2型糖尿病與非糖尿病患者腰椎骨髓脂肪分數值定量比較

崔鳳珍，王世雷，趙月芹，張 哲，曹江欣

(1.河北省石家莊市第二醫院醫學影像科，河北 石家莊 050051；2.河北省石家莊市第三醫院導管室，河北 石家莊 050051)

糖尿病和骨代謝疾病是影響人類生活健康的兩大常見疾病，在發病趨勢上都有隨年齡增長而升高的特點，尤其是老年人，骨質疏松癥和骨折很常見，糖尿病和骨代謝疾病之間的關系也成為近年來研究的熱點[1]。流行病學調查表明，與非糖尿病患者相比，2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者骨質疏松、骨折發生率風險較高[2]，這說明糖尿病作為一種代謝性疾病，可以影響骨骼的健康狀況。骨密度(bone mineral density，BMD)與骨折存在一定的關系，研究報道1型糖尿病患者BMD一般較低，骨折發生率較高，但是BMD高的T2DM患者骨折發病率仍較高[3]。這說明雖然BMD能反映骨質疏松程度，是預測骨折危險性的重要依據，但是可能不能真實反映糖尿病患者骨骼代謝狀況。T2DM是一種代謝性疾病，可通過不同環節影響骨代謝過程，從而影響骨髓成分，胰島素絕對或相對缺乏，會導致破骨細胞增多，引起骨髓脂肪含量增加，可能會導致骨質疏松，甚至引起骨折[4]。近年來，骨髓脂肪已被認為是評價糖尿病患者骨骼狀況的潛在標志物。過去，對骨髓脂肪的定量檢查都是有創的，是通過組織學骨活組織檢查進行的。目前隨著MR功能成像技術的發展，可以通過無創的方式測量骨髓脂肪含量。常用的MR脂肪定量技術有磁共振波譜(magnetic resonance spectrum,MRS)、T1-weight MR 成像。MRS是目前唯一能無創觀察活體組織代謝及生化改變的技術，通過計算譜線中水峰和脂質峰下面積獲得椎體骨髓的脂肪分數，被認為是定量體內脂肪的金標準。但是MRS技術難度較大，掃描時間較長，后來被DIXON技術取代。而非對稱回波最小二乘估算法迭代水脂分離(water and fat with echo asymmetry and least squares estimation,IDEAL)序列是由DIXON序列改進而來的，是采用三點法水脂分離技術進行脂肪定量。最新改良DIXON技術主要包括GE公司的非對稱回波最小二乘估算法迭代水脂分離智能定量(IDEAL intelligent quantification,IDEAL-IQ)技術、飛利浦的魔鏡成像(mDixon Quant)，和西門子的梯度回波容積內插體部檢查(volumetric interpolated body examination，VIBE)。國內外很多研究采用IDEAL-IQ序列分析骨髓脂肪成分[5-6]，而T2快速自旋回波(T2 fast spin echo,T2 FSE)IDEAL成像也可以通過非侵入性的方法測量骨髓脂肪分數值(bone marrow fat fraction，BMFF)，定量分析腰椎骨髓脂肪成分的變化[7]，目前采用T2 FSE IDEAL對糖尿病與非糖尿病患者骨髓成分的分析相對較少。本研究采用T2 FSE IDEAL序列比較T2DM與非糖尿病患者腰椎BMFF的差異，早期評價T2DM患者骨骼健康狀況，以減少T2DM患者腰椎骨折發生率。

1 資 料 與 方 法

1.1一般資料 選擇2021年7—10月在我院進行腰椎MRI檢查的患者100例，詳細記錄患者的性別、年齡、身高、體重。納入標準：①無腰椎外傷史、手術史，放療病史；②無腰椎腫瘤、結核、感染病史；③無代謝和自動免疫性疾病；④無血液系統疾病及貧血病史；⑤無服用影響骨代謝的藥物(如糖皮質激素、避孕藥等)史；⑥無磁共振檢查禁忌證。排除標準：①腰椎常規MRI檢查發現腰椎腫瘤、結核、感染、血液疾病；②圖像質量不合格。最后4例患者被排除，包括血管瘤2例，終板炎1例，骨髓瘤1例。最終96例患者納入本研究，男性46例，女性50例，年齡25～81歲，中位年齡59.5歲。

