高海拔地区新兵基础训练致膝关节损伤的MRI相关性研究

徐 强，赵永东，陈柱鸿，陈海龙，孙新平，杜 滂

高海拔地区新兵基础训练致膝关节损伤的MRI相关性研究

徐 强，赵永东，陈柱鸿，陈海龙，孙新平，杜 滂

目的：研究高海拔地区新兵体能训练与膝关节损伤的相关性，为减少其发生提供理论依据。方法：收集不同兵源地的180名新兵训练第1～3月（每一个月为一阶段）的右膝关节MRI资料，观察各阶段的膝关节骨质（骨髓、骨皮质、关节软骨）、半月板、韧带、软组织及关节腔损伤情况，并进行不同入伍地、入伍前参加体能活动情况及体质量分级间比较。结果：（1）低海拔地区新兵第一阶段骨髓水肿及关节腔积液检出率高于高海拔地区（P＜0.05）。（2）入伍前是否参加体育锻炼及体质量分级对各训练阶段膝关节骨质、半月板、韧带、软组织及关节腔损伤影响差异均无统计学意义（P＞0.05）。（3）不同阶段的骨髓损伤检出率差别有统计学意义（P＜0.05），第三阶段的检出率最高；第一阶段和第二、三阶段半月板损伤检出率差别有统计学意义（P＜0.05），第三阶段的检出率最高；第一阶段和第二、三阶段关节腔损伤检出率差别有统计学意义（P＜0.05），第三阶段的检出率最高；各阶段膝关节韧带及软组织损伤差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论：MRI检查可为制订正确防护措施和科学的施训策略提供重要依据，从而最大限度地减少和避免新兵训练损伤的发生和发展。

高海拔地区；新兵训练；膝关节；磁共振成像

0 引言

随着部队新兵集训期缩短、训练强度加大、训练内容调整，新兵训练伤越来越成为影响部队战斗力的重要因素。有研究表明，军事训练损伤以膝关节损伤率最高[1]，了解和掌握高海拔条件下新兵体能训练致膝关节损伤发生的原因和规律，可为制订正确防护措施和科学的施训策略提供重要依据，从而达到最大限度减少和避免损伤发生和发展的目的，确保新兵训练顺利进行和目标最优。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采用整群抽样方法，选取某部2013—2014年新入伍的180名新兵为研究对象，其中江苏、河南、四川、山东、山西、甘肃籍各30名，均为男性，年龄l7～25岁，平均（19±1.33）岁。所有入组人员均经骨科专科医师检查，排除膝关节慢性疼痛及外伤史。同时收集每例被试的入伍地、年龄、身高、体质量及入伍前参加体育锻炼情况等信息。身高（m）、体质量（kg）由课题组人员按标准方法采用身高体重计测量，依据身高体质量计算体质量指数（body mass index，BMI）: BMI=体质量/身高2。

1.2 检查方法

采用德国西门子公司ESSENZA 1.5T超导磁共振成像系统，使用膝关节8通道专用线圈。所有被试均于新训的第1～3月（每一个月为一阶段）行右膝关节MRI扫描，扫描序列及参数为：（1）矢状位：①T2-tse-FS序列，视野（field of view，FOV）：170 mm，层厚：3 mm，重复时间（repetition time，TR）：5 070 ms，回波时间（echo time，TE）：90 ms，矩阵：384×384；②T1-opp-FL2d序列，FOV：200 mm，层厚：3 mm，TR：600 ms，TE1：3.04 ms，TE2：7.0 ms，矩阵：256×256；③T2-tse-pd序列，FOV：160 mm，层厚：3 mm，TR：3 950 ms，TE1：25 ms，TE2：74 ms，矩阵：256×256。（2）冠状位：①pdtse-FS序列，FOV：170 mm，层厚：3mm，TR：3100ms，TE：26 ms，矩阵：256×256；②T2-me3d-we序列，FOV：160 mm，层厚：1.5 mm，TR：53 ms，TE：24 ms，矩阵：320×320。

