藥宏亮，薛金娟，劉鴻宇，翟成竹，宋曉霞，賈素素8

（1.中北大學(xué) 運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所，山西 太原 030051；2.山東省排球運(yùn)動管理中心，山東 濟(jì)南 250002）

青少年男排運(yùn)動員腕骨形態(tài)結(jié)構(gòu)的CT圖像分析

藥宏亮1，薛金娟1，劉鴻宇1，翟成竹2，宋曉霞1，賈素素128

（1.中北大學(xué) 運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所，山西 太原 030051；2.山東省排球運(yùn)動管理中心，山東 濟(jì)南 250002）

為了探討排球運(yùn)動對手部骨關(guān)節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，分析了青少年男排運(yùn)動員腕骨CT圖像的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選取省級青年隊(duì)專業(yè)排球運(yùn)動員9人(排球組)，非排球運(yùn)動員11人(對照組)。用64排螺旋CT對手腕部進(jìn)行掃描并三維重建，測量各腕骨體積及CT值(骨密度)。結(jié)果顯示：與對照組各腕骨相比，排球組右手手舟骨和小多角骨，左手手舟骨、大多角骨和小多角骨體積均顯著增加(P<0.05)；排球組右手三角骨、豌豆骨、大多角骨、鉤骨以及左手鉤骨CT值明顯小于對照組(P<0.05)；排球組左手各腕骨體積及CT值與右手相比差異無顯著性(P>0.05)。結(jié)果說明：排球運(yùn)動可使青少年男性運(yùn)動員部分腕骨體積增大，骨密度降低；排球運(yùn)動員非扣球手腕骨形態(tài)結(jié)構(gòu)與扣球手發(fā)生相似的改變。

運(yùn)動生理學(xué)；骨密度；CT圖像；腕骨；排球運(yùn)動

青少年體育運(yùn)動訓(xùn)練是否會使受力骨關(guān)節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生某些特征性改變，尚無系列研究報道，針對不同運(yùn)動應(yīng)力狀態(tài)下骨結(jié)構(gòu)變化的研究不多，排球運(yùn)動有關(guān)的報道更少。根據(jù)Wolff[1]骨轉(zhuǎn)化定律學(xué)說，長期力學(xué)刺激在一定程度上會使骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)發(fā)生適應(yīng)性變化，從而改變應(yīng)力骨的物理特性，即外部應(yīng)力可影響骨骼的形狀和結(jié)構(gòu)。為了探討排球運(yùn)動對手部骨關(guān)節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，本研究選擇省級專業(yè)青少年男排運(yùn)動員為研究對象，用計(jì)算機(jī)斷層掃描成像(CT)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，定量觀察腕骨體積和密度的適應(yīng)性改變。本研究不僅為排球運(yùn)動員腕部骨骼運(yùn)動的解剖學(xué)分析提供基礎(chǔ)，而且可為青少年運(yùn)動員骨發(fā)育、選材、科學(xué)訓(xùn)練及生物力學(xué)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇山東省青少年男排專業(yè)運(yùn)動員9人作為實(shí)驗(yàn)組，均為右手扣球者；選擇其它項(xiàng)目非專業(yè)運(yùn)動員11人作為對照組，均為右利手者。

1.2 圖像掃描

使用GE公司LightSpeed 64排螺旋CT（山東省醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究所）。受試者取俯臥位，掌心向下置于頭部上方；掃描范圍為兩手腕掌部；掃描視野：30 cm ×30 cm；管電壓120 kV、管電流250 mA；探測器：64 mm×0.625 mm，螺距：0.984︰1；床速度：9.84 mm/s；掃描層厚0.6 mm，掃描間距0.3 mm。

1.3 數(shù)據(jù)采集與測量

獲得兩組腕部原始數(shù)據(jù)，用 Analyze AW4.3_0.5中 3D重建工具進(jìn)行圖像后處理，通過閾值分割，三維重建，再手動分割，分割出各個腕骨，空洞填充之后，獲得各腕骨體積及平均CT值。

骨密度(Bone mineral density，BMD)為骨單位面積所含的骨礦物量，是反映人體骨骼代謝狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于CT值與骨組織表觀密度近似線性關(guān)系，能夠較精確反映骨量信息[2]，故選用CT值代表骨密度大小。CT值由組織的X線吸收系數(shù)換算而來，單位Hu(Hounsfield unit)，常省略。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

計(jì)算排球組和對照組各腕骨體積、CT值平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，用獨(dú)立樣本t-檢驗(yàn)計(jì)算兩組間的差異，顯著性水平為0.05。所有統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法均使用SPSS11.5軟件包完成。

2 結(jié)果及分析

2.1 腕骨體積

三維重建后各腕骨見圖1，測量結(jié)果見表1和表2。

表1顯示，排球組右手手舟骨體積為(3.77±0.67) cm3、小多角骨為(1.96±0.35) cm3，分別大于對照組右手相應(yīng)腕骨體積(P<0.05)。排球組左手手舟骨體積為(3.65±0.7) cm3、大多角骨為(2.83±0.49) cm3、小多角骨為(1.91±0.3) cm3，分別大于對照組左手相應(yīng)腕骨體積(P<0.05)。其它腕骨體積差別無顯著性。左手與右手各腕骨體積相比差異無顯著性(P>0.05)。

