肥胖症对体质成分的交互作用及影像学评价现状

孙 鹤，孙玲玲*，潘诗农，李 琦，王 磊，王 勇

(1.中国医科大学附属第四医院放射科，4.代谢外科，辽宁 沈阳 110032；2.中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004；3.辽宁电力中心医院医学影像科，辽宁 沈阳 110006)

WHO将肥胖定义为与健康有明显风险相关的身体内过量脂肪积累，是许多慢性疾病的重要危险因素。WHO确定的全球非传染性疾病中包括肥胖症[1]。肥胖不仅对人类健康造成不利影响，还带来巨大经济负担[2]。因此，深入了解肥胖症对人体成分的影响及作用机制至关重要。

1 脂肪、骨骼与肌肉的相互作用机制

目前肥胖已被广泛认可的病理生理基础是脂肪组织的早期炎症改变。脂肪细胞肥大导致促炎及抗炎细胞因子分泌及表达失调，脂肪组织免疫和炎症的平衡状态被破坏，导致大量促炎因子产生[3]，如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白细胞介素6(interleukin-6, IL-6)，其一方面会促进脂肪分解、抑制脂质形成及降低血脂；另一方面，TNF-α和IL-6可通过内分泌途径调节骨代谢，如TNF-α是成骨细胞某些分化阶段的负向调节剂，同时正向调节破骨细胞的增殖和分化，IL-6通过复杂的机制影响成骨细胞和破骨细胞，具有双重效应[4]。

脂肪组织不仅是能量存储器官，更是一种内分泌器官，可以分泌多种脂肪因子，这些脂肪因子除调节食物摄入和能量代谢外，还涉及骨骼生物学调控。瘦素是最重要的脂肪细胞衍生物，一项体外研究[5]显示，瘦素能直接作用于骨髓中表达瘦素受体的间充质干细胞，抑制骨形成，并诱导其分化成为脂肪细胞。脂联素是另一种脂肪因子，可提高胰岛素敏感性，其在肥胖和糖尿病患者中含量降低。通过抑制骨形成、促进骨髓脂肪细胞形成，脂联素在调节骨骼动态平衡中表现为负面作用[6]。此外，肥胖还可影响骨骼肌。Black等[7]对大鼠的活体研究结果显示，高脂饮食会引起骨骼肌前体mRNA选择性剪接，改变基因表达，造成骨骼肌代谢变化。肌肉生长抑制素是转化生长因子β超家族成员，不仅在肌肉平衡中起关键作用，还同时对脂肪及骨骼造成影响。肥胖患者中肌肉生长抑制素增高，并且在体质量减轻后降低。高水平肌肉生长抑素降低骨密度，相反，抵制肌肉生长抑素水平可提高骨密度[8]。此外，肥胖还会造成损伤肌肉再生的代谢紊乱，此过程依赖于成肌细胞增殖和分化过程中生肌调节因子(myogenic regulatory factors, MRFs)的激活。肥胖时，机体通过改变炎症信号传导和蛋白质合成反应来影响骨骼肌再生过程，特别在肌肉再生开始早期[9]。

由此可见，脂肪、骨骼及肌肉组织之间存在交互作用，形成骨-肌肉-脂肪的轴链反应，但其作用机制目前仍不完全清楚。

2 肥胖对骨骼肌肉的影响

肥胖对于骨骼的影响目前尚存争议。一项5 287例肥胖者参与的试验[10]显示，体质量指数(body mass index, BMI)与骨矿物质密度(bone mineral density, BMD)呈正相关，特别是随着BMI和臀围增加，髋关节及腰椎的BMD也随之增加。既往有学者[11]认为可以通过增加骨骼负荷防止肥胖患者的骨折风险，原因是骨骼细胞感知肥胖患者增加的机械负荷后通过增加BMD来适应其变化；但最近一项对于BMI与骨折风险关系的Meta分析[12]结果显示，BMI增高可能是引起骨折的危险因素，且与性别无关。值得注意的是，儿童时期过多的脂肪堆积似乎同样增加骨折风险，可能与肥胖的儿童更易摔倒、且摔倒后造成的冲击力更大有关[13]。因此，在关注成人肥胖的同时，更应提高对儿童时期肥胖的重视。

近年来，肥胖对肌肉组织的影响也引起了关注。研究[14]显示，较高的BMI与较强的握力相关，但当腹部脂肪过多沉积时，腰围每增加10 cm，男性握力会下降3.56 kg、女性握力下降1.00 kg。因此，脂肪异常分布可能对肌力下降更具有意义。研究[15]认为，肥胖且肌肉含量较低的老年人步行速度下降更快，发生行动障碍的可能性高于肌肉力量不佳或单纯肥胖者，具有较高的摔倒风险，更易发生骨折。

3 减重术后体质成分的变化

目前减重手术已经成为肥胖患者减轻体质量、治疗肥胖相关慢性疾病的有效方法[16]。减重术后，肥胖症患者身体成分的变化引起临床医师的广泛关注。Maïmoun等[17]研究显示成人肥胖者减重术后1个月全身脂肪含量及肌肉含量均出现下降，且男性全身、上肢和躯干部位的脂肪含量下降多于女性。而一项对于青少年肥胖症患者减重术后随访2年的研究[18]结果显示，脂肪含量减少39.6%～51.8%的同时，肌肉含量相对增加47.0%～58.1%。引起两项研究结果差异的原因可能是：①随访时间不同；②研究对象的年龄不同。

