超声造影评价肾脏病肾血流灌注的研究进展

徐亚赟 王琛

超声造影评价肾脏病肾血流灌注的研究进展

徐亚赟 王琛

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)是最常见的慢性病之一[1]，肾纤维化是各类CKD进展至终末期肾衰竭的共同归宿[2]，尽管病因多种多样，但其进展过程却有许多相似之处，CKD多发展为慢性肾衰竭，预后不佳[3]。流行病学资料显示，全球终末期肾脏病(end-stage renal disease，ESRD)人数持续增加，从1990年全球42.6万的ESRD维持透析患者的数量到2000年的106.5万直至2008年的231万，正以每年7%的速率上升，并远远超过世界人口增长速度。

肾脏是一个血流灌注丰富的器官，其血供主要分布于肾皮质。正常生理状态下，肾血流灌注总是保持在相对恒定的范围内，而发生病变时受损害的肾实质或局部病灶内的血流灌注则会发生不同程度的异常改变如常见的肾缺血再灌注损伤。因此，如何有效评价肾脏血流灌注定量参数及供血情况为各类肾脏病的发生、发展预后及客观疗效显得尤为重要。

一、超声造影评价肾血流灌注的必要性和可行性

研究显示，对于ESRD患者的治疗、减轻并发症、提高其生活质量和生存率不应在透析或肾移植开始，也不应从慢性肾功能不全才开始着手，而应对CKD早期就应开始干预。针对CKD早期的低知晓率、低发现率等问题，应积极对CKD患者进行早期预防、早期发现、早期治疗延缓肾损伤进展。目前临床上通常检测生化指标如血肌酐、尿素氮水平来判断肾功能，但这些生化指标反映肾功能改变情况并不敏感，时有检测偏差。肾脏肾皮质血流灌注改变与肾功能密切相关。彩色多普勒超声是检测肾脏疾病尤其是肾损害的有效手段[4]，其价值可与肌酐清除率、肾衰竭指数、滤过钠排泄分数等相当[5-6]，超声以其快速、简便、重复性好、无创、无肾毒性的优点，广泛应用于临床血流动力学检测，此项检测能直观反映肾内血流分布及各项指数变化情况[7]，以下将从3个方面论述其必要性及可行性。

1.慢性缺氧假说 “慢性缺氧假说”是CKD进展的主要的机制之一[8-9]，慢性缺氧被认为是各类原因引起的慢性肾脏疾病进展的主要因素。缺氧影响细胞能量代谢和细胞功能、红细胞和血管生成及炎症细胞的信号传导[10]。缺氧在疾病早期即影响肾小管间质毛细血管网的血流灌注，引起肾小管间质的缺血先于其病理变化[11]。缺血、缺氧在CKD肾损害发展中发挥显著的作用。肾实质的缺血、缺氧、血流灌注改变直接影响肾功能，大多数肾脏疾病的发生、发展及预后都与肾实质血流灌注的改变密切相关。因此，探索肾损害的原因以及如何实时、无创地检测肾功能改变，客观评价肾血流灌注定量参数变化情况，并与生化指标做对照分析，对临床正确评估疾病的发生、发展具有重要的作用。

2.超声造影技术的成熟化及对比剂的优势 超声造影(contrast-enhanced ultrasound，CEUS)技术是非侵入性评估肾实质血流灌注的新方法。超声对比增强对比剂是一种用外壳固定气体的微泡，通过大大增强超声的背向散射，增强血流的回波信号，形成血流在血管中的多普勒信号。这些微气泡填充在器官内的血管中，利用超声波反射形成明亮的图像，达到增强显像的效果。

