正常骨骼处于一个吸收与生长重建的连续过程，成骨细胞与破骨细胞的生理活性保持着动态平衡，机械力学刺激是必不可少的条件之一。大量研究表明：机械力学刺激过低时，如宇航失重和长期卧床、肢体制动的人员均可导致骨密度、骨钙含量、骨基质蛋白、骨形成速度的降低；而绝经后妇女进行适当的活动锻炼、增加骨骼载荷，可减少其骨质疏松的发生。体内力学环境复杂，而离体实验可以通过设计特定的加载方式，来控制各种变量(力学的不同类型、大小、频率、时间和细胞的不同种系等)，观察细胞对力学刺激的响应。体内实验及临床应用，发现适当的牵张应力在骨折修复、正畸牙移动以及牵拉成骨(颌骨发育不足的矫治、骨缺损的整复、肢体延长)等中，能刺激骨组织自身生长与重建。成骨细胞是其中重要的感受与效应细胞，可通过力敏感离子通道、G蛋白与酪氨酸激酶、整合素受体与细胞骨架等多种途径，感受体内外力学刺激，并将力学刺激信号转化为细胞生物化学信号，介导力相关敏感基因表达，合成各种酶类等活性物质，激活信号网络级联反应，参与一系列复杂的生理病理活动。国内外有关机械牵张应力对体外培养成骨细胞影响的研究，为牵张应力在骨科的应用提供了大量的理论和实验依据。

     1 牵张应力特点与加载装置的原理

    在体内应力的作用下，骨组织变形，附着于骨基质上的成骨细胞可产生相应的牵拉变形，据此，牵拉张力的加载装置[1]主要是通过各种方法对培养基膜的牵拉(如图1～9)，使黏附于基膜上的成骨细胞被动伸展。应用此力学装置，能较好地模拟体内骨组织的受牵拉时的力学环境，可以给予细胞静止性或周期性、单向或双轴的牵拉，牵拉力大小及时间频率可以量化，加载刺激时或刺激前后均可用显微镜观察细胞情况，装置应用简单方便，价格便宜，重复性好。但牵拉张力装置依赖于培养基膜与细胞之间的作用，培养基膜各区域细胞受力不均匀，中间区域的细胞受力较小；而且体外培养基的应变明显大于骨基质，在单轴牵拉中，牵拉轴的垂直方向可对细胞产生收缩压力；在周期性培养基膜屈曲形变时，若屈曲率过大也会产生流体剪切力，这些都增加了干扰因素。成骨细胞经24 h培养，在基底膜完全贴壁、铺展后，细胞贴壁面面积为未贴壁前球状体俯视面积的4～5倍以上，厚度从边缘到最大处从零开始逐渐变化，按惯例此时通过对基底材料拉伸，给予细胞力学加载，在1 h内可达到最大增殖效果[2]，细胞这种铺展厚度变化特点使得细胞在随基底材料膜拉伸时，便于其内应变趋向更均匀一致。早期学者开展细胞培养的机械力学加载研究，在设计张力装置时，曾使用“悬滴培养”作局部牵拉的方式。目前，实验装置、材料及原理均得到了很大的改进 ......