跑步相关因素对男性业余马拉松运动员大腿肌肉横截面积影响的磁共振研究

周静，郑孝众，姚婉贞，陈磊磊，丁建平

马拉松运动是一项极限耐力运动，在运动员完成半程或全程马拉松跑时，会对下肢肌肉、关节产生持续影响。下肢肌肉不仅能协助人体完成跑步动作、维持身体姿势，而且能够在关节间传递力量。目前的研究多与高速运动，如短跑、足球，以及阻力训练对下肢肌肉损伤及其影响因素有关，缺少马拉松运动这类耐力运动对下肢肌肉影响的研究。磁共振成像空间分辨率和软组织分辨率高，可评估不同肌群横截面积。并且，肌肉横截面积也能反映运动能力。因此，笔者通过运用磁共振成像评估男性业余马拉松运动员大腿前、中、后群肌肉横截面积，并且探究了肌群横截面积与年龄、体重指数(body mass index，BMI)、跑龄、配速、月跑量的相关性。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究为回顾性研究，共招募符合标准的男性业余马拉松运动员64名及不经常运动男性健康志愿者15 名。将不经常运动男性健康志愿者设为A 组，另选取15名与A组成员身高(5 cm以内)、年龄(3岁以内)、体重(3 kg 以内)和BMI (1 分以内)相匹配的男性业余马拉松运动员设为B组，每个受试者必须至少在其中两个类别中匹配[1]。纳入标准：(1) A 组：每周身体活动频度3 次以下，每次活动时长小于30 min；(2)男性业余马拉松运动员至少参加过2 次正规半程马拉松比赛；(3)检查前3 d 无剧烈运动；(4)自愿参加本研究并签署知情同意书。排除标准：(1)有大腿创伤和外科手术史；(2)存在其他累及肌肉系统的疾病；(3)存在MRI 检查禁忌证；(4)图像质量不满足要求。A 组年龄30.0～51.0 岁，平均(37.8±5.6)岁；BMI 19.6～28.7 kg/m2，平均为(24.4±2.6) kg/m2。业余马拉松运动员年龄33.0～53.0 岁，平均(42.8±7.1)岁；BMI 18.7～28.1 kg/m2，平均(23.7±1.9) kg/m2；跑龄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。本研究经过本单位医学伦理委员会批准[批准文号：2019 (伦02)-HS-14]，受试者均已签署知情同意书。

1.2 MRI检查

所有受试者检查前3 d避免剧烈运动，在检查前休息30～40 min，同时填写个人运动情况信息表，收集年龄、BMI、跑龄、配速、月跑量、比赛次数、受伤史等信息。

受试者放松仰卧，标准解剖体位，下肢长轴与主磁体长轴平行，足先进，中心线定与大腿中部。采用德国Siemens Avanto 1.5 T 超导MR 扫描仪，8 通道PA Matrix 线圈。扫描序列及参数：采用德国Siemens Avanto 1.5 T 超 导MR 扫 描 仪，8 通 道PA Matrix 线圈。扫描序列及参数：(1)双侧大腿横断面T1WI：FOV 400.0 mm×400.0 mm，矩阵256×256，层厚1.6 mm，层间距0.8 mm，层数60 层，体素1.6 mm×1.6 mm×1.6 mm，TR 2200.00 ms，TE 3.06 ms，激励次数3 次，采集时间2 min 49 s；(2)双侧大腿横断面快速自旋回波序列(turbo-spin echo，TSE) T2WI：FOV 400.0 mm×400.0 mm，矩阵256×256，层厚4.0 mm，层间距0.8 mm，层数40层，体素1.0 mm×1.0 mm×4.0 mm，TR 4000.00 ms，TE 83.00 ms，激励次数2次，采集时间2 min 48 s。

1.3 图像后处理

选择受试者右侧大腿勾画ROI。从双侧大腿近端开始，在长收肌消失层面勾画前群肌肉即股四头肌(包括股直肌、股中间肌、股内侧肌、股外侧肌)和后群肌肉即腘绳肌(股二头肌长头、半腱肌、半膜肌)CSA；从双侧大腿远端开始，在臀大肌出现层面勾画内侧群肌肉(包括大收肌、长收肌) CSA (图1，2)。

图1 前群肌肉和后群肌肉CSA 图2 内侧群肌肉CSAFig.1 The cross-sectional area of anterior and posterior compartment muscles.Fig.2 The cross-sectional area of the medial.

