应用MRI研究创伤后骨筋膜室压力与骨骼肌纤维化修复的关系

田生杰，张世民，朱建华，陆耀刚，张 叶，刘 飞

骨骼肌损伤后修复分为再生修复与纤维化修复，两者为相互竞争的关系，由于骨骼肌特殊的解剖结构——骨骼肌处在由骨、骨间膜、肌间隔、深筋膜等组成的密闭解剖空间即骨筋膜室内，所以，当肢体受到创伤后，出血、水肿及渗出会导致骨筋膜室压力升高[1-2]。而骨筋膜室压力升高除了造成缺血—水肿—更缺血的恶性循环[3]，进一步加重骨骼肌的损伤以外，更会打破骨骼肌再生修复与纤维化修复之间的平衡，促使纤维化修复在骨骼肌修复过程中占据主导作用，影响骨骼肌功能的恢复[4]。MRI检查可以清楚显示骨骼肌内脂肪、水分等物质的分布以及形态学变化，从而评估骨骼肌纤维化修复的情况[5]。但是，体内的金属内固定物会对MRI检查造成极大的干扰。本研究对2016年2月～2017年6月已完整记录骨筋膜室压力的36例骨骼肌损伤病例[2, 6]在内固定物取出术后2个月进行MRI检查，评估骨骼肌纤维化修复的情况，对患肢功能进行评分，以指导临床诊疗，报道如下。

1 材料与方法

1.1 病例资料本组36例，男21例，女15例，年龄19～68岁。损伤部位：胫、腓骨骨折27例，尺、桡骨骨折9例。所有患者因创伤严重考虑骨筋膜室综合征可能，在上海健康医学院附属周浦医院使用有创测压装置对骨筋膜室压力持续测量并记录，其中12例被确诊为骨筋膜室综合征，急诊行骨筋膜室切开减压9例，另3例因存在手术禁忌证无法行急诊手术，待患肢手术条件成熟后再行骨折切开复位内固定术。术后连续随访至骨折骨性愈合。骨折愈合后1年左右，由患者主动要求，再次入院行取内固定术，并签署相关的知情同意书。

1.2 研究方法本组患者内固定取出术后6～8周时，采用1.5T高场超导型磁共振机，体部线圈，行患侧及健侧肢体横断面扫描。层厚4 mm，层距5 mm，矩阵512×512，平均采样次数2次。MRI扫描完成后，在医学影像存档与通信系统(PACS)上进行图像调阅和采集。使用PACS系统自带软件分别测量患侧及健侧肢体在前期测压骨筋膜室内肌肉的横截面积和T2WI信号强度，并计算患侧/健侧肌肉体积比(见图1A)和患侧/健侧肌肉T2WI信号比(见图1B)，从而评估骨骼肌修复的情况[7]。

1.3 疗效评价末次随访时，采用DASH评分系统对尺、桡骨骨折患者上肢功能进行评价；采用IOWA评分系统对胫、腓骨骨折患者下肢功能进行评价，从而评估患肢功能的恢复情况。

2 结果

2.1 一般结果36例患者均获得完整随访，初次受伤入院至末次随访时间为14～30个月；再次取出内固定物入院至末次随访时间为2～5个月。骨折均获得骨性愈合，胫、腓骨骨折愈合时间12～46周，尺、桡骨骨折愈合时间为10～25周。1例胫、腓骨骨折合并骨筋膜室综合征在行骨筋膜室切开减压+交锁髓内钉内固定术后出现胫骨骨折延迟愈合，于术后26周拔除髓内钉远端锁钉，使之动力化，并于术后46周骨性愈合。本组患者在骨折愈合后均顺利完成内固定物取出术，未发生内固定物残留、血管神经损伤、局部血肿形成以及感染等并发症。

图1 PACS系统测量 A.患侧及健侧肢体在前期测压骨筋膜室内肌肉的横截面积，计算患侧/健侧肌肉体积比，患侧胫骨髓腔内可见取除髓内钉后的高信号灶；B.患侧及健侧肢体在前期测压骨筋膜室内肌肉的T2WI信号强度，计算患侧/健侧肌肉T2WI信号比，患侧尺桡骨可见取除内固定材料后留下的骨孔

