0 引言

       随着全民健康意识逐步加强，我国马拉松运动发展趋势逐步加快，越来越多的人加入到业余马拉松这一项健身运动当中，但还存在大量人群对于运动损伤认识不清，导致在马拉松比赛中的损伤报告率很高^{[1, 2]}。马拉松运动能够有效提高参与者的耐力，降低参与者的体重及心血管病发生的风险^{[3, 4]}，但同时也增加了下肢损伤的发生风险。在跑步相关损伤（running-related injury, RRI）中，下肢损伤以膝盖（28%）、踝足（26%）和小腿（16%）损伤最高^[5]，而磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）是评估这些损伤的首选成像方法。普通MRI序列只能在后期已经出现软骨缺损或出现临床症状时发挥检测效能，而在这之前，软骨会发生进行性胶原纤维解体、游离水含量增加和糖胺聚糖耗竭等生化改变^{[6, 7, 8]}。因此，在软骨退化的早期阶段，利用灵敏的检测技术来检测这些结构和生化改变对于确定早期治疗的必要性、监测疗效以及有效评估并预防疾病进展都很有价值^[9]。

       目前，关于关节软骨在RRI方面的研究主要是基于T2 mapping、T2^* mapping、超短回波时间（ultrashort-echo-time, UTE）、三维双回波稳态（three-dimensional double-echo steady state, 3D-DESS）序列、T1rho等定量MRI技术。T2^* mapping的回波时间比T2 mapping更短^[10]，与T2 mapping等其他功能序列相比，T2^* mapping空间分辨率更高，成像更快，能够完整地包覆关节软骨面，对软骨组织的胶原纤维各向异性及游离水含量变化更为敏感^{[11, 12, 13]}。

       既往RRI相关的软骨定量研究主要专注于在跑步过程中软骨的急性变化或跑步前后软骨的变化^{[14, 15, 16]}、长期跑步者与久坐者的软骨差异性^[17]等，对于跑步对软骨结构和生化改变进行了客观的研究，但缺乏对软骨损伤的预防提供指导意义。此外，也有研究通过对跑步相关指标如BMI、月跑量、脚击模式等因素与软骨之间的关系来探究跑步对软骨的影响^{[18, 19]}。但目前的研究以膝关节居多，而针对运动员踝关节软骨损伤的相关因素研究目前报道较少，有学者^[20]利用常规MRI研究了业余马拉松运动员踝关节损伤的相关因素分析，但缺乏对软骨的定量评估，无法反映软骨早期的生化改变情况；WU等^[21]利用T2 mapping评估了举重运动员和健康志愿者踝关节软骨的差异性，但缺乏对运动员软骨T2值影响因素的分析，不能为今后运动员预防软骨损伤提供指导意义。因此，本研究旨在采用T2^* mapping技术探讨跑步相关指标（年龄、跑龄、BMI、月跑量及性别）对足踝部关节软骨T2^*值的影响，从而为业余马拉松运动员的损伤预防提供参考依据，并为早期筛查软骨损伤风险提供新的方向。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究是一项前瞻性的横断面研究。2023年7月至2023年9月期间在重庆市招募既往参加过业余马拉松运动的长跑运动爱好者，于中国人民解放军陆军第九五八医院共纳入48名受试者的单侧无症状踝关节进行扫描。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经中国人民解放军陆军第九五八医院伦理委员会批准，批准文号：IRB20231h-1。全体受试者检查前都已知晓并签署知情同意书。

1.2 纳入及排除标准

       纳入标准：（1）年龄<60岁，长期规律跑步，每周跑步次数≥3次；每次跑步距离≥10 km；每月平均跑量>100 km；（2）扫描前1周内无剧烈运动；（3）非职业运动员，至少参加过一次马拉松赛事。

       排除标准：（1）职业运动员；（2）存在MRI检查禁忌证者；（3）试验期间出现足踝部损伤；（4）有踝关节外伤、感染或外科手术史者；（5）有高血压、冠心病、糖尿病、痛风及显著的退行性骨关节病等疾病史。

1.3 检查方法

1.3.1 MRI扫描方法

       使用联影3.0 T uMR770磁共振扫描仪，踝关节专用线圈，采取仰卧位，足先进扫描模式，足部与小腿呈90度角，加以沙袋固定，减少运动伪影。扫描序列及参数见表1。

