探讨磁共振技术动脉自旋标记(ASL)和血氧水平依赖(BOLD)在亲属活体肾移植手术前后对保留肾和移植肾灌注及血氧改变纵向评估价值。
纳入15对拟行亲属活体肾移植术的健康肾移植供者以及与之相对应的受者，供者术前3d、术后2周、3个月、6个月行MRI检查，受者术后2周、3个月、6个月行MRI检查，包括ASL和BOLD检查。通过后处理获得肾血流、血氧相关参数，包括肾皮质血流量(RBF)值、皮髓质表观驰豫率(R2*)。收集移植肾术前及术后2周肾功能信息。采用Pearson相关分析比较各参数值与肾功能的相关性；采用单因素重复测量的方差分析比较不同时间点各参数值的差异；采用线性回归分析评估术后不同时间点皮髓质R2*值变化和RBF值变化的相关性。
术后2周保留肾皮、髓质R2*值较术前明显减低，术后3个月时较术后2周水平升高，但仍然低于术前水平，差异均具有统计学意义(P<0.05)。术后2周保留肾RBF值较术前上升，术后3个月时较术后2周下降，但仍高于术前水平，差异有统计学意义(P均<0.05)。术后2周移植肾皮质RBF值、皮髓质R2*值较术前均减低(P<0.05)，而术后3个月较术后2周水平升高，但仍然低于术前水平，差异有统计学意义(P<0.05)；术后半年时各参数与术后3个月比较差异无统计学意义(P>0.05)。移植肾、保留肾术前、术后2周皮、髓质R2*值与肾功能均呈中等负相关性；皮质RBF值与肾功能均呈中等正相关性。移植肾皮质RBF值变化与皮髓质R2*值变化无明显相关(P>0.05)。
ASL和BOLD MRI能够纵向评价亲属活体肾移植供肾前后保留肾和移植肾血流、血氧水平的微观改变情况，有望成为监测肾功能的一种手段。
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肾移植是目前终末期肾病的最佳治疗方案，而供肾来源短缺日益严重，亲属活体供肾成为肾移植重要来源之一。因其良好的组织相容性及较短的冷、热缺血时间，及手术技术的发展和免疫抑制剂的进展，受者短期存活率已显著提高[1,2]。但切除一侧肾脏的健康供者术后患高血压、蛋白尿及终末期肾病的风险增加，关注保留肾的代偿情况极为重要[2,3]。移植肾仍面临肾功能异常甚至功能丧失而需再次移植的风险，肾功能的监测至关重要。目前临床上用于肾功能监测的方法，包括血肌酐、估算的肾小球滤过率(eGFR)、肾穿刺活检、常规影像学检查以及肾脏损伤标记物测定等，但均有一定的局限性[4,5]。动脉自旋标记(ASL)和血氧水平依赖(BOLD)磁共振成像(MRI)可同时、无创、定量评价分肾功能[6,7,8]，适用于移植术后肾功能重复多次随访评价。ASL无需使用外源性对比剂，能定量评估不同功能状态下肾血流量。BOLD MRI为目前唯一能无创反映组织血氧水平的检查技术，表面驰豫率(R2*)值的升高提示组织内氧供减少或耗氧增加。联合这两种技术可了解更为准确的灌注及氧耗情况，有助于病因分析。不同原因引起移植肾功能减低时，移植肾皮质RBF值明显减低而皮髓质R2*值出现不同程度的改变[9,10]。了解肾功能稳定时间可帮助临床确定随访时间及间隔。本研究采用ASL及BOLD MR对亲属活体肾移植术前、术后早期及3个月、6个月移植肾及保留肾血流灌注、血氧变化进行随访研究。
本前瞻性研究经天津市第一中心医院伦理委员会批准(伦理审批号：2017N039KY)，所有受试者检查前均签署了知情同意书。
收集2015年7月至2017年2月期间15例肾移植供者以及与之相对应的15例受者，纳入标准：(1)无磁共振检查禁忌证；(2)供者于供肾切除术前3 d左右、术后2周、3、6个月接受MR检查，受者于亲属活体肾移植术后2周左右(13～18 d)、3、6个月接受MR检查；(3)所有受者术后接受骁悉/米芙＋泼尼松＋他克莫司/环孢素A三联抗排斥治疗；(4)受者术后eGFR >60 ml/(1.73 m 2·min)。排除标准如下：(1)受者肾移植术后出现血肿、积水、动脉吻合不良等并发症；(2)受者出现急、慢性排斥反应等并发症。14例供者选择左肾为供肾，1例供者由于左肾囊肿选择右肾为供肾。15例供者中男性6例、女性9例，年龄54.1±3.7岁(47～59岁)，15例受者中男性8例、女性7例，年龄24.5±3.8岁(16～33岁)。
