應用MRI研究創傷后骨筋膜室壓力與骨骼肌纖維化修復的關系

田生杰，張世民，朱建華，陸耀剛，張 葉，劉 飛

骨骼肌損傷后修復分為再生修復與纖維化修復，兩者為相互競爭的關系，由于骨骼肌特殊的解剖結構——骨骼肌處在由骨、骨間膜、肌間隔、深筋膜等組成的密閉解剖空間即骨筋膜室內，所以，當肢體受到創傷后，出血、水腫及滲出會導致骨筋膜室壓力升高[1-2]。而骨筋膜室壓力升高除了造成缺血—水腫—更缺血的惡性循環[3]，進一步加重骨骼肌的損傷以外，更會打破骨骼肌再生修復與纖維化修復之間的平衡，促使纖維化修復在骨骼肌修復過程中占據主導作用，影響骨骼肌功能的恢復[4]。MRI檢查可以清楚顯示骨骼肌內脂肪、水分等物質的分布以及形態學變化，從而評估骨骼肌纖維化修復的情況[5]。但是，體內的金屬內固定物會對MRI檢查造成極大的干擾。本研究對2016年2月～2017年6月已完整記錄骨筋膜室壓力的36例骨骼肌損傷病例[2, 6]在內固定物取出術后2個月進行MRI檢查，評估骨骼肌纖維化修復的情況，對患肢功能進行評分，以指導臨床診療，報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料本組36例，男21例，女15例，年齡19～68歲。損傷部位：脛、腓骨骨折27例，尺、橈骨骨折9例。所有患者因創傷嚴重考慮骨筋膜室綜合征可能，在上海健康醫學院附屬周浦醫院使用有創測壓裝置對骨筋膜室壓力持續測量并記錄，其中12例被確診為骨筋膜室綜合征，急診行骨筋膜室切開減壓9例，另3例因存在手術禁忌證無法行急診手術，待患肢手術條件成熟后再行骨折切開復位內固定術。術后連續隨訪至骨折骨性愈合。骨折愈合后1年左右，由患者主動要求，再次入院行取內固定術，并簽署相關的知情同意書。

1.2 研究方法本組患者內固定取出術后6～8周時，采用1.5T高場超導型磁共振機，體部線圈，行患側及健側肢體橫斷面掃描。層厚4 mm，層距5 mm，矩陣512×512，平均采樣次數2次。MRI掃描完成后，在醫學影像存檔與通信系統(PACS)上進行圖像調閱和采集。使用PACS系統自帶軟件分別測量患側及健側肢體在前期測壓骨筋膜室內肌肉的橫截面積和T2WI信號強度，并計算患側/健側肌肉體積比(見圖1A)和患側/健側肌肉T2WI信號比(見圖1B)，從而評估骨骼肌修復的情況[7]。

1.3 療效評價末次隨訪時，采用DASH評分系統對尺、橈骨骨折患者上肢功能進行評價；采用IOWA評分系統對脛、腓骨骨折患者下肢功能進行評價，從而評估患肢功能的恢復情況。

2 結果

2.1 一般結果36例患者均獲得完整隨訪，初次受傷入院至末次隨訪時間為14～30個月；再次取出內固定物入院至末次隨訪時間為2～5個月。骨折均獲得骨性愈合，脛、腓骨骨折愈合時間12～46周，尺、橈骨骨折愈合時間為10～25周。1例脛、腓骨骨折合并骨筋膜室綜合征在行骨筋膜室切開減壓+交鎖髓內釘內固定術后出現脛骨骨折延遲愈合，于術后26周拔除髓內釘遠端鎖釘，使之動力化，并于術后46周骨性愈合。本組患者在骨折愈合后均順利完成內固定物取出術，未發生內固定物殘留、血管神經損傷、局部血腫形成以及感染等并發癥。

圖1 PACS系統測量 A.患側及健側肢體在前期測壓骨筋膜室內肌肉的橫截面積，計算患側/健側肌肉體積比，患側脛骨髓腔內可見取除髓內釘后的高信號灶；B.患側及健側肢體在前期測壓骨筋膜室內肌肉的T2WI信號強度，計算患側/健側肌肉T2WI信號比，患側尺橈骨可見取除內固定材料后留下的骨孔

