超声造影研究2型糖尿病骨骼肌微循环进展

陈凯帆，林佳钏，王 平

(南方医科大学第三附属医院超声医学科，广东 广州 510630)

微血管病变是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus， T2DM)常见并发症之一，不仅累及肾脏、视网膜和神经，也会累及人体其他周围微血管床如骨骼肌及皮肤等。骨骼肌微血管灌注依赖于正常内皮细胞对胰岛素的反应。在糖尿病前期，多种因素导致的血管内皮功能障碍均可对胰岛素介导的微血管反应产生负面影响，导致微血管出现胰岛素抵抗，减少骨骼肌摄取葡萄糖[1-2]。目前用于量化骨骼肌微血管灌注的方法均存在一定局限性，如MR灌注成像[3]耗时且费用较高，无法作为常规检查；1-甲基黄嘌呤是黄嘌呤氧化酶的作用底物，通过液相色谱法测量其代谢可量化微血管灌注，但人体骨骼肌微循环中的黄嘌呤氧化酶活性较低，使其应用受限[4-5]。便捷、有效地动态量化微血管血流，对于探究肌肉微血管反应与代谢活动之间的关系具有重要意义。超声造影(contrast enhanced ultrasound， CEUS)已广泛用于评估微细血管及血流，如评价瘤内新生血管、斑块新生血管等[6]，并能实时评估和量化骨骼肌微循环[7]。本文就骨骼肌CEUS成像原理及其评估T2DM患者骨骼肌微循环灌注的研究进展进行综述。

1 CEUS及半定量分析技术

CEUS通过静脉注射造影剂作为血管内示踪剂，利用微泡的背向散射效应增强并量化血管灌注。不同于CT和MR对比剂，超声造影剂生物耐受性好，且不经肾脏代谢[8]；其所示信号强度与循环中的微泡浓度及ROI内的微血管血容量(microvascular blood volume， MBV)呈正比。CEUS中，用于获取血流动力学信息时，可采用团注或持续输注造影剂[7,9]；前者指单次注射造影剂后成像，通过软件分析获得特定区域的时间-强度曲线(time-intensity curve， TIC)，进而获取其定量灌注特征参数，如达峰时间(time to peak， TTP)、峰值强度及平均通过时间等；后者则待造影剂循环稳定构建微泡破坏后的TIC并拟合函数Y=A(1-eβt)，其中A值为曲线的平台点即MBV，β值为曲线速率常数即微血管血流速率(microvascular flow velocity， MFV)，通过计算MBV和MFV的乘积可得到微血管血流量(microvascular blood flow， MBF)用于量化微循环。

2 CEUS评估T2DM骨骼肌微循环

2.1 静息态下 周长江等[10]以CEUS测得腓肠肌病变区域的峰值强度为(30.02±5.60)dB，呈低灌注增强模式，同时提示CEUS反映病变骨骼肌形态结构变化的价值高于高频超声。有学者[11]采用荟萃分析，发现TTP、MBV及MBF等肌肉微循环灌注指标均能有效评估T2DM患者骨骼肌灌注，但 TTP更多反映的是近心大血管灌注情况。DUERSCHMIED等[12]提出一种优化方法，即以不同ROI划分腓肠肌微血管床，通过造影剂渡越时间(contrast transit time， CTT)——即造影剂到达不同组织时间的差值，间接反映肌肉微循环灌注情况；该研究中T2DM组患者肌肉至静脉、动脉至静脉中位CTT分别为34.5 s及42.5 s，显著长于外周动脉疾病组，而组间TTP差异无统计学意义，提示CTT更适合用于量化微循环受损程度。

郑伟坤等[13]对16只新西兰糖尿病模型兔的骨骼肌行CEUS及骨骼肌穿刺活检，发现其肌肉病变程度与动脉至静脉CTT、肌肉组织平均通过时间相关，证实T2DM骨骼肌形态学改变与微循环障碍之间存在相关性，而CEUS用于早期评估糖尿病肌病具有应用价值。随后该团队[14]以短暂肢体加压阻断血流后解压的方式来代替肌肉运动，发现CEUS结合短暂动脉闭塞后所测CTT还可反映T2DM微血管病变患者的动脉血流储备功能。

