BOLD MRI評價糖尿病患者尿微量白蛋白及氧合水平的研究

鄭爽爽 高志遠 宋雙雙 何悅明 盧 潔,4*

(1. 首都醫科大學宣武醫院放射科，北京 100053； 2. 首都醫科大學附屬復興醫院放射科，北京 100038； 3. 首都醫科大學宣武醫院核醫學科，北京 100053； 4. 磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100053)

近年來我國糖尿病(diabetes mellitus，DM)患病率逐漸增加，且呈年輕化趨勢。流行病學研究[1]表明，我國約1.1億人患有糖尿病，是世界上糖尿病患病率上升最快的國家之一，且患病率可能會進一步上升。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病最常見的并發癥，也是糖尿病患者死亡的重要原因[2-3]。血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging，BOLD MRI)技術是目前唯一能夠活體內無創檢測腎臟血氧含量的影像技術[4-5]。隨著磁共振軟硬件的不斷升級，腎臟BOLD MRI在糖尿病中應用的研究逐步增多，但關于尿微量白蛋白濃度與腎臟氧合關系的報道較少。本研究通過BOLD MRI技術對2型糖尿病患者的腎臟進行掃描，測量不同尿微量白蛋白與尿肌酐比值(the ratio of urinary albumin and creatinine，ACR)和腎臟皮質、髓質的表觀自旋-自旋弛豫率(apparent relaxation rate,R2*)值，分析尿微量白蛋白不同階段的腎臟氧合變化情況。

1 對象與方法

1.1 研究對象

收集首都醫科大學宣武醫院2型糖尿病患者及健康對照者。入組研究對象共58例，其中男性32例(55.2%)，女性26例(44.8%)，平均年齡(60.64±8.9)歲。2型糖尿病組(DM組)44例，平均年齡(60.68±9.1)歲；健康對照組(NC組)14例，平均年齡(60.50±8.5)歲；糖尿病組和健康對照組年齡差異無統計學意義。糖尿病組又根據ACR分為ACR正常糖尿病組(DM1組)共22例，早期糖尿病腎病組(DM2組)共10例，臨床糖尿病腎病組(DM3組)共12例。

糖尿病診斷標準：符合1999年WHO糖尿病分型和診斷標準[6]；糖尿病腎病診斷標準[7]：早期糖尿病腎病：ACR為30～300 mg/g，臨床糖尿病腎病：ACR>300 mg/g。ACR正常糖尿病：糖尿病患者，ACR<30 mg/g。對照組：排除糖尿病，ACR<30 mg/g。

排除標準：1型DM患者；高血壓患者；伴有酮癥酸中毒的2型DM患者；有原發性腎臟疾病(腎臟腫瘤、慢性腎炎、單側腎等)的2型DM患者；存在泌尿系梗阻，合并泌尿系感染者；嚴重心功能不全者，有代謝性疾病史患者，患發熱性疾病及應激者等。所有受試者均知情同意，自愿參加。

1.2 檢查方法

磁共振掃描在美國通用電氣公司的Signa 1.5T磁共振掃描儀上進行，標準TORSOPA線圈采集信號，掃描參數：冠狀面T2WI，采用SE序列，TR：7 500 ms，TE：85 ms，FOV：36 cm×36 cm，NEX：4，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：320×192，層數：14～18；冠狀面T1WI，采用FSPGR序列，TR：150 ms，TE：4.2 ms，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：320×192，層數：14～18； T2*MAP掃描(BOLD MRI)：采用EPI序列，TR：100 ms，TE：3.1 ms，FOV：36 cm，NEX：1，層厚：5 mm，間隔：1.0 mm，矩陣：192×256，層數：5，每層16幅圖像；腎臟BOLD MRI掃描前需空腹10 h以上，掃描期間受試者屏氣，于呼氣末屏氣掃描。

1.3 圖像后處理

圖1 腎臟皮、髓質ROI的選取Fig.1 Selection of renal cortex and medulla ROIA: The green area in R2* image is the medulla ROI; B： The green area in T2* image is the cortical ROI; ROI: region of interest.