2.2 MRI檢查結果患者內固定取出術后6～8周進行MRI檢查。經過PACS系統自帶軟件測量并計算，所有病例的患側/健側肌肉體積比為0.59～0.99(0.81±0.09)，患側/健側肌肉T2WI信號比為1.05～3.17(1.71±0.52),見表1。其中，發生與未發生骨筋膜室綜合征患者的患側/健側肌肉體積比和T2WI信號比相比差異均有統計學意義(P<0.05)。將患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比與骨筋膜室壓力的最高值、ΔP(舒張壓減去患肢的骨筋膜室壓力)的最低值、骨筋膜室壓力的累積值以及ΔP的累積值進行相關性分析，發現患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比與上述各項均相關，且與ΔP的累積值相關度最高，見表2，圖2、3。

2.3 功能評價結果末次隨訪時，9例尺、橈骨骨折患者的DASH評分為2～16(8.67±4.06)分；27例脛、腓骨骨折患者的IOWA評分為75～97(87.96±6.52)分；其中優15例，良9例，可3例。將轉換后DASH評分結果(100-DASH評分)與IOWA 評分結果共同進行統計分析，本組病例患肢功能評分為75～98(88.81±6.13)分，其中，12例發生骨筋膜室綜合征病例的患肢功能評分為75～92(83.42±6.07)分；24例未發生骨筋膜室綜合征病例的患肢功能評分為81～98(91.50±4.10)分，兩者比較差異有統計學意義(P<0.001)。將患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比與患肢功能評分進行相關性分析，其Pearson積距相關系數分別為0.735和-0.799，見圖4。

表1 MRI評估骨骼肌纖維化修復的結果

表2 MRI評估骨骼肌纖維化修復與骨筋膜室壓力數據的相關性分析(Pearson積距相關系數)

圖2 骨筋膜室壓力及ΔP累積值的示意 A、B.骨筋膜室壓力的累積值為患肢的骨筋膜室壓力高于4.0 kPa后開始累加計算，直至骨筋膜室壓力低于4.0 kPa或者行骨筋膜室切開減壓手術；C、D.ΔP累積值為ΔP低于6.7 kPa后開始累加計算，直至ΔP高于6.7 kPa或者行骨筋膜室切開減壓手術

圖3 MRI評估骨骼肌纖維化修復與骨筋膜室壓力數據的相關性分析 A～D.患側/健側肌肉體積比與骨筋膜室壓力的最高值、ΔP的最低值、骨筋膜室壓力的累積值以及ΔP的累積值的Pearson積距相關系數分別為-0.652、0.669、-0.762和-0.837；E～H.患側/健側肌肉T2WI信號比與骨筋膜室壓力的最高值、ΔP的最低值、骨筋膜室壓力的累積值以及ΔP的累積值的Pearson積距相關系數分別為0.661、-0.654、0.748和0.791

圖4 患肢的纖維化瘢痕面積與末次隨訪時患肢功能評分的相關性分析 A．患側/健側肌肉體積比與患肢功能評分的Pearson積距相關系數為0.735; B．患側/健側T2WI信號比與患肢功能評分的Pearson積距相關系數為-0.799

3 討論

3.1 骨骼肌損傷后的修復過程骨骼肌損傷后通過肌肉纖維再生和纖維瘢痕形成兩種方式完成損傷修復，其修復過程可分為3個階段，首先為炎癥期，骨骼肌損傷后局部出血、變性及壞死可引起炎癥反應，炎癥細胞浸潤，一方面吞噬壞死組織及細胞碎片，另一方面釋放各種細胞因子，激活損傷附近的成纖維細胞和肌衛星細胞；其次為修復期，成纖維細胞激活后分泌大量Ⅰ、Ⅲ型膠原及功能蛋白，沉積在損傷處形成臨時的細胞外基質(ECM)作為臨時的支架，支持受損的肌纖維，而肌衛星細胞激活后廣泛增殖，定向分化為肌肉前體，并沿ECM遷移至損傷處融合成為新的肌管；最后為重塑期，重新組織細胞外基質中的各種成分，重新建立毛細血管網，新形成的肌管與現有的肌纖維融合，形成新的肌肉組織，并形成新的神經肌肉連接，使損傷處肌肉的結構和功能得到恢復。由此可見，骨骼肌損傷后再生修復和纖維化修復的過程是緊密相關并相互競爭的。然而，在骨筋膜室壓力持續增高所引起的骨骼肌缺血低氧的環境中，骨骼肌再生修復和纖維化修復之間的平衡向纖維化修復方向傾斜——成纖維細胞受到炎癥細胞釋放的促纖維化細胞因子(TGF-β1)誘導持續增殖和活化，大量合成含有纖維化間質成分如透明質酸、纖維連接蛋白，蛋白多糖和膠原間質的ECM。骨骼肌損傷后，若以纖維化修復為主，形成的纖維瘢痕組織一方面缺乏正常骨骼肌的彈性，容易再次損傷[8]，另一方面可產生機械屏障，限制肌纖維再生和神經軸突穿過損傷部位，支配再生的肌肉組織，從而形成惡性循環，進一步干擾骨骼肌的再生修復[9-10]。所以，目前臨床上對于嚴重創傷的肢體，為了最大程度恢復其功能，必須積極控制骨筋膜室壓力，為骨骼肌再生修復創造條件。

