骨骼肌體積測(cè)量方法的比較與進(jìn)展

施文珺 綜述 祝聯(lián) 審校

【提要】 骨骼肌是人類運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，也是人體重要的能量儲(chǔ)存器官。測(cè)量全身肌肉體積是對(duì)人體營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)級(jí)的常用方法，而局部特定肌群的體積測(cè)量在組織缺損的外科修復(fù)、術(shù)前及術(shù)后的評(píng)估中都具有重要意義。根據(jù)臨床目的不同，可選的測(cè)量方法也不盡相同。本文對(duì)常見的骨骼肌體積測(cè)量方法及各方法的優(yōu)點(diǎn)、局限和適用范圍進(jìn)行綜述。

骨骼肌約占新生兒體重的23%，占健康成年男性體重的40%和健康成年女性體重的30%。肌肉體積的測(cè)量具有重要意義，全身肌肉體積是評(píng)估人體健康狀況、運(yùn)動(dòng)能力，以及判斷人體營養(yǎng)狀態(tài)，診斷惡病質(zhì)、肥胖、內(nèi)分泌疾病等的重要指標(biāo)。例如，在小兒麻痹癥等引起的下肢肌群萎縮、外傷引起的肌肉組織缺損、雙下肢不對(duì)稱等的治療中，測(cè)量局部肌群體積可用于術(shù)前評(píng)估需植入假體的體積和轉(zhuǎn)移皮瓣的大小[1]；在以縮容為目的的肉毒毒素治療中，目的肌群的體積測(cè)量對(duì)術(shù)前確定藥物劑量和術(shù)后評(píng)估治療效果都具有重要的意義。本文對(duì)報(bào)道過的骨骼肌體積測(cè)量方法進(jìn)行整理，總結(jié)常見的骨骼肌體積測(cè)量方法及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。

目前，全身或局部骨骼肌體積測(cè)量方法包括尿肌酐測(cè)量法、雙能X線吸收法、生物電阻抗法、人體測(cè)量計(jì)算法、MRI測(cè)量法、CT測(cè)量法、超聲測(cè)量法及各種人體測(cè)量學(xué)方法等。

1 常見測(cè)量方法

1.1 尿肌酐-肌肉體積測(cè)量法（Urinary creatinine method）

即通過對(duì)尿肌酐含量的檢測(cè)來計(jì)算肌肉含量，是已知最早的測(cè)量肌肉體積的方法。1832年，骨骼肌中首次發(fā)現(xiàn)肌酸（Creatine）[2]，后續(xù)的研究揭示其本質(zhì)為一種含氮有機(jī)酸，幾乎全部（98%）存在于肌肉組織中，包括肌酸和磷酸肌酸兩種形式，為肌肉細(xì)胞供能。肌酐是肌酸發(fā)生不可逆脫水反應(yīng)的產(chǎn)物，是肌肉能量代謝的廢物，不能被人體利用，需經(jīng)腎小球過濾后隨尿液排出。當(dāng)骨骼肌含量穩(wěn)定時(shí)，肌酐的生成量也相對(duì)恒定，這就是利用尿肌酐含量估測(cè)骨骼肌含量的原理[3-4]。該方法假設(shè)人體所有肌酸均存在于肌肉組織中，忽略從飲食中攝取的外源性肌酸，只適用于估測(cè)無肌酐飲食、腎功能正常人群的全身肌肉總量，易受到鍛煉、飲食、月經(jīng)周期和感染、發(fā)熱、創(chuàng)傷等應(yīng)激狀態(tài)的影響。該測(cè)量法難以精確計(jì)算人體的肌肉體積[5]，但只需收集被測(cè)者一段固定時(shí)間內(nèi)的尿液即可估算肌肉體積，對(duì)不方便采取影像學(xué)檢查者（如重癥監(jiān)護(hù)室患者、行動(dòng)不便者）仍不失為一種良好的選擇。

1.2 雙能X線吸收法（Dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）

該方法將人體視為由瘦組織、脂肪組織和骨組織組成的三間隔模型[6-7]，各組分密度不同，利用不同能量X線穿透各組分后的衰減率差異來計(jì)算肌肉組織（瘦組織）的體積。

Rst(38KeV)=α(RF)+β(RL) Rst(70KeV)=α(RF)+β(RL)

其中，Rst為X線透過被測(cè)組織后的衰減率，通過測(cè)量獲得；RF、RL分別表示純脂肪、瘦組織的X射線衰減率，其數(shù)值已知，根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算即可得出α（脂肪成分）和β（瘦組織成分）的值。測(cè)量既可以全身為單位，也可針對(duì)頭顱、軀干、上肢和下肢單獨(dú)進(jìn)行局部測(cè)量[8]，但無法對(duì)特定肌群單獨(dú)測(cè)量。每例測(cè)量約耗時(shí)15 min，受試者受照劑量為0.01 mSv[9]。

