【协和医学杂志】超声骨骺骨化率与青少年运动强度的相关性分析

适度有效的运动是青少年主动健康的重要组成部分，不仅有益于身心发育和慢病防治，也有助于其骨骼的发育。一方面，运动可增加青少年峰值骨量、骨矿物质含量和骨矿物质密度，增强骨骼强度、促进肌肉量的增长^[1-2]。另一方面，运动可增加对长骨骨端骺板的刺激，并对青少年身高的增长具有促进作用^[3]。

多项研究推荐，青少年每天应进行至少1 h中等以上强度的体育运动^[4]，包括悬垂与伸展、阻力与负重、跳跃、有氧运动，但对于不同发育状况和身体状态的青少年，同样的运动强度和时长对骨发育所产生的影响并不一致^[5]；而且由于受学业的影响，青少年体育运动时长和强度的规律性难以保证，或并无精确有效记录。青少年在过去的一段时间内是否进行了足够强度的体育运动？对青少年开出的运动处方是否被有效执行？目前尚缺乏客观性的骨化指标进行评价。

既往研究提出了超声骨骺骨化率（OR）和超声骨成熟度评分系统的概念，通过测定儿童长骨的OR值（即骨化中心长度与骨骺长度的比值），并计算超声骨成熟度评分以反映青少年骨骼发育情况，经验证该指标与X线片骨龄具有良好一致性^[6]。本研究通过对比竞技运动青少年和普通强度运动青少年长骨的超声OR值，分析该指标是否可反映青少年近期运动强度，从而为运动是否达标的判定或监测运动处方执行情况提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本研究为横断面调查，采用分层抽样法选取2023年6月就读于山东省某体育学校及普通中学的青少年为研究对象，并按照运动强度将其分为竞技运动组和普通运动组。其中竞技运动组为高运动强度，研究对象均为来源于体育学校的初中生，其近2个月平均每日体育训练时长≥1 h，累计训练时长≥2个月；普通运动组为中等运动强度，研究对象均为来源于普通中学的初中生，其近2个月平均每日体育锻炼时长＜1 h。

纳入标准：（1）年龄在11～15岁之间的青少年；（2）无明显影响生长发育的疾病，如严重的心脏疾病。

排除标准：（1）检查部位有创伤、感染、关节炎或手、腕、膝发育异常；（2）超声图像质量差、影响结果判读；（3）基本信息资料缺失，如年龄、性别、运动时长、父母身高等。

本研究已通过中国医学科学院北京协和医院伦理审查委员会审批（审批号：1-23PJ1239），并获得研究对象知情同意。

1.2 超声检查

所有研究对象均进行超声检查、采集9个部位的超声骨成像，包括上肢骨（左侧第3掌指关节、尺骨、桡骨）及下肢骨（左侧股骨正中、股骨内侧、股骨外侧、胫骨正中、胫骨内侧、腓骨）。超声检查仪器为GE logiq E20超声机，上肢骨采用L6-24探头，下肢骨采用L2-9探头。

负责超声图像采集的医师共3名，均具有超声检查3年以上经验，且接受1名具有7年以上超声检查和300例以上儿童骨超声检查经验的超声医师的培训。所有超声图像在检查当日由该高年资医师现场审阅，对于不符合标准切面的图像现场进行重新采集。超声阅片医师共2名，均具有超声检查及报告5年以上经验。

1.2.1　超声检查方法

选择标准切面，清晰显示每个长骨的骨骺及骨化中心。

1 上肢骨检查方法：被检查者取平卧位，左臂自然伸直，手背向上，超声探头依次显示以下切面：第3掌骨远端正中矢状切面、尺骨远端冠状切面和桡骨远端冠状切面。

2 下肢骨检查方法：被检查者取俯卧位，左膝自然平放，腘窝向上，超声探头依次显示以下切面：股骨内侧冠状切面、股骨正中矢状切面、股骨外侧冠状切面、胫骨正中矢状切面、胫骨内侧冠状切面和腓骨外侧冠状切面。9个长骨超声标准切面的获取共需约3 min。

