《Intensive Care Medicine Experimental》：Early mechanical changes of limb muscle in septic shock assessed by dual-plane shear-wave elastography
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摘要
背景 脓毒性休克可诱发骨骼肌消耗和神经肌肉功能障碍，导致ICU获得性衰弱（ICUAW）及危重症后恢复不良。常规超声主要捕获结构改变，但对早期肌肉机械学变化及其与临床因素的关系提供的认识有限。剪切波弹性成像（SWE）能够无创评估肌肉硬度，但其在危重症患者
摘要
背景 脓毒性休克可诱发骨骼肌消耗和神经肌肉功能障碍，导致ICU获得性衰弱（ICUAW）及危重症后恢复不良。常规超声主要捕获结构改变，但对早期肌肉机械学变化及其与临床因素的关系提供的认识有限。剪切波弹性成像（SWE）能够无创评估肌肉硬度，但其在危重症患者中的表现仍了解甚少。
方法 在这项前瞻性研究中，需要有创通气的脓毒性休克成人患者在ICU前五天内接受每日肌肉超声检查。研究人员使用常规超声和剪切波弹性成像，在股直肌内两个解剖位点分别沿纵切面和横切面双侧评估股直肌横截面积、回声强度及SWE衍生的剪切模量（SMRF）。研究人员根据横切面与纵切面硬度比值得出一项探索性各向异性估计值。在拔管时评估ICUAW。研究人员采用相关性和回归分析探讨超声标志物与临床变量之间的关联。
结果 共分析27例患者（66.7%为男性，平均年龄61±12岁）（125次检查，4971幅图像）。股直肌横截面积从第1天的3.90 cm2下降至第5天的2.97 cm2（?21%，p < 0.01），而回声强度保持稳定。剪切模量（SMRF）表现出区域依赖性和方向依赖性行为。在下三分之一区域，纵向SMRF保持相对稳定（7.08至7.72 kPa），而横向SMRF显著下降（15.20至12.30 kPa，p = 0.009），导致横向-纵向硬度比值发生动态变化。有或无ICUAW患者的肌肉萎缩轨迹相似，SMRF指标未发现显著的组间差异。更高的疾病严重程度（SOFA评分，β = 18.18，p = 0.003）和累积液体平衡（β = 3.32，p = 0.002）与纵向SMRF升高相关。较高的早期热量摄入（β = 0.076，p = 0.006）和回声强度的增加（β = ?0.91，p = 0.027）与横向SMRF的变化相关。
结论 脓毒性休克早期快速肌肉丢失伴随明显的位置特异性和方向特异性硬度变化。双平面SWE识别出早期机械学变化，尽管这些指标在该队列中不能区分ICUAW状态。与临床变量的关联提示SWE可能有助于捕捉危重症中早期生理性肌肉变化。
脓毒性休克患者肢体肌肉早期机械变化的双平面剪切波弹性成像评估：一项前瞻性临床机制研究解读
一、研究背景与目的
危重症患者在入住重症监护病房（intensive care unit, ICU）早期即经历迅速的肌肉消耗。这一过程由多重因素驱动，包括制动、脓毒症、系统性炎症、多器官功能衰竭以及糖皮质激素或神经肌肉阻滞剂等治疗措施。ICU早期低肌肉质量与机械通气患者的死亡率独立相关，且超声衍生的肌肉质量参数与出院时功能障碍相关，这些损害可在ICU出院后持续多年。超声提供了一种床旁、可重复、无电离辐射且无创的方法来评估危重症患者的肌肉数量和质量，不受患者配合能力限制。股直肌因其浅表位置和双羽状结构成为ICU超声评估中最常研究的肌肉之一，特别适合用于评估肌肉结构和力学特性。剪切波弹性成像（shear-wave elastography, SWE）作为新兴超声技术，能够实时估计肌肉硬度，提供组织力学特性和完整性的信息。然而，既往大多数危重症超声研究主要关注肌肉大小或回声强度，而SWE评估的肌肉力学特性在危重症早期的演变仍基本未被探索。既往SWE研究存在方法和结果不一致的问题。肌肉结构在不同肌肉及同一肌肉不同区域存在差异，可影响剪切波传播及剪切模量估计。此外，骨骼肌表现出各向异性，即其力学行为取决于相对于肌纤维的测量方向。因此，各向异性的变化可能为急性肌肉损伤或废用过程中发生的微结构改变提供见解。脓毒性休克最初几天是全身炎症反应、代谢应激和深度制动最为剧烈的关键阶段，可能触发骨骼肌结构和力学性质的早期改变，但针对该人群这一急性期肌肉力学特性早期轨迹的纵向数据此前尚未见报道。本研究旨在利用肌肉结构和力学特性的超声标志物，包括横截面积（cross-sectional area of rectus femoris, CSARF）、回声强度（echogenicity of rectus femoris, ECHORF）和SWE衍生的剪切模量（shear modulus of rectus femoris, SMRF），表征脓毒性休克患者股直肌完整性的早期演变及其与ICU获得性衰弱（ICU-acquired weakness, ICUAW）的关系。
