Gregory N. Kawchuk, Jerome Fryer,Jacob L. Jaremko, Hongbo Zeng, Lindsay Rowe, Richard Thompson
Resumo
Estalidos emitidos a partir de articulações sinoviais humanos têm sido atribuídos, historicamente, ao colapso repentino de uma bolha de cavitação formado superfícies articulares quando são separados. Infelizmente, colapso da bolha como a fonte de estalido na articulação é incompatível com muitos fenômenos físicos que definem o fenômeno do estalido da articulação.
Aqui apresentamos evidência direta de em tempo real imagens de ressonância magnética que o mecanismo de estalido da articulação está relacionada à formação da cavitação em vez de colapso da bolha. Neste estudo, dez articulações metacarpofalângicas foram estudados através da inserção do dedo de interesse dentro de um tubo flexível apertada em torno de um comprimento de cabo utilizado para proporcionar tração no eixo de comprimento. Antes e depois de tração, imagens de ressonância magnético estáticos 3D T1-ponderadas foram adquiridos. Durante a tração, rápidas imagens de ressonância magnética foram obtidas a partir da linha média da articulação a uma taxa de 3,2 quadros por segundo, até que o evento do estalido ocorreu. Enquanto as forças de tração aumentou, em tempo real imagens da ressonância magnética demonstrou início cavidade rápido no momento da separação da articulação e produção de som depois que a cavitação resultante permaneceu visível.
Os nossos resultados oferecem evidências experimentais diretas de que os estalidos das articulações está associado com a criação da cavitação, em vez de colapso de uma bolha de pré-existente. Estas observações são consistentes com tribonucleation, um processo conhecido em que as superfícies opostas resistem a separação até um ponto crítico, onde, em seguida, ocorre a separação rápida cria gás sustentadas das cavitações. Observado anteriormente in vitro, esta é a primeira in-vivo demonstração macroscópica da tribonucleation e, como tal, oferece um novo quadro teórico para investigar os resultados de saúde associados com estalido da articulação.
Figura 1. A bobina de radiofrequência no interior da caixa transparente (à esquerda).
A articulação metacarpofalângica (MCP) de interesse centrada sobre a abertura da bobina de radiofrequência (meio). Os participantes dentro da maquina de imagem de ressonância(à direita).
Fig 2. T1 imagens estáticas da mão na fase de repouso antes do estalido(à esquerda).
Fig 3. Ainda imagens que representam a área da articulação (MCP).
Fig 4. Tempo gráficos de séries da distância separada da articulação e sinal da intensidade ao longo de uma articulação MCP representativo (parcelas).
INTRODUÇÃO
Sons emitidos a partir de articulações sinoviais humanos variam em sua origem. Ruídos articulares que ocorrem repetidamente com mobilidade articular em movimento surgem normalmente quando as estruturas anatômicas encontram-se passado uma na outra. Em contraste, "estalidos" sons requerem tempo para passar antes que eles possam ser repetido apesar dos movimentos contínuos das articulações. Embora várias hipóteses têm sido propostas ao longo de muitas décadas a respeito da origem dos sons de estalo, nenhum foram validados; o mecanismo subjacente de estalidos permanece desconhecido.
HISTÓRIA
Em 1947, Roston e Wheeler Haines publicou o primeiro estudo científico para descrever as origens dos estalidos das articulações. Seu experimento utilizou uma serie de radiografias para visualizar o estalido da articulação quando as forças de distração foram aplicados a articulação metacarpofalangeanas (MCF). Seus resultados são caracterizadas por uma seqüência de eventos articulares brutas que definem o estalido da articulação. O processo começa com a fase de repouso onde superfícies articulares estão em contato próximo. Nesta fase, a força de distração vai mal separar as superfícies articulares. Com uma maior força de distração, as superfícies resistem a separação até um ponto crítico após o qual eles se separam rapidamente. É durante esta fase de separação rápida que o som de estalido característico é produzido.
Seguindo o estalido, a articulação está em uma fase refratária onde mais nenhum estalo pode ocorrer até um determinado tempo (aproximadamente 20 minutos). É importante ressaltar que no pós estalo da distração também revela a presença de um "espaço livre" assumida por Roston e Wheeler Haines para ser uma cavidade vapor. Esta cavidade, descrito por alguns como uma bolha, foi pensado de forma que as forças de distração diminuísse a pressão dentro do fluido sinovial para um ponto que fosse dissolvidos o gás que sai da solução. É importante ressaltar que Roston e Wheeler Haines ligada à produção do som do estalo para a formação deste espaço claro, um fenômeno descrito pela primeira vez em 1911, mas considerado por alguns como ocorrem apenas nas articulações saudáveis até demonstrado ocorrer em condições normais das articulações.
Esta interpretação de estalido da artiulação manteve-se como o padrão durante 24 anos, até 1971, quando Unsworth, Dowson e Wright refutou esta opinião, afirmando que o mecanismo exato do estalido da articulação "estava em dúvida". Embora Unsworth et al. utilizaram um procedimento radiográfico semelhante para confirmar a mesma seqüência de eventos descritos por Roston e Wheeler Haines, eles chegaram a uma conclusão diferente. Especificamente, Unsworth et al. Especula-se que a formação de um espaço livre, ou bolha, não foi a fonte do estalido da articulação, mas o estalido foi causada por subsequente colapso da bolha. Esta ideia foi provavelmente influenciado pela percepção de que colapso da bolha pode causar danos em superfícies adjacentes à própria bolha. Descrita pela primeira vez por Rayleigh, em 1917, o colapso cavitação entrou na frente no final dos anos 1960 como uma fonte de danos significativos em equipamentos marítimos, como hélices, aerobarcos.
