圍術期診斷肌肉減少癥的研究進展

楊 怡,董彥杰,李 茜

肌肉減少癥是一種與年齡相關的臨床疾病,表現為進行性、全身性的骨骼肌質量流失及功能衰退[1]。隨著人口老齡化加劇,世界范圍內肌肉減少癥的發病率呈逐年上升趨勢[2]。預計到2050年,全球將有20億肌肉減少癥患者[3]。肌肉減少癥增加老年群體衰弱、失能、殘疾及死亡等不良結局風險,損害老年個體的生活質量,加重社會醫療負擔[4]。因營養狀態、原發疾病及手術麻醉打擊的影響,外科手術患者是肌肉減少癥的高危人群[5～7]。近年來,隨著肌肉減少癥被引入圍術期醫學,大量循證醫學證據提示圍術期肌肉減少癥與患者術后并發癥發生率及死亡率有密切相關性[8,9]。因人種、地區不同,肌肉減少癥的診斷標準各異且流程復雜。歐洲老年肌肉減少癥工作組(European Working Group on Sarcopenia in Older People, EWGSOP)于2018年提出的EWGSOP2共識是目前最常用的診斷標準,其包括了肌肉力量、肌肉量/肌肉質量及身體功能三個評價維度,涵蓋了肌肉減少癥的篩查、確診及嚴重程度分層,其實施需一系列身體功能測試及影像學手段[10]。因圍術期的時間特殊性,社區肌肉減少癥診斷流程常無法順利實施。如何在圍術期早期、高效地識別出肌肉減少癥患者,進行及時干預以改善其預后為學界所熱議。本文就圍術期肌肉減少癥評估診斷技術的研究進展進行總結,以期為后續科學研究及臨床實踐提供參考。

1 身體成分分析

1.1 雙能X線吸收法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)DXA通過兩種不同能量水平的X射線衰減特性評估受試者身體成分,可提供骨礦含量、脂肪含量及瘦體重等參數,是肌肉減少癥及骨質疏松等疾病的常用診斷評估工具[11, 12]。Joshi等[13]在老年心臟擇期手術患者中研究了DXA診斷圍術期肌肉減少癥的能力。其通過DXA獲得患者四肢骨骼肌量,采用EWGSOP2共識推薦的診斷截點,證明DXA是可客觀診斷圍術期肌肉減少癥的工具,且可預測老年患者心臟手術術后全因死亡率。然而,該研究中DXA作為肌肉量評估手段,需結合身體功能測試才能確診圍術期肌肉減少癥。此外,DXA不是心臟手術術前常規的影像學檢查手段,該技術最常應用于下肢骨科手術的術前檢查。有研究[14]顯示,通過DXA獲取髖部骨折患者的骨骼肌指數(skeletal muscle index, SMI)能夠診斷存在圍術期肌肉減少癥的患者。綜上所述,DXA可以作為圍術期肌肉減少癥的診斷手段,但作為一種非便攜的影像學設備,主要適用于下肢骨折手術等特定的臨床場景,缺乏推廣性。

1.2 生物電阻抗分析法(bioelectrical impedance analysis,BIA)BIA是一種簡單無創的身體成分評估方法,不僅可提供類似于DXA的身體成分參數,還可提供諸如阻抗或相位角等人體電阻抗指標[15],是肌肉減少癥社區診斷的常用方法。Nambara等[16]回顧性地分析了術前通過BIA測量的SMI結果與食管癌手術患者術后肺炎的關系。研究中圍術期肌肉減少癥診斷標準采用EWGSOP2共識及亞洲肌肉減少癥工作組(Asian Working Group for Sarcopenia, AWGS)推薦的診斷截點,通過受試者工作特征曲線分析出與術后肺炎密切相關的,敏感性與特異性最大的SMI診斷截點。其中,男性患者的SMI診斷截點較共識推薦的8.87上升至9.53,而女性患者的SMI診斷截點不變。該研究提示圍術期肌肉減少癥與社區肌肉減少癥的檢出標準存在差異,且圍術期肌肉減少癥的診斷截點常以患者術后不良結局為導向。因此,構建圍術期肌肉減少癥特有的診斷評估工具是很有必要的。另有研究發現十二指腸手術患者術后早期出現骨骼肌功能衰退,同時伴隨有BIA測定的相位角下降,提示相位角可能是圍術期肌肉減少癥的診斷參數之一[17]。上述研究提示,BIA也可作為圍術期肌肉減少癥的診斷評估工具,判斷患者在手術前后的肌肉量變化狀況。但BIA與DXA存在同樣的缺陷,其非大部分手術術前常規的檢查項目,可推廣性不佳。此外,BIA重復測量結果的一致性受測量操作和檢查準備的影響(如禁食狀態、液體含量及女性的激素循環等)[18]。