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 大腿肌群CSA的可重复性分析

2 名观察者测量数据一致性良好，观察者1 测量前群肌肉CSA 为(68.63±8.22)cm²，观察者2 测量前群肌肉CSA 为(67.56±8.03) cm²，ICC 值为0.984，提示一致性良好。

2.2 A、B组间大腿不同肌群CSA比较

所有受试者双侧大腿肌肉在T1WI 及T2WI 上未发现明显肌肉急、慢性病变。A 组大腿前群肌肉CSA为63.16±7.38，低于B 组(72.05±8.34)，P＜0.01；A 组后群及内侧群肌肉CSA 分别为31.16±4.78、46.06±7.06，均低于B组(33.07±4.05、49.51±6.87)，差异不具有统计学意义，P值分别为0.248、0.186 (表1)。

2.3 不同肌群CSA 与各指标的相关性

在男性业余马拉松运动员的年龄、BMI、跑龄、配速、月跑量各因素中，只有BMI 与肌群CSA的相关性具有统计学意义。BMI与前群肌肉CSA 值呈正相关(r=0.252，P=0.043)，BMI与后群肌肉CSA 值呈正相关(r=0.416，P=0.001)，BMI与内侧群肌肉CSA 值呈正相关(r=0.419，P=0.001；表2)。

表2 男性业余马拉松运动员大腿肌群横截面积与各影响因素的Spearman相关性分析Tab.2 Spearman correlation analysis of cross-sectional area of thigh muscle group and influencing factors of male amateur marathon athletes

3 讨论

下肢肌肉在维持人体姿势、产生能量、提供力量方面有重要作用。肌力测量仪为目前测量人体肌肉力量的主要方法，但此方法仅能测得相应关节处的整体肌肉力量，并不能反映单个肌肉力量。医学影像成像方法具有较高的空间分辨率，可弥补肌力测量仪的不足[2]。Tsukasaki等[3]通过研究证明，与双能X线测量得出的骨骼肌指数相比，CT测量得出的大腿肌肉CSA 与膝关节伸力和步态速度更具有相关性。Grimm 等[4]的研究表明在T1WI 上勾画得出的肌肉CSA和反映肌肉运动性能的弹跳高度呈中等程度相关。基于以上研究，本研究使用MR T1WI，比较业余马拉松运动员与不经常运动健康志愿者不同肌群CSA 差异，并探究年龄、BMI、跑龄、配速、月跑量与大腿肌肉CSA的相关性。

3.1 业余马拉松运动员与不经常运动健康志愿者不同肌群CSA比较

本研究结果显示，业余马拉松运动员大腿前群、内侧群、后群肌肉CSA 均大于不经常运动健康志愿者，与部分研究结果相似。Sun 等[5]将健康志愿者与滑雪运动员大腿肌肉CSA进行比较，结果显示滑雪运动员大腿股四头肌CSA明显高于健康志愿者，与本研究结果相似。Grimm 等[4]发现健康志愿者在进行13周阻力训练后大腿肌肉整体CSA明显增大，但与本研究不同的是，业余马拉松运动员长期接受的是长跑这类耐力训练而非阻力训练。Mandić等[6]使用MRI对受试者股四头肌进行自动分割获得CSA，在受试者进行13 周阻力训练后，股四头肌CSA 明显增大。基于以上研究，笔者认为，长期跑步训练能促进肌纤维蛋白合成、肌丝数量增加，最终使肌肉肥大、质量增加[7-8]，在MRI上表现为肌肉CSA增加。