1.4 統計學方法

使用IBM SPSS Statistics 21.0軟件進行統計學分析；對DM組和NC組比較采用兩獨立樣本t檢驗分析，對DM各組患者與正常對照組的腎臟CR2*、MR2*值進行單因素方差分析或秩和檢驗分析(若方差齊則采用單因素方差分析，若方差不齊則采用秩和檢驗)，組間兩兩比較采用Bonferroni檢驗分析；采用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析MR2*、MCR的診斷效能，統計閾值概率設定為P<0.05，檢驗糖尿病組與正常對照組間以及各亞組間差異有無統計學意義。

2 結果

2.1 兩組受試者腎臟BOLD圖像

14例對照組受試者腎臟BOLD圖像腎臟皮質、髓質分界清晰(圖2)，腎臟T2*MAP上，腎臟結構清楚，皮質、髓質分界清晰。R2*圖像髓質呈高信號，皮質低信號，T2*圖像與之相反。R2*偽彩圖皮質呈藍色，髓質越近腎門區色彩就越接近紅色。44例糖尿病組患者BOLD圖像腎臟皮質、髓質分界欠清晰(圖3)。

圖2 對照組腎臟BOLD圖像Fig.2 BOLD images of kidneys in healthy volunteers The demarcation of the kidney cortex and medulla is clear. A and B are R2* and T2* images respectively, and C is a pseudo-color R2* image. BOLD: blood oxygenation level dependent.

圖3 糖尿病組患者腎臟BOLD圖像 Fig.3 BOLD image of kidney in diabetic patients The demarcation of the kidney cortex and medulla is slightly less clear.A and B are R2 * and T2 * images respectively, and C is a pseudo-color R2* image. BOLD: blood oxygenation level dependent.

2.2 DM組與NC組的MR2*、CR2*、MCR值比較

44例DM組和14例NC組的MR2*值均高于CR2*值(P值均<0.001)。DM組較NC組的MR2*值(P=0.001)和MCR(P=0.013)明顯升高，兩者差異有統計學意義,詳見表1。與正常對照組比較，DM1組的MR2*(P=0.015)、DM3組的MR2*(P=0.023)明顯升高，差異有統計學意義；CR2*差異無統計學意義。其他各組兩兩比較，各參考值差異均無統計學意義，詳見表2。

表1 DM組與NC組的MR2*、CR2*、MCR值比較Tab.1 Comparison of MR2*, CR2* and MCR values between DM group and NC group

表2 不同糖尿病組與NC組的MR2*、CR2*值比較Tab.2 Comparison of MR2* and CR2* values of different group

2.3 DM組的ROC曲線分析

44例DM組MR2*的ROC曲線下面積為0.791，最佳診斷閾值為15.99 ms-1，靈敏度與特異度分別為72.7%及78.6%；MCR的ROC曲線下面積為0.719，最佳診斷閾值為1.427，對應的靈敏度與特異度分別為70.5%及71.4%(圖4)。

圖4 關于MR2*、MCR值診斷糖尿病的ROC分析Fig.4 Analysis of receiver operating characteristics of MR2*, MCR values for diabetic diagnosisMR2*: medullary R2*; MCR: R2* ratio between medulla and cortex; ROC: receiver operating characteristic.

2.4 MR2*、CR2*、MCR值與臨床指標的相關性分析

糖尿病組和對照組的ACR、估算腎小球濾過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)、糖化血紅蛋白(glycated hemoglobin,HbA1c)、MR2*、CR2*和MCR值如表3所示。

表3 DM組與NC組的生化指標與MR2*、CR2*、MCR值Tab.3 The values of parameters and MR2*,CR2* and MCR between DM group and NC group

MR2*與ACR呈顯著正相關(r=0.409,P=0.006)，MCR也與ACR呈顯著正相關(r=0.322，P=0.033)。MR2*、MCR與eGFR、HbA1c均無顯著相關(r=-0.166、0.107；-0.103、0.021，P=0.212、0.424；0.443、0.876)；CR2*與ACR、eGFR、HbA1c均無顯著相關(r=0.230、-0.130、0.160，P=0.133、0.332、0.231)。

3 討論

3.1 腎臟髓質生理性缺氧表現

本研究中糖尿病組與正常對照組的MR2*值均高于CR2*值，提示髓質較皮質處于缺氧狀態，這與腎臟的微結構及功能有關。生理情況下，腎臟是人體高灌注器官，髓質氧分壓較低與其高代謝和供給血管的分布有關[10]。原尿濾過液中的葡萄糖在腎小管內被全部重吸收回血液，部位主要位于近端小管，而位于外髓質的近端小管中依賴Na+-K+-ATP酶的Na+-葡萄糖協同轉運體對葡萄糖進行重吸收，此過程耗氧較多，因而髓質氧分壓低[11]。直小管內氧的逆流擴散作用和髓袢升支粗段高頻率的離子主動轉運亦使髓質氧分壓降低[12]。

