骨筋膜室综合征的病理生理机制及诊断研究进展

杜建航，康展荣，黄利彪，冯建军，周 飞，李 承，冯 旭，黄建明

(复旦大学附属浦东医院骨科，上海 201399)

急性骨筋膜室综合征(acute compartment syndrome,ACS)是指由于骨筋膜室内压力过大导致室内血流灌注减少而引起的外科急症[1]。血液中氧含量下降以及代谢废物积累会引起神经刺激和严重疼痛[2]。ACS最常见于小腿[3]，但也可发生在身体的其他骨筋膜室内，包括上肢[4]、大腿[5]和臀部[6]。其最常见的原因是骨折，其中胫骨骨折的相关风险最高[7-8]。但ACS并不总是与创伤相关，某些情况下患者无受伤史。ACS最常见于35岁以下的患者，这与其筋膜结构更强，肌肉体积增加以及高能量损伤的发生率更高有关[8-9]。年龄较大的患者可能会出现筋膜室内肌肉量减少以及高血压，导致灌注压力增加[10]。如果没有及时的诊断和治疗,ACS会引起神经损伤和永久性肌肉坏死，对肢体功能产生长期的负面影响[8,11]。目前ACS的诊断主要取决于临床表现，将来对ACS诊断的改进目标集中在提高其准确性、速度和操作简便性上。虽然压力监测提供了一种更为客观的诊断方式，但是它取决于测量技术的发展，并且不能很好地反映肢体缺血变化的阈值。因此更准确地预测及测量筋膜室内压力可能有助于ACS的诊断和治疗。

1 病理生理机制

ACS原因是由直接创伤或组织缺血再灌注引起的组织损伤。关于ACS的病理生理过程，普遍接受动静脉压力梯度理论。损伤引起动脉扩张，以及小静脉塌陷和血管通透性增加，导致血液外渗和组织间液压力增加。随着间液压力增加，组织的灌注压降低。一旦降低到某一水平，会导致组织低氧[12]。筋膜室内低氧，氧化物压力增加和低血糖引起三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)酶通道关闭，进而导致组织水肿[2]。ACS早期的微循环功能障碍导致毛细血管灌注减少，细胞损伤增加，并且与严重的急性炎症反应有关[13]。细胞膜功能丧失引起氯离子内流，导致细胞水肿进而坏死。组织水肿加重组织低氧，形成一个正反馈。随着压力逐步升高，微循环功能发生障碍，导致组织低氧，最终发生肌坏死。并且有研究报道ACS也会引起系统性变化，比如肝肾功能的变化[14]。当筋膜室内压力增高引起组织灌注压降低，不能充分满足组织的代谢需求时，可能会发生骨筋膜室综合征。该理论并不强调零灌注的概念，因此更加合理，是一个更好的ACS模型。

骨筋膜室综合征的另一个原因是再灌注损伤，组织缺血一段时间后血流再灌注时会产生氧自由基，脂质过氧化和钙内流，导致线粒体氧化磷酸化障碍，最后细胞膜破坏。随之释放的高钾和氢离子可能会导致肾功能衰竭、心律失常，严重情况下会发生多器官损伤导致死亡。

组织缺血时氧和营养的减少会使血流再灌注时引起炎症和氧化损伤，而不是正常功能的完全恢复[13]。再灌注损伤不仅仅发生在ACS期间，还会在外科手术后恢复正常血流时进一步加强。再灌注可能通过清除能量形成所需的前体物质，从而造成损伤，过程中产生的氧自由基和钙内流会引起线粒体氧化磷酸化障碍[13]。中性粒细胞受体和内皮白细胞黏附分子的上调导致肌肉内白细胞增加，延长再灌注损伤。

