骨骼肌体积测量方法的比较与进展

施文珺 综述 祝联 审校

【提要】 骨骼肌是人类运动的基础，也是人体重要的能量储存器官。测量全身肌肉体积是对人体营养状态进行评级的常用方法，而局部特定肌群的体积测量在组织缺损的外科修复、术前及术后的评估中都具有重要意义。根据临床目的不同，可选的测量方法也不尽相同。本文对常见的骨骼肌体积测量方法及各方法的优点、局限和适用范围进行综述。

骨骼肌约占新生儿体重的23%，占健康成年男性体重的40%和健康成年女性体重的30%。肌肉体积的测量具有重要意义，全身肌肉体积是评估人体健康状况、运动能力，以及判断人体营养状态，诊断恶病质、肥胖、内分泌疾病等的重要指标。例如，在小儿麻痹症等引起的下肢肌群萎缩、外伤引起的肌肉组织缺损、双下肢不对称等的治疗中，测量局部肌群体积可用于术前评估需植入假体的体积和转移皮瓣的大小[1]；在以缩容为目的的肉毒毒素治疗中，目的肌群的体积测量对术前确定药物剂量和术后评估治疗效果都具有重要的意义。本文对报道过的骨骼肌体积测量方法进行整理，总结常见的骨骼肌体积测量方法及其优缺点和适用范围。

目前，全身或局部骨骼肌体积测量方法包括尿肌酐测量法、双能X线吸收法、生物电阻抗法、人体测量计算法、MRI测量法、CT测量法、超声测量法及各种人体测量学方法等。

1 常见测量方法

1.1 尿肌酐-肌肉体积测量法（Urinary creatinine method）

即通过对尿肌酐含量的检测来计算肌肉含量，是已知最早的测量肌肉体积的方法。1832年，骨骼肌中首次发现肌酸（Creatine）[2]，后续的研究揭示其本质为一种含氮有机酸，几乎全部（98%）存在于肌肉组织中，包括肌酸和磷酸肌酸两种形式，为肌肉细胞供能。肌酐是肌酸发生不可逆脱水反应的产物，是肌肉能量代谢的废物，不能被人体利用，需经肾小球过滤后随尿液排出。当骨骼肌含量稳定时，肌酐的生成量也相对恒定，这就是利用尿肌酐含量估测骨骼肌含量的原理[3-4]。该方法假设人体所有肌酸均存在于肌肉组织中，忽略从饮食中摄取的外源性肌酸，只适用于估测无肌酐饮食、肾功能正常人群的全身肌肉总量，易受到锻炼、饮食、月经周期和感染、发热、创伤等应激状态的影响。该测量法难以精确计算人体的肌肉体积[5]，但只需收集被测者一段固定时间内的尿液即可估算肌肉体积，对不方便采取影像学检查者（如重症监护室患者、行动不便者）仍不失为一种良好的选择。

1.2 双能X线吸收法（Dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）

该方法将人体视为由瘦组织、脂肪组织和骨组织组成的三间隔模型[6-7]，各组分密度不同，利用不同能量X线穿透各组分后的衰减率差异来计算肌肉组织（瘦组织）的体积。

Rst(38KeV)=α(RF)+β(RL) Rst(70KeV)=α(RF)+β(RL)

其中，Rst为X线透过被测组织后的衰减率，通过测量获得；RF、RL分别表示纯脂肪、瘦组织的X射线衰减率，其数值已知，根据公式进行计算即可得出α（脂肪成分）和β（瘦组织成分）的值。测量既可以全身为单位，也可针对头颅、躯干、上肢和下肢单独进行局部测量[8]，但无法对特定肌群单独测量。每例测量约耗时15 min，受试者受照剂量为0.01 mSv[9]。

双能X线吸收法具有检测快速、操作简便、辐射剂量小、准确度较高的优点，能对特定部位的肌肉体积进行测量，针对不同性别、年龄的测量对象时需对极端公式进行校正[10]，其主要问题是不同仪器参数不同，测量结果可能不一致[6，11]。

1.3 生物电阻抗法（Bioelectrical impedance analysis，BIA）

该方法将人体视为脂肪组织和非脂肪组织（近似于肌肉组织）组成的二间隔模型，两者的导电性不同，非脂肪组织的电阻抗较脂肪组织更小，其比例决定了人体的电阻抗值[12]。生物电阻抗法通过测量得到个体电阻抗值，从而得出非脂肪物质与脂肪物质含量。目前的生物电阻抗法主要还是以全身为单位，无法测量局部的肌肉体积。即便有的设备可以计算得到人体局部的电阻抗，但还是需要通过构建人体阻抗数学模型进行估算，测量结果并不精确。

通过生物电阻抗法测量肌肉体积可根据受试对象不同构建合适的数字模型和测量方案，其结果准确性虽易受到测量仪器、受试者人种、性别、年龄、测量时的状态和环境的影响，但因其具有仪器便携、可进行床边检查、无需专业测量人员、操作简便、安全无创、成本低、耗时少等明显的优点，适用于大规模的流行病学调查[13-14]。

1.4 MRI测量法

以MRI测量目的肌肉体积时，一般采取中横轴位厚层扫描（层厚通常为10 mm），通过手工测量或软件计算，使用公式：体积=横断面积×层厚，逐层依次计算出每张片子上的肌肉体积，将数据相加即为总的肌肉体积[15-16]。刘明霞等[17]采用MR三维容积扫描技术对下肢肌肉体积进行测量，实现了零间隔、薄层（2 mm）无间断连续扫描，步骤更加简便，提高了测量效率并降低了人为误差。

