分析半程马拉松运动后业余运动员髌腱形态特征动态变化的MRI表现。
招募19名男性业余马拉松运动员共38侧髌腱，年龄26~53（41.5±7.9）岁，跑龄3~18年，周跑量30~90 km，月跑量100~300 km，分别于半程马拉松跑前（基线，t0）、跑后3 h内（t1）、跑后3 d（t2）对髌腱进行1.5 T MRI扫描。招募从未参加过马拉松、每周运动（包括但不限于跑步）时长<150 min的男性健康志愿者10名共20侧髌腱作为对照组，年龄26~54（39.4±9.1）岁。首先于脂肪抑制质子密度加权像（fs-PDWI）序列对髌腱信号做定性评估，观察是否存在髌腱炎；然后使用后处理工具ITK-SNAP对髌腱的形态参数［长度及近端、中部、远端横截面积（CSA）、体积］进行测量。形态参数进行标准化处理后采用独立样本t检验与对照组比较二者之间的差异。采用重复测量方差分析比较半程马拉松跑前、跑后的髌腱形态参数变化。
5名业余运动员出现无症状性髌腱炎，发生率为26.3%（5/19），另外14名业余运动员为正常髌腱。所有运动员在半程马拉松跑后均未观察到髌腱fs-PDWI序列信号发生改变。基线水平时，运动员组正常髌腱的近端CSA大于对照组［（4.20±0.62）mm2/kg3/4比（3.63±0.57）mm2/kg3/4］（P<0.05），长度及中部、远端CSA和体积两组差异均无统计学意义（均P>0.05）。运动员组正常髌腱的长度及近端、远端CSA和体积在半程马拉松跑后3 h较基线时增大［（47.35±3.22）mm比（46.83±3.35）mm，（102.52±13.03）mm2比（98.98±13.14）mm2，（108.67±15.72）mm2比（100.27±14.37）mm2，（4 020.36±514.38）mm3比（3 826.57±499.23）mm3］（均P<0.05）；以上指标在跑后3 d与基线相比差异均无统计学意义（均P>0.05）。中部CSA在跑前跑后各时期差异均无统计学意义（均P>0.05）。
男性业余马拉松运动员髌腱的近端CSA增大。一次半程马拉松后髌腱长度、区域性CSA及体积产生的变化是可逆的。
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马拉松近年来已成为我国热门的一项大众健身运动，关于其是否会对人体造成各种急慢性的损伤也引起广泛关注。髌腱是膝关节的重要组成结构，髌腱损伤时内部结构的改变会影响其功能和增加膝关节损伤的风险。目前关于马拉松与髌腱的研究较少，部分研究认为马拉松对髌腱没有影响［1, 2］，也有研究发现髌腱在跑后出现损伤［3］。这些基于MRI的定性研究存在一定的主观性。以往研究其他运动（如滑雪、羽毛球等）对髌腱形态影响中发现，髌腱会发生区域性的横截面积（cross-sectional area，CSA）增大以适应长期运动产生的负荷，从而降低损伤的风险。马拉松时髌腱也承受了巨大的负荷，这是否会对其形态结构产生影响目前尚不清楚。另外，通过探究单次马拉松运动前后髌腱形态的变化，有利于为业余马拉松运动员训练或比赛的频率和强度提供一定的指导帮助。因此，本研究通过MRI观察业余马拉松运动员在一次半程马拉松跑前、跑后髌腱的影像表现，旨在探讨长期马拉松运动对业余马拉松运动员髌腱形态的影响以及单次半程马拉松运动对髌腱形态的短期影响。
本研究为队列研究。招募2020年1至8月杭州地区的业余马拉松运动员，进行双膝关节MRI检查。业余马拉松运动员定义为未参加过正规训练，且不以马拉松为职业的群体［4］。为除外性激素可能带来的影响［5］，受试者均招募男性。业余马拉松运动员入组标准：（1）跑龄3年以上，有正规全程或半程马拉松比赛经历；（2）长期规律跑步，每周跑步频率3次以上，每次跑步距离≥10 km，月跑量≥100 km；（3）Lysholm评分>95分，无明显膝关节疼痛或不适，无外伤史及手术史；（4）无MRI检查的绝对禁忌证。排除标准：（1）研究期间发生膝关节疼痛、外伤；（2）既往膝关节手术史；（3）存在MRI检查禁忌证；（4）患有全身代谢性疾病、长期慢性病等。根据以上标准，最终共纳入19名业余马拉松运动员，全部为男性，年龄26~53（41.5±7.9）岁，跑龄3~18年，周跑量30~90 km，月跑量100~300 km。同时招募10名男性健康志愿者作为对照组，年龄26~54（39.4±9.1）岁。对照组入组要求：（1）从未参加过马拉松，每周运动（包括但不限于跑步）时长<150 min；（2）无膝关节疼痛史、外伤史及手术史；（3）无MRI检查的绝对禁忌证。本研究经杭州师范大学伦理委员会批准［2019（ethics）02-HS-15］，所有受试者均在检查前被详细告知检查内容及方法，并签署书面知情同意书。
