超聲成像技術在膿毒癥相關的急性腎損傷中的研究進展

李浩鵬,吳 剛,楊天賜,周 娟,吳登龍

(1.同濟大學附屬同濟醫院泌尿外科,上海 200065; 2.同濟大學附屬同濟醫院超聲診斷科,上海 200065; 3.同濟大學附屬同濟醫院重癥醫學科,上海 200065)

1 S-AKI的發病機制

膿毒癥是危重癥患者AKI發生的最常見病因[3],但是關于其發病機制尚不明確。過去,經典理論主要集中在膿毒癥所導致的全身性血流動力學紊亂上,其強調關鍵因素為腎血流量(renal blood flow,RBF)減少所致的全腎低灌注,與全身血管阻力降低有關[4]。近些年的研究發現,即使保持足夠的RBF,微循環仍未得到改善[5-6]。目前認為,S-AKI存在多種發病機制,普遍得到廣泛的認可的有以下3種機制:全身炎癥反應、微循環障礙和代謝重編程[1,4]。其中,微循環功能障礙被認為是S-AKI導致器官功能障礙的關鍵機制[7]。

2 S-AKI的診斷

S-AKI需同時滿足膿毒癥和AKI兩個定義特征的臨床綜合征。2016年《第三版膿毒癥與感染性休克定義的國際共識》發布對膿毒癥的定義:膿毒癥即機體對于感染的失控反應所導致可以威脅生命的器官功能障礙[8]。近年來,在既往AKI的診斷標準上進一步完善了其診斷與分級標準。2012年的改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)對AKI定義為以下任一情況:(1) 血肌酐(serum creatinine,SCr)48 h內升高達≥(>26.5 μmol/L);(2) SCr在7 d內升高達基礎值的≥1.5倍;(3) 尿量<0.5 mL/(kg·h),持續6 h,同時將AKI分為3期,見表1。

表1 AKI分期

3 超聲指標在S-AKI患者中的應用

隨著超聲技術的發展,床旁超聲的應用越來越廣泛,尤其是對重癥患者及時地進行床旁超聲檢查可以快速監測病情變化。床旁超聲在評估S-AKI患者方面也顯示出其獨特的優勢。與其他影像學檢查相比,超聲檢查對腎臟疾病的監測具有重要意義。計算機X射線斷層掃描(CT)在檢測腫瘤、結石和鈣化方面的靈敏度高于超聲,磁共振成像(MRI)在評估血管方面具有獨特優勢。然而,在評估AKI方面,超聲檢查要優于CT和MRI,并可能與腎組織病理學變化相關[9]。研究表明,對S-AKI患者進行腎動脈阻力指數監測、增強超聲造影檢查和能量多普勒超聲等檢查,在評估AKI的嚴重程度和預后以及指導臨床治療等方面具有重要的價值[10]。