2 影像學手段

2.1 電子計算機斷層掃描(computed tomography, CT)

2.1.1CT在圍術期診斷肌肉減少癥的應用 CT評估圍術期肌肉減少癥常通過計算單個CT層面上的肌肉橫截面積進行,是圍術期肌肉減少癥的最常用診斷工具,被認為是目前肌肉質量評估的“金標準”[12]。其中,腹壁肌肉是常見評估對象,而L3椎體是最常用的CT定位層面,SMI是最常用的評價參數,但其診斷截點在報道中不盡相同,男性患者常為43、53及 55 cm2/m2;女性患者常為39及41 cm2/m2[19]。

Xie等[20]開展的納入了19項隊列研究的薈萃分析探討了通過術前CT計算L3層面SMI診斷的圍術期肌肉減少癥與結直腸癌患者術后并發癥和長期預后的相關性。研究發現術前CT識別的圍術期肌肉減少癥患者有更高的術后并發癥風險、更低的術后腫瘤特異性生存率及更短的術后無病生存期,提示術前CT診斷的圍術期肌肉減少癥可作為術后并發癥和術后死亡率的預測因子。另外,薈萃分析發現,術前CT診斷的圍術期肌肉減少癥與肝癌患者肝切除術后術后較短的總體生存期和無病生存期密切相關[21]。由此可見,術前CT篩查的圍術期肌肉減少癥具有極高的預后預測價值。CT作為一種術前疾病分期判斷的常用手段及術后常規隨訪篩查手段,與DXA及BIA不同,無需患者再行其他與治療目的無關的檢查,具有很好地推廣性,特別適合腫瘤手術患者圍術期肌肉減少癥的篩查。同時,CT診斷圍術期肌肉減少癥,也適用于急診開腹手術。回顧性研究發現,CT明確的圍術期肌肉減少癥患者在接受急診開腹手術后將有更高的術后90天死亡率和術后重癥監護病房轉入率。術前CT診斷的圍術期肌肉減少癥也能預測急診開腹手術患者的長期預后[22]。雖然各研究診斷圍術期肌肉減少癥的CT參數不同,但薈萃分析同樣證實了通過術前CT明確的圍術期肌肉減少癥患者不僅有更高的術后短期不良結局發生率,還有更高的術后1年的死亡率[23]。

2.1.2CT在圍術期診斷肌肉減少癥的優勢及缺點 術前CT是診斷圍術期肌肉減少癥的常用、有效工具,具有推廣性,不僅適用于擇期腫瘤手術的術前篩查和術后隨訪,也適用于急診開腹手術的風險預測,是以預后為導向的優質的圍術期肌肉減少癥診斷工具。然而也有一定的局限性。首先,術前CT對圍術期肌肉減少癥的判斷僅通過單層的肌肉面積計算完成,一方面無法反映全身的骨骼肌質量狀態,另一方面也不適用于由于神經肌肉病變引起目標肌肉萎縮的人群。其次,人工計算某一CT層面的肌肉面積不夠精確。已有研究采用人工智能輔助的方式進行術前CT對圍術期肌肉減少癥的診斷[24],這是未來可能的發展方向。此外,肌肉脂肪浸潤等更精細評估指標的CT測量結果仍沒有有效的閾值,尚需進一步研究。

2.2 MRIMRI具有高組織分辨率,能夠多平面、多參數成像,是骨骼、肌肉及脂肪等組織的理想檢測設備。不僅如此,MRI還可以提供肌肉水腫、肌纖維浸潤、肌纖維彈性及收縮性等更多參數[12]。雖然如此,目前MRI對圍術期肌肉減少癥的檢測也僅通過L3層面的肌肉面積實現。Higgins等[25]通過術前CT或MRI掃描腎切除術患者L3椎體層面計算的SMI,發現其與更低的術后總體生存期、腫瘤特異生存期和更低的無復發生存期獨立正相關。而MRI作為其使用的一項圍術期肌肉減少癥診斷評估工具,未能體現出較CT的優勢。由于MRI檢查耗時長、處理時間長、使用成本高且缺乏專有的肌肉減少癥診斷參數及標準,其在診斷圍術期肌肉減少癥的應用鮮有報道。但因MRI具有無輻射暴露和多參數測量的優點,極具精確診斷圍術期肌肉減少癥的潛力,可應用于無法使用CT檢查的人群和常規選擇MRI檢查或隨訪的人群如肝臟或膽道腫瘤患者[26]。