2.2 MRI检查结果患者内固定取出术后6～8周进行MRI检查。经过PACS系统自带软件测量并计算，所有病例的患侧/健侧肌肉体积比为0.59～0.99(0.81±0.09)，患侧/健侧肌肉T2WI信号比为1.05～3.17(1.71±0.52),见表1。其中，发生与未发生骨筋膜室综合征患者的患侧/健侧肌肉体积比和T2WI信号比相比差异均有统计学意义(P<0.05)。将患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比与骨筋膜室压力的最高值、ΔP(舒张压减去患肢的骨筋膜室压力)的最低值、骨筋膜室压力的累积值以及ΔP的累积值进行相关性分析，发现患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比与上述各项均相关，且与ΔP的累积值相关度最高，见表2，图2、3。

2.3 功能评价结果末次随访时，9例尺、桡骨骨折患者的DASH评分为2～16(8.67±4.06)分；27例胫、腓骨骨折患者的IOWA评分为75～97(87.96±6.52)分；其中优15例，良9例，可3例。将转换后DASH评分结果(100-DASH评分)与IOWA 评分结果共同进行统计分析，本组病例患肢功能评分为75～98(88.81±6.13)分，其中，12例发生骨筋膜室综合征病例的患肢功能评分为75～92(83.42±6.07)分；24例未发生骨筋膜室综合征病例的患肢功能评分为81～98(91.50±4.10)分，两者比较差异有统计学意义(P<0.001)。将患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比与患肢功能评分进行相关性分析，其Pearson积距相关系数分别为0.735和-0.799，见图4。

表1 MRI评估骨骼肌纤维化修复的结果

表2 MRI评估骨骼肌纤维化修复与骨筋膜室压力数据的相关性分析(Pearson积距相关系数)

图2 骨筋膜室压力及ΔP累积值的示意 A、B.骨筋膜室压力的累积值为患肢的骨筋膜室压力高于4.0 kPa后开始累加计算，直至骨筋膜室压力低于4.0 kPa或者行骨筋膜室切开减压手术；C、D.ΔP累积值为ΔP低于6.7 kPa后开始累加计算，直至ΔP高于6.7 kPa或者行骨筋膜室切开减压手术

图3 MRI评估骨骼肌纤维化修复与骨筋膜室压力数据的相关性分析 A～D.患侧/健侧肌肉体积比与骨筋膜室压力的最高值、ΔP的最低值、骨筋膜室压力的累积值以及ΔP的累积值的Pearson积距相关系数分别为-0.652、0.669、-0.762和-0.837；E～H.患侧/健侧肌肉T2WI信号比与骨筋膜室压力的最高值、ΔP的最低值、骨筋膜室压力的累积值以及ΔP的累积值的Pearson积距相关系数分别为0.661、-0.654、0.748和0.791

图4 患肢的纤维化瘢痕面积与末次随访时患肢功能评分的相关性分析 A．患侧/健侧肌肉体积比与患肢功能评分的Pearson积距相关系数为0.735; B．患侧/健侧T2WI信号比与患肢功能评分的Pearson积距相关系数为-0.799

3 讨论

3.1 骨骼肌损伤后的修复过程骨骼肌损伤后通过肌肉纤维再生和纤维瘢痕形成两种方式完成损伤修复，其修复过程可分为3个阶段，首先为炎症期，骨骼肌损伤后局部出血、变性及坏死可引起炎症反应，炎症细胞浸润，一方面吞噬坏死组织及细胞碎片，另一方面释放各种细胞因子，激活损伤附近的成纤维细胞和肌卫星细胞；其次为修复期，成纤维细胞激活后分泌大量Ⅰ、Ⅲ型胶原及功能蛋白，沉积在损伤处形成临时的细胞外基质(ECM)作为临时的支架，支持受损的肌纤维，而肌卫星细胞激活后广泛增殖，定向分化为肌肉前体，并沿ECM迁移至损伤处融合成为新的肌管；最后为重塑期，重新组织细胞外基质中的各种成分，重新建立毛细血管网，新形成的肌管与现有的肌纤维融合，形成新的肌肉组织，并形成新的神经肌肉连接，使损伤处肌肉的结构和功能得到恢复。由此可见，骨骼肌损伤后再生修复和纤维化修复的过程是紧密相关并相互竞争的。然而，在骨筋膜室压力持续增高所引起的骨骼肌缺血低氧的环境中，骨骼肌再生修复和纤维化修复之间的平衡向纤维化修复方向倾斜——成纤维细胞受到炎症细胞释放的促纤维化细胞因子(TGF-β1)诱导持续增殖和活化，大量合成含有纤维化间质成分如透明质酸、纤维连接蛋白，蛋白多糖和胶原间质的ECM。骨骼肌损伤后，若以纤维化修复为主，形成的纤维瘢痕组织一方面缺乏正常骨骼肌的弹性，容易再次损伤[8]，另一方面可产生机械屏障，限制肌纤维再生和神经轴突穿过损伤部位，支配再生的肌肉组织，从而形成恶性循环，进一步干扰骨骼肌的再生修复[9-10]。所以，目前临床上对于严重创伤的肢体，为了最大程度恢复其功能，必须积极控制骨筋膜室压力，为骨骼肌再生修复创造条件。