雙能X線吸收法具有檢測(cè)快速、操作簡便、輻射劑量小、準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)，能對(duì)特定部位的肌肉體積進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)不同性別、年齡的測(cè)量對(duì)象時(shí)需對(duì)極端公式進(jìn)行校正[10]，其主要問題是不同儀器參數(shù)不同，測(cè)量結(jié)果可能不一致[6，11]。

1.3 生物電阻抗法（Bioelectrical impedance analysis，BIA）

該方法將人體視為脂肪組織和非脂肪組織（近似于肌肉組織）組成的二間隔模型，兩者的導(dǎo)電性不同，非脂肪組織的電阻抗較脂肪組織更小，其比例決定了人體的電阻抗值[12]。生物電阻抗法通過測(cè)量得到個(gè)體電阻抗值，從而得出非脂肪物質(zhì)與脂肪物質(zhì)含量。目前的生物電阻抗法主要還是以全身為單位，無法測(cè)量局部的肌肉體積。即便有的設(shè)備可以計(jì)算得到人體局部的電阻抗，但還是需要通過構(gòu)建人體阻抗數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算，測(cè)量結(jié)果并不精確。

通過生物電阻抗法測(cè)量肌肉體積可根據(jù)受試對(duì)象不同構(gòu)建合適的數(shù)字模型和測(cè)量方案，其結(jié)果準(zhǔn)確性雖易受到測(cè)量儀器、受試者人種、性別、年齡、測(cè)量時(shí)的狀態(tài)和環(huán)境的影響，但因其具有儀器便攜、可進(jìn)行床邊檢查、無需專業(yè)測(cè)量人員、操作簡便、安全無創(chuàng)、成本低、耗時(shí)少等明顯的優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模的流行病學(xué)調(diào)查[13-14]。

1.4 MRI測(cè)量法

以MRI測(cè)量目的肌肉體積時(shí)，一般采取中橫軸位厚層掃描（層厚通常為10 mm），通過手工測(cè)量或軟件計(jì)算，使用公式：體積=橫斷面積×層厚，逐層依次計(jì)算出每張片子上的肌肉體積，將數(shù)據(jù)相加即為總的肌肉體積[15-16]。劉明霞等[17]采用MR三維容積掃描技術(shù)對(duì)下肢肌肉體積進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了零間隔、薄層（2 mm）無間斷連續(xù)掃描，步驟更加簡便，提高了測(cè)量效率并降低了人為誤差。

MRI測(cè)量的成本高、耗時(shí)長，受測(cè)量時(shí)姿勢(shì)的影響，但對(duì)人體無輻射，測(cè)量結(jié)果精確，是目前測(cè)量肌肉體積的金標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 CT測(cè)量法

CT被廣泛應(yīng)用于人體骨骼肌系統(tǒng)的研究，尤其多被用于下肢斷面的研究[18-20]。CT值又稱Hounsfield數(shù)（簡稱Hu），代表了CT圖像上組織結(jié)構(gòu)的相對(duì)密度。對(duì)目標(biāo)肌群掃描后，利用各組織CT值的差異，計(jì)算出每層的肌肉體積，將各層數(shù)值相加后可得到總的肌肉體積。

CT測(cè)量法的結(jié)果與尸體解剖的結(jié)果高度一致，準(zhǔn)確性極高，但因X線輻射原因，不宜作為常用手段，更不適用于兒童、孕婦等特殊人群，因此很少有用CT法對(duì)肌肉體積進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)性研究，而多見于需要常規(guī)CT檢查的回顧性研究。

1.6 超聲測(cè)量法

超聲影像學(xué)較CT和MRI更早被用于肌肉的測(cè)量，但往往針對(duì)特定肌肉長度、厚度、羽狀角等參數(shù)，較少被應(yīng)用于肌肉體積的測(cè)量計(jì)算。Miyatani等[21]嘗試?yán)贸暅y(cè)量肢體肌肉的厚度，并推導(dǎo)出計(jì)算肌肉體積的公式。結(jié)果顯示，不同肌肉的厚度和體積間都存在一定的相關(guān)性，但將肌肉厚度作為唯一變量時(shí)，其與肌肉體積的相關(guān)性較差，在此基礎(chǔ)上測(cè)量肌肉的長度，以厚度與長度雙變量計(jì)算肌肉體積而得到的結(jié)果準(zhǔn)確性有所提高，但仍不理想。Takai等[22]選取下肢多個(gè)固定截面，利用超聲測(cè)量肌肉的厚度，用膠帶標(biāo)注測(cè)量選定截面的周徑，并以此推算下肢肌肉的體積，并與雙能X線法的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，其結(jié)果準(zhǔn)確性尚可，但并不具有推廣普及的優(yōu)勢(shì)。Nijhuis等[23]利用超聲測(cè)量小鼠去神經(jīng)后的腓腸肌的體積變化，通過體表解剖標(biāo)志確定測(cè)量平面，測(cè)量結(jié)果可靠，可見超聲法在表淺的規(guī)則大肌群測(cè)量中可靠性尚可。