运动员在半程马拉松跑前1周内进行第1次双膝关节MRI扫描（基线水平，t0），要求在扫描前1周内避免剧烈运动，并在扫描前休息30 min，以减少前期运动对膝关节的影响。运动员在半程马拉松过程中均无受伤，在跑后3 h内进行第2次MRI扫描（t1）。嘱运动员休息3 d，在第3天进行第3次MRI扫描（t2）。对照组同样要求在检查前一周避免剧烈运动，并在扫描前休息30 min。
采用德国西门子1.5 T Magnetom Area 高场超导MRI扫描系统、膝关节专用15通道线圈进行图像采集。扫描时，受试者取仰卧位足先进，双膝自然伸直放置于膝关节线圈中，并用沙袋对肢体进行固定。扫描序列及参数：（1）矢状面T1加权像序列：重复时间700 ms，回波时间12 ms，层厚3 mm，层间距0.6 mm，视野160 mm×160 mm；（2）矢状面及冠状面脂肪抑制质子密度加权像（fat-saturated proton density weighted image，fs-PDWI）序列：重复时间3 300、3 200 ms，回波时间 38 ms，层厚3 mm，层间距0.6 mm，视野160 mm×160 mm；（3）三维稳态进动快速成像T2加权像序列（3D-fast imaging with steady-state precession T2 weighted image，3D-FISP-T2WI）：重复时间 11 ms，回波时间 4.76 ms，层厚0.6 mm，层间距0.12 mm，视野150 mm×150 mm。
由2名从事骨肌系统影像诊断医师（年限2~5年）对运动员双膝关节进行MRI评估（如软骨、半月板变性、韧带损伤等），同时记录髌腱的MRI信号并做定性诊断，当出现不一致结果时，邀请第3名更高年资医师（年限>10年）讨论后达成一致结果。髌腱炎的MRI诊断标准为髌腱近端增厚伴fs-PDWI序列明显高信号［6］。
将3D-FISP-T2WI图像以DICOM格式导入后处理软件ITK-SNAP（Windows 10，3.8.0版）中，进行多平面重建，对髌腱的长度及近端、中部、远端CSA和体积进行测量。髌腱的长度为矢状面髌骨下缘至胫骨结节间的距离［7］。髌腱的近端、远端、中部CSA的测量分别位于横断面：（1）髌骨下缘下方，不可见髌骨的第一层图像；（2）胫骨结节近端，胫骨插入部上一层图像；（3）位于（1）和（2）的中点［7］（图1）。通过在（1）~（2）间逐层勾画后融合得到髌腱三维图像及体积（图2）。使用盲法对髌腱的形态参数在不同时间点进行3次测量，取平均值进行统计分析。
对测量参数进行标准化处理以消除受试者不同体型差异的影响，将髌腱长度（mm）除以身高高度（mm）得到标准化值（mm/mm×100%）。由于在跑步中肌腱受到的应力负荷主要取决于体重，因此将CSA（mm2）和体积（mm3）除以体重（kg）的3/4次幂得到标准化值（mm2/kg3/4、mm3/kg3/4）［6］。测量值用于组内比较，标准化值用于组间比较。由于发生髌腱炎会对业余马拉松运动员髌腱的形态结构产生影响，因此除外发生损伤的髌腱（5例/10侧）后，运动员组中的正常髌腱（14例/28侧）与对照组（10例/20侧）进行比较。
采用SPSS 22.0统计软件进行统计学分析。对参数资料用Kolomogorov-Smirnov法进行正态性检验，所有参数资料符合正态分布，以表示。采用独立样本t检验进行运动员组与对照组间比较。业余马拉松运动员在t0~t2时期髌腱形态参数的变化采用重复测量方差分析。多组样本均数两两比较采用最小显著性法（least significant difference，LSD）。双侧检验，检验水准α=0.05。
运动员组与对照组的年龄、身高、体重、体质指数、膝骨性关节炎分级差异均无统计学意义（均P>0.05）（表1）。
两组受试者基本信息比较
两组受试者基本信息比较
| 项目 | 业余马拉松运动员组（n=19） | 对照组（n=10） | t/χ2 值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 年龄（岁，） | 41.5±7.9 | 39.4±9.1 | -0.57 | 0.571 |
| 身高（m，） | 1.70±0.03 | 1.68±0.06 | -0.88 | 0.399 |