Como resultado, as publicações desde 1971 foram referenciados Roston ou Unsworth ou ambos ao descrever os estalidos da articulação. Para aumentar a confusão, outros sugeriram que o som produzido durante estalido da articulação ocorre através de recuo ligamentar. Ainda outros advogam para um mecanismo adicional conhecida por adesão ou tribonucleation viscoso, um processo que ocorre quando duas superfícies estreitamente opostas são separadas por uma fina película de líquido viscoso. Quando essas superfícies são distraídos, adesão viscoso ou tensão entre as superfícies de resistir a sua separação. Então, como as forças de distração supera as forças de adesão, as superfícies se separa rapidamente, criando uma pressão negativa. Esta pressão negativa, combinada com a velocidade com que as superfícies são separadas, pode criar uma cavidade a vapor dentro de fluido muito parecido com um sólido que foi fraturado.
Infelizmente, não existe nenhuma evidência direta para resolver essas perspectivas diferentes quanto ao mecanismo de estalidos da articulação. Enquanto muitos têm usado vários meios radiográficos para gravar eventos associados aos estalidos da articulações, estas técnicas têm uma série de limitações que conspiram para obscurecer eventos intra-articulares devido a baixa resolução do espaço-tempo, o contraste insuficiente e superposição de estruturas.
Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi caracterizar os eventos associados com estalido da articulação dentro da própria articulação utilizando em tempo real imagens de ressonância magnética (MRI). Aqui apresentamos evidência direta de MRI que o mecanismo do estalido da articulação está relacionada à formação da cavitação em vez de colapso da bolha.
MATÉRIAS E MÉTODOS
Declaração de Ética
Um homem adulto que possui a capacidade de estalar suas articulações MCP foi fornecido informação completa dos acontecimentos, o consentimento escrito para participar deste estudo aprovado pelo Comitê de Ética Conselho de Administração da Universidade de Alberta Humano.
PREPARAÇÃO
Dez articulações MCP de um único participante foram estudadas mais de duas sessões com um dedo em um momento isolado para a imagem . Com o sujeito em pronação, o dedo de interesse foi inserido em um tubo que cobria o dedo do ápice para o meio caminho entre o MCP e a articulação interfalângica proximal (Fig. 1). Esta extremidade do tubo foi apertada com o dedo com uma abraçadeira de fivela. A extremidade oposta do tubo foi ligado em série a um cabo de diâmetro de ¼". A MCP de interesse foi, em seguida, centrado sobre a parte superior de uma bobina de radiofrequência concebido para imagiologia de ressonância magnética de dígitos com o eixo longo do dedo perpendicular ao furo da bobina (Fig. 1).
IMAGEM
Os exames de imagem foram realizados em um sistema Siemens Sonata 1.5T (Sonata; Siemens Healthcare; Erlangen, Alemanha), utilizando o Siemens bobina dedo. Antes e depois de MCP distração, imagens de ressonância magnética estática foram obtidos da articulação MCP (3D T1 ponderada GRE: Campo de visão = 160 x 120 mm, 256 x matriz 192, espessura de 2 mm, ângulo de flip = 30 graus, TR = 20,0 ms, TE = 3,17 ms, a largura de banda = 250 Hz / pixel). Durante a distração da articulação MCP, MRI foi adquirida a partir da linha média da articulação a uma taxa de 3,2 quadros por segundo até que a força de distração foi removido após o evento estalido. Parâmetros de imagem para um único tiro de estado estacionário livre de precessão (SSFP) seqüência de pulsos foram os seguintes: Campo de visão = 200 x 75 mm, 192 x 72 matriz, 5 milímetros de espessura de corte, ângulo de flip = 70 graus, TR = 4,30 ms, TE = 2.15 ms, a largura de banda = 1000 Hz / pixel.
DISTRAÇÃO DA ARTICULAÇÃO
Com o sujeito em pronação, a mão e a bobina de radiofrequência foram fixada a estrutura de imagem posicionadas no magneto (Fig. 1). O cabo ligado ao dedo de interesse foi, em seguida, fixada através do magneto de modo que saiu do lado oposto do sujeito. Durante a aquisição MRI, uma força de distração aumentada lentamente foi aplicada manualmente através do cabo até que o sujeito indicasse a ocorrência do estalido da articulação. A qualquer momento, o sujeito poderia solicitar que o processo fosse interrompido por qualquer motivo (que não ocorreu). No 5º MCP, a distração foi cessada imediatamente após o evento estalido. Nos restantes 5 casos, forças de distração foram mantidas durante cerca de 5 segundos após estalido.