3.1 腎動脈阻力指數

腎動脈阻力指數(renal resistive index,RRI)是通過超聲測量腎內弓狀動脈或葉間動脈(圖1)收縮期最高流速(peak systolic velocity,PSV)及舒張末期最低流速(end diastolic velocity,EDV),通過計算公式RRI=PSV-EDV/PSV得到的數值[11]。腎血流分級見圖1。RRI值其可以反映腎血管血流阻力,正常RRI值測量見圖2。S-AKI的RRI≥0.679[12]。當全身有效循環血容量不足時,由于腎臟對縮血管物質更敏感,腎血管收縮較外周血管更加明顯。因此,RRI的變化可較早反映外周及腎臟微循環情況,RRI的升高常提示腎臟血流灌注不足。AKI患者異常升高的RRI值見圖3。多項研究表明,在S-AKI的患者當中,RRI值有一定的預示作用。一項單中心回顧性研究對111例AKI患者的腎臟超聲特征進行了評估,研究發現S-AKI患者的RRI明顯升高[13]。另一項研究中,研究人員連續7 d測量了入住ICU AKI組和非AKI組患者的RRI值,發現隨著時間的推移,兩組的RRI均呈輕微上升趨勢;AKI組的RRI明顯高于非AKI組,而7 d內不同時間測得的RRI差異無統計學意義[14]。猜測S-AKI患者RRI升高可能不具有時間依賴性。RRI值不僅對S-AKI患者的診斷具有價值,多項研究顯示,其對AKI的分層預測也有一定的意義。在一項83例患者的前瞻性研究中,彩色多普勒超聲用于評估RRI并預測入院后6 h內AKI的發生;結果表明在心力衰竭和膿毒癥亞組AKI3級和AKI0-2級中的RRI值有著明顯差異,表明RRI值可以預測重度AKI[15]。急性胰腺炎入院時高RRI是重度AKI發生的重要預測指標[16],對重度AKI的發生有著較好的預測價值。RRI的聯合應用的價值可能優于RRI獨立預測的價值。一項動物實驗研究顯示,RRI聯合超聲心動圖可以更早地預測膿毒癥患者AKI的發生;在非常早期(3 h),RRI與超聲心動圖參數相結合,接受者操作特性曲線下的面積(AUC)為0.948,顯示出對S-AKI的良好預測價值,預測價值遠高于肌酐(Scr)、尿素(BUN)[17]。同樣的,有研究人員[18]發現,RRI和中心靜脈壓(CVP)的聯合應用在預測膿毒性休克誘發AKI方面AUC值大于單獨使用RRI或CVP的AUC值,但是預測價值不高。但是也有研究表示,RRI的作用尚存爭議。一項多中心隊列研究中[19],118例膿毒癥患者在入組時無AKI。作者比較了3 d后發生AKI和未發生AKI患者的RRI值,未發現明顯差異,原因可能是RRI與腎阻力的相關性受到多種因素的影響[20-21]。另外一些腎內或全身血流動力學因素會影響RRI與腎臟阻力的相關性,其中最重要的是血管順應性;RRI與腎血管阻力之間的關系僅在順應性正常時呈線性關系,并隨著血管順應性的降低而逐漸降低[20,22-23],另外動脈硬化也會影響RRI,隨著動脈硬化程度的增加,RRI與腎血管阻力的關系減弱[22]。同時RRI也受幾個變量的影響,包括脈壓、心率、動脈硬化、潛在的慢性腎臟疾病、主動脈瓣狹窄等瓣膜疾病以及限制其在床旁應用的藥物等[24]。RRI值可通過床旁超聲測量,無創、簡便等特點使得在臨床得以廣泛應用。越來越多的研究表明RRI在S-AKI的診斷價值方面要優于肌酐、尿量等傳統標志物,并且對患者的預后起到一定的預測作用,RRI值在腎臟可視化方的價值正在逐漸被研究者發掘和認可。

圖1 腎血流分級

圖2 正常RRI值測量

圖3 AKI患者異常升高的RRI值

3.2 增強超聲造影

增強超聲造影(contrast enhanced ultrasound,CEUS)是基于向體內靜脈注射或滴入微泡制劑的一種動態成像技術,以微泡為指示劑,觀察同一位置在不同時刻微氣泡濃度(強度)的變化,即可以得到以時間為橫軸、濃度(強度)為縱軸,微氣泡的時間-濃度(強度)曲線,然后根據注射方式的不同用數學模型進行擬合,可以得到反映組織器官血流灌注的參數,使病灶血流分布及灌注情況清晰顯示[25],以提高病變的檢出率并對病變的良惡性進行鑒別,腎臟增強超聲造影見圖4。普通超聲在評估血液微循環和腎臟灌注方面具有一定的局限性,在這些情況下,超聲造影劑可以提高常規超聲的診斷能力,同時可以減少腹腔氣體和液體的干擾[26]。在CEUS期間,使用靜脈造影劑會增加血液回聲,并在使用超聲檢查時增強微循環腎灌注的可視化。另外最大的特點在于它的實時、動態顯示,可觀察到病灶的整個血流灌注過程。由于CEUS對于病變增強信號的高靈敏度和高分辨率,可在其他方式無法確診的情況下檢測病變增強信號,因此可作為補充檢查方式,檢測未經CT或MRI確診的病變[27]。造影過程中通過軟件顯示的時間-強度曲線[28]提供了豐富的定量信息:曲線上升斜率(wash-in slope,WIS)、達峰時間(time to peak,TTP)、峰值強度(peak intensi-ty,PI)、曲線下面積(area under curve,AUC)。時間-強度曲線見圖5。TTP是指從推藥到造影劑灌注達到峰值的時間,與組織灌注速度有關;PI是曲線尖端強度最大值,反映病灶內平均血容量;WIS與組織灌注的快慢程度有關;AUC與感興趣病灶內的平均血容量成正比;平均通過時間(mean transition time,MTT)是從造影劑剛到達時的強度下降到一半所用的時間。臨床醫生根據定量參數可以評估腎臟的血供情況及監測治療效果[29]。Harrois等[30]的一項研究表明,與未發生AKI的患者相比,發生嚴重AKI(KDIGO 2期或3期)的膿毒癥患者的腎皮質微循環灌注顯著減少。這項研究確定了膿毒癥患者腎皮質灌注受損與嚴重AKI發展之間的關聯,即CEUS測量的造影劑平均通過時間越長,患嚴重AKI的風險更大。這一結論突出了腎微血管改變在膿毒癥引起的AKI中的核心作用。同樣的,Watchorn等[31]的一項最新的單中心研究中,使用CEUS對50例膿毒癥患者和10例健康志愿者進行腎皮質灌注評估,嚴重AKI患者的CEUS平均通過時間明顯延長,峰值強度(PI)降低,但全身和局部血流動力學的指標沒有明顯差異,提示AKI的嚴重程度與腎皮質低灌注的程度有關,并且這種低灌注似乎與局部或全身血流的改變無關。PI等指標雖然有較好的診斷價值,但特異性較低,為了探索一種能夠準確診斷S-AKI發生的方法,有研究學者將獨立診斷精度高的指標相結合,發現Scr、WIS和PI聯合診斷S-AKI的準確率最高(AUC=0.943),在單獨診斷膿毒性AKI時顯著高于各指標的AUC。其靈敏度和特異度分別為94.59%和81.13%。建議Scr、WIS和PI聯合診斷S-AKI可以達到更高的準確性[32]。在某些情況下,病變組織和正常組織的灌注差別極其細微,僅通過肉眼觀察二維圖像難以對病變組織進行性質判斷。通過對造影圖像進行時間強度曲線分析,獲得血流灌注的量化信息,能夠對細微的差別進行辨別,把握整體灌注趨勢、并獲得灌注的分析參數量化灌注過程,可以更快地發現細微的病灶?？傊?CEUS在S-AKI中的作用正在得到廣泛的關注,在探索S-AKI的機制中起到越來越重要的作用。

