骨骼肌质量测定方法研究进展

骨骼肌质量测定方法研究进展

李敏崔焱尹长森

全球老龄化不断加速,初步统计到2050年>65岁的老年人口将达到20亿[1]。肌少症是与年龄相关的骨骼肌质量及功能下降。在全球其发病率逐年增高,目前已成为威胁老年人健康,影响老年人生活质量的重要危险因素[2]。目前国际上普遍接受的肌少症的诊断策略包括测量肌肉质量、肌肉力量和身体活动能力。肌少症欧洲工作组基于对以上3项指标的测量,将肌少症分为3期:肌少症前期:仅有肌肉质量减少;肌少症期:肌肉质量减少伴随肌肉力量下降或身体活动能力降低;重度肌少症期:肌肉质量减少伴随肌肉力量下降和身体活动能力降低[3]。肌少症分期有利于指导临床早期管理肌少症,肌少症前期病人仅有肌肉质量下降,肌肉力量和功能尚保持正常,病人能维持独立生活。此期对肌少症前期病人进行及时干预，预防肌肉力量及功能下降效果更好,进而对减少肌少症带来的医疗及社会照顾负担有重要意义。

肌少症前期的诊断需要测定肌肉质量。肌肉质量的测定是肌少症筛查的关键要素,是目前肌少症研究热点之一。目前多种实验室和流行病学方法可用于测定肌肉质量。本文介绍具有代表性的方法及其应用进展,并比较各种方法的优劣,以期为肌少症研究者及老年医学临床工作人员提供一定的参考。

1 全身钾含量法(total body potassium,TBK)

TBK测定肌肉质量原理是基于人体内的钾元素大部分存在于骨骼肌中,且含量相当稳定。钾是人体中唯一具有自然放射性同位素的元素,40K占天然钾的0.012%，并释放高能(1.46 Mev) γ射线,这种γ射线50%以上将离开人体,从而使得体外计数成为可能。

TBK 方法的优点是测试无放射性、步骤简便。然而40K的测量必须依赖一套复杂的γ射线检测和记录系统;同时必须配备一个银质或钢制的屏蔽室以消除来自土壤和岩石中本底射线的影响。因此, TBK的测量装置昂贵、技术复杂,并不能作为临床和实验中的常规方法。

2 尿肌酐测定法

目前最直接的活体肌肉质量测量方法是24 h尿肌酐测定法[4]。其原理是:骨骼肌细胞每日以相对恒定的速率生成肌酸酐并扩散到血循环中,肌酸酐是代谢终产物,几乎全部由肾脏经尿排出。尿肌酸排出量与全身骨骼肌含量之间具有较高的相关性,肌酸酐绝对值可以用作评价肌细胞量的指标。

肌酸酐浓度测定样本是尿液,对受试者完全没有伤害;不需要昂贵的测定仪器,使用常规化学试剂即可。然而此方法需要受试者具有很高的依从性,必须食用无肉饮食≥1周,以排除外源性肌酸的干扰。而且,受试者必须连续3 d准时、完全地收集24 h尿液。

3 人体测量学

全身的骨骼肌含量大约有75%位于四肢,假设每个肢体为圆柱体,从而将肢体简化为圆心重合的内、中、外3层(即骨骼、骨骼肌与皮下脂肪组织)[5]。通过测量四肢的围度、皮褶厚度等指标估算出四肢肌肉质量进而计算出全身肌肉质量。

人体测量对受试者无损伤,所需的测量工具价廉且便于携带,适合于现场研究。其局限性在于:(1) 构建模型时,将肢体简化为圆柱体,会产生模型误差;(2) 测量人员需要经过严格的培训,选择测量位置时应特别加以注意,以保证测量结果的可重复性及推算的准确性;(3) 该方法对比较瘦的受试者较为实用,但对于皮肤松弛的老年人和过度肥胖者往往难以获得准确的测量。由于其他测定骨骼肌方法的出现和发展,人体测量指标估计肌肉质量仅在条件有限的情况下应用。

4 计算机体层摄影(computer tomography, CT) 和磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)

