影像學評估在慢性阻塞性肺疾病肌少癥中的應用

楊雨荷 鄧毅書

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種可以預防和治療的常見疾病,其特征是持續存在的氣流受限和相應的呼吸系統癥狀。COPD是全球非傳染性疾病患者的第3大死因,也是導致我國社會、經濟負擔的主要健康問題之一[1, 2]。COPD不僅會引起肺功能呈進行性損害,而且隨著病程的進展,COPD患者往往會有患其他合并癥的風險:例如心血管疾病、肌肉減少癥、骨質疏松、胃食管反流病、代謝綜合征等[3],預計在2060年全球死于COPD及其合并癥的患者總數將會超過每年540萬人[4]。肌肉減少癥(sarcopenia)是一種與增齡有關的骨骼肌損失疾病,與老年人活動障礙、跌倒、骨折等密切相關,是老年人健康的一大殺手。作為慢性阻塞性肺疾病常見的合并癥之一,肌肉減少癥在COPD患者中有較高的發病率,且有相關研究表明合并肌肉減少癥的COPD患者急性加重風險及病死率相對較高,因此早期診斷肌肉減少癥并積極采取相關干預措施對COPD患者的預后及健康管理有極大的幫助[5-7]。由于肌肉減少癥除去年齡外還受地區、種族、生活方式和環境等多種因素的影響,因此其診斷切點值并不統一,國際肌少癥工作組(IWGS)、歐洲肌少癥工作組(EWGSOP)、亞洲肌少癥工作組(AWGS)等相關組織都各自提出了適合該地區的指標參數和切點值。各個共識主要都從肌量、力量和軀體功能三方面進行評估,且大都將肌量減少作為定義肌肉減少癥的重要診斷標準[8]。近年來隨著影像技術的發展,影像學成為了評估肌肉的重要診斷手段之一,利用各種影像學對肌肉進行評估研究應用也逐漸增多。本文就目前所采用的影像學評估方法作一綜述。

一、COPD合并肌肉減少癥的流行病學及影像評估意義

1. COPD合并肌肉減少癥的流行病學

研究發現不同地區、不同人群肌肉減少癥的患病率具有較大的差異,一項關于肌肉減少癥在全球的患病率研究中提到根據不同分類如:區域、性別、年齡等及不同共識提出的診斷標準,全球肌肉減少癥的總體患病率在10%～27%之間[9]。AWGS在2019年更新的共識中的流行病學研究部分提到肌肉減少癥的患病率在5.5%至25.7%之間,并且以男性為主(男性5.1%～21.0%vs女性4.1%～16.3%)[10]。在針對COPD合并肌肉減少癥的一項薈萃研究中,Benz等[11]發現COPD患者中肌肉減少癥的總患病率是同齡健康老人的2倍,而COPD患者合并有肌肉減少癥的患病率在7.9%～66.7%,同時該項研究發現COPD合并肌少癥的患病率與COPD患者病情嚴重程度具有相關性,肺功能損害重度及極重度患者的患病率更高。De Blasio等[12]一項以263名穩定期COPD患者為樣本的研究顯示COPD合并肌肉減少癥的總患病率為24%,而患病率隨著GOLD分級增加而上升,GOLD Ⅰ～Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期分別為7.2%、20.8%和45.6%(P<0.05)。這些研究結果表明,在同年齡的人群中,COPD患者肌肉減少癥的發生率遠超普通人群。

2. COPD合并肌肉減少癥影像學評估意義

近些年來,人們對肌肉減少癥的認識與研究逐漸提升,肌肉減少癥在2016年被納入國際疾病分類ICD-10疾病編碼(M62.84)。其被定義為一種增齡相關的老年綜合征,主要特征是肌量減少、肌肉力量下降和/或軀體功能減退[8]。慢性阻塞性肺疾病也同樣與增齡相關,且COPD病程中出現的缺氧、氧化應激、炎癥反應、肌肉轉化、代謝紊亂等機制也同樣會引起肌肉質量下降、肌肉功能減退。肌肉減少癥的出現會加重COPD的這些病理改變,因此COPD與肌肉減少癥相互作用、惡性循環使得COPD患者肌量下降、力量及功能惡化更為嚴重[13-15]。

