脑-颅界面软脑膜-蛛网膜复合体亚失效循环载荷下的微观损伤进展机制研究

创伤性脑损伤(TBI)是全球致死致残的主要原因，其中75%为轻度TBI(mTBI)。犹他大学团队针对脑-颅界面的关键结构——软脑膜-蛛网膜复合体(PAC)，开发新型膨胀测试系统结合光学相干断层扫描(OCT)，首次揭示亚失效循环载荷会导致PAC刚度显著降低且损伤不可逆，幼龄动物更易受损。该研究为理解重复性头部创伤的累积损伤机制提供了重要生物力学依据。

　　

头部撞击导致的创伤性脑损伤(TBI)已成为全球公共卫生的重大挑战，其中四分之三属于轻度TBI(mTBI)。尽管临床病例众多，但重复性头部创伤如何通过微观结构损伤累积最终引发脑损伤的机制仍不明确。特别值得注意的是，作为脑组织与颅骨间的力学缓冲层，软脑膜-蛛网膜复合体(PAC)的损伤演变过程长期缺乏系统研究。这个由蛛网膜、软脑膜及蛛网膜小梁构成的精密结构，在头部受撞击时承受着复杂的拉伸应力，其力学性能变化可能直接影响脑损伤的发生发展。

为解决这一科学难题，犹他大学的研究团队创新性地将改良的膨胀测试技术与光学相干断层扫描(OCT)相结合，首次系统研究了PAC在模拟mTBI条件下的损伤演变规律。研究选取幼猪、成年猪和成年绵羊作为模型，通过交替施加低压(表征)和高压(损伤)的循环膨胀载荷，定量分析了PAC的刚度变化规律。

关键技术方法包括：1）定制脑室膨胀系统模拟脑脊液压力变化；2）同步OCT成像实时捕捉蛛网膜位移；3）跨物种比较（幼猪/成年猪/绵羊）评估年龄与物种差异；4）多周期加载方案模拟重复性创伤。所有动物样本均来自屠宰场，幼猪年龄2-3周，成年猪5-6月，绵羊6-8月。

【Brain Procurement】
研究共分析22个大脑的63个位点，重点检测顶叶与额叶间沟回交叉区域。通过标准化操作流程确保样本处理一致性，幼猪PAC厚度显著薄于成年动物。

【Stiffness Variations with Species and Age】
关键发现显示：1）PAC刚度随循环载荷呈指数型下降，最大降幅达初始值的35±12%；2）幼猪初始刚度(4.2±1.3 kPa)显著高于成年猪(2.8±0.9 kPa, p<0.0003)；3）物种间无统计学差异；4）损伤后仅13±7%的刚度可自然恢复，证实损伤的不可逆性。

【Discussion】
该研究突破性地证实：1）亚失效载荷即可引起PAC微结构累积损伤，这解释了重复性mTBI的风险累积机制；2）年龄是影响PAC力学响应的关键因素，幼年个体更高的刚度可能加剧损伤风险；3）损伤主要表现为蛛网膜小梁网络的不可逆重构，而非粘弹性行为。这些发现为建立精准的脑损伤模型提供了关键参数。

【Conclusions】
研究首次阐明PAC在亚失效循环载荷下呈现典型的"损伤累积-刚度退化"演变规律，创建了定量评估脑-颅界面损伤的新方法。特别值得注意的是，发现幼年动物PAC更易发生机械损伤，这为理解儿童更易发生脑损伤的临床现象提供了生物力学解释。该成果发表于《Acta Biomaterialia》，为发展TBI预防策略和防护装备设计奠定了理论基础。