下肢肌肉与骨骼生长轨迹：脑瘫患儿与典型发育儿童的混合纵向MRI研究

《Pediatric Research》：Muscle and bone growth in the lower legs of typically developing children and ambulant children with cerebral palsy: a mixed longitudinal study

本研究针对儿童骨骼肌生长纵向数据匮乏的现状，通过混合纵向设计结合MRI技术，首次构建了5-18岁典型发育儿童下肢肌肉体积和胫骨长度的生长速度参考曲线。研究发现男孩青春期肌肉生长峰值速度比女孩高32%且延迟2年出现，肌肉与骨骼生长存在异步性；脑瘫患儿肌肉生长速度较同龄典型发育儿童降低41%，且损伤程度与功能分级无关。该研究为儿童肌肉生长障碍的个体化评估提供了重要依据，对脑瘫康复治疗策略优化具有临床意义。

　　

在儿童生长发育研究领域，骨骼肌的生长规律及其与骨骼发育的协调性一直是备受关注的核心问题。然而，由于缺乏高质量的纵向数据，人们对肌肉尺寸的发展轨迹、肌肉与骨骼生长的相对时序关系，以及神经系统疾病如脑瘫（Cerebral Palsy, CP）如何影响这一过程知之甚少。以往的研究多依赖于一维（如X光片测量的肌肉宽度）或二维（如计算机断层扫描的单层面肌肉横截面积）成像技术，这些方法难以精确反映肌肉复杂三维结构的真实体积变化。尽管横断面研究已证实脑瘫患儿的肌肉通常小于同龄典型发育（Typically Developing, TD）儿童，但肌肉生长缺陷究竟始于哪个年龄阶段、是否随年龄变化、以及是否所有下肢肌肉均受到同等影响，这些问题仍悬而未决。

为了解决这些知识空白，由Bart Bolsterlee领衔的研究团队在《Pediatric Research》上发表了最新成果。他们创新性地采用混合纵向研究设计，利用高分辨率磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）和人工智能辅助的自动分割技术，对252名5至18岁儿童（包括66名脑瘫患儿）的下肢进行了为期约3年的追踪，首次系统描绘了儿童下肢肌肉和骨骼的生长速度图谱。

研究人员采用的关键技术方法主要包括：1）混合纵向研究设计，对252名儿童进行2-3次MRI扫描（间隔约1.5年）；2）使用3T Philips MRI扫描仪获取下肢mDixon序列图像，实现1 mm³各向同性分辨率；3）应用深度学习nnU-Net模型对10个下肢肌肉/肌群及骨骼进行自动三维分割；4）采用半参数分位数回归构建年龄-性别条件化生长速度参考曲线；5）通过1000次Bootstrap抽样计算种群水平生长峰值速度（Peak Population Median Velocity, PPMV）及其出现年龄的置信区间。

生长速度曲线揭示显著个体差异与性别二态性

通过分析典型发育儿童的数据，研究发现所有变量（身高、体重、胫骨长度、肌肉体积）的生长速度均随年龄呈现非线性变化。肌肉体积和体重的生长速度分布范围远大于胫骨长度和身高，提示肌肉生长受环境因素（如活动水平、营养）的影响更大。青春期生长突增阶段，个体间差异尤为显著——13岁时，男孩胫骨长度速度的10-90百分位范围达中位峰值的57%，肌肉体积速度的差异范围更是高达81%。

青春期生长突增呈现肌肉-骨骼发育异步性

种群水平分析显示，男孩肌肉体积生长峰值速度（155 cm³/年）显著高于女孩（117 cm³/年），且峰值出现时间较女孩延迟2.1年（14.2岁 vs 12.1岁）。更重要的发现是，肌肉与骨骼生长存在明显时序分离：胫骨长度生长峰值领先于肌肉体积峰值，男孩相差1.9年（95% CI 1.0-3.7），女孩相差1.8年（95% CI 1.0-3.5）。这种异步性支持了“骨骼纵向生长可能通过慢性牵张机制刺激肌肉生长”的假说。此外，肌肉生长峰值时间与体重峰值高度同步，估算表明肌肉质量增加贡献了男孩青春期体重峰值增长的46%和女孩的38%。

脑瘫患儿存在全年龄段持续性肌肉生长障碍

与典型发育儿童相比，脑瘫患儿的肌肉生长速度显著降低（中位速度比为0.59），且损伤程度远超骨骼（胫骨长度速度比仅为0.9）。这种生长缺陷呈现三个关键特征：一是普遍性，所有10个下肢肌肉均受影响，其中内侧腓肠肌损伤最严重（速度比0.51-0.54）；二是持续性，从5岁到18岁均未发现随年龄的系统性变化模式；三是非选择性，生长速度降低与脑瘫功能分级（GMFCS级别）、瘫痪类型（偏瘫/双瘫/四肢瘫）或治疗史（肉毒毒素注射、下肢手术、矫形器使用）无明确关联。

本研究通过高精度MRI技术首次建立了儿童下肢肌肉生长的纵向参考标准，揭示了肌肉与骨骼生长的异步规律及其在脑瘫中的特异性损伤模式。研究结果强调，脑瘫患儿的肌肉生长障碍始于生命早期并持续整个发育期，且不能简单归因于功能严重程度或干预措施。这些发现为理解神经肌肉疾病的生长生物学提供了新视角，强调了对肌肉生长进行个体化评估的必要性。未来研究需聚焦于肌肉卫星细胞功能、激素调控机制等分子水平探索，为开发针对性的肌肉生长促进干预策略奠定基础。