跑步相關(guān)因素對(duì)男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉橫截面積影響的磁共振研究

周靜，鄭孝眾，姚婉貞，陳磊磊，丁建平

馬拉松運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)極限耐力運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)員完成半程或全程馬拉松跑時(shí)，會(huì)對(duì)下肢肌肉、關(guān)節(jié)產(chǎn)生持續(xù)影響。下肢肌肉不僅能協(xié)助人體完成跑步動(dòng)作、維持身體姿勢(shì)，而且能夠在關(guān)節(jié)間傳遞力量。目前的研究多與高速運(yùn)動(dòng)，如短跑、足球，以及阻力訓(xùn)練對(duì)下肢肌肉損傷及其影響因素有關(guān)，缺少馬拉松運(yùn)動(dòng)這類(lèi)耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)下肢肌肉影響的研究。磁共振成像空間分辨率和軟組織分辨率高，可評(píng)估不同肌群橫截面積。并且，肌肉橫截面積也能反映運(yùn)動(dòng)能力。因此，筆者通過(guò)運(yùn)用磁共振成像評(píng)估男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腿前、中、后群肌肉橫截面積，并且探究了肌群橫截面積與年齡、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、跑齡、配速、月跑量的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究為回顧性研究，共招募符合標(biāo)準(zhǔn)的男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員64名及不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)男性健康志愿者15 名。將不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)男性健康志愿者設(shè)為A 組，另選取15名與A組成員身高(5 cm以?xún)?nèi))、年齡(3歲以?xún)?nèi))、體重(3 kg 以?xún)?nèi))和BMI (1 分以?xún)?nèi))相匹配的男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員設(shè)為B組，每個(gè)受試者必須至少在其中兩個(gè)類(lèi)別中匹配[1]。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1) A 組：每周身體活動(dòng)頻度3 次以下，每次活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)小于30 min；(2)男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員至少參加過(guò)2 次正規(guī)半程馬拉松比賽；(3)檢查前3 d 無(wú)劇烈運(yùn)動(dòng)；(4)自愿參加本研究并簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有大腿創(chuàng)傷和外科手術(shù)史；(2)存在其他累及肌肉系統(tǒng)的疾病；(3)存在MRI 檢查禁忌證；(4)圖像質(zhì)量不滿(mǎn)足要求。A 組年齡30.0～51.0 歲，平均(37.8±5.6)歲；BMI 19.6～28.7 kg/m2，平均為(24.4±2.6) kg/m2。業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員年齡33.0～53.0 歲，平均(42.8±7.1)歲；BMI 18.7～28.1 kg/m2，平均(23.7±1.9) kg/m2；跑齡0.5～18.0 年，平均(3.6±2.6)年；配速4.00～7.00 min/km，平均(5.6±0.6) min/km；月跑量40～400 km，平均(131.4±60.3) km。本研究經(jīng)過(guò)本單位醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)[批準(zhǔn)文號(hào)：2019 (倫02)-HS-14]，受試者均已簽署知情同意書(shū)。

1.2 MRI檢查

所有受試者檢查前3 d避免劇烈運(yùn)動(dòng)，在檢查前休息30～40 min，同時(shí)填寫(xiě)個(gè)人運(yùn)動(dòng)情況信息表，收集年齡、BMI、跑齡、配速、月跑量、比賽次數(shù)、受傷史等信息。

受試者放松仰臥，標(biāo)準(zhǔn)解剖體位，下肢長(zhǎng)軸與主磁體長(zhǎng)軸平行，足先進(jìn)，中心線定與大腿中部。采用德國(guó)Siemens Avanto 1.5 T 超導(dǎo)MR 掃描儀，8 通道PA Matrix 線圈。掃描序列及參數(shù)：采用德國(guó)Siemens Avanto 1.5 T 超 導(dǎo)MR 掃 描 儀，8 通 道PA Matrix 線圈。掃描序列及參數(shù)：(1)雙側(cè)大腿橫斷面T1WI：FOV 400.0 mm×400.0 mm，矩陣256×256，層厚1.6 mm，層間距0.8 mm，層數(shù)60 層，體素1.6 mm×1.6 mm×1.6 mm，TR 2200.00 ms，TE 3.06 ms，激勵(lì)次數(shù)3 次，采集時(shí)間2 min 49 s；(2)雙側(cè)大腿橫斷面快速自旋回波序列(turbo-spin echo，TSE) T2WI：FOV 400.0 mm×400.0 mm，矩陣256×256，層厚4.0 mm，層間距0.8 mm，層數(shù)40層，體素1.0 mm×1.0 mm×4.0 mm，TR 4000.00 ms，TE 83.00 ms，激勵(lì)次數(shù)2次，采集時(shí)間2 min 48 s。

1.3 圖像后處理

選擇受試者右側(cè)大腿勾畫(huà)ROI。從雙側(cè)大腿近端開(kāi)始，在長(zhǎng)收肌消失層面勾畫(huà)前群肌肉即股四頭肌(包括股直肌、股中間肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌)和后群肌肉即腘繩肌(股二頭肌長(zhǎng)頭、半腱肌、半膜肌)CSA；從雙側(cè)大腿遠(yuǎn)端開(kāi)始，在臀大肌出現(xiàn)層面勾畫(huà)內(nèi)側(cè)群肌肉(包括大收肌、長(zhǎng)收肌) CSA (圖1，2)。

圖1 前群肌肉和后群肌肉CSA 圖2 內(nèi)側(cè)群肌肉CSAFig.1 The cross-sectional area of anterior and posterior compartment muscles.Fig.2 The cross-sectional area of the medial.

