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[研究背景与目的]在太空飞行期间,宇航员的身体面临着来自宇宙环境中各种因素的挑战,主要包括微重力和辐射。在骨骼方面,太空飞行会导致骨质减少,增加骨折的风险。后肢悬吊(Hindlimb Suspension,HLS)是一种被广泛运用的陆地实验室模型,用以模拟太空飞行中失重所致肢体废用对机体带来的影响,但它却忽略了辐射照射的伴随效应。即使是辐射存在的情况下,之前的大部分研究所使用的辐射特点是短时间高剂量的辐射,这并不能真实地模拟航天飞行时的环境。本研究旨在设计并建立更接近真实宇宙环境的动物模型,探查小鼠接受后肢悬吊处理,同时伴随慢性低剂量γ射线照射对骨骼的影响。为阐明宇宙飞行中宇航员发生骨质减少的确切内在机制和宇宙相关其他课题提供可靠的基础模型。[方法]20只14周龄的雌性C57BL/6小鼠,随机分为4组:后肢自然负重+无辐射(Weight Bearing+No radiation,WB+NR)、后肢悬吊+无辐射(Hindlimb Suspension+No radiation,HLS+NR)、后肢自然负重+辐射(Weight Bearing+Radiation,WB+RAD)和后肢悬吊+辐射(Hindlimb Suspension+Radiation,HLS+RAD)。后肢悬吊处理运用尾套绑定小鼠尾部,另一头接可活动轨道进行x与y轴上的移动,使得前肢着地,后肢悬空不负重,引发肢体废用。自然负重即正常小鼠四肢着地。辐射源为γ射线,每日照射剂量为8.5cGy,共20天,总剂量为1.7Gy。实验结束后,采集四肢骨,使用MTS机械测试系统测量右股骨的骨硬度相关参数:断裂载荷和破坏能,断裂载荷指的是当骨头被压致断裂的那一刻,所承载的力的大小,破坏能指的是骨头从开始受力到被压迫至断裂时吸收的总能量大小。通过微型计算机断层扫描(micro computed tomography,MicroCT)技术对左股骨和胫骨的骨结构进行分析,再将左股骨石蜡包埋、切片进行苏木精-伊红染色、破骨细胞TRAP染色获得相关参数:成骨细胞数(N.Ob/B.Pm,#/mm),成骨细胞周长百分数(Ob.Pm/B.Pm,%),破骨细胞数(N.Oc/B.Pm,#/mm),破骨细胞周长百分数(Oc.Pm/B.Pm,%)和成骨细胞与破骨细胞周长的比值(Ob.Pm/Oc.Pm,%),评估骨形成和骨吸收程度。[结果]1.实验开始前,通过单因素方差分析,发现各组间体重无差异(P>0.05)在实验结束时,通过单因素方差分析,发现各组间体重发生了显著变化(P<0.05),其中以HLS+NR组体重最小。于是我们继续进行双因素方差分析,发现辐射并不会导致体重变化(P>0.05),而后肢悬吊的影响虽然只是接近而没有达到差异显著性,但可以发现它有使小鼠体重降低4.8%的趋势,且二者不存在交互作用。2.在股骨远端干骺端的小梁骨中骨体积/组织体积(bone volume/tissue volume,BV/TV)的测定,通过单因素方差分析,四组之间的股骨远端干骺端的骨小梁体积分数差异显著(P<0.05),最低值为HLS+RAD组小鼠。与WB+NR组相比,HLS+NR组的BV/TV数值下降21%。而与WB+RAD组相比,HLS+RAD组的BV/TV数值下降32%。通过双因素方差分析,发现后肢悬吊处理显著减少了骨体积分数(P<0.05),而辐射不能引起骨体积分数降低(P>0.05),并且二者不存在交互作用(P>0.05)。在胫骨近端的骨小梁结构中也发现了类似的趋势。3.机械测试中反应皮质骨硬度的实验数据表明,四组之间,无论是断裂载荷(fracture load)或是破坏能(failure energy)都不存在显著差异。然而,四组之间股骨干皮质骨的microCT结果显示皮质骨面积(P<0.05)和皮质骨体积(P=<0.05)存在显著差异,最大截面模量(P>0.05)和皮质骨矿物质密度(P>0.05)无统计显著性。这说明后肢悬吊(P<0.05)对皮质骨面积、体积产生不利的影响,而辐射不存在这种影响(P>0.05),且二者没有交互作用(P>0.05)。4.股骨远端骨小梁的组织形态学检查中,各组小鼠中所得到的骨骼系统相关指标变异性较大,因此组间差异较小。四组小鼠之间,无论是破骨细胞数(P>0.05)、成骨细胞数(P>0.05),和成骨细胞与破骨细胞的面积比(P>0.05)都无显著差异。无论是后肢悬吊(P>0.05)还是辐射(P>0.05)对成骨细胞和破骨细胞的相关指标都不存在影响。但后肢悬吊使成骨细胞和破骨细胞面积比降低54%,辐射对该属性没有影响(P>0.05),二者间没有发现显著的交互作用(P>0.05)。[结论]在后肢悬吊同时伴随慢性低剂量γ射线的小鼠模型中,前者主要引起了小鼠骨骼骨质的丢失而非后者,且二者不存在交互作用。