空间骨丢失的数字鼠模型研究

骨组织动态重建过程与力学环境密切相关，空间失重下的骨丢失是机体对低负荷环境的适应性反应，但骨密度持续下降和力学结构损伤对航天员健康构成严重威胁，使载人深空探测活动面临巨大风险。在开展中长期失重的骨丢失效应和防护研究方面，现有实验模型已显现出技术局限性。随着未来空间任务复杂度的增加和周期进一步延长，航天医学领域迫切需要发展实体实验和数字建模及仿真技术相结合的新模式来研究解决制约人类长期在轨驻留的关键医学问题。本项目拟建立动态空间骨丢失小鼠实验模型，通过数据挖掘、归纳演绎发现骨密度及骨生物力学特性随失重时间变化的内在规律，获得骨丢失进程的时域特征，在数字可视鼠基础上建立基于客观动物实验数据的计算机模型，即赋予骨功能特征动态变化规律的数字物理鼠模型，为长期空间飞行条件下骨丢失预测与防护研究提供模型工具，推动航天医学研究从"完全实验依赖型"向"实验＋建模预测型"的策略转变。

骨组织动态重建过程与力学环境密切相关，空间失重下的骨丢失是机体对低负荷环境的适应性反应，骨密度持续下降和力学结构损伤对航天员健康构成了严重威胁。因此，随着未来空间任务复杂度的增加和周期的进一步延长，航天医学领域迫切需要发展实体实验和数字建模及仿真技术相结合的新模式来研究解决制约人类长期在轨驻留的关键医学问题。本项目通过三维重建和仿真技术，获得了以骨骼为主体，包括大部分肌肉以及重要器官的小鼠全身图谱；通过动物实验和数据挖掘发现了尾吊鼠后肢骨密度及骨生物力学特性随失重时间延长而降低、尾吊7天后肢肌肉出现萎缩等一系列变化规律；通过小鼠代谢骨重建过程的仿真研究，建立了鼠骨骼的有限元模型，利用该模型预测了长期模拟失重的骨丢失效应并利用尾吊动物实验实测数据进行了验证。以上结果为长期空间飞行条件下骨丢失预测与防护研究提供了模型工具。