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• 临床研究 •
冰雪运动对儿童及青少年膝关节软骨发育影响的磁共振分析
中华医学杂志, 2016,96(43) : 3499-3503. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2016.43.012
摘要
目的

采用3.0 T磁共振定量分析冰雪运动对儿童及青少年膝关节软骨发育的影响。

方法

吉林大学中日联谊医院2014年6月至2015年6月招募20名参加冰雪运动的儿童及青少年与20名普通健康的儿童及青少年，分为冰雪运动组与对照组，进行3.0 T膝关节磁共振扫描，根据膝关节承重及冰雪运动的应力分布特点对膝关节股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨内侧平台、胫骨外侧平台4个部位进行分区处理，对各个区域的软骨厚度、T2值进行定量测量。

结果

冰雪运动组年龄11～17岁，平均年龄14.2岁，体质指数(BMI)为18.3 kg/m2；对照组年龄10～18岁，平均年龄13.6岁，BMI为17.9 kg/m2，差异均无统计学意义(均P>0.05)。在冰雪运动组与对照组中，男性与女性的股骨内、外侧髁的中央前区、中央后区、后区前部以及胫骨平台内、外侧的前、中、后区的软骨厚度值差异均有统计学意义(均P<0.05)。冰雪运动组与对照组股骨内、外侧髁的中央前区、中央后区、后区前部以及胫骨平台内、外侧的前、中、后区的软骨厚度值差异均有统计学意义(均P<0.05)。在冰雪运动组与对照组中，男性与女性的股骨内、外侧髁的中央前区、中央后区、后区前部以及胫骨平台内、外侧的前、中、后区的软骨的T2值差异均有统计学意义(均P<0.05)。冰雪运动组与对照组股骨内、外侧髁软骨的中央前区、中央后区及胫骨平台的内侧软骨的前、中、后区软骨的T2值差异均无统计学意义(均P≥0.05)，而股骨内、外侧髁软骨的股骨后区前部、胫骨平台内、外侧软骨的后区软骨的T2值差异均有统计学意义(均P<0.05)。

结论

性别差异是软骨厚度的重要影响因素，科学恰当的冰雪运动对青少年的膝关节软骨发育可能存在促进作用。

引用本文: 张卜天, 刘亮, 郑佳, 等.  冰雪运动对儿童及青少年膝关节软骨发育影响的磁共振分析 [J] . 中华医学杂志, 2016, 96(43) : 3499-3503. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2016.43.012.
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膝关节是冰雪运动中最重要的功能关节，在此过程中关节软骨对应力的吸收和再分布起着主要作用[1]，研究表明这种应力刺激是膝关节软骨发育过程中的重要影响因素[2,3]。目前尚缺乏冰雪运动对青少年及儿童关节软骨影响的相关研究，磁共振(MR)是评估软骨最敏感的非侵入性的检查方法，本研究旨在通过3.0 T MR的多参数定量分析来评估冰雪运动对膝关节软骨发育的影响。

对象与方法
一、对象
1．研究对象：

吉林省儿童及青少年冰雪运动员20名(男11名、女9名)与普通健康的儿童及青少年20名(男10名、女10名)分别纳入冰雪运动组与对照组。最终采集数据为冰雪运动组为20名，共40个膝关节，对照组为20名，共39个膝关节。冰雪运动组年龄11～17岁，平均年龄14.2岁，体质指数(BMI)为18.3 kg/m2；对照组年龄10～18岁，平均年龄13.6岁，BMI为17.9 kg/m2。

2．纳入标准：

冰雪运动员参加科学合理的冰雪运动训练时间>6个月，普通健康的儿童及青少年未常规参加剧烈运动>6个月，所有入选人员的BMI处于同期正常范围内。

3．排除标准：

存在膝关节外伤史或其他病史，MR成像上膝关节软骨形态等级评定按国际软骨修复协会分级(ICRS)>0级，膝关节因伪影较重者。对照组1名女性右膝关节因伪影较重被排除在数据统计范围外。

二、方法
1．扫描设备及序列：

采用德国Siemens 3.0 T Skyra高场强MR扫描仪，15通道膝关节表面线圈。扫描序列包括高分辨率冠状位、矢状位质子脂肪抑制序列(fat saturation protein density weighted imaging，FS-PDWI)、矢状位T2图(T2-mapping)(图1,图2,图3)。

