COPD患者肌间脂肪含量对骨骼肌功能的影响

张斌 崔国庆 邹殿俊 李娇娇 陈静 刘建华

1河北北方学院附属第一医院医学影像部,张家口075000;2河北北方学院附属第一医院呼吸科,张家口075000

骨骼肌功能障碍是COPD 的一种重要并发症,严重影响预后并增加了COPD 的病死率[1]。肌肉的强度虽与肌肉的大小有关,但是萎缩并不能完全解释COPD 患者的肌肉无力。有研究认为肌间脂肪浸润可能是一种影响肌肉功能的独立因素[2]。

磁共振成像 (magnetic resonance imaging,MRI)T1 加 权像 (T1 weighted image,T1WI)能够清晰地显示大腿肌肉间脂肪,但是脂肪的定量测量仍然存在困难。因为每一体素都包含多种组织成分,所得信号是各种组织的平均值,结果不是十分精确。 氢质子磁共振波谱 (H-magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是一种成熟的无创性的化合物浓度测量技术,联合T1WI可以半定量测量肌肉脂肪浸润。本文旨在利用MRI多参数成像来探讨COPD 患者大腿肌间脂肪含量、肌肉最大横截面积与肌肉功能障碍的关系。

1 对象与方法

1.1 研究对象 收集2016年10月至2018年1月河北北方学院附属第一医院呼吸科诊断为COPD的患者25 例,同期于附近社区征集性别、年龄、体质量指数匹配的健康老年人25 例作为对照组(表1)。COPD 组排除标准：COPD 急性期、心血管疾病、不可控制的高血压 [≥160/90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]、最近6个月内应用糖皮质激素治疗、骨关节病、代谢性病变及严重神经系统病变(如脑卒中、脑肿瘤、脑感染性病变等)。对照组排除标准：呼吸系统疾病、心血管病变、神经系统病变、骨骼肌病变、吸烟＞10 年、接受正规的有氧锻炼1个月以上者。

1.2 体能与影像数据采集 采用澳大利亚Kinitech等速肌力测试系统对研究对象进行等速肌力测试。所有受试者完成膝关节伸屈等速力矩峰值。膝关节等速屈伸速度60°/s[3]。7 d后利用3.0 T Phillips磁共振仪对双侧大腿进行扫描,范围包括髂前上棘至胫骨平台。采用m Dixon序列,翻转角=10°,视野=350 mm×260 mm,体素=0.6 mm×0.6 mm×4 mm。采用单体素PRESS技术定量测量肌间脂肪含量,将采集体素置于股外侧肌肉最大横截面积层面,尽量避开血管、皮下脂肪和肌肉筋膜。参数重复时间=4 000,回波时间=40 ms,体素=20 mm×20 mm×25 mm,激励次数=96,正式波谱扫描前行常规预扫描,手动匀场及抑水效果以水峰的半高全宽和抑水率表示,以达到水峰的半高全宽≤30 Hz,抑水率≥90%认为匀场及抑水较好的标准。所得图像传至后处理工作站,测量股四头肌面积(股直肌、股中间肌、股内侧肌、股外侧肌),腘绳肌 (半腱肌、半膜肌、股二头肌)选取肌群最大面积层面作为研究层面,该层面与肌肉的大小具有明显的相关性[4]。影像数据分析采用Phillips 3.0 T 波谱分析软件,进行化学位移的定量谱分析,得到1H-MRS的波谱值(包括水峰峰值、水峰下面积、脂峰峰值和脂峰下面积)。以下列公式计算：股外侧肌间脂肪含量=脂峰下面积/ (水峰下面积+脂峰下面积)×100%。

表1 COPD 组与对照组的临床资料比较 (±s)

表1 COPD 组与对照组的临床资料比较 (±s)

注：BMI为体质量指数；FEV1%pred为第1秒用力呼气容积占预计值百分比

组别 例数 年龄 (岁) 体质量 (kg) 身高 (cm) BMI(kg/m2) FEV 1%pred (%) FEV 1/FVC (%)COPD组 25 66.61±5.20 63.34±6.04 170.17±2.61 21.88±1.99 57.17±7.67 60.69±4.33对照组 25 64.20±5.88 65.13±4.21 171.48±4.70 22.19±1.79 88.49±1.99 83.25±3.09 t值 1.452 1.374 1.037 0.645 19.634 22.071 P 值 0.160 0.182 0.310 0.525 0.000 0.000

1.3 统计学分析 利用SPSS 17对所得数据进行配对t检验、皮尔逊相关分析,P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