Lawendy等[14]提出了ACS的两次炎症打击模型。ACS初期引起TNF-α明显升高，在筋膜切开后出现TNF-α的第二次高峰。最近的一系列研究表明局部和系统性的炎症反应在ACS的病理生理过程和随之的组织损伤中起着重要作用[13-18]。在一系列[13-17]动物研究中用活体内视频显微镜检查测量筋膜室压力，分析骨骼肌微循环的炎症反应和细胞活性之间的关系。其中一项研究[15]比较正常小鼠和用环磷酰胺处理白细胞减少的小鼠骨筋膜室综合征的组织损伤水平。与正常小鼠相比，中性粒细胞减少组小鼠的肌肉细胞损伤减少超过50%,而且在筋膜室内压力升高持续90min后，与中性粒细胞减少组相比，对照组有更严重的组织损伤。另一个用类似实验模型的研究通过检测局部和全身炎症因子激活的情况，表明患有ACS的动物除了局部损伤还有全身性炎症[14]。这些研究也表明减轻炎症反应可能有助于治疗ACS。Manjoo等[16]研究吲哚美辛对于小鼠骨筋膜室内压力升高持续45～90min引起组织损伤的作用，发现用吲哚美辛处理过的小鼠组织损伤降至基线水平，当延迟使用吲哚美辛时，组织损伤降低的程度很小。另一研究采用相同模型使用抗炎症分子CORM-3(CO-releasing molecule 3)治疗，结果表明持续灌注毛细血管的数量明显增加，组织损伤程度减轻，白细胞黏附降低，以及ACS相关的TNF-α水平降低[17]。

这一系列研究表明ACS伴随明显的炎症反应，并且可以影响其他器官，表明ACS引起的组织损伤可以通过减轻炎症得到缓解。然而仍需要大量的动物实验进一步研究炎症调节的作用，然后进行临床试验。

2 诊断策略

2.1临床诊断 骨筋膜室综合征诊断通常是以临床症状和体征为基础。鉴于导致骨筋膜室综合征的损伤有多种类型，对其诊断必须抱有高度怀疑和持续警惕的态度。经典的临床症状是5P，即疼痛、苍白、感觉异常、麻痹、无博动。第六种症状，被动牵张痛，现在也被纳入诊断表现中。传统教学强调“不成比例的疼痛”是一种主要症状，综合患者损伤原因有助于其诊断[2]。在意识清醒的患者中，不成比例的疼痛和被动牵张痛被认为是骨筋膜室综合征最初和最敏感的症状。然而疼痛具有主观性，使其诊断比较困难。在晚期由于神经缺血引起的感觉异常，疼痛可以减轻并且一些罕见病例甚至不出现疼痛的症状[18]。在这种情况下，更彻底地评估症状、体征和实施临床检查对于指导决策至关重要。ACS的其余4个“P”(苍白、无搏动、麻痹和感觉异常)大多是在长时间的局部缺血和随后的重大神经血管损伤后出现的晚期症状[1]。此外，它们缺乏特异性和敏感性，并且其出现常与其他病理学相关[3]，尤其是动脉疾病引起的慢性肢体缺血[2]。因为症状和体征通常在最初表现出来后的一段时间内会发生变化[2]，应该先观察一段时间再确定诊断。因此应该进一步研究客观指标，在所有临床症状和体征出现以前实施经验性切开减压术，否则如果患者到达疾病晚期，不可逆损伤可能已经发生。

2.2骨筋膜室压力监测 压力监测通过客观地评估每个筋膜室内的压力成为一种辅助诊断ACS的方法，但是在常规使用过程中仍存在争议[19-20]。与临床检查相比，压力测量值对于诊断ACS的敏感性和特异性均明显更高。然而无论是单次测量还是连续测量[21-22]，笔者在评估ACS受伤患者时并不常规使用压力监测，主要是担心压力监测可能导致过度治疗，并且观测者之间的测量差异也很明显[23]。

临床医师进行手术干预时的压力阈值目前尚未解决，在评估筋膜室压力时最常用的指标仍然是压力差(ΔP)，即舒张压减筋膜室压力，ΔP≤30mmHg时定义为ACS[1-2]。Garner等[21]回顾了一系列研究表明，许多患者ΔP≤30mmHg，但是没有临床症状，因此严格使用该临界值会增加许多不必要的手术。

最近的研究表明筋膜室压力随时间变化的趋势比单一压力值更具价值，单一测量值与显著的假阳性率(35%)有关[22]。此外，McQueen等[24]发现连续监测筋膜室内压力的敏感性和特异性很高，阳性和阴性预测值分别为93%和99%。连续监测的好处在于减少了单次读数可能错误的影响，并且可以识别出筋膜室内压的变化趋势，有助于临床体征出现之前的诊断。尽管如此，仍然需要更多的研究以证实连续压力监测的潜在优势以及准确的压力阈值。

未来对于骨筋膜室综合征诊断的改进目标主要集中于提高其准确性、速度和操作简便性。最近进行的一些试验从局部缺血的角度来研究骨筋膜室综合征诊断和治疗的替代方法。因此在诊断ACS时，重点已逐渐转移到测量血流动力学的变化。