3.2 骨骼肌纖維化修復與骨筋膜室壓力的關系目前，控制骨筋膜室壓力的最有效的方法為骨筋膜室切開減壓手術。然而，根據前期使用有創測壓裝置對本組患者患肢的骨筋膜室壓力持續測量并記錄的結果，我們發現骨筋膜室壓力是一個動態變化的過程。肢體受傷后，由于出血、水腫，骨筋膜室內的壓力迅速升高，而隨著制動、冷敷及脫水等醫療措施的干預，骨筋膜室壓力會趨于穩定甚至緩慢下降。如同采用氣囊止血帶在一段時間內阻斷血流，骨筋膜室壓力的一過性升高而造成骨骼肌短暫缺血缺氧并不一定有顯著的影響，所以，當骨筋膜室壓力升高時，何時進行骨筋膜室切開減壓術一直是臨床上爭論的熱點，畢竟切開減壓術作為一種有創的治療手段，會增加患者痛苦及住院時間[11]。因此，許多學者提出使用ΔP評估患肢血流灌注。研究證實，骨筋膜室內的血流灌注在ΔP<4.0 kPa時已基本阻斷[3]，所以，我們將ΔP<4.0 kPa作為骨筋膜室切開減壓手術的強烈指針，也是本組患者診斷骨筋膜室綜合征的重要依據。本研究中我們發現，一旦嚴重創傷的肢體被診斷為骨筋膜室綜合征(ΔP<4.0 kPa)，無論是否行切開減壓手術，與未發生骨筋膜室綜合征的患者相比，患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比差異均有統計學意義。發生骨筋膜室綜合征患者的患肢功能評分低于未發生骨筋膜室綜合征的患者。由此可見，骨筋膜室壓力升高對于骨骼肌的纖維化修復和患肢功能恢復均具有重要影響。然而考慮到骨骼肌對于短時間缺血缺氧的耐受性以及長時間缺血低氧所引起的嚴重后果，僅使用骨筋膜室壓力的最高值或者ΔP的最低值作為骨骼肌纖維化修復風險的指標具有一定的局限性，因此，我們將評估的體系涵蓋骨筋膜室壓力持續升高的時間、引入骨筋膜室壓力的累積值以及ΔP的累積值，共同作為評估骨骼肌缺血缺氧以及纖維化修復的指標。統計學分析也證實了上述兩項累積值與患肢纖維化修復的相關性，其中ΔP的累積值與患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比的Pearson積距相關系數分別為-0.837和0.791，在所有指標中相關度最高。

3.3 骨骼肌纖維化修復對患肢功能恢復的影響本研究中，我們依據目前國際上通用的DASH評分系統以及IOWA評分系統分別對前臂和小腿損傷的患者進行功能評分，將評分結果進行統計學分析，結果顯示骨筋膜室綜合征診斷成立(ΔP<4.0 kPa)是患肢功能評分明確的影響因素，患側/健側肌肉體積比以及T2WI信號比作為纖維化修復的指標，與患肢功能評分的Pearson積距相關系數分別為0.735和-0.799，相關性毋庸置疑，其一方面說明創傷后骨骼肌發生纖維化修復后對患肢的功能恢復有負面的影響；另一方面也指出促進骨骼肌再生性修復是恢復患肢功能的重要研究方向。

綜上所述，通過持續測壓記錄、MRI檢查、功能評分及統計學分析，我們發現骨骼肌的纖維化修復與骨筋膜室壓力，尤其是ΔP的累積值密切相關；患肢功能評分又與上述兩者均相關。因此，我們可通過創傷后短期內測量的骨筋膜室壓力，對骨骼肌纖維化修復情況和遠期患肢功能進行先期評估，為治療方案的制定提供依據。