供者术前均经核素测得双肾的肾小球滤过率(GFR)。收集肾移植供、受者术后2周时接受MRI检查日期的肌酐值，通过肾脏病简化膳食改善公式计算获得eGFR：eGFR＝186×[肌酐]-1.154×[年龄]-0.203×0.742(女性)[11]。
MR扫描均采用Siemens MAGNETOM Trio Tim 3.0T超导MR扫描仪完成，采用8通道体部相控阵线圈。
所有受试者均行肾脏常规MR(评估肾脏的形态及结构)[12]、最大长轴斜矢状面ASL和BOLD MRI，供者完成双肾数据采集。ASL MRI序列扫描采用血流敏感交替反转恢复-真实快速成像稳态自由进动序列[13]，同时采集无反转的平衡磁化强度图M0，同层面的T1图采用相同分辨率改良的look-locker反转恢复(MOLLI)序列。BOLD-MRI采用16通道梯度回波序列。
应用美国Matlab Mathworks R2010b软件对ASL图像进行后处理得到肾血流量RBF值(RBF＝(λ/2α·TI)(ΔM·TI/ M0)exp(TI/T1)，(其中，α＝1，代表反转效率；λ＝80 ml/100 g，表示血液-组织分配系数；T1代表纵向弛豫时间；ΔM代表纵向磁化矢量差，是标记图与未标记图相减产生；TI代表反转时间；M0代表平衡磁化强度)。应用MRI cron软件在上述计算生成的RBF图中肾上、中、下三极肾皮质尽可能大的放置6个圆形兴趣区(ROI)，同时术后尽量在相同位置绘制同样大小数目ROI。ROI面积约为10 mm2。
将采集的BOLD图像传送至西门子Syngo工作站(Siemens，Erlangen，Germany)，生成T2*原始图像及T2*伪彩图。使用Matlab图像后处理软件选取T2*伪彩图中靠近肾脏长轴最大径层面的图像，避开肾边缘、血管及集合系统，于肾脏的上、中、下三个部位皮、髓质分别放置6个圆形ROI。根据公式表观弛豫率R2*＝1/T2*计算得到其R2*值。
分别由1名具备5年影像诊断工作经验的医师和1名具备3年影像诊断工作经验的医师进行图像数据测量，记录2名医师测得各参数值，去掉明显偏倚值，取平均值。
采用SPSS 22.0统计软件分析，对各参数值行正态分布检验，符合正态分布采用组内相关系数(ICC)评价两名医师间测量结果的一致性，ICC>0.75为一致性好，0.40≤ICC≤0.75为一致性较好，ICC<0.40为一致性差。保留肾和移植肾术前及术后2周皮髓质的R2*值、皮质RBF值与肾功能的相关性及皮髓质R2*与皮质RBF值的相关性采用Pearson相关分析，相关系数r<0.3为弱相关，0.3≤r<0.7为中等相关，0.7≤r<1.0为强相关。比较术前供者双肾间各参数值的差异及术前皮髓质间R2*值的差异采用配对样本t检验。采取重复测量方差分析比较各时间点肾皮髓质各指标值的差异。采用配对样本t检验分别比较供肾、保留肾手术前、术后2周RBF值和R2*值的差异。使用线性回归分析评估术后2周移植肾、保留肾RBF值变化和R2*值变化的相关性。对术前、术后2周、3个月、6个月保留肾及移植肾各参数值的纵向改变采用单因素重复测量方差分析，进一步两两比较采用邦弗朗尼事后检定/检验法。P<0.05为差异有统计学意义。
所有受试者均成功获得所有MR图像，肾结构显示清晰，未见明显变形及伪影，能够满足图像测量和诊断需求。
两名医师测量肾皮质RBF值分别为(390.86±55.85)ml·(100 g·min)－1、(385.73±56.06)ml·(100 g·min)－1，肾皮质R2*值分别为20.61±3.50、21.23±3.51，髓质R2*值分别为31.02±4.34、30.93±4.69，测量的一致性均好，ICC值分别为0.93(0.89～0.95)、0.88(0.83～0.92)、0.87(0.82～0.91)。
