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背景与目的:根据国际糖尿病联盟(international diabetes federation,IDF)最新数据,糖尿病(diabetes mellitus,DM)已经发展成为全球性的慢性疾病,2015年全球DM患者达到4.15亿,其中中国患病人数达到1.09亿。由于肾脏是DM的重要靶点器官,40%的患者将发展为糖尿病肾病(diabetic kidney disease,DKD),DKD是糖尿病常见的并发症之一,是目前引起终末期肾病(end-stage renal disease,ESRD)的首要原因。既往的病理生理学研究发现,糖尿病病情演变过程中,肾脏功能受损主要集中于灌注及氧合水平、水分子弥散运动三个方面。糖尿病早期主要是肾脏皮质灌注受累,高血糖作用于肾脏微小血管,激活肾脏代偿机制,使得肾脏的血流供应和肾功能增强,直至代偿消失。同时肾脏氧合水平也呈现出先升高再降低的变化,这与血流灌注基本一直。当病情进展至皮、髓质结构增生甚至纤维化时,集合系统内水分子弥散运动也将受到限制,如不进行及时的治疗,最终进展为ESRD。因肾脏具有强大的代偿能力,糖尿病早期肾脏各项指标仍在正常范围内,导致患者就诊时多已进展至DKD晚期,错过了最佳治疗时间,因此需要我们尽量早期发现、早期诊断。目前临床使用的常规检查多有创或需要使用外源性对比剂,且不能够早期发现异常改变,并且既往对DKD研究多局限于灌注或氧合水平某一方面的改变,缺乏对肾脏功能进行整体、全面的分析。只有充分了解病情演变过程的前提下,才能够对DKD有新的认识,做到早期发现、早期诊断。因此迫切一种需要简单易行的方式,能够从灌注到氧合水平和水分子运动变化的角度,观察糖尿病状态下肾脏的变化过程,并对肾脏功能进行全面的评估。随着影像学技术的进步,出现了很多新的技术方法,如动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)、血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)、弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)技术,给我们解决上述临床遇到的困境,提供了可靠、无创的技术手段。本研究以这些技术为抓手,根据病情发展演变规律,对比、观察肾脏灌注、氧合水平、水分子弥散运动三个方面的改变,并对肾功能进行影像学评价,寻找他们之间的联系,探讨DKD发展的病理生理机制,为早期发现DKD提供理论支持。材料与方法:1、动脉自旋标记MRI评估糖尿病肾皮质灌注水平的研究纳入50名Ⅱ型糖尿病患者,根据美国肾脏病基金会K/DOQI专家组提出的慢性肾脏病分期建议及糖尿病肾病诊断标准,由我院高年资内分泌医师将50例Ⅱ型糖尿病患者分为三个亚组,分组依据:(1)DKD轻度组(11例):确诊的2型糖尿病患者,伴有大量白蛋白尿[随机晨尿微量白蛋白/肌酐比值(albumin creatinine ratio,ACR)>300]和(或)糖尿病视网膜病变伴慢性肾病,估算肾小球率过滤(estimate glomerular filtration rate,eGFR)≥60 ml/min·1.73m~2;(2)DKD中重度组(14例):确诊的2型糖尿病患者,伴有大量白蛋白尿(随机晨尿ACR>300)和(或)糖尿病视网膜病变伴慢性肾病,eGFR<60 ml/min·1.73m~2;(3)单纯糖尿病(simple diabetes,SD)组(25例):确诊的2型糖尿病患者,尿蛋白检查阴性(随机晨尿ACR<30),排除糖尿病视网膜病变及其他慢性肾病。另外招募25性别、年龄相匹配的健康自愿者作为对照。采用德国8通道体部相控阵线圈的Siemens Magnetom Trio 3.0 T超导MRI仪进行MRI扫描,行双肾常规MRI及ASL MRI扫描,使用Matlab R2013a与Image J软件对ASL图像进行后处理得到肾皮质血流值(cortex of renal blood flow,cRBF)。统计分析采用SPSS18.0软件,采用组内相关性(Interclass Correlation Coefficient,ICC)对2名医师测量的cRBF值进行一致性分析,采用单因素方差分析比较各组间cRBF值差异,并采用LSD法进行两两比较,最后利用Pearson相关分析cRBF值与eGFR的相关性。以P<0.01有统计学意义。2、BOLD、DTI MRI评估糖尿病肾脏氧合、水分子弥散水平的研究纳入25名单纯糖尿病患者(SD)、20名糖尿病肾病患者(DKD)和26名健康志愿者(NC),三组间性别、年龄、BMI相匹配。于磁共振检查当日早晨收集随机晨尿、静脉血进行生化检验,而后根据MDRD方程计算eGFR值。采用3.0T MR扫描仪行常规T1、T2排除器质性疾病,并采用m GRE序列的BOLD和平面回波(echo-planar imaging,EPI)序列的DTI扫描,获取的图像在Siemens工作站进行后处理,通过划取ROI的方式得到单个肾脏皮、髓质R2*值、FA、ADC值。采用SPSS18.0软件对三组受试者年龄、BMI行单因素方差分析,分析性别差异采用c2检验;分析左、右肾R2*、MCR、FA、ADC值差异采用配对样本t检验,显示无差异就取左、右肾平均值进行后续统计分析;采用单因素方差分析比较各组间R2*、MCR、FA、ADC值差异;采用Pearson相关性分析R2*、MCR、FA、ADC值与eGFR的关系。结果:1、DKD的皮质灌注水平:配对t检验显示四组组内左、右肾cRBF值均无统计学差异,以其平均值作为个体肾脏cRBF值;对两名医师测量的cRBF值进行一致性分析,各组ICC均>0.90,说明一致性高。单因素方差分析显示SD组、DKD轻度组、DKD中重度组、对照组间皮质cRBF值存在统计学差异(F=20.66,P<0.01),两两比较结果显示DKD中重度组cRBF值明显降低。Pearson相关性分析显示糖尿病患者肾皮质cRBF值与e GFR呈显著正相关(r=0.646,P<0.01)。2、DKD的氧合、水分子弥散水平:单因素方差分析显示三组间MCR、髓质FA值存在差异,DKD组MCR值较SD组明显下降(P=0.001),SD组MCR值较NC组明显增高(P=0.018),SD组髓质FA值显著高于NC组(P=0.005),DKD组髓质FA值显著低于SD组(P<0.01)和NC组(P=0.011);糖尿病患者MCR值与eGFR正相关性(r=0.545,P<0.01),糖尿病患者髓质FA值与eGFR值也呈正相关性(r=0.406,P=0.006)。结论:灌注方面发现DKD中重度组cRBF值显著低于其他组,并且cRBF值可反映肾小球滤过率水平,说明DKD会加重肾功能损伤,ASL能够准确、简便、安全的评估糖尿病患者肾皮质灌注功能。BOLD和DTI MRI中MCR值和FA值较敏感,早于其他参数发现肾脏变化,可以用来评估肾脏功能状态和早期发现肾脏代谢和水分子弥散运动的改变。