| 体重（kg，） | 67.16±5.36 | 66.90±9.97 | -0.17 | 0.868 |
| 体质指数（kg/m2，） | 23.25±1.78 | 23.15±2.78 | -0.40 | 0.694 |
| 膝OA分级（0级/Ⅰ级） | 26侧/12侧 | 12侧/8侧 | 0.41 | 0.841 |
注：OA为骨关节炎
19名业余马拉松运动员中有5名的基线水平双侧髌腱表现为近端明显增粗伴fs-PDWI序列高信号，被诊断为无症状性髌腱炎，发生率为26.3%（5/19），在跑后随访中其fs-PDWI序列高信号部分未观察到明显改变，也未观察到新发的高信号灶（图3）。其余14名运动员的28侧髌腱fs-PDWI序列信号正常，为正常髌腱（14/19），在跑后随访中fs-PDWI序列未观察到有新发高信号灶。所有运动员在半程马拉松跑后未出现明显的膝关节疼痛。
对照组共20侧髌腱在MRI上信号均匀，未见明显损伤。
运动员正常髌腱的近端CSA大于对照组［（4.20±0.62）mm2/kg3/4比（3.63±0.57）mm2/kg3/4，t=3.22，P=0.002］，而长度及中部、远端CSA和体积的差异均无统计学意义（均P>0.05）（表2）。
业余马拉松运动员组及对照组的正常髌腱MRI形态参数测量值、标准化值比较（）
业余马拉松运动员组及对照组的正常髌腱MRI形态参数测量值、标准化值比较（）
| 项目 | 业余马拉松运动员组（n=28侧） | 对照组（n=20侧） | t值a | P值a |
|---|---|---|---|---|
| 长度 | -0.11 | 0.915 | ||
测量值（mm） | 46.83±3.35 | 46.37±0.28 | ||
标准化值（mm/mm×100%） | 2.76±0.19 | 2.76±0.19 | ||
| 近端CSA | 3.22 | 0.002 | ||
测量值（mm2） | 98.98±13.14 | 84.58±14.44 | ||
标准化值（mm2/kg3/4） | 4.20±0.62 | 3.63±0.57 | ||
| 中部CSA | -0.04 | 0.965 | ||
测量值（mm2） | 92.91±10.92 | 91.27±12.06 | ||
标准化值（mm2/kg3/4） | 3.93±0.44 | 3.93±0.49 | ||
| 远端CSA | 1.56 | 0.125 | ||
测量值（mm2） | 100.27±14.37 | 92.96±12.71 | ||
标准化值（mm2/kg3/4） | 4.25±0.61 | 3.99±0.47 | ||
| 体积 | 0.99 | 0.323 | ||
测量值（mm3） | 3 826.57±499.23 | 3 628.75±455.96 | ||
标准化值（mm3/kg3/4） | 161.80±19.05 | 156.20±19.24 |
注：CSA为横截面积；a形态学参数标准化值的比较
运动员组正常髌腱的长度、近端、远端CSA及体积在跑后3 h增大［（47.35±3.22）mm，（102.52±13.03）mm2，（108.67±15.72）mm2，（4 020.36±514.38）mm3］，与跑前［（46.83±3.35）mm，（98.98±13.14）mm2，（100.27±14.37）mm2，（3 826.57±499.2）mm3］相比差异有统计学意义（LSD-t值分别为-3.33、-2.10、-5.73、-7.93，均P<0.05）。跑后3 d的长度、近端、远端CSA及体积［（46.53±3.10）mm，（97.38±10.92）mm2，（100.41±14.26）mm2，（3 815.04±547.90）mm3］与跑后3 h相比差异有统计学意义（LSD-t值分别为6.15、3.25、5.13、6.91，均P<0.05），与跑前相比差异均无统计学意义（P>0.05）。而中部CSA在跑步前后各时期差异均无统计学意义（均P>0.05）（表3）。
运动员组跑前跑后各时期正常髌腱MRI形态学参数比较（）
运动员组跑前跑后各时期正常髌腱MRI形态学参数比较（）
| 形态参数 | 跑前（t0） | 跑后3 ha（t1） | 跑后3 dbc（t2） | F值 | P值 |
|---|---|---|---|---|---|
| 长度（mm） | 46.83±3.35 | 47.35±3.22 | 46.53±3.10 | 12.95 | <0.001 |
