超聲成像技術(shù)在膿毒癥相關(guān)的急性腎損傷中的研究進(jìn)展

李浩鵬,吳 剛,楊天賜,周 娟,吳登龍

(1.同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院泌尿外科,上海 200065; 2.同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院超聲診斷科,上海 200065; 3.同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,上海 200065)

1 S-AKI的發(fā)病機(jī)制

膿毒癥是危重癥患者AKI發(fā)生的最常見病因[3],但是關(guān)于其發(fā)病機(jī)制尚不明確。過去,經(jīng)典理論主要集中在膿毒癥所導(dǎo)致的全身性血流動(dòng)力學(xué)紊亂上,其強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵因素為腎血流量(renal blood flow,RBF)減少所致的全腎低灌注,與全身血管阻力降低有關(guān)[4]。近些年的研究發(fā)現(xiàn),即使保持足夠的RBF,微循環(huán)仍未得到改善[5-6]。目前認(rèn)為,S-AKI存在多種發(fā)病機(jī)制,普遍得到廣泛的認(rèn)可的有以下3種機(jī)制:全身炎癥反應(yīng)、微循環(huán)障礙和代謝重編程[1,4]。其中,微循環(huán)功能障礙被認(rèn)為是S-AKI導(dǎo)致器官功能障礙的關(guān)鍵機(jī)制[7]。

2 S-AKI的診斷

S-AKI需同時(shí)滿足膿毒癥和AKI兩個(gè)定義特征的臨床綜合征。2016年《第三版膿毒癥與感染性休克定義的國際共識(shí)》發(fā)布對膿毒癥的定義:膿毒癥即機(jī)體對于感染的失控反應(yīng)所導(dǎo)致可以威脅生命的器官功能障礙[8]。近年來,在既往AKI的診斷標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)一步完善了其診斷與分級標(biāo)準(zhǔn)。2012年的改善全球腎臟病預(yù)后組織(KDIGO)對AKI定義為以下任一情況:(1) 血肌酐(serum creatinine,SCr)48 h內(nèi)升高達(dá)≥(>26.5 μmol/L);(2) SCr在7 d內(nèi)升高達(dá)基礎(chǔ)值的≥1.5倍;(3) 尿量<0.5 mL/(kg·h),持續(xù)6 h,同時(shí)將AKI分為3期,見表1。

表1 AKI分期

3 超聲指標(biāo)在S-AKI患者中的應(yīng)用

隨著超聲技術(shù)的發(fā)展,床旁超聲的應(yīng)用越來越廣泛,尤其是對重癥患者及時(shí)地進(jìn)行床旁超聲檢查可以快速監(jiān)測病情變化。床旁超聲在評估S-AKI患者方面也顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢。與其他影像學(xué)檢查相比,超聲檢查對腎臟疾病的監(jiān)測具有重要意義。計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)在檢測腫瘤、結(jié)石和鈣化方面的靈敏度高于超聲,磁共振成像(MRI)在評估血管方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。然而,在評估AKI方面,超聲檢查要優(yōu)于CT和MRI,并可能與腎組織病理學(xué)變化相關(guān)[9]。研究表明,對S-AKI患者進(jìn)行腎動(dòng)脈阻力指數(shù)監(jiān)測、增強(qiáng)超聲造影檢查和能量多普勒超聲等檢查,在評估AKI的嚴(yán)重程度和預(yù)后以及指導(dǎo)臨床治療等方面具有重要的價(jià)值[10]。

3.1 腎動(dòng)脈阻力指數(shù)