MRI测量的成本高、耗时长，受测量时姿势的影响，但对人体无辐射，测量结果精确，是目前测量肌肉体积的金标准。

1.5 CT测量法

CT被广泛应用于人体骨骼肌系统的研究，尤其多被用于下肢断面的研究[18-20]。CT值又称Hounsfield数（简称Hu），代表了CT图像上组织结构的相对密度。对目标肌群扫描后，利用各组织CT值的差异，计算出每层的肌肉体积，将各层数值相加后可得到总的肌肉体积。

CT测量法的结果与尸体解剖的结果高度一致，准确性极高，但因X线辐射原因，不宜作为常用手段，更不适用于儿童、孕妇等特殊人群，因此很少有用CT法对肌肉体积进行测量的系统性研究，而多见于需要常规CT检查的回顾性研究。

1.6 超声测量法

超声影像学较CT和MRI更早被用于肌肉的测量，但往往针对特定肌肉长度、厚度、羽状角等参数，较少被应用于肌肉体积的测量计算。Miyatani等[21]尝试利用超声测量肢体肌肉的厚度，并推导出计算肌肉体积的公式。结果显示，不同肌肉的厚度和体积间都存在一定的相关性，但将肌肉厚度作为唯一变量时，其与肌肉体积的相关性较差，在此基础上测量肌肉的长度，以厚度与长度双变量计算肌肉体积而得到的结果准确性有所提高，但仍不理想。Takai等[22]选取下肢多个固定截面，利用超声测量肌肉的厚度，用胶带标注测量选定截面的周径，并以此推算下肢肌肉的体积，并与双能X线法的测量结果进行比较，其结果准确性尚可，但并不具有推广普及的优势。Nijhuis等[23]利用超声测量小鼠去神经后的腓肠肌的体积变化，通过体表解剖标志确定测量平面，测量结果可靠，可见超声法在表浅的规则大肌群测量中可靠性尚可。

超声检测具有安全、无辐射、仪器便携、可重复性高的优点，但测量过程对操作的要求较高，尤其是在对目的肌肉进行多断面连续测量时，断面间的间隔、超声探头的角度和探头施加于软组织上的压力都应尽量保持一致，且由于肌肉和脂肪组织的声阻相差不大，在计算肌肉的体积时存在较大误差，一般仅用于床边检查等特殊情况。

1.7 人体测量学方法

利用人体测量学方法测算肌肉体积，是指直接对人体的某些参数进行测量，或者对最具有代表性的单张影像学图像进行测量，从而推导计算得到目的肌群的体积，而非直接对肌肉的各项参数进行测量，是经过大量数据计算验证后得出的结果。

目前被用于临床的人体测量学方法主要是通过MRI得到腰椎4～5水平的矢状截面图像，测算截面中的骨骼肌面积，其数值与全身骨骼肌体积几乎相等。通过股骨中段水平的矢状截面测算得到的肌肉面积，与大腿肌肉体积具有高度相关性，但并不相等[24]。除了利用特定截面的图像测算，全身的骨骼肌含量大约有75%位于四肢，因此可以通过对四肢的形态学测量来计算其肌肉体积，进而估测全身的骨骼肌体积。

人体测量学方法与常规影像学方法测量肌肉体积相比，在保证准确率的基础上，极大地减少了检查量，节省了时间和人力。但人体测量学的使用具有特定的范围[25]，且应根据受试者的人种、性别差异对公式进行校正，才能保证结果的准确性[26-28]。一般要求受试者的体重在10～60 Kg之间[29]，对于肥胖或癌症晚期恶病质患者，其测量结果存在偏差。

2 总结与讨论

肌肉体积的测量经历了许多变革和改进，最初人们只能通过解剖尸体测量肌肉体积；18世纪初，肌肉代谢产物肌酐的发现使得人们可以通过血肌酐的浓度来估算活体的肌肉体积[2]；随后又出现了DXA、BIA等操作简单、价格低廉的肌肉体积检测方法；CT、MRI等影像学技术的飞速发展，使对局部特定肌群的体积测量成为可能，但在测定全身肌肉总量时，对大量图像进行测量、计算的传统方法检查耗时长、成本高。因此，在影像检查的基础上，总结出基于特定单张断层图像估算人体肌肉体积的人体测量学方法[30-32]。

测量方法的改进，使得对身体状态的动态观测、组织缺损肌瓣修补手术的术前评估、去神经化后肌肉萎缩的具体量化都成为可能。因各方法操作及原理不同，准确性不同，适用的情况也不尽相同。临床应用中应根据具体目的选择合适的测量方法。肌酐-肌肉体积测量法、BIA和人体测量学方法只能计算全身肌肉体积。MRI、CT和DXA则可计算全身或特定肌肉的体积。其中，MRI、CT准确性最高，MRI可作为肌肉体积测量的金标准，DXA具有较高的准确性。肌酐-肌肉体积测量法、BIA、DXA和人体测量学方法成本较低。BIA、DXA和人体测量学方法操作简便，对受试者检查时的姿势和测量人员的专业技术没有过高的要求，检测重复性好。

综上所述，在需要对全身肌肉体积进行测量时，尤其是大样本量的普查中，选用BIA法较合适；对行动不便的重症患者及恶病质患者可通过收集尿液利用尿肌酐-肌肉体积测量全身肌肉体积，以评估其健康状况；特定肌群的体积测量可借助床边超声；而需要对形状不规则的特定肌肉体积进行测量时，如对小腿扩容手术的术前判断和小腿缩容手术的术后评估，则采用MRI、CT法精确测量更合适。