ANÁLISE DE IMAGEM
Imagens estáticas foram exibidos com software fornecido pelo fabricante de magneto. As imagens de ressonância magnética foram carregados como sequências de imagem em software Image J, para posterior análise. Dentro deste software, imagens antes do início da distração e após a cessação da distração foram suprimidos da sequência de imagens. A sequência de imagens restante foi então convertido em imagens binárias utilizando configurações de limite padrão dentro Imagem J. O espaço entre as superfícies articulares foi então medida antes da distração da articulação, imediatamente após o evento estalido (o quadro imediatamente após separação rápida da articulação) e uma vez que forças de distração foram interrompidas. Medição do espaço entre as articulações foi realizada por um script personalizado J Imagem que converteu as imagens na sequência para um formato binário. Em cada quadro, bordas da articulação foram detectados automaticamente através de limiar e o espaço total entre as superfícies articulares medidos dentro de uma região definida de interesse. Além disso, a intensidade do sinal de MRI foi avaliada como uma função de tempo, na região de interesse, onde ocorreu a formação de cavitação, bem como nas zonas de controle em que não era esperado para alterar a intensidade do sinal (isto é, osso esponjoso). Todas as imagens foram analisadas por um físico de imagem e dois radiologistas certificados usando as configurações de contraste nativo.
RESULTADOS
Todos as imagens das dez articulações MCP resultou em estalidos articular como foi confirmado pelo sujeito e o operador de cabo.
As imagens estáticas revelou articulações normais MCP com a esperada falta de qualquer cavidade gasoso antes da distração articulação (Fig. 2). Após o evento de estalidos, imagem estática, com a adição da distração MCP produziu um i vazio escuro intra-articular (Fig. 2).
As imagens MRI revelou uma sequência de eventos coerentes com essa linha de Roston e Wheeler Haines. Um vídeo desses eventos pode ser visto no material suplementar (S1 Video). Quatro quadros da 4ª articulação MCP direito que descreve os eventos intra-articulares características associadas com estalidos da articulação são apresentados na Fig. 3: descansando geometria da articulação (Fig. 3A), um período de tempo pouco antes do estalido (Fig 3B.), Um período de tempo logo após estalido (Fig 3C.) E um quadro definitivo após a liberação de forças de distração (Fig. 3D). Nos materiais suplementares, uma série de imagens é apresentada mostrando apenas após o momento do estalo articular em todas as articulações MCP investigadas (S1 Fig.). Fig. 4 mostra uma série de tempo desses eventos para exibir distância de separação da articulação e mudanças no MRI sinal intensidades representativo do dedo no evento do estalido.
A distância de separação da articulação mostra um aumento lento para o ponto de articulação de libertação em 6,2 s, tal como indicado pelo marcador vertical (quadro da esquerda). A intensidade do sinal de MRI no interior do espaço intra-articular (Região 1) cai para revelar um sinal nulo, ao mesmo tempo que expande articulação (6,2 segundos). Regiões de controle do fluido do lado de fora do espaço intra-articular (Região 2) e na medula óssea (Região 3) mostram a intensidade do sinal relativamente imutáveis ao longo da experiência. Todas as regiões foram transferidas em cada frame para controlar o movimento dos ossos. Finalmente, a intensidade de sinal do espaço intra-articular (Região 1) mostraram um aumento estável com apenas distração antes do estalido da articulação (Fig. 3B). As imagens fixas no fundo da Fig. 4 Destaque frames anteriores, e logo após, estalos d articulação demonstram um aumento de sinal na região 1 e da queda de sinal subsequente na mesma região.
O estalido da articulação sempre ocorreu ao longo de um quadro de imagem única que significava a sua duração foi menor do que a duração do quadro único (ou seja, 310 ms). Os testes mostraram uma diferença significativa no espaço articular no quadro antes (0,93 milímetros +/- 0,73 milímetros STD) e após (1,89 milímetros +/- 0,59 milímetros STD) separação superfície rápida / cracking (p = 0,001) . O espaço de separação conjunta média antes do ensaio e depois do teste não foi significativamente diferente (p = 0,21).
O vazio sinal como um resultado do estalido da articulação foi observada em todos os 10 MCF estudados e variadas em tamanho, forma e localização. Quando as forças de distração foram mantidas seguidas de estalidos articular, o vazio negro permaneceu em seguida, desapareceu do campo de visão normalmente quando as forças de distração foram removidas e as superfícies articulares permitido reaproximação (Fig. 3D).
DISCUSSÃO
O estudo utilizou imagens MRI para visualizar estalido da articulação em tempo real. Para o nosso conhecimento, as imagens MRI não tinha sido usado anteriormente para caracterizar esse fenômeno. Congruente com resultados históricos, as imagens MRI demonstrou separação superfície articular mínima na fase de repouso antes do estalido articular seguida de separação rápida da articulação durante o próprio estalido. Incongruente com a perspectiva predominante do último meio século, as imagens MRI revelou início cavitação rápida associado com produção de som e separação da articulação. Na sequência destes acontecimentos, a cavitação resultante nunca foi visto a entrar em colapso; a cavitação é formada no momento da separação rápida da articulação que persistiu além do ponto de produção de som.