目前常用的超声对比剂为第二代对比剂，包裹惰性气体的微泡直径在2～10 μm，与血细胞大小相仿，处在研究阶段的第三代对比剂的微泡直径小于血细胞，对比剂经外周静脉注入血循环后，微泡通过循环进入左心系统，最后到达全身各脏器，从而达到增强脏器显像的目的。超声对比剂的微泡经血循环到达肾脏后，仅在肾脏的血液循环中运行，不受肾小球滤过及肾小管转运功能的影响，也不会溢出到组织间隙或尿液内。超声对比剂具有以下优点：①安全性高、不良反应小；②微泡大小均匀，直径1～6 μm并能控制，可自由通过毛细血管，有类似红细胞的血流动力学特征；③能产生丰富的谐波；④稳定性好。超声对比剂(ultrasound contrast agent，UCA)微气泡直径小，能通过肺毛细血管包括所有的毛细血管床，优于在MRI或CT中使用的对比剂。研究者将20只12周龄雄性GK大鼠和20只Wistar大鼠作为研究对象，随机分为靶向造影组(以声诺维为对比剂)和普通造影组发现，靶向超声微泡对比剂可以明确发展实验性大鼠，其稳定性能可以满足超声观察的时限要求，并能反映肾血流灌注在GK大鼠上的早期变化[12]。微循环及在较大的血管和组织的血流量、血液流动模式和血流速度等方面的研究证明，超声对比增强是一种理想的成像方式[13-14]。实时灰阶超声造影可以观察到肾血流灌注的动态过程，清晰显示肾脏微循环灌注的层次和特征。通过时间-强度曲线得到的定量参数能够反映正常肾脏的血流动力学特征及肾血流灌注的变化[15]。国外学者通过动物实验研究发现超声造影可以通过其高分辨率参数灌注图监测小鼠肾缺血-再灌注损伤时在空间和时间上的肾微血管灌注变化，它可以作为一种描述肾血流分布的新方法应用于临床[16]。Kishimoto等[17]应用对比-增强谐波超声(contrast enhanced harmonic ultrasound，CEHU)对9例健康志愿者进行间歇二次谐波成像，连续静脉滴注微泡对比剂逐步减少脉冲间隔从4 s到0.2 s，可以测量脉冲间隔期微泡速度和血管体积分数。非侵入性CEHU在应用于反映人肾皮质血流量方面可用于定量评价血流流速和血管体积分数的变化。CEUS对肾微动脉血流改变敏感性高，能较好地分辨各段微动脉血流的改变。Correas等[18]认为CEUS克服了一般多普勒超声技术对微小血管、深部血管显像有限的缺陷，通过对比剂微泡对比显像，对肾微小动脉显像更清晰，使得CEUS技术应用于临床肾缺血性疾病、肾损害的检测成为可能。

3.肾脏作为靶器官的适应性 肾脏是适合应用超声造影方法评价血流灌注的器官[19]。经多次循环后，微泡破裂，微泡内气体经呼吸道排出体外，壳膜成分则通过肝肾代谢清除。微泡不存在放射性污染，亦无肝肾毒性作用，对肾脏的血流动力学无影响。因此，超声造影检查几乎适用于所有人群，可以反复多次进行，不会影响机体正常的生理功能[20]。目前未见不良反应的报道，在临床实践中具有优良的安全性和耐受性。

二、CEUS评价肾血流灌注

目前CEUS技术使用的UCA是由稳定的脂质壳膜包裹氟碳气体形成的微气泡，大小与红细胞相仿，能通过肺毛细血管床进入全身组织，而超声造影技术获得的实时动态序列可通过专用软件分析，得到感兴趣区域(region of interest，ROI)内对比剂信号强度随时间变化的动态过程即时间-强度曲线(time/intensity-curve，TIC)、峰值强度(peak intensity，PI)、达峰时间(time to peak，TTP)、曲线下面积(area under the curve，AUC)、到达时间(arriving time，AT)、曲线上升支斜率(A)等[21]。近年来国内外已有大量动物及临床实验研究已经证实了超声造影技术评价肾血流灌注的重要意义。

