肥胖癥對(duì)體質(zhì)成分的交互作用及影像學(xué)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

孫 鶴，孫玲玲*，潘詩(shī)農(nóng)，李 琦，王 磊，王 勇

(1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院放射科，4.代謝外科，遼寧 沈陽(yáng) 110032；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004；3.遼寧電力中心醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

WHO將肥胖定義為與健康有明顯風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的身體內(nèi)過(guò)量脂肪積累，是許多慢性疾病的重要危險(xiǎn)因素。WHO確定的全球非傳染性疾病中包括肥胖癥[1]。肥胖不僅對(duì)人類健康造成不利影響，還帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。因此，深入了解肥胖癥對(duì)人體成分的影響及作用機(jī)制至關(guān)重要。

1 脂肪、骨骼與肌肉的相互作用機(jī)制

目前肥胖已被廣泛認(rèn)可的病理生理基礎(chǔ)是脂肪組織的早期炎癥改變。脂肪細(xì)胞肥大導(dǎo)致促炎及抗炎細(xì)胞因子分泌及表達(dá)失調(diào)，脂肪組織免疫和炎癥的平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致大量促炎因子產(chǎn)生[3]，如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白細(xì)胞介素6(interleukin-6, IL-6)，其一方面會(huì)促進(jìn)脂肪分解、抑制脂質(zhì)形成及降低血脂；另一方面，TNF-α和IL-6可通過(guò)內(nèi)分泌途徑調(diào)節(jié)骨代謝，如TNF-α是成骨細(xì)胞某些分化階段的負(fù)向調(diào)節(jié)劑，同時(shí)正向調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的增殖和分化，IL-6通過(guò)復(fù)雜的機(jī)制影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞，具有雙重效應(yīng)[4]。

脂肪組織不僅是能量存儲(chǔ)器官，更是一種內(nèi)分泌器官，可以分泌多種脂肪因子，這些脂肪因子除調(diào)節(jié)食物攝入和能量代謝外，還涉及骨骼生物學(xué)調(diào)控。瘦素是最重要的脂肪細(xì)胞衍生物，一項(xiàng)體外研究[5]顯示，瘦素能直接作用于骨髓中表達(dá)瘦素受體的間充質(zhì)干細(xì)胞，抑制骨形成，并誘導(dǎo)其分化成為脂肪細(xì)胞。脂聯(lián)素是另一種脂肪因子，可提高胰島素敏感性，其在肥胖和糖尿病患者中含量降低。通過(guò)抑制骨形成、促進(jìn)骨髓脂肪細(xì)胞形成，脂聯(lián)素在調(diào)節(jié)骨骼動(dòng)態(tài)平衡中表現(xiàn)為負(fù)面作用[6]。此外，肥胖還可影響骨骼肌。Black等[7]對(duì)大鼠的活體研究結(jié)果顯示，高脂飲食會(huì)引起骨骼肌前體mRNA選擇性剪接，改變基因表達(dá)，造成骨骼肌代謝變化。肌肉生長(zhǎng)抑制素是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族成員，不僅在肌肉平衡中起關(guān)鍵作用，還同時(shí)對(duì)脂肪及骨骼造成影響。肥胖患者中肌肉生長(zhǎng)抑制素增高，并且在體質(zhì)量減輕后降低。高水平肌肉生長(zhǎng)抑素降低骨密度，相反，抵制肌肉生長(zhǎng)抑素水平可提高骨密度[8]。此外，肥胖還會(huì)造成損傷肌肉再生的代謝紊亂，此過(guò)程依賴于成肌細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中生肌調(diào)節(jié)因子(myogenic regulatory factors, MRFs)的激活。肥胖時(shí)，機(jī)體通過(guò)改變炎癥信號(hào)傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)合成反應(yīng)來(lái)影響骨骼肌再生過(guò)程，特別在肌肉再生開(kāi)始早期[9]。

由此可見(jiàn)，脂肪、骨骼及肌肉組織之間存在交互作用，形成骨-肌肉-脂肪的軸鏈反應(yīng)，但其作用機(jī)制目前仍不完全清楚。

2 肥胖對(duì)骨骼肌肉的影響

肥胖對(duì)于骨骼的影響目前尚存爭(zhēng)議。一項(xiàng)5 287例肥胖者參與的試驗(yàn)[10]顯示，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)與骨礦物質(zhì)密度(bone mineral density, BMD)呈正相關(guān)，特別是隨著B(niǎo)MI和臀圍增加，髖關(guān)節(jié)及腰椎的BMD也隨之增加。既往有學(xué)者[11]認(rèn)為可以通過(guò)增加骨骼負(fù)荷防止肥胖患者的骨折風(fēng)險(xiǎn)，原因是骨骼細(xì)胞感知肥胖患者增加的機(jī)械負(fù)荷后通過(guò)增加BMD來(lái)適應(yīng)其變化；但最近一項(xiàng)對(duì)于BMI與骨折風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系的Meta分析[12]結(jié)果顯示，BMI增高可能是引起骨折的危險(xiǎn)因素，且與性別無(wú)關(guān)。值得注意的是，兒童時(shí)期過(guò)多的脂肪堆積似乎同樣增加骨折風(fēng)險(xiǎn)，可能與肥胖的兒童更易摔倒、且摔倒后造成的沖擊力更大有關(guān)[13]。因此，在關(guān)注成人肥胖的同時(shí)，更應(yīng)提高對(duì)兒童時(shí)期肥胖的重視。