本研究經醫院倫理委員會討論通過。所有患者在檢查前均簽署了磁共振掃描知情同意書。

1.2影像檢查方法 采用美國GE1.5超導型MR機。信號采集選用體線圈，掃描序列包括矢狀位T2WI(TR 2 005 ms，TE 120 ms，FOV 32 cm×32 cm，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣320×256，采集次數4)；矢狀位T1WI(TR 556 ms，TE 12.9 ms， FOV 32 cm×32 cm，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣320×192，采集次數2)；矢狀位STIR(TR 3 085 ms，TE 42 ms，FOV 32 cm×32 cm，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣288×192，采集次數4)；軸位T2WI(TR 2 220 ms，TE 120 ms，FOV 22 cm×22 cm，層厚4.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣288×224，采集次數4)。矢狀位T2-FSE-IDEAL：TR 3 597 ms，TE 68 ms，FOV 32 cm×32 cm，層厚 4.0 mm，層間距 1.0 mm，矩陣 256×192，帶寬41.67，采集次數 2，掃描時間 5 min 24 s。

圖1 腰椎椎體骨髓信號值ROI測量

1.3數據測量 由1名有10年工作經驗不了解患者臨床一般情況的放射科醫師采用盲法進行，具體測量方法如下：測量包括L1～L5共5個椎體，測量均選取正中矢狀面原始圖像，感興趣區(regions of interest，ROI)的測量面積范圍為150～200 mm2。同時打開T2WI、IDEAL-fat、IDEAL-water圖像，測量者在T2WI上腰椎矢狀位中心層面，手動繪制橢圓形ROI，ROI手動復制到IDEAL-fat、IDEAL-water圖像相同位置上。ROI盡可能包括整個椎體骨部分，避開骨皮質、終板及椎間盤及血管，并詳細記錄每例患者L1～L5椎體上生成的IDEAL-fat、IDEAL-water信號值(圖1)。采用腰椎骨髓IDEAL-fat平均信號值、IDEAL-water平均信號信號值計算出 IDEAL圖像上腰椎BMFF值(BMFFIDEAL)，腰椎BMFFIDEAL值為腰椎骨髓IDEAL-fat平均信號值除以腰椎骨髓IDEAL-fat平均信號值和IDEAL-water平均信號信號值的和[8]。

1.4人體體重指數(body mass index,BMI)狀況 BMI=體重(kg)÷身高(m2)。依據中國參考標準(因為專家認為WHO的標準不是非常適合中國人的情況)，分為過輕：BMI<18.5；正常：BMI 18.5～23.9；偏胖：BMI 24.0～27.9；肥胖：BMI≥28；重度肥胖：BMI≥30；極重度肥胖：BMI≥40。本研究因為偏胖、肥胖、重度肥胖和極重度肥胖例數較少，都歸為超重組，過輕組例數為0，所以將患者分為2組，正常組：BMI 18.5～23.9；超重組：BMI≥24。

1.5統計學方法 應用SPSS 21.0統計軟件進行統計學處理數據。正態分布的計量資料比較采用兩獨立樣本t檢驗、單因素方差分析和SNK-q檢驗，非正態分布的計量資料比較采用Mann-Whitney U檢驗、Kruskal-Wallis檢驗和Bonferroni法。相關性分析采用Spearman′s rho 檢驗分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1一般資料 最終納入患者96例，其中T2DM患者48例，病程1～30年；合并并發癥患者30例，其中糖尿病神經病變30例，糖尿病血管病變18例，糖尿病視網膜病變13例，糖尿病腎病12例，糖尿病酮癥3例。非糖尿病患者48例，其中男性24例，女性24例。T2DM組與非糖尿病組女性年齡差異有統計學意義(P<0.05),T2DM組與非糖尿病組男性身高差異有統計學意義(P<0.05)，T2DM組與非糖尿病組其余指標差異均無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 96例患者一般資料Table 1 General data of 96 patients

2.2T2DM組與非糖尿病組腰椎骨髓IDEAL-fat和IDEAL-water平均信號值及BMFFIDEAL值比較 T2DM組、非糖尿病組腰椎骨髓IDEAL-fat和IDEAL-water平均信號值差異無統計學意義(P>0.05)，T2DM組腰椎骨髓BMFFIDEAL值高于非糖尿病組，差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。

表2 比較T2DM組和非糖尿病組腰椎骨髓IDEAL-fat、IDEAL-water平均信號值以及BMFFIDEAL值比較Table 2 Comparison of the mean signal value of IDEAL-fat and IDEAL-water of lumbar bone marrow and the BMFFIDEALvalue between T2DM group and non-diabetic group (n=48)

2.3不同性別，不同BMI組腰椎骨髓BMFFIDEAL值比較 T2DM組男性與女性、體重正常組與超重組腰椎骨髓BMFFIDEAL值差異無統計學意義(P>0.05)，非糖尿病組男性與女性、體重正常組與超重組腰椎骨髓BMFFIDEAL值差異均無統計學意義(P>0.05)，見表3。

