运动性肌肉损伤机制磁共振定量评价及治疗研究(2)

氧自由基：骨骼肌在正常或低强度运动时需要少量或生理水平的活性氧，而大强度离心运动产生的疲劳和无力通常由高浓度的活性氧所致，内源性氧自由基增加与运动的程度和时间正相关[15]。当机体进行大强度的运动时，线粒体肿大、过氧化损伤[16]、缺血再灌注(I/R)[1]、运动应激等均可以产生过多的氧自由基[17-18]，但是机体的代谢能力无法将多余的氧自由基清除掉，使得肌细胞长时间处于氧化应激状态，引起骨骼肌损伤。

能量失调：肌肉收缩过程中能量消耗失调和代谢产物堆积也可以对骨骼肌的功能产生影响。线粒体能够调节细胞内的钙摄取及释放，同时还具备氧化代谢功能，生成体内所需的ATP[19]。RATTRAY等[20]的研究发现离心运动后线粒体功能发生障碍。钙离子的代谢紊乱将导致ATP生成减少，钠泵的活性降低，水分子将随着钠离子进入到细胞内，导致线粒体肿胀和细胞水肿，最终导致骨骼肌细胞的损伤和运动功能下降。

2.1.3 炎症学说 ARMSTRONG等[5]认为运动性肌肉损伤的吞噬阶段出现在运动后4-6 h，持续2-4 d，主要表现为白细胞和细胞因子介导的肌肉炎症及免疫反应，该阶段很容易发生损伤程度的扩大并伴随组织内炎症反应的二次损伤。研究表明，延迟性肌肉酸痛的产生伴随着炎症反应的发生，出现局部的红、肿、热、痛等炎性表现，白细胞含量与白细胞介素1、白细胞介素6及趋化因子增多[21-22]，导致肌细胞损伤。然而，使用抗生素对延迟性肌肉酸痛的减轻无显著效果，使用顺势疗法亦不能加重症状[23]，这说明运动性肌肉损伤存在相对独立的过程。

2.2 运动性肌肉损伤的MRI定量评价目前应用在骨骼肌损伤方面的定量MRI技术主要有扩散加权成像、弥散张量成像、T2 mapping技术和波谱成像，其定量参数可以分别从水分子扩散受限水平、各向异性、炎性程度、肌细胞代谢水平来反映运动性肌肉损伤的不同阶段微观组织学改变，评估其损伤及再生修复程度。

2.2.1 扩散加权成像和弥散张量成像 扩散加权成像能够反映器官或组织内水分子的扩散和毛细血管水平组织内的微循环状态，表观扩散系数是扩散加权成像的定量参数，用来表示水分子扩散受限的程度或扩散能力[24]。水分子的扩散能力在纯溶液中的各个方向上是一致的。当肌细胞损伤时细胞膜屏障遭到破坏，酶类溢出到细胞外间隙导致水分子进入细胞间质内部。同时，离心运动可以引起肌肉内微循环的升高，随着肌肉的灌注量增多，血管内外的水分子交换及运动引起的毛细血管通透性增加使水分子扩散增加，表观扩散系数增加。此外，肌纤维结构的破坏也可以导致水分子的扩散受限程度减轻，最终表现为表观扩散系数的升高[25-26]。FENG等[27]研究发现表观扩散系数在运动性肌肉损伤损伤过程中表现为延迟升高，此阶段受损肌肉的病理变化以细胞水肿为主，之后进行性下降。表观扩散系数能够反映肌细胞微结构的完整性，并且与细胞水肿相关。

弥散张量成像是扩散加权成像的一种技术延伸，通过6个非共线的方向上施加扩散敏感梯度，在三维空间内定量分析水分子的扩散速率及方向[28]。影响自由水分子扩散过程的因素较多，单位体积内在不同方向上的水分子扩散程度各不相同，称为各向异性。弥散张量成像和椭球体可以映射水分子的各向异性。弥散张量成像的定量参数主要有各向异性分数，是水分子的各向异性成分与整个扩散张量的比值；本征值(λ1、λ2、λ3)反映的是椭圆体在3个正交方向上扩散的系数；表观扩散系数反映组织在3个轴向上的平均扩散率。

王希海等[25]通过短距离重复跑对9名健康志愿者进行运动性肌肉损伤造模，运动前及运动后1，2，3，5 d测量表观扩散系数、各向异性分数值和本征值，发现表观扩散系数在运动后升高，2 d达到峰值，5 d逐渐恢复正常，各向异性分数值、λ3与肌肉酸痛指数有相关性。该研究显示离心运动肌肉损伤并不是马上出现症状，而是逐渐出现酸痛等症状，24-48 h达到高峰，此时肌肉血清中的肌酸激酶或肌球蛋白重链进入到肌肉间质中，肌肉的水肿和炎性细胞浸润程度达到高峰，这些受损的肌纤维、基质的水肿及酶类的浓度变化综合导致肌纤维束水分子扩散椭球体的改变。肌纤维损伤水肿时，决定肌纤维半径的λ3增加，表观扩散系数=λ1+λ2+λ3/3，表观扩散系数升高。ROCKEL等[29]对离心运动后的男性下肢肌群进行评估，发现各向异性分数值不同程度的下降，表明动态弥散张量成像可以区分不同肌肉运动后的变化，且变化与肌纤维的构成有关。YANAGISAWA等[30]发现踝节屈曲离心运动损伤后，腓肠肌内侧头的各向异性分数值在2-5 d显著降低，而垂直于肌纤维长轴方向的水分子扩散本征值λ2、λ3在第3天明显升高。当肌肉结构的排列顺平行规则时各向异性分数值增加，反之减低，各向异性分数值最能反映肌肉的损伤与再生修复进程。HATA等[31]亦证实各向异性分数值与再生的中央核肌纤维比例呈正相关。扩散加权成像和弥散张量成像定量参数的变化与病理结果是相符合的，表明其能够综合评估运动性肌肉损伤骨骼肌的损伤程度变化。

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