供者保留肾、供肾术前皮、髓质R2*值与GFR均呈中等负相关性；皮质RBF值与GFR呈中等正相关性。(表1)
保留肾和供肾移植前、后肾皮髓质R2*、皮质RBF值与肾功能的相关性
保留肾和供肾移植前、后肾皮髓质R2*、皮质RBF值与肾功能的相关性
| 各时间点 | 肾功能参数 | 皮质R2*值 | 髓质R2*值 | 皮质RBF值 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| r值 | P值 | r值 | P值 | r值 | P值 | ||
| 保留肾术前 | GFR | -0.539 | 0.038 | -0.536 | 0.039 | 0.566 | 0.028 |
| 移植肾术前 | GFR | -0.626 | 0.013 | -0.598 | 0.019 | 0.570 | 0.027 |
| 保留肾术后2周 | eGFR | -0.619 | 0.014 | -0.603 | 0.017 | 0.567 | 0.028 |
| 移植肾术后2周 | eGFR | -0.541 | 0.037 | -0.550 | 0.034 | 0.616 | 0.014 |
| 保留肾术后2周 | 肌酐 | 0.552 | 0.033 | 0.631 | 0.012 | -0.539 | 0.038 |
| 移植肾术后2周 | 肌酐 | 0.551 | 0.033 | 0.558 | 0.031 | -0.530 | 0.042 |
供者保留肾、移植肾术后2周肾功能均良好，eGFR分别为(97.30±8.42)ml/(min·1.73 m2)、(88.70±11.69)ml/(min·1.73 m2)，皮、髓质R2*值与eGFR均呈中等负相关性，与肌酐呈中等正相关；皮质RBF值与eGFR呈中等正相关性，与肌酐呈中等负相关。(表1)
术前保留肾及供肾(移植肾)间皮、髓质R2*值差异无统计学意义，且皮质R2*值小于髓质，差异有统计学意义(表2)；术前保留肾与供肾皮质肾血流量值分别为(389.15±37.41)ml·(100 g·min)－1和(395.08±38.12)ml·(100 g－1·min)－1，差异无统计学意义(t＝－0.398，P>0.05)。
供者术前2周双肾间皮、髓质及皮髓质间R2*值比较(sec－1，Mean±SD)
供者术前2周双肾间皮、髓质及皮髓质间R2*值比较(sec－1，Mean±SD)
| 分组 | 皮质 | 髓质 | t值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 保留肾 | 23.65±3.06 | 34.37±3.10 | -14.692 | <0.05 |
| 移植肾 | 24.28±2.83 | 34.61±3.25 | -11.057 | <0.05 |
| t值 | -0.552 | -0.247 | ||
| P值 | >0.05 | >0.05 |
移植肾四个不同时间点肾皮质肾血流量值、皮、髓质R2*值差异具有统计学意义(P<0.05)；进一步两两比较，术后2周时均较术前降低，术后3个月时较术后2周均升高，但仍低于术前水平，差异均有统计学意义(P<0.05)，术后6个月时与术后3个月时相比差异无统计学意义(P>0.05，表3，图1)。
移植肾术前、术后不同时间点各参数值比较(Mean±SD)
移植肾术前、术后不同时间点各参数值比较(Mean±SD)
| 时间点 | 肾皮质R2* (sec－1) | 肾髓质R2* (sec－1) | 肾皮质RBF [ml·(100 g·min)－1] |
|---|---|---|---|
| 术前 | 24.28±2.83 | 34.37±3.10 | 395.08±38.12 |