| 近端CSA（mm2） | 98.98±13.14 | 102.52±13.03 | 97.38±10.92 | 5.09 | 0.009 |
| 中部CSA（mm2） | 92.91±10.92 | 94.32±11.07 | 94.13±12.67 | 0.92 | 0.405 |
| 远端CSA（mm2） | 100.27±14.37 | 108.67±15.72 | 100.41±14.26 | 17.46 | <0.001 |
| 体积（mm3） | 3 826.57±499.23 | 4 020.36±514.38 | 3 815.04±547.90 | 31.72 | <0.001 |
注：CSA为横截面积； a与跑前（t0）相比，长度以及近端、远端CSA和体积差异具有统计学意义（LSD-t值分别为-3.33、-2.10、-5.73、-7.93，均P<0.05），中部CSA的差异无统计学意义（P>0.05）；b与跑前（t0）相比，长度以及近端、中部、远端CSA和体积的差异均无统计学意义（均P>0.05）；c与跑后3 h（t1）相比，长度以及近端、远端CSA和体积差异具有统计学意义（LSD-t值分别为6.15、3.25、5.13、6.91，均P<0.05），中部CSA的差异无统计学意义（P>0.05）
所有业余马拉松运动员在半程马拉松跑后的髌腱MRI信号与跑前相比都无明显变化，跑后髌腱没有新发损伤，这与目前研究［1, 2］相符，可以认为一次半程马拉松不会对业余马拉松运动员的髌腱造成严重的急性损伤。本研究中运动员无症状性髌腱炎的发生率为26.3%。髌腱炎在不同项目运动员中的发生率为2.5%~45.0%［8］，长期运动产生的持续慢性负荷过重可能是发生髌腱炎的主要原因。
本研究发现长期马拉松运动对业余马拉松运动员正常髌腱的长度没有明显影响，与以往研究相符［9］。但其对髌腱不同区域的CSA产生了影响，主要表现在近端CSA增大，而中部、远端CSA没有明显变化。长期惯性运动负荷会造成髌腱的缓慢肥大［10］。Wiesinger等［9］发现长跑运动员的髌腱平均CSA明显增大。Couppé等［11］发现长期负荷运动会使运动员的髌腱近、远端CSA产生区域性特异性肥大。一名跑量为60~100 km/周的跑者在跑步中髌腱应力可达8 000~11 100 N［12］，在每周大约31 400次负重循环中，髌腱经反复拉伸会产生略低于6%的应变［9］，这种应变可以以CSA这一形态特征的变化反应。运动员髌腱近端CSA的区域性肥大可能是一种对长期跑步运动的适应性变化。本研究中运动员正常髌腱的体积虽然在数值上大于对照组，但两者差异无统计学意义，需要积累样本量进一步研究。
本研究还发现运动员正常髌腱的长度、近、远端CSA及体积在跑后3 h增大，并在跑后3 d恢复，与有的研究结果类似［13］。马拉松过程中重复的关节屈伸运动及相应的应力负荷可能使髌腱发生应变而表现为可逆性的长度增长［9］及近、远端CSA的区域性增大［7］。有研究认为，在一次剧烈无损伤的运动后，髌腱的胶原合成速率从大约0.05%/h提高到0.10%/h［14］，在24 h达到峰值，并在72 h缓慢下降到静息值。与单次运动相比，长期惯性负荷后肌腱肥大可能更明显［15］，而短期运动的变化可能是有限的［10］。同时，在两次运动之间需要一定时间间隔使肌腱形态恢复，这对于肌腱组织适应、避免分解代谢紊乱以及降低损伤风险是重要的，而间隔长短主要因负荷类型与强度而异［16］。本研究中在半程马拉松跑后第3天，髌腱的形态基本恢复到了跑前状态。
本研究存在局限性；（1）没有进行与髌腱炎相关的VISA-P评分，未来试验设计时会完善；（2）试验原本进行了髌腱T2*mapping定量测量，由于技术、参数选择等原因，定量值可信度较差，需要进一步调试后纳入后续试验；（3）需要积累样本量以提高试验结果的可信度；（4）需要进一步明确跑后髌腱形态恢复的具体时间间隔，为运动员训练或比赛的频率提供更明确的指导；（5）本研究未探讨膝关节其他结构（如软骨、半月板等）的损伤是否会影响髌腱的形态变化，未来可进一步研究。
综上所述，长期马拉松运动会对男性业余马拉松运动员的正常髌腱形态产生影响，表现为近端CSA增大，这可能反映了对长期跑步负荷的区域性肥大，而髌腱长度和体积没有明显变化。在男性业余马拉松运动员中，无症状性髌腱炎具有一定的发生率。一次半程马拉松不会对业余马拉松运动员的髌腱产生急性损伤，但会对髌腱的长度、区域性CSA及体积产生影响，这些变化是可逆的，未来进一步研究髌腱形态恢复的时间间隔可以为运动员的马拉松训练和比赛进行科学的指导。
所有作者均声明不存在利益冲突