Intensidades dos sinais escuros na articulação imediatamente seguinte estalidos em ambas imagens de ressonância magnética (uma sequência de impulsos SSFP equilibrada com uma mistura T2 / T1) ponderação característica, bem como na resolução mais elevada ponderadas T1 imagens estáticas, suporta a presença de uma região de ar de interesse. Especificamente, um aumento rápido e significativo nos valores de T1 de fluido, o que pode reduzir a intensidade de sinal em ambas as aquisições, é improvável, e assim a redução no sinal é muito provavelmente devido a uma redução na densidade de rotação associada com a formação de um espaço aéreo. O aumento gradual da intensidade do sinal na mesma região imediatamente antes do estalido é sugestivo da acumulação de fluido durante esta fase de estalo do dedo.
Eventos consistentes com tribonucleation
Os nossos resultados oferecem evidências experimentais diretas de que estalidos da articulação é o resultado da criação cavitação dentro do fluido sinovial, em vez de colapso de uma bolha de pré-existência. Estas observações são consistentes com tribonucleation, um processo conhecido em que as superfícies opostas resistem a separação, até um ponto crítico, eles separar-se rapidamente, resultando em cavitação de vapor que não colapso instantaneamente.
Especificamente, tribonucleation explica cada fase da seqüência de estalido da articulação descrita originalmente por Roston e Wheeler Haines. A fase de repouso, onde forças de distração resulta na separação da articulação mínima é explicado pela atração viscoso entre as superfícies articulares. Com força de distração suficiente, as forças adesivas são superadas o que explica a rápida separação das superfícies articulares. A queda, resultando em pressão sinovial permite dissolve o gás para sair da solução que explica o "espaço livre" (a.k.a bolha, cavitação, nula, fratura de líquidos) criado dentro da articulação. Esta cavitação persiste além do ponto de produção de som; um colapso subsequente nunca é visualizado. É importante notar que a cavitação não desaparecer a partir da região de interesse com subsequente cessação das forças de distração, mas também depois da ocorrência do estalido da articulação.
Interpretação dos estudos prévios
Nossos resultados são coerentes com os de Roston e Wheeler Haines. O estudo clássico por meio de radiografias seriadas identificou corretamente a seqüência de eventos que caracteriza estalidos da articulação. Apesar de limitações técnicas não permitiu que eles vissem a formação da cavitação durante a produção de som, mas só a sua presença após a sua formação, eles identificaram corretamente criação do espaço livre como o evento definidor de estalidos da articulação. Além disso, muitas das suas especulações eram consistentes com tribonucleation. Estes comentários proféticos incluídos que a 1) força de distração devem ser aplicadas para superar a tensão dentro do líquido sinovial (não dentro dos tecidos moles) antes do estalido podem ocorrer e que 2) as forças de tensão inerentes, que mantidas as superfícies articulares bem como adicionar estabilidade à articulação em si.
Como alternativa, a sugestão Unsworth et al. o estalido da articulação que era o resultado do colapso da cavitação, é sensata dada a enorme quantidade de trabalho, ao mesmo tempo que o colapso da bolha definido para ser uma fonte de danos em equipamentos marítimos. Enquanto em 1971 o papel de Unsworth et al. contribuiu significativas em termos da simetria do estalido da articulação, composição de gases sinoviais dar uma explicação para o período refratário, eles não fornecem qualquer prova direta de um colapso da cavitação apesar da sua conclusão. Tendo em conta que a cavitação que se forma após estalo da articulação desaparece de vista, quando as forças de distração são removidas, mas, em seguida, aparece novamente com distração adicional, Unsworth et al. podem ter confundido este desaparecimento de colapso da bolha. Mesmo que a "bolha" é reabsorvido após estalido da articulação, em seguida, pode ser reformada de alguma forma com subseqüente distração, a aparência e persistência de uma cavitação da separação rápida articular não suporta bolha colapso como um mecanismo de estalo articular. Observamos também que o espaço articular antes e depois do teste não se alterou significativamente. Esse achado sugere que o repouso articular não é alterado pelo evento estalido no MCP. Isso está em desacordo com Unsworth et al. que sugeriu que espaço da articulação MCP aumentou após o estalido.
Enquanto o nosso trabalho fornece novos apresenta uma definição do mecanismo de estalido articular, esta nova técnica de visualização abre novos caminhos para a investigação. Especificamente, imagens MRI revelou um fenômeno novo precedente do estalos articular; um sinal luminoso no espaço intra-articular. Enquanto não é provável visualiza o gás nos parâmetros da imagem empregada, não temos evidência direta para explicar esta observação. Nós especulamos que este fenômeno pode estar relacionado a mudanças na organização do fluido entre as superfícies articulares cartilaginosos e, especificamente, pode resultar de evacuação de fluido para fora da cartilagem articular com o aumento da tensão. Em caso afirmativo, este sinal pode ser indicativo de saúde da cartilagem e, assim, fornecer um meio não-invasivas de caracterizar o estado articulação.
limitações
A espessura de corte utilizado para imagem MRI nos impediu de visualizar a articulação em sua totalidade. Como tal, não foi possível ver o que aconteceu dentro de todas as regiões da articulação durante o estalo. Estudos futuros de imagem em áreas periféricas da MCP pode revelar o destino da cavitação formada após a separação rápida das articulações que não é demonstrada no momento do estalido articular, mas desaparece da região de interesse quando as forças de distração sobre o articulação são removidos. A espessura do corte na imagem MRI não é possível estabelecer se a cavitação formada após estalido da articulação migra para a região periférica da articulação ou é absorvido quando forças de distração cessar. Do mesmo modo, quando as forças de distração são fornecidos na fase refratário, os nossos dados não nos ajuda a determinar se as cavitações observadas mudam a partir de núcleos de gás que migrar da articulação a partir da periferia da articulação, ou se uma nova cavitação é formada de novo a partir da solução.
