostraron la existencia de dos zonas de cartílago con diferentes tiempos de relajación en las secuencias T1 y T2. Con el uso de secuencias de pulso más intensas, el comportamiento magnético de estas dos zonas demostraba dos diferentes intensidades, una capa hipointensa superficial y una capa profunda que demostraba una mayor intensidad de la señal, conformándose así una estructura de apariencia bilaminar. Estas dos zonas fueron entonces correlacionadas con las capas histológicas normales del cartílago articular, encontrando que las dos diferentes intensidades de la señal obtenidas en RM correspondían a diferentes concentraciones de agua contenidas en las capas de cartílago, la superficial (82%) y la profunda (76%).

Dos años más tarde, Modl y colaboradores4, en un estudio in vitro de cartílago humano, confirmaron la apariencia laminar del cartílago articular; sin embargo, describieron un aspecto trilaminar mas que una apariencia bilaminar. Esta apariencia multilaminar fue también correlacionada con las diferentes zonas histológicas del cartílago articular, sin embargo, en esta ocasión se postuló que la apariencia trilaminar era debida a la diversa orientación de las fibras de colágena, mas que a diferencias en la concentración de agua dentro de las capas histológicas del cartílago. Una apariencia similar, de tres capas, ha sido confirmada en estudios in vivo de rodilla5, articulaciones facetarias6 y de articulaciones interfalángicas7 llevados a cabo en seres humanos.

Un estudio llevado a cabo en rotulas bovinas clarificó y confirmó aún más la apariencia multilaminar del cartílago. Rubenstein y sus colaboradores8 estudiaron la rótula en diferentes ángulos en relación con el campo magnético y encontraron que el cartílago adoptaba varias apariencias que dependían de la angulación con la que se estudiaba el cartílago. De esta manera, el cartílago mostraba una apariencia trilaminar que era más evidente en las posiciones de 0° y 90° con relación al campo magnético principal; el cartílago mostraba una apariencia homogénea a los 55° y a este fenómeno se le denominó “ángulo mágico”.

Usando microscopía de transmisión electrónica, Rubenstein y sus coautores8, correlacionaron las diferentes láminas observadas en RM con las capas histológicas del cartílago articular de la siguiente manera: la lámina superficial hiperintensa se postula que represente las capas histológicas tangencial y transicional y la parte superior de la capa radial. La lámina media, hipointensa, se cree que representa el grueso de la capa radial, y la capa profunda, isointensa, se correlacionó con la porción inferior de la zona radial. La zona de cartílago calcificado y la corteza ósea se señaló que forman la zona hipointensa que normalmente separa el cartílago de la médula ósea adyacente.

Secuencia de pulsos

Con relación a la secuencia de pulsos óptima para detectar alteraciones en el cartílago articular, así como la eficacia general de la RM para detectar anormalidades en el cartílago articular, no existe un acuerdo uniformemente aceptado. Los estudios iniciales que empleaban secuencias convencionales spin eco T1 y T2 mostraron resultados inconsistentes y desmotivantes ya que arrojaban sensibilidades y especificidades que variaban de 50% a 100%9.

La excelente resolución espacial que se obtiene con la secuencia de eco de gradiente tridimensional (EGR-3D) se basa en su capacidad para obtener cortes muy finos de espesor muy delgado y estructuralmente contiguos, mismos que pueden ser reconstruidos en diferentes planos, esta ventaja ha sido utilizada por varios investigadores para la detección temprana de pequeños defectos cartilaginosos. La mayor parte de estos estudios han empleado secuencias de pulso T2 para así obtener un efecto artrográfico. Desafortunadamente, a pesar de sus teóricas ventajas, la sensibilidad de esta técnica ha mostrado un pobre rendimiento; variando de cifras tan bajas como 31% hasta altas como el 87%.

