应用核磁共振成像技术评估慢性肾脏病患者肾髓质脱氧血红蛋白浓度、皮质脱氧血红蛋白浓度与肾动脉血流及钠重吸收量之间的关系

姜文 张林波

肾组织氧合的调节较复杂，受到多种因素的影响[1]。输氧量由动脉血氧饱和度、红细胞体积分数和肾动脉血流量(RABF)决定，而RABF受动脉血压和肾内血管阻力调节。肾脏的耗氧量大部分是由肾脏皮质和髓质部分的耗氧及钠重吸收所消耗的[2]。由于肾髓质血流灌注比皮质灌注低，故髓质易缺氧[3-5]。在急性肾小管坏死患者的总耗氧量中，钠重吸收的耗氧占较高比例，潜在地导致了肾组织的缺氧[6]，肾移植患者的肾脏再灌注后亦出现类似的缺血现象[7]。因此，钠重吸收和肾耗氧之间平衡的打破可能是急性肾损伤期间的主要表现。相反，慢性肾脏病(CKD)与肾单位的稳定性下降有关[8]。可以利用脱氧血红蛋白的顺磁性，根据血氧水平依赖性(BOLD)及MRI间接评估氧的可用性，其中肾内脱氧血红蛋白浓度(R2*)值表示低氧合血红蛋白含量和组织氧合的替代物[8-9]。对2型糖尿病患者的调查结果显示，肾小球滤过率(GFR)与肾髓质R2*值(MR2*)和皮质R2*值(CR2*)有明确的相关性。对CKD患者的大量研究发现，GFR或估算的肾小球滤过率(eGFR)与肾组织氧合无相关性[10]。本研究将探讨稳定期CKD患者MR2*、CR2*与RABF及钠重吸收之间的关系。

对象与方法

1.对象：纳入2014年1月～2016年12月于我院肾内科就诊的稳定期CKD患者64例(CKD组)。纳入标准：(1)年龄>18岁；(2)CKD 3期(60 ml/min>GFR≥30 ml/min)或4期(30 ml/min>GFR≥15 ml/min)；(3)eGFR稳定在15～60 ml·min-1·(1.73 m2)-1至少3个月。排除标准：(1)接受过肾移植；(2)具有心脏起搏器或其他与MRI不相容假体;(3)感染相关指标、肝功能异常等;(4)合并慢性肾炎、糖尿病肾病、贫血等基础疾病。CKD组男35例，女39例，年龄45～65岁，平均年龄(54.6±4.3)岁，平均身高(168.40±2.15)cm，平均体重(68.5±3.08)kg，平均BMI(24.63±2.31)kg/m2，平均GFR(53.70±5.14)ml/min。同期纳入年龄相当的健康受试者(对照组，25例)，其中男13例，女12例，年龄41～62岁，平均年龄(53.5±3.26)岁，平均身高(167.4±3.04)cm，平均体重(67.90±2.28)kg，平均BMI(24.57±1.85)kg/m2，平均GFR(123.60±2.65)ml/min。两组受试者性别、年龄、身高比较差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经我院伦理委员会审核通过，所有受试者均签署知情同意书。

2.方法

(1)临床资料收集：收集所有受试者的临床资料。在受试者空腹的情况下抽取血液样品以测定血浆钠水平。使用铬-51标记的乙二胺四乙酸(51Cr-EDTA)对GFR进行测定。收集24 h尿液以测定钠和白蛋白的排泄量。钠重吸收量(mol/24h)=最大GFR[mGFR，ml·min-1·(1.73 m2)-1]×血浆钠(mmol/L)-钠排泄量(mmol/24h)。

(2)MRI测量RABF：使用1.5-Tesla系统(MAGNETOM Avanto;Siemens Healthcare)对所有受试者第1次实验室检查后1～2周行MRI检查[11]。采用多阵列元件灵敏度编码射频线圈进行数据的接收，通过心电图连续监测心率。对于所有序列使用加速的广义自动校准部分并行采集的方法。首先使用基于导航器的三维T1加权损坏的梯度回波序列来显示腹部血管结构，从中可以制作左肾动脉和右肾动脉的正交切片。然后利用二维相位对比梯度回波序列进行每侧RABF的测量。在左右RABF测量之间使用自动示波器(Dinamap V100;GE Healthcare)测量血压。

