Évaluation par IRM 3T, par échographie et par microscopie du cartilage épiphysaire de poulains de 0-6 mois d’âge : mieux comprendre et diagnostiquer l’ostéochondrose

Abstract

L’ostéochondrose (OC) est une maladie articulaire développementale qui implique la chondronécrose ischémique du cartilage de croissance épiphysaire. Ceci résulte en une défaillance focale de l’ossification endochondrale et en ostéochondrite dissecans (OCD) à des sites spécifiques dans les épiphyses des humains et des animaux, dont les chevaux. Des lésions extensives au niveau de la trochlée fémorale latérale du cheval ont un mauvais pronostic avec une chirurgie de débridement et peuvent compromettre une carrière sportive. La pathophysiologie de la maladie est partiellement comprise, puisque les facteurs déclenchant l’ischémie focale ne sont pas encore connus. La matrice du cartilage de croissance épiphysaire subit des changements dynamiques en début de vie qui pourraient l’affaiblir biomécaniquement et augmenter sa susceptibilité à la défaillance vasculaire suite à un trauma focal. Des méthodes d’imagerie non-invasives pour le dépistage et le suivi de lésions sous-cliniques doivent être développées et validées, dans l’espoir qu’un diagnostic hâtif améliore le pronostic. Les épiphyses fémorales distales de poulains néonataux (n=10 prédisposés à l’OC; n=6 contrôle) ont été imagées par 3T Susceptibility-weighted imaging (3T SWI) et par échographie pour évaluer la vascularisation et par 3T IRM quantitatif (3T qIRM: cartographie T1rho et T2) pour évaluer le contenu et la structure des protéoglycanes et du collagène. Les images ont été validées par histologie, immunohistochimie et microscopie de génération de seconde harmonique. Aucune différence vasculaire et matricielle n’existe entre les poulains contrôle et prédisposés, mais des différences significatives dans le patron vasculaire et la composition matricielle au site de prédilection de l’OC sur la trochlée fémorale latérale ont été notées chez tous les spécimens. Ce site est moins ossifié et contient plus de vaisseaux périchondraux sans anastomoses avec l’os sous-chondral. La densité vasculaire et les temps de relaxation T1rho et T2, correspondant respectivement au contenu en protéoglycanes et au contenu et à la structure de collagène, y sont significativement augmentés (p<0,002). L’évaluation microscopique de cette région a révélé une zone extensive avec un contenu réduit en protéoglycanes et une apparence hypertrophique. Nous spéculons que ces changements matriciels, quoique physiologiques, puissent affaiblir biomécaniquement le cartilage épiphysaire de façon focale et augmenter le risque de défaillance vasculaire menant à l’OC suite à un trauma, quoique davantage d’investigations sont nécessaires pour le confirmer. Après avoir démontré que les mesures échographiques corrèlent fortement avec l’histologie et avec le 3T SWI, nous avons échographié la trochlée fémorale latérale d’une cohorte de poulains (n=46, 27-166 jours d’âge) et des radiographies ont été prises conjointement et à un an. Des lésions sous-cliniques d’OC, caractérisées par des indentations semi-circulaires dans le front d’ossification (évidence indirecte de défaillance focale de l’ossification endochondrale) ont été détectées chez 6 poulains (28-145 jours d’âge), à la fois à la radiographie et à l’échographie, bien que des validations post-mortems ne soient pas disponibles. Tandis que le 3T SWI et le qIRM rendent possible des études longitudinales non-invasives pour améliorer la compréhension de l’OC, l’échographie de la trochlée fémorale de poulains s’avère un outil prometteur pour le dépistage et le suivi de lésions sous-cliniques d’OC.

Osteochondrosis (OC) is an ischemic chondronecrosis of epiphyseal growth cartilage that results in focal failure of endochondral ossification and in the development of osteochondritis dissecans (OCD) at specific sites in the epiphyses of humans and animals, including horses. Extensive OC lesions at the lateral ridge of the equine trochlea have a poor outcome with surgical debridement and can be career ending. The pathophysiology of the disease is partly understood, but the upstream events leading to the focal ischemia remain unknown. The epiphyseal growth cartilage matrix undergoes major dynamic changes in early life that could weaken it biomechanically and predispose it to focal trauma and vascular failure. There is a clinical need to develop and validate non-invasive imaging techniques for screening and monitoring of subclinical lesions, as their early detection holds the promise to improve outcome. Subregions in neonatal foal femoral epiphyses (n=10 osteochondrosis predisposed; n=6 control) were assessed for vascularity using 3T Susceptibility-weighted imaging (3T SWI) and ultrasonography and for proteoglycan and collagen structure/content employing 3T quantitative MRI (3T qMRI: T1r and T2 maps). Site-matched validations were made with histology, immunohistochemistry and second harmonic microscopy. There was no vascular and cartilage matrix difference between control and OC specimens, but a striking difference was seen in vascular pattern and cartilage matrix structure and composition at the OC-predilected site in the lateral ridge of the trochlea in all specimens compared with others sites in the trochlear ridge. This site was less ossified with more perichondrial vessels not yet bridging with the subchondral bone. Furthermore, the mean vascular density was significantly higher at this site, as well as T1r and T2 relaxation times (p<0,002), suggesting matrix content and structure changes. Microscopic evaluation of this region revealed an expansive area with low proteoglycan content and a hypertrophic-like appearance on second-harmonic microscopy. We speculate that this matrix structure and composition, though physiological, may weaken the epiphyseal growth cartilage biomechanically in focal regions and could enhance the risk of vascular failure with trauma leading to OC. However, additional investigations are required to confirm this hypothesis. As ultrasonographic measurements strongly correlated with the histological measurements and with the site-matched SWI images, v and to translate our findings to the clinic, we indertook an ultrasonographic examination of the femoral trochleae of a cohort of foals in a field situation on a stud farm (n=46, 27-166 days old) was performed and radiographs were taken concurrently and at one year. Subclinical osteochondrosis lesions, characterised by semicircular indentations in the ossification front (indirect evidence of focal failure of ossification) were detected in six foals (28–145 days old), both with radiography and ultrasonography, but post-mortem validation of lesions was not possible. While 3T SWI MRI and 3T qMRI pave the way for non-destructive longitudinal studies to improve understanding of OC in all species, ultrasonographic examination of the femoral trochlea in young foals is a promising, practical tool for screening subclinical osteochondrosis and monitoring and managing lesions at important clinical sites.