围术期诊断肌肉减少症的研究进展

杨 怡,董彦杰,李 茜

肌肉减少症是一种与年龄相关的临床疾病,表现为进行性、全身性的骨骼肌质量流失及功能衰退[1]。随着人口老龄化加剧,世界范围内肌肉减少症的发病率呈逐年上升趋势[2]。预计到2050年,全球将有20亿肌肉减少症患者[3]。肌肉减少症增加老年群体衰弱、失能、残疾及死亡等不良结局风险,损害老年个体的生活质量,加重社会医疗负担[4]。因营养状态、原发疾病及手术麻醉打击的影响,外科手术患者是肌肉减少症的高危人群[5～7]。近年来,随着肌肉减少症被引入围术期医学,大量循证医学证据提示围术期肌肉减少症与患者术后并发症发生率及死亡率有密切相关性[8,9]。因人种、地区不同,肌肉减少症的诊断标准各异且流程复杂。欧洲老年肌肉减少症工作组(European Working Group on Sarcopenia in Older People, EWGSOP)于2018年提出的EWGSOP2共识是目前最常用的诊断标准,其包括了肌肉力量、肌肉量/肌肉质量及身体功能三个评价维度,涵盖了肌肉减少症的筛查、确诊及严重程度分层,其实施需一系列身体功能测试及影像学手段[10]。因围术期的时间特殊性,社区肌肉减少症诊断流程常无法顺利实施。如何在围术期早期、高效地识别出肌肉减少症患者,进行及时干预以改善其预后为学界所热议。本文就围术期肌肉减少症评估诊断技术的研究进展进行总结,以期为后续科学研究及临床实践提供参考。

1 身体成分分析

1.1 双能X线吸收法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)DXA通过两种不同能量水平的X射线衰减特性评估受试者身体成分,可提供骨矿含量、脂肪含量及瘦体重等参数,是肌肉减少症及骨质疏松等疾病的常用诊断评估工具[11, 12]。Joshi等[13]在老年心脏择期手术患者中研究了DXA诊断围术期肌肉减少症的能力。其通过DXA获得患者四肢骨骼肌量,采用EWGSOP2共识推荐的诊断截点,证明DXA是可客观诊断围术期肌肉减少症的工具,且可预测老年患者心脏手术术后全因死亡率。然而,该研究中DXA作为肌肉量评估手段,需结合身体功能测试才能确诊围术期肌肉减少症。此外,DXA不是心脏手术术前常规的影像学检查手段,该技术最常应用于下肢骨科手术的术前检查。有研究[14]显示,通过DXA获取髋部骨折患者的骨骼肌指数(skeletal muscle index, SMI)能够诊断存在围术期肌肉减少症的患者。综上所述,DXA可以作为围术期肌肉减少症的诊断手段,但作为一种非便携的影像学设备,主要适用于下肢骨折手术等特定的临床场景,缺乏推广性。

1.2 生物电阻抗分析法(bioelectrical impedance analysis,BIA)BIA是一种简单无创的身体成分评估方法,不仅可提供类似于DXA的身体成分参数,还可提供诸如阻抗或相位角等人体电阻抗指标[15],是肌肉减少症社区诊断的常用方法。Nambara等[16]回顾性地分析了术前通过BIA测量的SMI结果与食管癌手术患者术后肺炎的关系。研究中围术期肌肉减少症诊断标准采用EWGSOP2共识及亚洲肌肉减少症工作组(Asian Working Group for Sarcopenia, AWGS)推荐的诊断截点,通过受试者工作特征曲线分析出与术后肺炎密切相关的,敏感性与特异性最大的SMI诊断截点。其中,男性患者的SMI诊断截点较共识推荐的8.87上升至9.53,而女性患者的SMI诊断截点不变。该研究提示围术期肌肉减少症与社区肌肉减少症的检出标准存在差异,且围术期肌肉减少症的诊断截点常以患者术后不良结局为导向。因此,构建围术期肌肉减少症特有的诊断评估工具是很有必要的。另有研究发现十二指肠手术患者术后早期出现骨骼肌功能衰退,同时伴随有BIA测定的相位角下降,提示相位角可能是围术期肌肉减少症的诊断参数之一[17]。上述研究提示,BIA也可作为围术期肌肉减少症的诊断评估工具,判断患者在手术前后的肌肉量变化状况。但BIA与DXA存在同样的缺陷,其非大部分手术术前常规的检查项目,可推广性不佳。此外,BIA重复测量结果的一致性受测量操作和检查准备的影响(如禁食状态、液体含量及女性的激素循环等)[18]。

