馬拉松跑步前后人體跟腱形態(tài)結構的變化特征研究

任占兵 藺亞南 郭梁

摘 要：擬通過超聲技術觀察業(yè)余馬拉松跑者跑步前后跟腱形態(tài)結構的變化特征，觀察不同性別馬拉松跑者跟腱結構在跑步前后會發(fā)生怎樣的變化，探索跟腱結構對馬拉松跑步的急性效應機制。選擇10名男子受試者，年齡（35.30±7.15）歲，身高（1.76±0.05） m，體重（68.70±5.62） kg；8名女子受試者，年齡（25.50±4.63）歲，身高（1.63±0.06） m，體重（52.88±4.88） kg，通過超聲成像技術觀察跑步前后跟腱長度、比目魚肌長度、跟腱橫截面積、跟腱厚度等指標的變化。研究結果發(fā)現(xiàn)，馬拉松跑步后業(yè)余男子和女子跑者的跟腱長度均增加，且跑步前后差異均具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.037<0.05；女子P=0.020<0.05），跟腱相對小腿長度差異具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.039<0.05；女子P=0.022<0.05）；男子和女子業(yè)余跑者在馬拉松跑步后跟腱橫截面積減小，跑步前后跟腱橫截面積差異具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.044<0.05；女子P=0.032<0.03）；男子和女子馬拉松跑者的比目魚肌肌腱長度、比目魚肌肌腱相對小腿長度、跟腱厚度和跟腱相對BMI厚度等指標跑步前后的差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義。研究結論認為，馬拉松的急性效應主要表現(xiàn)在跟腱長度增加和跟腱橫截面積減小，建議馬拉松跑者在進行耐力訓練的同時，通過力量訓練強化下肢腓腸肌和比目魚肌肌肉肌腱結構，進而避免跟腱急性效應對肌肉肌腱的傷害。

關 鍵 詞：跟腱；形態(tài)結構；超聲成像技術；馬拉松跑步

中圖分類號：G822.8 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2018）05-0139-06

Abstract： By means of ultrasonic technology， the authors observed the characteristics of changing of the Achilles tendon shape structure of amateur runners before and after marathon running， and what changes will occur to the Achilles tendon structure of marathon runners of different genders before and after running， and explored the mechanism of the Achilles tendon structures acute effect on marathon running. The authors selected 10 male testees with an age of （35.30±7.15）， a height of （1.76±0.05） m， and a weight of （68.70±5.62） kg， and 8 female testes with an age of （25.50±4.63）， a height of （1.63±0.06） m， and a weight of （52.88±4.88） kg， and by means of ultrasonic imaging technology， observed the changing of such indexes as Achilles tendon length， soleus muscle length， Achilles tendon cross-sectional area and Achilles tendon thickness， and revealed the following findings： after marathon running， the Achilles tendon lengths of the male and female amateur runners increased， and the differences before and after running were all statistically significant （for the males： P=0.037<0.05； for the females： P=0.020<0.05）， the differences in Achilles tendon lengths relative to shank lengths were also statistically significant （for the males： P=0.039<0.05； for the females： P=0.022<0.05）； after marathon running， the Achilles tendon cross-sectional areas of the male and female amateur runners decreased， and the Achilles tendon cross-sectional area differences before and after running were statistically significant （for the males： P=0.044<0.05； for the females： P=0.032<0.05）； before and after running， the differences in such indexes as soleus muscle tendon lengths， soleus muscle tendon lengths relative to shank lengths， Achilles tendon thickness， and Achilles tendon thickness relative to BMI with respect to the male and female marathon runners were not statistically significant. The authors concluded that marathons acute effect mainly shows Achilles tendon length increase and Achilles tendon cross-sectional area decrease， and suggested that marathon runners intensify the lower limbs gastrocnemius and soleus muscle tendon structures via strength training， while carrying out stamina training， thus avoiding the damage caused to muscle tendon by Achilles tendons acute effect.