(3)MRI数据分析：使用OsiriX图像处理软件(Pixmeo)测量肾脏直径(长度、深度和宽度)、动脉横截面直径，计算动脉横截面面积，并假定椭圆形状估计肾脏体积，肾脏体积(cm3)=π/6×长度(cm)×深度(cm)×宽度(cm)。从所获得的相位速度敏感图像测量左右肾动脉和副动脉的速度分布，RABF(ml/min)=动脉横截面面积(cm2)×左右肾动脉和副动脉的速度(cm/min)。通过非线性最小二乘法拟合对数信号强度对田纳西-伊斯曼(TE)的像素逐像素分析来计算定量R2*：由一位经验丰富的专家进行分析，并由内部放射科技师确认，然后如前所述手动将多个目标小椭圆体区域放置在髓质和皮质中[13]。通过同位素稀释质谱追踪的研究方程计算eGFR，通过51Cr-EDTA清除率计算mGFR。

结 果

1.MRI结果：所有受试者中适合统计分析的MRI图像包括RABF 118幅、BOLD髓质124幅和BOLD皮质124幅，适合用控件进行分析的MRI图像包括RABF 47幅、BOLD髓质41幅和BOLD皮质41幅。

2.两组受试者肾脏体积和RABF比较：CKD组患者肾脏体积小于对照组，RABF低于对照组(P<0.05)。见表1。

表1 两组受试者肾脏体积和RABF比较[M(P25,P75)]

3.两组受试者临床资料比较：CKD组患者GFR、mGFR、白蛋白排泄量、钠重吸收量明显低于对照组，收缩压、血浆钠水平明显高于对照组(P<0.05)。两组受试者舒张压、钠排泄量比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

4.MR2*、CR2*与RABF和钠重吸收量的相关性：Spearman相关分析结果显示，RABF与MR2*(r=0.54，P=0.11)和CR2*(r=0.48，P=0.13)之间无相关性；钠重吸收量与MR2*(r=0.85，P=0.008)和CR2*(r=0.81，P=0.007)呈正相关。

表2 两组受试者临床资料比较

讨 论

本研究调查了CKD患者和健康对照者MR2*、CR2*与RABF及钠重吸收量之间的关系。尽管CKD患者的肾脏萎缩，RABF减少，但仍保留了皮质和髓质氧合功能。GFR和RABF不成比例地降低，导致钠重吸收量减少，因此可以保护肾脏组织，避免其缺氧。上述结果显示，在CKD患者和对照者中，RABF和R2*存在个体差异。CKD患者中由于区域灌注变化较大，皮质和髓质组织可能有不同的灌注体积。

根据本研究的结果可以看出，CKD患者的肾组织数量在持续性减少，而且根据肾脏相关研究，由于肾小动脉阻力降低，可能会发生单个肾单位的高灌注和超滤[15-16]。目前的研究尚无单个肾单位的数据结果，但我们发现GFR在明显减少，与单个肾小球超滤的假说相反。GFR降低的原因可能是周围分流的存在，血液直接从皮质分流到髓质。

GFR和钠排泄的评估是在所有受试者第1次实验室检查后1～2周进行的。由于没有接受标准化的钠摄入量，其排泄和吸收的数据可能有所差异。然而，即使在严格固定的摄入量下，钠排泄量每天也有所不同。此外，BOLD MRI在几秒钟内即可完成，短时间内Na吸收量是不可能测量的。理论上由于管状功能障碍导致的Na重吸收量减少可以改善髓质氧合，降低R2*值。

本研究结果表明，R2*是肾内脱氧血红蛋白含量和氧利用率的标记物，与健康对照者和CKD患者RABF无关。对照组和CKD患者的肾内氧合情况相当。动静脉氧分流可防止肾组织发生高氧化，避免活性氧的形成。氧可能在弓形或小叶间动脉水平的皮层循环和下降和上升的血管直径之间的髓质循环中分流。

本研究有以下局限性：所纳入的CKD患者肾脏疾病类型不同，无法进行亚组分析的可能性，CKD患者与健康者的分组导致无法确定高血压、糖尿病或肾血管疾病如何影响MRI参数。血液供应和Na吸收之间的分离可能有助于保持肾内氧合在正常范围内。