腎動(dòng)脈阻力指數(shù)(renal resistive index,RRI)是通過超聲測量腎內(nèi)弓狀動(dòng)脈或葉間動(dòng)脈(圖1)收縮期最高流速(peak systolic velocity,PSV)及舒張末期最低流速(end diastolic velocity,EDV),通過計(jì)算公式RRI=PSV-EDV/PSV得到的數(shù)值[11]。腎血流分級見圖1。RRI值其可以反映腎血管血流阻力,正常RRI值測量見圖2。S-AKI的RRI≥0.679[12]。當(dāng)全身有效循環(huán)血容量不足時(shí),由于腎臟對縮血管物質(zhì)更敏感,腎血管收縮較外周血管更加明顯。因此,RRI的變化可較早反映外周及腎臟微循環(huán)情況,RRI的升高常提示腎臟血流灌注不足。AKI患者異常升高的RRI值見圖3。多項(xiàng)研究表明,在S-AKI的患者當(dāng)中,RRI值有一定的預(yù)示作用。一項(xiàng)單中心回顧性研究對111例AKI患者的腎臟超聲特征進(jìn)行了評估,研究發(fā)現(xiàn)S-AKI患者的RRI明顯升高[13]。另一項(xiàng)研究中,研究人員連續(xù)7 d測量了入住ICU AKI組和非AKI組患者的RRI值,發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移,兩組的RRI均呈輕微上升趨勢;AKI組的RRI明顯高于非AKI組,而7 d內(nèi)不同時(shí)間測得的RRI差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[14]。猜測S-AKI患者RRI升高可能不具有時(shí)間依賴性。RRI值不僅對S-AKI患者的診斷具有價(jià)值,多項(xiàng)研究顯示,其對AKI的分層預(yù)測也有一定的意義。在一項(xiàng)83例患者的前瞻性研究中,彩色多普勒超聲用于評估RRI并預(yù)測入院后6 h內(nèi)AKI的發(fā)生;結(jié)果表明在心力衰竭和膿毒癥亞組AKI3級和AKI0-2級中的RRI值有著明顯差異,表明RRI值可以預(yù)測重度AKI[15]。急性胰腺炎入院時(shí)高RRI是重度AKI發(fā)生的重要預(yù)測指標(biāo)[16],對重度AKI的發(fā)生有著較好的預(yù)測價(jià)值。RRI的聯(lián)合應(yīng)用的價(jià)值可能優(yōu)于RRI獨(dú)立預(yù)測的價(jià)值。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示,RRI聯(lián)合超聲心動(dòng)圖可以更早地預(yù)測膿毒癥患者AKI的發(fā)生;在非常早期(3 h),RRI與超聲心動(dòng)圖參數(shù)相結(jié)合,接受者操作特性曲線下的面積(AUC)為0.948,顯示出對S-AKI的良好預(yù)測價(jià)值,預(yù)測價(jià)值遠(yuǎn)高于肌酐(Scr)、尿素(BUN)[17]。同樣的,有研究人員[18]發(fā)現(xiàn),RRI和中心靜脈壓(CVP)的聯(lián)合應(yīng)用在預(yù)測膿毒性休克誘發(fā)AKI方面AUC值大于單獨(dú)使用RRI或CVP的AUC值,但是預(yù)測價(jià)值不高。但是也有研究表示,RRI的作用尚存爭議。一項(xiàng)多中心隊(duì)列研究中[19],118例膿毒癥患者在入組時(shí)無AKI。作者比較了3 d后發(fā)生AKI和未發(fā)生AKI患者的RRI值,未發(fā)現(xiàn)明顯差異,原因可能是RRI與腎阻力的相關(guān)性受到多種因素的影響[20-21]。另外一些腎內(nèi)或全身血流動(dòng)力學(xué)因素會(huì)影響RRI與腎臟阻力的相關(guān)性,其中最重要的是血管順應(yīng)性;RRI與腎血管阻力之間的關(guān)系僅在順應(yīng)性正常時(shí)呈線性關(guān)系,并隨著血管順應(yīng)性的降低而逐漸降低[20,22-23],另外動(dòng)脈硬化也會(huì)影響RRI,隨著動(dòng)脈硬化程度的增加,RRI與腎血管阻力的關(guān)系減弱[22]。同時(shí)RRI也受幾個(gè)變量的影響,包括脈壓、心率、動(dòng)脈硬化、潛在的慢性腎臟疾病、主動(dòng)脈瓣狹窄等瓣膜疾病以及限制其在床旁應(yīng)用的藥物等[24]。RRI值可通過床旁超聲測量,無創(chuàng)、簡便等特點(diǎn)使得在臨床得以廣泛應(yīng)用。越來越多的研究表明RRI在S-AKI的診斷價(jià)值方面要優(yōu)于肌酐、尿量等傳統(tǒng)標(biāo)志物,并且對患者的預(yù)后起到一定的預(yù)測作用,RRI值在腎臟可視化方的價(jià)值正在逐漸被研究者發(fā)掘和認(rèn)可。

