肥胖症与相关代谢性疾病的发生发展之间有着密不可分的关系，正确科学地评估肥胖症患者体内脂肪含量和分布在治疗过程中尤为重要。随着影像技术的发展，MRI能够对体内脂肪分布情况以及肌肉内部脂肪组织的含量进行全面的评价。对肥胖症及相关疾病的筛查、诊断、监测及疗效评价有着重要作用。
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近年来随着肥胖症的发病率快速增加，肥胖已成为一个全球性的公共健康问题。2015—2019年数据显示，中国6岁以下人群超重率和肥胖率分别为6.8%、3.6%，6~17岁人群分别为11.1%和7.9%，≥18岁人群分别为34.4%、16.4%[1]。肥胖患者体内脂肪的过量堆积，尤其是内脏脂肪的积聚与胰岛素抵抗、2型糖尿病、血脂异常、心血管疾病、高血压等疾病的发生发展密切相关[2]。近期有研究表明，肌肉内部的脂肪沉积与代谢性疾病之间存在一定的相关性[3,4,5,6]。传统的骨骼肌内部脂肪评价主要依赖于活组织检查、双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA)、计算机断层扫描(computer tomography，CT)等方法，因存在有创性或辐射性而限制了其在临床中的应用，不适于作为常规监测的手段。随着磁共振成像(magnetic resonance，MRI)技术的发展，T1加权成像(T1-weighted imaging，T1WI)、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)成像、水-脂分离(water-fat separation，WFS)技术等以其无创性、无电离辐射等优势逐渐被应用于人体骨骼肌脂肪的定量分析，对于肥胖相关代谢性疾病的诊断、肥胖症的评估监测以及减重效果的评价有着重要意义。本文主要围绕MRI在评估肥胖人群肌肉组织内脂肪沉积方面的应用进展予以综述。
人体内的脂肪组织主要分为皮下脂肪组织(subcutaneous fatty tissue，SAT)和内脏脂肪组织(visceral adipose tissue，VAT)。肥胖是由于机体能量摄入过多，脂肪在体内的过量或异位贮存的状态。当能量摄入超过皮下白色脂肪组织(white adipose tissue，WAT)的储存能力时，将会诱导肝脏、肌肉等其他组织器官内的脂质以游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)的形式积累[7]，形成VAT。在骨骼肌组织内部，脂肪沉积以两种形式存在：一是作为肌细胞内脂质(intramyocellular lipids，IMCL)积累在肌细胞的细胞质中；二是作为肌细胞间脂质(extramyocellular lipid，EMCL)积聚在肌细胞的细胞膜外，即沉积在细胞的间质之中。众多研究表明，肌肉内部脂肪的积聚与胰岛素抵抗之间存在相关性[3,4,8,9]。在骨骼肌内异位沉积的FFA及其衍生物会导致肌细胞内线粒体功能障碍，影响FFA的β氧化途径，从而产生更多的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，造成脂毒性和胰岛素抵抗[10,11]。因此，评估骨骼肌组织内部脂肪沉积至关重要。
