人类降主动脉夹层雪崩式传播的年龄依赖性机制：微观结构与力学行为的多尺度研究

本研究针对主动脉夹层(AD)这一高死亡率疾病的年龄相关风险机制，通过整合力学测试、多光子成像和离散纤维有限元(FE)建模技术，首次揭示了人类降主动脉(DTA)中层间胶原纤维(ICF)的雪崩式失效行为及其功率律分布特征。研究人员发现衰老导致ICF密度降低、取向分散度增加，这种微观结构重塑削弱了层间结合力，促使小规模雪崩事件频发，从而解释了老年患者AD快速进展的力学基础，为临床风险预测提供了新视角。

　　

主动脉夹层(AD)作为一种起病急骤、死亡率高达90%的血管危症，其发病机制与年龄的关联始终是医学界关注的焦点。尽管已知老年患者更易发生主动脉破裂且预后更差，但衰老如何从微观尺度削弱主动脉抵抗夹层的能力，这一关键问题长期悬而未决。传统检测手段如流体加压试验和径向张力测试虽能测量层间强度，却难以捕捉动态失效过程；而既往关于猪主动脉的研究提示可能存在雪崩式纤维断裂现象，但人类主动脉是否具有相同特性尚属未知。

针对这些科学盲区，波士顿大学的研究团队在《Acta Biomaterialia》发表了一项突破性研究。该工作通过多尺度实验-计算联合策略，首次系统揭示了人类降主动脉(DTA)中层间胶原纤维(ICF)的失效动力学与衰老的定量关系。研究团队从24-92岁的人体供体获取DTA样本，采用稳态剥离试验量化层间韧性，结合多光子三维成像解析微观结构，并创新性地构建了考虑离散ICF断裂的有限元模型，成功复现了夹层传播中的力学行为。

关键技术方法
研究采用美国国家疾病研究交换中心(NDRI)提供的冷冻人体DTA样本(n=21，年龄24-92岁)。通过定制剥离装置测量层间韧性，使用双光子激发荧光(TPEF)和二次谐波(SHG)成像技术可视化弹性层板(EL)和ICF的空间分布。基于显微图像参数构建了包含10,000-20,000根离散纤维的有限元模型，模拟纤维断裂的级联效应。统计力学分析证实力降幅值遵循幂律分布。

多光子成像揭示中层ECM结构
三维重构图像显示，衰老主动脉的弹性层板(EL)排列紊乱且间距增大，ICF呈现两个显著变化：密度从年轻组的15.6±3.1根/100μm²降至老年组的8.4±2.7根/100μm²，同时取向分散角标准差由19.3°增至31.7°。这种"量少且乱"的结构特征直接削弱了层间机械耦合。

离散FE模型再现雪崩效应
计算机模拟首次捕捉到人类AD传播中的特征性力学行为：当施加位移载荷时，ICF断裂呈现间歇性爆发，形成从单根纤维失效到涉及数百根纤维的雪崩事件。力降幅值ΔF的累积概率分布符合幂律P(ΔF)～ΔF^-β（β=2.3±0.2），与实验数据高度吻合。老年组模型中小雪崩(ΔF<0.1mN)发生率比年轻组高47%，导致平均传播速度提升32%。

讨论与意义
该研究建立了衰老-微观结构-力学行为-临床风险的完整逻辑链：年龄增长引发ICF密度降低和取向紊乱，前者直接削弱层间结合强度，后者则通过增加应力集中点促进小雪崩频发。这种双刃剑效应解释了为何老年AD患者更易发生快速进展：当初始撕裂发生后，高度分散的ICF网络难以形成有效屏障，反而通过持续的小规模雪崩加速夹层延伸。

研究提出的幂律指数可作为评估主动脉"抗夹层能力"的新型生物标志物，而基于离散纤维的建模框架为个性化风险评估提供了工具。未来研究可结合流体-结构耦合模型，进一步探索血压波动对雪崩触发的影响。这些发现不仅深化了对AD病理机制的认识，也为开发针对老年患者的特异性干预策略指明了方向。