摘 要： 肌少症是与增龄相关的进行性、全身性肌肉质量减少和/或肌强度下降或肌肉生理功能减退的综合征, 病因复杂多样, 严重影响中老年人的生活质量。影像学技术定量和定性评估肌肉质量是诊断肌少症的重要依据, 可为早期诊断、治疗干预及预防提供参考。本文对肌少症的影像学研究进展进行综述。
关键词： 肌少症; 衰老; 超声检查; 体层摄影术, X线计算机; 磁共振成像;
Abstract： Sarcopenia is an aging-related syndrome characterized with progressive and generalized loss of skeletal muscle mass and strength with complex and various causes, which seriously affects the quality of the elderly's life.Quantitative and qualitative assessment of muscle mass with imaging techniques is an important factor in diagnosis of sarcopenia, which may provide reference for early diagnosis, therapeutic intervention and prevention.The progresses in imaging study of sarcopenia were reviewed in this article.
Keyword： sarcopenia; aging; ultrasonography; tomography, X-ray computed; magnetic resonance imaging;
随着年龄增长, 骨骼肌包括肌肉质量和肌强度呈进展性和全身性下降, 并伴有生理功能减退[1], 此过程称为肌少症, 可伴随一系列组织学改变, 如肌内脂肪聚集、肌纤维化、选择性Ⅱ型肌纤维萎缩和灌注异常, 导致肌力衰退和运动功能下降, 增加中老年人跌倒、骨折的风险和致残、致死率, 严重影响其生活质量[2]。肌少症是一种复杂的综合征, 病因多样, 与肌肉丧失和脂肪增加相关, 诊断时应综合评价肌肉质量、肌强度和肌肉功能[3]。目前影像学技术已广泛应用于定量和定性评价肌少症, 且程序准确、标准化及可重复, 是主要诊断工具之一。本文对肌少症的影像学研究进展进行综述。
1 骨骼肌增龄相关改变
骨骼肌约占人体总质量的40%, 肌细胞占人体细胞数量的60%~75%。在多数个体中, 机体的运动能力与肌强度高峰年龄在20~30岁。Silva等[4]发现27岁是人体肌肉质量增加或减少的转折年龄。尽管影像学技术可检测到人体30~50岁时肌肉质量下降, 但其是否与年龄相关尚未确定, 也可能是生活环境与生活方式改变的结果, 如体育运动较少、工作负荷较高、长期久坐等生活与工作方式等[5]。肌肉质量和肌强度的年龄依赖性下降是一个持续过程, 但在50~70岁时, 肌强度每隔10年下降15%;而70岁后, 肌强度每隔10年下降甚至超过30%[6]。研究[5]发现, 与25岁志愿者相比, 75岁志愿者全身肌肉质量减少20%~40%, 可能是肌细胞被脂肪细胞取代所致。Peeters等[7]对12 432名68~82岁健康老年人的身体机能进行3年随访, 发现女性运动功能下降11.0%, 男性下降9.6%。
增龄相关肌肉质量进展性减少具有定性和定量的特征改变。研究[8]显示, 老年人股外侧肌的横截面积 (cross-sectional area, CSA) 小于年轻人约40%。肌肉质量减少可伴随肌纤维类型的定性改变, 特征在于选择性Ⅱ型纤维 (快肌纤维) 萎缩, 纤维间横桥坏死和减少, 线粒体变小、变少;原因可能与进行性萎缩和肌球蛋白重链异构体的共表达有关, 或由运动神经元损伤所致。肌肉质量减少的另一个定性改变为肌肉中可见脂肪浸润, 导致老年人活动障碍风险增加, 主要影响具有高比例脂肪成分的老年肥胖女性[9]。
增龄相关的肌肉质量和肌强度降低还取决于个体健康状况、遗传、活动功能、肌肉质量与肌强度训练、营养水平以及早期肌肉的基线水平[10]。机体全身肌肉质量并非均匀下降, 而是下肢的负重肌肉质量下降更为显着。尽管运动员的肌肉质量和肌强度下降也与增龄相关, 但老年运动员的肌强度水平仍显着高于普通人群的峰值 (20~30岁) , 且对其日常生活、运动功能及衰老转化影响较小[10]。
2 影像学技术在肌少症中的应用
2.1 双能X线吸收仪 (dual
X-ray absorptiometry, DXA) DXA是目前常用于测量体质成分的成像技术之一, 原理是基于2个不同能量等级 (40和70keV) 的X线束在通过人体不同组织成分和厚度后呈指数衰减, 以此来估算全身或特定解剖区域 (上肢、下肢及躯干等) 的骨骼矿物质含量、脂肪含量和瘦体质量 (皮肤、结缔组织、实质和骨骼肌肉质量) [11]。研究[12]表明, 采用DXA测量的瘦体质量结果与无脂肪测量模型获得的结果密切相关。通过上肢和下肢肌肉质量总和计算的四肢骨骼肌肉质量 (appendicular skeletal muscle mass, ASMM) 是目前评估肌少症最常用的指标之一, ASMM指数 (ASMMI=ASMM/身高的平方) 为诊断肌肉质量减少的主要参数, 其中ASMMI男性≤7.23kg/m2、女性≤5.67kg/m2为评估肌肉质量减少的截断值[13,14]。