CT和MRI实现了活体骨骼肌组织和去脂骨骼肌的精确测量。2种影像学方法测定肌肉质量都是通过分辨身体不同组织(骨骼肌、脂肪、骨骼、内脏)特征并用图像将其区分开来,然后通过图像分析,得到肌肉横截面积和容量,并根据体温状态下肌肉密度(1.04 g/cm)计算肌肉质量。依据脂肪组织在体温状态下相对恒定的密度(0.92 g/cm),可得到肌间脂肪组织质量,从而排除了因肥胖、疾病导致的肌纤维间脂肪组织浸润而影响测量结果,使肌肉质量的测定数据更加精确。然而CT和MRI测定费用高昂,CT还具有放射性,限制了其在肌少症社区筛查中的广泛应用。目前二者在骨骼肌质量的研究中主要应用是作为金标准来校准其他方法。

5 双能X线吸收测定法(dual-energy X-ray-absorptiometry, DXA)

DXA是目前最广泛地用于测定肌量的方法。其测量原理是:DXA装置的 X线发生器可获得2种不同能量的弱X线(高能:80～100 KeV和低能:40～50 KeV),X线穿过受检部位时,因骨组织主要成分为X线衰减率较高的钙盐、磷盐,而最先从人体组织中区分出来,计算机首先将穿透骨组织的 X 线强度转换为骨矿含量数值,再根据纯脂肪、瘦组织的 X 射线衰减率计算出脂肪和瘦组织含量。DXA测试方便、快捷、安全。受试者平躺在测试台上,双臂自然摆放在身体两侧,无需其他配合。目前比较先进的窄扇形束DXA扫描仪完成全身测试仅需5～7 min,辐射剂量为0.1～4.7 μSv,更具体地说,与胸部CT相当于几年的天然本底辐射剂量相比,全身DXA扫描剂量≤1 d的天然本底辐射剂量[6]。DXA 配置的软件可以将受试者的 DXA 影像自动区分为左右上肢、头部、胸部、腹部及左右下肢等部位,可较精确地得到全身和局部肌肉、脂肪和骨矿含量[7]。多数研究认为DXA在不同年龄、性别、身体活动水平、种族以及脂肪比例的群体中测量身体成分的偏差很小[8]。目前DXA被认为是临床研究身体成分的金标准方法,并替代MRI、CT成为测定肌肉质量最常用的标准方法[9],并可作为校准方法验证其他测定方法的性能[10-12]。

但DXA技术也存在一定的局限性:(1) DXA并不直接测定人体肌肉质量[13]。DXA软件将人体成分分为脂肪、骨矿物质、瘦软组织。其中瘦软组织主要由肌肉组织构成,另外还包含皮肤、肌腱、骨髓和结缔组织。有研究认为:DXA使用瘦软组织总量预测人体肌肉质量[14],将皮肤、骨髓质量忽略不计,从而高估了肌肉质量[15]。(2)DXA不能分辨浸润在肌纤维间的脂肪组织,会过高地估计肥胖受试者的肌肉质量。而且有研究显示,随着体质量增加,DXA倾向于高估大腿肌肉含量,因此特别肥胖人群应慎用DXA测量肌肉质量[16]。(3)此外,如果受检者平躺时身长超出扫描区域长度或两臂间宽度超出扫描区域宽度,都将影响DXA测定肌肉质量的精准度。(4)DXA设备昂贵、难以携带,不适用于大规模的群体调查。而且其照射源依然存在少量的辐射,不适用于孕妇等特殊人群。

6 生物电阻抗分析法(bioelectrical impedance analysis, BIA)

运用BIA测量肌肉质量的原理是基于骨骼肌含有大量水分与电解质,电阻抗较低;而脂肪组织是无水物质,电阻抗较高。BIA通过数个与身体表面接触的电极片,测定机体的电阻抗,再依据这些测定值由设备内置的计算公式推断出身体成分,如肌肉、水分、脂肪的质量。BIA测量无创、快捷、价廉,可以由非专业人员来操作,适用于临床测定与现场研究。自从1985 年Lukaski首先提出使用BIA评估人体肌肉质量,之后众多研究基于所参照人群得出不同的预测方程。许多临床试验证实了BIA 和金标准MRI或 DXA 结果的相关性较好,但一致性在不同的研究中存在争议[17-18]。分析原因,可能是因为BIA预测方程是由健康成年人测量数据推导出来,用于不同人群研究可能存在差异。而且BIA监测人体成分假设人体为均匀的圆柱体,与实际人体形态相差较大;另外,BIA测定结果受到电极摆放位置、姿势的改变以及体液含量等多种因素的影响。有研究认为,在心力衰竭、肾衰等致体液增多情况下,BIA将高估此类受检者肌肉质量[19-20]。国内亦有研究证实,与DXA相比,BIA可高估儿童肌肉组织含量和骨矿含量[8]。基于以上争议,许多研究使用金标准方法推导并验证不同年龄、性别、种族、疾病人群使用BIA测量肌肉质量的预测方程,旨在扩大BIA仪器的使用范围[10,21]。目前专家认为,在应用BIA进行人群研究前,必须验证该设备与金标准的一致性[9]。此外,为避免电流干扰影响心脏起搏器等电子医疗器械的正常使用,BIA应禁用于体内装有此类器械的受检者。