Além disso, nós presumimos que a separação rápida da articulação, com formação da cavitação não ocorre na mesma força de tração em cada dedo. Infelizmente, as forças de tração não foram medidos no experimento devido à incompatibilidade de força disponível no equipamento de medição com MRI . Por último, este trabalho não explica a magnitude do som provocado pela formação de cavitação. Embora alguns terem observados a produção de som, durante a formação da cavitação através tribonucleation, a amplitude do som gerado a partir destas experiências parecem ser pequenos, enquanto que estalido da articulação podem ser facilmente audíveis através de um quarto. Diante do exposto, os nossos resultados in vivo pode ser o maior exemplo de tribonucleation e produção de som posterior observada até o momento.
Conclusões
Nossos dados apoiam a visão de que tribonucleation é o processo que rege estalido articular. Este processo é caracterizado por uma rápida separação das superfícies com subsequente formação da cavitação, não colapso da bolha como tem sido o ponto de vista prevalecente durante mais de meio século. Observado anteriormente in vitro, este trabalho fornece a primeira demonstração in-vivo de tribonucleation em escala macroscópica e, como tal, oferece um novo quadro teórico para investigar os resultados de saúde associados com estalido articular. Esta estrutura permitirá aos cientistas comparar e contestar este processo contra tribonucleation observada entre superfícies inanimadas, uma abordagem que pode revelar como estalidos articulares afeta a cartilagem superficial articulares. Atualmente, a literatura nesta área é confuso em que a energia produzida durante estalido articular é ultrapasse o limiar de dano, mas o estalido articular não tenha demonstrado aumento da degeneração articular. Em última análise, ao definir o processo de estalo da articulação tem como base os seus benefícios terapêuticos, ou possíveis danos, pode ser melhor compreendida.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer a equipe do Centro de Investigação MR Peter S. Allen por sua inestimável assistência.
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Esta interpretação de estalido da artiulação manteve-se como o padrão durante 24 anos, até 1971, quando Unsworth, Dowson e Wright refutou esta opinião, afirmando que o mecanismo exato do estalido da articulação "estava em dúvida". Embora Unsworth et al. utilizaram um procedimento radiográfico semelhante para confirmar a mesma seqüência de eventos descritos por Roston e Wheeler Haines, eles chegaram a uma conclusão diferente. Especificamente, Unsworth et al. Especula-se que a formação de um espaço livre, ou bolha, não foi a fonte do estalido da articulação, mas o estalido foi causada por subsequente colapso da bolha. Esta ideia foi provavelmente influenciado pela percepção de que colapso da bolha pode causar danos em superfícies adjacentes à própria bolha. Descrita pela primeira vez por Rayleigh, em 1917, o colapso cavitação entrou na frente no final dos anos 1960 como uma fonte de danos significativos em equipamentos marítimos, como hélices, aerobarcos.
Como resultado, as publicações desde 1971 foram referenciados Roston ou Unsworth ou ambos ao descrever os estalidos da articulação. Para aumentar a confusão, outros sugeriram que o som produzido durante estalido da articulação ocorre através de recuo ligamentar. Ainda outros advogam para um mecanismo adicional conhecida por adesão ou tribonucleation viscoso, um processo que ocorre quando duas superfícies estreitamente opostas são separadas por uma fina película de líquido viscoso. Quando essas superfícies são distraídos, adesão viscoso ou tensão entre as superfícies de resistir a sua separação. Então, como as forças de distração supera as forças de adesão, as superfícies se separa rapidamente, criando uma pressão negativa. Esta pressão negativa, combinada com a velocidade com que as superfícies são separadas, pode criar uma cavidade a vapor dentro de fluido muito parecido com um sólido que foi fraturado.
Infelizmente, não existe nenhuma evidência direta para resolver essas perspectivas diferentes quanto ao mecanismo de estalidos da articulação. Enquanto muitos têm usado vários meios radiográficos para gravar eventos associados aos estalidos da articulações, estas técnicas têm uma série de limitações que conspiram para obscurecer eventos intra-articulares devido a baixa resolução do espaço-tempo, o contraste insuficiente e superposição de estruturas.
Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi caracterizar os eventos associados com estalido da articulação dentro da própria articulação utilizando em tempo real imagens de ressonância magnética (MRI). Aqui apresentamos evidência direta de MRI que o mecanismo do estalido da articulação está relacionada à formação da cavitação em vez de colapso da bolha.
MATÉRIAS E MÉTODOS
Declaração de Ética
Um homem adulto que possui a capacidade de estalar suas articulações MCP foi fornecido informação completa dos acontecimentos, o consentimento escrito para participar deste estudo aprovado pelo Comitê de Ética Conselho de Administração da Universidade de Alberta Humano.