       针对所有参与者，采用问卷调查的方式，采集受试者基本信息，并进行单侧无症状踝关节扫描。根据平时跑步强度将受试者分为高跑量组（跑量≥300 km/月）、中低跑量组（跑量<300 km/月）^[20]。所有受试者都被要求签署一份协议，以最大限度地确保问卷内容的真实性。

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表1  3.0 T MRI踝关节采集参数
Tab. 1  Detailed parameters of 3.0 T MRI sequence of ankle joint

1.3.2 影像分析

       本研究使用医学影像处理软件U_VIEWER工作站^[22]。T2^* mapping伪彩图由工作站自动获得，将T2^* mapping TE=6.71 ms序列作为解剖像，如图1A~1B所示。选取合适的内侧、外侧切片，每一侧选取2个切片，尽量覆盖整个承重软骨区域，如图1C所示。避开积液及软骨下骨，在每一个分割区域手动勾画合适的感兴趣区（region of interest, ROI），将ROI与T2^* mapping伪彩图融合，即得到相应T2^*值，取每个关节面内侧、外侧ROI的平均T2^*值确定相应软骨的总体T2^*值^[23]，包括距骨穹窿、跟骰关节跟骨面、骰骨面及后距下关节跟骨面、距骨面软骨，如图1D所示。所有测值均由分别具有从事骨关节影像诊断5年以上及16年以上工作年限的初级及主治医师采用双盲法测量，对于两名医师测量的一致性采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）进行评价，将两名医师的测量值取其平均值进行研究分析。

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图1  男，36岁，U_VIEWER工作站T2^* mapping序列受试者的后距下关节感兴趣区（ROI）勾画示意图。1A：T2^* mapping序列伪彩图；1B：TE＝6.71 ms解剖像；1C：以距骨穹窿为例，图中为矢状位解剖像各切片在冠状位所对应的位置，于内（med）外（lat）侧各选取两个合适的切片进行ROI勾画；1D：图中1~5分别为5个软骨面，1为距骨穹窿，2为后距下关节距骨面，3为后距下关节跟骨面，4为跟骰关节骰骨面，5为跟骰关节跟骨面。
Fig. 1  Male, 36 years old, U_VIEWER workstation T2^* mapping sequence schematic, a schematic of the posterior subtalar joint region of interest (ROI) outline is shown. 1A: The artificial color T2^* mapping; 1B: The anatomical image with TE = 6.71 ms; 1C: Taking the talus dome as an example, to visualize the planes in which the ROI evaluation performed, the medial and lateral region is marked, from all the sagittal anatomical slices, two medial and two lateral appropriate slices are selected for ROI outlining; 1D: The numbers 1-5 are the five cartilage surfaces, with 1 representing the talus dome, 2 representing the talar surfaces of the posterior subtalar joint, 3 representing the calcaneal surfaces of the posterior subtalar joint, 4 representing the cuboid surfaces of the calcaneocuboid joint, 5 representing the calcaneal surfaces of the calcaneocuboid joint.

1.4 统计学方法

       采用SPSS 26.0统计软件进行统计分析。首先检验计量资料是否符合正态分布，符合正态分布的计量资料采用均值±标准差（x¯±s）表示，用独立样本t检验比较两组间差异；不符合正态分布的计量资料采用中位数和四分位数间距[M（P25，P75）]表示，使用Mann-Whitney U检验比较两组间差异。正态性检验结果显示本研究中五组关节软骨T2^*值均符合正态分布。各关节软骨T2^*值在不同跑量及不同性别之间的差异性比较采用独立样本t检验。采用多元线性逐步回归法分别以距骨穹窿、跟骰关节跟骨面及骰骨面、后距下关节跟骨面及距骨面软骨T2^*值分别为因变量Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，自变量BMI、年龄、跑龄分别为X1、X2、X3进行数据分析。显著性水准为α=0.05，P<0.05为差异有统计学意义。采用ICC评价2名医师测量软骨T2^*值的一致性，ICC值≥0.75为一致性良好。

2 结果

2.1 一般资料

       本研究共入组受试者48例，包括中低跑量组36例（男23例、女13例；年龄范围27~59岁），高跑量组12例（男9例、女3例；年龄范围26~59岁），受试者的一般情况特征详见表2。