Key words： Achilles tendon；shape structure；ultrasonic imaging technology；marathon running

超聲成像技術已經被廣泛地應用于肌肉形態(tài)學與肌肉生物力學研究中[1]，特別是運動過程中肌肉肌腱復合體的形態(tài)以及力學特性的改變通常都用到超聲成像技術[2]。研究指出，超聲技術評價跟腱橫截面積和厚度的測量可靠性較高，橫截面積的測量敏感性較高[3]。近年來，超聲成像技術不僅應用在體育運動相關跟腱疾病的診斷與康復中[4]，而且，也應用在測量運動中肌肉肌腱組織的動態(tài)變化和肌肉肌腱的形態(tài)學變化（長度和角度等）。例如，研究人員采用超聲成像技術探索了人體腓腸肌的“力-速度”關系隨步態(tài)速度變化的特征[5]；通過三維超聲技術探索了人體下肢提踵力量訓練對跟腱結構（橫截面積、內外直徑和前后直徑）在等長收縮過程的影響[6]。與此同時，超聲成像技術在跑步選手跟腱的研究中也比較普遍，研究人員基于超聲影像技術探索了跑步選手跟腱橫截面積和彈性模量[2]、斜坡跑步對跟腱的影響[7]、觸地模式與跟腱性能之間的關系[8]、身體活動對成年后跟腱形態(tài)結構和功能的影響[9]。馬拉松跑步前后人體跟腱的形態(tài)結構是否會發(fā)生特異性改變？迄今為止尚未有定論。

耐力跑步是提高人體有氧能力且可以預防慢性疾病的有效鍛煉方法[10]，隨著我國經濟水平的不斷提高，人們的健康意識開始逐漸增強，馬拉松跑步熱現(xiàn)象在我國成為一道風景。但是，馬拉松跑步相關的運動性損傷率也比較高，調查發(fā)現(xiàn)，有超過74%的跑步者在一年內都會有傷病困擾[11]。在人體中，雖然跟腱是最強的肌腱，但是也是最常見的損傷部位，據報道，跑步者的跟腱受傷比例大約占8%～15%[12-14]。跟腱疾病大多為慢性病，隨著病情的加重，跟腱附著部位會逐漸出現(xiàn)增大和疼痛，壓痛點在跟腱止點的前方。跟腱疾病的病因很多，但對于馬拉松跑步群體，由于跟腱長時間反復牽拉，以及跟腱在鞋內過度移動，導致跟腱張力不穩(wěn)定，進而造成受累段肌腱逐漸出現(xiàn)病變。因此，關注跑步者的跟腱健康顯得尤為重要。

研究認為，跑步相關的跟腱損傷可能歸因于低強度大運動量或者高強度的運動負荷[15]；也有人認為，在跑步的支撐階段，較高的沖擊力會增加跟腱疾病的風險[16]，當跟腱在較短的時間內頻繁地承受過大的沖擊力時，可能會發(fā)生輕微的撕裂，進而出現(xiàn)炎癥。跟腱炎是跑步運動員的多發(fā)病之一，這種疾病病期長，治療見效慢，對訓練影響很大[17]。當跟腱存在炎癥、勞損或鈣化等病因時，強度和耐受力都會減弱，當運動負荷強度過大時，就存在斷裂的風險。跟腱一旦斷裂，就會嚴重影響運動員的訓練和比賽。研究發(fā)現(xiàn)，跟腱斷裂患者手術后2年的康復時間都不能使跟腱斷裂側的形態(tài)結構和力學性能達到跟腱正常側水平，說明了跟腱一旦出現(xiàn)斷裂，恢復可能需要很長時間，會嚴重影響接下來的訓練[18]。