2.3非侵入性诊断 近红外光谱(near-infrared spectroscopy，NIRS)测量血流的原理是基于身体对创伤的反应会增加流向受伤部位的血流。NIRS是一种用于评估氧化性肌肉血红蛋白和肌红蛋白水平的非侵入性方法。当血流量减少时，可以看到局部血氧饱和度和肌肉血氧张力降低。Reisman等[25]提出NIRS可以作为评估ACS血流的非侵入性技术，该技术类似于测量皮下组织中的氧饱和度。在猪ACS模型中，组织氧饱和度与模拟的胫骨筋膜室内压增高和室内灌注压降低直接相关，而NIRS提供了一种可靠、敏感的组织氧合测量方法[26]。在ACS患者中，Shuler等[27]发现至少有一个筋膜室的NIRS值比未受伤的骨筋膜室低3%以上。他们提倡同时监测对侧肢体的同一筋膜室，以提供对照。这是因为NIRS值在个体之间差异很大，并且确实会随时间而变化，然而未受伤的同一筋膜室之间的差异也较小。与压力监测一样，NIRS连续评估组织氧饱和度在理论上是记录组织低氧发生或进展的理想方法，提醒临床医师及时采取干预措施。但是Schmidt等[28]的研究发现不仅在受伤的肢体中，甚至在对照组肢体中，获取连续NIRS数据的可靠性均很差，这引发了有关持续监测NIRS在ACS中的诊断价值的疑问。尽管NIRS会以非侵入性和连续的方式客观地测量组织灌注，但是还需要进行其他研究以验证持续监测NIRS在临床ACS诊断中的作用。NIRS的其他局限性包括有限的组织渗透深度以及皮肤颜色，皮下淤青和血肿对NIRS读数的不利影响。

近年来超声在ACS诊断中得到广泛的关注，一系列试验表明超声具有很好的前景。Marmor等[29]在筋膜室内压升高的尸体模型中测量前筋膜室的宽度(CW)和压平隆起的浅表筋膜所需的压力(CFFP)，结果发现在单个尸体ACS模型中，CW和CFFP均显示与筋膜室内压高度相关，表明该方法将来有可能用于临床。这种方法的优点包括非侵入性和易于复制。Herring等[30]通过收集一系列没有骨筋膜室综合征患者的数据以获取CFFP的参考基线，并收集临床诊断为ACS患者的前瞻性数据以确定CFFP阈值，从而预测筋膜减压切开术的必要性。Mühlbacher等[31]发现在尸体ACS模型中，基于超声的ΔTFA(胫骨筋膜夹角，即胫骨前外侧皮层与前室筋膜之间的夹角)可以很好地估计小腿前房内的压力。研究还表明无创TFA测量是可行的，但是该方法仍处于初步阶段，无法在临床实践中使用。准确地评估筋膜室内弹性可能是评估封闭空间内压力的有效工具。在一项前瞻性研究中，Sellei等[32]发现重复测量的RE(relative elasticity)和ICP(intracompartmental pressure)的平均值有很高的相关性。胫前腔隙RE<10.5%时诊断ACS的敏感性为95.8%，特异性为87.5%。最近基于剪切波传播速度，超声弹性成像被用于测量软组织弹性。Toyoshima等[33]发现剪切波的传播速度随着筋膜室内压力的增加成线性比例增加，存在很强的相关性。这种非侵入性技术可能帮助外科医师早期检测、监测和预测筋膜室内压。

3 总结与展望

综上，ACS早期微血管功能障碍和细胞损伤增加与严重的急性炎症反应有关，表明可以用炎症介质作为潜在的生物标记物来理解ACS的进展和消退，也可以用抗炎治疗作为ACS的主要治疗或辅助治疗。尽管压力检测提供了一种客观的诊断方法，但是不同测压技术的准确性有差异，并且目前对于肢体缺血变化阈值的理解有限。因此更应该把ACS看成一个代谢问题，旨在评估细胞活性和逆转代谢异常的诊断策略，其可能使ACS的诊断更精确，也为ACS的非侵入治疗方法和缓解ACS的后遗症提供更多的机会。

针对ACS病理生理的新概念和新想法有望开发出更多具有针对性的生理学治疗方法和新的诊断方法。这些进展能够解决如今医疗诊断设备的缺陷，并且会提出更为精确的诊断方法和侵入性更小的预防和治疗方法。