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表2  受试者的一般情况特征
Tab. 2  General condition characteristics of the subjects

2.2 各关节软骨T2*值的可重复性分析

       两名医师测量的距骨穹窿、跟骰关节跟骨面、骰骨面及后距下关节跟骨面、距骨面软骨T2^*值的ICC值分别为0.932（95% CI：0.882~0.961）、0.896（95% CI：0.822~0.941）、0.910（95% CI：0.844~0.948）、0.897（95% CI：0.823~0.941）、0.901（95% CI：0.829~0.943），P值均<0.001]，提示一致性良好。

2.3 各组关节软骨独立样本t检验

       距骨穹窿共测量47例（由于其中一例测量值受到关节积液影响，故经测量者商议，最终排除），跟骰关节48例，后距下关节48例，各关节面软骨T2^*值及不同跑量、不同性别间t检验结果详见表3。距骨穹窿、后距下关节跟骨面软骨T2^*值在不同跑量间的差异分别具有统计学意义（P=0.014、0.023），中低跑量组软骨T2^*值低于高跑量组。跟骰关节跟骨面及骰骨面、后距下关节距骨面软骨T2^*值在不同跑量间的差异均不具有统计学意义（P=0.987、0.072、0.724）。距骨穹窿、跟骰关节跟骨面及骰骨面、后距下关节跟骨面及距骨面在性别上的差异具有统计学意义，男性软骨T2^*值总体大于女性软骨T2^*值（P=0.001、P<0.001、P=0.002、P=0.008、P=0.004）。

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表3  不同跑量组和性别组踝关节软骨T2^*值比较
Tab. 3  Comparison of T2* values of ankle cartilage in the running and gender groups

2.4 各组关节软骨T2*值与相关变量的Pearson相关性分析及多元线性回归分析

       各变量的相关性分析结果显示，纳入的48例受试者，距骨穹窿、跟骰关节跟骨面及骰骨面、后距下关节跟骨面及距骨面软骨T2^*值均与跑龄、年龄之间无明显相关性（P>0.05），均与BMI呈正相关（r=0.376、0.384、0.300、0.422、0.455，P=0.005、0.004、0.019、0.001、0.001），距骨穹窿、跟骰关节跟骨面及骰骨面、后距下关节跟骨面及距骨面软骨T2^*值分别为因变量Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，相应BMI为自变量X，分别建立线性回归方程为Y1=8.392+0.469X（P=0.009）、Y2=14.084+0.454X（P=0.007）、Y3=13.997+0.370X（P=0.039）、Y4=9.729+0.599X（P=0.003）、Y5=10.339+0.681X（P=0.001）。详见表4, 5, 6。

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表4  各自变量与踝关节软骨T2^*值Pearson相关性分析
Tab. 4  Pearson correlation analysis of each variable with ankle cartilage T2* values

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表5  BMI与踝关节软骨T2^*值线性回归方程自变量参数估计
Tab. 5  Parameter estimation of independent variables in linear regression equations of BMI and T2* values of ankle cartilage

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表6  线性回归模型的方差分析
Tab. 6  Analysis of variance for linear regression model

3 讨论

       本研究基于T2^* mapping，首次将踝关节软骨T2^*值与跑步相关指标（BMI、年龄、跑龄）进行线性回归来探讨软骨损伤的相关因素，同时分析不同跑量及性别与软骨损伤的关系。研究结果表明高BMI是软骨损伤的一个危险因素，而年龄、跑龄与软骨损伤的关系不明显；相较于中低跑量，高跑量更有可能导致软骨损伤。另外，研究结果表明，男性相较于女性，软骨损伤风险更高。本研究为运动员能够更加健康地跑步、延缓软骨损伤提供了一定的指导意义，有助于未来预测软骨损伤的风险。