人體跟腱的彈性性能對耐力跑步運動表現(xiàn)至關重要，而跟腱對耐力跑步訓練的長期或急性適應機制均沒有定論。因此，探索跟腱對耐力跑步訓練的適應機制，對進一步了解耐力跑步相關跟腱損傷機制具有重要價值。本研究擬通過超聲成像技術，觀察馬拉松跑者跑步前后跟腱形態(tài)結構的變化，對進一步認識跑步相關的跟腱運動損傷機制具有一定的科學價值，對業(yè)余馬拉松跑步的科學訓練具有一定的參考價值。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選擇10名男子受試者，年齡（35.30±7.15）歲，身高（1.76±0.05） m，體重（68.70±5.62） kg，BMI數(shù)值（22.29±1.28），小腿長度（49.90±1.46） cm，馬拉松成績（229.60±20.72） min，訓練年限（2.50±1.35）年；8名女子受試者，年齡（25.50±4.63）歲，身高（1.63±0.06） m，體重（52.88±4.88） kg，BMI數(shù)值（19.81±0.87），小腿長度（46.50±1.60） cm，馬拉松成績（270.00±27.93） min，訓練年限（3.12±1.64）年。所有受試者都簽訂了知情同意書，測試前，詳細講解測試流程，并告知注意事項。受試者均沒有傷病，且長期參加跑步訓練，均參加過馬拉松賽事，實驗測試時間：2016年3月19—20日；測試地點：廣東清遠；賽事：2016年清遠馬拉松賽。

1.2 研究方法

1）實驗測試。

（1）測量儀器：便攜式彩色多普勒超聲系統(tǒng)（Mindray，M5），采用超聲線陣探頭（7L6s），深度2.50 cm，最大頻率10 MHz，工作頻率5.0 MHz，脈沖重復頻率2 000 Hz，最大功率11.50 mW。

（2）測試體位：檢查時，要求被試者采用俯臥位，下肢自然分開，足部墊高，踝關節(jié)自然放松。

（3）測試流程：①仔細詢問被試者是否有下肢傷病、跟腱傷病和跟腱傷病史，選擇健康被試者分別在馬拉松賽前1 d和賽后即刻測試；②從近端的肌肉肌腱開始掃查，直到末端跟骨；③確定回聲線界線邊緣比較清晰，保存圖片，繼續(xù)掃查并采集和保存下一圖片。由于超聲成像回聲的強度決定了亮度，在采集跟腱縱切面結構像的過程，為確保檢查時定位準確，用黑色油性筆在小腿上做好標記，將金屬絲固定于測量的不同部位，當金屬絲位于超聲探頭下方的時候，會在超聲圖中形成黑色陰影線條（例如，在圖1（d）中，跟腱縱切面超聲圖出現(xiàn)若干黑色陰影線條），然后根據陰影線條將各個超聲圖疊加形成整體跟腱超聲圖，進一步通過Image J軟件計算跟腱的整體長度。

（4）測量部位：測量被試者小腿腓腸肌和比目魚肌肌腱縱切面超聲圖像結構以及跟腱橫截面積（單位：mm2）。本研究下肢跟腱相關形態(tài)結構測量如圖1所示，其中，圖1（a）是腓腸肌肌肉肌腱聯(lián)結超聲圖；圖1（b）是人體跟腱的厚度圖；圖1（c）是跟腱橫截面積超聲圖；圖1（d）是跟腱縱切面；圖1（e）是小腿示意圖。在圖1（a）中，A是腓腸肌與比目魚肌肌腱膜，B是超聲探頭的中間位置，C是腓腸肌肌肉肌腱聯(lián)結處；在圖1（d）中，C同圖1（a）中的C，D是比目魚肌肌肉肌腱聯(lián)結處，E是跟骨；在圖1（e）中的B同圖1（a）中的B，C同圖1（a）和圖1（d）中的C，D同圖1（d）中的D，E同圖1（d）中的E，L1是腓腸肌肌腱長度（跟腱長度），L2是比目魚肌肌腱長度。