目前有大量研究表明COPD合并肌肉減少癥的患者生活質量、運動能力會出現明顯降低,甚至會增加急性加重發作的風險、縮短COPD患者預期壽命[16-19]。也有研究表明進行康復干預及營養支持后一些COPD合并肌肉減少癥的患者病情出現改善,甚至不再合并肌肉減少癥[20, 21]。因此早期的識別、及時的干預將會為COPD合并肌肉減少癥的患者帶來極大的獲益。但由于各共識提出的診斷切點值不同,敏感度較低,可能會影響早期識別。影像學評估可以通過測定肌肉面積、形態、脂肪含量等參數反映肌肉情況,可能有助于輔助臨床早期診斷或作為干預后療效評估的指標。

二、影像學評估COPD合并肌肉減少癥

1. 雙能X線吸收測定法(DXA)

雙能X射線吸收測定法(DXA)是目前評估身體成分最常用的參考方法,也是推薦用于肌量測定的首選。其原理是通過低發射兩種X射線來測量X射線束在穿過身體組織時的吸收衰減以此來準確估計骨礦物質、脂肪和肌肉組織含量。

1998年Baumgartner等[22]提出了利用DXA診斷肌量減少的標準:相對骨骼肌指數低于同性別青年健康人群峰值的-2SD可診斷為肌量減少。相對骨骼肌指數(appendicular skeletal muscle mass index,ASMI)是利用DXA測得四肢肌量(appendicular skeletal muscle,ASM)后再經身高標準化校正得到的指標,即相對骨骼肌指數=ASM/身高2(kg/m2)。目前雖然也有研究提出可通過體重或體重指數(body mass index,BMI)進行校正,但是在各類人群中適用性仍有爭論,各專家共識推薦的診斷切點值仍使用身高的平方來進行校正。2018年EWGSOP修訂后的指南建議將切點值ASM/身高2(kg/m2)以男性<7.0kg/m2,女性<6.0kg/m2作為肌肉減少癥的診斷之一[23]。2019年AWGS修訂后的指南則建議將ASM/身高2(kg/m2)以男性≤7.0 kg/m2,女性≤5.4kg/m2作為診斷值[10]。Munhoz等[24]利用DXA法探究相對骨骼肌指數與COPD患者嚴重程度及預后的相關性,發現相對骨骼肌指數與GOLD分級呈負相關,而相對骨骼肌指數越低,BODE指數越高,患者預后越差。美國一項關于退伍軍人中COPD患者的研究顯示ASM與體重的比值與COPD患者運動能力及身體活動關系密切[25]。

DXA是EWGSOP最推薦用于臨床診斷的方法,在各組織的指南共識中都有確切的診斷值,輻射暴露較小,但DXA無法評估肌肉脂肪浸潤的程度,也無法直接明確某一肌肉的大小變化。

2. 生物電阻抗分析方法(BIA)

BIA與DXA相同,也是通過間接測量來評估肌量的方法。其原理是因人體各成分所含液體、電解質量不同,可將這些成分看作不同的電阻,在肢體上施加弱交流電,利用不同的導電性能區分各種成分。

BIA以DXA為基準校正可利用阻抗測量四肢肌量(ASM)[26],在AWGS、EWGSOP所發表的共識指南中亦有關于BIA測量ASM診斷肌肉減少癥的切點值推薦:EWGSOP:ASM/身高2(kg/m2)男性<8.87kg/m2,女性<6.42kg/m2、AWGS:ASM/身高2(kg/m2)男性<7.0kg/m2,女性<5.7kg/m2[10, 23]。一項關于利用BIA和DXA進行社區篩查的研究中提到,經方程校正后InBody120與720行BIA測定得到的結果符合DXA的黃金標準,是一種可靠的工具[27]。

