定量CT中老年腰腹肌群退變與腰椎骨密度相關(guān)性的研究

涂云 湯光宇 季銳 唐睿 華婷 諸靜其

同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院放射科，上海 200072

隨著社會人口老齡化，肌肉骨骼疾病已成為全球性的公共健康問題。肌少癥與骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis, OP)的關(guān)系日漸成為研究熱點(diǎn)。2019年歐洲老年人肌少癥工作組(the European Working Group on Sarcopenia in Older People, EWGSOP)修訂后的肌少癥診斷共識將肌少癥定義為“一種源于長期累積的不利的肌肉變化的肌肉疾病”[1]。在老年人中，肌少癥多表現(xiàn)為增齡相關(guān)的進(jìn)行性、全身肌量減少和/或肌強(qiáng)度下降或肌肉生理功能減退[2]；OP是一種全身代謝性疾病，主要表現(xiàn)為骨量下降、骨微結(jié)構(gòu)破壞以及骨脆性增加。探討肌量與骨量之間的關(guān)系有助于進(jìn)一步認(rèn)識肌肉退變與骨量下降的聯(lián)動性，并早期制定干預(yù)措施，以減少后期跌倒及脆性骨折的發(fā)生。

目前骨骼肌肌量測定常用方法有雙能X線吸收測量儀(dual X-ray absorbtiometry, DXA)、電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(computerized tomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)等，DXA將內(nèi)臟器官和肌肉組織同時(shí)歸入瘦組織一類，在評價(jià)胸腰部肌肉組織時(shí)欠精確，且不能測定單一目標(biāo)肌肉，傳統(tǒng)CT及MRI雖然能直接觀察到肌肉形態(tài)或?qū)χ竞窟M(jìn)行測量，但限于缺乏成熟商用軟件導(dǎo)致精細(xì)提取數(shù)據(jù)困難，而定量CT( quantitative computerized tomography, QCT)采用體模并借助成熟商用軟件不僅可以用來測量骨密度還可以精確定量體脂成分[3]，故越來越多臨床研究采用QCT技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究。既往研究中常以腰3椎體中部層面的整體肌量或單獨(dú)椎旁肌群、椎后肌群肌量作為判斷肌肉是否退變的診斷依據(jù)[4-6]，但尚未有文獻(xiàn)對腰腹肌群分組單獨(dú)進(jìn)行研究。本研究采用QCT技術(shù)測定腰椎骨密度(bone mineral density, BMD)，并對腰3椎體中部層面腰腹肌群肌肉含量進(jìn)行分組測定，對各組腰腹肌群與腰椎骨密度的關(guān)系進(jìn)行初步探討，旨在尋找與骨量減少相關(guān)性最佳的肌肉，為預(yù)測骨量減少提供新的影像學(xué)標(biāo)志物。

1 材料和方法

1.1 研究對象

回顧性收集2019年7月至2020年1月在本院接受腰椎QCT檢查及性激素測定的受試者202例。入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡40～70歲；②志愿參加腰椎QCT檢查及測定性激素水平。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往患有骨代謝異常疾病(如甲狀旁腺功能亢進(jìn)、糖尿病、庫欣綜合征、腎性骨營養(yǎng)不良等)；服用了影響骨代謝的藥物(如皮質(zhì)類固醇、降鈣素、維生素D、雙膦酸鹽、雌激素等)；②既往腰椎壓縮性骨折影響測量結(jié)果以及有惡性腫瘤及放療史者；③CT圖像質(zhì)量差難以觀察及測量。排除15例后，共入組187例，男77例、女110例，年齡40～69(57.4±7.1)歲。本臨床試驗(yàn)經(jīng)同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)并在中國臨床試驗(yàn)注冊中心注冊(注冊號ChiCTR1900024511)，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1BMD測定：使用德國Siemens公司雙源CT(Somatom Force)和配套美國Mindways公司質(zhì)控體模對所有受試者進(jìn)行腰椎掃描。掃描條件：采用全自動動態(tài)實(shí)時(shí)射線劑量調(diào)控技術(shù)(CARE Dose 4 D)，根據(jù)患者體型、掃描時(shí)球管的角度、掃描長軸(Z軸)長度以及不同密度的器官自動調(diào)節(jié)管電流的大小，顯著減少輻射劑量[7]，參考固定管電流125 mAs，管電壓 120 kV，層厚5.00 mm，掃描范圍從腰1(L1)椎體上緣至腰5(L5)椎體下緣，掃描后，重建層厚1.50 mm，層間距1.50 mm，將數(shù)據(jù)傳至QCT PRO工作站，采用配套QCT PRO5.10軟件(Mindways Software Inc., Austin, TX, USA)測量L1～L3椎體體積BMD(單位：mg/cm3)。在軸向、矢狀和冠狀圖像上，將感興趣區(qū)域(region of interest, ROI)放置在L1～L3椎體中央，為避免皮質(zhì)骨部分容積效應(yīng)，ROI邊緣離椎體邊緣應(yīng)>3 mm。最終BMD值取L1～L3椎體vBMD的平均值。根據(jù)BMD值，將受試者分為2組，骨量正常組(≥120 mg/cm3)，骨量減少組(<120 mg/cm3)[8]。

