BOLD MRI評(píng)價(jià)糖尿病患者尿微量白蛋白及氧合水平的研究

鄭爽爽 高志遠(yuǎn) 宋雙雙 何悅明 盧 潔,4*

(1. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科，北京 100053； 2. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬?gòu)?fù)興醫(yī)院放射科，北京 100038； 3. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100053； 4. 磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100053)

近年來(lái)我國(guó)糖尿病(diabetes mellitus，DM)患病率逐漸增加，且呈年輕化趨勢(shì)。流行病學(xué)研究[1]表明，我國(guó)約1.1億人患有糖尿病，是世界上糖尿病患病率上升最快的國(guó)家之一，且患病率可能會(huì)進(jìn)一步上升。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病最常見(jiàn)的并發(fā)癥，也是糖尿病患者死亡的重要原因[2-3]。血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)技術(shù)是目前唯一能夠活體內(nèi)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)腎臟血氧含量的影像技術(shù)[4-5]。隨著磁共振軟硬件的不斷升級(jí)，腎臟BOLD MRI在糖尿病中應(yīng)用的研究逐步增多，但關(guān)于尿微量白蛋白濃度與腎臟氧合關(guān)系的報(bào)道較少。本研究通過(guò)BOLD MRI技術(shù)對(duì)2型糖尿病患者的腎臟進(jìn)行掃描，測(cè)量不同尿微量白蛋白與尿肌酐比值(the ratio of urinary albumin and creatinine，ACR)和腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)的表觀自旋-自旋弛豫率(apparent relaxation rate,R2*)值，分析尿微量白蛋白不同階段的腎臟氧合變化情況。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

收集首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院2型糖尿病患者及健康對(duì)照者。入組研究對(duì)象共58例，其中男性32例(55.2%)，女性26例(44.8%)，平均年齡(60.64±8.9)歲。2型糖尿病組(DM組)44例，平均年齡(60.68±9.1)歲；健康對(duì)照組(NC組)14例，平均年齡(60.50±8.5)歲；糖尿病組和健康對(duì)照組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。糖尿病組又根據(jù)ACR分為ACR正常糖尿病組(DM1組)共22例，早期糖尿病腎病組(DM2組)共10例，臨床糖尿病腎病組(DM3組)共12例。

糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)：符合1999年WHO糖尿病分型和診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]；糖尿病腎病診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]：早期糖尿病腎病：ACR為30～300 mg/g，臨床糖尿病腎病：ACR>300 mg/g。ACR正常糖尿病：糖尿病患者，ACR<30 mg/g。對(duì)照組：排除糖尿病，ACR<30 mg/g。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1型DM患者；高血壓患者；伴有酮癥酸中毒的2型DM患者；有原發(fā)性腎臟疾病(腎臟腫瘤、慢性腎炎、單側(cè)腎等)的2型DM患者；存在泌尿系梗阻，合并泌尿系感染者；嚴(yán)重心功能不全者，有代謝性疾病史患者，患發(fā)熱性疾病及應(yīng)激者等。所有受試者均知情同意，自愿參加。

1.2 檢查方法

磁共振掃描在美國(guó)通用電氣公司的Signa 1.5T磁共振掃描儀上進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)TORSOPA線圈采集信號(hào)，掃描參數(shù)：冠狀面T2WI，采用SE序列，TR：7 500 ms，TE：85 ms，F(xiàn)OV：36 cm×36 cm，NEX：4，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：320×192，層數(shù)：14～18；冠狀面T1WI，采用FSPGR序列，TR：150 ms，TE：4.2 ms，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：320×192，層數(shù)：14～18； T2*MAP掃描(BOLD MRI)：采用EPI序列，TR：100 ms，TE：3.1 ms，F(xiàn)OV：36 cm，NEX：1，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：192×256，層數(shù)：5，每層16幅圖像；腎臟BOLD MRI掃描前需空腹10 h以上，掃描期間受試者屏氣，于呼氣末屏氣掃描。

1.3 圖像后處理

圖1 腎臟皮、髓質(zhì)ROI的選取Fig.1 Selection of renal cortex and medulla ROIA: The green area in R2* image is the medulla ROI; B： The green area in T2* image is the cortical ROI; ROI: region of interest.