1.2.2　OR测量及计算

在目标骨的标准切面上，测量骨骺及骨化中心的最大长径；以骨骺与骨干的连接点至骨骺远端的最大距离为骨骺最大长径(D)；在骨化中心部位画上述测量线的平行线，平行线上骨化中心两端最大距离为骨化中心最大长径(d)。超声OR值为骨化中心长度与骨骺长度的比值，即OR=d／D^[6]。超声骨成像标准切面及OR值测量方法见图1。

图1 超声骨成像标准切面及OR值测量方法示意图

该图像来源于竞技运动组1名13岁女生。A～I分别为其左侧上肢骨（第3掌指关节、尺骨、桡骨）及左侧下肢骨（股骨正中、股骨内侧、股骨外侧、胫骨正中、胫骨内侧、腓骨）的长骨超声图像，黄色虚线为骨化中心最大长径(d)，蓝色虚线为骨骺最大长径(D)

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1.3 样本量估算

采用PASS 2021软件进行样本量估算。根据前期预实验结果，假设竞技运动组和普通运动组之间超声长骨OR值的差值均数为0.03，标准差为0.05，检验水准α=0.05，检验效能为80%，两组样本比例为1.5:1，经计算竞技运动组最低所需样本为56人，普通运动组为37人。

1.4 统计学处理

采用SPSS 27.0软件进行统计学分析。年龄、身高、体质量指数、超声OR值等符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本ｔ检验；运动时长为不符合正态分布的计量资料，以中位数（四分位数）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。

2名超声阅片医生对于50名青少年超声OR值判定的一致性检验采用组内相关系数（ICC），其值＜0.5、0.5~＜0.75、0.75~0.9、＞0.9时，分别表示观察者组间一致性较差、中等、较好、极好。

为减少极端数据的影响，将所有青少年9个部位的长骨超声OR值进行倒数变换，采用单因素和多因素Logistic回归分析超声OR值与运动强度的相关性。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般临床资料

共入选符合纳入与排除标准的青少年252人，其中竞技运动组154人（男生97人，女生57人），普通运动组98人（男生52人，女生46人）。

竞技运动组主要运动类型为橄榄球、赛艇、手球、网球、羽毛球等竞技类有氧运动，累计已接受竞技运动锻炼时长的中位数为6个月，平均每日运动时长中位数为3.42（2.55, 4.00）h，其中男生的平均每日运动时长中位数为3.29(2.35, 4.00) h，女生为3.71(3.00, 4.00) h；普通运动组主要运动类型为跑步、篮球、跳绳等有氧运动，平均每日运动时长中位数为0.32(0.21, 0.86)h，其中男生的平均每日运动时长中位数为0.50(0.25, 0.86) h，女生为0.29(0.18, 0.75) h。

Mann-Whitney U检验显示，两组平均每日运动时长差异具有统计学意义（Z=-14.39，P＜0.001）。两组青少年基本信息见表1。

表1 竞技运动组和普通运动组青少年基本信息（±s）

2.2 超声OR值一致性分析

2名超声医师共同对50名青少年的超声图像进行阅片，一致性分析结果显示，其对青少年9个部位长骨超声OR值判读结果的ICC分布于0.853～0.964，总体ICC为0.930，提示观察者组间具有极好的一致性。

2.3 超声OR值比较

对于男生而言，竞技运动组股骨内侧、股骨外侧及腓骨的超声OR值均明显高于普通运动组（P均＜0.05）；对于女生而言，竞技运动组股骨内侧、桡骨的超声OR值均明显高于普通运动组（P均＜0.05），因此，无论男女，竞技运动组股骨内侧超声OR值均高于普通运动组（P均＜0.05），见表2。

表2 竞技运动组和普通运动组9个部位长骨超声OR值比较（±s）

2.4 超声OR值与运动强度的相关性分析

将所有青少年9个部位的超声OR值进行倒数变换后作为自变量，运动强度为因变量进行单因素Logistic回归分析，结果显示桡骨超声OR值倒数（OR=0.108, 95% CI：0.013～0.510，P=0.041）和股骨内侧OR值倒数（OR=0.050, 95% CI：0.004～0.405，P=0.026）具有统计学意义。