1.2.2腰腹肌群肌量測定：通過QCT PRO5.10 軟件進(jìn)行腰腹肌群定量體脂成分分析(CT值介于-29～+150HU)[9]，將其分為腹壁肌群、腹直肌、椎旁肌群、椎后肌群及腰大肌5組，如圖1所示，其中腹壁肌群=L3椎體中部層面總肌量-椎旁肌群-內(nèi)臟，腰大肌=椎旁肌群-(腰方肌+椎后肌群)，沿各組肌肉邊界手動繪制閉合輪廓，軟件自動計(jì)算出輪廓內(nèi)各組肌群橫斷面積。QCT診斷肌少癥尚無統(tǒng)一指標(biāo)，目前大部分文獻(xiàn)評價(jià)肌少癥的指標(biāo)主要為L3椎體中部層面肌肉橫斷面積及使用身高對肌肉面積校正得到的肌指數(shù) (skeletal muscle mass index, SMI)，即肌指數(shù)=肌肉面積/身高2[10]，本文亦采用SMI作為衡量指標(biāo)，分別計(jì)算L3椎體中部層面各組肌群SMI，同時(shí)掃描時(shí)囑患者屏氣，以減少呼吸運(yùn)動對測量的影響。正式測量之前隨機(jī)選擇30例受試者(男女各15例)，由具有3年以上骨肌放射診斷經(jīng)驗(yàn)且經(jīng)培訓(xùn)的甲乙兩名醫(yī)師在同一臺機(jī)器上采用同一方法分別勾畫ROI，甲乙均不知曉受試者臨床信息，1周后甲使用同一方法重復(fù)測量一次。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)≥ 0.75作為相關(guān)性良好的評判標(biāo)準(zhǔn)。

注：a-b：腹壁肌群；c：腹直??；d：椎旁肌群e：椎后肌群=；d-f：腰大肌。圖1 腰腹肌群分組Fig.1 Lumbar abdominal muscle grouping

1.2.3性激素測定：對所有受試者進(jìn)行性激素測定，男性測定睪酮水平，女性測定雌二醇水平，單位以pmol/L表示，檢測試劑來源：國潤醫(yī)療供應(yīng)鏈服務(wù)(上海)有限公司。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 重復(fù)性評估操作者間差異

甲乙兩位操作者分別測得的腰椎BMD及腹壁肌群、腹直肌、椎旁肌群、椎后肌群、腰大肌各組肌群面積的ICC為0.966、0.974、0.876、0.967、0.939、0.810，兩位操作者測量結(jié)果相關(guān)性良好。操作者差異：甲2次測得的腰椎BMD及上述5組肌群面積的ICC為0.969、0.959、0.750、0.973、0.930、0.820，測量結(jié)果相關(guān)性良好。說明該測量方法具備較好的重復(fù)性，之后所有指標(biāo)由甲獨(dú)立測定。

2.2 骨量正常組及骨量減少組各組肌群SMI比較

不同性別兩組BMD與各組肌群SMI見表1，各組肌群SMI與BMD間相關(guān)性見表2。男女骨量減少組各組肌群SMI均低于骨量正常組。男性腹直肌及椎旁肌群SMI兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，Pearson 相關(guān)分析后腹直肌SMI與BMD值呈弱正相關(guān)(r=0.270,P=0.018; 校正年齡因素后r=0.251,P=0.029)；女性腹壁肌群及腹直肌SMI兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，除腰大肌外，各組肌群SMI與BMD值呈弱正相關(guān)，腹直肌相關(guān)性最高(r=0.415，P<0.001；校正年齡因素后r=0.301,P=0.001)。

2.3 骨量正常組及骨量減少組性激素水平比較

不同性別兩組性激素值見表3，男性兩組間睪酮差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，女性骨量減少組雌二醇水平遠(yuǎn)低于骨量正常組(P<0.001)。

表1 不同性別骨量正常組與骨量減少組BMD與各組肌群SMITable 1 BMD and each muscle group SMI of the normal group and low bone mass group in different sexes

表2 不同性別各組肌群SMI與BMD值相關(guān)性

2.4 BMD及各組肌群SMI與性激素相關(guān)性分析

不同性別BMD及各組肌群SMI與性激素的相關(guān)性見表4。男性中，BMD及各組肌群SMI與睪酮相關(guān)性均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而女性中，BMD與激素呈中度正相關(guān)(r=0.452,P<0.001)，腹直肌、腹壁肌群SMI與雌二醇呈弱正相關(guān)(r=0.227,P=0.017;r=0.213,P=0.023)。

