Nico Sollmann 1, Agnes Zoffl 1, Daniela Franz 2, Jan Syväri 2, Michael Dieckmeyer 1, Egon Burian 1, Elisabeth Klupp 1, Dennis M. Hedderich 1, Christina Holzapfel 3, Theresa Drabsch 3, Jan S. Kirschke 1, Ernst J Rummeny 2, Claus Zimmer 1, Hans Hauner 3, Dimitrios C. Karampinos 2, Thomas Baum 1

Fundal: Musculatura paraspinală formează unul dintre cele mai mari compartimente musculare ale corpului uman, dar dovezile pentru variația regională a compoziției și dependenței de sex sau indicele de masă corporală (IMC) sunt rare.

Metode: Acest studiu a aplicat imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) bazată pe codare pe șase ecouri cu schimbare chimică la 3 Tesla la 76 de subiecți (24 de bărbați și 52 de femei, vârstă: 40,0 ± 13,7 ani, IMC: 25,4 ± 5,6 kg/m 2) pentru a evalua fracțiunea de grăsime a densității de protoni (PDFF) a mușchilor psoas și a mușchilor erector spinae, aceștia din urmă fiind împărțiți în trei segmente în raport cu nivelurile anatomiei coloanei vertebrale (L3 - L5, T12 - L2 și T9 - T11).

Rezultate: Pentru mușchii psoas și mușchii erector spinae (L3 - L5), s-au observat diferențe de gen în valorile PDFF (mușchii psoas PDFF: bărbați: 5,1% ± 3,4% față de femei: 6,0% ± 2,2%, P = 0,006; PDFF erector spinae muscles L3 - L5: masculi: 10,7% ± 7,6% față de femei: 18,2% ± 6,8%, P

Trimis pe 07 august 2019. Acceptat pentru publicare 09 ianuarie 2020.

Introducere

S-a dovedit că mai mulți factori duc la un bilanț energetic pozitiv, printre cei mai proeminenți fiind îmbătrânirea, consumul de alimente sau băuturi bogate în calorii și lipsa exercițiului fizic (1-3). O dereglare a homeostaziei energetice poate duce la adipozitate care se caracterizează printr-o acumulare de grăsime în diferite țesuturi ale corpului uman, cu acumularea de grăsime subcutanată reprezentând tamponul fiziologic major (4-6). Cu toate acestea, capacitatea de stocare a țesutului subcutanat este limitată; prin urmare, atunci când capacitatea sa este depășită și expandabilitatea sa este restricționată, grăsimea se poate acumula și în alte țesuturi (4-6). În acest context, țesutul muscular poate servi drept depozit de grăsimi ectopice, putând astfel absorbi grăsimea. În trecut, mai multe studii au investigat fracțiuni crescute de grăsime musculară, în special în cursul diferitelor boli metabolice, neuromusculare, degenerative sau de altă natură (7-16). De remarcat, musculatura paraspinală constituie unul dintre cele mai mari compartimente musculare ale corpului uman, dar a fost rareori studiată atunci când se explorează caracteristicile depunerii de grăsime ectopică.

Deși musculatura paraspinală este unul dintre cele mai mari compartimente musculare ale corpului uman, variația sa potențială regională și dependența fracțiunilor de grăsime specifice regiunii de sex sau indicele de masă corporală (IMC) sunt în mare parte necunoscute. Cu toate acestea, asocierile elucidante ale fracțiunilor de grăsime derivate din musculatura paraspinală pot oferi o perspectivă nouă asupra fiziologiei mușchilor bazali și ar putea contribui în continuare la înțelegerea bolilor care implică modificări ale compoziției și distribuției grăsimilor. Acest lucru joacă un rol având în vedere interacțiunile spațiale și funcționale strânse ale musculaturii paraspinale și a coloanei vertebrale adiacente, care este responsabilă pentru caracteristicile fundamentale, cum ar fi mișcarea corpului, stabilizarea coloanei vertebrale sau menținerea echilibrului (30,31). În acest context, scopul acestui studiu a fost de a investiga în mod sistematic potențialele variații regionale ale compoziției și distribuției grăsimii musculare paraspinale, în funcție de sex și IMC, utilizând evaluări ale PDFF și CSA, derivate din RMN-ul bazat pe codificare pe schimbare chimică.

Metode

Etică

Acest studiu a fost aprobat de Comitetul de revizuire instituțională (număr de înregistrare: 2719/10 S) și a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki. Consimțământul informat scris a fost obținut de la toți participanții la studiu.