1.3 图像评价

由2名放射科副主任医师对MRI影像资料进行分析，详细记录各序列、各训练阶段膝关节的骨质（骨髓、骨皮质、关节软骨）、半月板、韧带、软组织及关节腔损伤情况，并取得一致意见。（1）骨髓水肿MRI表现判断标准为：在T1WI上为骨髓腔内片状、小斑片状稍低或等信号，T2WI为稍高或等信号，边界不清；PD序列图像上为片状、小斑片状高信号影，与周围信号被抑制的骨髓形成鲜明的对比，边界较清晰[2]。（2）半月板损伤判断标准为：半月板形态不完整及半月板内高信号影[3-4]。（3）关节腔损伤判断标准为：T2WI髌上囊及关节腔内超过正常量的高信号影。

1.4 统计学分析

所有数据用SPSS 16.0软件进行统计分析，不同组间检出率的比较采用Fisher确切概率法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 膝关节损伤的主要MRI表现

（1）膝关节组成骨髓质骨片状水肿影，边界欠清晰；（2）髌上囊及关节腔积液；（3）软骨关节面毛糙；（4）半月板退变及损伤；（5）内、外侧副韧带及前后交叉韧带损伤。如图1、2所示。

图1 右膝关节冠状位STIR序列扫描影像图

图2 右膝关节冠状位ME序列扫描影像图

2.2 不同入伍地新兵膝关节损伤检出率

不同入伍地新兵第一阶段骨髓水肿检出率差异有统计学意义（P＜0.05），河南籍新兵检出率最高，为90%（27/30），甘肃籍新兵检出率最低，为46.7%（14/ 30）；第二阶段骨髓水肿检出率差异有统计学意义（P＜0.05），江苏籍新兵检出率最高，为96.7%（29/ 30），甘肃籍新兵检出率最低，为73.3%（22/30）；第三阶段骨髓水肿检出率差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.3 入伍前是否参加体育锻炼对膝关节损伤检出情况影响

新兵入伍前是否参加体育锻炼对膝关节骨质（骨髓、骨皮质、关节软骨）、半月板、韧带、软组织及关节腔损伤影响差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 入伍前是否参加体育锻炼对膝关节损伤检出情况影响%

2.4 新兵体质量分级对膝关节损伤检出情况影响

不同体质量分级间各训练阶段膝关节骨质（骨髓、骨皮质、关节软骨）、半月板、韧带、软组织及关节腔损伤检出率差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 体质量分级对膝关节损伤检出情况影响%

2.5 新兵训练各阶段膝关节损伤检出情况

不同训练阶段骨髓损伤检出率差异有统计学意义（P＜0.05），第一阶段最低，为71.7%，第三阶段最高，为100%。第一阶段和第二、三阶段半月板损伤检出率差异有统计学意义（P＜0.05），第一阶段最低，为1.1%，第三阶段最高，为7.8%。第三阶段7.8%（14/180）关节的半月板损伤，其中内侧半月板损伤42.9%（6/14），外侧半月板损伤57.1%（8/14），I级损伤85.7%（12/14），Ⅱ级损伤14.3%（2/14）。不同训练阶段关节腔损伤检出率差异均有统计学意义（P＜0.05），第一阶段最低，为56.1%，第三阶段最高，为98.9%。各训练阶段膝关节韧带及软组织损伤检出率差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表3 各阶段膝关节损伤检出情况 %

3 讨论

膝关节是持重关节，由股骨、胫骨及髌骨组成，结构复杂，当进行高强度、高频率训练时容易导致损伤。文献报道，在高原高寒缺氧环境中，人体基础代谢增加[5]，耗氧量增多；急性运动后，组织易处于无氧代谢状态，无氧代谢使自由基增多并损伤组织[6]，使肌肉群易疲劳，应力性骨损伤发生危险性增加。吴忠义等[7]研究认为，在高原环境中进行运动训练，与平原相比，同样强度下，肌肉的负荷增加，肌乳酸增高、持续工作的能力（耐力）明显降低。Terrados等[8]报道，高海拔地区居住的人和动物的骨骼肌携氧量明显高于平原地区居住的人和动物。本研究中，河南、江苏籍低海拔地区的新兵初到高原地区，短期内不能适应高寒缺氧、低气压等气候条件，而高海拔地区新兵由于长期耐受高寒缺氧气候影响，机体的器官、组织细胞等各个方面对高原气候比较适应。因此，河南、江苏籍新兵第一、二阶段的骨髓水肿检出率明显高于甘肃籍新兵。随着训练量的加大及低海拔地区新兵对高原气候的适应，第三阶段骨髓水肿检出率无明显差别。所以，不同海拔地区的新兵在高海拔地区对训练量的适应程度有差异，对不同地区的新兵应因材施教，低海拔地区的新兵适应性训练尤为关键。