3.2 骨骼肌纤维化修复与骨筋膜室压力的关系目前，控制骨筋膜室压力的最有效的方法为骨筋膜室切开减压手术。然而，根据前期使用有创测压装置对本组患者患肢的骨筋膜室压力持续测量并记录的结果，我们发现骨筋膜室压力是一个动态变化的过程。肢体受伤后，由于出血、水肿，骨筋膜室内的压力迅速升高，而随着制动、冷敷及脱水等医疗措施的干预，骨筋膜室压力会趋于稳定甚至缓慢下降。如同采用气囊止血带在一段时间内阻断血流，骨筋膜室压力的一过性升高而造成骨骼肌短暂缺血缺氧并不一定有显著的影响，所以，当骨筋膜室压力升高时，何时进行骨筋膜室切开减压术一直是临床上争论的热点，毕竟切开减压术作为一种有创的治疗手段，会增加患者痛苦及住院时间[11]。因此，许多学者提出使用ΔP评估患肢血流灌注。研究证实，骨筋膜室内的血流灌注在ΔP<4.0 kPa时已基本阻断[3]，所以，我们将ΔP<4.0 kPa作为骨筋膜室切开减压手术的强烈指针，也是本组患者诊断骨筋膜室综合征的重要依据。本研究中我们发现，一旦严重创伤的肢体被诊断为骨筋膜室综合征(ΔP<4.0 kPa)，无论是否行切开减压手术，与未发生骨筋膜室综合征的患者相比，患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比差异均有统计学意义。发生骨筋膜室综合征患者的患肢功能评分低于未发生骨筋膜室综合征的患者。由此可见，骨筋膜室压力升高对于骨骼肌的纤维化修复和患肢功能恢复均具有重要影响。然而考虑到骨骼肌对于短时间缺血缺氧的耐受性以及长时间缺血低氧所引起的严重后果，仅使用骨筋膜室压力的最高值或者ΔP的最低值作为骨骼肌纤维化修复风险的指标具有一定的局限性，因此，我们将评估的体系涵盖骨筋膜室压力持续升高的时间、引入骨筋膜室压力的累积值以及ΔP的累积值，共同作为评估骨骼肌缺血缺氧以及纤维化修复的指标。统计学分析也证实了上述两项累积值与患肢纤维化修复的相关性，其中ΔP的累积值与患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比的Pearson积距相关系数分别为-0.837和0.791，在所有指标中相关度最高。

3.3 骨骼肌纤维化修复对患肢功能恢复的影响本研究中，我们依据目前国际上通用的DASH评分系统以及IOWA评分系统分别对前臂和小腿损伤的患者进行功能评分，将评分结果进行统计学分析，结果显示骨筋膜室综合征诊断成立(ΔP<4.0 kPa)是患肢功能评分明确的影响因素，患侧/健侧肌肉体积比以及T2WI信号比作为纤维化修复的指标，与患肢功能评分的Pearson积距相关系数分别为0.735和-0.799，相关性毋庸置疑，其一方面说明创伤后骨骼肌发生纤维化修复后对患肢的功能恢复有负面的影响；另一方面也指出促进骨骼肌再生性修复是恢复患肢功能的重要研究方向。

综上所述，通过持续测压记录、MRI检查、功能评分及统计学分析，我们发现骨骼肌的纤维化修复与骨筋膜室压力，尤其是ΔP的累积值密切相关；患肢功能评分又与上述两者均相关。因此，我们可通过创伤后短期内测量的骨筋膜室压力，对骨骼肌纤维化修复情况和远期患肢功能进行先期评估，为治疗方案的制定提供依据。