另外，在本研究结果中，业余马拉松运动员仅大腿前群肌肉CSA显著大于不经常运动健康志愿者，与Hudelmaier等[9]的研究结果相似。Hudelmaier等[9]令研究对象分别进行阻力训练和耐力训练，结果显示，阻力训练组试验者大腿股四头肌、腘绳肌、内收肌、缝匠肌CSA均有增大，但耐力训练组试验者仅大腿股四头肌和缝匠肌CSA较训练前明显增大。笔者认为，这可能与前群肌肉和后群肌肉肌纤维构成不同有关。大腿前群肌肉以慢肌纤维为主，后群肌肉以混合肌纤维为主，在跑步这类耐力运动中主要使用以慢肌纤维为主的肌肉组织，并会使慢肌纤维内的慢速肌球蛋白轻链异构体转变为快速肌球蛋白轻链异构体，使慢肌纤维能以足够快的速度收缩以适应特定的运动，同时保持其本身高效的能量利用特性[10]。因此，与后群肌肉相比，前群肌肉更加适应马拉松运动特点。

3.2 业余马拉松运动员大腿肌肉CSA与年龄、BMI、跑龄、配速、月跑量的相关性分析

本研究结果显示，业余马拉松远动员BMI与大腿肌肉CSA 呈显著正相关，而年龄、跑龄、配速、月跑量与肌肉CSA无明显相关性。

有研究已经证实，大腿肌肉CSA和肌肉质量随年龄增加而减少[11-13]。在本研究中，年龄与CSA 并无显著相关性，笔者认为，这可能是由于长期跑步训练使肌肉肥大、CSA 增加，从而抵消了年龄增加对肌纤维的负面影响。Carneiro 等[14]和Cadore 等[15]便通过研究证明，一段时间的肌肉力量训练会增加老年人大腿肌肉CSA。除阻力训练外，有研究使用超声测得老年人大腿肌肉厚度在耐力训练后同样增加[16]。

大腿肌肉CSA 与跑步相关因素如跑龄、配速、月跑量并无显著相关性。笔者认为，一方面这可能与样本量过少，跑龄、配速、月跑量分布过于集中有关。另一方面，一些研究表明，躯干肌、臀部和大腿肌肉与短跑运动员跑步成绩相关，小腿和足部肌肉可能与长跑运动员跑步成绩有更大相关性。Dorn 等[17]的研究表明，在慢跑和中速跑中，主要是通过在地面接触时施加更大的支撑力来增加步幅长度，此时足底屈肌、比目鱼肌和腓肠肌对垂直支撑力的贡献最大，当跑步速度在7 ms-1以上时，臀部肌肉，主要是髂腰肌、臀大肌和腘绳肌通过在摆动阶段更有力地加速膝关节和髋关节摆动而增加步频，最终提高跑步速度。Tottori 等[18]以青春期前男性短跑运动员为研究对象，发现腰大肌和股四头肌横截面积与短跑成绩呈明显正相关。Fujita 等[19]的研究同样发现，经超声测量得到的腹横肌厚度与100 m 跑步成绩呈显著正相关。Kovács 等[20]的研究结果表明，马拉松运动员小腿比目鱼肌的CSA 与马拉松比赛成绩有显著相关性。因此，在今后的研究中，可将业余马拉松运动员臀部、小腿、足部肌肉CSA同时纳入研究，或许可发现不同部位肌群CSA 与跑步相关因素如跑龄、配速、月跑量的相关性情况。

3.3 结论

总之，长期跑步训练可加强人体大腿肌肉力量，且主要加强大腿前群肌肉力量。在年龄、BMI、跑龄、配速、月跑量这些因素中，仅BMI 与大腿肌肉CSA 呈显著正相关，长期跑步训练可能会消除年龄增加对肌纤维的负面影响。在今后的研究中，可将臀部、小腿、足部肌肉CSA 同时纳入研究，以发现不同部位肌群CSA 与跑步相关因素如跑龄、配速、月跑量的相关性情况。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。