《Cardiovascular Engineering and Technology》：Impact of Tissue Freezing on the Functional and Biomechanical Characteristics of Porcine Aortic Roots
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目的：猪主动脉组织的冷冻保存对于实验规划和标准化往往是必需的，但冷冻对主动脉根部特性的影响尚未得到系统研究。本研究评估了冷冻和解冻对猪主动脉根部生物力学、流体动力学和超声心动图特征的影响。方法：从当地屠宰场获取共计32颗猪心脏。标本被随机分配至新鲜组（立即测试
目的：猪主动脉组织的冷冻保存对于实验规划和标准化往往是必需的，但冷冻对主动脉根部特性的影响尚未得到系统研究。本研究评估了冷冻和解冻对猪主动脉根部生物力学、流体动力学和超声心动图特征的影响。方法：从当地屠宰场获取共计32颗猪心脏。标本被随机分配至新鲜组（立即测试）或解冻组（-20°C保存30天后于生理盐水中解冻）。对窦管交界（sinotubular junction, STJ）和非冠状动脉瓣叶（non-coronary cusp, NCC）的样本进行单轴拉伸试验（每组n=10）。在脉动流环中进行功能测试（每组n=6），测量平均主动脉压力梯度、前向和逆向血流，并计算反流分数（regurgitant fraction）。采用超声心动图评估瓣环直径和对合长度（coaptation length）。结果：拉伸试验显示，STJ和NCC处新鲜与解冻标本的弹性模量（E-module）、最大应力、最大载荷或刚度之间无统计学显著差异。平均主动脉梯度、逆向血流和反流分数亦无差异。超声心动图显示冷冻和解冻后瓣环几何结构或瓣叶对合长度无统计学显著变化。结论：在测试方案范围内和测量灵敏度下，冷冻和解冻未导致猪主动脉根部生物力学、流体动力学或几何特性的可测量差异。这些发现支持在实验心血管研究中使用解冻的猪主动脉根部。
**研究背景与问题**
脉动式左心流环模型（pulsatile left-heart flow-loop models）广泛应用于主动脉根部生物力学和流体动力学研究，这些系统模拟心脏动力学，允许在生理和病理条件下进行详细评估。猪心脏因其与人类心脏在解剖学和生物力学上的高度相似性，常被选作此类实验模型。然而，使用新鲜或短期冷藏的猪标本时，由于收获后处理时间、储存条件和标本可得性的差异，维持标准化实验条件面临挑战。已有研究表明，4°C冷藏会降低组织完整性，导致弹性、亚失效特性和极限强度下降；而适当冷冻的猪主动脉组织通常表现出与新鲜样本相当的生物力学特性。尽管如此，冷冻对血管生物力学的影响仍理解不足，文献中报道了相互矛盾的结果——部分研究认为冷冻可保留动脉组织的机械完整性，而另一些研究则显示冷冻储存或冻融循环后刚度、强度或微观结构组织发生改变。更重要的是，既往研究多聚焦于直动脉段或分离的血管壁标本，而主动脉根部是一个结构和功能更为复杂的单元，整合了瓣环支撑、瓣叶运动和窦管动力学，因此简单血管几何结构的研究结果能否外推至主动脉根部尚存疑问。
**研究设计与主要结论**
为验证"解冻与新鲜猪主动脉根部在极限拉伸特性和体外流环性能上无差异"这一零假设，研究人员开展了一项系统性研究。研究纳入32颗当地屠宰场获取的猪心脏，将标本随机分为新鲜组（立即测试）和解冻组（-20°C保存30天后于22°C生理盐水中解冻5分钟）。研究采用三种评估方法：单轴机械拉伸试验（STJ和NCC区域，每组n=10）、脉动流环功能测试（每组n=6）以及超声心动图成像。统计分析方法包括配对分析（流环和超声数据，同一标本先后作为自身对照）和独立组间分析（拉伸试验，不同标本），采用Welch t检验和Mann-Whitney U检验进行敏感性分析。
