長(zhǎng)期體能訓(xùn)練后應(yīng)用T2-mapping序列定量分析脛距關(guān)節(jié)軟骨的變化

韓曉兵，張乾營(yíng)，阿浣，黃瑩，章思竹，張善幽，劉娜紅，劉旭紅

軍營(yíng)戰(zhàn)備訓(xùn)練中，常有各種體能訓(xùn)練，如中長(zhǎng)跑、跨越障礙物等劇烈運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)是人體一重要承重關(guān)節(jié)，長(zhǎng)期劇烈運(yùn)動(dòng)極易損傷。關(guān)節(jié)軟骨富有彈性，對(duì)關(guān)節(jié)有一定減震能力[1]，因此關(guān)節(jié)軟骨的損傷對(duì)踝關(guān)節(jié)的功能有一定的影響，而且關(guān)節(jié)軟骨沒(méi)有血管結(jié)構(gòu)，自身修復(fù)能力非常有限，一旦損傷，很難自愈。當(dāng)常規(guī)磁共振檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，關(guān)節(jié)軟骨已經(jīng)發(fā)生信號(hào)或形態(tài)的改變，這些損傷對(duì)患者預(yù)后會(huì)產(chǎn)生很大影響[2-3]，其實(shí)早期的軟骨損傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分多已發(fā)生變化，只是常規(guī)MR檢查無(wú)法顯示[4-5]。T2-mapping序列可定量檢測(cè)軟骨基質(zhì)內(nèi)膠原纖維的含量與分布，敏感反映軟骨的損傷[6-10]，進(jìn)而評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的生物學(xué)變化[11]。既往研究[12-15]多以膝關(guān)節(jié)軟骨為主，而對(duì)踝關(guān)節(jié)軟骨變化的相關(guān)研究較少，本研究旨在長(zhǎng)期體能訓(xùn)練后應(yīng)用T2-mapping序列評(píng)估脛距關(guān)節(jié)軟骨早期變化的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性研究，通過(guò)納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)組收集23名男性青年戰(zhàn)士，年齡20～25歲，體重53～71 kg，每個(gè)戰(zhàn)士近半年內(nèi)體能訓(xùn)練時(shí)間約：每周訓(xùn)練≥5 d，每天1～2次，一次2～4 h；對(duì)照組收集23名普通上班族男性青年，年齡20～25歲，體重48～70 kg，每個(gè)人近半年鍛煉時(shí)間約：以慢跑、散步為主，每周≤2 d，每天≤1次，1次≤0.5 h。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)：院醫(yī)倫[268]號(hào))，受試者均簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)踝關(guān)節(jié)外傷及手術(shù)史；無(wú)關(guān)節(jié)疼痛或不適等臨床癥狀；行MRI檢查前1 d及檢查當(dāng)日無(wú)訓(xùn)練。排除標(biāo)準(zhǔn)：踝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI檢查表現(xiàn)軟骨、骨質(zhì)、韌帶、軟組織損傷，腫瘤，發(fā)育畸形者；存在MRI檢查禁忌證者。

1.2 儀器與方法

采用Siemens Skyr a 3.0 T磁共振掃描儀，踝關(guān)節(jié)專用線圈及固定器，均行右踝關(guān)節(jié)MR常規(guī)掃描及T2-mapping序列掃描。囑受試者掃描過(guò)程取仰臥位，足先進(jìn)，右下肢保持伸直狀態(tài)，腳底平面與檢查床垂直，用固定器固定，再覆蓋踝關(guān)節(jié)項(xiàng)圈，左下肢呈自然屈曲狀態(tài)。應(yīng)用多回波自旋回波序列采集踝關(guān)節(jié)矢狀位T2-mapping，TR 1000.0 ms，TE 13.8/27.6/41.4/55.2/69 ms，層厚3.5 mm，層間距0.7 mm，翻轉(zhuǎn)角180°，帶寬228 Hz，視野129 mm×159 mm，分辨率312×384，采集次數(shù)1，掃描時(shí)間4 min 16 s。圖1A采用并行采集技術(shù)i PAT(p=2)，掃描序列為水激發(fā)(water s excit ation，WE)三維容積內(nèi)插快速擾相(vol ume int er pol at ed body examinat ion，VIBE)序列，TR 10.5 ms，TE 4.92 ms，翻轉(zhuǎn)角10°，視野150 mm×150 mm，矩陣256×256，層厚0.6 mm，層間距0 mm，掃描時(shí)間2 min 25 s。圖1B為T2-mapping原始圖，圖1C、1D為偽彩圖。

