衰老对真皮弹性纤维结构及皮肤紧致度的影响：基于有限元模型的评估

皮肤紧致度和弹性在很大程度上由真皮细胞外基质决定，尤其是弹性纤维网络。与年龄相关的弹性蛋白降解改变了其结构，导致皮肤弹性下降。然而，弹性纤维几何结构与宏观皮肤紧致度之间的定量关系仍不完全清楚。在本研究中，我们开发了一种新的计算框架，将从人腹部皮肤样本（白种女性，年龄38-78岁）的共聚焦显微镜图像中提取的真实3D弹性纤维几何结构整合到真皮基质的有限元（FE）模型中。弹性纤维网络在FE域内被明确表示为梁单元。进行了无约束压缩模拟，以评估皮肤的弹性抵抗力，并将其与弹性纤维网络的量化几何参数相关联。结果显示，皮肤紧致度随年龄增长显著下降，与纤维直径、纤维数量、体积分数、网络连通性（通过碎片化增加和最大簇大小减少表示）以及垂直取向纤维比例的减少密切相关。其中，纤维数量和最大簇大小是皮肤紧致度最重要的预测因子。这项研究提供了关于弹性纤维特定结构改变如何直接影响衰老皮肤力学性能的定量、机制性见解。这些发现强调了弹性纤维网络完整性和结构组织在维持皮肤功能中的关键作用，并为旨在保持或恢复弹性纤维框架以维持皮肤紧致度的治疗或美容策略提供了有力依据。