圖4 腎臟增強超聲造影前后比較

圖5 時間-強度曲線

3.3 能量多普勒超聲

圖6 PDU評分

3.4 心肺超聲

在S-AKI患者中,由于S-AKI患者血流動力學的改變影響了全身循環系統,引起水鈉潴留,容量過負荷,嚴重影響心肺功能。在一項64例的回顧性研究中[39],將入住ICU膿毒癥并發AKI的患者根據預后情況,分為28 d病死組以及28 d存活組,與28 d存活組比較,28 d病死組的雙肺超聲評分、下腔靜脈內徑(IVC)、肺動脈收縮壓(PASP)都顯著升高;下腔靜脈吸氣塌陷率、射血分數(EF)、每分鐘輸出量(CO)都明顯降低,差異均有統計學意義(P<0.05)。提示病死組心功能減低、容量負荷過高、血管外肺水增多。心肺是體內循環的重要器官,兩者相互聯系,相互影響,在S-AKI患者中,二者的功能進一步下降,說明了S-AKI引起的血流動力學改變對全身循環系統的影響。

4 結 語

S-AKI是重癥監護室常見的疾病,疾病進展迅速,致死率高,臨床醫生需根據病情盡早對患者實施集束化治療,所以對AKI的早期診斷顯得尤為重要。一般來說,AKI的診斷是基于血清肌酐濃度的變化,但這些變化很難反映腎功能的急性惡化,并且血清肌酐水平缺乏靈敏度和特異度,導致延遲診斷和漏診率較高[40]。目前正在尋找有可能早期診斷和評估預后的新的尿液和血清生物學標志物[10]。近些年來,雖然也發現了很多生物標志物,包括反映腎小球功能受損的標志物、腎小管組織損傷及功能受損的標志物以及腎小管炎癥的標志物等等;但是在臨床應用上還很有局限性,沒有廣泛地用于臨床決策。超聲成像技術可以直觀地體現出有關腎臟解剖結構、梗阻、炎癥和水腫的程度[41],對臨床有很好的指導作用,可以更早地發現腎臟結構的變化,在S-AKI的診斷和治療方面起到了越來越重要的作用,為降低S-AKI的死亡率提供了重要的助力。然而,超聲成像技術受腎內及全身血流動力學、年齡、體重指數、血管活性藥物等眾多因素影響,不同病因或不同血流動力學狀態下發生S-AKI的病理生理機制并不一致,可能會影響RRI、CEUS、PDU對S-AKI的評估價值。所以在臨床工作中,應用超聲成像技術對S-AKI進行評估,需結合患者的年齡、體重指數、導致S-AKI的病因以及全身血流動力學狀態等進行個體化解讀。