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 大腿肌群CSA的可重復(fù)性分析

2 名觀察者測(cè)量數(shù)據(jù)一致性良好，觀察者1 測(cè)量前群肌肉CSA 為(68.63±8.22)cm2，觀察者2 測(cè)量前群肌肉CSA 為(67.56±8.03) cm2，ICC 值為0.984，提示一致性良好。

2.2 A、B組間大腿不同肌群CSA比較

所有受試者雙側(cè)大腿肌肉在T1WI 及T2WI 上未發(fā)現(xiàn)明顯肌肉急、慢性病變。A 組大腿前群肌肉CSA為63.16±7.38，低于B 組(72.05±8.34)，P＜0.01；A 組后群及內(nèi)側(cè)群肌肉CSA 分別為31.16±4.78、46.06±7.06，均低于B組(33.07±4.05、49.51±6.87)，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P值分別為0.248、0.186 (表1)。

2.3 不同肌群CSA 與各指標(biāo)的相關(guān)性

在男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員的年齡、BMI、跑齡、配速、月跑量各因素中，只有BMI 與肌群CSA的相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。BMI與前群肌肉CSA 值呈正相關(guān)(r=0.252，P=0.043)，BMI與后群肌肉CSA 值呈正相關(guān)(r=0.416，P=0.001)，BMI與內(nèi)側(cè)群肌肉CSA 值呈正相關(guān)(r=0.419，P=0.001；表2)。

表2 男性業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腿肌群橫截面積與各影響因素的Spearman相關(guān)性分析Tab.2 Spearman correlation analysis of cross-sectional area of thigh muscle group and influencing factors of male amateur marathon athletes

3 討論

下肢肌肉在維持人體姿勢(shì)、產(chǎn)生能量、提供力量方面有重要作用。肌力測(cè)量?jī)x為目前測(cè)量人體肌肉力量的主要方法，但此方法僅能測(cè)得相應(yīng)關(guān)節(jié)處的整體肌肉力量，并不能反映單個(gè)肌肉力量。醫(yī)學(xué)影像成像方法具有較高的空間分辨率，可彌補(bǔ)肌力測(cè)量?jī)x的不足[2]。Tsukasaki等[3]通過(guò)研究證明，與雙能X線測(cè)量得出的骨骼肌指數(shù)相比，CT測(cè)量得出的大腿肌肉CSA 與膝關(guān)節(jié)伸力和步態(tài)速度更具有相關(guān)性。Grimm 等[4]的研究表明在T1WI 上勾畫(huà)得出的肌肉CSA和反映肌肉運(yùn)動(dòng)性能的彈跳高度呈中等程度相關(guān)?；谝陨涎芯?，本研究使用MR T1WI，比較業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員與不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)健康志愿者不同肌群CSA 差異，并探究年齡、BMI、跑齡、配速、月跑量與大腿肌肉CSA的相關(guān)性。

3.1 業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員與不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)健康志愿者不同肌群CSA比較

本研究結(jié)果顯示，業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腿前群、內(nèi)側(cè)群、后群肌肉CSA 均大于不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)健康志愿者，與部分研究結(jié)果相似。Sun 等[5]將健康志愿者與滑雪運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉CSA進(jìn)行比較，結(jié)果顯示滑雪運(yùn)動(dòng)員大腿股四頭肌CSA明顯高于健康志愿者，與本研究結(jié)果相似。Grimm 等[4]發(fā)現(xiàn)健康志愿者在進(jìn)行13周阻力訓(xùn)練后大腿肌肉整體CSA明顯增大，但與本研究不同的是，業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期接受的是長(zhǎng)跑這類(lèi)耐力訓(xùn)練而非阻力訓(xùn)練。Mandi?等[6]使用MRI對(duì)受試者股四頭肌進(jìn)行自動(dòng)分割獲得CSA，在受試者進(jìn)行13 周阻力訓(xùn)練后，股四頭肌CSA 明顯增大。基于以上研究，筆者認(rèn)為，長(zhǎng)期跑步訓(xùn)練能促進(jìn)肌纖維蛋白合成、肌絲數(shù)量增加，最終使肌肉肥大、質(zhì)量增加[7-8]，在MRI上表現(xiàn)為肌肉CSA增加。