La utilidad de las técnicas de supresión de grasa en la detección de alteraciones cartilaginosas también se ha explorado. En un intento de combinar las ventajas de las secuencias tridimensionales de alta resolución con las de la saturación de grasa, Recht y colaboradores10, optimizaron la secuencia de supresión de grasa y la de EGR-3D, que se utilizaba en el estudio de rodillas cadavéricas y encontraron que se obtenía una precisión diagnóstica del 90 al 95%. Un estudio reciente de gonartrosis, en el que se empleo una secuencia similar, mostró una excelente definición y diferenciación del cartílago normal del anormal; además permitió la diferenciación entre el líquido sinovial y la membrana sinovial hipertrofiada11.

Técnicas de IRM “exóticas”

La artrografía con RM llevada a cabo mediante la inyección intra-articular de gadolinio, ha sido también propuesta como útil en la detección de defectos cartilaginosos. En estudios llevados a cabo en superficies cartilaginosas cadavéricas a las que artificialmente se les había creado algún defecto, así como en otros estudios de defectos cartilaginosos llevados a cabo en rodillas humanas12, la artrografía con RM se encontró más precisa que las imágenes obtenidas con otras técnicas como las secuencias de eco de gradiente EGR-3D. La artrografía con RM presenta dos desventajas principales, convierte un procedimiento no-invasivo en uno invasivo, con todos los riesgos inherentes y segundo, incrementa el costo y el tiempo de estudio de RM13-14.

Las secuencias de transferencia de magnetización15 (TM) han sido también empleadas para estudiar el cartílago articular. La técnica de TM se basa en los diferentes grados de magnetización que se presentan entre los protones del agua y los protones contenidos en macromoléculas, de esta manera se genera un alto contraste en los tejidos blandos. En un estudio en el que se compararon las secuencias TM con las de supresión de grasa10, ambas imágenes fueron notoriamente similares, sin embargo, las obtenidas con supresión de grasa mostraron dos ventajas: se requirió de un menor tiempo para la adquisición las imágenes, y por otro lado, mostraron una adecuada capacidad para identificar el tejido sinovial sin la necesidad del empleo de medios de contraste. La técnica de TM requiere de equipos de alto Teslaje y es hasta ahora una técnica experimental, sin una aplicación clínica.

Las IRM por difusión permiten una medida del coeficiente de difusión efectivo de las moléculas del agua del cartílago. El mecanismo de difusión es aquel mediante el cual el cartílago articular obtiene su nutrición. Una degradación de las macromoléculas de la matriz cartilaginosa incrementa el coeficiente de difusión9.

Finalmente, la espectroscopía de sodio (Na23) provee información útil acerca de la estructura del cartílago articular. El Na se une a los proteoglicanos, la degeneración de los proteoglicanos es una manifestación temprana de OA, por lo que las determinaciones de este elemento pueden ser de utilidad en las fases iniciales del proceso degenerativo.

Resumen y tendencias futuras

A pesar de que prevalecen algunas preguntas sin una respuesta adecuada, se ha obtenido un gran progreso en el estudio por imágenes del cartílago articular con el empleo de la RM y mediante el uso de diferentes técnicas o secuencias de pulso.

Es claro que el cartílago articular posee una apariencia multilaminar que se puede correlacionar con las diferentes capas histológicas correspondientes del cartílago. A pesar de la necesidad de mayores y más numerosos estudios clínicos, la técnica de supresión de grasa es en la actualidad la más adecuada para el estudio de los defectos cartilaginosos que se presentan como resultado de la osteoartrosis o bien de lesiones traumáticas o aquellas que derivan de procesos articulares inflamatorios. Esta técnica es útil en demostrar lesiones de la superficie cartilaginosa en las grandes articulaciones como la rodilla, sin embargo, la demostración de cambios degenerativos del cartílago articular en etapas más tempranas, previas a la aparición de defectos en la superficie, así como defectos cartilaginosos en las pequeñas articulaciones permanecen por esclarecerse. Parece ser que las imágenes cualitativas no serán suficientes para responder las preguntas remanentes y que el empleo de imágenes cuantitativas de RM será necesario. Estas imágenes cuantitativas pueden tomar la forma de mediciones de secuencias de TM o bien mediciones de las propiedades físicas del cartílago como la difusión. En un estudio de Burstein y colaboradores16, encontraron cambios en la difusividad del cartílago bovino tratado con tripsina cuando se comparó con el cartílago bovino normal. Si estos cambios pudieran ser determinados en el cartílago humano degenerado, la espectroscopia por RM podría ser empleada para la identificación de cambios degenerativos temprana del cartílago articular.

