青少年男排運動員腕骨形態結構的CT圖像分析

藥宏亮，薛金娟，劉鴻宇，翟成竹，宋曉霞，賈素素8

（1.中北大學 運動醫學研究所，山西 太原 030051；2.山東省排球運動管理中心，山東 濟南 250002）

青少年男排運動員腕骨形態結構的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 運動醫學研究所，山西 太原 030051；2.山東省排球運動管理中心，山東 濟南 250002）

為了探討排球運動對手部骨關節形態結構的影響，分析了青少年男排運動員腕骨CT圖像的結構特點。選取省級青年隊專業排球運動員9人(排球組)，非排球運動員11人(對照組)。用64排螺旋CT對手腕部進行掃描并三維重建，測量各腕骨體積及CT值(骨密度)。結果顯示：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)。結果說明：排球運動可使青少年男性運動員部分腕骨體積增大，骨密度降低；排球運動員非扣球手腕骨形態結構與扣球手發生相似的改變。

運動生理學；骨密度；CT圖像；腕骨；排球運動

青少年體育運動訓練是否會使受力骨關節形態結構發生某些特征性改變，尚無系列研究報道，針對不同運動應力狀態下骨結構變化的研究不多，排球運動有關的報道更少。根據Wolff[1]骨轉化定律學說，長期力學刺激在一定程度上會使骨內部結構和外部形態發生適應性變化，從而改變應力骨的物理特性，即外部應力可影響骨骼的形狀和結構。為了探討排球運動對手部骨關節形態結構的影響，本研究選擇省級專業青少年男排運動員為研究對象，用計算機斷層掃描成像(CT)和數字圖像處理技術，定量觀察腕骨體積和密度的適應性改變。本研究不僅為排球運動員腕部骨骼運動的解剖學分析提供基礎，而且可為青少年運動員骨發育、選材、科學訓練及生物力學研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇山東省青少年男排專業運動員9人作為實驗組，均為右手扣球者；選擇其它項目非專業運動員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（山東省醫學影像學研究所）。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 數據采集與測量

獲得兩組腕部原始數據，用 Analyze AW4.3_0.5中 3D重建工具進行圖像后處理，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重要指標。由于CT值與骨組織表觀密度近似線性關系，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線吸收系數換算而來，單位Hu(Hounsfield unit)，常省略。

1.4 統計學處理

計算排球組和對照組各腕骨體積、CT值平均數和標準差，用獨立樣本t-檢驗計算兩組間的差異，顯著性水平為0.05。所有統計計算方法均使用SPSS11.5軟件包完成。

2 結果及分析

2.1 腕骨體積

三維重建后各腕骨見圖1，測量結果見表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值無統計學意義。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）測定結果 cm3

表2 各腕骨CT值（x±s）檢測結果

3 討論

3.1 排球運動對各腕骨體積的影響

本研究發現：就各腕骨體積而言，排球組近側腕骨中手舟骨體積最大，其余依次是月骨、三角骨、豌豆骨；遠側端頭狀骨體積最大，其余依次為鉤骨、大多角骨、小多角骨。與體質調查文獻報道一致[3-4]，結果表明排球運動對腕骨體積的內在比例無明顯影響，即不影響其相對體積，說明排球運動形成的局部應力并不能改變腕骨整體的結構分布。同時，各腕骨體積和排列形成與其生物學功能和人類學進化有關[4]。

排球運動過程中腕部需要進行多種方式的快速變力運動，如傳、墊、扣、發球、攔網等[5]。這些動作均會對腕骨以不同角度產生一定的載荷，使腕骨解剖構造產生適應性變化，從而提高負荷承受力。本研究發現：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，表明為了適應排球運動的腕部高沖擊力，長期訓練可引起腕骨體積逐漸增大。Sonenblum等[6]究表明舟骨-大多骨-小多骨關節(STT)能夠形成一個獨立的運動系統，參與腕部屈伸和橈、尺骨側方運動等腕骨間的精細運動。本研究結果顯示：排球運動員左右手腕骨體積改變只發生在手舟骨和大、小多角骨，表明排球運動可能與STT有一定程度的關聯。

據報道，承重與接受應力部位的骨組織可發生骨再重建，表現為應力肢體的骨皮質增厚、骨粗隆增大、骨小梁增粗等[7]。李世昌等[8]研究發現8周跳躍訓練大鼠脛骨的皮質骨厚度，骨小梁體積、數目和寬度等組織形態計量學指標都顯著增加。本研究從 CT圖像中可以觀察到排球運動員手掌粗大、骨皮質厚，與上述研究結果一致。由于腕骨體積與個體年齡、身高、性別、遺傳等因素有關，本文研究選擇了其它項目男性非專業運動員為對照，排除了年齡和性別因素的干擾。

3.2 排球運動對各腕骨骨密度的影響

動物實驗研究證明，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生改變，表明跳躍和游泳以不同方式促進生長期大鼠部分骨骼發育[9]。但Bourrin等[10]采用5周齡雄性大鼠建立11周大強度跑臺運動模型，通過組織計量學研究發現股骨和腰椎發生了骨丟失，表明過度訓練可導致大鼠骨密度下降。人體運動研究證明，高沖擊力運動(如籃球)和中等沖擊力運動(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動組，但無沖擊力運動(如游泳)與長期不運動組相比，骨密度差異無顯著性，表明骨密度與應力運動強度有關[11]。Duchera等[12]研究顯示，長期網球運動可引起發力臂橈骨遠端骨密度顯著增加，說明機械負荷對骨的影響具有部位特異性。但Jeanne等[13]研究發現長期自行車運動能夠誘導脊柱和臀部骨密度下降，顯示高強度運動者容易患骨質疏松癥。上述研究表明：適當強度的運動訓練可提高骨密度，但大負荷訓練特別是過度運動有可能導致骨密度降低，而且不同受力方式不同，表現為骨密度變化具有部位特異性。

本研究發現：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。一般認為，運動不是影響骨密度的唯一因素，激素、鈣、維生素D等非生物力學因素也可調節骨組織的生物功能。所以，筆者認為發育期青少年男排運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，其體積沒有發生顯著改變，而其它腕骨則表現為體積增加，骨密度沒有明顯變化，說明骨密度和骨骼形態改變并不同步發生。排球運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改變，或按相反順序發生改變，有待進一步追蹤研究。

3.3 左右手腕骨體積和骨密度的差別

據檢索，有關運動對左右手形態結構影響的報道較少。由于運動項目對不同部位骨骼沖擊力大小不同，運動能否必然引起骨骼形態結構的不對稱性改變，應引起研究者的關注。Huddleston等[14]研究發現網球運動員持拍手骨密度高于非持拍手，Calbet等[15]發現排球運動員運動負荷相對多的手臂骨密度顯著高于另側手臂，而左右腿骨密度無顯著差別，表明運動對特定受刺激部位的骨骼產生局部影響。

本研究發現：排球運動員扣球手(右手)和非扣球手(左手)各腕骨骨密度和體積無顯著差異，表明排球運動員非扣球手腕骨形態結構與扣球手發生相似的改變?？赡苡捎谝粋冗\動可促進另一側骨發育和重建，也可能由于排球運動雖以扣球手運動為主，但是非扣球手也不同程度地參與了一定強度的運動，最終導致兩側無顯著差別。

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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：運動訓練學、運動解剖生理學。