圖1 腎血流分級

圖2 正常RRI值測量

圖3 AKI患者異常升高的RRI值

3.2 增強(qiáng)超聲造影

增強(qiáng)超聲造影(contrast enhanced ultrasound,CEUS)是基于向體內(nèi)靜脈注射或滴入微泡制劑的一種動(dòng)態(tài)成像技術(shù),以微泡為指示劑,觀察同一位置在不同時(shí)刻微氣泡濃度(強(qiáng)度)的變化,即可以得到以時(shí)間為橫軸、濃度(強(qiáng)度)為縱軸,微氣泡的時(shí)間-濃度(強(qiáng)度)曲線,然后根據(jù)注射方式的不同用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合,可以得到反映組織器官血流灌注的參數(shù),使病灶血流分布及灌注情況清晰顯示[25],以提高病變的檢出率并對病變的良惡性進(jìn)行鑒別,腎臟增強(qiáng)超聲造影見圖4。普通超聲在評估血液微循環(huán)和腎臟灌注方面具有一定的局限性,在這些情況下,超聲造影劑可以提高常規(guī)超聲的診斷能力,同時(shí)可以減少腹腔氣體和液體的干擾[26]。在CEUS期間,使用靜脈造影劑會(huì)增加血液回聲,并在使用超聲檢查時(shí)增強(qiáng)微循環(huán)腎灌注的可視化。另外最大的特點(diǎn)在于它的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示,可觀察到病灶的整個(gè)血流灌注過程。由于CEUS對于病變增強(qiáng)信號的高靈敏度和高分辨率,可在其他方式無法確診的情況下檢測病變增強(qiáng)信號,因此可作為補(bǔ)充檢查方式,檢測未經(jīng)CT或MRI確診的病變[27]。造影過程中通過軟件顯示的時(shí)間-強(qiáng)度曲線[28]提供了豐富的定量信息:曲線上升斜率(wash-in slope,WIS)、達(dá)峰時(shí)間(time to peak,TTP)、峰值強(qiáng)度(peak intensi-ty,PI)、曲線下面積(area under curve,AUC)。時(shí)間-強(qiáng)度曲線見圖5。TTP是指從推藥到造影劑灌注達(dá)到峰值的時(shí)間,與組織灌注速度有關(guān);PI是曲線尖端強(qiáng)度最大值,反映病灶內(nèi)平均血容量;WIS與組織灌注的快慢程度有關(guān);AUC與感興趣病灶內(nèi)的平均血容量成正比;平均通過時(shí)間(mean transition time,MTT)是從造影劑剛到達(dá)時(shí)的強(qiáng)度下降到一半所用的時(shí)間。臨床醫(yī)生根據(jù)定量參數(shù)可以評估腎臟的血供情況及監(jiān)測治療效果[29]。Harrois等[30]的一項(xiàng)研究表明,與未發(fā)生AKI的患者相比,發(fā)生嚴(yán)重AKI(KDIGO 2期或3期)的膿毒癥患者的腎皮質(zhì)微循環(huán)灌注顯著減少。這項(xiàng)研究確定了膿毒癥患者腎皮質(zhì)灌注受損與嚴(yán)重AKI發(fā)展之間的關(guān)聯(lián),即CEUS測量的造影劑平均通過時(shí)間越長,患嚴(yán)重AKI的風(fēng)險(xiǎn)更大。這一結(jié)論突出了腎微血管改變在膿毒癥引起的AKI中的核心作用。同樣的,Watchorn等[31]的一項(xiàng)最新的單中心研究中,使用CEUS對50例膿毒癥患者和10例健康志愿者進(jìn)行腎皮質(zhì)灌注評估,嚴(yán)重AKI患者的CEUS平均通過時(shí)間明顯延長,峰值強(qiáng)度(PI)降低,但全身和局部血流動(dòng)力學(xué)的指標(biāo)沒有明顯差異,提示AKI的嚴(yán)重程度與腎皮質(zhì)低灌注的程度有關(guān),并且這種低灌注似乎與局部或全身血流的改變無關(guān)。PI等指標(biāo)雖然有較好的診斷價(jià)值,但特異性較低,為了探索一種能夠準(zhǔn)確診斷S-AKI發(fā)生的方法,有研究學(xué)者將獨(dú)立診斷精度高的指標(biāo)相結(jié)合,發(fā)現(xiàn)Scr、WIS和PI聯(lián)合診斷S-AKI的準(zhǔn)確率最高(AUC=0.943),在單獨(dú)診斷膿毒性AKI時(shí)顯著高于各指標(biāo)的AUC。其靈敏度和特異度分別為94.59%和81.13%。建議Scr、WIS和PI聯(lián)合診斷S-AKI可以達(dá)到更高的準(zhǔn)確性[32]。在某些情況下,病變組織和正常組織的灌注差別極其細(xì)微,僅通過肉眼觀察二維圖像難以對病變組織進(jìn)行性質(zhì)判斷。通過對造影圖像進(jìn)行時(shí)間強(qiáng)度曲線分析,獲得血流灌注的量化信息,能夠?qū)?xì)微的差別進(jìn)行辨別,把握整體灌注趨勢、并獲得灌注的分析參數(shù)量化灌注過程,可以更快地發(fā)現(xiàn)細(xì)微的病灶?？傊?CEUS在S-AKI中的作用正在得到廣泛的關(guān)注,在探索S-AKI的機(jī)制中起到越來越重要的作用。

