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目的 骨骼的质量和形态发生取决于其基因背景,但其结构与功能在很大程度上依赖于其所处的力学环境,这一观点已经被广泛接受。Wolff骨转换定律认为骨骼的形态结构与所受应力间存在确切对应关系,骨对外界应力具有顺应性反应能力。大量的实验研究已经证明:应力是通过诱导骨重建活动而引起骨组织发生相应结构变化的。本实验通过建立一种新的动物模型来研究不同应力环境对生长期大鼠负重骨生长的影响,以及由此引起的骨的组织形态计量学、骨密度和骨生物力学性能的改变。材料与方法 5w龄雌性SD大鼠60只,体重160±10g,以2%戊巴比妥钠(30mg/kg体重)腹腔内注射麻醉,其中40只动物作为实验组,由臀部切断其右侧坐骨神经,右后肢为废用组(unloading ,U),左后肢为过载组(overloading,O);另20只动物只做臀部切口暴露右侧坐骨神经但不切断,作为对照组(control,C)。术后分笼饲养,每天早、午、晚各鼓励动物运动半小时,每周测各鼠的骨密度及体重, 7w后处死大鼠取标本测量观察:胫骨标本行组织学(HE染色及Masson染色)观察,股骨标本行形态计量学及生物力学性能测定。所有数据用Dunnett-t检验进行统计学分析。结果 大鼠体重均逐周增加,术后第1w实验组增幅较小。三组大鼠股骨近端骨密度第1w均有所下降,此后逐周增加,至第6w后骨密度增加减慢。废用组术后第1w开始骨密度较对照组降低,至第5w时差值达峰值;过载组术后第3w开始骨密度较对照组增高,至第5w时差值达峰值。废用组股骨皮质骨厚度、皮质骨面积小于对照组(p<0.05),骨髓腔面积大于对照组;过载组的股骨皮质骨厚度和骨髓腔面积较对照组大(p<0.05);而三组的股骨长度无明显差别(p>0.05)。废用组股骨的干重、湿重、灰重和骨矿密度均低于对照组(p<0.05);过载组的干重、湿重、灰重和骨矿密度高于对照组(p<0.05)。同对照组相比,废用组股骨的最大载<WP=5>荷、最大挠度、变形位能下降(p<0.05),刚性系数升高;其最大应力、最大应变、杨氏模量也相应降低(p<0.05)。过载组股骨的最大载荷升高(p<0.05);其最大应力、最大应变、杨氏模量也相应升高(p<0.05)。HE染色见废用组骨小梁较对照组明显减少、变细;过载组的骨小梁则量多增粗。Masson染色结果表明废用组骨基质矿化不良,骨基质中矿物成分较对照组减少;而过载组骨基质中矿物成分较对照组增多。结论 应力环境可以影响活骨组织的生长与重建,改变其结构和材料性质,进而改变其力学性能;对于生长期中大鼠,应力环境对骨的纵向生长影响不大; 相对于低应力环境,高应力环境引起骨密度、骨结构及其力学性能的改变需要较长时间;应力影响骨重建的力学细胞生物学机理有待进一步研究。