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图1
冰雪运动组(1A)及健康青年(1B)软骨厚度测量　测量各分区软骨表面至软骨下骨的垂直距离并取平均值
图2
冰雪运动组(2A)及健康青年(2B)T2值测量　在各分区设置感兴趣区(ROI)测量T2值及IVIM相关参数
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图1
冰雪运动组(1A)及健康青年(1B)软骨厚度测量　测量各分区软骨表面至软骨下骨的垂直距离并取平均值
图2
冰雪运动组(2A)及健康青年(2B)T2值测量　在各分区设置感兴趣区(ROI)测量T2值及IVIM相关参数
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图3
膝关节软骨分区示意图　以半月板前、后缘为界限将胫骨平台软骨区域三等分，分为前、中、后三个区域(AT、CT、PT)，同时以胫骨平台软骨前后界线为基准将股骨髁软骨分为前、中、后三个区域(AF、CF、PF)，并进一步将软骨中央区及后区分别2等分，分别为中央前区(ACF)、中央后区(PCF)、股骨后区前部(APF)、股骨后区后部(PPF)
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图3
膝关节软骨分区示意图　以半月板前、后缘为界限将胫骨平台软骨区域三等分，分为前、中、后三个区域(AT、CT、PT)，同时以胫骨平台软骨前后界线为基准将股骨髁软骨分为前、中、后三个区域(AF、CF、PF)，并进一步将软骨中央区及后区分别2等分，分别为中央前区(ACF)、中央后区(PCF)、股骨后区前部(APF)、股骨后区后部(PPF)
2．MRI扫描参数：

矢状位FS-PDWI：重复时间(TR)3 000 ms，回波时间(TE)25 ms，视野(FOV)170 mm×170 mm，矩阵320×320，层厚3.0 mm，扫描时间4 min 30 s；冠状位FS-PDWI：TR 3 570 ms，TE 43 ms，FOV 170 mm×170 mm，矩阵320×320，层厚3.0 mm，扫描时间5 min 21 s。T2-mapping：TR 1 000 ms，TE1＝13.8、TE2＝27.6、TE3＝41.4、TE4＝55.2、TE5＝69.6 ms，FOV 160 mm×160 mm，矩阵384×384，层厚3.0 mm，扫描时间6 min 54 s。

3．统计学方法：

采用SPSS 22.0软件，对冰雪运动组与对照组的各分区各参数分别进行独立样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

结果
1．患者一般资料：

冰雪运动组和对照组年龄差异无统计学意义(P＝0.71)。冰雪运动组与对照组的BMI差异也无统计学意义(P＝0.84)。

2．性别对软骨厚度及T2值的影响：

在冰雪运动组与对照组中，男性与女性的股骨内、外侧髁的中央前区、中央后区、后区前部以及胫骨平台内、外侧的前、中、后区的软骨厚度及T2值差异均有统计学意义(均P<0.05，表1,表2,表3,表4)。

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表1

健康儿童及青少年(对照组)男性及女性各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

表1

健康儿童及青少年(对照组)男性及女性各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
男性100.38±0.100.35±0.200.44±0.200.37±0.100.36±0.100.37±0.100.17±0.100.16±0.100.16±0.100.16±0.100.15±0.100.17±0.10
女性100.33±0.100.30±0.200.37±0.100.35±0.100.32±0.100.32±0.100.14±0.100.12±0.100.13±0.200.12±0.100.12±0.100.14±0.10
P值 <0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05
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表2

冰雪运动组男性及女性各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

表2

冰雪运动组男性及女性各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
男性110.42±0.300.38±0.100.48±0.200.44±0.300.39±0.300.44±0.300.21±0.300.22±0.300.21±0.100.20±0.100.21±0.100.21±0.10
女性90.35±0.200.32±0.100.40±0.200.36±0.200.34±0.200.36±0.200.16±0.200.17±0.200.17±0.200.16±0.200.17±0.200.17±0.20
P值 <0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05
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表3

健康儿童及青少年(对照组)男性及女性各个部位T2值比较(cm, ±s)

表3

健康儿童及青少年(对照组)男性及女性各个部位T2值比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
男性1053.8±0.858.8±0.753.8±0.749.8±0.859.8±0.756.8±0.641.8±0.855.8±0.749.8±0.742.8±0.755.8±0.749.8±0.7
女性1043.2±0.752.2±0.648.2±0.648.2±0.654.2±0.654.3±0.638.2±0.749.2±0.644.2±0.638.2±0.649.2±0.644.2±0.6
P值 <0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05
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表4

冰雪运动组男性及女性各个部位T2值比较(cm, ±s)

表4

冰雪运动组男性及女性各个部位T2值比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
男性1155.4±0.853.8±0.754.2±0.750.4±0.863.4±0.880.8±0.849.4±0.854.6±0.762.6±0.747.6±0.659.2±0.856.8±0.7
女性950.2±0.748.2±0.650.2±0.645.2±0.757.2±0.770.8±0.844.2±0.749.7±0.457.2±0.744.2±0.750.2±0.750.2±0.7
P值 <0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05
3．冰雪运动对软骨厚度及T2值的影响：