既往文献报道，入伍前进行体育运动是军事训练伤的保护因素，入伍前运动可大幅降低训练伤的发生率，且有剂量反应关系，其解释为经常参加体育锻炼者骨密度高，在肌肉紧张、身体耐力、服从口令、协作意识、竞争意识诸方面均较优越，入伍后能迅速适应部队的基础训练[9]。本研究中，入伍前参加体育锻炼者与未参加者膝关节损伤检出无明显差异，二者均有应力性骨髓水肿和关节腔的损伤，是否因为参加体育锻炼者人数偏少，影响了研究结果，有待进一步研究。

Neely等[10]研究发现，高BMI是下肢损伤的危险因子，王心等[11]研究认为，BMI越小，过劳损伤的发生率越高，存在剂量反应关系。Reynolds等[12]认为训练与BMI的关系为“U”形的抛物线，BMI过大，会有过多的应力作用于下肢的肌肉和骨骼系统；BMI值过小，骨骼缺少必要的肌肉保护，导致损伤高发；BMI处于平均值时，过多的应力就会被丰富的肌肉所分担，骨骼及组织受到保护，训练伤发生率最低。Ross等[13]则进一步把BMI＞ 26.9确定为训练伤的危险因子。本研究中，不同体质量骨髓及关节腔损伤检出率差别无统计学意义，但检出百分率与“U”形抛物线相符，考虑系本研究均为新兵，入伍前均已严格筛查，均属正常体质量者，位于抛物线中间。

骨髓水肿是由多种骨髓病变引起的继发性改变，长期肢体固定、偏瘫、感染、肿瘤、无菌性坏死、外伤及高强度运动等均可以引起骨髓水肿。但是X线、CT检查通常不能发现骨髓这些变化。有学者认为其是一种继发性的非特异性的病理过程[14]。目前关于外伤性单纯性骨髓水肿的机理研究较多且仍有争论，Lazzarini等[15]认为，外伤性单纯性骨髓水肿可能是骨髓局部的细微骨折，即骨髓内的骨小梁发生细小骨折，局部充血水肿，病变组织血管过多，灌注过度，细胞外液外渗多产生骨髓水肿。但另外一些学者的实验显示，骨髓水肿仅是骨髓对某种刺激的生理反应，是由外力作用使骨髓局部充血，毛细血管床过度灌注而致的骨髓水肿，不存在骨折，疼痛一般不存在，具有可逆性，多在2周内恢复[16-17]。

应力性骨髓水肿是应力性骨损伤的一种病理改变形式，好发于特定人群，以运动员、入伍新兵多见，近期剧烈体力运动的健康人群中也常见；膝关节为好发部位，临床表现无特异性。应力性骨损伤是低于急性骨折强度的应力持续作用于骨骼引起的一系列损伤[18]，它包括骨髓水肿、骨膜水肿、软组织肿胀、骨折等。本研究中180名新兵第一阶段训练内容为早操3 km跑步及队列训练；第二阶段加大训练量，除3 km跑步及队列训练外，下午加5 km越野及军体训练；第三阶段增加2次27 km和2次8 km拉练。研究发现，随着训练强度的增加，新兵的膝关节骨髓水肿率逐步升高，以第三阶段骨髓水肿率最高，但各阶段MRI主要表现为骨髓水肿，未发现骨膜和软组织肿胀及骨折征象。本研究较以往报道的骨髓水肿率高[19]，考虑为本研究中新兵大多数入伍前未参加过大运动量体力运动，短期内持续的大运动量训练导致身体的应激反应。此外，既往研究多为膝关节外伤后或膝关节疼痛治疗后的MRI检查，本研究是健康新兵在新训进行过程中的膝关节MRI检查。本研究中仅有11人于训练中出现膝关节疼痛，均能于训练后休息缓解。所以，新训过程中，合理科学的安排训练量及多科目交叉训练，对训练中及训练后的恢复至关重要。

