影像学评估在慢性阻塞性肺疾病肌少症中的应用

杨雨荷 邓毅书

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种可以预防和治疗的常见疾病,其特征是持续存在的气流受限和相应的呼吸系统症状。COPD是全球非传染性疾病患者的第3大死因,也是导致我国社会、经济负担的主要健康问题之一[1, 2]。COPD不仅会引起肺功能呈进行性损害,而且随着病程的进展,COPD患者往往会有患其他合并症的风险:例如心血管疾病、肌肉减少症、骨质疏松、胃食管反流病、代谢综合征等[3],预计在2060年全球死于COPD及其合并症的患者总数将会超过每年540万人[4]。肌肉减少症(sarcopenia)是一种与增龄有关的骨骼肌损失疾病,与老年人活动障碍、跌倒、骨折等密切相关,是老年人健康的一大杀手。作为慢性阻塞性肺疾病常见的合并症之一,肌肉减少症在COPD患者中有较高的发病率,且有相关研究表明合并肌肉减少症的COPD患者急性加重风险及病死率相对较高,因此早期诊断肌肉减少症并积极采取相关干预措施对COPD患者的预后及健康管理有极大的帮助[5-7]。由于肌肉减少症除去年龄外还受地区、种族、生活方式和环境等多种因素的影响,因此其诊断切点值并不统一,国际肌少症工作组(IWGS)、欧洲肌少症工作组(EWGSOP)、亚洲肌少症工作组(AWGS)等相关组织都各自提出了适合该地区的指标参数和切点值。各个共识主要都从肌量、力量和躯体功能三方面进行评估,且大都将肌量减少作为定义肌肉减少症的重要诊断标准[8]。近年来随着影像技术的发展,影像学成为了评估肌肉的重要诊断手段之一,利用各种影像学对肌肉进行评估研究应用也逐渐增多。本文就目前所采用的影像学评估方法作一综述。

一、COPD合并肌肉减少症的流行病学及影像评估意义

1. COPD合并肌肉减少症的流行病学

研究发现不同地区、不同人群肌肉减少症的患病率具有较大的差异,一项关于肌肉减少症在全球的患病率研究中提到根据不同分类如:区域、性别、年龄等及不同共识提出的诊断标准,全球肌肉减少症的总体患病率在10%～27%之间[9]。AWGS在2019年更新的共识中的流行病学研究部分提到肌肉减少症的患病率在5.5%至25.7%之间,并且以男性为主(男性5.1%～21.0%vs女性4.1%～16.3%)[10]。在针对COPD合并肌肉减少症的一项荟萃研究中,Benz等[11]发现COPD患者中肌肉减少症的总患病率是同龄健康老人的2倍,而COPD患者合并有肌肉减少症的患病率在7.9%～66.7%,同时该项研究发现COPD合并肌少症的患病率与COPD患者病情严重程度具有相关性,肺功能损害重度及极重度患者的患病率更高。De Blasio等[12]一项以263名稳定期COPD患者为样本的研究显示COPD合并肌肉减少症的总患病率为24%,而患病率随着GOLD分级增加而上升,GOLD Ⅰ～Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期分别为7.2%、20.8%和45.6%(P<0.05)。这些研究结果表明,在同年龄的人群中,COPD患者肌肉减少症的发生率远超普通人群。

2. COPD合并肌肉减少症影像学评估意义

近些年来,人们对肌肉减少症的认识与研究逐渐提升,肌肉减少症在2016年被纳入国际疾病分类ICD-10疾病编码(M62.84)。其被定义为一种增龄相关的老年综合征,主要特征是肌量减少、肌肉力量下降和/或躯体功能减退[8]。慢性阻塞性肺疾病也同样与增龄相关,且COPD病程中出现的缺氧、氧化应激、炎症反应、肌肉转化、代谢紊乱等机制也同样会引起肌肉质量下降、肌肉功能减退。肌肉减少症的出现会加重COPD的这些病理改变,因此COPD与肌肉减少症相互作用、恶性循环使得COPD患者肌量下降、力量及功能恶化更为严重[13-15]。

目前有大量研究表明COPD合并肌肉减少症的患者生活质量、运动能力会出现明显降低,甚至会增加急性加重发作的风险、缩短COPD患者预期寿命[16-19]。也有研究表明进行康复干预及营养支持后一些COPD合并肌肉减少症的患者病情出现改善,甚至不再合并肌肉减少症[20, 21]。因此早期的识别、及时的干预将会为COPD合并肌肉减少症的患者带来极大的获益。但由于各共识提出的诊断切点值不同,敏感度较低,可能会影响早期识别。影像学评估可以通过测定肌肉面积、形态、脂肪含量等参数反映肌肉情况,可能有助于辅助临床早期诊断或作为干预后疗效评估的指标。

二、影像学评估COPD合并肌肉减少症

1. 双能X线吸收测定法(DXA)

双能X射线吸收测定法(DXA)是目前评估身体成分最常用的参考方法,也是推荐用于肌量测定的首选。其原理是通过低发射两种X射线来测量X射线束在穿过身体组织时的吸收衰减以此来准确估计骨矿物质、脂肪和肌肉组织含量。