2 影像学手段

2.1 电子计算机断层扫描(computed tomography, CT)

2.1.1CT在围术期诊断肌肉减少症的应用 CT评估围术期肌肉减少症常通过计算单个CT层面上的肌肉横截面积进行,是围术期肌肉减少症的最常用诊断工具,被认为是目前肌肉质量评估的“金标准”[12]。其中,腹壁肌肉是常见评估对象,而L3椎体是最常用的CT定位层面,SMI是最常用的评价参数,但其诊断截点在报道中不尽相同,男性患者常为43、53及 55 cm2/m2;女性患者常为39及41 cm2/m2[19]。

Xie等[20]开展的纳入了19项队列研究的荟萃分析探讨了通过术前CT计算L3层面SMI诊断的围术期肌肉减少症与结直肠癌患者术后并发症和长期预后的相关性。研究发现术前CT识别的围术期肌肉减少症患者有更高的术后并发症风险、更低的术后肿瘤特异性生存率及更短的术后无病生存期,提示术前CT诊断的围术期肌肉减少症可作为术后并发症和术后死亡率的预测因子。另外,荟萃分析发现,术前CT诊断的围术期肌肉减少症与肝癌患者肝切除术后术后较短的总体生存期和无病生存期密切相关[21]。由此可见,术前CT筛查的围术期肌肉减少症具有极高的预后预测价值。CT作为一种术前疾病分期判断的常用手段及术后常规随访筛查手段,与DXA及BIA不同,无需患者再行其他与治疗目的无关的检查,具有很好地推广性,特别适合肿瘤手术患者围术期肌肉减少症的筛查。同时,CT诊断围术期肌肉减少症,也适用于急诊开腹手术。回顾性研究发现,CT明确的围术期肌肉减少症患者在接受急诊开腹手术后将有更高的术后90天死亡率和术后重症监护病房转入率。术前CT诊断的围术期肌肉减少症也能预测急诊开腹手术患者的长期预后[22]。虽然各研究诊断围术期肌肉减少症的CT参数不同,但荟萃分析同样证实了通过术前CT明确的围术期肌肉减少症患者不仅有更高的术后短期不良结局发生率,还有更高的术后1年的死亡率[23]。

2.1.2CT在围术期诊断肌肉减少症的优势及缺点 术前CT是诊断围术期肌肉减少症的常用、有效工具,具有推广性,不仅适用于择期肿瘤手术的术前筛查和术后随访,也适用于急诊开腹手术的风险预测,是以预后为导向的优质的围术期肌肉减少症诊断工具。然而也有一定的局限性。首先,术前CT对围术期肌肉减少症的判断仅通过单层的肌肉面积计算完成,一方面无法反映全身的骨骼肌质量状态,另一方面也不适用于由于神经肌肉病变引起目标肌肉萎缩的人群。其次,人工计算某一CT层面的肌肉面积不够精确。已有研究采用人工智能辅助的方式进行术前CT对围术期肌肉减少症的诊断[24],这是未来可能的发展方向。此外,肌肉脂肪浸润等更精细评估指标的CT测量结果仍没有有效的阈值,尚需进一步研究。

2.2 MRIMRI具有高组织分辨率,能够多平面、多参数成像,是骨骼、肌肉及脂肪等组织的理想检测设备。不仅如此,MRI还可以提供肌肉水肿、肌纤维浸润、肌纤维弹性及收缩性等更多参数[12]。虽然如此,目前MRI对围术期肌肉减少症的检测也仅通过L3层面的肌肉面积实现。Higgins等[25]通过术前CT或MRI扫描肾切除术患者L3椎体层面计算的SMI,发现其与更低的术后总体生存期、肿瘤特异生存期和更低的无复发生存期独立正相关。而MRI作为其使用的一项围术期肌肉减少症诊断评估工具,未能体现出较CT的优势。由于MRI检查耗时长、处理时间长、使用成本高且缺乏专有的肌肉减少症诊断参数及标准,其在诊断围术期肌肉减少症的应用鲜有报道。但因MRI具有无辐射暴露和多参数测量的优点,极具精确诊断围术期肌肉减少症的潜力,可应用于无法使用CT检查的人群和常规选择MRI检查或随访的人群如肝脏或胆道肿瘤患者[26]。