BIA是利用人体脂肪组织和非脂肪组织不同的电阻抗特性，通过输入的微小交流测量电流流过人体所产生的电阻来估算身体成分。BIA技术提供了安全无创、经济便捷的检测手段，是目前临床工作和研究领域最常用的人体成分评估方法之一。与DXA相比，BIA测得的体重、体脂百分比(%body fat，%BF)、脂肪质量(fat mass，FM)和去脂质量(fat free mass，FFM)之间存在良好的相关性[12,13]。一项针对儿童与青少年身体成分评估的系统评价也得出了相同的结论，BIA估计的%BF具有较高的可靠性[14]。但BIA技术易受到各种因素影响，如机体的水合状态[15]，导致测量的精度不足。许多研究观察到，与DXA相比，BIA低估了肥胖个体的FM[14,16,17,18]。并且随着肥胖程度的增加，BIA与DXA之间的相关性减弱[17]。在评估内脏脂肪方面，有研究指出BIA在同一个体中具有重复测量的优越性，并且能够较好地评估女性内脏脂肪面积(visceral fat area，VFA)[19]。Chaudry等[20]观察到，BIA测得的内脏脂肪分数与全腹MRI测得结果的一致性较好，但在区分内脏脂肪分布上仍存在一定的局限性。
DXA是利用高、低两种不同能量X射线穿过组织时发生不同程度衰减的原理实现对组织成分的分离和量化评估。DXA可以快速无创地对人体内骨骼、脂肪和肌肉成分进行评估，也是目前测量人体成分比较常用的检测方法。2013年国际临床骨密度测量学会(International Society of Clinical Densitometry，ISCD)官方指南中肯定了DXA在测量人体成分方面的应用价值，其能够较准确地测定脂肪含量和去脂体重[21]，在诊断和评估肌少症中有重要的临床意义[22,23]。然而该技术也存在一定的局限性，身体厚度和机体的水合状态会影响结果的准确性。而且DXA不能够区分IMCL与EMCL，肌肉脂肪浸润会影响肌肉密度的测量，无法单独对某块肌肉内部的脂肪进行精准量化。此外，DXA检查具有一定的辐射性，对于妊娠期女性不建议采取该方法进行检查[21]。
超声检查是基于超声波在经过人体不同器官组织时所产生的反射和衰减的差异而成像的一种无创、安全的检查技术。近年来已有研究运用超声波技术探索其在测量肌肉组织成分中的作用[24,25,26]。研究发现超声波探测到的肌肉回声强度与EMCL显著相关，而非IMCL[26]。Young等[24]通过对31名受试者的大腿和小腿肌肉进行MRI和超声检查，校正皮下脂肪厚度的影响后观察到MRI测得的脂肪百分比和肌肉超声回波强度之间存在强相关性。超声作为一项简单便捷的成像技术，在评价肌肉含量与质量以及肝脏脂肪含量中有较广泛的应用[27,28,29]。超声回波强度可能会受到超声波探头的压力和角度等因素的影响，在精确量化分析骨骼肌内部脂肪方面还有待进一步研究。
QCT是一种基于CT图像采用定量的方法对人体成分进行测量的3D技术，相比DXA，能够提供更清晰直观的图像和更加精确的测量数据。作为一种无创、快速的检查手段，CT已被认为是评估肥胖与脂肪分布较为准确的方法[30,31,32]，能够较好地评价内脏脂肪情况，尤其是对于DXA检查受限的躯干区域[33]。QCT在量化骨密度、肌肉和脂肪含量中有较高的准确性和可重复性，已被广泛用于骨质疏松症、肌少症、脂肪肝等疾病的诊断[33,34,35]。研究人员测量458名青春期女性受试者大腿、小腿的皮下脂肪百分比与肌肉密度，并对全身脂肪含量进行研究，认为QCT衍生得到的肥胖指数能够较为准确地估计青春期女性的全身脂肪百分比[36]。QCT可以通过识别肌肉内部脂肪密度来评估肌肉脂肪沉积情况，揭示骨骼肌脂肪浸润与代谢性疾病之间的联系[37]。但与DXA类似，QCT不能直接测量肌细胞内脂肪含量，且检查具有较高的辐射量，限制了QCT在常规身体成分检测中的应用。