2.3 超聲超聲具有無創、簡便、易獲取、快速、低成本、易重復易學習掌握及可在床旁實施的特點,相較于DXA、BIA、CT及MRI,無疑更適合于臥床的危重患者和快節奏的圍術期工作。

2.3.1單一超聲參數在圍術期診斷肌肉減少癥的應用 超聲對肌肉減少癥的診斷往往依賴于四肢淺表肌肉掃描,如股四頭肌等。研究發現,通過超聲掃描股直肌橫截面積診斷的圍術期肌肉減少癥與外科重癥監護室患者住院期間死亡率及院外療養機構轉入率密切相關[27]。Canales等[28]也結合了虛弱量表評估,對比了超聲測量下的股直肌橫截面積、股四頭肌深度與CT診斷圍術期肌肉減少癥的能力,結果發現,超聲測量的股直肌橫截面積并非圍術期肌肉減少癥及術前虛弱的有效診斷方式,而超聲測量的股四頭肌深度具有和CT類似的圍術期肌肉減少癥及虛弱的診斷能力,且與術后不良結局密切相關。該研究通過虛弱量表客觀篩查出了存在虛弱的人群,而肌肉減少癥是虛弱的一種表型,因此得到的結論更加可靠,但由于研究樣本量少,其結果真實性尚需更大樣本的研究證實。

2.3.2多超聲參數在圍術期診斷肌肉減少癥的應用 采用淺表大肌肉橫截面積、肌肉深度或肌肉厚度等單一參數進行圍術期肌肉減少癥的篩查似乎限制了超聲的使用,聯動多個超聲參數或許能產生更好的結果。Narici等[29]報告了一種基于肌肉幾何比例變化的肌肉減少癥超聲診斷指標:肌肉減少癥超聲指數(ultrasound sarcopenic index, USI)。其在股骨遠端測量股外側肌肌束長度及厚度,以二者的比值計算獲得USI。通過獲取67名可進行中度活動的老年對象、109名喜久坐的老年對象、43名活動受限的老年對象及60名健康年輕對照的USI,研究發現USI與性別、年齡、身高及體重無關,可對肌肉減少癥患者進行診斷和嚴重程度分層,且USI與受試者DXA計算出的SMI有密切相關性。另外,肌肉超聲的其他參數如:肌肉體積、肌肉硬度、肌肉收縮潛力及肌肉微循環[30]等也是具有潛力的圍術期肌肉減少癥診斷指標。

2.3.3超聲在圍術期診斷肌肉減少癥的優勢及缺點 總之,超聲在圍術期評估診斷肌肉減少癥具有其它設備無法替代的優勢和巨大潛力。但目前超聲在圍術期肌肉減少癥應用的報道較少,相關研究樣本量較小、未涉及肥胖人群且僅采取單個超聲參數。未來的研究可聚焦于大樣本、多人群的前瞻性應用研究及聯合多個超聲參數或新興肌肉超聲參數的應用研究。