冰雪运动组与对照组股骨内、外侧髁的中央前区、中央后区、后区前部以及胫骨平台内、外侧的前、中、后区的软骨厚度值差异均有统计学意义(均P<0.05，表5)。冰雪运动组与对照组股骨内、外侧髁软骨的中央前区、中央后区及胫骨平台的内侧软骨的前、中、后区软骨的T2值差异无统计学意义(P≥0.05，表5)，而股骨内、外侧髁软骨的股骨后区前部、胫骨平台内、外侧软骨的后区软骨的T2值差异有统计学意义(P<0.05，表6)。

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表5

冰雪运动组与对照组各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

表5

冰雪运动组与对照组各个部位软骨厚度比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
冰雪运动组200.41±0.100.37±0.100.45±0.200.41±0.100.42±0.100.42±0.100.19±0.100.20±0.100.19±0.100.18±0.100.19±0.100.19±0.10
对照组200.33±0.100.31±0.100.38±0.100.33±0.100.34±0.100.33±0.200.15±0.100.13±0.100.14±0.200.14±0.100.13±0.100.15±0.10
P值 <0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05
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表6

冰雪运动组与对照组各个部位T2值比较(cm, ±s)

表6

冰雪运动组与对照组各个部位T2值比较(cm, ±s)

性别例数股骨内侧髁股骨外侧髁胫骨平台内侧胫骨平台外侧
中央前区中央后区后区前部中央前区中央后区后区前部前区中区后区前区中区后区
冰雪运动组2054.2±0.761.2±0.754.2±0.649.2±0.760.2±0.577.2±0.846.5±0.651.5±0.859.5±0.646.5±0.657.5±0.854.5±0.6
对照组2050.2±0.654.2±0.650.2±0.747.7±0.658.2±0.654.5±0.442.3±0.544.9±0.757.3±0.841.3±0.554.3±0.544.3±0.8
P值 >0.05>0.05<0.05>0.05>0.05<0.05>0.05>0.05<0.05>0.05>0.05<0.05
讨论

本研究发现男性各区域的软骨厚度平均值均>女性，这一发现与Thambyah等[3]采用超声所得研究结果一致，与Kim等[4]对儿童及青少年的结果不完全一致。本研究提示性别是影响软骨厚度的独立因素。首先，在进行儿童及青少年软骨厚度测量时，所测量的软骨厚度实际上包括着关节软骨、未分化软骨及部分骺板，而随着骨发育的逐渐成熟，骨骺骨化中心扩张并取代了未分化软骨，最终只留下关节软骨，因此软骨厚度会随着骨的发育而降低，因为女性骨发育的时间较男性早，因此可能会导致同年龄段的男性软骨厚度>女性。有报道发现人类软骨中存在性激素(雌二醇和孕酮)受体，这表明软骨可以接受性激素的反馈作用[5,6,7]。因此，男女之间性激素水平不同可能对软骨厚度产生影响。冰雪运动组与对照组比较，冰雪运动组各区域的软骨厚度的平均值明显高于对照组，这与Mosher等[8]对不同年龄段马拉松运动员的研究结果相一致，本研究提示了运动产生的应力可能有助于关节滑液通过软骨基质并营养细胞。

T2图能够非侵入性的定量分析软骨中水分子含量、蛋白多糖与胶原等物质的含量及组织的各项异性[9]。本研究发现无论是冰雪运动组还是对照组，女性的膝关节软骨T2值要<男性，二者差异有统计学意义，此结果与唐艳华等[10]对健康青年人的研究结果并不一致，而与Kim等[4]的研究结果一致，这或许与女性发育时间较男性早，软骨发育成熟度高于男性，其内胶原含量要高于男性，导致了T2值的减低。

本研究发现冰雪运动组与对照组的膝关节软骨的T2值在不同的承重区域表现并不一致，造成这种差异的原因或许是因为冰雪运动特殊的运动姿态所造成的，这与Mosher等[8]对青年马拉松运动员与久坐的年轻人的对比研究的结果相一致。尽管有研究发现静态压力会导致全层软骨的T2值下降，并认为这与胶原纤维各项异性的增加有关[11]，但是此研究对象为成熟软骨，本研究中儿童及青少年的软骨处于发育状态，其对应力刺激的反应与成熟软骨并不完全一致，同时所进行的运动模式也不相同，但具体的影响机制尚需进一步研究。

综上，性别的差异可能是软骨厚度差异的重要影响因素，同时科学合理的冰雪运动对儿童及青少年的膝关节软骨发育有着促进作用，对股骨内、外侧髁的股骨后区及胫骨平台内外侧后区的软骨作用更为明显。

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