活组织检查简称活检，是通过手术获取组织标本进行病理检查的有创性检查方法。对于显微镜下具有特征性病理改变的疾病，病理检查是诊断疾病的金标准。肌肉活检可通过显微镜下染色观察到的肌细胞脂滴数量，分析评价肌细胞内部的甘油三酯含量，有助于明确某些神经肌肉疾病的诊断[38,39]。但活检技术获得的组织样本有限，准确获取病变部位肌肉组织的难度较大，并且在测量脂质含量方面无法实现精准量化，不用作常规监测骨骼肌脂肪含量的方法。
MRI可用于全身多种脏器的脂肪量化，在骨骼肌中主要通过MRS技术和WFS技术对脂肪进行定量分析。
MRS是利用磁共振化学位移(chemical shift)现象来测定物质组成分子成分的一种检测手段，是临床上目前唯一可用于测得活体组织代谢物的化学成分和含量的检查方法。当前常用的是氢质子(1H)波谱技术。由于1 H在不同化合物中的磁共振频率存在差异，因此其在MRS的谱线中共振峰的位置也就有所不同，据此可判断化合物的性质。另外，共振峰的峰高和面积可反映相应化合物的浓度，能够对化合物的含量进行准确的计算。MRS具有无创性、无电离辐射等特点，可用于临床活体器官的组织代谢测定及化合物定量分析等。
1997年Boesch等[40]首次揭示了1H-MRS可以区分EMCL和IMCL。在动物模型中，通过1H-MRS对大鼠后肢的比目鱼肌细胞内外的脂肪含量进行测定，并与电镜下观察到的肌肉细胞脂滴含量进行比较，1H-MRS测量得到的IMCL含量与电镜观察到的肌肉细胞内脂滴数量呈正相关(r＝0.952，P<0.001)，认为该方法可以无创、准确定量分析肌肉细胞内的脂肪含量，与病理分析结果具有高度相关性[41]。然而，MRS在实际应用中仍存在一定的局限性，1H-MRS虽然可以检测到EMCL和IMCL两个分离的共振峰，但两个峰存在部分重叠的情况，需要借助复杂的峰谱拟合软件来分别量化。特别是在肥胖个体中，大量的EMCL使得两个峰图重叠程度更加严重[42]。MRS图像采集时间长，扫描过程中被测对象产生的轻微位移都可能对结果产生影响。如腹部器官在呼吸运动过程中的移动，会导致检测对象周围的内脏脂肪对MRS产生信号污染[43]。此外，MRS不能够直接提供解剖学数据，加之检测成本昂贵、对操作人员专业技术要求较高等，限制了其在临床中的大规模应用。
Dixon法最早是由Dixon[44]在1984年提出的依赖于化学位移效应的水-脂分离技术。化学位移成像的原理是基于组织中脂肪和水分子共振频率不同而产生的化学位移效应。由于水和脂肪中的1H处于不同的化学环境当中，故而在一定磁场条件下表现出不同的进动频率，产生化学位移。利用该特点，在两个不同的回波时间(即Dixon 2点法)分别采集水和脂肪的同相位(in phase，IP)与反相位(opposed phase，OP)的图像，通过两个图像矢量运算的相加或相减，可生成独立的脂肪或水分的图像，从而得到4种不同的图像对比度，包括水像、脂肪像、同相位和反相位图像。然而这种方法也存在一定的局限性，原始的2点法Dixon序列容易受到B0磁场不均匀或磁化效应的影响，导致相位误差，出现水、脂分离不准确的现象。随着技术的改进，后期提出了多回波Dixon(multi-echo Dixon，mDixon)技术，其在美国通用电气公司(GE)和飞利浦公司的MR设备中分别被称为mDixon Quant序列以及最小二乘法估计和不对称回波迭代分解的水脂分离序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation，IDEAL-IQ)。改良后的mDixon技术能够通过采集多个回波信号，生成高质量的脂肪分数图，对组织内部的脂肪沉积情况进行精准的定量分析。