Cohorta de studiu

Subiecții investigați au făcut parte dintr-un studiu amplu care vizează explorarea factorilor determinanți ai ratei metabolice bazale și au fost recrutați la Institutul de Medicină Nutrițională, Klinikum rechts der Isar, Universitatea Tehnică din München. Dintre diferitele evaluări efectuate pentru investigație, studiul de față se concentrează pe parametrii derivați din imagistică prin IRM bazată pe codificare prin schimbare chimică pe bază de apă pentru a explora variația regională a compoziției și distribuției grăsimii musculare paraspinale, în funcție de sex și IMC. Studiul a inclus voluntari care aveau cel puțin 18 ani și aveau un IMC mai mare sau egal cu 18,5 kg/m 2. În acest context, IMC individual a fost calculat ca coeficient de greutate (în kg) și înălțime (în m) pătrat (kg/m 2). Subiecții care au avut antecedente de boli severe sau intervenții chirurgicale în ultimele trei luni, au avut insuficiență fizică acută sau au fost gravide sau alăptează au fost excluși.

În general, 111 voluntari au fost recrutați inițial pentru investigarea factorilor determinanți ai ratei metabolice bazale, 76 dintre acești voluntari au fost luați în considerare în prezentul studiu. Treizeci și doi de voluntari nu au dat consimțământul pentru partea de imagistică a investigației sau au avut contraindicații pentru RMN și, prin urmare, nu au fost supuși imagisticii prin schimbare chimică care codifică RMN bazat pe grăsime în apă. Alți trei subiecți au fost excluși din cauza artefactelor din datele imagistice sau a unui câmp vizual (FOV) prea mic, ceea ce a dus la luarea în considerare în prezentul studiu a unei dimensiuni finale a cohortei de 76 de subiecți (vârsta medie: 40,0 ± 13,7 ani, intervalul de vârstă: 21,2–77,3 ani, vârstă mediană: 38,0 ani).

Subiecții au fost supuși RMN la 3 Tesla (Ingenia, Philips Healthcare, Best, Țările de Jos) folosind o secvență de ecou gradient cu ecou multi-ecou pentru separarea chimică a apei-grăsime pe bază de codificare a schimbării chimice. Scanarea a fost efectuată în decubit dorsal utilizând matrice de bobine anterioare și posterioare.

Întregul abdomen a fost acoperit de două stive axiale utilizând următorii parametri de secvență pe stivă: TR/TE1/ΔTE = 7,8/1,35/1,1 ms, FOV = 300 × 400 × 150 mm 3, supresie rabatabilă în ambele direcții L/R cu 50 mm, dimensiunea matricei de achiziție = 152 × 133, dimensiunea voxelului de achiziție = 2 × 3 × 6 mm 3, codificarea sensibilității (SENSE) cu factor de reducere = 2,2 × 1,2, lățimea de bandă a receptorului = 1.678 Hz/pixel, direcția frecvenței = A/P (pentru a minimiza artefactele de respirație), achiziționarea pe durata unei respirații de 15 s pe stivă. Secvența a dobândit cele șase ecouri într-un singur TR folosind gradienți de citire bipolari și a aplicat un unghi de rotație de 3 ° pentru a reduce efectele de polarizare T1 (24,32-34).

Cuantificarea grăsimilor

Pentru cuantificarea grăsimii, datele RMN au fost prelucrate mai întâi folosind rutina furnizorului. În acest context, s-au aplicat corectarea erorilor de fază și o descompunere complexă a grăsimilor de apă, având în vedere un spectru de grăsime precalibrat cu șapte vârfuri și un singur T2 * (mDIXON, Philips Healthcare, Best, Olanda). Hărțile PDFF au fost calculate ca raportul dintre semnalul de grăsime și suma semnalelor de grăsime și apă (Figura 1).

variația

Extragerea PDFF și CSA

Regiunile de interes (ROI) au fost desenate manual în hărțile PDFF ale fiecărui subiect folosind MITK [http://mitk.org/wiki/The_Medical_Imaging_Interaction_Toolkit (MITK); Centrul German de Cercetare a Cancerului, Divizia de Informatică Medicală și Biologică, Set de instrumente de interacțiune cu imagistica medicală, Heidelberg, Germania]. Mușchiul drept erector spinae, mușchiul stâng erector, mușchiul psoas drept și mușchiul psoas stâng au fost identificate și închise cu grijă de ROI specifice mușchilor pe fiecare felie axială care prezintă acești mușchi (Figura 2). Toate ROI-urile au fost plasate la conturul muscular, evitându-se în același timp includerea grăsimii subcutanate sau a interfețelor mușchi-grăsime (Figura 2).