2.2 腕骨CT值

從表2看出，排球組右手三角骨CT值為454.56 ±61.95、豌豆骨為363.44±37.02、大多角骨為393± 45.66、鉤骨為408.78±51.25，分別小于對照組右手相應(yīng)腕骨CT值(P<0.05)。排球組左手鉤骨CT值為402.44 ±52.02，對照組為456.64±52.91，兩組相比差異有顯著性(P<0.05)。其它腕骨CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。左手與右手各腕骨CT值相比差異無顯著性(P>0.05)。

圖1 排球組三維重建后的右手腕骨CT圖像

表1 左右手腕骨體積（x±s）測定結(jié)果 cm3

表2 各腕骨CT值（x±s）檢測結(jié)果

3 討論

3.1 排球運(yùn)動對各腕骨體積的影響

本研究發(fā)現(xiàn)：就各腕骨體積而言，排球組近側(cè)腕骨中手舟骨體積最大，其余依次是月骨、三角骨、豌豆骨；遠(yuǎn)側(cè)端頭狀骨體積最大，其余依次為鉤骨、大多角骨、小多角骨。與體質(zhì)調(diào)查文獻(xiàn)報道一致[3-4]，結(jié)果表明排球運(yùn)動對腕骨體積的內(nèi)在比例無明顯影響，即不影響其相對體積，說明排球運(yùn)動形成的局部應(yīng)力并不能改變腕骨整體的結(jié)構(gòu)分布。同時，各腕骨體積和排列形成與其生物學(xué)功能和人類學(xué)進(jìn)化有關(guān)[4]。

排球運(yùn)動過程中腕部需要進(jìn)行多種方式的快速變力運(yùn)動，如傳、墊、扣、發(fā)球、攔網(wǎng)等[5]。這些動作均會對腕骨以不同角度產(chǎn)生一定的載荷，使腕骨解剖構(gòu)造產(chǎn)生適應(yīng)性變化，從而提高負(fù)荷承受力。本研究發(fā)現(xiàn)：與對照組各腕骨相比，排球組右手手舟骨和小多角骨，左手手舟骨、大多角骨和小多角骨體積均顯著增加，表明為了適應(yīng)排球運(yùn)動的腕部高沖擊力，長期訓(xùn)練可引起腕骨體積逐漸增大。Sonenblum等[6]究表明舟骨-大多骨-小多骨關(guān)節(jié)(STT)能夠形成一個獨(dú)立的運(yùn)動系統(tǒng)，參與腕部屈伸和橈、尺骨側(cè)方運(yùn)動等腕骨間的精細(xì)運(yùn)動。本研究結(jié)果顯示：排球運(yùn)動員左右手腕骨體積改變只發(fā)生在手舟骨和大、小多角骨，表明排球運(yùn)動可能與STT有一定程度的關(guān)聯(lián)。

據(jù)報道，承重與接受應(yīng)力部位的骨組織可發(fā)生骨再重建，表現(xiàn)為應(yīng)力肢體的骨皮質(zhì)增厚、骨粗隆增大、骨小梁增粗等[7]。李世昌等[8]研究發(fā)現(xiàn)8周跳躍訓(xùn)練大鼠脛骨的皮質(zhì)骨厚度，骨小梁體積、數(shù)目和寬度等組織形態(tài)計(jì)量學(xué)指標(biāo)都顯著增加。本研究從 CT圖像中可以觀察到排球運(yùn)動員手掌粗大、骨皮質(zhì)厚，與上述研究結(jié)果一致。由于腕骨體積與個體年齡、身高、性別、遺傳等因素有關(guān)，本文研究選擇了其它項(xiàng)目男性非專業(yè)運(yùn)動員為對照，排除了年齡和性別因素的干擾。

3.2 排球運(yùn)動對各腕骨骨密度的影響

動物實(shí)驗(yàn)研究證明，跳躍組大鼠腰椎、股骨和脛骨骨密度顯著升高，而游泳組只有腰椎骨密度發(fā)生改變，表明跳躍和游泳以不同方式促進(jìn)生長期大鼠部分骨骼發(fā)育[9]。但Bourrin等[10]采用5周齡雄性大鼠建立11周大強(qiáng)度跑臺運(yùn)動模型，通過組織計(jì)量學(xué)研究發(fā)現(xiàn)股骨和腰椎發(fā)生了骨丟失，表明過度訓(xùn)練可導(dǎo)致大鼠骨密度下降。人體運(yùn)動研究證明，高沖擊力運(yùn)動(如籃球)和中等沖擊力運(yùn)動(如跑步)都可引起全身骨骼特別是下肢骨密度明顯高于不運(yùn)動組，但無沖擊力運(yùn)動(如游泳)與長期不運(yùn)動組相比，骨密度差異無顯著性，表明骨密度與應(yīng)力運(yùn)動強(qiáng)度有關(guān)[11]。Duchera等[12]研究顯示，長期網(wǎng)球運(yùn)動可引起發(fā)力臂橈骨遠(yuǎn)端骨密度顯著增加，說明機(jī)械負(fù)荷對骨的影響具有部位特異性。但Jeanne等[13]研究發(fā)現(xiàn)長期自行車運(yùn)動能夠誘導(dǎo)脊柱和臀部骨密度下降，顯示高強(qiáng)度運(yùn)動者容易患骨質(zhì)疏松癥。上述研究表明：適當(dāng)強(qiáng)度的運(yùn)動訓(xùn)練可提高骨密度，但大負(fù)荷訓(xùn)練特別是過度運(yùn)動有可能導(dǎo)致骨密度降低，而且不同受力方式不同，表現(xiàn)為骨密度變化具有部位特異性。

