长期体能训练后应用T2-mapping序列定量分析胫距关节软骨的变化

韩晓兵，张乾营，阿浣，黄莹，章思竹，张善幽，刘娜红，刘旭红

军营战备训练中，常有各种体能训练，如中长跑、跨越障碍物等剧烈运动，踝关节是人体一重要承重关节，长期剧烈运动极易损伤。关节软骨富有弹性，对关节有一定减震能力[1]，因此关节软骨的损伤对踝关节的功能有一定的影响，而且关节软骨没有血管结构，自身修复能力非常有限，一旦损伤，很难自愈。当常规磁共振检查发现问题时，关节软骨已经发生信号或形态的改变，这些损伤对患者预后会产生很大影响[2-3]，其实早期的软骨损伤内部结构及成分多已发生变化，只是常规MR检查无法显示[4-5]。T2-mapping序列可定量检测软骨基质内胶原纤维的含量与分布，敏感反映软骨的损伤[6-10]，进而评估关节软骨的生物学变化[11]。既往研究[12-15]多以膝关节软骨为主，而对踝关节软骨变化的相关研究较少，本研究旨在长期体能训练后应用T2-mapping序列评估胫距关节软骨早期变化的价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究为前瞻性研究，通过纳入及排除标准，试验组收集23名男性青年战士，年龄20～25岁，体重53～71 kg，每个战士近半年内体能训练时间约：每周训练≥5 d，每天1～2次，一次2～4 h；对照组收集23名普通上班族男性青年，年龄20～25岁，体重48～70 kg，每个人近半年锻炼时间约：以慢跑、散步为主，每周≤2 d，每天≤1次，1次≤0.5 h。本研究经过本单位医学伦理委员会批准(批准文号：院医伦[268]号)，受试者均签署知情同意书。

纳入标准：无踝关节外伤及手术史；无关节疼痛或不适等临床症状；行MRI检查前1 d及检查当日无训练。排除标准：踝关节常规MRI检查表现软骨、骨质、韧带、软组织损伤，肿瘤，发育畸形者；存在MRI检查禁忌证者。

1.2 仪器与方法

采用Siemens Skyr a 3.0 T磁共振扫描仪，踝关节专用线圈及固定器，均行右踝关节MR常规扫描及T2-mapping序列扫描。嘱受试者扫描过程取仰卧位，足先进，右下肢保持伸直状态，脚底平面与检查床垂直，用固定器固定，再覆盖踝关节项圈，左下肢呈自然屈曲状态。应用多回波自旋回波序列采集踝关节矢状位T2-mapping，TR 1000.0 ms，TE 13.8/27.6/41.4/55.2/69 ms，层厚3.5 mm，层间距0.7 mm，翻转角180°，带宽228 Hz，视野129 mm×159 mm，分辨率312×384，采集次数1，扫描时间4 min 16 s。图1A采用并行采集技术i PAT(p=2)，扫描序列为水激发(water s excit ation，WE)三维容积内插快速扰相(vol ume int er pol at ed body examinat ion，VIBE)序列，TR 10.5 ms，TE 4.92 ms，翻转角10°，视野150 mm×150 mm，矩阵256×256，层厚0.6 mm，层间距0 mm，扫描时间2 min 25 s。图1B为T2-mapping原始图，图1C、1D为伪彩图。

图1 A、B表示胫距关节软骨分区，C、D分别为对照组、试验组胫距关节T2-mapping伪彩图

由1名副主任、1名主治、4名初级影像诊断医师及2名技师完成所有数据导入Siemens工作站，数据的测量均在T2-mapping原始图及伪彩图上完成，测量数据时避免邻近骨质及关节腔积液对T2值的影响，然后严格记录数值。胫距关节9分区如下：选取胫距关节冠状位显示最佳层面，胫距关节面各1/3定义为内、中、外侧；选取踝关节矢状位，胫距关节内侧前、中、后部各1/3，胫距关节中间部分前、中、后部各1/3，胫距关节外侧前、中、后部各1/3。每个分区随机测量1个T2值，测量范围＞1.0 mm2，测量形状：圆形ROI。一个受试者记9个T2值，整个研究共记414个T2值。

1.3 主要观察指标

试验组与对照组相应区域软骨的T2值。

1.4 统计学分析

所得数据采用IBM公司的SPSS 25.0软件进行数据分析。测量所得胫距关节软骨T2值符合正态分布，应用独立样本t检验比较两组胫距关节软骨区域所得T2值变化，采用单因素方差分析比较试验组各区域T2值变化，以LSD检验行两两比较。P＜0.05时差异有统计学意义。

