肾脏三维超声与糖尿病肾病肾组织病理改变的关联

马 妍 欧长笛 王晶晶 张丽华 焦晨峰 孙 晖 谢红浪

糖尿病已成为影响全球健康的重大问题,据国际糖尿病联盟公布的数据,全世界约有4.25亿糖尿病患者(20～79岁)[1],我国糖尿病患病人数已居全球首位[2]。糖尿病已经成为终末期肾病(ESRD)的首要病因[3]。据流行病学统计,我国糖尿病相关慢性肾脏病患者约2 430万人,其中经肾活检病理确诊合并非糖尿病肾脏病变(NDRD)者约占15.7%～ 82.9%[4]。与糖尿病肾病(DN)相比,NDRD 患者经激素、免疫抑制剂等药物治疗后,肾脏预后相对较好[5]。肾脏穿刺活检作为诊断肾脏疾病的“金标准”,因其为有创性操作,出血等并发症无法避免,尤其是DN伴有高血压和肾功能不全者,一旦出血往往后果严重,可致肾摘除甚至死亡[6]。因此,对于肾活检高危或禁忌证的患者, 有必要寻求无创性辅助诊断方法区分DN与NDRD。本研究拟采用三维多普勒超声结合患者的临床检查指标,为DN诊断构建辅助模型。

对象和方法

研究对象2020年8月至2021年8月在国家肾脏疾病临床医学研究中心行肾活检的成人2型糖尿病患者。入选本研究的患者均签署了知情同意书。纳入标准:(1)年龄在18～75岁,符合1999年世界卫生组织(WHO)2型糖尿病诊断标准;(2)因肾损害行肾活检明确肾脏病理诊断。排除标准:(1)合并系统性红斑狼疮、过敏性紫癜、浆细胞病、慢性病毒性肝炎等继发性肾脏疾病因素;(2)合并恶性肿瘤、结核病、严重免疫缺陷等慢性消耗性疾病;(3)合并严重急、慢性心功能不全和肝功能损伤等。

观察指标(1)临床资料:包括性别、年龄、体质量指数(BMI)、高血压史、糖尿病病程、肾病病程、糖尿病视网膜病变、外周神经病变;实验室资料:24h尿蛋白定量、尿红细胞计数、糖化血红蛋白(HbA1c)、估算肾小球滤过率(eGFR)、血清肌酐(SCr)、血尿素氮、血尿酸、血钙、血磷、总胆固醇(TC)、三酰甘油、血清白蛋白、血红细胞计数、血红蛋白;高血压的诊断和测量依据《2010 年中国高血压病管理指南》,定义为在没有使用降压药物的情况下收缩压 >140 mmHg 和(或)舒张压 > 90 mmHg[7]。

(2)病理资料:对采集肾组织标本在光学显微镜下观察病变程度并分级,根据《2010年肾脏病理学会研究委员会的分期标准》诊断肾小球病变分型[8]。肾小球硬化程度分级:将硬化的肾小球/总肾小球比例< 50%的判定为1级;将硬化的肾小球/总肾小球比例≥50%的判定为2级;肾小管萎缩与间质纤维化(IFTA)分级:1级(病变范围<25%);2级(病变范围25%～50%);3级(病变范围>50%)。动脉硬化:0级(无动脉硬化);1级(有动脉硬化)。

(3)三维超声检查:在患者行肾脏组织活检前1d,利用飞利浦EPIQ7 型彩色多普勒超声诊断仪,由5年及以上超声工作经验的医生完成,所有图像后处理均有仪器专业技术人员培训指导后完成。肾脏三维体积测量选取X6-1探头,频率1～6 MHz,仪器配有QLab图像处理软件。检查中嘱患者屏气时采集肾脏的容积数据,选择7层横切面估算肾脏体积,分别得到双肾三维体积。瞬时弹性成像选择双肾下极皮质区域,分别连续测量10次,最终值取其均值,用剪切波速度(SWV)来表示。肾动脉血流灌注测量选取叶间动脉,嘱患者屏气获取三个心动周期的血流频谱,选取其中一个稳定的心动周期,得到血管指数(VI)、血流指数(FI)、血管化血流指数(VFI)等血流参数。