3.1 踝关节软骨T2*值的相关性分析

       本研究结果中，年龄、跑龄以及BMI三个因素中，只有BMI与关节软骨T2^*值呈正相关性，由于既往研究^{[24, 25]}已证实T2^*值增加表明存在软骨退化，因此本研究结果可以得出BMI与软骨损伤存在正相关性，BMI是软骨损伤的危险因素。SHEN等^[26]在业余马拉松运动员膝关节损伤相关因素分析中也得出相似结论。这可能是因为额外的体重导致了生理负荷增加，从而导致细胞外基质成分的合成减少，促炎细胞因子的产生增加，导致细胞死亡，最终导致软骨的变性、损伤^{[27, 28]}。另外，生物力学和代谢因素的组合，如脂肪因子相关的炎症诱导的软骨炎等，也是骨关节炎风险增加的原因之一^[29]。此外，在本研究中男性关节软骨T2^*值总体高于女性，这可能和本研究人群中男性的BMI总体高于女性有关。KIM等^[30]的研究结果也表明男性的BMI总体高于女性，即在业余马拉松运动员这一群体当中，男性相比女性更有可能在马拉松运动中获得跑步相关损伤。而BUIST等^[28]的研究结果也表明，在男性和女性参与者的未调整Cox回归模型结果表明，以女性为参考值，其跑步相关损伤的风险比为1.0，而男性风险比为1.5。

3.2 高跑量及中低跑量组间踝关节软骨T2*值比较

       本研究中，高跑量组与中低跑量组关节软骨T2^*值差异主要体现在距骨穹窿及后距下关节跟骨面关节软骨，高跑量组T2^*值总体大于中低跑量组的T2^*值，说明月跑量在中低跑量组，其软骨损伤的风险相对更小；而不同跑量间的软骨差异主要体现在距骨穹窿及后距下关节跟骨面，说明在高跑量的情况下，距骨穹窿及后距下关节跟骨面更有可能发生软骨损伤。这可能是由于整个下肢的固有运动是由足踝部关节的旋前和旋后产生，而跑步和步行一样，区别在于速度增加、地面反作用力增加、需要下肢关节的运动范围更大等^{[31, 32]}，旋前包括背屈、距下关节外翻及前足外展，旋后包括跖屈、距下关节内翻及前足内收^{[33, 34]}；而胫距关节主要产生背屈和跖屈，距下关节主要产生内旋、外旋，距下关节的运动决定了足底表面压力的控制和与地面的接触^{[35, 36]}，因此胫距关节和距下关节是踝关节运动的主要关节，这导致了其软骨损伤的可能性更大。DAHMEN等^[37]的研究结果表明，在急、慢性联合损伤组中，有95.4%的病灶位于距骨穹窿；ROEMER等^[38]在一项针对261例运动员急性踝关节扭伤时韧带损伤及相关组织损伤风险的横断面MRI研究表明，在44%的踝关节中观察到不完全位于外侧距骨穹窿的更弥漫性的距骨骨挫伤。因此本研究结果表明今后运动员有望通过调整跑量来延缓软骨损伤的可能性。

       在本研究中，中低跑量及高跑量组平均年龄分别为42.25岁、43.51岁，均较为年轻，且在本研究的不同跑量组间，年龄、跑龄及BMI差异均无统计学意义，因此衰老所导致的软骨退化对于本次研究结果中高跑量更有可能导致软骨损伤这一结论没有影响。后续可以进行不同年龄段的研究分析，或许会得到有意义的结果。

3.3 本研究的局限性

       首先，样本量较小，需要进一步扩大样本量以验证研究结果的稳定性；其次，本研究未将业余马拉松运动员的脚击模式纳入研究，在今后的研究中可以更深层次地研究运动员在起跑后、跑步过程中、加速时以及结束跑步前的脚击模式，以便于实现通过指导运动员在整个跑步过程中跑步姿势来降低软骨损伤的可能性；最后，由于本研究是一个横断面研究，跑步前后的软骨T2^*值变化情况还有待深入研究。

4 结论

       综上所述，本研究是基于T2^* mapping序列，利用线性回归分析及独立样本t检验来探讨软骨早期退化程度与业余运动员年龄、跑龄、跑量以及BMI的关系。中低跑量的运动量可以降低软骨损伤的风险，且主要降低距骨穹窿及后距下关节跟骨面软骨的损伤风险。而在年龄、跑龄、BMI、月跑量及性别这些因素当中，只有BMI与踝关节软骨T2^*值呈正相关性，较低的BMI可以降低软骨损伤的风险，这为广大的长跑运动爱好者能够更加健康地运动提供了一定的指导意义。本研究强调了T2^* mapping序列在早期定量分析软骨微观下的生化改变的重要性，通过定量MRI为运动员进行早期关节软骨损伤的风险筛查应成为一种趋势。