1998年Baumgartner等[22]提出了利用DXA诊断肌量减少的标准:相对骨骼肌指数低于同性别青年健康人群峰值的-2SD可诊断为肌量减少。相对骨骼肌指数(appendicular skeletal muscle mass index,ASMI)是利用DXA测得四肢肌量(appendicular skeletal muscle,ASM)后再经身高标准化校正得到的指标,即相对骨骼肌指数=ASM/身高2(kg/m2)。目前虽然也有研究提出可通过体重或体重指数(body mass index,BMI)进行校正,但是在各类人群中适用性仍有争论,各专家共识推荐的诊断切点值仍使用身高的平方来进行校正。2018年EWGSOP修订后的指南建议将切点值ASM/身高2(kg/m2)以男性<7.0kg/m2,女性<6.0kg/m2作为肌肉减少症的诊断之一[23]。2019年AWGS修订后的指南则建议将ASM/身高2(kg/m2)以男性≤7.0 kg/m2,女性≤5.4kg/m2作为诊断值[10]。Munhoz等[24]利用DXA法探究相对骨骼肌指数与COPD患者严重程度及预后的相关性,发现相对骨骼肌指数与GOLD分级呈负相关,而相对骨骼肌指数越低,BODE指数越高,患者预后越差。美国一项关于退伍军人中COPD患者的研究显示ASM与体重的比值与COPD患者运动能力及身体活动关系密切[25]。

DXA是EWGSOP最推荐用于临床诊断的方法,在各组织的指南共识中都有确切的诊断值,辐射暴露较小,但DXA无法评估肌肉脂肪浸润的程度,也无法直接明确某一肌肉的大小变化。

2. 生物电阻抗分析方法(BIA)

BIA与DXA相同,也是通过间接测量来评估肌量的方法。其原理是因人体各成分所含液体、电解质量不同,可将这些成分看作不同的电阻,在肢体上施加弱交流电,利用不同的导电性能区分各种成分。

BIA以DXA为基准校正可利用阻抗测量四肢肌量(ASM)[26],在AWGS、EWGSOP所发表的共识指南中亦有关于BIA测量ASM诊断肌肉减少症的切点值推荐:EWGSOP:ASM/身高2(kg/m2)男性<8.87kg/m2,女性<6.42kg/m2、AWGS:ASM/身高2(kg/m2)男性<7.0kg/m2,女性<5.7kg/m2[10, 23]。一项关于利用BIA和DXA进行社区筛查的研究中提到,经方程校正后InBody120与720行BIA测定得到的结果符合DXA的黄金标准,是一种可靠的工具[27]。

相关研究也表明在COPD的患者中BIA与DXA测量表现出良好的一致性[28]。一项来自菲律宾的研究显示利用BIA测量诊断肌肉减少症的COPD患者其吸气峰值流量、呼气峰流量、握力及CAT评分相较于无肌肉减少症的COPD患者均有降低[29]。

生物电阻抗分析方法并不局限于评估肌量,同时还能评估肌肉的力量。原始BIA变量包括生物阻抗指数和相位角。相关研究表明相位角与肌肉力量密切相关,同时相位角还是COPD患者握力与力量的独立预测指标[30,31]。一项来自日本的研究表明BIA测量相位角对肌肉减少症有良好的预测价值且该项研究还提供了预测日本不同人群出现肌肉减少症的相位角临界值[32]。

相较于DXA,BIA更加廉价,有良好的便携性又无辐射暴露的风险,可以用于流行病学调查或社区筛查。但BIA测量受许多因素的影响,包括软组织水肿、患者运动状态、一天中的测试时间等,因此在测量时需遵守制造商规定的条件保证测量结果的准确。

3. 计算机断层扫描(CT)

CT是首个能够对全身或局部肌肉数量和质量进行高精度评估的方法,目前被认为是无创评估肌肉的金标准之一[10]。其原理是利用X线束在组织中的衰减不同来对各组织进行区分,不同的CT值可以反映不同组织的密度。利用不同组织X射线衰减的差异性可以达到手动分割或软件自动化对各组织横断面进行分析的目的。

CT可以提供对肌肉数量评估的参数指标,包括肌肉的横截面积(CSA)、肌肉体积及根据身高(CSA/身高2)校正的骨骼肌指数(SMI)[33]。Kim等[34]评估了在不同CT参数下测量肌肉面积和密度的差异性,结果证实在不同的CT扫描参数测量下肌肉面积是恒定不变的,这一结果证实了CT测量的准确性。Shirahata等[35]发表的研究报告显示CT测量下肌肉面积与密度乘积与总能量消耗和身体活动水平相关性极高,并提出CT衍生的躯干肌肉测量有助于评估COPD患者或有COPD风险患者的身体状态和功能。Bak等[36]发表的一项研究表明利用CT测量的胸大肌面积及密度改变可有助于预测COPD的严重程度。目前利用CT诊断肌肉减少症的诊断切点值仍有争议,有文献提出CT定量腹部肌肉组织SMI诊断肌肉减少症的切点值:男性为52～55cm2/m2、女性为39～41cm2/m2,不同的研究中所使用的分界点均有差异[33]。

