慢性肾脏病患者铁过载的MRI定量研究

白路天 陆轶君 张晓丽 肖 婧 林丽娜 李仕红 林光武

肾性贫血是慢性肾脏病（chronic kidney disease， CKD）患者重要且常见的并发症，治疗肾性贫血的重要手段之一是使用铁剂治疗，这可能带来铁过载风险，为避免出现铁过载，目前临床主要使用血清铁蛋白（serum ferritin， SF）、转铁蛋白饱和度（transferrin saturation， TSAT） 来评估患者的铁状态，但这些实验室检查指标可能受到多种病理生理因素影响，不能准确反映患者的铁代谢情况，肝脏活检是铁过载诊断的金标准，但难以被患者接受，且不适用于定期随访，近年来磁共振技术用于评估铁过载已经初步成熟，本研究使用2种磁共振定量序列对50例CKD 患者进行铁状态评估，计算肝脏铁含量（liver iron concentration， LIC）并评价SF、TSAT等实验室检查对铁过载的诊断能力。

方 法

1.临床资料及分组

本研究对50 例慢性肾脏病患者进行分析，男34例，女16 例，年龄范围22～89 岁，年龄均数及标准差为（67±15）岁。依照患者血清肌酐值，按照中国MDRD公式估算肾小球滤过率（eGFR），以是否达到CKD 5期［eGFR＜15 mL/（min·1.73 m2）］为标准可将患者分为终末期肾脏病（end-stage renal disease，ESRD）组与非ESRD 组。依据Pierre 等［1］的研究，R2值（单位：s-1）与LIC（单位：mg/g）存在如下关系：R2=6.88+26.06×LIC0.701-0.438×LIC1.402。故可依照此公式计算肝脏铁含量。不同研究中对于铁过载诊断的定义不同，依据Bassett 等［2］的研究，正常成年人的肝脏铁含量第95 百分位数为33 μmol/g（1.8 mg/g；所对应的R2 值为45 s-1），肝脏铁含量高于此值可诊断为铁过载。在运用MRI 测定CKD 患者LIC 的诸多研究中，对于铁过载的诊断标准并不十分统一，本研究使用较公认的33 μmol/g（1.8 mg/g）作为诊断标准。Lin 等［3］的研究证明HISTO 方法得到的R2 值与唯一被FDA 批准商用测定LIC 的FerriScan 方法具有良好的一致性，因此本研究使用HISTO-R2 值估算的LIC作为铁过载的诊断依据。

纳入标准：①我院肾内科住院的CKD 患者；②依据肾性贫血诊断与治疗中国专家共识管理肾性贫血。排除标准：①合并遗传性血色病等铁代谢疾病；②合并慢性肝病、肝硬化；③近期（＜3 个月）大手术或输血；④合并活动期恶性肿瘤；⑤合并严重感染。

2.磁共振检查方法

采用德国Siemens MAGNETOM Prisma3.0 T 超导磁共振扫描仪和18 通道腹部相控阵线圈，患者取仰卧位进行扫描，线圈置于上腹部正中。扫描序列如下：

（1） 腹部常规序列。包括轴矢冠状位T2WIhaste/轴位T1WI-vibe/DWI/T2WI-blade-FS。

（2）用于铁过载测定的轴位q-Dixon 序列。扫描参数：TR 9 ms，TE 1.05、2.46、3.69、4.92、6.15、7.38 ms，翻转角4°，层厚3.5 mm，层数64。

（3）高速T2 校正多回波单体素磁共振波谱序列（high-speed T2-corrected multi-echo，single voxel spectroscopy， HISTO）。HISTO 序列的定位使用位置信息校正的T1WI-vibe 及其冠、矢状位重建图像，避开肝内粗大血管、胆管及囊肿等其他成分。扫描参数：TR 3 000 ms，TE 正常时为12、24、36、48、72 ms，高铁时为12、15、18、21、24 ms，翻转角90°，感兴趣体积（VOI）30 mm×30 mm×30 mm。

3.数据采集

收集患者临床资料，包括CKD 临床分期、血红蛋白、白蛋白、C反应蛋白、SF、血清铁、总铁结合力、TSAT、转铁蛋白等。

使用西门子syngo via（E11）数据后处理系统，由2 名影像学医师进行图像数据的测量：多回波q-Dixon序列：在生成的R2*图上勾画感兴趣区测得R2*值（图1），感兴趣区选择肝实质，避开肝内粗大血管、胆管及囊肿等其他成分，避开近肝缘较常出现伪影的区域，勾画面积尽可能大，为了尽量反映肝脏全貌，每个患者测量3 个感兴趣区取平均值（肝Ⅷ段、Ⅶ段、Ⅳ段）。脾脏、胰腺、肾脏的感兴趣区勾画与肝脏相仿，选择器官实质区域测量3次并取平均值。