1.CEUS评价正常肾脏血流灌注 董怡等[22]通过对45例正常人进行双肾实时超声造影，超声对比剂为声诺维SonoVue，结果发现实时超声造影能清晰显示肾脏皮质灌注的过程。左肾与右肾皮质同一灌注参数无显著性差异，不同ROI测得的达峰时间、曲线下降支斜率之间无显著性差异，而曲线下面积、达峰强度绝对值、曲线上升支斜率之间有显著性差异，提示实时谐波超声造影技术能定量分析肾脏皮质血流灌注的特点，不同的ROI在同一灌注参数的测量上具有一致性，同时也证明了超声造影技术检测肾血流灌注的可行性。蒋洁等[23]通过静脉注射去甲肾上腺素(noradrenaline，NA)建立家兔肾皮质血流减少的模型并行颈动脉插管监测血压。经颈静脉团注SonoVue(0.05 ml/kg体质量)进行肾灌注超声造影，观察并采集注射对比剂后0～1 min的动态图像，然后通过时间-强度曲线软件分别计算NA注射前和注射后的达峰时间(AT)、峰值强度变化(A)、时间-强度曲线的斜率(β)，实时观察发现注射NA前肾皮质表现为快速明显强化，增强顺序为肾动脉-皮质-锥体。注射NA后，AT较注射前明显延长，A较注射前显著减小，新型超声对比剂和造影专用成像技术借助时间-强度曲线可灵敏地反映肾皮质微小血管的血流变化，可用于评价肾皮质的血流灌注状态。

2.CEUS评价慢性肾功能不全肾血流灌注 通过对比早期肾功能损害患者(研究组)与健康者(对照组)的实时超声造影定量分析曲线及灌注参数发现，实时灰阶超声造影技术能清晰地显示对比剂在肾脏灌注的整个过程，研究组左、右肾的曲线下面积、曲线上升支斜率均显著大于对照组(P值均<0.01)，达峰时间显著长于对照组(P值均<0.01)，曲线达峰绝对值小于对照组(P值均<0.01)[24]。李建华等[25]通过对36例慢性肾功能不全患者(研究组)及42例无肾脏疾病者(对照组)行超声造影检查，研究组肾皮质血流灌注TIC上升、下降均缓慢，TTP 延迟；与对照组比较，研究组肾皮质定量灌注参数中，AUC增大、PI减低、A增大、TTP延长(P<0.05)。AUC、TTP、A与血肌酐(SCr)、尿素氮(BUN)呈正相关，PI与SCr、BUN呈负相关；α与SCr、BUN无显著相关性。

3.CEUS评价急性肾衰竭肾血流灌注 相关研究表明，急性肾衰竭兔造模型后30 min，由于甘油引起局部肌肉坏死产生管型阻塞肾小管，肾小管内压迅速升高并通过管球反馈机制引起肾小球入球小动脉收缩，肾血流量减少，肾皮质峰值强度减低、曲线下面积减小，而造模后6 h血肌酐明显升高，24 h出现典型病理变化，由此可见肾皮质血流灌注变化早于血生化及病理改变。48 h后肾小管内管型逐渐排出，间质水肿减轻，肾皮质灌注开始增加，峰值强度和曲线下面积出现回升趋势。但此时肾脏病理变化更严重，血生化指标仍高[26]。也有研究结果[27]发现急性肾衰竭时峰值强度、曲线下面积的变化与血肌酐和尿素氮的变化不一致。因此，认为急性肾衰竭超声造影结合时间强度曲线可客观反映血流灌注变化，但与肾功能的变化趋势并不完全一致。董怡等[28]通过对18只新西兰白兔后腿肌注50%甘油等渗盐水12 ml/kg，建立急性肾小管坏死性肾衰竭模型，分别在注射前与注射后6 h进行超声造影检查发现注射前曲线上升支斜率(A)和曲线下降支斜率(α)值明显高于注射后6 h(P值均<0.05)，注射前AUC和TTP值明显低于注射后6 h(P值均<0.01)。注射前和注射后6 h的曲线达峰绝对值和血肌酐、尿素氮值差异无统计学意义(P值>0.05)，从而得出超声造影定量分析技术能准确显示出兔ARF早期的血液动力学变化，较常规血肌酐、尿素氮检查灵敏，对急性肾衰竭前期诊断具有一定的应用价值。