表3 不同性別骨量正常組與骨量減少組性激素水平

2.5 不同性別各組肌群SMI診斷低骨量效能分析

分別對不同性別使用ROC曲線分析，將骨量減少(BMD<120 mg/cm3)作為診斷陽性標(biāo)準(zhǔn)，男性受試者各組肌群SMI的診斷效能見圖2、表5，女性受試者各組肌群SMI的診斷效能見圖3、表6。男性中，腹直肌SMI診斷低骨量效能較高(area under curve, AUC=0.679，P=0.003 3)，當(dāng)其取最佳診斷閾值點(diǎn)3.84 cm2/m2時(shí)，敏感度77.42 %、特異性60.87 %、陽性預(yù)測值57.1 %、陰性預(yù)測值80.0、%；女性中，腹直肌SMI與椎旁肌群SMI診斷骨量減少效能較高(AUC=0.669,P=0.001 1, AUC=0.655,P=0.003 0)，當(dāng)腹直肌SMI取最佳診斷閾值點(diǎn)2.71 cm2/m2時(shí)，敏感度57.89 %，特異性75.47 %，陽性預(yù)測值71.7 %，陰性預(yù)測值62.5 %。

表4 不同性別BMD及各組肌群SMI與激素的相關(guān)性

圖2 男性各組肌群SMI的ROC曲線分析Fig.2 ROC curve analysis of each muscle group SMI in males

表5 男性各組肌群SMI的ROC曲線分析Table 5 ROC curve analysis of each muscle group SMI in males

表6 女性各組肌群SMI的ROC曲線分析Table 6 ROC curve analysis of each muscle group SMI in females

圖3 女性各組肌群SMI的ROC曲線分析Fig.3 ROC curve analysis of each muscle group SMI in females

3 討論

肌少癥和骨質(zhì)疏松的發(fā)生率均隨增齡而增加，隨著年齡增長，人體機(jī)能衰退，骨骼肌肉系統(tǒng)退變，主要表現(xiàn)為肌肉萎縮、骨量下降，進(jìn)而引起肌力減退、運(yùn)動能力下降、骨脆性增加等等[11]。文獻(xiàn)報(bào)道60歲以上人群中約有5 %～13 %肌肉質(zhì)量低，而80歲以上人群中高達(dá)50 %[12]。肌肉含量、強(qiáng)度及功能下降可顯著增加OP風(fēng)險(xiǎn)，而骨量下降也會明顯增加肌少癥患病率[13]，有學(xué)者將肌少癥和OP共同存在時(shí)稱為活動障礙綜合癥[14]，二者相互影響，使老年人易于跌倒和脆性骨折，致殘、病死率大大上升。在本研究中，我們觀察到骨量減少組腰腹肌群SMI均低于骨量正常組，這與國內(nèi)外以往的研究結(jié)果相似。Kim等[15]對絕經(jīng)后女性進(jìn)行MRI研究后發(fā)現(xiàn)，OP壓縮性骨折者椎旁肌群肌肉面積下降，肌內(nèi)脂肪浸潤程度增加。李新彤等[6]運(yùn)用QCT研究成年女性椎后肌群與腰椎骨密度的關(guān)系得到類似結(jié)果，青中年組椎后肌群脂肪面積及脂肪肌肉比均低于老年組，而椎后肌群肌肉面積高于老年組。盡管研究方法與本研究有所不同，但結(jié)果存在一致性，即骨量下降與肌肉退變存在相關(guān)性。

本研究顯示男性腹直肌及椎旁肌群SMI在骨量正常與骨量減少組兩組間差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，女性腹壁肌群及腹直肌SMI兩組間亦有顯著差異，相關(guān)分析提示不同性別的腹直肌SMI與BMD值均呈弱正相關(guān)，校正年齡因素后結(jié)果并未受到明顯影響，基于以上結(jié)果，推測腹直肌與腰椎BMD相關(guān)性最大，腹壁肌群與椎旁肌群次之。腹直肌位于腹前壁正中線兩側(cè)，被包埋于腹直肌鞘內(nèi)，該肌肉收縮可使脊柱前屈、側(cè)屈及骨盆前傾，此外，該肌還具有維持負(fù)壓、協(xié)助呼吸、排便及分娩等作用。一些體育運(yùn)動如仰臥舉腿、仰臥起坐及平板直撐可鍛煉和發(fā)展該肌力量。腹壁肌肉由腹直肌和兩側(cè)腹內(nèi)外斜肌、腹橫肌組成，是腰腹肌肉除去椎旁肌群和內(nèi)臟的部分。中老年人群運(yùn)動減少，脂肪重新分布，腰腹脂肪堆積明顯，脊柱活動度下降，是影響骨密度的重要因素。椎旁肌群主要包括腰大肌、腰方肌及椎后肌群，椎旁肌群與脊柱空間位置及功能密切相關(guān)，對維持脊柱穩(wěn)定，保持平衡和活動度具有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)椎旁肌肉面積與腰椎骨密度呈正相關(guān)[5]，其中椎后肌群退變與肌少癥關(guān)系密切，其中的豎脊肌由多起點(diǎn)不同肌束組成，肌束間隙疏松，對抗脂肪浸潤能力差，隨年齡增加，脂肪浸潤程度增加，肌肉萎縮。

