18F-FDG PET用于急性呼吸窘迫综合征研究进展

霍薪利，王 柯，罗 亮

(1.南通大学医学院，江苏 南通 226000；2.江苏省原子医学研究所，江苏 无锡 214063；3.南通大学无锡临床学院 无锡市第二人民医院重症医学科，江苏 无锡 214000)

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是严重威胁人类健康的常见呼吸危重症[1]。影像学技术是探索ARDS病理生理机制及疾病演进过程的重要手段。以胸部X线摄影及CT为代表的传统影像学技术对了解肺组织解剖结构信息、观察肺组织局部通气及量化肺容量等方面均具有重要意义，然而肺此时的组织解剖结构变化往往为肺部炎症损伤晚期事件[2]甚至已发生不可逆损伤，而对于ARDS早期诊断、病情监测和评价疗效的价值有限。

随着分子标记技术及图像分析技术的快速发展，新型分子影像学技术可为ARDS提供更早期临床信息。PET是最常用的分子成像技术之一，能在不同放射性示踪剂支持下追踪人体及动物模型的特定生物过程。18F-FDG是目前应用较广泛的放射性示踪剂，对于诊断肿瘤与监测疗效具有重要应用价值[3]。18F-FDG摄取与组织代谢活动密切相关[4]。18F-FDG PET能从分子水平反映肺组织区域代谢及局部炎症活动变化，对早期诊断ARDS、监测病情以及评价疗效等均具有重要应用价值[5]。本文围绕18F-FDG PET用于ARDS进展进行综述。

1 ARDS概述

ARDS是由肺源性或全身性危险因素引起的临床综合征，进展迅速，病死率高；其典型病理学改变可大致分为渗出期、增生期和纤维化期[6]。渗出期多见于肺损伤后第1周，肺血管内皮细胞和肺泡上皮细胞弥漫性炎症及广泛损伤致肺泡-毛细血管屏障通透性增高，导致大量炎性细胞及液体渗出。损伤后最初24～48 h内，胸片可能仍显示正常(肺部原始病变除外)；之后2～3天，双肺可出现斑片状浸润影，并迅速进展为弥漫性肺实变损伤，甚至出现“白肺”[7]。肺损伤后1～3周为增生期，肺组织启动修复机制，肺泡间隔的间质细胞和成纤维细胞增生，上皮重建，肺泡结构及功能开始恢复。生存超过3～4周的ARDS患者的肺泡间隔和肺泡壁广泛增厚，纤维组织增生，进入纤维化期[8]。值得注意的是，渗出和增生可能同时发生，故不能机械地依据病程长短简单进行病理分期，建议在损伤后第1周内尽早实施抗纤维化治疗[5]。目前对于ARDS尚缺乏特异性治疗药物及治疗手段，而病情严重程度与肺泡损伤情况密切相关，故损伤后前7天可能是治疗干预的关键时期，早期诊断、早期治疗可改善预后。

2 18F-FDG PET成像原理

18F-FDG为葡萄糖类似物，可被细胞以与葡萄糖的相同转运蛋白和速率摄取，在己糖激酶作用下实现磷酸化，但其磷酸化产物不能进一步糖酵解。经静脉注射1 h后，在肺、脑和心脏等去磷酸化酶活性相对较低的器官中，18F-FDG的去磷酸化可忽略不计，即认为18F-FDG滞留在细胞内[9]。炎症激活状态下,炎性细胞膜上的葡萄糖转运蛋白表达增加，炎症部位释放的细胞因子和生长因子可增强葡萄糖转运蛋白对脱氧葡萄糖的转运[10]，例如激活的中性粒细胞主要依赖无氧糖酵解产生能量，其参与代谢消耗的葡萄糖远高于其他炎性细胞和肺实质细胞，可达到非激活状态下的20～30倍[11-12]。18F-FDG摄取情况与葡萄糖代谢密切相关，故可作为检测生物体内中性粒细胞募集和激活的指标[13]，用于动态监测肺局部炎症反应程度，且其信号强度由炎性细胞浸润的绝对数及激活状态共同决定。

3 18F-FDG PET在ARDS中的应用

3.1 早期诊断ARDS18F-FDG PET通过反映肺内中性粒细胞募集和激活情况而间接提示肺部局部炎症活动状态，可作为早期肺损伤的生物标记物[14]。RODRIGUES等[15]在一项前瞻性研究中纳入8例闭合性胸部创伤和肺挫伤患者，4例进展为ARDS，其中3例肺组织存在弥漫性18F-FDG摄取，而5例非ARDS患者仅提示CT高密度区域存在局灶性18F-FDG摄取；此外，进展为ARDS患者肺正常通气区域亦表现为18F-FDG弥漫性摄取，提示PET可于达到临床诊断ARDS标准前检出18F-FDG异常摄取。动物实验[16]亦表明，18F-FDG弥漫摄取先于气体交换变化、肺密度增加及肺水肿等。因此，对于肺组织存在18F-FDG弥漫性摄取的患者，应考虑ARDS。

