在行走过程中,下肢体段的质量变化如何影响峰值膝盖负荷
Delaney E Miller1, Ashley E Brown1, Nicholas A Bianco1
1Department of Mechanical Engineering, Stanford University, Stanford, California, United States of America.
PLoS computational biology
|September 24, 2025
概括
增加腿部的质量增加了膝盖负荷,可能会恶化骨关节炎. 增加到脚上的质量不成比例地提高了膝盖的接触力,影响了膝盖关节炎的治疗设计.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 整形外科 整形外科 整形外科
- 肌肉骨系统的建模
背景情况:
- 增加膝盖负荷是骨关节炎进展和疼痛的关键因素.
- 骨关节炎的治疗方法,如外骨架和支架,可以增加下肢质量,可能加剧膝盖负荷.
- 增加腿部部分质量对膝盖接触力的具体影响尚不清楚.
研究的目的:
- 量化增加大腿,腿部和脚部质量的对行走过程中膝关节接触力的影响.
- 为了研究不同的下肢质量分布如何影响健康成年人的膝盖负荷.
主要方法:
- 通过实验性行走数据开发了特定对象的肌肉骨模型.
- 在实验中,对健康参与者的大腿,腿部和脚部增加了质量 (N=10).
- 利用最佳控制框架,根据记录的动力学,动力学和肌肉活动来估计膝盖接触力.
主要成果:
- 增加下肢部分的质量线性地增加了早期和晚期的峰值膝盖接触力.
- 增加的大小因增加质量的位置 (大腿,大腿或脚) 而异.
- 在足部增加1%的肢体重量时,早期 (5.9%) 和晚期 (3.0%) 的峰值膝盖接触力相对增加最大.
结论:
- 下肢质量增加,特别是在脚部,显著提高膝盖接触力.
- 这些发现凸显了大规模增加骨关节炎干预措施的潜在有害影响.
- 在设计膝关节骨关节炎的生物机械干预措施时,考虑质量分布至关重要.
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