Hayashi等[16]運(yùn)用ROC曲線評價(jià)四肢骨骼肌肌指數(shù)(appendicular skeletal muscle mass index, ASMI)對慢性肝病患者骨量減少和OP的診斷效能，其中，ASMI診斷骨量減少時(shí)男女AUC分別為0.656、0.554，診斷OP時(shí)男女AUC分別為0.768、0.718，認(rèn)為ASMI可能是慢性肝病患者OP的潛在預(yù)測因素，但目前尚未見文獻(xiàn)評價(jià)腰腹肌群對骨量減少或OP的診斷效能。本研究結(jié)果同樣提示腹直肌SMI與骨量減少的相關(guān)性高于其他各組肌群。男女性受試者腹直肌SMI預(yù)測骨量減少均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，男性當(dāng)腹直肌SMI取最佳診斷閾值點(diǎn)3.84 cm2/m2時(shí)，敏感度77.42 %、特異性60.87 %、陽性預(yù)測值57.1 %、陰性預(yù)測值80.0 %；女性當(dāng)腹直肌SMI取最佳診斷閾值點(diǎn)2.71 cm2/m2時(shí)，敏感度57.89 %、特異性75.47 %、陽性預(yù)測值71.7 %、陰性預(yù)測值62.5 %，故本研究認(rèn)為腹直肌對預(yù)測低骨量的價(jià)值高于其他肌群，當(dāng)然本研究樣本量相對較小，未來還需要大樣本進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

研究報(bào)道隨著年齡的增長，男性睪酮水平呈緩慢持續(xù)下降，各個(gè)年齡段并無顯著性差異[17]，因此對骨量流失影響不明顯，而女性絕經(jīng)后，雌激素水平急劇降低，導(dǎo)致骨量流失，繼而OP風(fēng)險(xiǎn)大大提高[18]，本研究結(jié)果與以往研究相符。目前有關(guān)性激素與肌肉退變間的關(guān)系及其作用機(jī)制的相關(guān)研究并不常見。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)，男性BMD及各組肌群SMI與睪酮間均無明顯相關(guān)性。然而，之前有研究顯示睪酮水平下降與肌肉面積下降、肌肉力量喪失相關(guān)[19-20]，產(chǎn)生這種差異的原因可能是本研究樣本人群相對較少。對于雄激素影響肌肉退變的具體機(jī)制尚未達(dá)成共識。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)睪酮可劑量依賴地促進(jìn)星狀細(xì)胞數(shù)量增加[21]。Dubois等[22]認(rèn)為雄激素可能通過上調(diào)衛(wèi)星細(xì)胞中雄激素受體水平增強(qiáng)衛(wèi)星細(xì)胞對雄激素的敏感性。目前普遍認(rèn)可的是雄激素促合成代謝機(jī)制可促進(jìn)肌肉肥大[23]，因此，使用雄激素增加老年人的肌肉質(zhì)量和功能正逐漸被臨床接受[24]。關(guān)于雌激素影響肌肉退變的機(jī)制，Collins等[25]的研究發(fā)現(xiàn)雌激素通過作用于熱休克蛋白(heat shock proteins, HSPs)保護(hù)骨骼肌免受凋亡。Sipil?等[26]發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后女性的肌量和骨密度呈線性下降趨勢，絕經(jīng)后女性的肌量和骨密度值明顯低于絕經(jīng)前女性。本研究亦發(fā)現(xiàn)女性BMD與激素呈中度正相關(guān)，腹直肌及腹壁肌群SMI與雌二醇呈弱正相關(guān)，這與上述研究結(jié)果相符。

本研究存在以下不足：①樣本量相對較??；②未進(jìn)行各組肌肉與OP的相關(guān)性研究；③女性患者未按絕經(jīng)與否進(jìn)行進(jìn)一步分類。

綜上所述，本研究顯示中老年人群腰腹肌群肌肉退變與腰椎骨密度存在一定相關(guān)性，其中腹直肌相關(guān)性最佳，有望為預(yù)測骨量減少提供新的影像學(xué)標(biāo)志物。