二、研究方法概述
本研究为前瞻性观察性研究，属于MUShock研究项目的一部分，在瑞士大学医院24张床位的内外科混合ICU开展（2020年10月至2024年8月）。研究获得当地研究伦理委员会批准并在ClinicalTrials.gov注册（NCT04550143）。纳入标准为年龄≥18岁、符合脓毒性休克（Sepsis-3定义）、序贯器官衰竭评估（Sequential Organ Failure Assessment, SOFA）评分≥8分、乳酸>2 mmol/L、预期需要有创机械通气>48小时且ICU住院≥5天、入院前可自主行走（允许使用助行器）。排除标准包括妊娠、严重下肢或胸部损伤、神经肌肉或中枢神经系统疾病、脊髓损伤、ICU间转运、膈肌起搏器、姑息治疗、肌少症、恶病质或厌食症及认知障碍。患者入选后于纳入当天开始接受双侧股直肌超声检查，随后每日评估至第五天。医学研究委员会（Medical Research Council, MRC）总分在拔管时评估。超声测量采用具有SWE功能的B模式系统（Aixplorer?, SuperSonic Imagine?）及10–2 MHz线阵探头，在髂前上棘至髌骨连线的中点和下三分之一两个标准化解剖位点进行评估。所有超声操作和离线分析由同一位具有五年以上肌肉超声经验的研究者完成。采用Wilcoxon符号秩检验分析各指标随时间的变化，采用组内相关系数评估重测信度，采用Kendall's tau分析超声参数间的相关性，采用Wilcoxon秩和检验比较ICUAW亚组差异，并采用探索性单因素及多因素线性回归分析临床变量与超声标志物早期变化的关系。统计分析使用R软件（v4.2.2）和IBM SPSS Statistics（Version 28.0.0.0）完成。
三、主要研究结果
1. 早期肌肉超声参数的演变
研究期间共筛查250例脓毒性休克ICU患者，30例符合纳入标准，3例因缺乏同意被排除，最终纳入27例患者（66.7%为男性，平均年龄61±12岁）。25例患者在ICU住院期间接受拔管，22例在首次拔管时获得MRC评估，其中12例被分类为ICUAW，10例为非ICUAW。共进行125次超声检查，纳入4,971幅图像进行分析。CSARF在五天内表现出极佳的检查内信度（ICC > 0.992）。在下三分之一区域，CSARF从第1天（中位数3.90 cm2 [IQR, 3.06–4.92]）进行性下降至第4天（3.29 cm2, p = 0.002）和第5天（2.97 cm2, p < 0.001），累计减少?21.10% [IQR, ?27.5至?10.9]。ECHORF保持稳定（第1天70.9灰度单位 vs. 第5天66.1灰度单位，p = 0.651）。在同一区域，SMRF?LONG表现出轻度但无统计学意义的增加（7.08 kPa至7.72 kPa，+9.0%），而SMRF?TRANSV呈双相轨迹，第2天轻度上升（15.70 kPa，+3.3%），随后在第4天（11.90 kPa，?21.7%，p = 0.023）和第5天（12.30 kPa，?19.1%，p = 0.009）显著下降。这些分离性变化反映在作为探索性各向异性估计值的SMRF?TRANSV/LONG比值中，该比值最初升高（第2天2.38，p = 0.012），随后在第4天（1.70，p = 0.010）和第5天（1.50，p = 0.019）显著下降。在中点区域，ECHORF无显著变化，SMRF?LONG轻度增加（8.37 kPa至9.30 kPa，+11.1%，无显著性），而SMRF?TRANSV在第2天出现短暂峰值（12.3 kPa，+9.8%，p = 0.041），随后逐渐回落至第1天水平（第5天10.7 kPa，p = 0.926）。SMRF?TRANSV/LONG比值表现出逐日变化（第1天1.45 vs. 第5天0.97，p = 0.508），表明存在位置特异性力学异质性。
2. 探头方向间的一致性及超声参数间的相关性
SMRF?LONG与SMRF?TRANSV之间的一致性因解剖位置而异。一致性相关系数（concordance correlation coefficient, CCC）在中点良好（CCC = 0.76 [95% CI, 0.69–0.81]），在下三分之一较差（CCC = 0.17 [95% CI, 0.08–0.25]）。CSARF与SMRF?LONG在两个位置均呈中度负相关，与下三分之一的SMRF?TRANSV/LONG比值呈中度正相关。ECHORF与SMRF的相关性取决于探头方向和解剖位置，呈弱相关或相反方向的关联。