本研究發(fā)現(xiàn)：排球組右手三角骨、豌豆骨、大多角骨、鉤骨以及左手鉤骨 CT值明顯小于對照組，表明排球運(yùn)動在青少年身高快速增長期的某一階段，腕骨骨密度有可能下降。一般認(rèn)為，運(yùn)動不是影響骨密度的唯一因素，激素、鈣、維生素D等非生物力學(xué)因素也可調(diào)節(jié)骨組織的生物功能。所以，筆者認(rèn)為發(fā)育期青少年男排運(yùn)動員部分骨密度降低可能屬于暫時性生理改變。

上述骨密度減少的同時，其體積沒有發(fā)生顯著改變，而其它腕骨則表現(xiàn)為體積增加，骨密度沒有明顯變化，說明骨密度和骨骼形態(tài)改變并不同步發(fā)生。排球運(yùn)動是否先引起骨密度改變，積累到一定程度才引起體積等形態(tài)改變，或按相反順序發(fā)生改變，有待進(jìn)一步追蹤研究。

3.3 左右手腕骨體積和骨密度的差別

據(jù)檢索，有關(guān)運(yùn)動對左右手形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的報道較少。由于運(yùn)動項(xiàng)目對不同部位骨骼沖擊力大小不同，運(yùn)動能否必然引起骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)的不對稱性改變，應(yīng)引起研究者的關(guān)注。Huddleston等[14]研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球運(yùn)動員持拍手骨密度高于非持拍手，Calbet等[15]發(fā)現(xiàn)排球運(yùn)動員運(yùn)動負(fù)荷相對多的手臂骨密度顯著高于另側(cè)手臂，而左右腿骨密度無顯著差別，表明運(yùn)動對特定受刺激部位的骨骼產(chǎn)生局部影響。

本研究發(fā)現(xiàn)：排球運(yùn)動員扣球手(右手)和非扣球手(左手)各腕骨骨密度和體積無顯著差異，表明排球運(yùn)動員非扣球手腕骨形態(tài)結(jié)構(gòu)與扣球手發(fā)生相似的改變?？赡苡捎谝粋?cè)運(yùn)動可促進(jìn)另一側(cè)骨發(fā)育和重建，也可能由于排球運(yùn)動雖以扣球手運(yùn)動為主，但是非扣球手也不同程度地參與了一定強(qiáng)度的運(yùn)動，最終導(dǎo)致兩側(cè)無顯著差別。

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A CT image analysis of the morphological structures of carpal bones of male teenage volleyball players

YAO Hong-liang1，XUE Jin-juan1，LIU Hong-yu1，ZHAI Cheng-zhu2，SONG Xiao-xia1，JIA Su-su1
（1.Institute of Sport Medicine，North University of China，Taiyuan 030051，China；2.Administration Center of Volleyball Sports，Jinan 250002，China）

In order to probe into the effects of volleyball on the morphological structures of carpal bones of volleyball players, the authors analyzed the structural characteristics of CT images of carpal bones of mage teenage volleyball players. The authors selected 9 professional volleyball players (the volleyball group) and 11 non volleyball players (the control group) from provincial teenage teams, and used a 64-row spiral CT scanner to scan the wrists of the players and reconstruct a 3D image of their wrists, measured the volumes and CT values (bone densities) of carpal bones, and revealed the following findings: as compared with carpal bones of the players in the control group, the volumes of the scaphoideums and trapezoideums of the right hands and the scaphoideums, trapeziums and trapezoideums of the left hands of the players in the volleyball group were significantly higher (P<0.05); the CT values of the triquetrums, pisiforms, trapeziums and hamatums of the right hands and the hamatums of the left hands of the players in the volleyball group were significantly smaller than those of the players in the control group (P<0.05); there was no significant difference in carpal bones and CT values between the right hands and left hands of the players in the volleyball group (P>0.05). The said findings indicate the followings: volleyball can increase the volumes and lower the densities of some carpal bones of male teenage players; the morphological structures of carpal bones of the hands of non spiker volleyball players have changes similar to those occurring to spikers.

sports physiology；bone density；CT image；carpal bones；volleyball

G804.2

A

1006-7116(2011)06-0134-04

2011-04-25

山西省體育局科研課題(08yb621)資助。

藥宏亮（1970-），男，副教授，研究方向：運(yùn)動訓(xùn)練學(xué)、運(yùn)動解剖生理學(xué)。