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用IBM SPSS Statistics 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；對(duì)DM組和NC組比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析，對(duì)DM各組患者與正常對(duì)照組的腎臟CR2*、MR2*值進(jìn)行單因素方差分析或秩和檢驗(yàn)分析(若方差齊則采用單因素方差分析，若方差不齊則采用秩和檢驗(yàn))，組間兩兩比較采用Bonferroni檢驗(yàn)分析；采用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析MR2*、MCR的診斷效能，統(tǒng)計(jì)閾值概率設(shè)定為P<0.05，檢驗(yàn)糖尿病組與正常對(duì)照組間以及各亞組間差異有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組受試者腎臟BOLD圖像

14例對(duì)照組受試者腎臟BOLD圖像腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)分界清晰(圖2)，腎臟T2*MAP上，腎臟結(jié)構(gòu)清楚，皮質(zhì)、髓質(zhì)分界清晰。R2*圖像髓質(zhì)呈高信號(hào)，皮質(zhì)低信號(hào)，T2*圖像與之相反。R2*偽彩圖皮質(zhì)呈藍(lán)色，髓質(zhì)越近腎門區(qū)色彩就越接近紅色。44例糖尿病組患者BOLD圖像腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)分界欠清晰(圖3)。

圖2 對(duì)照組腎臟BOLD圖像Fig.2 BOLD images of kidneys in healthy volunteers The demarcation of the kidney cortex and medulla is clear. A and B are R2* and T2* images respectively, and C is a pseudo-color R2* image. BOLD: blood oxygenation level dependent.

圖3 糖尿病組患者腎臟BOLD圖像 Fig.3 BOLD image of kidney in diabetic patients The demarcation of the kidney cortex and medulla is slightly less clear.A and B are R2 * and T2 * images respectively, and C is a pseudo-color R2* image. BOLD: blood oxygenation level dependent.

2.2 DM組與NC組的MR2*、CR2*、MCR值比較

44例DM組和14例NC組的MR2*值均高于CR2*值(P值均<0.001)。DM組較NC組的MR2*值(P=0.001)和MCR(P=0.013)明顯升高，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,詳見(jiàn)表1。與正常對(duì)照組比較，DM1組的MR2*(P=0.015)、DM3組的MR2*(P=0.023)明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；CR2*差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其他各組兩兩比較，各參考值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見(jiàn)表2。

表1 DM組與NC組的MR2*、CR2*、MCR值比較Tab.1 Comparison of MR2*, CR2* and MCR values between DM group and NC group

表2 不同糖尿病組與NC組的MR2*、CR2*值比較Tab.2 Comparison of MR2* and CR2* values of different group

2.3 DM組的ROC曲線分析

44例DM組MR2*的ROC曲線下面積為0.791，最佳診斷閾值為15.99 ms-1，靈敏度與特異度分別為72.7%及78.6%；MCR的ROC曲線下面積為0.719，最佳診斷閾值為1.427，對(duì)應(yīng)的靈敏度與特異度分別為70.5%及71.4%(圖4)。

圖4 關(guān)于MR2*、MCR值診斷糖尿病的ROC分析Fig.4 Analysis of receiver operating characteristics of MR2*, MCR values for diabetic diagnosisMR2*: medullary R2*; MCR: R2* ratio between medulla and cortex; ROC: receiver operating characteristic.

2.4 MR2*、CR2*、MCR值與臨床指標(biāo)的相關(guān)性分析

糖尿病組和對(duì)照組的ACR、估算腎小球?yàn)V過(guò)率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)、糖化血紅蛋白(glycated hemoglobin,HbA1c)、MR2*、CR2*和MCR值如表3所示。

表3 DM組與NC組的生化指標(biāo)與MR2*、CR2*、MCR值Tab.3 The values of parameters and MR2*,CR2* and MCR between DM group and NC group

MR2*與ACR呈顯著正相關(guān)(r=0.409,P=0.006)，MCR也與ACR呈顯著正相關(guān)(r=0.322，P=0.033)。MR2*、MCR與eGFR、HbA1c均無(wú)顯著相關(guān)(r=-0.166、0.107；-0.103、0.021，P=0.212、0.424；0.443、0.876)；CR2*與ACR、eGFR、HbA1c均無(wú)顯著相關(guān)(r=0.230、-0.130、0.160，P=0.133、0.332、0.231)。

3 討論

3.1 腎臟髓質(zhì)生理性缺氧表現(xiàn)

本研究中糖尿病組與正常對(duì)照組的MR2*值均高于CR2*值，提示髓質(zhì)較皮質(zhì)處于缺氧狀態(tài)，這與腎臟的微結(jié)構(gòu)及功能有關(guān)。生理情況下，腎臟是人體高灌注器官，髓質(zhì)氧分壓較低與其高代謝和供給血管的分布有關(guān)[10]。原尿?yàn)V過(guò)液中的葡萄糖在腎小管內(nèi)被全部重吸收回血液，部位主要位于近端小管，而位于外髓質(zhì)的近端小管中依賴Na+-K+-ATP酶的Na+-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體對(duì)葡萄糖進(jìn)行重吸收，此過(guò)程耗氧較多，因而髓質(zhì)氧分壓低[11]。直小管內(nèi)氧的逆流擴(kuò)散作用和髓袢升支粗段高頻率的離子主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)亦使髓質(zhì)氧分壓降低[12]。

