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为探究猪胃模型能否准确反映人类胃组织生物力学及微观结构,研究人员对人胃壁进行表征,并与猪胃组织对比。通过准静态力学测试(平面双轴拉伸、径向压缩、简单剪切)及组织学分析,发现人胃存在区域、层和性别特异性差异,且与猪胃组织差异显著,为相关研究提供依据。
胃肠道疾病(GI disorders)的高发性与复杂性对医学研究提出挑战,而猪模型因胃结构功能相似被广泛用于临床前研究,但猪胃组织能否准确模拟人类胃的生物力学特性一直存疑。目前,关于人胃组织力学响应的区域、层特异性及种间差异的研究尚不充分,尤其是粘弹性行为和微观结构的关联机制缺乏系统数据。为填补这一空白,来自格拉茨兄弟医院(Krankenhaus der Barmherzigen Brüder Graz)和格拉茨医科大学(Medical University of Graz)的研究团队,对接受减肥手术患者的人胃切除组织展开多维度研究,并与前期猪胃研究数据对比,相关成果发表于《Acta Biomaterialia》。
研究人员采集 13 例(6 男 7 女,BMI 36.1-68.5 kg/m2)腹腔镜袖状胃切除手术的胃组织标本,通过平面双轴拉伸、径向压缩、简单剪切等准静态力学测试,结合应力松弛实验评估粘弹性,并利用组织学染色(Elastica van Gieson 和 Alcian blue)分析胃壁各层(黏膜层 mucosa、肌层 muscularis、全胃壁 SW)的微观结构。
3.1 组织学观察
人胃壁厚度存在显著区域差异( antrum > body > fundus,p<0.01),男性胃壁整体更厚。黏膜层腺体分布呈现区域特异性,胃底和体部以径向排列的直管腺为主,胃窦以弯曲的黏液腺为主,且人胃黏膜下脂肪组织多于猪胃。肌层中,胃底可见斜行肌层,而胃窦肌束更大、胶原和弹性纤维网络更少。此外,人胃肌层和浆膜层弹性纤维含量高于猪胃,这可能与力学响应差异相关。
3.2 力学行为分析
- 双轴拉伸测试:胃底全胃壁和肌层延展性最高,胃窦黏膜层峰值应力最高。男性胃窦全胃壁延展性优于女性,而胃底肌层延展性较低,可能与性别间胃容积差异有关。与猪相比,人胃底和体部肌层延展性更高,但黏膜层和全胃壁更硬。
- 径向压缩测试:胃窦黏膜层和肌层刚度高于胃底,男性胃底全胃壁和肌层更硬,女性胃窦肌层峰值应力更高。猪胃肌层和全胃壁刚度显著高于人胃,可能与猪胃肌束更粗大紧密有关。
- 简单剪切测试:人胃全胃壁应力低于单一层,肌层刚度最高,猪胃整体应力高于人胃,提示种间剪切力学差异显著。
- 应力松弛测试:人胃组织松弛程度高于猪胃,胃窦黏膜层因腺体结构更僵硬,胃底因结缔组织多松弛更快。
3.3 临床与模型关联
猪胃虽在宏观结构上与人胃相似,但肌层力学特性(如刚度、松弛行为)差异显著,可能源于肌束大小和结缔组织含量。人胃性别差异(如男性胃底更厚、刚度更高)或与手术并发症(如吻合口漏)相关,提示临床需考虑性别特异性因素。此外,应力松弛特性对手术中吻合器操作的预压迫时间选择有指导意义。
研究首次系统对比了人猪胃组织的生物力学和微观结构,揭示了区域、层和性别特异性差异,证实猪模型不能完全模拟人胃力学行为。这些发现为胃肠手术器械设计(如吻合器压力参数优化)、病理机制研究(如肥胖相关胃壁结构改变)及跨物种模型应用提供了关键数据,强调在医学转化中需重视种间和个体差异。未来研究可进一步探索三维组织结构与力学的关联,及年龄、疾病对胃壁力学的影响。