為什么隨著年齡增長會出現皺紋？一項新研究表明，老化的皮膚在張力作用下會向側面拉伸，就像橡皮泥一樣，形成更深、更直的皺紋。這一切都源于膠原蛋白的排列方式。

皺紋是衰老的自然組成部分。有些人視皺紋為榮耀，而另一些人則試圖用各種方法消除它們。長期以來，科學家們一直認為，皺紋的產生是遺傳、日曬和其他環境因素共同作用的結果，但一項新的研究揭示了皺紋背后的深層原因。

為了了解人類皮膚隨著年齡增長如何以及為何形成皺紋，美國賓漢姆頓大學的研究人員首次進行了實驗研究，研究衰老過程如何改變皮膚的行為和結構。

“這不再僅僅是一個理論，”賓漢姆頓大學生物醫學工程副教授、該研究的通訊作者蓋伊·杰曼（Guy German）說道。“我們現在有確鑿的實驗證據，揭示了衰老背后的物理機制。”

膠原蛋白可以被認為是一束粗而強韌的蛋白質纖維，它們被扭成繩索狀，在皮膚表層下形成支撐結構。它賦予皮膚機械強度和彈性。皮膚真皮層（位于表皮外層和最深層皮下組織之間）中的膠原蛋白纖維并非隨機排列。它們大多成束排列，并根據身體部位的不同，傾向于朝著一個主導方向延伸。這種主導方向形成了所謂的“蘭格氏線”，即皮膚中的自然張力線。

膠原纖維的排列方式賦予皮膚各向異性，這意味著皮膚在不同拉伸方向上會表現出不同的表現。如果順著纖維方向拉伸，皮膚會變得強韌有彈性。如果逆著纖維方向拉伸，皮膚的抗拉強度會更高，皺紋也會隨之變化。

在本研究中，研究人員從7位年齡在16至91歲之間的捐贈者（擇期手術期間采集或從尸體上采集）身上采集了皮膚樣本。為避免紫外線損傷，樣本采集自未暴露于陽光的區域。皮膚薄條沿著或橫過天然膠原纖維方向切割。樣品以可控的拉伸力拉伸40分鐘，以模擬皮膚的自然張力。

膠原纖維的掃描電子顯微鏡影像

研究人員測量了皮膚的拉伸程度（軸向應變）、側向壓縮程度（橫向應變），并計算了泊松比，該指標用于衡量皮膚在拉伸時變薄的程度。他們使用硅膠模具捕捉皺紋的形狀和深度，并使用顯微鏡分析皺紋的曲折度（皺紋的扭曲程度）、寬度和深度。拉伸前后測量皮膚的重量和體積，以評估液體流失情況，液體流失是皮膚組織在張力作用下體積收縮的標志（多孔彈性測試）。

他們發現，在相同拉伸量下，老年人皮膚的側向壓縮程度更大。這會導致泊松比增大，表明實際體積損失，或者說液體被擠出了皮膚基質（真皮層中含有膠原纖維的支架）。老年人皮膚的皺紋也更深、更寬，這證實了老年人皮膚在正常力的作用下更容易彎曲。老年人皮膚的皺紋更直，這可能是由于結構變化造成的，例如真皮層和表皮層連接處的扁平化以及膠原蛋白的流失。

赫爾曼用更直接、更真實的世界對比來解釋這項研究的結果。

“比如，如果你拉伸橡皮泥，它會在水平方向上伸展，但在另一個方向上也會收縮——它會變薄，”他說。“你的皮膚也會這樣。隨著年齡的增長，這種收縮會變得更劇烈。如果你的皮膚收縮過度，就會彎曲。皺紋就是這樣形成的。”

這項研究存在一些局限性。實驗僅測試了單一方向張力下的皮膚，而真實的皮膚在日常生活中會承受多方向的力。研究人員將“老年”定義為65歲及以上，這可能無法準確反映皮膚的生物性衰老。所有較年輕的樣本均來自女性；較年長的樣本大多來自男性。雖然研究人員認為這不會影響他們的研究結果，但仍可能引入偏差。該研究還排除了光老化（即受紫外線損傷的）皮膚，而將研究重點純粹集中在內在衰老上，這限制了其與現實世界的相關性，因為更多的皺紋是由日曬引起的。

然而，拋開這些局限性，這項研究具有現實意義。首先，它有助于更好地理解皺紋的形成機制。確定橫向應變和多孔彈性效應是皺紋的關鍵驅動因素，可以為下一代局部治療或設備提供參考。了解衰老皮膚的生物力學，可以通過針對膠原纖維的排列和組織的多孔彈性來改進手術計劃、美容注射和激光治療。最后，該研究的發現可以應用于大腦、心臟和骨骼等其他組織，在這些組織中，機械各向異性和多孔彈性也發揮著關鍵作用。

然而，在研究結果轉化為新的抗衰老治療方法和產品之前，研究人員提供了一些免費的、盡管眾所周知的建議。

“如果你一生都在戶外工作，你的皮膚比辦公室白領更容易老化，更容易出現皺紋，”German說道。“生理衰老和光老化的結果類似。所以，去享受一個美好的夏天吧，但別忘了涂防曬霜——你未來的自己會感激你的。”

該研究發表在《生物醫學材料機械行為雜志》上。