力学载荷对于维持骨骼的结构和功能至关重要。骨组织能够对其所处的力学环境功能性适应。骨组织所受力学载荷降低导致骨质流失及骨组织力学性能下降。执行飞行任务的航天员以及久病卧床的患者,其骨骼,尤其是承重骨,由于长期处于较小的力学载荷环境,骨骼发生骨质流失,同时力学性能下降。当骨组织所受力学载荷增加时,骨形成增加,骨组织结构得到优化,从而使骨组织能够对抗增加的力学载荷。经常进行剧烈运动训练的职业运动员,由于其骨骼承受的力学载荷比一般人群高,所以具有更好的骨骼力学性能,更高的骨量和更加优化的骨组织结构。虽然力学载荷增加骨量、改善骨组织结构和提高骨组织力学性能的作用得到大量的研究证实,然而,骨骼骨量、结构和力学性能响应力学载荷刺激的过程,以及在该过程中三者之间的关系,尚不清楚。力学载荷引起的骨骼基质形变对于骨组织的结构和力学性能至关重要。骨基质形变与骨骼功能适应的关系一直是该领域研究的前沿问题。然而,骨骼随时间适应骨基质变形过程并不清楚。因此,本研究建立了应变片在体检测大鼠胫骨形变的技术,研制了SD大鼠胫骨在体非侵入性轴向加载装置,在此基础上,利用大鼠尾悬吊后肢肌骨废用模型,研究了大鼠胫骨的骨量、结构和力学性能对外加力学载荷引起的骨基质形变的响应过程,以及力学载荷产生的骨基质形变对抗废用性骨质流失的作用效果。研究结果发现:1.本研究自主研制的大鼠胫骨在体力学加载装置可实现加载频率范围为0.25-2 Hz,加载载荷范围为11-33 N,力学载荷输出均为稳定的正弦波形载荷;2.力学加载7天、14天、21天和28天时,力学载荷产生的骨基质形变不能有效对抗大鼠胫骨废用性骨质流失;3.在800με的载荷作用下,尾悬吊组大鼠加载侧与对侧胫骨骨矿物密度基本相同,第14天尾悬吊组大鼠加载侧胫骨骨矿物含量高于其对侧胫骨,第14天和第21天对照组胫骨骨矿物密度、骨矿物含量,高于尾悬吊组胫骨;4.在整个实验过程中,所有大鼠胫骨骨矿物密度变化范围为0.14-0.17 g/cm2,骨矿物含量变化范围为0.4-0.5 g。本研究得出以下结论:1.本实验研制的力学加载装置,能够输出较为稳定的正弦波载荷,能够满足对大鼠胫骨进行轴向非侵入性力学加载的要求;2.峰值为800με的正弦力学载荷不足以对抗大鼠胫骨废用性骨质流失;3.大鼠胫骨的骨量、结构和力学性能,在实验第14和21天时发生较明显的变化,并且骨量、结构和力学性能随着力学性能的变化并不一致。本研究探讨了骨骼结构和力学性能对力学载荷产生的骨基质形变的响应过程,以及该骨基质形变对废用导致的骨质流失的影响。在前人发现的基础上,本研究进一步揭示了骨骼结构性能响应力学载荷的具体过程,为进一步深入实验研究提供了基础数据,对废用性骨质流失对抗措施的开发具有重要的指导意义。