近年來(lái)，肥胖對(duì)肌肉組織的影響也引起了關(guān)注。研究[14]顯示，較高的BMI與較強(qiáng)的握力相關(guān)，但當(dāng)腹部脂肪過(guò)多沉積時(shí)，腰圍每增加10 cm，男性握力會(huì)下降3.56 kg、女性握力下降1.00 kg。因此，脂肪異常分布可能對(duì)肌力下降更具有意義。研究[15]認(rèn)為，肥胖且肌肉含量較低的老年人步行速度下降更快，發(fā)生行動(dòng)障礙的可能性高于肌肉力量不佳或單純肥胖者，具有較高的摔倒風(fēng)險(xiǎn)，更易發(fā)生骨折。

3 減重術(shù)后體質(zhì)成分的變化

目前減重手術(shù)已經(jīng)成為肥胖患者減輕體質(zhì)量、治療肥胖相關(guān)慢性疾病的有效方法[16]。減重術(shù)后，肥胖癥患者身體成分的變化引起臨床醫(yī)師的廣泛關(guān)注。Ma?moun等[17]研究顯示成人肥胖者減重術(shù)后1個(gè)月全身脂肪含量及肌肉含量均出現(xiàn)下降，且男性全身、上肢和軀干部位的脂肪含量下降多于女性。而一項(xiàng)對(duì)于青少年肥胖癥患者減重術(shù)后隨訪2年的研究[18]結(jié)果顯示，脂肪含量減少39.6%～51.8%的同時(shí)，肌肉含量相對(duì)增加47.0%～58.1%。引起兩項(xiàng)研究結(jié)果差異的原因可能是：①隨訪時(shí)間不同；②研究對(duì)象的年齡不同。

對(duì)于減重手術(shù)與骨量丟失的相關(guān)性尚有爭(zhēng)議。胃旁路術(shù)后2年，5%～10%患者髖關(guān)節(jié)和脊柱出現(xiàn)骨質(zhì)疏松，主要是由于小梁體積骨密度(volumetric bone mineral density, vBMD)減少所致，尤其在12～24個(gè)月最顯著[19]。減重術(shù)后發(fā)生的骨密度減低不完全由于體質(zhì)量減輕引起的骨骼負(fù)荷減少所致，還可能與手術(shù)導(dǎo)致的胃腸道生理結(jié)構(gòu)改變伴胃腸功能、腸道微生物變化等有關(guān)[20]。目前對(duì)于青少年減重術(shù)后的體質(zhì)成分變化的研究較少，現(xiàn)有研究主要是評(píng)價(jià)減重手術(shù)對(duì)青少年身體發(fā)育的影響。青春期和成年早期是體質(zhì)量增長(zhǎng)的重要時(shí)期，減重手術(shù)造成的骨量減少可能對(duì)生長(zhǎng)中的骨骼產(chǎn)生影響。

4 人體成分的測(cè)量及影像學(xué)評(píng)價(jià)方法

人體成分主要有骨骼、肌肉、脂肪及一定量的水，其在不同性別、不同年齡、不同地域種族人群中含量也不同。目前臨床常用BMI作為肥胖的診斷標(biāo)準(zhǔn)。WHO和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院定義BMI>30 kg/m2即診斷為肥胖。但BMI僅參考身高這唯一因素對(duì)體質(zhì)量的影響，不能反映脂肪在體內(nèi)分布的真實(shí)情況。

隨著影像學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，雙能X線吸收測(cè)量法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)、定量CT(quantitative CT, QCT)及MRI等均可對(duì)骨骼、肌肉及脂肪含量、結(jié)構(gòu)及分布等進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。

4.1 DXA DXA通過(guò)X線在兩個(gè)不同能量(高和低)水平上測(cè)量透射體。X線源產(chǎn)生兩種光子，分別為高能光子和低能光子，X線束在穿透組織過(guò)程中能量衰減，衰減程度受光子強(qiáng)度、人體組織密度及厚度的影響。軟組織吸收射線少，骨組織吸收射線多，兩個(gè)X線能量峰值的衰減差異對(duì)不同組織存在特異性。DXA檢測(cè)不同組織對(duì)光子能量的吸收差異，并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)器能夠接收的脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理，得到不同組織成分的含量。