3 可穿戴設備

隨著傳感器技術的發展,以個體化醫療為核心理念的可穿戴醫學設備產業正方興未艾。可穿戴設備目前在圍術期遠程心電監護、血流動力學監測及日常活動監測中被大量應用。近年來,陸續有研究探討了可穿戴設備在圍術期肌力評估的可行性,有關表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)的報道較多。sEMG是骨骼肌機械收縮時肌肉電活動在皮膚表面形成的綜合時空信號[31]。EMG的時域特征和頻域特征可以識別出老年群體和年輕群體背部伸肌的年齡差異,具有診斷肌肉減少癥的潛力[32]。Leone等[33]首次構建出了一款基于sEMG的肌肉減少癥病情評估的工作平臺并研發出了一款旨在診斷肌肉減少癥的可穿戴設備。該設備可獲取腓腸肌外側肌和脛骨前肌的表面肌電信號,分析肌肉的力量的變化,實現了可穿戴設備對肌肉減少癥的評估。然而,雖然該研究采用了EWGSOP2共識推薦的肌肉力量評估手段,但并未采用CT等肌肉質量評估工具以明確該可穿戴設備診斷肌肉減少癥的有效性和準確性。Yoo等[34]采用AWGS共識推薦的肌肉減少癥診斷流程對髖部骨折手術的患者進行了術后下肢肌力測量、DXA測量以及sEMG測量。研究證實,sEMG的平均振幅與髖部骨折患者術后的股直肌和股二頭肌力具有密切相關性,提示sEMG可以作為圍術期肌肉減少癥的診斷工具。目前,可穿戴設備在圍術期肌肉減少癥評估診斷的相關研究較少,但可穿戴設備作為一種可在圍術期對患者進行實時、動態及連續監測的技術,在圍術期肌肉減少癥的早期篩查、病情分層、預后預測及療效評價方面都具有獨特優勢和潛力。未來的研究方向可能如下:第一,通過開展大樣本多中心的前瞻性對比研究,以國際廣為接受的肌肉減少癥診斷流程如EWGSOP2共識或AWGS共識為指導,明確可穿戴設備在圍術期肌肉減少癥診斷的可行性和準確性;第二,隨著學界對肌肉減少癥的深入研究,目前已發現肌肉減少癥的病變不僅僅局限于骨骼肌本身,其還涉及其他宏觀結構改變,如去神經病變或中樞神經系統紊亂;以及其他微觀結構紊亂,如線粒體結構及功能異常等。因此,未來可聯合其他生物傳感器,設計出可對患者進行多維度監測的圍術期可穿戴設備,對圍術期肌肉減少癥進行更精確和個體化的評估。

4 生物標志物

隨著對肌肉減少癥病理生理機制的深入研究,部分學者開始尋找與肌肉減少癥相關的生物標志物。目前,生物標志物多與患者術前的營養狀態相關。在存在肌肉減少癥的胃腸道和肝膽胰腺惡性腫瘤患者中顯著升高,并與血白蛋白、前白蛋白、體重指數、膽堿酯酶、骨骼肌體積指數和皮下脂肪體積呈負相關[35]。該研究提示肌聯蛋白N末端片段濃度可能是評估胃腸道和肝膽胰腺惡性腫瘤患者圍術期肌肉減少癥和營養狀況的一種新型生物標志物。但相關研究樣本量較少,此結論仍需更多大樣本多中心研究加以驗證。此外,一項分析與肌肉減少癥患者相關的119種生物標志物的系統評價表明目前仍無確切證據支持各種生物標志物水平與成人肌肉減少癥患者下肢肌肉功能障礙之間的關系[36]。識別與圍術期不良結局相關的,用于預防、診斷及治療肌肉減少癥的生物標志物,將有利于改善手術患者的預后。然而由于肌肉減少癥的發病機制復雜,這一探尋精確生物標志物的過程必將是漫長而艱辛的。

5 總結與展望

圍術期肌肉減少癥與患者術后不良結局密切相關,如何對此類患者進行早期識別尤為重要。相較于社區肌肉減少癥的復雜診斷流程,圍術期肌肉減少癥的診斷應力求簡單且以患者預后為導向。目前,針對圍術期的肌肉減少的評估診斷工具已有許多。首先,DXA與BIA由于非圍術期常規檢查項目,缺乏可推廣性。其次,MRI雖有獨特的肌肉組織高分辨率,但其使用的時間成本和經濟成本較大,現暫無專有的MRI肌肉減少癥診斷指標,同樣缺乏推廣性。再次,CT作為目前圍術期肌肉減少癥診斷的最常用工具,具備明確地準確性、有效性和預后相關性,推薦在臨床實踐中使用此手段進行圍術期肌肉減少癥評估診斷。此外,超聲作為新穎的圍術期肌肉減少癥診斷工具,較CT具有諸多優勢,但超聲在圍術期肌肉減少癥的應用仍局限于實驗階段,其臨床價值尚有待更多科學研究證實。同樣地,可穿戴設備作為一種評估診斷圍術期肌肉減少癥的新興手段,其可行性和有效性也尚待證明。最后,由于肌肉減少癥復雜的病理生理機制,是否存在可以用于圍術期肌肉減少癥診斷的生物標志物也還需要不斷探索。在未來,理想的圍術期肌肉減少癥評估診斷工具應可將肌肉減少癥患者的肌肉力量評估、肌肉量/肌肉質量評估和身體功能評估三者整合,實現肌肉減少癥的初篩、確診及病情分層相統一,擁有實時、動態及連續監測圍術期肌肉減少癥的能力,適用于術前、術中及術后三個圍術期醫學場景。