统计学分析采用 《SPSS 26》软件进行统计学分析,连续变量用均值和标准差表示,分类变量用频率和百分比表示。使用Pearson或用 Spearman相关性分析变量之间的相关性。利用Logistic回归初步建立预测模型。使用t检验比较两个独立样本之间的差异,分类变量采用卡方检验进行组间比较,单因素方差分析比较多组间计量资料的差异性,以P< 0. 05为差异有统计学意义。

结 果

两组患者临床和肾脏超声结果的比较本研究共纳入110例2型糖尿病合并慢性肾脏病患者,平均年龄52.00±9.63(25～74)岁,男性82例(74.54%)。根据肾活检病理结果分为DN组(62例)及NDRD组(48例)。NDRD组主要包括膜性肾病(15例,31.25%)、IgA肾病(24例,50.0%)、高血压肾损害(7例,14.58%)、局灶节段性肾小球硬化(2例,4.16%)。两组患者年龄、糖尿病病程、TC、视网膜病变以及外周神经病变有统计学意义(表1)。

表1 两组患者的临床资料

肾脏体积三维超声结果显示,DN组双肾体积均大于NDRD组,右肾有统计学意义,而左肾无统计学意义。超声剪切波弹性成像结果示，DN组双肾皮质弹性SWV值大于NDRD组(P<0.05)。血流灌注结果提示，DN组双肾VI值和VFI值均小于NDRD组(P<0.05),而双肾FI值无显著差异(表2)。

表2 两组患者肾脏三维超声检查结果的比较

相关性分析示,两组患者双肾皮质SWV、双肾血流(VI/FI/VFI)与患者年龄、糖尿病病程、肾病病程、24h尿蛋白定量、SCr、尿酸、血清白蛋白、TC、三酰甘油、血红蛋白、尿红细胞计数等临床资料之间无相关性。

DN患者超声SWV与肾脏病理的关联为进一步分析超声弹性与DN组肾脏病理的联系,本研究所有患者均行左肾超声引导下肾组织活检获取病理标本,故分析左侧肾脏超声参数比较病理指标的相关性。DN组共62例,肾小球病理分期分别为2期(19例,30.6%)、3期(25例,40.3%)和4期(18例,29.0%),组间左肾SWV差异有统计学意义(F=6.325,P<0.05),3期和4期左肾SWV显著高于2期(P均<0.05)。肾小球硬化程度较重的患者SWV值更高,两组相比差异具有统计学意义(表3)。

表3 DN患者肾脏病理指标与左肾SWV的关联

超声SWV与肾间质纤维化的关联为比较肾脏超声弹性与间质纤维化的关系,根据IFTA程度对所有患者进行分组,IFTA 2级和IFTA3级患者左肾皮质SWV值高于IFTA 1级(P均<0.05)。DN组不同IFTA分级组间左肾SWV差异有统计学意义(F=5.605,P<0.05),IFTA 2级和3级组左肾SWV值显著高于IFTA 1级(P均<0.05)(图1)。进一步比较DN组与NDRD组相近间质纤维化程度下的左肾皮质SWV差异,IFTA 1级DN组SWV高于NDRD组(P<0.05),IFTA 2级和IFTA 3级两组间无明显差异。

图1 肾脏超声SWV与肾间质纤维化的关联DN:糖尿病肾病;NDRD:非糖尿病肾脏病变;IFTA:肾小管萎缩与间质纤维化;SWV:剪切波速度;*两组相比,P<0.05

方程1:Logit(DN)=0.065×AGE-0.109×HIS+1.903×DR+0.494×TC-6.214

所得方程1的Logistic模型具有统计学意义(χ2=6.525,P<0.05)。该模型能够正确分类74.5%的研究对象;所得方程2的Logistic模型具有统计学意义(χ2=4.390,P<0.05)。该模型能够正确分类77.3%的研究对象。按照方程绘制ROC曲线,方程1(图2)的曲线下面积(AUC)0.819,95%CI 0.737～0.900,方程2(图3)的AUC为0.831,95%CI 0.752～0.910。由此,添加肾脏超声参数的方程2诊断效能要优于方程1。

