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骨质疏松（Osteoporosis）影响众多人群，现有研究模型存在局限。研究人员以鹧鸪胫跗骨（TBT）为对象，测量其运动和加载下的应变。结果发现不同表面应变不同，松质骨应变大于皮质骨等。该研究为理解骨骼适应机制提供新视角。
在浩瀚的生命科学领域，骨骼健康问题一直备受关注。骨质疏松，这一常见的代谢性骨病，正悄然威胁着无数人的健康。在美国，超过 1000 万成年人深受其害，每年花费高达约 170 亿美元用于治疗。不仅如此，长期执行太空任务的宇航员也未能幸免，太空微重力环境打破了骨骼的敏感平衡，导致他们快速骨丢失，返回地球后更易患上骨质疏松。
一直以来，研究人员试图借助各种模型揭开骨骼适应机械负荷的神秘面纱。啮齿动物模型虽提供了不少宝贵信息，但不同脊椎动物的骨骼在几何形状、形态和机械性能上差异巨大。鸟类骨骼更是独具特色，比如更轻、代谢成本更低，还会形成髓质骨等。以往研究鸟类骨骼的模型存在侵入性等缺陷，而鹧鸪胫跗骨在生理活动中的应变环境此前也无人知晓。在这样的背景下，为深入了解骨骼重塑的调控机制，来自国外的研究人员开展了一项针对鹧鸪胫跗骨（TBT）的研究，相关成果发表在《Bone》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用应变片测量鹧鸪在跑步机运动时 TBT 不同表面的体内应变；其次，结合微计算机断层扫描（microCT）建立有限元（FE）模型，量化加载时皮质骨和松质骨的应变；最后，通过组织形态计量学评估骨骼组织对机械加载的响应。实验用到的雄性鹧鸪幼鸟来自商业农场，为研究提供了稳定的样本来源。
下面来看具体的研究结果：
- 运动时的体内应变测量：研究人员测量了鹧鸪在不同跑步机速度下 TBT 中轴前、中、后表面的体内应变。发现当速度达到 2m/s 时，前表面平均体内应变为 154με，中表面为 - 397με，后表面为 - 438με。这表明在跑步机运动过程中，鹧鸪 TBT 经历了前后和内外侧的弯曲，后侧和内侧中轴表面承受压应变，前侧表面则承受拉应变。
- 体内动态加载下的应变测量：在 130N 的体内动态压缩载荷下，TBT 前、中、后表面的平均实验测量应变分别为 114.7με、 - 952.6με 和 - 593.7με 。这进一步展示了 TBT 在不同加载条件下的应变情况，与运动时的应变数据相互补充，更全面地呈现了 TBT 的应变特征。
- 有限元模型分析：研究利用基于 microCT 的有限元模型结合骨干应变片测量，发现松质骨应变大于中轴皮质骨。敏感性分析显示，皮质骨的材料特性是模型中最重要的参数。在加载三周后，与对侧对照肢体相比，加载肢体中轴皮质感兴趣区域（VOI）的最大惯性矩增加，骨面积减小。这一系列结果揭示了 TBT 在整体力学环境下的变化规律，有助于深入理解骨骼的力学响应机制。
- 相关性分析：尽管在中、后应变片测量部位，计算模型应变与实验测量应变之间存在很强的相关性，但计算模型应变和应变梯度与 TBT 中骨干横截面组织学测量的骨形成厚度之间并无相关性。这一发现为后续研究骨骼形成与应变关系指明了新方向。
综合研究结论和讨论部分，该研究首次全面地描绘了鹧鸪 TBT 在快速运动和体内动态加载下的应变环境。通过详细测量不同条件下的应变数据，结合先进的有限元模型分析，揭示了 TBT 在力学刺激下的多种变化规律。这些成果不仅为研究鸟类骨骼适应机制提供了全新视角，也为跨物种研究骨骼机械敏感性搭建了重要桥梁，为未来开发预防和治疗骨质疏松等骨骼疾病的新策略提供了理论依据，在骨骼健康研究领域具有重要的意义。