由于两组青少年的身高也存在统计学差异，故将身高和桡骨超声OR值倒数、股骨内侧OR值倒数共同纳入多因素Logistic回归分析，结果提示股骨内侧超声OR值倒数（OR=0.046, 95% CI：0.012～0.145，P=0.043）与运动强度具有相关性，未发现桡骨超声OR值倒数与运动强度具有显著相关性（OR=0.695, 95% CI：0.064～1.515，P=0.764）。青少年股骨内侧超声OR值倒数每减少0.1，即相当于超声OR值约增加0.05～0.10，高强度运动的可能性增加2.17倍。

3 讨论

本研究基于252名青少年的临床资料，分析了9个部位长骨超声OR值与运动强度的相关性，结果显示，竞技运动组股骨内侧超声OR值高于普通运动组，多因素Logistic回归调整身高的影响后发现股骨内侧超声OR值倒数与运动强度具有显著相关性（OR=0.046, 95% CI：0.012～0.145，P=0.043）。

主动健康是一种积极的健康管理策略，在青少年中推行主动健康策略可更好地促进其健康发展，并产生良好的社会经济学效益^[7]。近年来，多项研究提出了“运动处方”一词，其是指由专业运动技术人员根据个体情况，围绕运动频率、强度、时间、方式、总量、进阶6个要素开出处方，帮助处方对象形成个性化健康促进方案，是青少年主动健康理念的典型体现^[8]。

适量的运动是促进青少年发育和主动健康的组成部分，但目前尚缺乏可量化的骨化指标以衡量青少年运动处方执行情况。既往评估青少年骨骼发育的指标主要包括骨密度及X线片骨龄评估，血清学指标如骨碱性磷酸酶（B-ALP）、胰岛素样生长因子1(IGF-1)^[1,5,9]，但上述检查/检验方法存在具有放射性或为有创检查的局限性，在正常青少年中作为需多次应用的常规监测手段有一定困难。

长骨的超声OR值测定操作简便，单一部位的超声标准切面获取及测量仅需30 s即可完成，且为无创检查，亦无射线暴露风险，在青少年中应用的适配性高^[6,10]。本研究结果显示，2位阅片医师对青少年9个部位长骨超声OR值判读结果的总体ICC为0.930，提示该指标具有较高的观察者间一致性，结果稳定、客观，与既往文献报道相符^[7,10]。

组间比较显示，具有高运动强度的竞技运动青少年人群的股骨内侧超声OR值较普通运动青少年明显增高，且多因素Logistic回归分析校正身高的影响后，骨内侧超声OR值倒数与运动强度具有显著相关性（OR=0.046, 95% CI：0.012～0.145，P=0.043）。提示，股骨内侧超声OR值作为一种操作简单、耗时短、安全客观的参数，有望成为青少年生长发育过程中一种无创、有效、便捷的监测指标，对于判断青少年运动量是否达标，或评估开出的运动处方执行情况具有提示意义。

本研究局限性：（1）竞技运动人群的身高较普通运动人群增高，提示股骨内侧超声OR值与身高可能也具有正相关性，但证据尚不充足，这是由于身高相对高的青少年更易被选入体育学校，因而造成研究对象在身高方面的选择偏移。此外，两组性别比例差异明显，这是由于体育学校中男生较多，因而导致抽取的竞技运动组中男生比例偏高。（2）未动态评估超声OR值与运动强度的关系。未来应纳入更多的青少年人群开展队列研究，对本研究结果进行验证；在此基础上细化年龄分层，获取判断各年龄层青少年运动强度是否达标的超声OR值的最佳临界值，以期指导青少年进行科学的运动锻炼。

综上，股骨内侧超声OR值与青少年运动强度具有一定相关性，该指标或可成为判断青少年运动是否达标的一项客观影像学参数。

参考文献

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