| 术后2周 | 16.71±1.39 | 28.09±5.48 | 313.93±30.80 |
| 术后3个月 | 21.10±2.09 | 31.50±2.71 | 353.39±26.94 |
| 术后半年 | 19.69±2.43 | 32.19±2.97 | 359.11±45.42 |
| F值 | 26.093 | 12.457 | 20.548 |
| P值 | <0.05 | <0.05 | <0.05 |
术后2周保留肾皮、髓质R2*值较术前减低，术后3个月时较术后2周水平升高，但仍然低于术前水平，差异均具有统计学意义(P<0.05)。术后2周时肾血流量值较术前上升，术后3个月较术后2周下降，但仍高于术前水平，差异均有统计学意义(P<0.05)。各参数值术后6个月与术后3个月相比差异均无统计学意义(P>0.05，表4，图1)。
保留肾移植前、后不同时间点各参数值比较(Mean±SD)
保留肾移植前、后不同时间点各参数值比较(Mean±SD)
| 时间点 | 肾皮质R2* (sec－1) | 肾髓质R2* (sec－1) | 肾皮质RBF [ml·(100 g·min)－1] |
|---|---|---|---|
| 术前 | 23.65±3. 06 | 33.90±2.81 | 389.15±37.41 |
| 术后2周 | 18.82±2.65 | 26.79±4.07 | 443.34±38.27 |
| 术后3个月 | 21.19±2.19 | 30.53±2.90 | 426.90±33.24 |
| 术后半年 | 20.82±2.62 | 29.54±2.31 | 425.47±32.83 |
| F值 | 16.052 | 20.572 | 41.138 |
| P值 | <0.05 | <0.05 | <0.05 |
保留肾及移植肾术前皮质R2*值与皮质RBF值呈中等负相关(分别为r＝－0.620，P＝0.014；r＝－0.564，P＝0.029，表5)，髓质R2*值与皮质RBF值均无明显相关(P均>0.05，表5)。保留肾及移植肾术后不同时间点皮、髓质R2*值的变化与皮质RBF值的变化均无线性回归相关(P均>0.05)。
留肾和移植肾术前皮、髓质R2*值与皮质RBF值间的相关性
留肾和移植肾术前皮、髓质R2*值与皮质RBF值间的相关性
| 时间点 | 皮质R2*值 | 髓质R2*值 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| r值 | P值 | r值 | P值 | ||
| 保留肾术前 | 皮质RBF值 | －0.620 | 0.014 | －0.366 | 0.179 |
| 移植肾术前 | 皮质RBF值 | －0.564 | 0.029 | －0.150 | 0.594 |
BOLD MR以脱氧血红蛋白作为内源性对比剂，反映血红蛋白氧饱和水平。低R2*值代表组织内氧含量较高，即局部氧合血红蛋白浓度增加、脱氧血红蛋白含量减少，或氧合/脱氧血红蛋白比值增加。ASL利用动脉血中的水质子作为内源性示踪剂，反映组织灌注水平。当一侧肾脏切除后，保留肾发生代偿，血流量及血氧需求增加；而移植肾经历手术并进入受者新的内环境，同时免疫抑制剂使用，肾脏氧气利用及血流均可能减少，为肾脏ASL及BOLD MR纵向随访提供了一定的理论基础。
肾脏在滤过、重吸收的过程中均需要消耗氧气，且血流量丰富，本研究结果提示肾皮、髓质R2*值及皮质肾血流量与肾功能相关，提示肾血流灌注及血氧水平与肾小球滤过功能相关。有研究结果显示ASL灌注反映肾小管周毛细血管密度，而R2*值与间质血氧代谢相关[14]。肾皮质血流量占其血供的90 %以上，髓质氧气来源少而耗氧量大，脱氧血红蛋白含量高，R2*值增加，本研究亦显示髓质R2*值明显大于皮质；术前供肾及保留肾皮质R2*值与皮质RBF值显著负相关，与皮质高灌注、氧代谢活跃一致，进一步证实了ASL及BOLD MR无创、定量评价肾功能的价值，且可用于分肾功能评估。