圖1 A、B表示脛距關(guān)節(jié)軟骨分區(qū)，C、D分別為對(duì)照組、試驗(yàn)組脛距關(guān)節(jié)T2-mapping偽彩圖

由1名副主任、1名主治、4名初級(jí)影像診斷醫(yī)師及2名技師完成所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入Siemens工作站，數(shù)據(jù)的測(cè)量均在T2-mapping原始圖及偽彩圖上完成，測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)避免鄰近骨質(zhì)及關(guān)節(jié)腔積液對(duì)T2值的影響，然后嚴(yán)格記錄數(shù)值。脛距關(guān)節(jié)9分區(qū)如下：選取脛距關(guān)節(jié)冠狀位顯示最佳層面，脛距關(guān)節(jié)面各1/3定義為內(nèi)、中、外側(cè)；選取踝關(guān)節(jié)矢狀位，脛距關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)前、中、后部各1/3，脛距關(guān)節(jié)中間部分前、中、后部各1/3，脛距關(guān)節(jié)外側(cè)前、中、后部各1/3。每個(gè)分區(qū)隨機(jī)測(cè)量1個(gè)T2值，測(cè)量范圍＞1.0 mm2，測(cè)量形狀：圓形ROI。一個(gè)受試者記9個(gè)T2值，整個(gè)研究共記414個(gè)T2值。

1.3 主要觀察指標(biāo)

試驗(yàn)組與對(duì)照組相應(yīng)區(qū)域軟骨的T2值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所得數(shù)據(jù)采用IBM公司的SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。測(cè)量所得脛距關(guān)節(jié)軟骨T2值符合正態(tài)分布，應(yīng)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組脛距關(guān)節(jié)軟骨區(qū)域所得T2值變化，采用單因素方差分析比較試驗(yàn)組各區(qū)域T2值變化，以LSD檢驗(yàn)行兩兩比較。P＜0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 參與者數(shù)據(jù)分析

60名受試者中，23名男性戰(zhàn)士及23名男性青年志愿者最終進(jìn)入結(jié)果分析，試驗(yàn)組受試者平均年齡(22.00±1.86)歲，平均體重(67.04±5.31)kg，對(duì)照組平均年齡(21.87±1.22)歲，平均體重(58.43±8.28)kg，試驗(yàn)組與對(duì)照組間的性別、年齡、體重差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

2.2 試驗(yàn)組與對(duì)照組各軟骨區(qū)域的T2值

兩組脛距關(guān)節(jié)各軟骨區(qū)域的T2值見(jiàn)表1，試驗(yàn)組各軟骨區(qū)域的平均T2值均高于對(duì)照組(P＜0.05)；試驗(yàn)組脛距關(guān)節(jié)各軟骨區(qū)域的T2值差異比較見(jiàn)表2，即戰(zhàn)士長(zhǎng)期體能訓(xùn)練后脛距關(guān)節(jié)不同軟骨區(qū)域T2值變化的差異，外側(cè)后部與外側(cè)中部、外側(cè)后部與外側(cè)前部T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，外側(cè)中部與外側(cè)前部差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)；中間后部與中間前部T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，中間后部與中間中部、中間中部與中間前部差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)；內(nèi)側(cè)后部與內(nèi)側(cè)前部T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，內(nèi)側(cè)后部與內(nèi)側(cè)中部、內(nèi)側(cè)中部與內(nèi)側(cè)前部差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。內(nèi)、中、外側(cè)前部3個(gè)區(qū)域T2值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，內(nèi)、中、外側(cè)中部3個(gè)區(qū)域T2值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，內(nèi)、中、外后部3個(gè)區(qū)域T2值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表1 試驗(yàn)組與對(duì)照組脛距關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域T2值(ms)

表2 試驗(yàn)組脛距關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域T2值變化兩兩比較P值(LSD檢驗(yàn))

3 討論

T2-mapping是一種多回波自旋回波序列，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨的研究。臨床工作中，戰(zhàn)士關(guān)節(jié)疼痛就診以膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)為主，現(xiàn)有大多研究是以膝關(guān)節(jié)為主，有關(guān)踝關(guān)節(jié)軟骨研究較少，對(duì)于踝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷知之甚少，所以本研究以為傷病員解決踝關(guān)節(jié)軟骨損傷為主旨，以T2-mapping檢查探尋早期損傷機(jī)制。