Grimm等[45]通过T2*校正的6点法Dixon MRI与MRS比较了两者测量肌肉体积与肌肉脂肪质子密度分数(proton-density fat fraction，PDFF)的稳定性，发现Dixon MRI对肌肉体积和PDFF测量的短期误差分别为1.2%~1.5%、2.1%~1.6%，而MRS对PDFF测量的短期误差为9.0%~15.3%，认为Dixon MRI技术在短期和长期评估肌肉和脂肪方面具有良好的可重复性。Kiefer等[46]采用多回波Dixon序列，通过骨骼肌的PDFF、横截面积(cross-sectional area，CSA)评估骨骼肌内脂肪含量，在受试者组间(相关系数ICC分别为0.99、0.98)与组内均表现出较好的一致性。Dixon技术在量化肌肉和脂肪含量方面的稳定性和可靠性在动物研究中也同样得到验证，Smith等[47]采用2点法的Dixon MRI测量猪和兔骨骼肌的肌肉/脂肪分数(muscle/fat fraction，MFF)，并以活检结果作为参考，认为2点法Dixon MRI的影像学结果与组织学结果之间没有显著差异(P＝0.83)。
骨骼肌胰岛素抵抗的机制与肌细胞中脂肪的积累有关[48]。肌肉活检研究表明，肌肉胰岛素敏感性与肌内甘油三酯含量之间呈负相关关系[49]。故即便是在非肥胖个体中，过多的骨骼肌脂肪也可能导致胰岛素抵抗发生风险的增加。此外，骨骼肌细胞内脂质的过度浸润会导致肌肉的功能受损[50]。在胰岛素抵抗的情况下，体内持续的高胰岛素血症和高血糖状态，以及FFA从功能失调的脂肪组织中溢出并异位沉积，造成肌肉组织内部的脂毒性和糖毒性，影响骨骼肌的葡萄糖稳态和蛋白质合成，导致肌肉质量下降。因此，测量骨骼肌组织内部脂肪沉积对于代谢性疾病的预防控制以及治疗评估有积极的临床意义。
Lara-Castro等[51]通过短期极低热量饮食，对2型糖尿病肥胖患者和非糖尿病肥胖个体的IMCL、体脂含量和胰岛素敏感性进行研究，观察到两组受试者的胰岛素敏感性增加，通过1H-MRS测量得到IMCL含量与基线相比均明显降低，且与胰岛素敏感性变化显著相关(r＝-0.69，P<0.01)，进一步证明了IMCL含量与胰岛素抵抗之间的联系。Kahleova等[52]将244名超重/肥胖个体分成两组进行研究，经过16周低脂纯素食，1H-MRS测得干预组的肝细胞脂质水平下降34.4%(P＝0.002)，IMCL水平下降10.4%(P＝0.03)，与胰岛素抵抗变化相关(r＝0.51，P＝0.01)。因此，临床上可以利用MRI对骨骼肌脂肪的量化来评估胰岛素敏感性以及治疗效果。
目前，骨骼肌脂肪与肝脏脂肪、内脏脂肪含量之间的关系有待进一步的研究。值得肯定的是，这些异位脂肪库之间并不是相互独立的。众多研究指出，骨骼肌的质量和脂质沉积情况与非酒精性脂肪肝病的发生发展有关[53,54,55,56]。在一项对肥胖人群的研究中，胰岛素敏感性不同的两组受试者的骨骼肌脂肪含量与肝脏脂肪含量均表现出组间差异[57]。然而赖水青等[58]通过对26例不同糖耐量状态的肥胖受试者研究后认为，肝脏脂肪含量与胰岛素抵抗、糖代谢异常发生密切相关，而非骨骼肌脂肪含量。之前的研究观察到，在健康的绝经后女性中，胰岛素敏感性与大腿肌间脂肪含量呈负相关，与体脂含量无关。但这种关系只在腹部内脏脂肪含量较高的女性中成立[59]。另一项研究也得出类似结论，肥胖人群中的骨骼肌内部甘油三酯含量增加，EMCL和IMCL与内脏脂肪含量之间存在显著关联[8]。尽管许多研究发现异位脂肪库之间存在一定的相关性，但具体的调控机制尚未明确。此外，骨骼肌脂肪含量测定对于评估某些肌肉组织疾病[60](如杜氏型肌营养不良症等)以及肌肉退行性病变[61,62](如肌少症等)有着不可替代的作用。