主要測量指標界定如下：

①小腿長度：是指脛骨上端內側髁上緣（脛骨點）到脛骨下端內踝下緣（內踝點）之間的直線距離，用鋼尺測量；

②跟腱長度：是指腓腸肌肌腱長度，即腓腸肌肌肉肌腱聯(lián)結點（圖1（e）-C）到跟骨（圖1（e）-E）之間的長度，通過Image J軟件進行測量。

③比目魚肌肌腱長度：是指比目魚肌肌肉肌腱聯(lián)結點（圖1（e）-D）到跟骨（圖1（e）-E）之間的長度；跟腱厚度主要是指肌腱膜之間的距離（圖1（b）），通過Image J軟件進行測量；

④跟腱橫截面積：是指根骨上方3～5 cm處跟腱橫截面積的平均值（圖1 （c）），通過Image J軟件進行測量；研究發(fā)現(xiàn)，跟腱橫截面積在距離根骨3～5 cm趨于穩(wěn)定[19]。因此，本研究分別測量距離根骨3、4和5 cm的跟腱橫截面積，并取平均數(shù)。

2）數(shù)理統(tǒng)計。

用SPSS軟件求出各變量的平均數(shù)（ ）和標準差（s），男子雙側跟腱樣本為20例；女子雙側跟腱樣本為16例，本研究進一步將跟腱長度除以小腿長度以消除腿長對跟腱長度的影響，比目魚肌肌腱的處理方法同跟腱；并且進一步將跟腱厚度除以身體質量指數(shù)，以消除體型的影響，所有數(shù)據之間的差異均采用配對樣本t檢驗，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 馬拉松跑步前后跟腱形態(tài)結構表現(xiàn)

本研究中跟腱縱切面和橫切面超聲圖像結構與前人發(fā)現(xiàn)一致，跟腱縱切面超聲圖像顯示，跟腱的腱纖維結構表現(xiàn)出相互平行的細絲狀均質性的較強回聲，馬拉松跑步前和跑步后上下肌腱膜的回聲線界線邊緣比較清晰，跟腱下端近止點處肌腱周圍的脂肪組織顯著增厚，跟腱下部近止點端與跟腱結節(jié)之間可以看到跟腱囊表現(xiàn)出無回聲的暗區(qū)，跟骨結節(jié)表面骨皮質呈致密的弧形強回聲光帶。本研究選擇測量的跟腱橫截面積靠近跟腱的起點，馬拉松跑步前后，跟腱橫截面超聲圖像表現(xiàn)出橢圓形均質性較強的回聲。

2.2 馬拉松跑步前后跟腱形態(tài)結構差異性比較

馬拉松跑步前后跟踺形態(tài)結構測量結果見表1。

（1）跟腱長度方面，馬拉松跑步后業(yè)余男子和女子跑步者的跟腱長度均增加，統(tǒng)計檢驗發(fā)現(xiàn)，馬拉松跑步前后跟腱長度差異均具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.037<0.05，女子P=0.020<0.05，馬拉松跑步前后跟腱相對小腿長度差異也具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.039<0.05，女子P=0.022<0.05）；跑步前和跑步后，男子跟腱長度均大于女子跟腱長度，性別差異均具有統(tǒng)計學顯著性意義（跑步前P=0.010<0.05，跑步后P=0.010<0.05）；跟腱相對小腿長度男女之間差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.884>0.05，女子P=0.862>0.05）。

（2）比目魚肌肌腱長度方面，馬拉松跑步后，男子和女子跑者的比目魚肌肌腱長度雖然均表現(xiàn)出增加的趨勢，但統(tǒng)計檢驗發(fā)現(xiàn)，跑步前后比目魚肌肌腱長度差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.218>0.05，女子P=0.115>0.05），比目魚肌肌腱相對小腿的長度差異也不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.209>0.05，女子P=0.122>0.05）；跑步前，男子比目魚肌肌腱長度大于女子比目魚肌肌腱長度，性別差異具有統(tǒng)計學顯著性意義（跑步前P=0.037<0.05），跑步后，性別差異不具有統(tǒng)計學顯著意義（跑步后P=0.143<0.05）；比目魚肌肌腱長度相對小腿長度男女之間差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.332>0.05，女子P=0.644>0.05）。