相關研究也表明在COPD的患者中BIA與DXA測量表現出良好的一致性[28]。一項來自菲律賓的研究顯示利用BIA測量診斷肌肉減少癥的COPD患者其吸氣峰值流量、呼氣峰流量、握力及CAT評分相較于無肌肉減少癥的COPD患者均有降低[29]。

生物電阻抗分析方法并不局限于評估肌量,同時還能評估肌肉的力量。原始BIA變量包括生物阻抗指數和相位角。相關研究表明相位角與肌肉力量密切相關,同時相位角還是COPD患者握力與力量的獨立預測指標[30,31]。一項來自日本的研究表明BIA測量相位角對肌肉減少癥有良好的預測價值且該項研究還提供了預測日本不同人群出現肌肉減少癥的相位角臨界值[32]。

相較于DXA,BIA更加廉價,有良好的便攜性又無輻射暴露的風險,可以用于流行病學調查或社區篩查。但BIA測量受許多因素的影響,包括軟組織水腫、患者運動狀態、一天中的測試時間等,因此在測量時需遵守制造商規定的條件保證測量結果的準確。

3. 計算機斷層掃描(CT)

CT是首個能夠對全身或局部肌肉數量和質量進行高精度評估的方法,目前被認為是無創評估肌肉的金標準之一[10]。其原理是利用X線束在組織中的衰減不同來對各組織進行區分,不同的CT值可以反映不同組織的密度。利用不同組織X射線衰減的差異性可以達到手動分割或軟件自動化對各組織橫斷面進行分析的目的。

CT可以提供對肌肉數量評估的參數指標,包括肌肉的橫截面積(CSA)、肌肉體積及根據身高(CSA/身高2)校正的骨骼肌指數(SMI)[33]。Kim等[34]評估了在不同CT參數下測量肌肉面積和密度的差異性,結果證實在不同的CT掃描參數測量下肌肉面積是恒定不變的,這一結果證實了CT測量的準確性。Shirahata等[35]發表的研究報告顯示CT測量下肌肉面積與密度乘積與總能量消耗和身體活動水平相關性極高,并提出CT衍生的軀干肌肉測量有助于評估COPD患者或有COPD風險患者的身體狀態和功能。Bak等[36]發表的一項研究表明利用CT測量的胸大肌面積及密度改變可有助于預測COPD的嚴重程度。目前利用CT診斷肌肉減少癥的診斷切點值仍有爭議,有文獻提出CT定量腹部肌肉組織SMI診斷肌肉減少癥的切點值:男性為52～55cm2/m2、女性為39～41cm2/m2,不同的研究中所使用的分界點均有差異[33]。

有相關研究表明COPD患者肌肉中出現脂肪浸潤會引起肌肉力量及活動能力下降[37]。CT可通過肌肉CT值改變對肌肉質量進行評估,出現脂肪浸潤的肌肉CT值較正常肌肉有所減低,一些研究將CT值在(-29±29)HU的肌肉定義為低衰減肌肉[38]。一項利用CT對COPD患者腹部肌肉脂肪浸潤進行研究的報告中提到腹部肌肉脂肪浸潤與COPD的嚴重程度相關[39]。

CT檢查的優點在于其高質量的圖像重建和穩定的衰減值,有助于準確提供肌肉數量和質量,但目前對于診斷肌肉減少癥的確切分界值仍有爭議。輻射暴露和較高的價格使其難以應用在需要反復隨訪對比的研究中,但其適用于專科臨床環境,患者不需單獨行此檢查。

4. 核磁共振成像(MRI)

核磁共振成像(MRI)是一種利用外部磁場與人體中氫原子核在特定射頻脈沖作用下產生磁共振并通過專業設備成像的檢查方式。MRI與CT有相當高的一致性,也被認為是無創評估肌肉的金標準之一[40]。