2.4T2DM組、非糖尿病組L1～L5各椎體間骨髓IDEAL-fat、IDEAL-water信號值及BMFFIDEAL值比較 T2DM組、非糖尿病組L1～L5各椎體間骨髓IDEAL-fat值差異無統計學意義(P>0.05)。T2DM組、非糖尿病組L1～L5各椎體間骨髓IDEAL-water信號以及BMFFIDEAL值差別有統計學意義(P<0.05)；進一步兩兩比較發現，T2DM組L1骨髓BMFFIDEAL值低于L3椎體，差異有統計學意義(P<0.05)，非糖尿病組L1骨髓IDEAL-water信號值高于L3椎體(調整后P=0.040)，L1骨髓BMFFIDEAL值低于L3(調整后P=0.034)及L4椎體(調整后P=0.038)，差異有統計學意義(P<0.05)。其余腰椎椎體骨髓IDEAL-water信號值以及BMFFIDEAL值差異無統計學意義(P>0.05)。見表4。

表3 T2DM組、非糖尿病組男性與女性、體重正常組與超重組腰椎骨髓BMFFIDEAL值比較Table 3 Comparison of the lumbar marrow BMFFIDEAL value between male and female groups, as well as between normal weight group and overweight group in T2DM group and non-diabetic group

2.5相關性分析 T2DM組腰椎骨髓BMFFIDEAL值與年齡呈正相關(r=0.311，P=0.031，圖3)；非糖尿病組腰椎骨髓BMFFIDEAL值與年齡呈正相關(r=0.464，P=0.001，圖4)。T2DM患者腰椎骨髓BMFFIDEAL與糖化血紅蛋白(glycated hemoglobin A1c,HbA1c)呈正相關(r=0.347，P=0.016，圖5)。

表4 T2DM組、非糖尿病組L1～L5椎體骨髓IDEAL-fat、IDEAL-water信號值以及BMFFIDEAL值比較Table 4 Comparison of IDEAL-fat signal value, IDEAL-water signal value and BMFFIDEAL value in L1-L5 between T2DM group and non-diabetic group (n=48)

3 討 論

本研究采用T2 FSE IDEAL序列分析了T2DM患者與非糖尿病患者腰椎骨髓脂肪含量的差異，及其相關影響因素。

骨髓是人體最大的器官之一，主要由脂肪細胞和造血細胞組成，這些細胞被血管竇包圍并填充骨髓腔。在骨髓中，成骨細胞和脂肪細胞都來源于間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)，許多骨質疏松狀態，包括老年人、一些藥物的影響、經常靜止不動和神經性厭食等都與骨髓脂肪細胞增多有關[9]。MSC分化為脂肪細胞或成骨細胞以及其他細胞(內皮細胞、成纖維細胞、軟骨細胞)的傾向相同，MSC向成骨細胞和脂肪細胞的分化過程由多種因素決定，包括氧化應激、脂聯素、糖皮質激素等，其中相當重要的一個因素是過氧化物酶體增殖物激活受體γ2(peroxisome proliferator-activator receptor-γ2，PPARγ2)[10]。目前對T2DM患者骨髓脂肪細胞增多的原因并不十分清楚。研究指出，在糖尿病患者中，游離脂肪酸和三酰甘油增加，會激活PPARγ2，從而促進骨髓中的脂肪細胞分化，導致骨髓中脂肪細胞增多[11]。

本研究結果顯示，T2DM患者腰椎骨髓BMFFIDEAL值高于非糖尿病組。Lin等[12]對25例絕經后T2DM患者和26例年齡相近的健康對照組骨髓脂肪含量進行MRS分析，結果顯示，T2DM患者骨髓脂肪含量高于非糖尿病患者[(66.3±7.2)%vs.(58.9±7.5)%,P<0.001]。Sheu等[13]對156例男性(74～96歲)骨質疏松性骨折患者進行MRS成像，分析L1～L3椎體骨髓脂肪含量，結果發現，38例糖尿病患者的椎體骨髓脂肪含量高于118例無糖尿病患者(58.9%vs.54.6%，P=0.003 5)。de Araujo等[14]采用MRS序列對28例T2DM患者，24例健康對照組及26例肥胖患者進行了骨髓脂肪含量比較,結果發現,T2DM(36.5%)、健康對照組(35.9%)及肥胖組(31.8)腰椎骨髓含量差異無統計學意義，這可能與選取的樣本含量較少有關。骨髓脂肪含量與T2DM狀態之間的關系仍需要進一步研究。