PREPARAÇÃO
Dez articulações MCP de um único participante foram estudadas mais de duas sessões com um dedo em um momento isolado para a imagem . Com o sujeito em pronação, o dedo de interesse foi inserido em um tubo que cobria o dedo do ápice para o meio caminho entre o MCP e a articulação interfalângica proximal (Fig. 1). Esta extremidade do tubo foi apertada com o dedo com uma abraçadeira de fivela. A extremidade oposta do tubo foi ligado em série a um cabo de diâmetro de ¼". A MCP de interesse foi, em seguida, centrado sobre a parte superior de uma bobina de radiofrequência concebido para imagiologia de ressonância magnética de dígitos com o eixo longo do dedo perpendicular ao furo da bobina (Fig. 1).
IMAGEM
Os exames de imagem foram realizados em um sistema Siemens Sonata 1.5T (Sonata; Siemens Healthcare; Erlangen, Alemanha), utilizando o Siemens bobina dedo. Antes e depois de MCP distração, imagens de ressonância magnética estática foram obtidos da articulação MCP (3D T1 ponderada GRE: Campo de visão = 160 x 120 mm, 256 x matriz 192, espessura de 2 mm, ângulo de flip = 30 graus, TR = 20,0 ms, TE = 3,17 ms, a largura de banda = 250 Hz / pixel). Durante a distração da articulação MCP, MRI foi adquirida a partir da linha média da articulação a uma taxa de 3,2 quadros por segundo até que a força de distração foi removido após o evento estalido. Parâmetros de imagem para um único tiro de estado estacionário livre de precessão (SSFP) seqüência de pulsos foram os seguintes: Campo de visão = 200 x 75 mm, 192 x 72 matriz, 5 milímetros de espessura de corte, ângulo de flip = 70 graus, TR = 4,30 ms, TE = 2.15 ms, a largura de banda = 1000 Hz / pixel.
DISTRAÇÃO DA ARTICULAÇÃO
Com o sujeito em pronação, a mão e a bobina de radiofrequência foram fixada a estrutura de imagem posicionadas no magneto (Fig. 1). O cabo ligado ao dedo de interesse foi, em seguida, fixada através do magneto de modo que saiu do lado oposto do sujeito. Durante a aquisição MRI, uma força de distração aumentada lentamente foi aplicada manualmente através do cabo até que o sujeito indicasse a ocorrência do estalido da articulação. A qualquer momento, o sujeito poderia solicitar que o processo fosse interrompido por qualquer motivo (que não ocorreu). No 5º MCP, a distração foi cessada imediatamente após o evento estalido. Nos restantes 5 casos, forças de distração foram mantidas durante cerca de 5 segundos após estalido.
ANÁLISE DE IMAGEM
Imagens estáticas foram exibidos com software fornecido pelo fabricante de magneto. As imagens de ressonância magnética foram carregados como sequências de imagem em software Image J, para posterior análise. Dentro deste software, imagens antes do início da distração e após a cessação da distração foram suprimidos da sequência de imagens. A sequência de imagens restante foi então convertido em imagens binárias utilizando configurações de limite padrão dentro Imagem J. O espaço entre as superfícies articulares foi então medida antes da distração da articulação, imediatamente após o evento estalido (o quadro imediatamente após separação rápida da articulação) e uma vez que forças de distração foram interrompidas. Medição do espaço entre as articulações foi realizada por um script personalizado J Imagem que converteu as imagens na sequência para um formato binário. Em cada quadro, bordas da articulação foram detectados automaticamente através de limiar e o espaço total entre as superfícies articulares medidos dentro de uma região definida de interesse. Além disso, a intensidade do sinal de MRI foi avaliada como uma função de tempo, na região de interesse, onde ocorreu a formação de cavitação, bem como nas zonas de controle em que não era esperado para alterar a intensidade do sinal (isto é, osso esponjoso). Todas as imagens foram analisadas por um físico de imagem e dois radiologistas certificados usando as configurações de contraste nativo.
RESULTADOS
Todos as imagens das dez articulações MCP resultou em estalidos articular como foi confirmado pelo sujeito e o operador de cabo.
As imagens estáticas revelou articulações normais MCP com a esperada falta de qualquer cavidade gasoso antes da distração articulação (Fig. 2). Após o evento de estalidos, imagem estática, com a adição da distração MCP produziu um i vazio escuro intra-articular (Fig. 2).
As imagens MRI revelou uma sequência de eventos coerentes com essa linha de Roston e Wheeler Haines. Um vídeo desses eventos pode ser visto no material suplementar (S1 Video). Quatro quadros da 4ª articulação MCP direito que descreve os eventos intra-articulares características associadas com estalidos da articulação são apresentados na Fig. 3: descansando geometria da articulação (Fig. 3A), um período de tempo pouco antes do estalido (Fig 3B.), Um período de tempo logo após estalido (Fig 3C.) E um quadro definitivo após a liberação de forças de distração (Fig. 3D). Nos materiais suplementares, uma série de imagens é apresentada mostrando apenas após o momento do estalo articular em todas as articulações MCP investigadas (S1 Fig.). Fig. 4 mostra uma série de tempo desses eventos para exibir distância de separação da articulação e mudanças no MRI sinal intensidades representativo do dedo no evento do estalido.