对于减重手术与骨量丢失的相关性尚有争议。胃旁路术后2年，5%～10%患者髋关节和脊柱出现骨质疏松，主要是由于小梁体积骨密度(volumetric bone mineral density, vBMD)减少所致，尤其在12～24个月最显著[19]。减重术后发生的骨密度减低不完全由于体质量减轻引起的骨骼负荷减少所致，还可能与手术导致的胃肠道生理结构改变伴胃肠功能、肠道微生物变化等有关[20]。目前对于青少年减重术后的体质成分变化的研究较少，现有研究主要是评价减重手术对青少年身体发育的影响。青春期和成年早期是体质量增长的重要时期，减重手术造成的骨量减少可能对生长中的骨骼产生影响。

4 人体成分的测量及影像学评价方法

人体成分主要有骨骼、肌肉、脂肪及一定量的水，其在不同性别、不同年龄、不同地域种族人群中含量也不同。目前临床常用BMI作为肥胖的诊断标准。WHO和美国国立卫生研究院定义BMI>30 kg/m2即诊断为肥胖。但BMI仅参考身高这唯一因素对体质量的影响，不能反映脂肪在体内分布的真实情况。

随着影像学技术的快速发展，双能X线吸收测量法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)、定量CT(quantitative CT, QCT)及MRI等均可对骨骼、肌肉及脂肪含量、结构及分布等进行精准评价。

4.1 DXA DXA通过X线在两个不同能量(高和低)水平上测量透射体。X线源产生两种光子，分别为高能光子和低能光子，X线束在穿透组织过程中能量衰减，衰减程度受光子强度、人体组织密度及厚度的影响。软组织吸收射线少，骨组织吸收射线多，两个X线能量峰值的衰减差异对不同组织存在特异性。DXA检测不同组织对光子能量的吸收差异，并将其转化成机器能够接收的脉冲信号，通过计算机软件处理，得到不同组织成分的含量。

DXA具有快速、辐射剂量小、价格低廉等优点，临床最常采用DXA骨密度测量技术对骨折风险进行评估并监测治疗效果。DXA可提供个体骨骼健康的全面信息，标准DXA测量参数包括评估BMD和骨矿物质含量(bone mineral content, BMC)。2013年，国际临床骨密度测量学会(International Society of Clinical Densitometry, ISCD)官方指南在身体成分临床评估中肯定了DXA技术的临床价值，同时建议在以下3种病理状况下进行全身DXA检查：①使用与脂肪萎缩风险相关的抗逆转录病毒药物的人类免疫缺陷病毒阳性患者，DXA检查用以评估脂肪分布；②肥胖患者接受减重手术(或具有预期的大量体质量减轻的医疗、饮食或减肥方案)，在体质量减轻超过约10%时评估脂肪和瘦体质量变化；③肌肉无力或身体功能差的患者，用以评估肥胖和瘦体质量[21]。虽然DXA测定的BMD是诊断和治疗骨质疏松症的金标准，然而，BMD仅影响60%～80%的骨强度，还有其他骨骼特征会影响骨强度和骨折风险。因此，2015年ISCD官方指南提出腰椎DXA图像的灰度级结构指数(trabecular bone score, TBS)，即小梁骨评分，但该技术的实用效能尚待临床验证[22]。

4.2 QCT QCT是基于X线光子和身体组织间的相互作用，具有准确性好、可重复性高的特点。QCT评估骨质疏松症时，需在患者身体下方放置钙羟基磷灰石或磷酸氢二钾(K2HPO4)模型(通常为腰椎)作为参考标准。测量结果BMD>120 mg/cm3为正常，80～120 mg/cm3为骨量减少，<80 mg/cm3为骨质疏松。QCT的定量结果已被认为优于DXA[23]，特别在避免假阴性方面更具优势，因为退行性脊柱疾病出现的骨质增生硬化可能掩盖潜在的BMD损失。QCT还可用于身体脂肪含量的测定。Lee等[24]观察458名女性的身体脂肪含量，测量受试者大腿和小腿皮下脂肪的百分比及肌肉密度，认为外周QCT检测的肥胖指数可用于准确评估青春期女性的全身脂肪百分比。此外，QCT也可用于直接评估肌肉的脂肪浸润程度(肌营养不良)[25]。

4.3 MRI 单体素1H-MRS被认为是定量评价异位脂肪的非侵入性金标准。水和脂肪信号通过频谱的化学位移位置而被识别。1H-MRS已广泛用于测量肝脏、骨骼肌和骨髓中的脂肪含量(proton density fat fraction, PDFF)，以此反映组织的代谢水平；但水脂肪峰值存在重叠，这为准确评估骨髓不饱和度带来了挑战[26]。

水脂分离化学位移成像技术可用于高空间分辨率的脂肪定量测量，较单体素MRS更具优势，因为脂肪含量的分布可能存在空间异质性，特别是在骨髓组织中。此外，该技术还能实现单独评估肌肉内脂肪，从而克服T1WI的限制，同时也可对骨髓脂肪含量进行准确测量[27]。定量水脂分离MR(fat-water MR imaging, FWMRI)测量可提供真实的三维体积图像[28]。近年来，FWMRI在研究人和动物脂肪空间分布、体积和组成的量化方面取得了重要进展，并可用于鉴别脂肪组织中的棕色脂肪[29]。根据最近报道[30]，改进后的Dixon化学位移序列具有良好的再现性和图像质量，但仍需进一步研究建立定量MRI脂肪分数与传统临床特征如BMI、年龄和代谢综合征标准间的一致性，用于开发可纵向监测肥胖相关疾病的基于MRI的生物学标志物。

综上所述，通过探讨肥胖对体质成分的影响及相互作用机制，采用科学、定量的影像学方法检测肥胖症患者体质成分，有助于在减重术前进行全面评估，并及时反馈术后身体各成分的变化，为有效治疗肥胖症相关慢性疾病提供诊疗依据。