另外，在本研究結(jié)果中，業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員僅大腿前群肌肉CSA顯著大于不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)健康志愿者，與Hudelmaier等[9]的研究結(jié)果相似。Hudelmaier等[9]令研究對(duì)象分別進(jìn)行阻力訓(xùn)練和耐力訓(xùn)練，結(jié)果顯示，阻力訓(xùn)練組試驗(yàn)者大腿股四頭肌、腘繩肌、內(nèi)收肌、縫匠肌CSA均有增大，但耐力訓(xùn)練組試驗(yàn)者僅大腿股四頭肌和縫匠肌CSA較訓(xùn)練前明顯增大。筆者認(rèn)為，這可能與前群肌肉和后群肌肉肌纖維構(gòu)成不同有關(guān)。大腿前群肌肉以慢肌纖維為主，后群肌肉以混合肌纖維為主，在跑步這類(lèi)耐力運(yùn)動(dòng)中主要使用以慢肌纖維為主的肌肉組織，并會(huì)使慢肌纖維內(nèi)的慢速肌球蛋白輕鏈異構(gòu)體轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖偌∏虻鞍纵p鏈異構(gòu)體，使慢肌纖維能以足夠快的速度收縮以適應(yīng)特定的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保持其本身高效的能量利用特性[10]。因此，與后群肌肉相比，前群肌肉更加適應(yīng)馬拉松運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

3.2 業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉CSA與年齡、BMI、跑齡、配速、月跑量的相關(guān)性分析

本研究結(jié)果顯示，業(yè)余馬拉松遠(yuǎn)動(dòng)員BMI與大腿肌肉CSA 呈顯著正相關(guān)，而年齡、跑齡、配速、月跑量與肌肉CSA無(wú)明顯相關(guān)性。

有研究已經(jīng)證實(shí)，大腿肌肉CSA和肌肉質(zhì)量隨年齡增加而減少[11-13]。在本研究中，年齡與CSA 并無(wú)顯著相關(guān)性，筆者認(rèn)為，這可能是由于長(zhǎng)期跑步訓(xùn)練使肌肉肥大、CSA 增加，從而抵消了年齡增加對(duì)肌纖維的負(fù)面影響。Carneiro 等[14]和Cadore 等[15]便通過(guò)研究證明，一段時(shí)間的肌肉力量訓(xùn)練會(huì)增加老年人大腿肌肉CSA。除阻力訓(xùn)練外，有研究使用超聲測(cè)得老年人大腿肌肉厚度在耐力訓(xùn)練后同樣增加[16]。

大腿肌肉CSA 與跑步相關(guān)因素如跑齡、配速、月跑量并無(wú)顯著相關(guān)性。筆者認(rèn)為，一方面這可能與樣本量過(guò)少，跑齡、配速、月跑量分布過(guò)于集中有關(guān)。另一方面，一些研究表明，軀干肌、臀部和大腿肌肉與短跑運(yùn)動(dòng)員跑步成績(jī)相關(guān)，小腿和足部肌肉可能與長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員跑步成績(jī)有更大相關(guān)性。Dorn 等[17]的研究表明，在慢跑和中速跑中，主要是通過(guò)在地面接觸時(shí)施加更大的支撐力來(lái)增加步幅長(zhǎng)度，此時(shí)足底屈肌、比目魚(yú)肌和腓腸肌對(duì)垂直支撐力的貢獻(xiàn)最大，當(dāng)跑步速度在7 ms-1以上時(shí)，臀部肌肉，主要是髂腰肌、臀大肌和腘繩肌通過(guò)在擺動(dòng)階段更有力地加速膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)而增加步頻，最終提高跑步速度。Tottori 等[18]以青春期前男性短跑運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)腰大肌和股四頭肌橫截面積與短跑成績(jī)呈明顯正相關(guān)。Fujita 等[19]的研究同樣發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超聲測(cè)量得到的腹橫肌厚度與100 m 跑步成績(jī)呈顯著正相關(guān)。Kovács 等[20]的研究結(jié)果表明，馬拉松運(yùn)動(dòng)員小腿比目魚(yú)肌的CSA 與馬拉松比賽成績(jī)有顯著相關(guān)性。因此，在今后的研究中，可將業(yè)余馬拉松運(yùn)動(dòng)員臀部、小腿、足部肌肉CSA同時(shí)納入研究，或許可發(fā)現(xiàn)不同部位肌群CSA 與跑步相關(guān)因素如跑齡、配速、月跑量的相關(guān)性情況。

3.3 結(jié)論

總之，長(zhǎng)期跑步訓(xùn)練可加強(qiáng)人體大腿肌肉力量，且主要加強(qiáng)大腿前群肌肉力量。在年齡、BMI、跑齡、配速、月跑量這些因素中，僅BMI 與大腿肌肉CSA 呈顯著正相關(guān)，長(zhǎng)期跑步訓(xùn)練可能會(huì)消除年齡增加對(duì)肌纖維的負(fù)面影響。在今后的研究中，可將臀部、小腿、足部肌肉CSA 同時(shí)納入研究，以發(fā)現(xiàn)不同部位肌群CSA 與跑步相關(guān)因素如跑齡、配速、月跑量的相關(guān)性情況。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。