主要技术方法包括：（1）使用Bose ElectroForce 3200系统配备225 N载荷细胞进行单轴拉伸试验，样本制成哑铃形，以0.5 mm/s恒定位移速率拉伸至失效，计算高应变区切线模量、刚度、最大应力和最大载荷；（2）基于此前详细描述的脉动左心模型，采用去离子水作为工质，数字控制活塞泵产生脉动流，通过Edwards Truwave压力换能器和超声时差式流量计采集数据，目标设定为120/70 mmHg主动脉压、70次/分心率、5 L/min前向流量；（3）采用GE Vivid S5超声系统的2D线阵探头获取短轴和长轴动态图像，离线分析瓣环内径和对合长度。
**研究结果**
**窦管交界的单轴拉伸试验**
STJ区域的结果显示，新鲜标本高范围弹性模量为3.1±1.3 MPa，解冻标本为3.0±0.8 MPa，无统计学差异（均值差0.1，95%CI -0.9至1.1，p=0.88）；低范围弹性模量分别为0.22±0.04 MPa和0.24±0.01 MPa，对数转换后亦无显著差异（p=0.136）。最大应力（2.5±0.7 vs 2.4±0.5 MPa，p=0.64）、刚度（5.2±1.9 vs 5.4±1.4 N/mm，p=0.73）和最大载荷（16.0±4.2 vs 16.7±3.2 N，p=0.67）均未见显著差异。
**非冠状动脉瓣叶的单轴拉伸试验**
NCC区域的高范围弹性模量新鲜组为17.0±11.6 MPa，解冻组为13.8±4.1 MPa，经Welch t检验（p=0.42）和Mann-Whitney U检验（p=0.94）均显示无显著差异。最大应力（6.6±2.5 vs 6.0±1.2 MPa，p=0.47）、刚度（7.7±5.0 vs 6.2±1.8 N/mm，p=0.37）和最大载荷（12.0±4.2 vs 11.3±2.5 N，p=0.63）同样无显著差异。
**流体动力学评估**
平均主动脉根部压力梯度新鲜状态为7.8±0.4 mmHg，解冻后为6.8±2.3 mmHg，配对差异无统计学意义（均值差-1.1 mmHg，95%CI -3.2至1.0，p=0.25）。反流分数在两组间几乎完全相同（新鲜6.8±1.1%，解冻6.8±0.9%，p=0.997）。冷冻未显著改变主动脉根部压力梯度或反流分数。
**超声心动图评估**
收缩期瓣环直径新鲜标本为19.5±3.6 mm，解冻后为21.2±1.1 mm，虽有增大趋势但未达统计学显著（p=0.34）。舒张期瓣环直径（19.2±2.7 vs 17.6±3.7 mm，p=0.30）和对合长度（8.3±0.5 vs 7.2±1.1 mm，p=0.14）亦无显著差异，但解冻标本呈现对合长度缩短的一致趋势。
**讨论与结论**
研究人员指出，所有测试参数均未显示统计学显著差异，表明在-20°C单次冻融循环条件下，猪主动脉根部的结构和功能行为得以保留。这与Stemper等人关于冷冻动脉标本保持拉伸强度、冷藏组织则完整性下降的发现一致，也与O'Leary等人关于猪降主动脉长期冷冻后双轴机械行为无显著改变以及Wilhjelm等人关于冷冻动脉超声几何构型维持的报道相符。本研究将证据扩展至更为复杂的主动脉根部结构，提供了首批系统比较新鲜与解冻主动脉根部的综合评估。
研究认为，拉伸特性无变化提示细胞外基质架构在单次-20°C冻融循环中得以保留，胶原蛋白和弹性蛋白等结构蛋白 likely 维持了其完整性。然而，研究人员也强调若干局限性：仅评估了单次冻融循环和30天储存期，纯水流环工质可能限制向体内血流动力学的转化，流环方案仅评估急性功能性能而非疲劳或循环耐久性，且未进行组织学或分子分析以揭示宏观测量未能检测的微观结构变化。单轴拉伸试验主要反映极限拉伸行为和比较性失效相关特性，而非生理多轴顺应性；若冻融效应细微，可能在双轴协议或循环疲劳加载下更为明显。
研究结论指出：在测试实验条件下，冷冻和解冻未对猪主动脉根部的生物力学拉伸、流体动力学或几何特性产生可测量的改变。这些发现表明，在实验设置中解冻组织可被视为与新鲜组织功能等效，从而支持其作为心血管研究中实用且有效的选择。冷冻保存组织具有改善实验标准化、增加调度灵活性以及减少对即时组织获取依赖等实际优势，为采用脉动流环模型或生物力学拉伸试验的实验室提供了一致且可及的资源。