A distância de separação da articulação mostra um aumento lento para o ponto de articulação de libertação em 6,2 s, tal como indicado pelo marcador vertical (quadro da esquerda). A intensidade do sinal de MRI no interior do espaço intra-articular (Região 1) cai para revelar um sinal nulo, ao mesmo tempo que expande articulação (6,2 segundos). Regiões de controle do fluido do lado de fora do espaço intra-articular (Região 2) e na medula óssea (Região 3) mostram a intensidade do sinal relativamente imutáveis ao longo da experiência. Todas as regiões foram transferidas em cada frame para controlar o movimento dos ossos. Finalmente, a intensidade de sinal do espaço intra-articular (Região 1) mostraram um aumento estável com apenas distração antes do estalido da articulação (Fig. 3B). As imagens fixas no fundo da Fig. 4 Destaque frames anteriores, e logo após, estalos d articulação demonstram um aumento de sinal na região 1 e da queda de sinal subsequente na mesma região.
O estalido da articulação sempre ocorreu ao longo de um quadro de imagem única que significava a sua duração foi menor do que a duração do quadro único (ou seja, 310 ms). Os testes mostraram uma diferença significativa no espaço articular no quadro antes (0,93 milímetros +/- 0,73 milímetros STD) e após (1,89 milímetros +/- 0,59 milímetros STD) separação superfície rápida / cracking (p = 0,001) . O espaço de separação conjunta média antes do ensaio e depois do teste não foi significativamente diferente (p = 0,21).
O vazio sinal como um resultado do estalido da articulação foi observada em todos os 10 MCF estudados e variadas em tamanho, forma e localização. Quando as forças de distração foram mantidas seguidas de estalidos articular, o vazio negro permaneceu em seguida, desapareceu do campo de visão normalmente quando as forças de distração foram removidas e as superfícies articulares permitido reaproximação (Fig. 3D).
DISCUSSÃO
O estudo utilizou imagens MRI para visualizar estalido da articulação em tempo real. Para o nosso conhecimento, as imagens MRI não tinha sido usado anteriormente para caracterizar esse fenômeno. Congruente com resultados históricos, as imagens MRI demonstrou separação superfície articular mínima na fase de repouso antes do estalido articular seguida de separação rápida da articulação durante o próprio estalido. Incongruente com a perspectiva predominante do último meio século, as imagens MRI revelou início cavitação rápida associado com produção de som e separação da articulação. Na sequência destes acontecimentos, a cavitação resultante nunca foi visto a entrar em colapso; a cavitação é formada no momento da separação rápida da articulação que persistiu além do ponto de produção de som.
Intensidades dos sinais escuros na articulação imediatamente seguinte estalidos em ambas imagens de ressonância magnética (uma sequência de impulsos SSFP equilibrada com uma mistura T2 / T1) ponderação característica, bem como na resolução mais elevada ponderadas T1 imagens estáticas, suporta a presença de uma região de ar de interesse. Especificamente, um aumento rápido e significativo nos valores de T1 de fluido, o que pode reduzir a intensidade de sinal em ambas as aquisições, é improvável, e assim a redução no sinal é muito provavelmente devido a uma redução na densidade de rotação associada com a formação de um espaço aéreo. O aumento gradual da intensidade do sinal na mesma região imediatamente antes do estalido é sugestivo da acumulação de fluido durante esta fase de estalo do dedo.
Eventos consistentes com tribonucleation
Os nossos resultados oferecem evidências experimentais diretas de que estalidos da articulação é o resultado da criação cavitação dentro do fluido sinovial, em vez de colapso de uma bolha de pré-existência. Estas observações são consistentes com tribonucleation, um processo conhecido em que as superfícies opostas resistem a separação, até um ponto crítico, eles separar-se rapidamente, resultando em cavitação de vapor que não colapso instantaneamente.
Especificamente, tribonucleation explica cada fase da seqüência de estalido da articulação descrita originalmente por Roston e Wheeler Haines. A fase de repouso, onde forças de distração resulta na separação da articulação mínima é explicado pela atração viscoso entre as superfícies articulares. Com força de distração suficiente, as forças adesivas são superadas o que explica a rápida separação das superfícies articulares. A queda, resultando em pressão sinovial permite dissolve o gás para sair da solução que explica o "espaço livre" (a.k.a bolha, cavitação, nula, fratura de líquidos) criado dentro da articulação. Esta cavitação persiste além do ponto de produção de som; um colapso subsequente nunca é visualizado. É importante notar que a cavitação não desaparecer a partir da região de interesse com subsequente cessação das forças de distração, mas também depois da ocorrência do estalido da articulação.
Interpretação dos estudos prévios
Nossos resultados são coerentes com os de Roston e Wheeler Haines. O estudo clássico por meio de radiografias seriadas identificou corretamente a seqüência de eventos que caracteriza estalidos da articulação. Apesar de limitações técnicas não permitiu que eles vissem a formação da cavitação durante a produção de som, mas só a sua presença após a sua formação, eles identificaram corretamente criação do espaço livre como o evento definidor de estalidos da articulação. Além disso, muitas das suas especulações eram consistentes com tribonucleation. Estes comentários proféticos incluídos que a 1) força de distração devem ser aplicadas para superar a tensão dentro do líquido sinovial (não dentro dos tecidos moles) antes do estalido podem ocorrer e que 2) as forças de tensão inerentes, que mantidas as superfícies articulares bem como adicionar estabilidade à articulação em si.
