[目的]骨科生物材料降解与新骨生长的同步性对于其临床应用起着至关重要的作用,尤其是应用于无辅助内固定支撑的负重部位。若生物材料降解速度太快,新骨无法及时长入,会导致空洞产生和影响植入部位整体的力学强度。反之,则会阻碍新骨长入和延缓骨折愈合。本研究的目的是探索能否通过外界的应力调控来改善硫酸钙降解与新骨长入两者之间的同步性。[研究方法]将30只12周龄的雌性Sprague Dawley(S-D)大鼠用10%水合氯醛腹腔内注射麻醉,经左大腿外侧切口暴露股骨远端,在股骨干骺端制作一个直径和高度分别为3mm的圆柱体骨缺损。生理盐水反复冲洗骨缺损后,将事先备好的经过灭菌的硫酸钙(Calcium Sulfate Cement,CSC)支架材料填入缺损内。30只大鼠随机分为三组(每组10只):应力调控组、恒定应力组和对照组(无应力)。机械应力的施加是通过给予大鼠跑步锻炼来实现的。术后7天,应力调控组和恒定应力组开始进行为期30天的跑步锻炼,每天跑步时间均为45分钟。应力调控组以跑步速度渐增的方式进行锻炼,第一个10天以8 m/min的速度进行跑步锻炼,每隔10天速度增加8 m/min,直至24 m/min;恒定应力组则始终以8 m/min的速度进行跑步锻炼(跑步锻炼在专门的大鼠跑步机上完成)。对照组不给予跑步锻炼,活动限制在狭小的笼子内。在上述30只大鼠中,21只(每组7只)在术后7、17、27和37天给予连续的Micro-CT扫描,计算由硫酸钙填充的骨缺损体积,并在完成最后一次Micro-CT扫描之后,过量麻药处死动物,取下左侧股骨进行三点弯曲力学测试。除了本实验固有三组之外,另额外添加正常股骨组和缺损组(缺损内为空)进行力学测试。另外9只(每组3只)大鼠在术后37天时以同样的方法处死,取下左侧股骨进行组织学检测(苏木精-伊红染色),观察缺损内硫酸钙降解和新骨生长情况。[结果]在术后37天(硫酸钙支架材料完全降解)时,机械应力渐增的应力调控组取得了骨缺损的完全愈合,股骨的最大屈服载荷达到87.00±7.30 N,与正常股骨的力学强度无统计学上的差别(80.46±2.79 N,p=0.369)。但是,无论是恒定应力组还是对照组,两组都残留不同程度的骨缺损,体积分别为1.47±0.44 mm3和4.08±0.89 mm3(p<0.001)。并且,应力调控组和正常股骨组的股骨最大屈服载荷均显著高于恒定应力组(69.56±4.74 N),对照组(59.17±7.48 N)和缺损组(43.38±7.48 N)(p<0.001)。组织学结果表明,在37天时,三组的硫酸钙支架材料均完全降解,而仅应力调控组的骨缺损达到完全愈合,恒定应力组和对照组仍存在明显的骨缺损。[结论]本实验的研究结果表明,外界的应力调控可以改善硫酸钙降解与新骨长入的同步性。当外加机械应力的变化与生物材料降解曲线一致时,生物材料降解与新骨生长的同步性最好。应力调控的方法值得进一步深入的探索以及应力调控法在将来有可能作为一种临床手段来改善骨科生物材料降解与新骨长入两者之间的同步性。