Ulterior plasamentelor ROI, am extras PDFF (în%) și CSA (în cm 2) pentru fiecare subiect și mușchi prin media valorilor respective derivate din ROI-urile specifice mușchilor plasate în feliile axiale consecutive. Pentru mușchii dorsali și stângi ai erectorului spinal, am definit trei segmente care au fost analizate separat, care au fost determinate în funcție de localizarea anatomică în raport cu anatomia coloanei toraco-lombare. Aceste trei segmente acopereau mușchii dorsali și stângi ai erectorului spinal de la nivelul inferior al plăcii finale L5 la nivelul superior al plăcii finale L3, nivelul inferior al plăcii finale L2 până la nivelul superior al plăcii finale T12 și nivelul inferior al plăcii finale T11 la nivelul superior nivelul plăcii finale a T9. Separarea în cele trei segmente nu s-a bazat pe considerații fiziologice, ci a vizat o împărțire echilibrată a coloanei vertebrale toracice și lombare inferioare. Valorile obținute pentru ambele părți au fost mediate, ducând la o valoare PDFF și CSA pentru mușchii psoas și trei valori segmentare PDFF și CSA pentru mușchii erector spinae per subiect.

Plasarea ROI a fost efectuată de același cititor la toți subiecții (MD cu experiență în imagistica radiologică din 2012). Pentru a evalua reproductibilitatea între cititori, un al doilea cititor (MD cu experiență în imagistica radiologică începând cu 2017) a segmentat din nou cinci subiecți selectați aleatoriu, fiind orbi de ROI-urile primului cititor. Aceeași abordare a plasărilor ROI a fost urmată de ambii cititori.

Analize statistice

SPSS (versiunea 20.0; IBM SPSS Statistics pentru Windows, Armonk, NY, SUA) și GraphPad Prism (versiunea 6.04; GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, SUA) au fost utilizate pentru analize statistice. Pentru testele statistice, nivelul de semnificație a fost stabilit la P

Rezultate

Caracteristicile cohortei

Am inclus 76 de subiecți (24 de bărbați și 52 de femei), cu valori PDFF și CSA ale mușchilor psoas și cele trei segmente ale mușchilor erector spinae fiind disponibile de la toți subiecții. Nu au existat diferențe semnificative de vârstă (bărbați: vârstă medie: 39,5 ± 10,5 ani, interval de vârstă: 26,9–61,3 ani; femei: vârstă medie: 40,3 ± 14,9 ani, interval de vârstă: 21,2–77,2 ani; P = 0,733) sau IMC (bărbați: IMC mediu: 27,0 ± 5,8 kg/m 2, intervalul IMC: 20,1-41,3 kg/m 2; femele: IMC mediu: 24,6 ± 5,3 kg/m 2, intervalul IMC: 17,2–43,5 kg/m 2; P = 0,067) între sexe.

Măsurători ale PDFF și CSA

La luarea în considerare a măsurătorilor PDFF ale celor trei segmente ale mușchilor erector spinae a existat o variație regională în funcție de localizarea anatomică. PDFF al mușchilor erector spinae din segmentul L3 - L5 a arătat cele mai mari valori în comparație cu măsurătorile corespunzătoare ale segmentelor T12 - L2 și T9 - T11 pentru ambele sexe (Tabelul 1). În consecință, a existat o diferență semnificativă între valorile PDFF ale segmentului L3 - L5 și valorile PDFF ale segmentelor T12 - L2 (P 2) ale mușchilor erector spinae din segmentele L3 - L5, T12 - L2, și T9 - T11, precum și mușchii psoas pentru subiecți bărbați și, respectiv, femei. Mai mult, este furnizat CSA împărțit la indicele de masă corporală (IMC, în kg/m 2)
Masă completă

În comparație cu femeile, bărbații au prezentat valori PDFF semnificativ mai mici pentru mușchii psoas (P = 0,006) și mușchii erector spinae din segmentul L3 - L5 (P 0,05; Tabelul 2).

Corelații ale PDFF între mușchi și segmente

Au existat corelații semnificative între PDFF a mușchilor psoas și PDFF a tuturor celor trei segmente ale mușchilor erector spinae (P 2, axa x) față de PDFF (în%, axa y) pentru mușchii erector spinae ai segmentelor L3 - L5 (A), T12 - L2 (B) și T9 - T11 (C), precum și mușchii psoas (D). Punctele reprezintă valorile respective ale subiecților individuali, care sunt afișate împreună cu linia cea mai potrivită și banda de încredere de 95%.

La efectuarea analizelor de corelație parțială la bărbați care utilizează vârsta și IMC ca variabile de control, s-au menținut asocieri semnificative între PDFF a diferiților mușchi sau segmente, cu excepția PDFF a mușchilor psoas și a valorilor PDFF ale mușchilor erector spinae ai T9 - segmentul T11 și pentru valorile PDFF ale mușchilor erector spinae din segmentul L3 - L5 și T9 - T11 (Tabelul 4). La femei, asociațiile semnificative între PDFF ale diferiților mușchi și segmente au fost păstrate în analizele de corelație parțială, cu excepția valorilor PDFF ale mușchilor erector spinae din segmentul L3 - L5 și T9 - T11 (Tabelul 5).