T2DM與非糖尿病患者腰椎骨髓BMFFIDEAL值與年齡均呈正相關。與紅黃骨髓的轉化有關，隨著年齡的增長，紅骨髓逐漸向黃骨髓轉化，骨髓脂肪的比例發生顯著變化，首先發生在外周骨發生相關的脂肪含量增加，然后在中軸骨[15]。Burian等[16]對103例健康志愿者(女性72例，男性31例)腰5椎體、骶骨外側塊的骨髓質子密度脂肪分數與年齡進行相關性分析，結果顯示，腰5椎體、骶骨外側塊的骨髓質子密度脂肪分數與年齡呈正相關(骶骨：男性：r=0.58，P<0.01；女性：r=0.54，P<0.01；L5：男性：r=0.58，P<0.01；女性：r=0.54，P<0.01)。Ning等[17]對60例健康志愿者的骶髂關節進行了IDEAL-IQ成像，結果顯示，骶骨側骨髓脂肪含量與年齡(≥51歲組)呈正相關(r=0.453，P=0.008)，而與<50歲人群的年齡無相關性。Aoki等[18]采用IDEAL-IQ序列分析了31例患者的骨髓脂肪含量，結果顯示，腰椎(r=50.77，P=0.001)、髂骨(r=50.80，P=0.001)、股骨粗隆間骨髓脂肪含量(r=50.63，P=0.001)與年齡均呈正相關性。

本研究結果顯示，男性和女性腰椎骨髓BMFFIDEAL值差異無統計學意義。Dieckmeyer等[19]報道，矯正年齡后腰1～腰4椎體骨髓脂肪含量女性(37.13±11.63)%與男性(37.17±8.67)%差異無統計學意義(P=0.199)。Baum等[20]研究顯示，20～29歲及30～39歲年齡段腰1～腰4椎體骨髓脂肪含量女性與男性差異有統計學意義[(27.2±6.0)%vs.(32.0±8.0)%，P=0.041；(27.3±6.2)%vs.(35.3±6.7)%，P=0.008)]，而40歲及以上年齡段差異無統計學意義。這可能是因為20～39年齡段女性月經失血刺激造血，女性比男性有更多的造血組織。本研究大部分患者年齡大于50歲，絕經后女性骨質疏松，骨髓脂肪含量增多，因此男性和女性腰椎骨髓BMFFIDEAL值差異無統計學意義。

T2DM與非糖尿病患者不同BMI的腰椎骨髓BMFFIDEAL值差異無統計學意義。BMI與腰椎骨髓脂肪分數無相關性[21]。目前對于肥胖對人體骨骼產生的是積極影響還是消極影響仍存在爭議，越來越多的數據表明，肥胖對骨骼健康有害，盡管體重增加會對骨骼產生潛在的積極影響。肥胖導致的骨量減少可能是由于骨髓脂肪生成增加而導致成骨細胞減少，和(或)由于促炎細胞因子的上調產生破骨細胞生成增加，和(或)瘦素分泌過多，或脂聯素生成減少，和(或)與高脂肪攝入相關的鈣吸收減少[22]。本研究結果顯示，T2DM組L1骨髓BMFFIDEAL值低于L3椎體，非糖尿病組L1骨髓IDEAL-water信號值高于L3椎體，L1骨髓BMFFIDEAL值低于L3及L4椎體，這可能與腰椎生理曲度及力學承重有關。而目前對于不同椎體骨髓脂肪含量的研究相對較少，還有待于后期進一步進行研究。

T2DM患者腰椎骨髓BMFFIDEAL值與HbA1c呈正相關。對于骨髓BMFFIDEAL值與HbA1c的相關性研究并不多，機制目前還不是十分清楚。Baum等[23]報道，L1～L3椎體的骨髓脂肪含量與HbA1c呈正相關(r=0.825；P<0.001)，這也說明了T2DM與骨髓脂肪含量之間存在這一定的聯系。T2DM患者HbA1c水平和椎體骨髓脂肪含量的相關性可能進一步加深對這種代謝性疾病的理解。

綜上所述，本研究定量分析了T2DM與非糖尿病患者腰椎骨髓脂肪含量及其影響因素，發現T2DM患者腰椎骨髓脂肪含量較非糖尿病患者高。T2DM與非糖尿病患者男性和女性、體重正常組和超重組腰椎骨髓脂肪含量差異無統計學意義。T2DM與非糖尿病患者腰椎骨髓脂肪含量與年齡均呈正相關。T2DM患者腰椎骨髓BMFFIDEAL與HbA1c呈正相關。了解腰椎骨髓脂肪含量及其相關影響因素，有助于臨床醫生降低T2DM患者腰椎骨折風險。