2.3 超声超声具有无创、简便、易获取、快速、低成本、易重复易学习掌握及可在床旁实施的特点,相较于DXA、BIA、CT及MRI,无疑更适合于卧床的危重患者和快节奏的围术期工作。

2.3.1单一超声参数在围术期诊断肌肉减少症的应用 超声对肌肉减少症的诊断往往依赖于四肢浅表肌肉扫描,如股四头肌等。研究发现,通过超声扫描股直肌横截面积诊断的围术期肌肉减少症与外科重症监护室患者住院期间死亡率及院外疗养机构转入率密切相关[27]。Canales等[28]也结合了虚弱量表评估,对比了超声测量下的股直肌横截面积、股四头肌深度与CT诊断围术期肌肉减少症的能力,结果发现,超声测量的股直肌横截面积并非围术期肌肉减少症及术前虚弱的有效诊断方式,而超声测量的股四头肌深度具有和CT类似的围术期肌肉减少症及虚弱的诊断能力,且与术后不良结局密切相关。该研究通过虚弱量表客观筛查出了存在虚弱的人群,而肌肉减少症是虚弱的一种表型,因此得到的结论更加可靠,但由于研究样本量少,其结果真实性尚需更大样本的研究证实。

2.3.2多超声参数在围术期诊断肌肉减少症的应用 采用浅表大肌肉横截面积、肌肉深度或肌肉厚度等单一参数进行围术期肌肉减少症的筛查似乎限制了超声的使用,联动多个超声参数或许能产生更好的结果。Narici等[29]报告了一种基于肌肉几何比例变化的肌肉减少症超声诊断指标:肌肉减少症超声指数(ultrasound sarcopenic index, USI)。其在股骨远端测量股外侧肌肌束长度及厚度,以二者的比值计算获得USI。通过获取67名可进行中度活动的老年对象、109名喜久坐的老年对象、43名活动受限的老年对象及60名健康年轻对照的USI,研究发现USI与性别、年龄、身高及体重无关,可对肌肉减少症患者进行诊断和严重程度分层,且USI与受试者DXA计算出的SMI有密切相关性。另外,肌肉超声的其他参数如:肌肉体积、肌肉硬度、肌肉收缩潜力及肌肉微循环[30]等也是具有潜力的围术期肌肉减少症诊断指标。

2.3.3超声在围术期诊断肌肉减少症的优势及缺点 总之,超声在围术期评估诊断肌肉减少症具有其它设备无法替代的优势和巨大潜力。但目前超声在围术期肌肉减少症应用的报道较少,相关研究样本量较小、未涉及肥胖人群且仅采取单个超声参数。未来的研究可聚焦于大样本、多人群的前瞻性应用研究及联合多个超声参数或新兴肌肉超声参数的应用研究。