正常關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細(xì)胞和軟骨外基質(zhì)組成，起減震功能作用的主要是細(xì)胞外基質(zhì)，其內(nèi)主要含膠原纖維、蛋白聚糖和水，膠原纖維呈網(wǎng)狀排列，蛋白聚糖和水嵌入其中，水分子大多與膠原纖維結(jié)合在一起，呈結(jié)合水狀態(tài)。然而，當(dāng)軟骨損傷時(shí)，膠原纖維排列破壞，更多結(jié)合水成自由水，導(dǎo)致T2值升高[16]。Subburaj等[17]研究表明膠原纖維的排列方式及含水量與T2值的變化呈正相關(guān)。

本研究結(jié)果顯示近半年部隊(duì)?wèi)?zhàn)士長(zhǎng)時(shí)間體能訓(xùn)練后，脛距關(guān)節(jié)軟骨T2平均值均不同程度高于對(duì)照組普通健康青年，由此推測(cè)長(zhǎng)時(shí)間體能訓(xùn)練后關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)成分失衡，膠原纖維正常排列受損，且含量減少，致使蛋白聚糖分散，通透性增大，軟骨內(nèi)自由水增多等導(dǎo)致T2值增高[18]，這與多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果相仿。根據(jù)Luke等[19]及Stehl ing等[20]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)短期長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)引起的關(guān)節(jié)軟骨成分的變化是短暫而可逆的，但是本研究中戰(zhàn)士體能訓(xùn)練后脛距軟骨T2值升高，推測(cè)是由于訓(xùn)練強(qiáng)度大、頻率高且時(shí)間長(zhǎng)，關(guān)節(jié)軟骨出現(xiàn)無(wú)形體學(xué)改變的早期損傷。Kuj al a等[21]研究發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)是關(guān)節(jié)炎早期病變的重要誘因，進(jìn)一步闡述本研究中戰(zhàn)士長(zhǎng)期訓(xùn)練后關(guān)節(jié)軟骨T2值升高，軟骨內(nèi)部生物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有可能發(fā)生不可逆早期損傷。

通過(guò)表2數(shù)據(jù)分析，推斷戰(zhàn)士體能訓(xùn)練時(shí)脛距關(guān)節(jié)后部軟骨區(qū)域應(yīng)力更大，軟骨成分更容易發(fā)生變化。表1表明后部區(qū)域關(guān)節(jié)軟骨T2均值均高于前、中部區(qū)域關(guān)節(jié)軟骨T2均值。所以筆者推測(cè)，在長(zhǎng)期訓(xùn)練中戰(zhàn)士踝關(guān)節(jié)后部軟骨區(qū)域損傷風(fēng)險(xiǎn)更高。故科學(xué)的操作、體位訓(xùn)練才能更好地保護(hù)關(guān)節(jié)，本研究對(duì)日?？茖W(xué)訓(xùn)練有一定的參考價(jià)值。

本研究仍有不足之處，根據(jù)Kyung Kim等[22]、陳小帥等[23]研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨T2值變化有一定閾值，因本研究志愿者均無(wú)臨床不適體征，無(wú)法進(jìn)行關(guān)節(jié)鏡確診是否存在關(guān)節(jié)軟骨損傷，且與T2值之間的關(guān)系，故無(wú)法確定發(fā)生關(guān)節(jié)軟骨早期損傷時(shí)T2值的閾值范圍，后期需要?jiǎng)游飳?shí)驗(yàn)進(jìn)行完善。由于志愿者要經(jīng)常參加各種訓(xùn)練，無(wú)法用T2值評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨成分變化是否可逆。

綜上所述，磁共振T2-mapping序列可以定量評(píng)估脛距關(guān)節(jié)軟骨的微觀結(jié)構(gòu)和生物成分的變化，長(zhǎng)期體能訓(xùn)練后關(guān)節(jié)軟骨T2值會(huì)不同程度升高，而且脛距關(guān)節(jié)后部關(guān)節(jié)軟骨T2值更容易發(fā)生變化，可為科學(xué)訓(xùn)練及早期臨床干預(yù)提供一定參考價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。