有相关研究表明COPD患者肌肉中出现脂肪浸润会引起肌肉力量及活动能力下降[37]。CT可通过肌肉CT值改变对肌肉质量进行评估,出现脂肪浸润的肌肉CT值较正常肌肉有所减低,一些研究将CT值在(-29±29)HU的肌肉定义为低衰减肌肉[38]。一项利用CT对COPD患者腹部肌肉脂肪浸润进行研究的报告中提到腹部肌肉脂肪浸润与COPD的严重程度相关[39]。

CT检查的优点在于其高质量的图像重建和稳定的衰减值,有助于准确提供肌肉数量和质量,但目前对于诊断肌肉减少症的确切分界值仍有争议。辐射暴露和较高的价格使其难以应用在需要反复随访对比的研究中,但其适用于专科临床环境,患者不需单独行此检查。

4. 核磁共振成像(MRI)

核磁共振成像(MRI)是一种利用外部磁场与人体中氢原子核在特定射频脉冲作用下产生磁共振并通过专业设备成像的检查方式。MRI与CT有相当高的一致性,也被认为是无创评估肌肉的金标准之一[40]。

Faron等[40]的研究显示MRI测量肌肉横截面积、肌肉体积、骨骼肌指数、脂肪浸润情况的结果与CT有高度的一致性,作者认为这两种方式可以互换用于肌肉的评估。有研究提出利用MRI在大腿中部及第三腰椎处测得的肌肉横截面积可以很好的预测全身肌肉情况[41]。一项在COPD人群中利用MRI进行脂肪浸润评估的研究显示与健康对照组相比COPD组的脂肪浸润情况更加严重,且与运动能力有明显下降[37]。

MRI优于CT的地方在于MRI还可以提供肌肉形态的评估,一项关于直立仰卧位MR成像的新近研究显示MR成像有助于评估姿势对双侧膈肌无力和有过度充气COPD患者的膈肌形态与功能影响[42]。但可惜的是目前对于MRI诊断肌肉减少症的分界值暂未有良好的定论。

由于MRI不存在辐射暴露、准确度高,还能评估肌肉形态较CT有一定的优势,但目前利用MRI对肌肉减少症进行诊断尚未有标准的诊断界值,所以并不适用于流行病学调查,同时MRI高昂的价格也限制了其在临床研究及临床检查中的应用。

5. 超声(US)

超声也是一种有效评估人体肌肉数量与质量的方法,可通过接收超声波穿过人体组织产生的回声来进行处理成像。在目前的一些研究中,超声测量评估COPD患者肌肉的结果与CT、MRI有良好的一致性,是一种可靠的评估方法[43, 44]。

欧洲老年医学学会(EUGMS)肌肉减少症小组在2020年更新共识中提出可以利用超声进行肌肉评估。超声可以通过测量肌肉厚度、横截面积、肌肉体积来评估肌肉的数量,通过测量肌束长度、羽状角、回声度、肌肉硬度、肌肉收缩指数、肌肉微循环6个指标来评估肌肉质量[45]。但是目前这些指标仍缺乏标准的诊断界值以及标准化的测量方式。Rustani等[46]在一项横断面研究中提出股直肌横截面积(RFM)可以作为超声诊断肌肉减少症的指标,其诊断界值为:女性0.7cm和男性0.9cm,超声测量RFM厚度的敏感度为100%,特异度为64%,阳性预测值(PPV)为64.3%,阴性预测值(NPV)为100%。Maynard-Paquette等[47]研究发现超声测量RFM减少与COPD患者急性加重、疾病严重程度、临床症状显著相关。Wallbridge等[43]在COPD患者中利用超声测得的肋间肌厚度(r=0.33)、回声强度(r=-0.32)也与COPD患者疾病严重程度呈中度相关。

超声检查的优点在于便携性强、相对廉价、不存在辐射暴露,既适用于临床或社区筛查、随访,也适用于科研时反复比对。由于其便携性良好,卧床的病人也可使用超声进行检查。但超声图像获取及结果判定更加依赖操作人员的技术。

三、小结

作为最常见的呼吸系统疾病之一,COPD对我国居民的健康造成了严重的威胁。其合并症肌肉减少症在COPD患者中发病率较高,且对COPD病情进展、急性加重及死亡率等有极大的影响。虽然目前肌肉减少症有独立的疾病编码,但是目前临床上对COPD合并肌肉减少症的警惕性还远不够高。临床医师应进行健康教育宣传并于早期对COPD患者是否合并肌肉减少症进行评估,结合患者自身情况,制定个体化方案,尽早开展康复干预治疗,同时也可选择适宜的影像学参数来评估患者的干预效果。

虽然BIA与DXA测量可以间接反映全身肌量且在不同的指南中都有诊断肌量减少的明确截断值,但是却不能直接对肌肉本身的变化进行评估,CT、MRI及US可以通过直接测量肌肉的形态结构及成分改变来对肌肉进行评估,但需要进一步研究标准化的测量方法及明确的测量诊断界值。