1H-MRS被认为是进行无创定量组织脂肪含量的金标准，用于评估肝脏、骨髓等组织的脂肪含量[63,64,65]，1H-MRS在分析骨骼肌脂肪中的应用也越来越多，尤其是在测定EMCL、IMCL方面有着独特优势。
目前已有研究利用MRS揭示了异位脂肪沉积与胰岛素抵抗之间的相关性。Sinha等[8]用1H-MRS对8名非肥胖、14名肥胖青少年的比目鱼肌IMCL和EMCL进行定量测量，同时评估其胰岛素敏感性，结果显示，肥胖青少年的比目鱼肌的IMCL和EMCL含量显著高于非肥胖青少年，并发现IMCL与胰岛素敏感性之间存在负相关，在控制了体脂百分比和腹部皮下脂肪含量因素的影响后，这种相关性持续存在并变得更加显著(r＝-0.73，P<0.01)。Larson等[66]在对青春期前儿童的异位脂肪与胰岛素抵抗的研究中观察到，即使在调整了种族和性别的影响后，IMCL与胰岛素抵抗之间的正相关关系依旧存在。
肥胖人群往往具有较高的肌肉脂肪含量，这与VAT、IMCL和EMCL含量升高有关[67]。一项横断面研究显示，超重/肥胖儿童的肌肉脂肪变性发生率分别为68%，而对照组发生率为10%[68]。超重/肥胖组中，肌肉脂肪的积累总量与体质指数标准差评分(Body Mass Index Standard Deviation Score，BMI-SDS)、VAT和糖化血红蛋白含量呈正相关，与高密度脂蛋白胆固醇含量呈负相关。此外，有研究观察到不同区域的肌肉脂肪含量存在差异性。Nagarajan等[69]通过MRS对32名肥胖和11名健康受试者的小腿肌肉进行了扫描，发现在肥胖受试者中，腓肠肌和胫骨前肌IMCL和EMCL含量均升高，而在比目鱼肌中仅有IMCL含量显著增加(P<0.001)。
在现有的量化人体脂肪的MRI技术中，基于化学位移的WFS技术应用最为广泛，除了在肝脏定量方面与非侵入性金标准MRS有良好的一致性外，Dixon法也常用于某些肌肉骨骼系统疾病的评价，其对骨骼肌脂肪量化分析的精确度与可重复性已被众多研究证实[45,46,70,71,72]。
有研究指出，在肥胖和超重人群中，骨骼肌中脂肪分数显著升高[73]，并观察到随着腰围或体质指数的增加，肌肉脂肪的累积速度高于胰腺和肝脏脂肪。Kiefer等[6]采用T2*校正的3D mDixon技术评估了337名受试者的腹部骨骼肌及脂肪情况，发现正常体重受试者中的IMCL高于EMCL(IMCL：5.7% vs.EMCL：4.1%)，而肥胖受试者中IMCL和EMCL含量相等且明显高于正常体重组(IMCL：6.7%，EMCL：6.7%，P<0.001)。研究还观察到了2型糖尿病、糖尿病前期、健康人群的肌内脂肪含量存在显著差异，认为通过MRI得到的不同人群脂肪分布模式，有望成为评价糖代谢及其他代谢性疾病的影像学标志物。
随着肥胖率不断攀升，肥胖相关的代谢性疾病的发病率逐年增长，对肥胖进行科学正确的评估在预防疾病发生发展的过程中非常重要。MRI技术避免了传统组织活检侵入性和X线、CT扫描的电离辐射损伤的弊端，能够对骨骼肌内部的脂肪进行量化分析，有助于全面评价体内脂肪的分布代谢情况。但目前MRI技术也存在一定的缺陷，如成像信号易受伪影影响、检测成本高以及用时较长等，在临床上的应用仍受一定程度限制。相信随着技术的发展，MRI技术在评估骨骼肌和脂肪含量的准确性、稳定性与可靠性方面将得到进一步提高，为无创定量评估组织脂肪成分提供更有价值的手段。
