張斌 崔國慶 鄒殿俊 李嬌嬌 陳靜 劉建華

1河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像部,張家口075000;2河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院呼吸科,張家口075000

骨骼肌功能障礙是COPD 的一種重要并發(fā)癥,嚴(yán)重影響預(yù)后并增加了COPD 的病死率[1]。肌肉的強度雖與肌肉的大小有關(guān),但是萎縮并不能完全解釋COPD 患者的肌肉無力。有研究認(rèn)為肌間脂肪浸潤可能是一種影響肌肉功能的獨立因素[2]。

磁共振成像 (magnetic resonance imaging,MRI)T1 加 權(quán)像 (T1 weighted image,T1WI)能夠清晰地顯示大腿肌肉間脂肪,但是脂肪的定量測量仍然存在困難。因為每一體素都包含多種組織成分,所得信號是各種組織的平均值,結(jié)果不是十分精確。 氫質(zhì)子磁共振波譜 (H-magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是一種成熟的無創(chuàng)性的化合物濃度測量技術(shù),聯(lián)合T1WI可以半定量測量肌肉脂肪浸潤。本文旨在利用MRI多參數(shù)成像來探討COPD 患者大腿肌間脂肪含量、肌肉最大橫截面積與肌肉功能障礙的關(guān)系。

1 對象與方法

1.1 研究對象 收集2016年10月至2018年1月河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院呼吸科診斷為COPD的患者25 例,同期于附近社區(qū)征集性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù)匹配的健康老年人25 例作為對照組(表1)。COPD 組排除標(biāo)準(zhǔn)：COPD 急性期、心血管疾病、不可控制的高血壓 [≥160/90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]、最近6個月內(nèi)應(yīng)用糖皮質(zhì)激素治療、骨關(guān)節(jié)病、代謝性病變及嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)病變(如腦卒中、腦腫瘤、腦感染性病變等)。對照組排除標(biāo)準(zhǔn)：呼吸系統(tǒng)疾病、心血管病變、神經(jīng)系統(tǒng)病變、骨骼肌病變、吸煙＞10 年、接受正規(guī)的有氧鍛煉1個月以上者。

1.2 體能與影像數(shù)據(jù)采集 采用澳大利亞Kinitech等速肌力測試系統(tǒng)對研究對象進行等速肌力測試。所有受試者完成膝關(guān)節(jié)伸屈等速力矩峰值。膝關(guān)節(jié)等速屈伸速度60°/s[3]。7 d后利用3.0 T Phillips磁共振儀對雙側(cè)大腿進行掃描,范圍包括髂前上棘至脛骨平臺。采用m Dixon序列,翻轉(zhuǎn)角=10°,視野=350 mm×260 mm,體素=0.6 mm×0.6 mm×4 mm。采用單體素PRESS技術(shù)定量測量肌間脂肪含量,將采集體素置于股外側(cè)肌肉最大橫截面積層面,盡量避開血管、皮下脂肪和肌肉筋膜。參數(shù)重復(fù)時間=4 000,回波時間=40 ms,體素=20 mm×20 mm×25 mm,激勵次數(shù)=96,正式波譜掃描前行常規(guī)預(yù)掃描,手動勻場及抑水效果以水峰的半高全寬和抑水率表示,以達到水峰的半高全寬≤30 Hz,抑水率≥90%認(rèn)為勻場及抑水較好的標(biāo)準(zhǔn)。所得圖像傳至后處理工作站,測量股四頭肌面積(股直肌、股中間肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌),腘繩肌 (半腱肌、半膜肌、股二頭肌)選取肌群最大面積層面作為研究層面,該層面與肌肉的大小具有明顯的相關(guān)性[4]。影像數(shù)據(jù)分析采用Phillips 3.0 T 波譜分析軟件,進行化學(xué)位移的定量譜分析,得到1H-MRS的波譜值(包括水峰峰值、水峰下面積、脂峰峰值和脂峰下面積)。以下列公式計算：股外側(cè)肌間脂肪含量=脂峰下面積/ (水峰下面積+脂峰下面積)×100%。

表1 COPD 組與對照組的臨床資料比較 (±s)

表1 COPD 組與對照組的臨床資料比較 (±s)

注：BMI為體質(zhì)量指數(shù)；FEV1%pred為第1秒用力呼氣容積占預(yù)計值百分比

組別 例數(shù) 年齡 (歲) 體質(zhì)量 (kg) 身高 (cm) BMI(kg/m2) FEV 1%pred (%) FEV 1/FVC (%)COPD組 25 66.61±5.20 63.34±6.04 170.17±2.61 21.88±1.99 57.17±7.67 60.69±4.33對照組 25 64.20±5.88 65.13±4.21 171.48±4.70 22.19±1.79 88.49±1.99 83.25±3.09 t值 1.452 1.374 1.037 0.645 19.634 22.071 P 值 0.160 0.182 0.310 0.525 0.000 0.000

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 利用SPSS 17對所得數(shù)據(jù)進行配對t檢驗、皮爾遜相關(guān)分析,P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

