肥胖癥對體質成分的交互作用及影像學評價現狀

孫 鶴，孫玲玲*，潘詩農，李 琦，王 磊，王 勇

(1.中國醫科大學附屬第四醫院放射科，4.代謝外科，遼寧 沈陽 110032；2.中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽 110004；3.遼寧電力中心醫院醫學影像科，遼寧 沈陽 110006)

WHO將肥胖定義為與健康有明顯風險相關的身體內過量脂肪積累，是許多慢性疾病的重要危險因素。WHO確定的全球非傳染性疾病中包括肥胖癥[1]。肥胖不僅對人類健康造成不利影響，還帶來巨大經濟負擔[2]。因此，深入了解肥胖癥對人體成分的影響及作用機制至關重要。

1 脂肪、骨骼與肌肉的相互作用機制

目前肥胖已被廣泛認可的病理生理基礎是脂肪組織的早期炎癥改變。脂肪細胞肥大導致促炎及抗炎細胞因子分泌及表達失調，脂肪組織免疫和炎癥的平衡狀態被破壞，導致大量促炎因子產生[3]，如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)及白細胞介素6(interleukin-6, IL-6)，其一方面會促進脂肪分解、抑制脂質形成及降低血脂；另一方面，TNF-α和IL-6可通過內分泌途徑調節骨代謝，如TNF-α是成骨細胞某些分化階段的負向調節劑，同時正向調節破骨細胞的增殖和分化，IL-6通過復雜的機制影響成骨細胞和破骨細胞，具有雙重效應[4]。

脂肪組織不僅是能量存儲器官，更是一種內分泌器官，可以分泌多種脂肪因子，這些脂肪因子除調節食物攝入和能量代謝外，還涉及骨骼生物學調控。瘦素是最重要的脂肪細胞衍生物，一項體外研究[5]顯示，瘦素能直接作用于骨髓中表達瘦素受體的間充質干細胞，抑制骨形成，并誘導其分化成為脂肪細胞。脂聯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。通過抑制骨形成、促進骨髓脂肪細胞形成，脂聯素在調節骨骼動態平衡中表現為負面作用[6]。此外，肥胖還可影響骨骼肌。Black等[7]對大鼠的活體研究結果顯示，高脂飲食會引起骨骼肌前體mRNA選擇性剪接，改變基因表達，造成骨骼肌代謝變化。肌肉生長抑制素是轉化生長因子β超家族成員，不僅在肌肉平衡中起關鍵作用，還同時對脂肪及骨骼造成影響。肥胖患者中肌肉生長抑制素增高，并且在體質量減輕后降低。高水平肌肉生長抑素降低骨密度，相反，抵制肌肉生長抑素水平可提高骨密度[8]。此外，肥胖還會造成損傷肌肉再生的代謝紊亂，此過程依賴于成肌細胞增殖和分化過程中生肌調節因子(myogenic regulatory factors, MRFs)的激活。肥胖時，機體通過改變炎癥信號傳導和蛋白質合成反應來影響骨骼肌再生過程，特別在肌肉再生開始早期[9]。

由此可見，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，但其作用機制目前仍不完全清楚。

2 肥胖對骨骼肌肉的影響

肥胖對于骨骼的影響目前尚存爭議。一項5 287例肥胖者參與的試驗[10]顯示，體質量指數(body mass index, BMI)與骨礦物質密度(bone mineral density, BMD)呈正相關，特別是隨著BMI和臀圍增加，髖關節及腰椎的BMD也隨之增加。既往有學者[11]認為可以通過增加骨骼負荷防止肥胖患者的骨折風險，原因是骨骼細胞感知肥胖患者增加的機械負荷后通過增加BMD來適應其變化；但最近一項對于BMI與骨折風險關系的Meta分析[12]結果顯示，BMI增高可能是引起骨折的危險因素，且與性別無關。值得注意的是，兒童時期過多的脂肪堆積似乎同樣增加骨折風險，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[13]。因此，在關注成人肥胖的同時，更應提高對兒童時期肥胖的重視。

近年來，肥胖對肌肉組織的影響也引起了關注。研究[14]顯示，較高的BMI與較強的握力相關，但當腹部脂肪過多沉積時，腰圍每增加10 cm，男性握力會下降3.56 kg、女性握力下降1.00 kg。因此，脂肪異常分布可能對肌力下降更具有意義。研究[15]認為，肥胖且肌肉含量較低的老年人步行速度下降更快，發生行動障礙的可能性高于肌肉力量不佳或單純肥胖者，具有較高的摔倒風險，更易發生骨折。

3 減重術后體質成分的變化

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

對于減重手術與骨量丟失的相關性尚有爭議。胃旁路術后2年，5%～10%患者髖關節和脊柱出現骨質疏松，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個月最顯著[19]。減重術后發生的骨密度減低不完全由于體質量減輕引起的骨骼負荷減少所致，還可能與手術導致的胃腸道生理結構改變伴胃腸功能、腸道微生物變化等有關[20]。目前對于青少年減重術后的體質成分變化的研究較少，現有研究主要是評價減重手術對青少年身體發育的影響。青春期和成年早期是體質量增長的重要時期，減重手術造成的骨量減少可能對生長中的骨骼產生影響。