3.2 ACR不同階段DM患者腎髓質的氧合狀態

本研究顯示，DM1組較NC組MR2*值明顯增加，表明此階段糖尿病患者ACR雖處于正常范圍，但腎髓質已出現缺氧改變。這可能是因為糖尿病早期腎臟處于高濾過、高度重吸收、高耗氧的代謝狀態，腎髓質因離子重吸收增多，引起耗氧量增加，導致髓質功能性缺氧，這也是糖尿病腎病發生和發展的重要機制[11,13-15]。Wang等[16]觀察鏈霉素誘導的糖尿病鼠模型，發現早期DM組在出現微量白蛋白尿之前MR2*值已升高。由此可見，MR2*值不僅反映了腎髓質缺氧狀態，而且可監測糖尿病早期腎臟功能變化。DM2組較NC組MR2*值增加，但差異無統計學意義，這可能與入組糖尿病患者病程時間差異大，此階段腎臟基底膜增厚和系膜基質增加明顯，腎小球小動脈出現病變，部分腎小球功能已喪失，腎臟的高濾過、高代謝狀態有所緩解有關。DM3組較NC組MR2*值明顯增加，與部分研究[17-18]結果相似，但與Wang等[19]結論相反；DM3組較DM1組、DM2組患者MR2*值略有增加，提示大量白蛋白尿期腎臟氧合最低。臨床糖尿病腎病患者MR2*值升高的可能原因：(1)與血管活性物質失衡后氧化應激反應增多有關；有研究[20]證實血管活性物質激活可改變腎臟血氧含量，例如血管緊張素轉換酶抑制劑可使高血壓慢性腎病患者的腎臟氧合增加，可疑腎動脈狹窄患者經β-阻斷劑慢性治療后可改善腎髓質氧合[21]。(2)糖尿病腎病晚期腎臟血流重新分布、微血管病變引起腎臟血供減少，引起腎臟相對缺氧，或是部分腎單位功能缺失導致殘存腎單位在相對高濾過狀態下氧耗增加[22-23]。(3)DN后期腎小球硬化和間質纖維化改變了微循環并使氧的擴散受阻[24]。

3.3 ACR不同階段DM患者腎皮質的氧合狀態

本研究中DM各組間較NC組CR2*略有升高，提示各組間腎皮質氧合略有減低，差異較小。一方面是因腎皮、髓質的血流灌注異質性很大，幾乎流經腎臟的血液均灌注至腎皮質[10]，故皮質的氧供大于氧耗，皮質處于相對較高的氧合狀態。另一方面，在血紅蛋白氧解離曲線中，髓質氧分壓約20 mmHg(1 mmHg=0.13 kPa)，處于快速上升階段，而皮質氧分壓約50 mmHg，處于緩慢上升階段，因此，皮質氧分壓改變較大時，才能引起脫氧血紅蛋白濃度有明顯變化而被BOLD MRI顯示。此外，也可能與DN中晚期時皮質對缺氧損傷耐受性好有關[19]。

3.4 ACR與MR2*的相關性

本研究中ACR與MR2*呈正相關，提示尿微量白蛋白越多，MR2*越高，髓質缺氧越嚴重，既往ACR與MR2*相關性的研究未見明確報道；eGFR、HbA1c均與MR2*無顯著相關性，與部分文獻[25]結果一致，而有研究[17]報道MR2*值與eGFR呈正相關，認為eGFR增高，加重腎小管主動重吸收負擔，引起髓質耗氧增加。MR2*與臨床實驗室指標的相關性研究結果不完全一致，這可能與選取患者分期不同有關，另外影響R2*值的多因素也使血氧水平結果不確定[5]。

總之，本研究表明BOLD MRI不僅可以無創評估糖尿病患者ACR不同階段的腎臟氧合水平，而且能監測糖尿病患者早期腎臟髓質的功能性缺氧改變，為臨床早期診斷、治療及預后評估提供依據，具有重要臨床應用價值。