（3）跟腱厚度方面，男子和女子業(yè)余跑步者在馬拉松跑步前后跟腱厚度均表現(xiàn)出增加的趨勢，但差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.058>0.05，女子P=0.216>0.05）；跟腱相對BMI的厚度方面，男子跑步前后差異具有統(tǒng)計學顯著性意義（P=0.048<0.05），女子跑步前后差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（P=0.222>0.05）；跑步前和跑步后，男子跟腱厚度均大于女子跟腱厚度，性別差異均具有統(tǒng)計學顯著性意義（跑步前P=0.001<0.05，跑步后P=0.002<0.05）；比目魚肌肌腱長度相對小腿長度男女之間差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.085>0.05，女子P=0.106>0.05）。

（4）跟腱橫截面積方面，跑步后，男子和女子跑者在馬拉松跑步前后跟腱橫截面積減小，統(tǒng)計檢驗發(fā)現(xiàn)，跑步前后跟腱橫截面積差異具有統(tǒng)計學顯著性意義（男子P=0.044<0.05，女子P=0.032<0.03）。

3 討論

本研究重點基于超聲成像探索了業(yè)余馬拉松運動員跑步前后跟腱形態(tài)結構的變化特征。有研究指出，超聲技術評價人體跟腱橫截面積和厚度的測量可靠性較高[3]。本研究主要發(fā)現(xiàn)了馬拉松跑步后人體跟腱長度和跟腱相對小腿長度增加顯著，跟腱橫截面積減小顯著；而人體比目魚肌肌腱長度、比目魚肌肌腱相對小腿長度、跟腱厚度和跟腱相對BMI厚度等指標在跑步前后的差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義，但是，跟腱相對小腿長度、比目魚肌肌腱長度、比目魚肌肌腱相對小腿長度在跑步后均表現(xiàn)出增加的趨勢。本研究說明了急性馬拉松跑步對業(yè)余馬拉松跑步者的肌肉肌腱結構具有一定的影響。另外，跟腱形態(tài)結構的性別比較發(fā)現(xiàn)，跟腱長度、比目魚肌肌腱長度、跟腱厚度以及跟腱橫截面積等指標男子均顯著大于女子，研究結果與相關研究[2]觀點吻合。本研究的新穎之處在基于超聲成像觀察全程馬拉松前后人體跟腱形態(tài)結構的變化。

跟腱橫截面積方面，本研究發(fā)現(xiàn)馬拉松運動后，人體跟腱橫截面積減小。肌腱對急性運動訓練的適應比較明顯，例如，研究人員觀察了3組10 min的斜坡跑步對人體跟腱的影響，結果發(fā)現(xiàn)跟腱橫截面積在運動后顯著降低，說明了斜坡跑步對跟腱具有一定的影響，但是，這種影響是一種良性的應激反應[7]。研究人員進一步通過三維超聲技術研究了3組提踵訓練（每組15次）對跟腱結構（橫截面積、內外直徑和前后直徑）在等長收縮過程的影響，結果發(fā)現(xiàn)，跟腱在肌肉收縮過程的橫截面積的應變取決于跟腱縱向的應變和前后方向的應變[6]。深入了解肌腱形態(tài)結構及力學性能對急性運動的適應，對運動表現(xiàn)、傷病預防以及康復等都具有重要的意義。