一侧肾切除术后早期，保留肾肾小球滤过、重吸收增加，形态、功能及血流动力学发生适应性改变，表现为毛细血管容量增加，氧分压升高[15,16]。本研究显示保留肾术后2周皮质RBF值大于术前，而皮、髓质R2*值低于术前，与Seif等[7]、Song等[15]研究结果一致。而术后3个月保留肾功能逐渐适应，较术后早期血流量及血氧水平下降，且代偿为不可逆改变。本研究显示术后3个月灌注水平较术后2周下降，但仍高于术前水平，而皮、髓质R2*术后3个月较2周升高，仍低于术前；术后6个月与3个月差异无统计学意义，提示术后3个月肾功能基本稳定。Seif等[7]利用BOLD MRI随访亲属活体肾移植供者术后8 d、3个月及1年，显示皮髓质R2*值均低于术前，且持续下降，提示由于代偿耗氧量增加，皮髓质氧合/脱氧血红蛋白比值增加。Niles [8]等联合BOLD和ASL随访3个月、1年、2年保留肾显示皮质灌注和R2*值持续下降，且低于术前，但缺乏术后早期的肾功能改变。Song等[15]认为术后早期保留肾皮质R2*值明显下降，提示皮质氧合增加，代偿功能良好，使得术后1年肾功能更稳定。
由于手术、缺血再灌注损伤及排斥反应、免疫抑制剂使用，术后早期移植肾出现不同程度的炎性细胞浸润、肾小管坏死、毛细血管及细胞损伤等，肾功能不可避免出现减低，重吸收减少，血流量减低，氧利用减少[17]，氧合血红蛋白向脱氧血红蛋白转变减少，二者比值增加，血氧水平升高。本研究结果示移植肾术后2周RBF、皮、髓质R2*值减低，与部分研究发现移植肾与健康志愿者比较结果一致[7,18,19]；术后3个月移植肾各参数值较术后2周增高，但仍低于术前水平，术后半年相比术后三个月无明显变化，功能趋于稳定。术后3个月移植肾由于手术损伤造成的功能减低开始逐渐恢复，同时存在代偿改变，但部分损伤可能仍长期存在，恢复需要较长过程。Vermathen等[17]对移植肾血氧水平随访发现术后3年皮质R2*值较术后半年时仍然有轻微的升高。关于移植肾术后功能稳定时间点的研究结果存在一些差异，术后血氧水平和血流量何时开始恢复且何时稳定仍需进一步研究，但总体趋势肾脏功能均逐渐趋于稳定[7,20]。由于健康志愿者肾脏与移植肾术前肾功能水平并非完全一致，本研究中采用移植前肾脏作为参照，使得结果更为准确。
术前移植肾及保留肾皮质R2*值与皮质RBF呈显著负相关，与肾皮质富血供且血氧代谢活跃相关。Thoeny等[19]研究显示肾皮质R2*值与皮髓质微循环灌注分数负相关。术后血氧水平的改变与血流量改变均无统计学差异。本研究提示术后2周时氧分压增高的原因，移植肾主要是血流量减少所致，而保留肾是由于代偿作用耗氧量增加所致。术后肾脏血流及血氧改变是复杂的过程，提示两种技术联合互补可提供更多信息。术后早期移植肾功能出现减低时，其血流灌注减低，氧耗减少，血氧水平增高，而术后3个月、6个月移植肾伴有代偿改变，移植肾灌注水平增加，耗氧增加使得氧合/脱氧血红蛋白比值减小，提示术后移植肾血氧水平改变主要与耗氧量改变相关，而并非血流量改变。
本研究为纵向随访研究，受依从性影响样本数较少，可能会出现结果偏倚；且仅随访至术后6个月，未能确定术后肾功能完全稳定的时间点，进一步随访至1年或更长时间可能会有更多发现。移植肾手术前后处于两个不同的个体中，其血氧水平和血流量的差异可能会受到不同个体内环境的影响。本研究中纳入的受者均为肾功能良好者，如果纳入肾移植术后不同程度肾功能及不同病因肾功能受损受者，可能会对临床术后治疗评估有更大价值。
总之，肾移植前后肾功能变化的及时监测至关重要，BOLD和ASL MRI无创、无需外源性对比剂，适合亲属活体肾移植术后肾功能的动态监测。应用BOLD和ASL MRI不仅能够获得肾脏形态学信息，而且能多角度完善地评价术后肾脏血氧水平和血流量变化情况，可作为临床供受者术后肾功能的随访评估的一种手段。
所有作者均声明不存在利益冲突