COPD 組伸肌群肌肉最大橫截面積、伸膝等速力矩峰值小于對照組,股外側(cè)肌肌間脂肪含量大于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＜0.05)；標(biāo)準(zhǔn)化的伸膝等速力矩峰值與對照組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。屈肌肌群最大橫截面積、屈膝等速力矩峰值、標(biāo)準(zhǔn)化的屈膝等速力矩峰值與對照組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＞0.05)(表2)。大腿伸肌群最大橫截面積與伸膝等速力矩峰值呈正相關(guān)(r=0.379,P＜0.05),股外側(cè)肌脂肪含量與伸膝等速力矩峰值呈負(fù)相關(guān)(r=-0.722,P＜0.01)(圖1、2)。

圖1 COPD組大腿伸肌群最大橫截面積與伸膝等速力矩峰值相關(guān)性分析

圖2 COPD組股外側(cè)肌脂肪含量與伸膝等速力矩峰值相關(guān)性分析

3 討論

骨骼肌功能障礙做為COPD 的一種肺外表現(xiàn),逐漸為人們所認(rèn)識,但具體機制仍存在爭議。Maddocks等[5]利用CT 評價了101例COPD 患者的大腿肌肉發(fā)現(xiàn)脂肪衰減系數(shù)與6分鐘步數(shù)呈明顯相關(guān),但肌間脂肪與股四頭肌肌力大小無顯著的相關(guān)性。Maltais等[6]證實COPD 患者下肢肌肉質(zhì)量減少與肌力的下降有關(guān)。Shields等[7]利用水脂分離技術(shù)測量了COPD 患者股四頭肌肌間脂肪含量高于對照組,并通過動態(tài)監(jiān)測肌肉中高能化合物濃度的變化,認(rèn)為肌肉間脂肪參與了能量的異常代謝。上述實驗結(jié)果不盡相同,可能是由于MRI的軟組織分辨力高于CT,且MRI能夠進行功能成像,對骨骼肌的評價更為精準(zhǔn)。本研究發(fā)現(xiàn)COPD大腿股四頭肌最大橫截面積、伸膝等速力矩峰值小于對照組,且股四頭肌最大橫截面積大小與峰值力矩呈負(fù)相關(guān)。腘繩肌群橫截面積、屈膝等速力矩峰值2組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。這與Shields等[7]觀察到COPD 患者股四頭肌、股二頭肌橫截面積及高能化合物代謝速度的改變相符。郭巍等[8]為COPD 患者肌肉與肌力的這種改變可能與外周骨骼肌結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白數(shù)量及質(zhì)量的改變有關(guān)。

表2 COPD 組與對照組大腿肌肉最大面積、肌力及股外側(cè)肌脂肪含量的比較 (±s)

表2 COPD 組與對照組大腿肌肉最大面積、肌力及股外側(cè)肌脂肪含量的比較 (±s)

組別 例數(shù) 等速力矩峰值 (N·m)標(biāo)準(zhǔn)化等速力矩峰值(N·m·cm-2)最大橫截面積 (cm2)伸膝 屈膝伸膝 屈膝股四頭肌 腘繩肌股外側(cè)肌脂肪含量 (%)COPD組 25 90.90±20.88 55.58±17.62 2.00±0.54 1.66±0.66 46.87±10.03 35.44±8.78 16.10±5.34對照組 25 114.01±15.98 65.95±27.27 2.18±0.34 1.80±0.73 52.80±5.96 37.11±5.99 7.77±2.93 t值 7.493 1.292 1.729 0.589 2.467 0.705 6.811 P 值 0.000 0.209 0.097 0.562 0.021 0.488 0.000

1H-MRS是利用磁共振化學(xué)位移現(xiàn)象對原子核及其代謝物進行分析的方法。它能夠無創(chuàng)性地研究人體器官、組織代謝及化合物定量分析[9]。肌肉1H-MRS譜線能夠識別1.3 ppm 處肌肉細(xì)胞內(nèi)脂肪的亞甲基峰及1.5 ppm 處肌纖維間隔內(nèi)脂肪的亞甲基峰。由于只有0.2 ppm 的頻率差異,且本研究中采集體素較大,過多的肌肉纖維間隔內(nèi)的脂肪會造成二者分辨困難,最后得到單一的脂峰。本研究發(fā)現(xiàn)COPD 患者股外側(cè)肌肌間脂肪含量高于對照組,且肌間脂肪含量與COPD 患者肌肉功能障礙呈負(fù)相關(guān)。肌間脂肪浸潤及對肌肉功能影響的分子生物學(xué)途徑還不是十分清楚。血漿高脂肪酸、肌肉干細(xì)胞脂肪分化細(xì)胞分化成脂肪細(xì)胞可能是肌間脂肪浸潤的潛在因素[10]。脂質(zhì)代謝異常、脂肪細(xì)胞因子等因素干擾了肌細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和功能,在宏觀上表現(xiàn)為肌力減弱及功能障礙[11]。再者,肌纖維束間的脂肪細(xì)胞可能會妨礙肌肉的活性或者是擾亂力的傳遞,最后導(dǎo)致肌肉收縮功能障礙[12]。由于1H-MRS采集時間較長,本研究中只測量了股外側(cè)肌的脂肪含量,但是其作為股四頭肌的重要組成部分,可以大致反應(yīng)股四頭肌整體成分的改變,這也與Shields等[7]的研究結(jié)果相符。

最后,肌間脂肪含量增加與COPD 患者骨骼肌功能障礙密切相關(guān),體育鍛煉和藥物治療能夠改善肌間脂肪浸潤,從而改善COPD 患者骨骼肌功能、提高生存質(zhì)量。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突