Faron等[40]的研究顯示MRI測量肌肉橫截面積、肌肉體積、骨骼肌指數、脂肪浸潤情況的結果與CT有高度的一致性,作者認為這兩種方式可以互換用于肌肉的評估。有研究提出利用MRI在大腿中部及第三腰椎處測得的肌肉橫截面積可以很好的預測全身肌肉情況[41]。一項在COPD人群中利用MRI進行脂肪浸潤評估的研究顯示與健康對照組相比COPD組的脂肪浸潤情況更加嚴重,且與運動能力有明顯下降[37]。

MRI優于CT的地方在于MRI還可以提供肌肉形態的評估,一項關于直立仰臥位MR成像的新近研究顯示MR成像有助于評估姿勢對雙側膈肌無力和有過度充氣COPD患者的膈肌形態與功能影響[42]。但可惜的是目前對于MRI診斷肌肉減少癥的分界值暫未有良好的定論。

由于MRI不存在輻射暴露、準確度高,還能評估肌肉形態較CT有一定的優勢,但目前利用MRI對肌肉減少癥進行診斷尚未有標準的診斷界值,所以并不適用于流行病學調查,同時MRI高昂的價格也限制了其在臨床研究及臨床檢查中的應用。

5. 超聲(US)

超聲也是一種有效評估人體肌肉數量與質量的方法,可通過接收超聲波穿過人體組織產生的回聲來進行處理成像。在目前的一些研究中,超聲測量評估COPD患者肌肉的結果與CT、MRI有良好的一致性,是一種可靠的評估方法[43, 44]。

歐洲老年醫學學會(EUGMS)肌肉減少癥小組在2020年更新共識中提出可以利用超聲進行肌肉評估。超聲可以通過測量肌肉厚度、橫截面積、肌肉體積來評估肌肉的數量,通過測量肌束長度、羽狀角、回聲度、肌肉硬度、肌肉收縮指數、肌肉微循環6個指標來評估肌肉質量[45]。但是目前這些指標仍缺乏標準的診斷界值以及標準化的測量方式。Rustani等[46]在一項橫斷面研究中提出股直肌橫截面積(RFM)可以作為超聲診斷肌肉減少癥的指標,其診斷界值為:女性0.7cm和男性0.9cm,超聲測量RFM厚度的敏感度為100%,特異度為64%,陽性預測值(PPV)為64.3%,陰性預測值(NPV)為100%。Maynard-Paquette等[47]研究發現超聲測量RFM減少與COPD患者急性加重、疾病嚴重程度、臨床癥狀顯著相關。Wallbridge等[43]在COPD患者中利用超聲測得的肋間肌厚度(r=0.33)、回聲強度(r=-0.32)也與COPD患者疾病嚴重程度呈中度相關。

超聲檢查的優點在于便攜性強、相對廉價、不存在輻射暴露,既適用于臨床或社區篩查、隨訪,也適用于科研時反復比對。由于其便攜性良好,臥床的病人也可使用超聲進行檢查。但超聲圖像獲取及結果判定更加依賴操作人員的技術。

三、小結

作為最常見的呼吸系統疾病之一,COPD對我國居民的健康造成了嚴重的威脅。其合并癥肌肉減少癥在COPD患者中發病率較高,且對COPD病情進展、急性加重及死亡率等有極大的影響。雖然目前肌肉減少癥有獨立的疾病編碼,但是目前臨床上對COPD合并肌肉減少癥的警惕性還遠不夠高。臨床醫師應進行健康教育宣傳并于早期對COPD患者是否合并肌肉減少癥進行評估,結合患者自身情況,制定個體化方案,盡早開展康復干預治療,同時也可選擇適宜的影像學參數來評估患者的干預效果。

雖然BIA與DXA測量可以間接反映全身肌量且在不同的指南中都有診斷肌量減少的明確截斷值,但是卻不能直接對肌肉本身的變化進行評估,CT、MRI及US可以通過直接測量肌肉的形態結構及成分改變來對肌肉進行評估,但需要進一步研究標準化的測量方法及明確的測量診斷界值。