跟腱長度方面，本研究發(fā)現(xiàn)，馬拉松跑步后人體跟腱長度顯著增加。離體實驗表明，不斷重復的周期性收縮會導致肌腱疲勞，在外力的作用下會增加跟腱的長度[20]；研究發(fā)現(xiàn)，一次性的5 km跑步對跟腱長度影響顯著，雖然跟腱長度有所增加，但是跟腱長度增加的并不明顯[21]；跟腱是一種黏彈性組織，在跑步過程中可以承受較大的張力，同時對足跟產生的力可以驅動踝關節(jié)做背伸或跖屈運動。在跑步的支撐階段，跟腱像彈簧一樣表現(xiàn)出“拉長-縮短”特點，即在跑步觸地緩沖階段，跟腱在力的作用下被拉長，儲存彈性能量，協(xié)同踝關節(jié)做背伸運動，跟腱可以承受較大的張力以防止肌肉過度拉扯；在跑步蹬伸離地階段，跟腱開始縮短，釋放彈性能量，驅動踝關節(jié)做跖屈運動。馬拉松跑步屬于周期性耐力運動項目，人體跟腱“拉長-縮短”的彈簧表現(xiàn)可能驅使跑步后跟腱長度增加的趨勢。

馬拉松跑步后人體跟腱長度增加及橫截面積減小，可能歸因于跟腱在耐力跑步過程中由于疲勞而表現(xiàn)出了蠕變趨勢[22-24]。蠕變曾被認為是肌腱結構微損傷的跡象[25]，因此，肌腱蠕變的產生也預示著肌腱損傷風險的增加。蠕變機制是否是造成馬拉松跑步后跟腱長度增加的原因，未來仍然需要加大樣本量同時結合動物實驗進行深入探索。

馬拉松跑步后人體跟腱長度增加及橫截面積減小，也可能歸因于跟腱的順應性特征。順應性是指彈性體在外力作用下發(fā)生形變的難易程度，跟腱是柔性肌腱，順應性良好，在馬拉松跑步運動中跟腱的長度變化相對較大。跟腱的順應性越高，形態(tài)越細小，我們期望看到的結果是在跑步運動后跟腱在特定的載荷下具有較高的應力和應變，跟腱力學性能和形態(tài)結構改變都會有一定的載荷閾值，該載荷閾值也是跟腱疲勞以及抗拉強度下降的警示信號，在馬拉松跑步運動的訓練實踐中，可以通過體能訓練尤其是力量訓練強化跟腱的材料屬性，提高跟腱的順應性，進一步提升跟腱的載荷閾值，防止跟腱損傷。

馬拉松跑對跟腱形態(tài)結構的急性影響可能歸因于長時間運動導致的跟腱膠原纖維的結構改變。跟腱主要由膠原纖維束組成，束內無血管分布，束間吻合血管稀少，代謝率甚低[26]。本研究中，男子馬拉松被試者平均完賽時間為229 min，女子馬拉松被試者平均完賽時間為270 min，長時間耐力跑步可能在一定程度上改變了跟腱膠原纖維的微觀結構，進而使人體跟腱長度增加及橫截面積減小。但是，應對急性應激反應，跟腱會進行早期的自我修復，未來可以結合活檢技術對人體進行深入研究。

綜上所述，本研究基于超聲成像技術，主要發(fā)現(xiàn)了馬拉松跑步前后人體跟腱形態(tài)結構的變化主要表現(xiàn)在跟腱長度增加和跟腱橫截面積減小。男子和女子業(yè)余跑步者在馬拉松跑步后跟腱橫截面積均減小，跑步前后跟腱橫截面積差異具有統(tǒng)計學顯著性意義；比目魚肌肌腱長度、比目魚肌肌腱相對小腿長度、跟腱厚度和跟腱相對BMI厚度等指標跑步前后的差異不具有統(tǒng)計學顯著性意義。跟腱長度增加和跟腱橫截面積減小可能歸因于跟腱的蠕變、順應性特征以及跟腱膠原纖維的結構改變。建議馬拉松跑步者在進行耐力訓練的同時，通過力量訓練強化下肢腓腸肌和比目魚肌等，進而避免跟腱急性效應對肌肉肌腱造成傷害。另外，超聲相關肌骨系統(tǒng)生物力學的研究受到多方面因素的影響，本研究在測試過程也存在一定的局限性，比如測量誤差、樣本含量等。因此，建議未來進一步增加樣本量進行深入研究。

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