En resumen, a pesar de que el papel de la RM del cartílago articular no ha sido del todo definido, esta técnica es promisoria como una forma no-invasiva de estudiar las anormalidades del cartílago articular.

Referencias

1. Tyrell RL, Gluckert K, Pathria M, Modic MT. Fast three-dimensional MR imaging of the knee: comparison with arthroscopy. Radiology 1988; 166: 865-872.
2. Speer KP, Spritzer CE, Goldner JL, Garrett WE. Magnetic resonance imaging of traumatic knee articular cartilage injuries. Am J Sports Med 1991; 19: 396-402.
3. Lehner KB, Rech HP, Gmeinwieser JK, Heuck AF, Lukas HP, Kohn HP. Structure, function, and degeneration of bovine hyaline cartilage: Assessment with MR imaging in vitro. Radiology 1989; 170: 495 – 499.
4. Modl JM, Sether LA, Haughton VM, Kneeland JB. Articular cartilage: correlation of histologic zones with signal intesity at MR imaging. Radiology 1991; 181: 853-855.
5. Paul PK, Jasani MK, Sebok D, Rakhit A, Dunton AW, Douglas FL. Variation in MR signal intensity across normal human knee cartilage. J magn Reson Imag 1993; 3: 569-574.
6. Monson NL, Haughton VM, Modl JM, Sether LA, Ho KC. Normal and degenerating articular cartilage: in vitro correlation of MR imaging and histologic findings. J Mag Reson Imag 1992; 2: 41-45.
7. Fry ME, Jakoby RK, Hutton CW, et al. High-resolution magnetic resonance imaging of the interphalangeal joints of the hand. Skeletal radiol 1991; 20: 273-277.
8. Rubenstein JD, Kim JK, Morava-protzner I, Stanchev PL, Henkelman RM. Effects of colagen orientation of MR imaging characteriztics of bovine articular cartilage. Radiology 1993;188: 219-226.
9. Hayes CW, Sawyer RW, Conway WF. Patellar cartilage lesions: In vitro detection and staging with MR imaging and pathologic correlation. Radiology 1990; 176: 479-483.
10. Recht MP, Kramer J, Marcelis S, et al. Abnormalities of articular cartilage in the knee: Analysis of available MR techniques. Radiology 1993; 187: 473-478.
11. Peterfy CG, Majumdar S, Lang P, Van Dijke CF, Sack K, Genant HK: MR imaging of the arthritic knee: Improved discrimination of cartilage, synovium and effusion with pulse satutration transfer and fat – suppressed T1-weighted sequences. Radiology 1994; 191: 413-419.
12. Gylys-Morrin VM, Hajek PC, Sartoris DJ, Resnick D. Articular cartilage defects: Detectability in cadaver knees with MR AJR 1987; 148: 1153-1157.
13. Kramer J, Recht MP, Imhof H, Engel A. MR contrast artrography (MRA) in assessment of cartilage lesions. J Comput Assist Tomogr 1994; 18: 218-224.
14. Kramer J, Stiglbauer R Engel A, Paryer, Imhof H,: MR contrat artrography (MRA) in osteochondrosis dissecans. J Comput Assist Tomogr 1992; 16: 254-260.
15. Wolf SD, Chesnick S, Frank JA, Lim KO, Balaban RS. Magnetization transfer contrast: MR imaging of the knee. Radiology 1991; 179: 623-628.
16. Burstein D, Gray ML, Hartman AL, Gipe R, Foy BD. Diffusion of small solutes in cartilage as measured by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging. J Orthop Res 1993; 11: 465-478.