2 结果

2.1 参与者数据分析

60名受试者中，23名男性战士及23名男性青年志愿者最终进入结果分析，试验组受试者平均年龄(22.00±1.86)岁，平均体重(67.04±5.31)kg，对照组平均年龄(21.87±1.22)岁，平均体重(58.43±8.28)kg，试验组与对照组间的性别、年龄、体重差异无统计学意义(P＞0.05)。

2.2 试验组与对照组各软骨区域的T2值

两组胫距关节各软骨区域的T2值见表1，试验组各软骨区域的平均T2值均高于对照组(P＜0.05)；试验组胫距关节各软骨区域的T2值差异比较见表2，即战士长期体能训练后胫距关节不同软骨区域T2值变化的差异，外侧后部与外侧中部、外侧后部与外侧前部T2值差异有统计学意义(P＜0.05)，外侧中部与外侧前部差异无统计学意义(P＞0.05)；中间后部与中间前部T2值差异有统计学意义(P＜0.05)，中间后部与中间中部、中间中部与中间前部差异无统计学意义(P＞0.05)；内侧后部与内侧前部T2值差异有统计学意义(P＜0.05)，内侧后部与内侧中部、内侧中部与内侧前部差异无统计学意义(P＞0.05)。内、中、外侧前部3个区域T2值差异无统计学意义(P＞0.05)，内、中、外侧中部3个区域T2值差异无统计学意义(P＞0.05)，内、中、外后部3个区域T2值差异无统计学意义(P＞0.05)。

表1 试验组与对照组胫距关节软骨各区域T2值(ms)

表2 试验组胫距关节软骨各区域T2值变化两两比较P值(LSD检验)

3 讨论

T2-mapping是一种多回波自旋回波序列，已经被广泛应用于关节软骨的研究。临床工作中，战士关节疼痛就诊以膝关节、踝关节为主，现有大多研究是以膝关节为主，有关踝关节软骨研究较少，对于踝关节软骨早期损伤知之甚少，所以本研究以为伤病员解决踝关节软骨损伤为主旨，以T2-mapping检查探寻早期损伤机制。

正常关节软骨由软骨细胞和软骨外基质组成，起减震功能作用的主要是细胞外基质，其内主要含胶原纤维、蛋白聚糖和水，胶原纤维呈网状排列，蛋白聚糖和水嵌入其中，水分子大多与胶原纤维结合在一起，呈结合水状态。然而，当软骨损伤时，胶原纤维排列破坏，更多结合水成自由水，导致T2值升高[16]。Subburaj等[17]研究表明胶原纤维的排列方式及含水量与T2值的变化呈正相关。

本研究结果显示近半年部队战士长时间体能训练后，胫距关节软骨T2平均值均不同程度高于对照组普通健康青年，由此推测长时间体能训练后关节软骨细胞外基质成分失衡，胶原纤维正常排列受损，且含量减少，致使蛋白聚糖分散，通透性增大，软骨内自由水增多等导致T2值增高[18]，这与多数学者研究结果相仿。根据Luke等[19]及Stehl ing等[20]研究结果发现短期长距离运动引起的关节软骨成分的变化是短暂而可逆的，但是本研究中战士体能训练后胫距软骨T2值升高，推测是由于训练强度大、频率高且时间长，关节软骨出现无形体学改变的早期损伤。Kuj al a等[21]研究发现高强度运动是关节炎早期病变的重要诱因，进一步阐述本研究中战士长期训练后关节软骨T2值升高，软骨内部生物结构发生变化，有可能发生不可逆早期损伤。

通过表2数据分析，推断战士体能训练时胫距关节后部软骨区域应力更大，软骨成分更容易发生变化。表1表明后部区域关节软骨T2均值均高于前、中部区域关节软骨T2均值。所以笔者推测，在长期训练中战士踝关节后部软骨区域损伤风险更高。故科学的操作、体位训练才能更好地保护关节，本研究对日常科学训练有一定的参考价值。

本研究仍有不足之处，根据Kyung Kim等[22]、陈小帅等[23]研究发现关节软骨T2值变化有一定阈值，因本研究志愿者均无临床不适体征，无法进行关节镜确诊是否存在关节软骨损伤，且与T2值之间的关系，故无法确定发生关节软骨早期损伤时T2值的阈值范围，后期需要动物实验进行完善。由于志愿者要经常参加各种训练，无法用T2值评估关节软骨成分变化是否可逆。

综上所述，磁共振T2-mapping序列可以定量评估胫距关节软骨的微观结构和生物成分的变化，长期体能训练后关节软骨T2值会不同程度升高，而且胫距关节后部关节软骨T2值更容易发生变化，可为科学训练及早期临床干预提供一定参考价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。