3.2 ACR不同階段DM患者腎髓質(zhì)的氧合狀態(tài)

本研究顯示，DM1組較NC組MR2*值明顯增加，表明此階段糖尿病患者ACR雖處于正常范圍，但腎髓質(zhì)已出現(xiàn)缺氧改變。這可能是因?yàn)樘悄虿≡缙谀I臟處于高濾過(guò)、高度重吸收、高耗氧的代謝狀態(tài)，腎髓質(zhì)因離子重吸收增多，引起耗氧量增加，導(dǎo)致髓質(zhì)功能性缺氧，這也是糖尿病腎病發(fā)生和發(fā)展的重要機(jī)制[11,13-15]。Wang等[16]觀察鏈霉素誘導(dǎo)的糖尿病鼠模型，發(fā)現(xiàn)早期DM組在出現(xiàn)微量白蛋白尿之前MR2*值已升高。由此可見(jiàn)，MR2*值不僅反映了腎髓質(zhì)缺氧狀態(tài)，而且可監(jiān)測(cè)糖尿病早期腎臟功能變化。DM2組較NC組MR2*值增加，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與入組糖尿病患者病程時(shí)間差異大，此階段腎臟基底膜增厚和系膜基質(zhì)增加明顯，腎小球小動(dòng)脈出現(xiàn)病變，部分腎小球功能已喪失，腎臟的高濾過(guò)、高代謝狀態(tài)有所緩解有關(guān)。DM3組較NC組MR2*值明顯增加，與部分研究[17-18]結(jié)果相似，但與Wang等[19]結(jié)論相反；DM3組較DM1組、DM2組患者M(jìn)R2*值略有增加，提示大量白蛋白尿期腎臟氧合最低。臨床糖尿病腎病患者M(jìn)R2*值升高的可能原因：(1)與血管活性物質(zhì)失衡后氧化應(yīng)激反應(yīng)增多有關(guān)；有研究[20]證實(shí)血管活性物質(zhì)激活可改變腎臟血氧含量，例如血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑可使高血壓慢性腎病患者的腎臟氧合增加，可疑腎動(dòng)脈狹窄患者經(jīng)β-阻斷劑慢性治療后可改善腎髓質(zhì)氧合[21]。(2)糖尿病腎病晚期腎臟血流重新分布、微血管病變引起腎臟血供減少，引起腎臟相對(duì)缺氧，或是部分腎單位功能缺失導(dǎo)致殘存腎單位在相對(duì)高濾過(guò)狀態(tài)下氧耗增加[22-23]。(3)DN后期腎小球硬化和間質(zhì)纖維化改變了微循環(huán)并使氧的擴(kuò)散受阻[24]。

3.3 ACR不同階段DM患者腎皮質(zhì)的氧合狀態(tài)

本研究中DM各組間較NC組CR2*略有升高，提示各組間腎皮質(zhì)氧合略有減低，差異較小。一方面是因腎皮、髓質(zhì)的血流灌注異質(zhì)性很大，幾乎流經(jīng)腎臟的血液均灌注至腎皮質(zhì)[10]，故皮質(zhì)的氧供大于氧耗，皮質(zhì)處于相對(duì)較高的氧合狀態(tài)。另一方面，在血紅蛋白氧解離曲線中，髓質(zhì)氧分壓約20 mmHg(1 mmHg=0.13 kPa)，處于快速上升階段，而皮質(zhì)氧分壓約50 mmHg，處于緩慢上升階段，因此，皮質(zhì)氧分壓改變較大時(shí)，才能引起脫氧血紅蛋白濃度有明顯變化而被BOLD MRI顯示。此外，也可能與DN中晚期時(shí)皮質(zhì)對(duì)缺氧損傷耐受性好有關(guān)[19]。

3.4 ACR與MR2*的相關(guān)性

本研究中ACR與MR2*呈正相關(guān)，提示尿微量白蛋白越多，MR2*越高，髓質(zhì)缺氧越嚴(yán)重，既往ACR與MR2*相關(guān)性的研究未見(jiàn)明確報(bào)道；eGFR、HbA1c均與MR2*無(wú)顯著相關(guān)性，與部分文獻(xiàn)[25]結(jié)果一致，而有研究[17]報(bào)道MR2*值與eGFR呈正相關(guān)，認(rèn)為eGFR增高，加重腎小管主動(dòng)重吸收負(fù)擔(dān)，引起髓質(zhì)耗氧增加。MR2*與臨床實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)的相關(guān)性研究結(jié)果不完全一致，這可能與選取患者分期不同有關(guān)，另外影響R2*值的多因素也使血氧水平結(jié)果不確定[5]。

總之，本研究表明BOLD MRI不僅可以無(wú)創(chuàng)評(píng)估糖尿病患者ACR不同階段的腎臟氧合水平，而且能監(jiān)測(cè)糖尿病患者早期腎臟髓質(zhì)的功能性缺氧改變，為臨床早期診斷、治療及預(yù)后評(píng)估提供依據(jù)，具有重要臨床應(yīng)用價(jià)值。