COPD患者肌間脂肪含量對骨骼肌功能的影響

張斌 崔國慶 鄒殿俊 李嬌嬌 陳靜 劉建華

1河北北方學院附屬第一醫院醫學影像部,張家口075000;2河北北方學院附屬第一醫院呼吸科,張家口075000

骨骼肌功能障礙是COPD 的一種重要并發癥,嚴重影響預后并增加了COPD 的病死率[1]。肌肉的強度雖與肌肉的大小有關,但是萎縮并不能完全解釋COPD 患者的肌肉無力。有研究認為肌間脂肪浸潤可能是一種影響肌肉功能的獨立因素[2]。

磁共振成像 (magnetic resonance imaging,MRI)T1 加 權像 (T1 weighted image,T1WI)能夠清晰地顯示大腿肌肉間脂肪,但是脂肪的定量測量仍然存在困難。因為每一體素都包含多種組織成分,所得信號是各種組織的平均值,結果不是十分精確。 氫質子磁共振波譜 (H-magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是一種成熟的無創性的化合物濃度測量技術,聯合T1WI可以半定量測量肌肉脂肪浸潤。本文旨在利用MRI多參數成像來探討COPD 患者大腿肌間脂肪含量、肌肉最大橫截面積與肌肉功能障礙的關系。

1 對象與方法

1.1 研究對象 收集2016年10月至2018年1月河北北方學院附屬第一醫院呼吸科診斷為COPD的患者25 例,同期于附近社區征集性別、年齡、體質量指數匹配的健康老年人25 例作為對照組(表1)。COPD 組排除標準：COPD 急性期、心血管疾病、不可控制的高血壓 [≥160/90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]、最近6個月內應用糖皮質激素治療、骨關節病、代謝性病變及嚴重神經系統病變(如腦卒中、腦腫瘤、腦感染性病變等)。對照組排除標準：呼吸系統疾病、心血管病變、神經系統病變、骨骼肌病變、吸煙＞10 年、接受正規的有氧鍛煉1個月以上者。

1.2 體能與影像數據采集 采用澳大利亞Kinitech等速肌力測試系統對研究對象進行等速肌力測試。所有受試者完成膝關節伸屈等速力矩峰值。膝關節等速屈伸速度60°/s[3]。7 d后利用3.0 T Phillips磁共振儀對雙側大腿進行掃描,范圍包括髂前上棘至脛骨平臺。采用m Dixon序列,翻轉角=10°,視野=350 mm×260 mm,體素=0.6 mm×0.6 mm×4 mm。采用單體素PRESS技術定量測量肌間脂肪含量,將采集體素置于股外側肌肉最大橫截面積層面,盡量避開血管、皮下脂肪和肌肉筋膜。參數重復時間=4 000,回波時間=40 ms,體素=20 mm×20 mm×25 mm,激勵次數=96,正式波譜掃描前行常規預掃描,手動勻場及抑水效果以水峰的半高全寬和抑水率表示,以達到水峰的半高全寬≤30 Hz,抑水率≥90%認為勻場及抑水較好的標準。所得圖像傳至后處理工作站,測量股四頭肌面積(股直肌、股中間肌、股內側肌、股外側肌),腘繩肌 (半腱肌、半膜肌、股二頭肌)選取肌群最大面積層面作為研究層面,該層面與肌肉的大小具有明顯的相關性[4]。影像數據分析采用Phillips 3.0 T 波譜分析軟件,進行化學位移的定量譜分析,得到1H-MRS的波譜值(包括水峰峰值、水峰下面積、脂峰峰值和脂峰下面積)。以下列公式計算：股外側肌間脂肪含量=脂峰下面積/ (水峰下面積+脂峰下面積)×100%。

表1 COPD 組與對照組的臨床資料比較 (±s)

表1 COPD 組與對照組的臨床資料比較 (±s)

注：BMI為體質量指數；FEV1%pred為第1秒用力呼氣容積占預計值百分比

組別 例數 年齡 (歲) 體質量 (kg) 身高 (cm) BMI(kg/m2) FEV 1%pred (%) FEV 1/FVC (%)COPD組 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對照組 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 統計學分析 利用SPSS 17對所得數據進行配對t檢驗、皮爾遜相關分析,P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