超聲檢測(cè)具有安全、無輻射、儀器便攜、可重復(fù)性高的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量過程對(duì)操作的要求較高，尤其是在對(duì)目的肌肉進(jìn)行多斷面連續(xù)測(cè)量時(shí)，斷面間的間隔、超聲探頭的角度和探頭施加于軟組織上的壓力都應(yīng)盡量保持一致，且由于肌肉和脂肪組織的聲阻相差不大，在計(jì)算肌肉的體積時(shí)存在較大誤差，一般僅用于床邊檢查等特殊情況。

1.7 人體測(cè)量學(xué)方法

利用人體測(cè)量學(xué)方法測(cè)算肌肉體積，是指直接對(duì)人體的某些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，或者對(duì)最具有代表性的單張影像學(xué)圖像進(jìn)行測(cè)量，從而推導(dǎo)計(jì)算得到目的肌群的體積，而非直接對(duì)肌肉的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，是經(jīng)過大量數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證后得出的結(jié)果。

目前被用于臨床的人體測(cè)量學(xué)方法主要是通過MRI得到腰椎4～5水平的矢狀截面圖像，測(cè)算截面中的骨骼肌面積，其數(shù)值與全身骨骼肌體積幾乎相等。通過股骨中段水平的矢狀截面測(cè)算得到的肌肉面積，與大腿肌肉體積具有高度相關(guān)性，但并不相等[24]。除了利用特定截面的圖像測(cè)算，全身的骨骼肌含量大約有75%位于四肢，因此可以通過對(duì)四肢的形態(tài)學(xué)測(cè)量來計(jì)算其肌肉體積，進(jìn)而估測(cè)全身的骨骼肌體積。

人體測(cè)量學(xué)方法與常規(guī)影像學(xué)方法測(cè)量肌肉體積相比，在保證準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上，極大地減少了檢查量，節(jié)省了時(shí)間和人力。但人體測(cè)量學(xué)的使用具有特定的范圍[25]，且應(yīng)根據(jù)受試者的人種、性別差異對(duì)公式進(jìn)行校正，才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性[26-28]。一般要求受試者的體重在10～60 Kg之間[29]，對(duì)于肥胖或癌癥晚期惡病質(zhì)患者，其測(cè)量結(jié)果存在偏差。

2 總結(jié)與討論

肌肉體積的測(cè)量經(jīng)歷了許多變革和改進(jìn)，最初人們只能通過解剖尸體測(cè)量肌肉體積；18世紀(jì)初，肌肉代謝產(chǎn)物肌酐的發(fā)現(xiàn)使得人們可以通過血肌酐的濃度來估算活體的肌肉體積[2]；隨后又出現(xiàn)了DXA、BIA等操作簡單、價(jià)格低廉的肌肉體積檢測(cè)方法；CT、MRI等影像學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使對(duì)局部特定肌群的體積測(cè)量成為可能，但在測(cè)定全身肌肉總量時(shí)，對(duì)大量圖像進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算的傳統(tǒng)方法檢查耗時(shí)長、成本高。因此，在影像檢查的基礎(chǔ)上，總結(jié)出基于特定單張斷層圖像估算人體肌肉體積的人體測(cè)量學(xué)方法[30-32]。

測(cè)量方法的改進(jìn)，使得對(duì)身體狀態(tài)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、組織缺損肌瓣修補(bǔ)手術(shù)的術(shù)前評(píng)估、去神經(jīng)化后肌肉萎縮的具體量化都成為可能。因各方法操作及原理不同，準(zhǔn)確性不同，適用的情況也不盡相同。臨床應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體目的選擇合適的測(cè)量方法。肌酐-肌肉體積測(cè)量法、BIA和人體測(cè)量學(xué)方法只能計(jì)算全身肌肉體積。MRI、CT和DXA則可計(jì)算全身或特定肌肉的體積。其中，MRI、CT準(zhǔn)確性最高，MRI可作為肌肉體積測(cè)量的金標(biāo)準(zhǔn)，DXA具有較高的準(zhǔn)確性。肌酐-肌肉體積測(cè)量法、BIA、DXA和人體測(cè)量學(xué)方法成本較低。BIA、DXA和人體測(cè)量學(xué)方法操作簡便，對(duì)受試者檢查時(shí)的姿勢(shì)和測(cè)量人員的專業(yè)技術(shù)沒有過高的要求，檢測(cè)重復(fù)性好。

綜上所述，在需要對(duì)全身肌肉體積進(jìn)行測(cè)量時(shí)，尤其是大樣本量的普查中，選用BIA法較合適；對(duì)行動(dòng)不便的重癥患者及惡病質(zhì)患者可通過收集尿液利用尿肌酐-肌肉體積測(cè)量全身肌肉體積，以評(píng)估其健康狀況；特定肌群的體積測(cè)量可借助床邊超聲；而需要對(duì)形狀不規(guī)則的特定肌肉體積進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如對(duì)小腿擴(kuò)容手術(shù)的術(shù)前判斷和小腿縮容手術(shù)的術(shù)后評(píng)估，則采用MRI、CT法精確測(cè)量更合適。