骨是支撑身体和保证运动的主要部位,一直在我们身体中起着至关重要的作用。骨健康的地面维护实验表明,适当的力刺激即可维持正常的骨量。但在太空中,不论是体育锻炼,还是药物治疗,或者是两者结合,都不能完全的消除骨质疏松疾病的发生。这种情况的产生,我们推测是因为微重力下,骨传质的缺失导致了骨质疏松。由于骨细胞包埋于在矿化基质内,不能接受血管供应,从而它们只能依靠组织内的物质输运来获得养分、排泄废物和与相邻细胞的化学信号传递。而在微重力下,传质达不到深层骨细胞,导致凋亡。由于在地面上,很难模拟太空中微重力的情况,因此本文从超重环境下,研究骨陷窝-骨小管的传质情况,从而反向探究微重力下骨传质缺失的造成骨质疏松的重要原因,为后续我国航空航天对抗骨质疏松提供依据。本文主要分为三部分,第一部分是利用离体骨块在常重力环境下和超重环境下对于溶质传质传输的速度。取羊股骨,截取成3mm×3mm×10mm的长方体小骨块,将骨块进行分组后,分别在不同时间的超重和常重的情况下,看染色剂进入长方体骨块的情况,进而来判断在不同重力环境下的骨传质情况。结果表明,染色剂侵入离体骨块的速率符合对数函数的特性,即在初始时,侵染速度较快,随着侵染时间的增加,侵染速度逐渐减慢。而高G(10G)环境下,染色剂平均侵染速度是常重力(1G)环境下的1.4倍,并且通过实验数据发现,侵染速度与骨块是否平行或者垂直离心力没有直接关系。第二部分是就不同重力环境下骨陷窝-骨小管系统(LCS,Lacunarcanalicular System)内传质的输运情况进行量化研究。采用荧光示踪剂(荧光素钠,376DA)注射进SD大鼠中,让大鼠处于不同的重力条件下,经过血液循环进入骨内后,利用共聚焦荧光显微镜拍摄骨内骨陷窝荧光图像,利用Image-J进行分析,从而探讨LCS系统在不同重力环境下传质情况。实验显示,常重力下的骨内LCS荧光亮度在哈弗氏管25μm处的减弱率是45%左右,在40μm之后的荧光强度减弱率为75%左右;而超重(10G)环境下,骨内LCS荧光亮度在哈弗氏管25μm处的减弱率是10%左右,而在40μm之后的荧光强度仍然保持在一个较高水平,减弱率也只有25%左右。说明,重力是影响骨内溶质输运的重要因素。第三部分是利用COMSOL Multiphysics软件建立骨组织中骨陷窝—骨小管系统(LCS)模型,模拟研究在微重力(0G),常重力(1G)以及高G(10G)环境下,骨细胞代谢所需的营养物质在LCS中随血液流动的输运情况。仿真表明:在骨内LCS中,位于哈弗氏管的远端的骨细胞流速是极小,比哈弗氏管低12个数量级,而在高G(10G)情况下,远端骨陷窝流速比无重力下高出5.3%,比常重力下高出3.2%,说明重力是可以加速远端骨陷窝内液体的流速;并且通过仿真发现在微重力环境下,骨陷窝压力呈现均匀性,而在常重和超重环境下,LCS内骨陷窝呈现上低下高的梯度性。骨细胞作为力学感应器,缺少压力的刺激使得营养物质丢失。由此说明,重力确实是影响骨内传质的重要因素。总之,通过以上三个实验来探究重力对于骨内溶质输运的影响,以此来探索微重力下骨质疏松的重要因素,为未来航空事业的骨质疏松的预防提供重要依据。