非生理方向力学加载通过增强骨小管-骨陷窝网络流体动力学促进骨适应性响应

研究人员通过小鼠胫骨轴向/横向加载模型结合全骨-骨小管网络多尺度计算机模拟，首次在应变匹配条件下证实：横向（非生理方向）加载较轴向加载更能通过增强骨小管-骨陷窝网络（LCN）内流体剪切力（而非组织应变）促进骨形成。该发现揭示了骨适应性响应具有"方向敏感性"的流体力学机制，为优化力学干预骨重建策略提供新靶点。

　　

骨骼系统展现出令人惊叹的"智能"适应能力——当遭遇非生理方向的力学刺激时，即使组织应变水平相同，也会触发更强烈的成骨反应。这项研究通过精巧的小鼠胫骨加载实验设计（轴向模拟生理负荷，横向代表非生理负荷），结合创新的全骨-骨小管网络（lacunocanalicular network, LCN）多尺度计算机模型，首次在应变匹配条件下捕捉到这种"方向敏感性"现象的本质。

实验数据显示，横向加载组皮质骨形成率显著高于轴向组。通过计算流体动力学模拟，研究人员发现横向加载能在骨小管网络内产生更剧烈的流体剪切振荡——就像用吸管猛吹杯子里的水比轻轻摇晃更能搅动液体。统计学分析进一步证实：骨形成热点区域与高流体剪切应力（fluid shear stress）分布高度吻合，但与应变分布无显著相关性。

这些发现完美解释了"误差驱动"骨适应理论（error-driven adaptation）的力学基础：骨骼对非常规力学方向格外敏感，是因为骨细胞能通过LCN中的流体动力学变化（而非传统认为的基质变形）精准感知力学环境异常。该研究不仅为临床振动疗法、运动康复等力学干预方案优化提供新思路，更揭示了骨小管网络这一"骨骼微循环系统"在机械信号转导中的核心作用。