2.2 代谢相关干预后 运动可有效增加健康人骨骼肌微血管血流量[15]，减轻摄入高糖引起的肌肉微血管灌注损伤[16]。2016年美国糖尿病协会建议糖尿病患者每周至少进行150 min中等强度体力活动[17]。CEUS可用于评估T2DM微血管功能障碍人群运动时微血管摄取葡萄糖的变化。RUSSELL等[18]以6周阻力训练为运动干预方式，应用CEUS评估17例T2DM患者右前臂深屈肌MBF，结果显示训练显著提高了骨骼肌MBF；混合线性回归分析显示骨骼肌微血管反应增强与整体血糖改善密切相关，运动后患者空腹血糖、糖化血红蛋白及胰岛素抵抗指数均显著降低，提示通过阻力训练可改善肌肉内微血管反应、提高胰岛素敏感性，进而改善血糖水平。PARKER等[16]则发现8周步行训练(每周5次，每次45 min)并不足以改善T2DM患者股外侧肌微血管灌注情况，且肌肉活检结果也未发现骨骼肌胰岛素信号改变。不同运动方式对糖尿病患者骨骼肌代谢作用的机制可能不同，结合CEUS进行动态血流评估，寻找最有效的运动模式帮助患者血糖控制将是未来研究的重点。

进食刺激胰岛素分泌，但胰岛素抵抗状态下，与膳食相关的微血管血流量显著减少可钝化胰岛素介导的骨骼肌摄取葡萄糖[5]。CEUS可量化微血管功能，评估进食后骨骼肌灌注反应。RUSSELL等[19]观察混合营养餐干预后受试者右前臂屈肌的微血管灌注情况，发现有T2DM家族史的健康人餐后肌肉MBF并未增加，即T2DM高危人群骨骼肌微血管已出现对胰岛素的钝化反应，提示微血管反应受损可能是T2DM早期变化之一。因此，对于高危人群，早期纠正微血管缺陷可能是有效的干预策略。上述研究[19]系通过持续输注造影剂行CEUS，对于团注方式下CEUS可否反映进食刺激的微血管反应变化尚不清楚。MERTZ等[20]经肘前静脉注射2.0 ml声诺维，随即以10 ml 0.9%生理盐水冲洗，以峰值强度和平均第一相平台信号强度评估股外侧肌的MBV，结果显示通过大剂量团注造影剂行CEUS无法检出餐后股外侧肌MBV变化，但可测量运动后MBV变化。以上结果提示，注射造影剂方式与所获组织灌注信息有关，应视不同情况善加选择。

2.3 药物干预后 胰岛素通过刺激NO合成而扩张毛细血管前小动脉，以增加肌肉微血管灌注；NO合成受到抑制会减少胰岛素介导的肌肉微血管募集，甚至可致葡萄糖摄取下降40%[21]。根据CEUS提供的血流动力学信息，可评估药物干预纠正此类血管缺陷是否有助于骨骼肌摄取、利用葡萄糖。

伊洛前列素为前列环素2类似物，可产生类似于胰岛素介导血管扩张的生理效应。EMANUEL等[22]对比观察12例T2DM在应用高胰岛素-正常血糖钳夹技术期间经伊洛前列素干预前、后的肌肉微血管灌注情况；CEUS显示药物干预前、后骨骼肌MBV、外周胰岛素敏感性均无显著变化，但干预后从空腹状态到高胰岛素血症时的肌肉MBV变化明显高于干预前，表明伊洛前列素虽未能改善外周葡萄糖水平，但可有效减轻骨骼肌MBV降低。目前研究尚未能证明短期改善微血管灌注对于葡萄糖摄取的积极作用，但不排除药物长期干预可间接改善骨骼肌摄取葡萄糖的可能性。作为治疗T2DM的首选药物，已有研究[23]证实二甲双胍可改善健康机体肌肉微血管对胰岛素的敏感性。CEUS可帮助探索药物作用于微血管的机制，而用于T2DM患者尚需更多研究。

3 小结与展望

骨骼肌是胰岛素作用的重要主体，理解骨骼肌微血管反应作用机制有助于预防或治疗相关疾病。CEUS不仅对于量化T2DM患者骨骼肌灌注、评价代谢状态及药物干预效果具有重要价值，还可观察靶向治疗后T2DM小鼠骨骼肌灌注改善情况[24]。利用造影剂微泡携带基因，微泡在目标组织的微血管中破裂后可起到靶向增强基因转染作用[25]。CEUS用于靶向治疗T2DM骨骼肌微循环具有广阔应用前景，但仍需更多临床研究支持。

另一方面，CEUS亦存在其局限性。骨骼肌静息态下MBF较低，低功率CEUS成像产生的信噪比相对较低，高功率虽可获得更高信号，但会导致微泡破坏[26]。随着超声超分辨率微血流成像[27]、多模态多功能超声造影剂以及3D对比成像等的出现与发展， CEUS用于评估T2DM骨骼肌微循环将获得新的应用空间[28]。