COPD 組伸肌群肌肉最大橫截面積、伸膝等速力矩峰值小于對照組,股外側肌肌間脂肪含量大于對照組,差異有統計學意義 (P＜0.05)；標準化的伸膝等速力矩峰值與對照組比較,差異無統計學意義(P＞0.05)。屈肌肌群最大橫截面積、屈膝等速力矩峰值、標準化的屈膝等速力矩峰值與對照組比較,差異無統計學意義 (P＞0.05)(表2)。大腿伸肌群最大橫截面積與伸膝等速力矩峰值呈正相關(r=0.379,P＜0.05),股外側肌脂肪含量與伸膝等速力矩峰值呈負相關(r=-0.722,P＜0.01)(圖1、2)。

圖1 COPD組大腿伸肌群最大橫截面積與伸膝等速力矩峰值相關性分析

圖2 COPD組股外側肌脂肪含量與伸膝等速力矩峰值相關性分析

3 討論

骨骼肌功能障礙做為COPD 的一種肺外表現,逐漸為人們所認識,但具體機制仍存在爭議。Maddocks等[5]利用CT 評價了101例COPD 患者的大腿肌肉發現脂肪衰減系數與6分鐘步數呈明顯相關,但肌間脂肪與股四頭肌肌力大小無顯著的相關性。Maltais等[6]證實COPD 患者下肢肌肉質量減少與肌力的下降有關。Shields等[7]利用水脂分離技術測量了COPD 患者股四頭肌肌間脂肪含量高于對照組,并通過動態監測肌肉中高能化合物濃度的變化,認為肌肉間脂肪參與了能量的異常代謝。上述實驗結果不盡相同,可能是由于MRI的軟組織分辨力高于CT,且MRI能夠進行功能成像,對骨骼肌的評價更為精準。本研究發現COPD大腿股四頭肌最大橫截面積、伸膝等速力矩峰值小于對照組,且股四頭肌最大橫截面積大小與峰值力矩呈負相關。腘繩肌群橫截面積、屈膝等速力矩峰值2組間差異無統計學意義。這與Shields等[7]觀察到COPD 患者股四頭肌、股二頭肌橫截面積及高能化合物代謝速度的改變相符。郭巍等[8]為COPD 患者肌肉與肌力的這種改變可能與外周骨骼肌結構蛋白和功能蛋白數量及質量的改變有關。

表2 COPD 組與對照組大腿肌肉最大面積、肌力及股外側肌脂肪含量的比較 (±s)

表2 COPD 組與對照組大腿肌肉最大面積、肌力及股外側肌脂肪含量的比較 (±s)

組別 例數 等速力矩峰值 (N·m)標準化等速力矩峰值(N·m·cm-2)最大橫截面積 (cm2)伸膝 屈膝伸膝 屈膝股四頭肌 腘繩肌股外側肌脂肪含量 (%)COPD組 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對照組 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是利用磁共振化學位移現象對原子核及其代謝物進行分析的方法。它能夠無創性地研究人體器官、組織代謝及化合物定量分析[9]。肌肉1H-MRS譜線能夠識別1.3 ppm 處肌肉細胞內脂肪的亞甲基峰及1.5 ppm 處肌纖維間隔內脂肪的亞甲基峰。由于只有0.2 ppm 的頻率差異,且本研究中采集體素較大,過多的肌肉纖維間隔內的脂肪會造成二者分辨困難,最后得到單一的脂峰。本研究發現COPD 患者股外側肌肌間脂肪含量高于對照組,且肌間脂肪含量與COPD 患者肌肉功能障礙呈負相關。肌間脂肪浸潤及對肌肉功能影響的分子生物學途徑還不是十分清楚。血漿高脂肪酸、肌肉干細胞脂肪分化細胞分化成脂肪細胞可能是肌間脂肪浸潤的潛在因素[10]。脂質代謝異常、脂肪細胞因子等因素干擾了肌細胞的信號轉導和功能,在宏觀上表現為肌力減弱及功能障礙[11]。再者,肌纖維束間的脂肪細胞可能會妨礙肌肉的活性或者是擾亂力的傳遞,最后導致肌肉收縮功能障礙[12]。由于1H-MRS采集時間較長,本研究中只測量了股外側肌的脂肪含量,但是其作為股四頭肌的重要組成部分,可以大致反應股四頭肌整體成分的改變,這也與Shields等[7]的研究結果相符。

最后,肌間脂肪含量增加與COPD 患者骨骼肌功能障礙密切相關,體育鍛煉和藥物治療能夠改善肌間脂肪浸潤,從而改善COPD 患者骨骼肌功能、提高生存質量。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突