4.CEUS评价肾移植后肾血流灌注 研究发现，常规超声和超声造影检测不同肾功能(SCr正常和SCr异常)的移植肾的灌注状况所得出的结果不同[29]，二维超声观测移植肾结构及主肾动脉内径，彩色多普勒超声观察主肾动脉、段动脉、叶间动脉及弓形动脉的收缩期峰值流速、舒张期末流速及阻力指数，而CEUS结合时间-强度曲线定量分析段动脉、叶间动脉、皮质及锥体的到达时间(AT)、达峰时间(TTP)、绝对强度及上升斜率，二维超声和彩色多普勒超声检查测得的2组患者指标间差异无统计学意义，而CEUS检查SCr正常移植肾的灌注指标大部分优于SCr异常的移植肾，差异有统计学意义，表明肾功能正常移植肾的超声造影定量指标明显优于肾功能异常的移植肾，超声造影能够检测出肾功能异常移植肾的微循环灌注改变。周盛等[30]通过对54例移植肾患者进行超声造影检查证实了CEUS定量分析移植肾肾血流的可重复性。也有研究者通过对507例肾移植者进行前瞻性研究发现超声造影技术可以通过相关造影参数指标(如AT、TTP等)预测急性排斥反应，鉴别移植肾灌注状态[31]，同时CEUS技术还能在肾移植术后早期预测其远期功能[32]。

5.CEUS评价梗阻肾肾血流灌注 杨芹等[33]通过动物实验建立单侧输尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)大鼠模型，并分别于术前和术后7 d行CEUS检查，发现UUO术后与术前比较，TTP显著延长，上升支斜率和峰值强度明显降低，AUC明显增高，健侧肾皮质TIC与术前比较 30 s之内相似，30 s后曲线下降缓慢，AUC明显增高，上升支斜率、PI和TTP无明显变化(P值>0.05)，因此说CEUS 及定量分析方法能反映UUO大鼠血流灌注状态的改变，从而为临床无创定量评价梗阻性肾病的血流灌注提供理论依据。也有相关研究[34]对结石引起的60例梗阻性肾病患者分别于术前及术后1个月和2个月行超声造影检查发现，手术前、后随着肾小球滤过率增加，AUC减小，TTP缩短，A减小，PI升高，说明了肾脏CEUS定量分析技术可实时观察肾皮质血流灌注过程，显示了肾脏血流灌注与肾小球滤过率水平有良好的相关性，同时对监测结石引起的梗阻性肾病患者术后肾脏血流动力学变化有较高的临床应用价值。

三、展望

CEUS技术已得到了国内外大量学者的认可，它具有无创性、实时性、安全性、敏感性、可重复性等特点，同时随着造影技术的成熟化和对比剂的不断发展，动物及临床实验的相继开展，CEUS技术在临床应用中也在不断推广与前进，其临床应用范围主要集中在监测肾移植术后并发症、早期诊断肾功能损害、ICU床旁监测的应用、慢性肾衰疾病疗效评估等方面。此外，也可以作为急性肾损伤保守治疗有效的监测工具和手段[35]。相信随着CEUS技术的飞速发展，在肾脏血流灌注评价领域中它将起到越来越重要的作用，为临床诊治提供重要依据。

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10.3969/j.issn.1671-2390.2017.02.012

国家自然基金资助项目(No.81573946)；上海市卫计委科研基金项目(No.201540199)；上海中医药事业发展三年行动计划项目(No.ZY3-CCCX-2-1003)

201203 上海，上海中医药大学附属曙光医院肾病科

王琛，E-mail：chenwang8@hotmail.com

2016-07-20

2016-12-29)