图1 感兴趣区勾画示例

HISTO 定量：西门子数据后处理系统根据5 个回波的信号自动拟合T2 值、R2 值与拟合优度r2值（图2），依照公式计算肝脏铁含量。

图2 HISTO报告示例

4.统计学分析

采用GraphPad Prism 9.0 软件进行统计学分析，计量资料的正态性检验使用Shapiro-Wilk 检验，正态分布的计量资料以均值±标准差表示，非正态分布的计量资料以中位数（上、下四分位数）表示。患病率的比较使用Fisher 精确概率检验，各计量资料的组间比较使用t检验（数据不符合正态分布时使用Mann-WhitneyU检验），相关性分析使用Spearman 检验，评价各临床及实验室检查指标对于铁过载的诊断能力使用logistic 回归分析与受试者工作特征（ROC）曲线。以上均以P＜0.05为差异具有统计学意义。

结 果

50例患者中，ESRD患者23例，非ESRD患者27例。根据经由肝脏R2 值计算得到的LIC，14 例诊断为铁过载（LIC＞1.8 mg/g），其中ESRD患者11例。

1.ESRD 与非ESRD 组的实验室指标与磁共振定量参数比较

ESRD 组的铁过载发生率（11/23）高于非ESRD组（2/27），ESRD 组的肝脏R2［43.5（37.1，49.7）s-1］、肝 脏R2*值［（89.6±50.5） s-1］ 高 于 非ESRD 组［（38.5±5.5）s-1，48.2（40.2，69.2）s-1］，差异有统计学意义（P＜0.05），而SF、TSAT 差异无统计学意义（表1）。非透析（4/7）、腹膜透析（4/9）、血液透析患者（3/7）的铁过载发生率差异无统计学意义（P＞0.999）。

表1 ESRD组与非ESRD组磁共振与实验室参数比较

2.铁过载与非铁过载组的实验室指标与磁共振定量参数比较

铁过载组的SF［395.0（218.8，521.7）μg/L］、脾脏R2*值［（206.4±94.0）s-1］均高于非铁过载组［149.0（72.8，210.3）μg/L，（65.6±35.2）s-1］，差异有统计学意义（均P＜0.05）；肾脏R2、R2*值，胰腺R2*值和TSAT 在2 组间的差异均无统计学意义（表2），胰腺R2*虽然没有统计学意义的差异，但也观察到了铁过载组更高［（41.3±11.3）s-1vs （35.5±10.9）s-1，P=0.144］。

表2 铁过载组与非铁过载组磁共振与实验室参数比较

3.肝脏铁含量与实验室指标、磁共振定量参数的Spearman相关分析

SF、肝脏R2*、脾脏R2*值与LIC 呈正相关（P＜0.05），其中SF 具有最好的相关性（r=0.55，95%CI 0.30～0.72；P＜0.000 1），详见图3；而年龄、血红蛋白、TSAT、转铁蛋白、血清铁、总铁结合力、肾脏R2和R2*值、胰腺R2*值均与LIC 无显著相关性（P＞0.05），详见表3。

图3 Spearman相关分析散点图

4.多重logistic回归分析与ROC曲线

多重logistic 回归分析显示，在各临床及实验室指标中仅SF 的升高可以提示铁过载（OR=1.010，95%CI 1.004～1.018；表4），而年龄、性别、血红蛋白、TSAT、转铁蛋白、血清铁、总铁结合力均不是肝脏铁过载的危险因素。以SF 绘制ROC 曲线（图4），曲线下面积为0.898（95%CI 0.809～0.988；P＜0.000 1。诊断铁过载的SF最佳阈值为349.2 μg/L，此时灵敏度为61.5%（95%CI 35.5%～82.3%），特异度为97.0% （95%CI 85.1%～99.9%），阳性似然比为20.92。

表3 磁共振与实验室参数与LIC的Spearman相关分析

表4 多元logistic回归分析结果

讨 论

近年来，慢性肾脏病（CKD）患者肾性贫血进行铁剂治疗引起的铁过载渐渐引起重视，铁过载可增加感染、氧化应激、动脉硬化等风险［4］。Bailie 等［5］研究发现，血液透析患者高的静脉铁剂剂量与更高的全因死亡率相关。目前临床主要使用血清铁蛋白（SF）、转铁蛋白饱和度（TSAT）评估铁过载的情况，但一些研究表明这些指标不能准确反映真正的铁过载或铁缺乏。肝脏铁含量（LIC）可以良好地反映全身的铁存储量［6］，影像学检查包括CT 及MRI 有多种方法可用于测算LIC［7-8］，MRI 的FerriScan 已经得到FDA 认证，本研究主要使用的HISTO 序列被认为具有与FerriScan 相似的诊断能力［3］，国内其他研究也通过肝脏活检的方法验证了HISTO 铁定量与肝脏铁含量的相关性［9］。