7 超声

肌肉厚度与肌纤维横截面积或肌容量之间存在线性关系[22]。与CT/MRI直接测量肌肉横截面积不同,超声技术通过测量身体不同部位的肌肉厚度得到肌肉质量。研究显示,超声测量躯干及四肢肌肉质量与MRI[23-24](男性r=0.83～0.96,女性r=0.53～0.91,P<0.05)和DXA[25](r=0.975,n=36,P<0.05)测量结果具有较高的相关性;另一项研究认为,使用超声评估肥胖人群肌肉质量比使用DXA的结果更为精确[26]。

袖珍型超声设备重约10 kg,携带方便,测量过程仅需受检者保持站立体位,肘膝关节伸展放松,整个测量时间约3 min。可用于社区筛查。另外,超声成像可获取肌肉收缩过程中的实时变化[27],能满足动态监测需要,为肌肉功能的临床评估提供重要的研究方法。

2010年肌少症欧洲共识并未将超声推荐作为评估全身肌肉质量的方法,原因可能是:(1) 超声检查中需人工提取肌肉厚度,主观性强。(2)目前发表的超声评估肌肉质量的预测方程,精确性存在争议[28],需消除或降低方程本身的系统误差。(3)使用超声评估人体成分的应用方法缺乏统一指南[29]。

8 小结

以上各种肌肉质量测量方法原理迥异,但能用一个通式来概括:C(SM)=f(Q)[30]。在该公式中,C(SM)为骨骼肌质量;Q为某种可测定量;f为将Q与SM相联系的预测方程。方程的参数估计一般是基于西方人群的研究数据导出,国内肌少症研究刚刚起步,缺少适合本民族人群的估测方程;而研究仪器多为国外进口,所用公式都不是针对中国人而开发的,理论上存在一定误差。因此在引入不同的研究工具前,有必要依据本民族群体为样本对预测方程进行验证和校准。

理想的肌肉质量测定工具应具备精确、安全、便携、价廉的特点。目前来说,寻找一种既简单又精确的测定肌肉质量的理想方法存在困难。故可根据不同的研究目的选用不同的测定方法。从要求的精确程度来看:MRI和CT可实现骨骼肌组织和去脂骨骼肌的精确测定,是公认的肌肉质量测定的金标准。但2种检查可及性较低;DXA测定人体肌肉质量具有较高的准确性和良好的重复性,被广泛应用于肌少症的临床研究;而使用人体测量学、BIA、超声测定肌肉质量则适用于大规模的人群调查。目前欧洲工作组诊断共识推荐使用BIA作为社区筛查肌少症的手段。

肌肉减少是失能的独立预测因子,失能导致社会负担增加。及早筛查肌少症并进行运动干预可延缓失能的进程,提高老年人生活质量,对应对老龄化具有相当重要的意义,故更多的研究应致力于探求简单、准确、价廉的方法测量肌肉质量,为在老年人中普遍开展肌少症筛查提供理想的测量工具。

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江苏省重点学科建设项目“护理学”(JX10617801)；南京医科大学健康促进护理协同创新中心建设项目(JX21831803/004)；江苏省重点专业建设项目“护理学”(苏教高〔2012〕23号)(JX222201231)

230001安徽省合肥市，安徽省立医院老年科(李敏，尹长森)；210003江苏省南京市，南京医科大学护理学院(崔焱)

崔焱，Email：cyan@njmu.edu.cn

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10.3969/j.issn.1003-9198.2017.09.027

2016-03-23)