3. SMRF、CSARF和ECHORF与ICUAW的关系
在下三分之一区域，ICUAW组和非ICUAW组的CSARF均显著下降（ICUAW：?21.0% [IQR, ?26.7至?15.9]；非ICUAW：?23.4% [IQR, ?26.7至?17.2]；p < 0.05），但组间无显著差异。ECHORF在两组中均保持稳定。ICUAW组SMRF?LONG在第3天显著降低（6.82 kPa至5.73 kPa，?16.0%，p = 0.032），非ICUAW组保持不变（7.89 kPa至7.72 kPa，?2.2%，p = 1.000）。ICUAW组SMRF?TRANSV在第4天（14.80 kPa至11.60 kPa，?21.6%，p = 0.007）和第5天（13.10 kPa，?11.5%，p = 0.039）显著下降，而非ICUAW组变化无显著性（15.30 kPa至12.10 kPa，?21.0%，p = 0.195）。然而，两组间SMRF?LONG和SMRF?TRANSV在任何时间点均无显著差异。ICUAW组的SMRF?TRANSV/LONG比值较高（第1天2.28；第5天1.95，?14.5%），存在短暂波动（第2天+26.8%，p = 0.042；第4天?19.3%，p = 0.032），但组间差异无统计学意义。在中点区域，ECHORF保持稳定，SMRF组内变化有限。ICUAW组ECHORF值始终较高，但差异未达统计学显著性。
4. 股直肌超声参数早期变化的探索性临床相关因素
单因素分析显示，ICU前三天较高的平均热量摄入与ECHORF和SMRF（尤其是横向方向）百分比变化增大相关。较高的C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）水平亦与SMRF?TRANSV变化增大相关。较高的基线疾病严重程度（SOFA评分）与SMRF?LONG百分比变化相关（R2约0.44），第3天更正的累积液体平衡与SMRF?LONG百分比变化相关（R2约0.41）。入院体重较高和镇静深度较深（SAS评分较低）均与SMRF?TRANSV百分比变化增大相关。多因素模型中，热量摄入与CRP或ECHORF变化的组合与SMRF?TRANSV改变相关（模型R2最高约0.52），而体重与SAS的组合模型R2约0.34。
四、讨论与结论
本研究提供了脓毒性休克中股直肌早期、双平面、高分辨率超声特征描述，在ICU前五天检查了结构（CSARF）、定性（ECHORF）和力学（SMRF）特性，得出四项主要发现：（a）快速且大量的肌肉消耗；（b）方向依赖性力学行为，纵向SMRF保持相对稳定而横向SMRF随时间下降，导致估计各向异性比值降低；（c）尽管存在一些探索性组内时间变化，但根据首次拔管时ICUAW状态分组，SMRF和各向异性估计值无显著组间差异；（d）早期肌肉力学变化的探索性临床相关因素。CSARF约21%的累计中位数减少与既往关于多器官衰竭中加速肌肉消耗的研究相符。纵向SMRF在第1天即高于健康个体报道值（股直肌及其他下肢肌肉约3–4 kPa），接近神经肌肉疾病队列中观察到的水平，但随时间无统计学显著变化；横向SMRF显著下降，尤其是在结缔组织界面更突出的下三分之一区域，导致横向-纵向SMRF比值进行性下降。这一方向特异性模式与骨骼肌的各向异性力学特性一致。与既往报道一致，本研究中横向平面的硬度值普遍高于纵向平面。中点区域纵向和横向SMRF的一致性中度至强，而下三分之一区域一致性较差，提示位置特异性因素可能影响对脓毒性休克早期肌肉改变的敏感性。本研究中SWE衍生的测量指标未能区分ICUAW状态，组内时间变化应被解释为探索性发现，提示方向性硬度可能捕捉CSARF单独无法反映的肌肉行为特征。临床相关因素分析提示方向性硬度与脓毒性休克中的代谢、炎症和液体相关应激源可能存在关联。正液体平衡与纵向硬度升高相关，与脓毒性炎症性休克的毛细血管渗漏生理学一致，SWE可能比结构测量更早反映组织对液体再分布的反应。较高的早期热量摄入与横向硬度增加相关，其反映代谢支持还是早期细胞应激尚不确定。本研究存在一些局限性：队列规模限制了亚组分析；功能评估仅在单个时间点进行；回归分析为探索性且有效样本量有限；CSARF分析仅限于下三分之一区域；SWE测量可能受组织水合状态或身体成分影响；各向异性估计值需要外部验证。总之，本研究证实脓毒性休克早期股直肌快速且显著的消耗伴随方向依赖性肌肉力学特性改变，纵向硬度相对稳定而横向硬度下降，导致估计各向异性降低，提示存在肌肉大小本身无法捕捉的力学信息。SWE衍生的测量指标在该队列中不能区分ICUAW状态，但其与临床变量的关联支持进一步研究双平面SWE在表征危重症早期骨骼肌改变中的作用。