COPD 组伸肌群肌肉最大横截面积、伸膝等速力矩峰值小于对照组,股外侧肌肌间脂肪含量大于对照组,差异有统计学意义 (P＜0.05)；标准化的伸膝等速力矩峰值与对照组比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。屈肌肌群最大横截面积、屈膝等速力矩峰值、标准化的屈膝等速力矩峰值与对照组比较,差异无统计学意义 (P＞0.05)(表2)。大腿伸肌群最大横截面积与伸膝等速力矩峰值呈正相关(r=0.379,P＜0.05),股外侧肌脂肪含量与伸膝等速力矩峰值呈负相关(r=-0.722,P＜0.01)(图1、2)。

图1 COPD组大腿伸肌群最大横截面积与伸膝等速力矩峰值相关性分析

图2 COPD组股外侧肌脂肪含量与伸膝等速力矩峰值相关性分析

3 讨论

骨骼肌功能障碍做为COPD 的一种肺外表现,逐渐为人们所认识,但具体机制仍存在争议。Maddocks等[5]利用CT 评价了101例COPD 患者的大腿肌肉发现脂肪衰减系数与6分钟步数呈明显相关,但肌间脂肪与股四头肌肌力大小无显著的相关性。Maltais等[6]证实COPD 患者下肢肌肉质量减少与肌力的下降有关。Shields等[7]利用水脂分离技术测量了COPD 患者股四头肌肌间脂肪含量高于对照组,并通过动态监测肌肉中高能化合物浓度的变化,认为肌肉间脂肪参与了能量的异常代谢。上述实验结果不尽相同,可能是由于MRI的软组织分辨力高于CT,且MRI能够进行功能成像,对骨骼肌的评价更为精准。本研究发现COPD大腿股四头肌最大横截面积、伸膝等速力矩峰值小于对照组,且股四头肌最大横截面积大小与峰值力矩呈负相关。腘绳肌群横截面积、屈膝等速力矩峰值2组间差异无统计学意义。这与Shields等[7]观察到COPD 患者股四头肌、股二头肌横截面积及高能化合物代谢速度的改变相符。郭巍等[8]为COPD 患者肌肉与肌力的这种改变可能与外周骨骼肌结构蛋白和功能蛋白数量及质量的改变有关。

表2 COPD 组与对照组大腿肌肉最大面积、肌力及股外侧肌脂肪含量的比较 (±s)

表2 COPD 组与对照组大腿肌肉最大面积、肌力及股外侧肌脂肪含量的比较 (±s)

组别 例数 等速力矩峰值 (N·m)标准化等速力矩峰值(N·m·cm-2)最大横截面积 (cm2)伸膝 屈膝伸膝 屈膝股四头肌 腘绳肌股外侧肌脂肪含量 (%)COPD组 25 90.90±20.88 55.58±17.62 2.00±0.54 1.66±0.66 46.87±10.03 35.44±8.78 16.10±5.34对照组 25 114.01±15.98 65.95±27.27 2.18±0.34 1.80±0.73 52.80±5.96 37.11±5.99 7.77±2.93 t值 7.493 1.292 1.729 0.589 2.467 0.705 6.811 P 值 0.000 0.209 0.097 0.562 0.021 0.488 0.000

1H-MRS是利用磁共振化学位移现象对原子核及其代谢物进行分析的方法。它能够无创性地研究人体器官、组织代谢及化合物定量分析[9]。肌肉1H-MRS谱线能够识别1.3 ppm 处肌肉细胞内脂肪的亚甲基峰及1.5 ppm 处肌纤维间隔内脂肪的亚甲基峰。由于只有0.2 ppm 的频率差异,且本研究中采集体素较大,过多的肌肉纤维间隔内的脂肪会造成二者分辨困难,最后得到单一的脂峰。本研究发现COPD 患者股外侧肌肌间脂肪含量高于对照组,且肌间脂肪含量与COPD 患者肌肉功能障碍呈负相关。肌间脂肪浸润及对肌肉功能影响的分子生物学途径还不是十分清楚。血浆高脂肪酸、肌肉干细胞脂肪分化细胞分化成脂肪细胞可能是肌间脂肪浸润的潜在因素[10]。脂质代谢异常、脂肪细胞因子等因素干扰了肌细胞的信号转导和功能,在宏观上表现为肌力减弱及功能障碍[11]。再者,肌纤维束间的脂肪细胞可能会妨碍肌肉的活性或者是扰乱力的传递,最后导致肌肉收缩功能障碍[12]。由于1H-MRS采集时间较长,本研究中只测量了股外侧肌的脂肪含量,但是其作为股四头肌的重要组成部分,可以大致反应股四头肌整体成分的改变,这也与Shields等[7]的研究结果相符。

最后,肌间脂肪含量增加与COPD 患者骨骼肌功能障碍密切相关,体育锻炼和药物治疗能够改善肌间脂肪浸润,从而改善COPD 患者骨骼肌功能、提高生存质量。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突