慢性肾脏病患者由于血液透析患者因透析过程中的失血造成铁的丢失常常需要静脉铁剂的维持治疗，既往国外的研究主要围绕血液透析患者，Rostoker等［10］研究发现在119 例血液透析患者中铁过载患病率高达84%，Ferrari 等［11］研究发现60%的血液透析患者存在铁过载。对于非血液透析的慢性肾脏病患者铁过载研究、以及国内对慢性肾脏病患者铁过载的研究尚较缺乏。本研究发现的铁过载主要发生在ESRD患者中，患病率约为47.8%（11/23），较前述研究患病率低，且大部分患者（10/11）属于轻度铁过载（低于螯合治疗的推荐下限3.2 mg/g［12］），可能与国外其他研究相比，本中心临床实践中更加保守的使用静脉铁剂治疗有关，本研究中患者的SF 值也相对更低。本研究观察到的非透析患者（4/7）、腹膜透析患者（4/9）、血液透析患者（3/7）铁过载患病率没有明显区别，可能提示并非仅仅血液透析患者存在铁过载问题，非透析患者与腹膜透析患者的铁过载也应引起重视。

在铁过载累及的器官方面，脾脏表现出了与肝脏接近同步的铁过载，胰腺、肾脏均未发现明显的铁过载，这与肝脏、脾脏在铁代谢中发挥了重要作用有关。

图4 SF用于预测铁过载（LIC＞1.8 mg/g）的ROC曲线

较多研究认为各实验室检查结果中，仅铁蛋白与LIC 呈正相关，本研究也得到了相同结果，而转铁蛋白饱和度不能作为LIC 是否升高的预测依据。多重logistic 分析与ROC 曲线显示SF 的曲线下面积为0.898，当SF 的阈值取349.2 μg/L 时具有最高的约登指数（0.59），以及最高的阳性似然比（20.92），具有较好的诊断能力，但此时灵敏度较低（61.5%），特异度较高（97.1%），仍不可避免地会漏诊较多的铁过载患者，说明磁共振相比于SF 而言可以提前发现铁过载。

世界各国指南中对于铁剂治疗的目标值范围各有不同，我国指南采用的目标值上限为TSAT 50%和SF 500 μg/L［13］，其他国家与地区的指南多在TSAT 30%～50%和SF 500～800 μg/L。若以SF 500 μg/L为阈值诊断铁过载，则灵敏度仅有30.8%，这可能意味着这一目标值上限似乎过高。但目前铁过载与其可能造成的危害的剂量-反应关系目前尚不明确，如何进行SF 的目标值控制使得患者获益最大，仍需要进一步研究。

对于肝脏铁过载而言，使用多回波q-Dixon 序列与HISTO 序列成像，两者均为屏气成像，检查速度快，对患者负担低，且具有相近的诊断能力，本研究中HISTO - R2 与Dixon - R2*有良好的正相关（Spearmanr=0.51，95%CI 0.22～0.71，P=0.000 9），HISTO 序列的优势在于成像稳定，曲线的平均拟合优度r2=0.98±0.07，且自动得出R2 值，无需手动勾画ROI，缺点是仅能反映VOI 内的信息（3 cm×3 cm×3 cm），如果肝内铁的分布为非均匀性的，则可能带来误诊、漏诊风险，如果需测量其他脏器则要再次定位扫描，且其他脏器因为体积较小，可能需要更改体素块的大小，这会进一步降低信噪比。多回波q-Dixon序列也是铁过载研究的常用序列之一［14］，优势是一次屏气扫描可以得到上腹部所有器官的信息，缺点是Dixon 水脂分离技术有时会错误的计算脂相与水相，此时不能测量定量参数，另外部分患者的肝脏近边缘出现伪影，会一定程度上影响测量。在实际工作中同时进行这两种序列的检查可以互补各自的不足。相比于实验室检查，磁共振检查可以反映单个器官的铁含量变化，更具优越性。

本研究的不足之处主要在于：①作为单中心研究且样本量较小，选择偏倚与混杂偏倚难以控制。②本研究是横断面研究，对于铁剂治疗与铁过载的剂量-效应关系无法评估，拟进行进一步队列研究。③铁过载诊断的金标准为肝脏活检，虽然其他研究支持磁共振定量参数与肝脏活检铁含量的一致性，但并未在临床中广泛应用并得到认可。

综上所述，在慢性肾脏病患者中以终末期肾脏病患者的铁过载患病率较高，患者多为轻度铁过载，铁过载主要累及肝脏及脾脏；各种临床常用铁代谢实验室检查中仅血清铁蛋白有助于诊断铁过载，诊断阈值为349 μg/L，目前指南的铁蛋白目标值上限可能过高。