3.2 指导机械通气 机械通气通过改善气体交换而提升氧合水平，从而为治疗患肺争取恢复时间，是目前重症病房应用最为广泛的呼吸治疗方式，亦为治疗ARDS的重要手段。然而建立人工气道与外部施加正压通气在一定程度上与人体生理状态下的呼吸力学相悖，过高的潮气量和正压水平可能引起肺泡发生非生理性应激和损伤，激活局部肺组织代谢，导致局部炎症和机械损伤[17-18]而诱发呼吸机相关肺损伤(ventilator-induced lung injury, VILI)。

BELLANI等[19]对10例ARDS的临床研究结果显示，接受机械通气治疗后，患者整个肺脏代谢活动明显增强。值得关注的是，肺组织对18F-FDG出现强摄取，不仅局限于肺泡塌陷的非充气区域，还涉及CT显示充气正常区域，提示即使CT提示形态正常肺区也可能存在严重炎症反应，而18F-FDG可作为机械通气状态下评估肺部炎症的敏感指标。de PROST等[20]观察内毒素血症所致肺损伤绵羊模型，证实保护性机械通气可在一定程度上改善炎症细胞的代谢活性和炎症的空间异质性；但MOTTA-RIBEIRO等[21]同样针对内毒素诱导的急性肺损伤绵羊模型利用18F-FDG PET监测肺组织局部炎症活动，发现在临床诊断ARDS尚未能成立时，早期采用小潮气量保护性机械通气并不利于肺内通气均匀分布。调整ARDS患者呼吸机参数时，在保证患者必要氧合的前提下，应对如何更好地实现通气均匀分布和减少VILI发生进行仔细权衡[18]。18F-FDG PET能无创动态评估肺部炎症，且敏感性好，可用于指导ARDS患者机械通气，实施个性化肺保护性通气。

3.3 早期诊断肺纤维化 纤维化是组织慢性损伤—修复的常见结果，现代分子影像学技术在无创早期诊断肺纤维化方面具有独特优势。ZAMBELLI等[22]观察酸滴入诱导肺损伤小鼠模型，发现肺损伤急性期后18F-FDG核素信号持续存在与2周后肺顺应性改变相关，原因可能是炎症反应持续存在，导致肺损伤局部发生纤维化。为观察短期接触PM2.5能否诱发肺纤维化，SUN等[23]将实验大鼠暴露于PM2.5(1.8～16.2 mg/kg体质量)环境中1个月，之后正常喂养18个月，结果显示暴露后第12个月实验组大鼠肺内开始出现零散18F-FDG高摄取区，第18个月时实验组大鼠肺脏18F-FDG高摄取区呈弥漫分布；提示短期PM2.5暴露可能导致后期肺纤维化风险增加，18F-FDG PET可动态监测肺内糖代谢情况，进而早期评估肺纤维化。上述研究结果表明，重复PET扫描能动态追踪慢性炎症过程，有助于早期诊断纤维化。

3.4 评价疗效18F-FDG PET量化评价肺局部炎症的敏感性好。CHEN等[24]在一项临床试验中采用18F-FDG PET评估洛伐他汀与重组人活化蛋白C的抗感染作用，结果表明洛伐他汀可在一定程度上减轻肺部感染，而重组人活化蛋白C无明显抗感染作用。作为葡萄糖类似物，18F-FDG被细胞捕获后，其磷酸化产物不能进一步糖酵解而滞留在细胞内，基于此可用于标记和追踪干细胞。CARDENES等[25]对ARDS绵羊模型以18F-FDG标记多潜能成体祖细胞(multipotent adult progenitor cell, MAPC)，发现MAPC分布和滞留情况与其输送方式有关，然而无论是气管内给药还是经静脉给药，动脉氧合改善程度均相近。基于18F-FDG本身的生物代谢特性，18F-FDG PET能无创、动态、量化评价肺局部炎症，可用于ARDS诊疗和疗效评估。

4 小结与展望

新型分子影像学技术为探索ARDS病理生理机制及优化临床诊疗提供了重要依据，是推进ARDS临床诊疗进展的可靠工具。18F-FDG PET能无创、量化肺局部炎症，对于诊断ARDS、病情监测和评价治疗效果等具有重要临床意义。虽然因PET检查成本高、辐射暴露明显及患者不便于转运，尚未用于ARDS临床常规诊疗，但其在鉴别诊断、评估肺部受累程度、监测病程进展等方面的独特价值值得重视。