3 可穿戴设备

随着传感器技术的发展,以个体化医疗为核心理念的可穿戴医学设备产业正方兴未艾。可穿戴设备目前在围术期远程心电监护、血流动力学监测及日常活动监测中被大量应用。近年来,陆续有研究探讨了可穿戴设备在围术期肌力评估的可行性,有关表面肌电图(surface electromyography,sEMG)的报道较多。sEMG是骨骼肌机械收缩时肌肉电活动在皮肤表面形成的综合时空信号[31]。EMG的时域特征和频域特征可以识别出老年群体和年轻群体背部伸肌的年龄差异,具有诊断肌肉减少症的潜力[32]。Leone等[33]首次构建出了一款基于sEMG的肌肉减少症病情评估的工作平台并研发出了一款旨在诊断肌肉减少症的可穿戴设备。该设备可获取腓肠肌外侧肌和胫骨前肌的表面肌电信号,分析肌肉的力量的变化,实现了可穿戴设备对肌肉减少症的评估。然而,虽然该研究采用了EWGSOP2共识推荐的肌肉力量评估手段,但并未采用CT等肌肉质量评估工具以明确该可穿戴设备诊断肌肉减少症的有效性和准确性。Yoo等[34]采用AWGS共识推荐的肌肉减少症诊断流程对髋部骨折手术的患者进行了术后下肢肌力测量、DXA测量以及sEMG测量。研究证实,sEMG的平均振幅与髋部骨折患者术后的股直肌和股二头肌力具有密切相关性,提示sEMG可以作为围术期肌肉减少症的诊断工具。目前,可穿戴设备在围术期肌肉减少症评估诊断的相关研究较少,但可穿戴设备作为一种可在围术期对患者进行实时、动态及连续监测的技术,在围术期肌肉减少症的早期筛查、病情分层、预后预测及疗效评价方面都具有独特优势和潜力。未来的研究方向可能如下:第一,通过开展大样本多中心的前瞻性对比研究,以国际广为接受的肌肉减少症诊断流程如EWGSOP2共识或AWGS共识为指导,明确可穿戴设备在围术期肌肉减少症诊断的可行性和准确性;第二,随着学界对肌肉减少症的深入研究,目前已发现肌肉减少症的病变不仅仅局限于骨骼肌本身,其还涉及其他宏观结构改变,如去神经病变或中枢神经系统紊乱;以及其他微观结构紊乱,如线粒体结构及功能异常等。因此,未来可联合其他生物传感器,设计出可对患者进行多维度监测的围术期可穿戴设备,对围术期肌肉减少症进行更精确和个体化的评估。

4 生物标志物

随着对肌肉减少症病理生理机制的深入研究,部分学者开始寻找与肌肉减少症相关的生物标志物。目前,生物标志物多与患者术前的营养状态相关。在存在肌肉减少症的胃肠道和肝胆胰腺恶性肿瘤患者中显著升高,并与血白蛋白、前白蛋白、体重指数、胆碱酯酶、骨骼肌体积指数和皮下脂肪体积呈负相关[35]。该研究提示肌联蛋白N末端片段浓度可能是评估胃肠道和肝胆胰腺恶性肿瘤患者围术期肌肉减少症和营养状况的一种新型生物标志物。但相关研究样本量较少,此结论仍需更多大样本多中心研究加以验证。此外,一项分析与肌肉减少症患者相关的119种生物标志物的系统评价表明目前仍无确切证据支持各种生物标志物水平与成人肌肉减少症患者下肢肌肉功能障碍之间的关系[36]。识别与围术期不良结局相关的,用于预防、诊断及治疗肌肉减少症的生物标志物,将有利于改善手术患者的预后。然而由于肌肉减少症的发病机制复杂,这一探寻精确生物标志物的过程必将是漫长而艰辛的。

5 总结与展望

围术期肌肉减少症与患者术后不良结局密切相关,如何对此类患者进行早期识别尤为重要。相较于社区肌肉减少症的复杂诊断流程,围术期肌肉减少症的诊断应力求简单且以患者预后为导向。目前,针对围术期的肌肉减少的评估诊断工具已有许多。首先,DXA与BIA由于非围术期常规检查项目,缺乏可推广性。其次,MRI虽有独特的肌肉组织高分辨率,但其使用的时间成本和经济成本较大,现暂无专有的MRI肌肉减少症诊断指标,同样缺乏推广性。再次,CT作为目前围术期肌肉减少症诊断的最常用工具,具备明确地准确性、有效性和预后相关性,推荐在临床实践中使用此手段进行围术期肌肉减少症评估诊断。此外,超声作为新颖的围术期肌肉减少症诊断工具,较CT具有诸多优势,但超声在围术期肌肉减少症的应用仍局限于实验阶段,其临床价值尚有待更多科学研究证实。同样地,可穿戴设备作为一种评估诊断围术期肌肉减少症的新兴手段,其可行性和有效性也尚待证明。最后,由于肌肉减少症复杂的病理生理机制,是否存在可以用于围术期肌肉减少症诊断的生物标志物也还需要不断探索。在未来,理想的围术期肌肉减少症评估诊断工具应可将肌肉减少症患者的肌肉力量评估、肌肉量/肌肉质量评估和身体功能评估三者整合,实现肌肉减少症的初筛、确诊及病情分层相统一,拥有实时、动态及连续监测围术期肌肉减少症的能力,适用于术前、术中及术后三个围术期医学场景。