半月板是位于胫骨髁与股骨内外髁之间的半月形纤维软骨板，可增加胫骨运动时的稳定性，负重时起缓冲作用，保护关节软骨。半月板损伤多由扭转外力引起，当承重侧小腿固定在半屈曲外展位时，身体及股部猛然内旋，内侧半月板在股骨髁与胫骨之间受到旋转压力，可致半月板撕裂；外侧半月板损伤的机制与上述相同，但作用力的方向相反。半月板损伤是膝关节疼痛及活动障碍的主要原因，常由急、慢性损伤和进行性退变引起。本研究中第二、三阶段半月板损伤率升高，主要为半月板的退行性变，与新训第二阶段增加障碍跑及5 km越野有关。

结合高海拔地区新训的实际情况及下肢损伤的发病机制和危险因素，我们认为采取以下措施可减少训练伤的发生：

（1）科学合理安排训练量及训练内容，重视训练前的热身运动，避免单一动作长时间、高强度训练。将体力训练与技术训练交替安排，使膝关节有休息及微小损伤修复的机会。此外，因材施教、因人施训，对低海拔地区新兵的训练应循序渐进，合理安排体能训练和理论学习的课时量。（2）注重心理健康教育，规范技术动作。（3）膝关节被动伸展性抗阻训练是预防膝关节运动创伤的有效方法，可使肌肉、关节、韧带的运动功能得到加强。建议施训人员向新兵示范讲解，使其正确掌握，不仅有效减少新兵在军训中的膝关节损伤，而且可以明显提高新兵服役期间的身体素质。（4）训练时加强运动保护及保暖，佩戴护膝。（5）注重训练中及训练后的恢复锻炼，新训后期新兵的膝关节应力性骨髓水肿率达到高峰，因此新训后的常规训练应减少下肢的训练负荷，以免影响膝关节功能恢复，防止应力性骨折的发生。

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（收稿：2015-01-12 修回：2015-06-25）

MRI-based correlation study for recruit fundamental training and knee joint injury at high altitude

XU Qiang1,ZHAO Yong-dong1,CHEN Zhu-hong1,CHEN Hai-long1,SUN Xin-ping1,DU Pang2
（1.Gansu Province Corps Hospital of PAP,Lanzhou 730050,China; 2.Tangdu Hospital,the Fourth Military Medical University,Xi′an 710032,China）

Objective To study the correlation between the physical fitness training and knee joint injury of the recruit at high altitude so as to decrease the incidence rate of the injury.Methods Totally 180 recruits with different sources underwent MRI examinations monthly at the first three months of fundamental training.The lesions at all months were observed for the parts of knee joints including bone marrow,cortical bone,articular cartilage,meniscus,ligaments,soft tissues and articular cavity,and compared from the aspects of source,physical fitness before recruiting and body mass grading.Results The recruits from low-altitude area gained significantly higher detection rate of bone marrow edema than those from high-altitude area at the first month,with P＜0.05.Physical fitness before recruiting and body mass grading had no significant influences on the lesions of knee joint sclerotin,meniscus,ligaments,soft tissues and articular cavity, with P＞0.05.There were statistical differences between the detection rates of bone marrow lesions at different months, with P＜0.05,and the detection rate gained the peak value at the third month.The detection rates of meniscus lesion and articular cavity lesion at the first month were significantly different from those at the second and third month,with P＜0.05,and the detection rates gained the peak values at the third month.There were no statistical differences between the detection rates of the lesions of ligaments and soft tissues at all the months,with P＞0.05.Conclusion MRI may contribute to developing proper training strategies for protection and training to decrease or avoid training injury.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（11）：71-74]

high altitude area;recruit training;knee joint;magnetic resonance imaging

R318；R445；R684

A

1003-8868（2015）11-0071-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.11.071

武警部队卫生专业科研立项（WJWSB2012-12）

徐 强（1971—），男，放射科主任，主治医师，主要从事CT、MR影像诊断方面的研究工作，E-mail：1065598920@qq.com。

730050 兰州，武警甘肃省总队医院（徐 强，赵永东，陈柱鸿，陈海龙，孙新平）；710032 西安，第四军医大学唐都医院（杜滂）

杜 滂，E-mail：1291119743@qq.com