图2 方程模型受试者工作特征曲线

讨 论

本研究利用三维超声获得2型糖尿病合并慢性肾脏病患者的肾脏体积、弹性和肾动脉血流,根据肾组织病理将其分为DN组与NDRD组,两组患者年龄、糖尿病病程、总胆固醇、视网膜病变以及外周神经比例等临床资料差异有统计学意义,且两组间右肾体积、双肾弹性及血流灌注差异有统计学意义。在DN组,肾组织纤维化程度较重的SWV值较高，差异有统计学意义。为构建辅助诊断DN的临床预测模型中加入了超声参数,将预测方程的AUC有0.819升至0.831,提高了该方程的准确性。因此引入肾脏超声参数有助于辅助诊断DN。

除了DN,糖尿病患者可出现其他原发或继发性肾脏病,不同肾病的治疗方案及预后各不相同[5]。临床上常用肾脏组织活检作为鉴别手段,其作为有创检查,出血等并发症无法避免,尤其是DN伴高血压和肾功能不全者,一旦出血往往较严重,可致患者肾摘除甚至死亡[9]。因此,对有肾活检禁忌症的患者, 寻求一种无创的辅助诊断方法是有必要的。医学影像学作为一种无创的工具,可用于评估肾脏的形态,灌注,功能,甚至间质改变等[10]。因超声具有低成本、易获得的特点,成为临床工作中肾脏检查的常用手段。

DN早期因高灌注而代偿性增加了肾脏体积,可先于肾功能改变甚至先于蛋白尿的出现,即使在DN晚期也不会显著减小[11]。因此超声检测肾脏体积可用于DN的早期筛查。三维超声较传统超声及灰阶超声有较好准确性及可重复性,能够更清晰的显示器官的形态、表面特征以及空间关系,可用于肾脏体积的测量[12]。本研究中,DN组双肾体积均大于NDRD组,右肾差异有统计学意义,这与李楠等[13]研究一致。这种差异可能系正常左肾体积略大于右肾,且解剖位置高于右肾,致其体积增大较右肾不明显。

剪切波弹性成像通过产生剪切波,致被测组织发生可逆可测的机械形变,通过超声仪器记录、计算出组织偏移程度,得出SWV。被测组织的硬度越大,SWV越大,纤维化程度越严重。该技术已广泛应用于临床,常用于检测肝脏、甲状腺、乳腺及淋巴结等[14]。Aendt等[15]的研究发现在移植肾中超声弹性与肾间质纤维化之间显著相关。这与本研究DN组超声弹性与肾纤维化程度相关结果相一致。本研究DN组双肾皮质弹性SWV大于NDRD组,且在相近纤维化程度时,早期纤维化的DN组与NDRD组左肾皮质超声弹性有差异。可能由于DN的主要病理变化是肾小球基膜增厚、系膜细胞增生、肾小球结节性硬化及间质纤维化,进而引起硬度增加。超声血流灌注参数VI 代表该区域的血管丰富度,FI反映目标区域血管内血流速度;VFI=VI×FI,反映了血管密度和血流强度。本研究中,DN组双肾VI、VFI低于NDRD组(P<0.05),可能由于DN组肾素血管紧张素的过度活化,高血糖水平致活性氧自由基清除能力下降[16],肾小球内皮细胞损伤、管腔狭窄甚至梗阻,血管数量减少,血流强度下降。

本研究基于本中心对2型糖尿病患者的肾组织活检,引入超声手段评估肾脏的体积、弹性与血流,为DN的诊断提供了辅助手段。本研究也存在一定的局限性。在超声检查过程中,左肾和右肾的解剖学位置不同,在操作过程中容易受胃部与结肠脾曲胃肠道积气的影响,从而产生测量误差。本研究样本量相对较小,只能作为初步研究使用,但肾脏超声参数的引入可以提高预测方程的诊断能力,扩大样本量后可能获得更好的研究结果。

小结：利用三维超声获得肾脏的体积、弹性等参数有助于临床医生评估2型糖尿病合并慢性肾脏病患者肾活检的风险收益比,为有肾活检禁忌证及高危风险的糖尿病患者提供辅助诊断手段。