随着年龄的增长，大鼠胫骨近端的应变幅度和异质性会降低，而表观硬度则会增加

时间：2026年5月29日

来源：Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials

编辑推荐：

比利时列日大学航空航天与机械工程系生物与仿生材料力学实验室

摘要

长骨的骺端在关节完整性中起着关键作用，它们通过吸收和重新分配关节力来维持关节的稳定。虽然衰老会导致该解剖部位的微观结构和材料发生变化，但这些变化对骺端内部机械环境的影响仍不甚清楚。在这项研究中，我们利用原位力学测试、微计算机断层扫描（micro-computed tomography）、数字体积相关性分析（digital volume correlation）和有限元分析（finite element analysis），量化了成年和老年雄性Wistar大鼠膝关节骺端应变分布的年龄相关变化。研究发现，与成年大鼠相比，老年大鼠的压缩和拉伸主应变分别减少了约63%和67%。除了应变幅度减小外，老年骺端的应变分布更加均匀，空间应变模式也发生了改变，个体间的变形变异性增加。这些机械变化与先前报道的软骨下骨板增厚、小梁结构粗化以及组织矿化增强等现象一致。总体而言，这些发现表明衰老会导致胫骨近端显著硬化，并改变其在受压时的力学行为。此类变化可能会影响骺端的保护性机械功能，从而对关节软骨产生不利影响，增加关节退化的风险。

章节摘录

引言

膝关节是一个复杂的生物力学系统，能够在运动过程中实现精确的运动，同时提供机械稳定性和减震效果。这些多种功能依赖于多个组件的协同工作，包括软组织（关节软骨、韧带、半月板和生长板）、硬组织（矿化软骨和骨骼），以及液体（滑液）。长骨的末端从关节软骨延伸到生长板……

样本采集与制备

在动物处死后，立即从成年（n = 6只，2-3个月大，平均体重447克）和老年（n = 6只，13-15个月大，平均体重531克）雄性Wistar大鼠身上采集了整个右腿（各动物的体重和年龄详见补充信息表1）。这些动物是通过列日大学医院（CHU）的器官捐赠计划获得的，该计划得到了列日大学动物伦理委员会的批准。

结果

在两种载荷水平下的分析均显示出明显的年龄相关差异。这里我们展示了90牛顿载荷下的结果，因为40牛顿载荷下的趋势也相当相似（详细信息见补充信息）。

讨论

本研究旨在探讨衰老对大鼠胫骨骺端全场内部应变的影响，该区域对于膝关节的载荷传递尤为重要[56]、[57]。通过结合原位轴向膝关节压缩、微CT成像和全局数字体积相关性分析（global DVC analysis），测量了加载过程中的三维位移和应变。这些结果还通过微有限元分析（micro-FE analysis）进行了补充。我们的主要发现是，衰老导致胫骨骺端的应变显著降低……

作者贡献声明

劳拉·穆勒（Laura Müller）：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验设计、资金申请、数据分析、概念构建。斯里拉姆·库诺斯（Sriram Kunnoth）：软件开发、方法设计、实验设计、数据分析。哈贾尔·苏海勒（Hajar Souhail）：撰写初稿、软件开发、方法设计、实验设计、数据分析。玛戈·斯卡（Margaux Ska）：软件开发、方法设计、数据分析。皮尤什·乌尼亚尔（Piyush Uniyal）：软件开发、方法设计、数据分析。卢卡·达安德烈亚（Luca D’Andrea）：撰写初稿、软件开发、方法设计……