DXA具有快速、輻射劑量小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，臨床最常采用DXA骨密度測(cè)量技術(shù)對(duì)骨折風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估并監(jiān)測(cè)治療效果。DXA可提供個(gè)體骨骼健康的全面信息，標(biāo)準(zhǔn)DXA測(cè)量參數(shù)包括評(píng)估BMD和骨礦物質(zhì)含量(bone mineral content, BMC)。2013年，國(guó)際臨床骨密度測(cè)量學(xué)會(huì)(International Society of Clinical Densitometry, ISCD)官方指南在身體成分臨床評(píng)估中肯定了DXA技術(shù)的臨床價(jià)值，同時(shí)建議在以下3種病理狀況下進(jìn)行全身DXA檢查：①使用與脂肪萎縮風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的人類免疫缺陷病毒陽(yáng)性患者，DXA檢查用以評(píng)估脂肪分布；②肥胖患者接受減重手術(shù)(或具有預(yù)期的大量體質(zhì)量減輕的醫(yī)療、飲食或減肥方案)，在體質(zhì)量減輕超過(guò)約10%時(shí)評(píng)估脂肪和瘦體質(zhì)量變化；③肌肉無(wú)力或身體功能差的患者，用以評(píng)估肥胖和瘦體質(zhì)量[21]。雖然DXA測(cè)定的BMD是診斷和治療骨質(zhì)疏松癥的金標(biāo)準(zhǔn)，然而，BMD僅影響60%～80%的骨強(qiáng)度，還有其他骨骼特征會(huì)影響骨強(qiáng)度和骨折風(fēng)險(xiǎn)。因此，2015年ISCD官方指南提出腰椎DXA圖像的灰度級(jí)結(jié)構(gòu)指數(shù)(trabecular bone score, TBS)，即小梁骨評(píng)分，但該技術(shù)的實(shí)用效能尚待臨床驗(yàn)證[22]。

4.2 QCT QCT是基于X線光子和身體組織間的相互作用，具有準(zhǔn)確性好、可重復(fù)性高的特點(diǎn)。QCT評(píng)估骨質(zhì)疏松癥時(shí)，需在患者身體下方放置鈣羥基磷灰石或磷酸氫二鉀(K2HPO4)模型(通常為腰椎)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量結(jié)果BMD>120 mg/cm3為正常，80～120 mg/cm3為骨量減少，<80 mg/cm3為骨質(zhì)疏松。QCT的定量結(jié)果已被認(rèn)為優(yōu)于DXA[23]，特別在避免假陰性方面更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥诵行约怪膊〕霈F(xiàn)的骨質(zhì)增生硬化可能掩蓋潛在的BMD損失。QCT還可用于身體脂肪含量的測(cè)定。Lee等[24]觀察458名女性的身體脂肪含量，測(cè)量受試者大腿和小腿皮下脂肪的百分比及肌肉密度，認(rèn)為外周QCT檢測(cè)的肥胖指數(shù)可用于準(zhǔn)確評(píng)估青春期女性的全身脂肪百分比。此外，QCT也可用于直接評(píng)估肌肉的脂肪浸潤(rùn)程度(肌營(yíng)養(yǎng)不良)[25]。

4.3 MRI 單體素1H-MRS被認(rèn)為是定量評(píng)價(jià)異位脂肪的非侵入性金標(biāo)準(zhǔn)。水和脂肪信號(hào)通過(guò)頻譜的化學(xué)位移位置而被識(shí)別。1H-MRS已廣泛用于測(cè)量肝臟、骨骼肌和骨髓中的脂肪含量(proton density fat fraction, PDFF)，以此反映組織的代謝水平；但水脂肪峰值存在重疊，這為準(zhǔn)確評(píng)估骨髓不飽和度帶來(lái)了挑戰(zhàn)[26]。

水脂分離化學(xué)位移成像技術(shù)可用于高空間分辨率的脂肪定量測(cè)量，較單體素MRS更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橹竞康姆植伎赡艽嬖诳臻g異質(zhì)性，特別是在骨髓組織中。此外，該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)評(píng)估肌肉內(nèi)脂肪，從而克服T1WI的限制，同時(shí)也可對(duì)骨髓脂肪含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量[27]。定量水脂分離MR(fat-water MR imaging, FWMRI)測(cè)量可提供真實(shí)的三維體積圖像[28]。近年來(lái)，F(xiàn)WMRI在研究人和動(dòng)物脂肪空間分布、體積和組成的量化方面取得了重要進(jìn)展，并可用于鑒別脂肪組織中的棕色脂肪[29]。根據(jù)最近報(bào)道[30]，改進(jìn)后的Dixon化學(xué)位移序列具有良好的再現(xiàn)性和圖像質(zhì)量，但仍需進(jìn)一步研究建立定量MRI脂肪分?jǐn)?shù)與傳統(tǒng)臨床特征如BMI、年齡和代謝綜合征標(biāo)準(zhǔn)間的一致性，用于開(kāi)發(fā)可縱向監(jiān)測(cè)肥胖相關(guān)疾病的基于MRI的生物學(xué)標(biāo)志物。

綜上所述，通過(guò)探討肥胖對(duì)體質(zhì)成分的影響及相互作用機(jī)制，采用科學(xué)、定量的影像學(xué)方法檢測(cè)肥胖癥患者體質(zhì)成分，有助于在減重術(shù)前進(jìn)行全面評(píng)估，并及時(shí)反饋術(shù)后身體各成分的變化，為有效治療肥胖癥相關(guān)慢性疾病提供診療依據(jù)。