圖4 腎臟增強(qiáng)超聲造影前后比較

圖5 時(shí)間-強(qiáng)度曲線

3.3 能量多普勒超聲

圖6 PDU評分

3.4 心肺超聲

在S-AKI患者中,由于S-AKI患者血流動(dòng)力學(xué)的改變影響了全身循環(huán)系統(tǒng),引起水鈉潴留,容量過負(fù)荷,嚴(yán)重影響心肺功能。在一項(xiàng)64例的回顧性研究中[39],將入住ICU膿毒癥并發(fā)AKI的患者根據(jù)預(yù)后情況,分為28 d病死組以及28 d存活組,與28 d存活組比較,28 d病死組的雙肺超聲評分、下腔靜脈內(nèi)徑(IVC)、肺動(dòng)脈收縮壓(PASP)都顯著升高;下腔靜脈吸氣塌陷率、射血分?jǐn)?shù)(EF)、每分鐘輸出量(CO)都明顯降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。提示病死組心功能減低、容量負(fù)荷過高、血管外肺水增多。心肺是體內(nèi)循環(huán)的重要器官,兩者相互聯(lián)系,相互影響,在S-AKI患者中,二者的功能進(jìn)一步下降,說明了S-AKI引起的血流動(dòng)力學(xué)改變對全身循環(huán)系統(tǒng)的影響。

4 結(jié) 語

S-AKI是重癥監(jiān)護(hù)室常見的疾病,疾病進(jìn)展迅速,致死率高,臨床醫(yī)生需根據(jù)病情盡早對患者實(shí)施集束化治療,所以對AKI的早期診斷顯得尤為重要。一般來說,AKI的診斷是基于血清肌酐濃度的變化,但這些變化很難反映腎功能的急性惡化,并且血清肌酐水平缺乏靈敏度和特異度,導(dǎo)致延遲診斷和漏診率較高[40]。目前正在尋找有可能早期診斷和評估預(yù)后的新的尿液和血清生物學(xué)標(biāo)志物[10]。近些年來,雖然也發(fā)現(xiàn)了很多生物標(biāo)志物,包括反映腎小球功能受損的標(biāo)志物、腎小管組織損傷及功能受損的標(biāo)志物以及腎小管炎癥的標(biāo)志物等等;但是在臨床應(yīng)用上還很有局限性,沒有廣泛地用于臨床決策。超聲成像技術(shù)可以直觀地體現(xiàn)出有關(guān)腎臟解剖結(jié)構(gòu)、梗阻、炎癥和水腫的程度[41],對臨床有很好的指導(dǎo)作用,可以更早地發(fā)現(xiàn)腎臟結(jié)構(gòu)的變化,在S-AKI的診斷和治療方面起到了越來越重要的作用,為降低S-AKI的死亡率提供了重要的助力。然而,超聲成像技術(shù)受腎內(nèi)及全身血流動(dòng)力學(xué)、年齡、體重指數(shù)、血管活性藥物等眾多因素影響,不同病因或不同血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)下發(fā)生S-AKI的病理生理機(jī)制并不一致,可能會(huì)影響RRI、CEUS、PDU對S-AKI的評估價(jià)值。所以在臨床工作中,應(yīng)用超聲成像技術(shù)對S-AKI進(jìn)行評估,需結(jié)合患者的年齡、體重指數(shù)、導(dǎo)致S-AKI的病因以及全身血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)等進(jìn)行個(gè)體化解讀。