DXA具有辐射较小、成本较低, 成像速度相对较快 (全身扫描<20min) 的优势[15], 但与CT和MRI相比, DXA可能会低估肌肉质量减少程度, 而机体水合状态和水潴留性疾病 (如心脏、肝脏或肾衰竭) 均能影响DXA结果的准确性[16]。此外, DXA无法测量肌内脂肪含量, 且由于各制造商硬件和软件差别, 也给多中心不同DXA数据间的比较带来困难。
2.2 CT
CT为评估体质成分与肌肉定量和定性变化的金标准[17]。通过测量不同组织厚度与密度的X线衰减, 并根据不同组织成分的阈值和数学重建算法, CT可定量分析不同部位和肌肉群的骨骼肌和脂肪组织分布。CT评价增龄相关的脂肪和瘦体质量变化的可靠性较好, CT测量的肌肉CSA与肌肉质量的相关性较好[17]。Mitsiopoulos等[18]发现CT测量的大腿肌肉、皮下脂肪和肌间脂肪含量与尸体解剖结果的一致性较好。然而, CT评估骨骼肌肉质量受高辐射、高成本和操作复杂性的限制, 临床应用有限。
与CT相比, 外周定量CT (peripheral quantitative CT, pQCT) 扫描仪较小, 辐射较低, 可定量分析上肢、下肢横断面的组织结构和密度变化。由于胫骨上1/3水平的CSA与小腿最大径一致, 且个体间差异较小, 故多以之定量分析肌肉质量变化。Lauretani等[19]建议以低于上述水平CSA平均值2个标准差 (男性<83.3cm2, 女性<62.6cm2) 为诊断肌少症的截断值。Swinford等[20]认为pQCT测量肌肉质量的总体误差<1.5%, 脂肪含量误差<3%。但pQCT有一定局限性, 龙门架径线有限, 仅能扫描上肢和下肢, 不能提供足够的对比度来区分不同肌肉群, 且在图像采集和分析方案中也缺乏同质性。
2.3 超声
超声通过测量肌肉厚度以评估瘦体质量, 且可通过分析回声强度的灰度定性评估肌肉性质变化, 如评估肌肉中的脂肪浸润。超声定量评估瘦体质量的结果与MRI的一致性较好[21]。但肌肉和脂肪组织的声阻抗相似, 导致超声辨别肌肉-脂肪分界面困难。此外, 超声还受检查者主观性的影响, 可导致测量误差并干扰测量数据的可重复性和可比性;通过增强力反馈、校准模型和标准化程序, 可提高超声检查的一致性[22]。
2.4 MRI
MRI能根据解剖部位的不同分子特性, 对不同软组织成分 (肌肉、脂肪及水) 进行高分辨成像。MRI不仅能定性评价异常病变, 如肌肉撕裂、水肿或肌内脂肪浸润/纤维化, 也在细胞或纤维束水平无创评价肌肉特征改变成为可能。通过水脂分离技术, 多回波Dixon成像可精确量化肌肉体积和脂肪浸润程度[23];DTI可用于评估肌肉微观结构并显示脂肪浸润程度[24];IVIM-DWI以双指数扩散信号衰减为基础, 可评估微血管灌注和水分子的真实弥散效应。
此外, MRI还可检测肌肉随增龄和疾病进展而发生的结构和生理代谢变化。肌肉内异常水肿、脂肪和结缔组织聚积均会导致肌肉质量和肌强度下降, 此为肌少症和衰弱综合征的关键问题。Kent-Braun等[25]发现健康年轻受试者 (25~45岁) 的胫前肌CSA大于中老年受试者 (65~85岁) 。Macaluso等[26]发现, 与年轻女性[ (22.8±5.7) 岁]相比, 老年女性[ (69.5±2.4) 岁]的股四头肌和腘绳肌的肌肉质量明显降低, 而肌内非收缩组织 (脂肪和结缔组织) 的数量则显着增加。Nilwik等[27]指出, 老年男性股四头肌CSA比年轻男性小14%, 可能由于Ⅱ型肌纤维减少所致, 并伴Ⅰ型肌纤维减小的倾向。Yoon等[28]报道股四头肌的各向异性、血管外-细胞外间隙容积分数及大腿肌肉的脂肪分数均与年龄具有显着的相关性。
MRI是定性和定量分析肌肉的金标准[17], 然而高成本、设备使用的有限性和复杂性使其在肌少症的应用中受限;且面临组织分割算法不同、图像分析缺乏标准化方案和缺乏增龄相关大样本数据等问题, 使MRI在骨骼肌的研究中尚有不少挑战。
3 小结
肌肉质量减少是肌少症的主要诊断标准。理想的肌肉质量评估工具应具备精确、安全、可靠及低成本的特点。MRI和CT是评价肌肉定量和定性变化的金标准, 但由于费用昂贵、耗时且技术复杂, 使其临床应用受限。DXA是目前公认的筛查肌少症的常用方法之一, 辐射剂量较低, 且具有国际共识的诊断阈值, 但精准性不足。超声具有简便、经济及有效等优点, 但其对体质成分的检测价值还需进一步验证。总之, 影像学诊断肌少症正向成像设备的便携性和小型化发展, 而大型成像设备将作为研究手段, 为精准诊断和治疗以及探索其分子机制提供更多帮助。
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