小鼠胫骨载荷下肌肉骨骼参数及运动变异性的敏感性分析

时间:2026年5月18日
来源:Journal of Biomechanics

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托马斯·瓦莱里奥(Thomas Valerio)|恩里科·达拉(Enrico Dall’Ara)摘要要准确预测小鼠后肢的骨骼适应情况,需要可靠地估计运动过程中作用于骨骼的力。通常使用肌肉骨骼模型来实现这一目标,但这些模型的预测结果容易受到输入参数变化的影响。确定哪些参数对骨骼负荷

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托马斯·瓦莱里奥(Thomas Valerio)|恩里科·达拉(Enrico Dall’Ara)

摘要

要准确预测小鼠后肢的骨骼适应情况,需要可靠地估计运动过程中作用于骨骼的力。通常使用肌肉骨骼模型来实现这一目标,但这些模型的预测结果容易受到输入参数变化的影响。确定哪些参数对骨骼负荷的影响最大,对于基于个性化有限元模型改进骨骼适应的预测至关重要。
在这项研究中,采用Morris筛选技术对小鼠肌肉骨骼模型进行了全局敏感性分析,以评估173个输入参数(肌肉肌腱特性、关节角度和地面反作用力)对站立阶段胫骨所受力的影响。通过基本效应的绝对均值和标准差来对这些参数的整体影响及其潜在的非线性或交互效应进行排序。敏感性分析分别针对两种情况进行了测试:包含力-长度-速度(F-L-V)关系和不包含该关系的情况。
排除F-L-V关系可以得到较为现实的结果,而包含该关系则会导致模拟结果中出现过多的“备用执行器”(即不必要的计算因素),从而使模拟结果不切实际。当排除F-L-V关系时,发现有19个参数对胫骨所受负荷的大小有显著影响。这些参数与小鼠后肢14块肌肉的最大等长力量、髋关节和膝关节的屈曲角度以及垂直和前后方向的地面反作用力有关。
这些结果表明,个性化这些参数对于准确确定作用于胫骨的生理负荷至关重要,因此在模拟骨骼随时间的变化时应予以考虑。

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