4 人體成分的測量及影像學評價方法

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作為肥胖的診斷標準。WHO和美國國立衛生研究院定義BMI>30 kg/m2即診斷為肥胖。但BMI僅參考身高這唯一因素對體質量的影響，不能反映脂肪在體內分布的真實情況。

隨著影像學技術的快速發展，雙能X線吸收測量法(dual energy X-ray absorptiometry, DXA)、定量CT(quantitative CT, QCT)及MRI等均可對骨骼、肌肉及脂肪含量、結構及分布等進行精準評價。

4.1 DXA DXA通過X線在兩個不同能量(高和低)水平上測量透射體。X線源產生兩種光子，分別為高能光子和低能光子，X線束在穿透組織過程中能量衰減，衰減程度受光子強度、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X線能量峰值的衰減差異對不同組織存在特異性。DXA檢測不同組織對光子能量的吸收差異，并將其轉化成機器能夠接收的脈沖信號，通過計算機軟件處理，得到不同組織成分的含量。

DXA具有快速、輻射劑量小、價格低廉等優點，臨床最常采用DXA骨密度測量技術對骨折風險進行評估并監測治療效果。DXA可提供個體骨骼健康的全面信息，標準DXA測量參數包括評估BMD和骨礦物質含量(bone mineral content, BMC)。2013年，國際臨床骨密度測量學會(International Society of Clinical Densitometry, ISCD)官方指南在身體成分臨床評估中肯定了DXA技術的臨床價值，同時建議在以下3種病理狀況下進行全身DXA檢查：①使用與脂肪萎縮風險相關的抗逆轉錄病毒藥物的人類免疫缺陷病毒陽性患者，DXA檢查用以評估脂肪分布；②肥胖患者接受減重手術(或具有預期的大量體質量減輕的醫療、飲食或減肥方案)，在體質量減輕超過約10%時評估脂肪和瘦體質量變化；③肌肉無力或身體功能差的患者，用以評估肥胖和瘦體質量[21]。雖然DXA測定的BMD是診斷和治療骨質疏松癥的金標準，然而，BMD僅影響60%～80%的骨強度，還有其他骨骼特征會影響骨強度和骨折風險。因此，2015年ISCD官方指南提出腰椎DXA圖像的灰度級結構指數(trabecular bone score, TBS)，即小梁骨評分，但該技術的實用效能尚待臨床驗證[22]。

4.2 QCT QCT是基于X線光子和身體組織間的相互作用，具有準確性好、可重復性高的特點。QCT評估骨質疏松癥時，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)作為參考標準。測量結果BMD>120 mg/cm3為正常，80～120 mg/cm3為骨量減少，<80 mg/cm3為骨質疏松。QCT的定量結果已被認為優于DXA[23]，特別在避免假陰性方面更具優勢，因為退行性脊柱疾病出現的骨質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定。Lee等[24]觀察458名女性的身體脂肪含量，測量受試者大腿和小腿皮下脂肪的百分比及肌肉密度，認為外周QCT檢測的肥胖指數可用于準確評估青春期女性的全身脂肪百分比。此外，QCT也可用于直接評估肌肉的脂肪浸潤程度(肌營養不良)[25]。

4.3 MRI 單體素1H-MRS被認為是定量評價異位脂肪的非侵入性金標準。水和脂肪信號通過頻譜的化學位移位置而被識別。1H-MRS已廣泛用于測量肝臟、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，這為準確評估骨髓不飽和度帶來了挑戰[26]。

水脂分離化學位移成像技術可用于高空間分辨率的脂肪定量測量，較單體素MRS更具優勢，因為脂肪含量的分布可能存在空間異質性，特別是在骨髓組織中。此外，該技術還能實現單獨評估肌肉內脂肪，從而克服T1WI的限制，同時也可對骨髓脂肪含量進行準確測量[27]。定量水脂分離MR(fat-water MR imaging, FWMRI)測量可提供真實的三維體積圖像[28]。近年來，FWMRI在研究人和動物脂肪空間分布、體積和組成的量化方面取得了重要進展，并可用于鑒別脂肪組織中的棕色脂肪[29]。根據最近報道[30]，改進后的Dixon化學位移序列具有良好的再現性和圖像質量，但仍需進一步研究建立定量MRI脂肪分數與傳統臨床特征如BMI、年齡和代謝綜合征標準間的一致性，用于開發可縱向監測肥胖相關疾病的基于MRI的生物學標志物。

綜上所述，通過探討肥胖對體質成分的影響及相互作用機制，采用科學、定量的影像學方法檢測肥胖癥患者體質成分，有助于在減重術前進行全面評估，并及時反饋術后身體各成分的變化，為有效治療肥胖癥相關慢性疾病提供診療依據。