Como alternativa, a sugestão Unsworth et al. o estalido da articulação que era o resultado do colapso da cavitação, é sensata dada a enorme quantidade de trabalho, ao mesmo tempo que o colapso da bolha definido para ser uma fonte de danos em equipamentos marítimos. Enquanto em 1971 o papel de Unsworth et al. contribuiu significativas em termos da simetria do estalido da articulação, composição de gases sinoviais dar uma explicação para o período refratário, eles não fornecem qualquer prova direta de um colapso da cavitação apesar da sua conclusão. Tendo em conta que a cavitação que se forma após estalo da articulação desaparece de vista, quando as forças de distração são removidas, mas, em seguida, aparece novamente com distração adicional, Unsworth et al. podem ter confundido este desaparecimento de colapso da bolha. Mesmo que a "bolha" é reabsorvido após estalido da articulação, em seguida, pode ser reformada de alguma forma com subseqüente distração, a aparência e persistência de uma cavitação da separação rápida articular não suporta bolha colapso como um mecanismo de estalo articular. Observamos também que o espaço articular antes e depois do teste não se alterou significativamente. Esse achado sugere que o repouso articular não é alterado pelo evento estalido no MCP. Isso está em desacordo com Unsworth et al. que sugeriu que espaço da articulação MCP aumentou após o estalido.
Enquanto o nosso trabalho fornece novos apresenta uma definição do mecanismo de estalido articular, esta nova técnica de visualização abre novos caminhos para a investigação. Especificamente, imagens MRI revelou um fenômeno novo precedente do estalos articular; um sinal luminoso no espaço intra-articular. Enquanto não é provável visualiza o gás nos parâmetros da imagem empregada, não temos evidência direta para explicar esta observação. Nós especulamos que este fenômeno pode estar relacionado a mudanças na organização do fluido entre as superfícies articulares cartilaginosos e, especificamente, pode resultar de evacuação de fluido para fora da cartilagem articular com o aumento da tensão. Em caso afirmativo, este sinal pode ser indicativo de saúde da cartilagem e, assim, fornecer um meio não-invasivas de caracterizar o estado articulação.
limitações
A espessura de corte utilizado para imagem MRI nos impediu de visualizar a articulação em sua totalidade. Como tal, não foi possível ver o que aconteceu dentro de todas as regiões da articulação durante o estalo. Estudos futuros de imagem em áreas periféricas da MCP pode revelar o destino da cavitação formada após a separação rápida das articulações que não é demonstrada no momento do estalido articular, mas desaparece da região de interesse quando as forças de distração sobre o articulação são removidos. A espessura do corte na imagem MRI não é possível estabelecer se a cavitação formada após estalido da articulação migra para a região periférica da articulação ou é absorvido quando forças de distração cessar. Do mesmo modo, quando as forças de distração são fornecidos na fase refratário, os nossos dados não nos ajuda a determinar se as cavitações observadas mudam a partir de núcleos de gás que migrar da articulação a partir da periferia da articulação, ou se uma nova cavitação é formada de novo a partir da solução.
Além disso, nós presumimos que a separação rápida da articulação, com formação da cavitação não ocorre na mesma força de tração em cada dedo. Infelizmente, as forças de tração não foram medidos no experimento devido à incompatibilidade de força disponível no equipamento de medição com MRI . Por último, este trabalho não explica a magnitude do som provocado pela formação de cavitação. Embora alguns terem observados a produção de som, durante a formação da cavitação através tribonucleation, a amplitude do som gerado a partir destas experiências parecem ser pequenos, enquanto que estalido da articulação podem ser facilmente audíveis através de um quarto. Diante do exposto, os nossos resultados in vivo pode ser o maior exemplo de tribonucleation e produção de som posterior observada até o momento.
Conclusões
Nossos dados apoiam a visão de que tribonucleation é o processo que rege estalido articular. Este processo é caracterizado por uma rápida separação das superfícies com subsequente formação da cavitação, não colapso da bolha como tem sido o ponto de vista prevalecente durante mais de meio século. Observado anteriormente in vitro, este trabalho fornece a primeira demonstração in-vivo de tribonucleation em escala macroscópica e, como tal, oferece um novo quadro teórico para investigar os resultados de saúde associados com estalido articular. Esta estrutura permitirá aos cientistas comparar e contestar este processo contra tribonucleation observada entre superfícies inanimadas, uma abordagem que pode revelar como estalidos articulares afeta a cartilagem superficial articulares. Atualmente, a literatura nesta área é confuso em que a energia produzida durante estalido articular é ultrapasse o limiar de dano, mas o estalido articular não tenha demonstrado aumento da degeneração articular. Em última análise, ao definir o processo de estalo da articulação tem como base os seus benefícios terapêuticos, ou possíveis danos, pode ser melhor compreendida.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer a equipe do Centro de Investigação MR Peter S. Allen por sua inestimável assistência.
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