Măsurători de reproductibilitate

Eroarea de reproductibilitate exprimată ca coeficient mediu de rădăcină pătrat de variație în procente (unități relative) s-a ridicat la 5,6% pentru PDFF a mușchilor erector spinae din segmentul L3 - L5, 6,2% pentru segmentul T12 - L2, 5,9% pentru segment T9 - T11 și, respectiv, 6,0% pentru mușchii psoas.

Discuţie

Prezenta investigație a folosit RMN cu grăsime de apă pe bază de codificare a schimbării chimice pentru a extrage PDFF și CSA ale mușchilor psoas și a celor trei segmente ale mușchilor erector spinae. PDFF al mușchilor erector spinae din segmentul L3 - L5 a fost independent de IMC și a prezentat valori mai mari în comparație cu celelalte segmente. Pentru mușchii psoas și mușchii erector spinae din segmentul L3 - L5, s-au observat diferențe semnificative de gen în valorile PDFF. La considerarea vârstei și a IMC ca variabile de control, corelațiile semnificative între segmentele mușchilor erector spinae au fost menținute pentru PDFF la ambele sexe.

Cu toate acestea, există neajunsuri ale acestui studiu care trebuie luate în considerare. În primul rând, cohorta a inclus mai mulți subiecți de sex feminin decât bărbați și, prin urmare, nu a fost la fel de echilibrată în ceea ce privește distribuția de gen. În al doilea rând, nu am inclus în mod explicit subiecții cu diagnostic de boli metabolice, neuromusculare, degenerative sau de altă natură care au un impact asupra fracțiunilor de grăsime ale musculaturii (7-16). În al treilea rând, pentru a măsura PDFF, acest studiu a folosit doar RMN bazat pe codificare pe schimbare chimică, care este o tehnică modernă insensibilă pe hărți de câmp, care permite cuantificarea grăsimilor rezolvate spațial, dar nu permite cuantificarea nivelurilor de lipide intramiocelulare și extramiocelulare, cum ar fi MRS face (17-19,21). Luate împreună, studiile viitoare pot include pacienți cu boli definite și ar trebui să profite de o configurație multimodală care combină RMN-urile și MRS bazate pe codificare a schimbării chimice pentru a oferi, de asemenea, informații despre distribuția lipidelor intramusculare. În plus, astfel de studii pot permite să investească în continuare rolul potențial al PDFF al segmentului L3 - L5 al mușchilor erector spinae ca biomarker pentru modificările musculare.

În concluzie, rezultatele obținute din acest studiu pot oferi noi perspective pentru o mai bună înțelegere a fiziologiei mușchilor bazali. De remarcat, PDFF al mușchilor erector spinae la nivelul L3 - L5 s-a dovedit a nu fi dependent de IMC, sugerând că acest nivel ar putea fi potrivit pentru segmentările mușchilor paraspinali atunci când resursele de timp pentru segmentarea manuală a zonelor mai mari sunt restricționate. Cu toate acestea, studiile viitoare, inclusiv pacienții cu boli care implică modificări ale compoziției și distribuției grăsimilor, vor trebui să investească în continuare rolul PDFF de acest nivel ca potențial biomarker. Mai mult, ar trebui investigate cauze distincte pentru găsirea unor valori PDFF mai mari ale musculaturii paraspinale la segmentul L3 - L5 în comparație cu segmentele de mai sus.

Mulțumiri

Finanțare: Această cercetare a fost susținută de Consiliul European de Cercetare (acordul de finanțare nr. 677661 - ProFatMRI și acordul de finanțare nr. 637164 - iBack), Fundația Germană de Cercetare (DFG-SFB824/A9), Philips Healthcare, Else Kroener-Fresenius- Foundation, subiectul Helmholtz cu programe încrucișate „Disfuncție metabolică” și Universitatea Tehnică din München (UTM) în cadrul Programului de publicare cu acces liber. Această lucrare reflectă doar punctul de vedere al autorilor, iar agențiile de finanțare nu sunt responsabile pentru orice utilizare care ar putea fi făcută informațiilor pe care le conține.

Notă de subsol

Conflictele de interese: Autorii nu au conflicte de interese de declarat.

Declarație etică: Acest studiu a fost aprobat de Comitetul de revizuire instituțională (numărul de înregistrare: 2719/10 S) și a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki. Consimțământul informat scris a fost obținut de la toți participanții la studiu.